CN103947290A - 用于操作低功率照明单元的电路装置及操作其的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于利用电源(4)并且特别利用自振荡电源操作至少一个低功率照明单元的电路装置(3)。电路装置(3)至少包括用于从所述电源(4)接收操作电压(28)的输入端(12)和用于连接到一个或者多个低功率照明单元的输出端(11)。为了允许利用电源(4)对所述低功率照明单元的高效操作，电路(3)包括脉冲生成器(17)，其与所述输入端(12)连接并且被适配用于在操作期间向所述电源(4)中注入至少一个触发脉冲(40a，40b)。
Description
技术领域
本发明涉及照明领域并且具体地涉及一种用于利用电源来操作比如LED单元的低功率照明单元的电路装置以及其操作其的方法。
背景技术
在照明领域中，当前发展旨在利用所谓改装灯，尤其使用发光二极管(LED)，来更换常见白炽或者卤素灯，其中改装灯由于比如增加的能量效率和寿命的显著优点而比常规灯优选。
在利用这样的灯改装现有照明系统时，通常需要使改装灯适应安装的相应照明系统以允许恰当操作，因为例如在办公大楼中安装的待改装的相应照明系统的设置或者布线的改变并非轻易可能的并且将造成总体改装过程的明显增加的成本。
用于以上提到的改装应用的具体示例是更换低电压照明系统中的常见卤素型灯。这样的照明系统通常包括用于提供例如12V AC的次级侧电压的电源，该次级侧电压然后用来操作一个或者多个灯。为了提供次级电压，使用电子型、所谓开关模式电源(SMPS)。这里，将50/60Hz正弦市电电压转换到更高频率从而产生用于获得例如12V AC的次级电压的更小变压器。
在本领域中，运用开关模式电源的各种设置以提供更高频率。在所谓自振荡电源中，开关调节器被布置用于交替整流的市电电压的极性，并且因此向变压器提供高频交变电压。变压器的次级侧连接到灯以向它提供功率。自振荡型电源还包括用于在与功率连接时发起开关操作的启动电路。然后通常使用变压器的反馈绕组以控制开关调节器来自维持振荡直至市电电压的下一过零。至少在市电电压的每个过零需要重启，这通常由所述电源的所述启动电路控制。
尽管以上自振荡电源在与常见类型的灯一起使用时提供稳定操作，但是问题在使用低功率灯时出现。这里，减少的功率消耗虽然在能量效率方面有益，但是引起自振荡操作的早期破坏，因为电源仅能在定义的最小电流由灯汲取时维持自振荡。因而功率在市电电压的每个半周期(即在过零之间)中的大量时段期间不能由电源向灯提供，这可能造成不稳定操作从而引起例如光闪烁。
例如在德国WEKA FACHMEDIEN GmbH的公开文本“Elektronikecodesign2007”第30ff页中公开了对应类型的自振荡电源。
因而，本发明的目的是提供一种允许利用具有改进的光和电性质的自振荡电源单元来高效操作低功率照明单元的电路装置。
发明内容
该目的由根据权利要求1的一种电路装置、根据权利要求13的一种LED灯、根据权利要求14的一种照明系统和根据权利要求15的一种操作电路装置的方法解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
本发明的基本思想是向电源(比如自振荡电源)的次级或者输出侧中、即从在操作期间与所述电源的输出连接的对应电路装置，注入至少一个触发脉冲。
当前发明人已经惊讶地发现从次级侧向自振荡电源中注入触发脉冲可以提供所述电源的自振荡的启动或者重启，例如在自振荡由于汲取的电流在所述电源的最小电流以下已经被破坏的情况下或者在自振荡由于连接的照明单元的操作模式而消退的情况下。
本发明因此有利地允许利用典型自振荡电源的对比如LED单元的照明单元的增强的操作，即使在照明单元汲取了仅相对低的平均电流(例如比所述电源的最小电流更低)的情况下。
因此可以明显减少由于电源的不稳定操作或者所述照明单元的缓冲器的早期耗尽而产生的光闪烁。此外，由于本发明允许从电源的次级侧来控制自振荡的启动或者重启，所以提供导通时间的更灵活控制，从而允许增加总体设置的功率因子。
另外，根据本发明的电路装置利用例如包括舍相调光器的调光型电源增强了操作低功率照明单元的兼容性。此外，根据本发明的电路装置也与电磁变压器兼容，从而本发明高度地通用。
根据本发明，提供一种电路装置，其用于利用比如自振荡电源的电源来操作低功率照明单元以例如改装常规白炽或者卤素型灯。该电路装置至少包括用于从所述电源接收操作电压的输入端、用于连接到所述至少一个低功率照明单元的输出端、以及与所述输入端连接并且被适配用于向所述电源中注入至少一个触发脉冲的脉冲生成器。
输入端和输出端可以是用于允许分别连接到电源和所述至少一个低功率照明单元的任何适当类型，并且例如各自包括用于允许对应持久或者可拆卸电连接的两个电端子，比如连接管脚、焊接焊盘或者任何其它适当连接器或者插头。输入端和输出端确定地可以包括更多电或者机械部件。例如，输入端可以具有用于平滑从电源提供的电压的滤波器器件。输出端可以例如适配有缓冲器级和/或驱动器单元、即被适配以例如根据使用的相应照明单元类型和/或根据用户设置的定义的调光水平来设置照明单元的电压和/或电流。
输入端被适配用于至少在操作期间，即在根据本发明的电路装置的所述输入端电连接到所述电源的输出端(这也称为连接到所述电源的“次级侧”)时，从电源接收操作电压。
在本说明的上下文中，电源可以是用于向一个或者多个低功率照明单元提供操作电压的任何适当类型。优选地，电源是开关模式电源(SMPS)，其例如包括高频开关调节器。本发明特别可适合用于与集成电路控制的(IC)的电源使用。更优选地，电源是自振荡电源、有时也称为“自振荡转换器”，其被理解为包括开关调节器和变压器的开关模式电源，其中所述开关调节器的高频振荡由高频振荡的反馈控制，因此提供自振荡操作。
电源可以优选地在它的输入端被提供AC电压，比如市电电压，该AC电压在下文中称为“初级侧电压”或者“初级侧交变电压”。电源因此可以是AC电源。初级侧电压在AC电源的情况下通常例如使用桥型整流器在开关调节器之前被整流。确定地，如下设置是可能的，其中整流器布置于所述电源外部，因此造成向所述电源提供整流的初级侧电压。备选地，电源可以被提供DC电压。
为了在与功率连接时发起所述开关调节器的开关操作或者振荡，电源可以包括启动电路，该启动电路还服务用于在初级侧电压的每个过零、即在初级侧电压近似为0V时，重启自振荡。这样的重启控制可以是必需的，因为由于整流的市电电压向开关调节器直接馈送并且通常未由更大规格的电容器缓冲这样的事实，所以变压器的初级侧电压在市电电压的过零周围实质上为零，从而返回绕组未提供用于维持自振荡的电压。启动电路可以包括任何适当类型的电子电路装置。在一个示例中，启动电路可以使用diac(两端交流开关元件)来实现、利用RC网络耦合到初级侧电压以在开关调节器中注入启动脉冲。例如，在开关调节器是半桥的情况下，向半桥晶体管之一的基极中注入启动脉冲。
本发明的电路装置在利用例如包括半桥开关调节器和对应变压器的自振荡半桥电源操作时特别有利。可以使用所述变压器的或者分离电流变压器的反馈绕组来提供用于所述半桥电源中的开关调节器的操作的反馈，以相应地触发所述开关调节器。
由自振荡电源向电路装置供应的操作电压可以是可变或者交变类型。由于电源的开关行为，操作电压示出比典型50/60Hz市电频率更高的高频振荡。在AC电源的情况下，高频振荡由通常与(整流的)初级侧交变电压对应的(整流的)正弦波进行幅度调制。操作电压因此通常表现高频分量和在更低频率的包络分量。
优选地，操作电压的高频分量示出在20与250kHz之间的频率。包络分量可以具有40-450Hz的频率。最优选地，操作电压是安全低电压、即等于或者小于50V RMS、最优选等于或者小于25V或者14V RMS。
至少一个低功率照明单元可以是任何适当类型。术语“低功率”涉及照明单元与比如白炽或者卤素灯之类的常规灯的功率消耗相比较的功率消耗。至少一个照明单元的功率消耗优选地在25W以下、更优选地在15W以下并且特别优选在10W以下。
优选地，至少一个低功率照明单元是LED单元。在本文中，理解“LED单元”包括至少一个发光二极管(LED)，该至少一个LED按照本发明可以是任何类型的固态光源，比如无机LED、有机LED或者固态激光(例如激光二极管)。LED单元可以确定地包括串联和/或并联连接的前述部件中的多于一个部件。低功率照明单元可以确定地包括例如用于设置亮度和/或颜色的更多电、电子或者机械部件(如比如驱动器单元)、平滑级和/或一个或者多个滤波器电容器。
根据本发明的电路装置还包括如以上讨论的所述脉冲生成器。脉冲生成器与所述输入端至少暂时连接并且因此在操作期间，与自振荡电源的输出端至少暂时连接以向所述电源中注入所述至少一个触发脉冲。在当前上下文中，将触发脉冲的术语“注入”理解为向所述电源的输出端、即向其次级侧至少暂时提供电流。因此电功率由所述电路装置向所述电源提供、即与在正常操作期间的功率传送方向相反。
在操作期间提供触发脉冲引起电流在电源的输出端流动并且相应地流过变压器和/或所述电源的电流变压器的连接的次级绕组。由于变压器中的感应耦合，在反馈绕组中生成电压，该电压向开关调节器提供以重启它的自振荡操作。
本发明的驱动器电路因此有利地实现从次级侧并且独立于启动电路的提到的操作来控制自振荡电源的操作。如以上讨论的那样，这与具有比所述电源的最小电流更低的标称电流的低功率照明单元组合是特别有益的，因为在这一情况下可以重启早期灭失的自振荡，即在初级侧交变电压的过零之间。
如以上讨论的那样，本发明因此例如允许控制导通间隔，即功率在所述初级侧交变电压的每个半周期(即在两个后续过零之间)中由所述电源向照明单元传送的时间。本发明的电路装置因此在改装应用中特别有利，因为低功率照明单元的稳定操作无需修改电源时也有可能。
根据应用并且具体根据相应电源类型选择所述至少一个触发脉冲的幅度和持续时间。例如，在开关调节器包括一个或者多个MOSFET晶体管的情况下，触发脉冲应当允许对所述MOSFET晶体管的输入电容进行充电以将晶体管设置成导通状态，例如0.1或者更多nC。在相应开关调节器包括一个或者多个双极晶体管的情况下，触发脉冲应当提供用于驱动晶体管的至少0.1mA、优选地至少10mA的基极电流。在两种情况下，所述反馈绕组中的电流确信地依赖于变压器和在次级与反馈绕组之间的变压器比率。一般而言，在变压器/电源的初级侧上提供至少1mA的电流的触发脉冲对于多数应用是优选的。
触发脉冲的持续时间优选地在100ns与10μs之间。可以使用多种脉冲形式，比如方形脉冲或者指数衰减脉冲。
为了提供至少一个脉冲，脉冲生成器可以例如包括适当类型的可控电流源。优选地，脉冲生成器包括可开关能量存储器件。脉冲生成器在这一情况下可以通过将所述能量存储器件与输入端并且因此与连接的电源(暂时)连接来注入所述触发脉冲。脉冲生成器可以配备有用于控制能量存储与在电路装置的输入端之间的连接的至少一个对应开关，比如MOSFET或者双极晶体管。能量存储设备可以是用于至少暂时存储电荷的任何适当类型并且可以例如包括一个或者多个电容器和/或电池。
如以上讨论的那样，所述电源的开关调节器的重启可以每当振荡灭失或者消退时是必需的。脉冲生成器因此优选地被配置用于向所述电源中注入多个触发脉冲。最优选地，根据在操作期间向电路装置的输入端施加的所述操作电压控制触发脉冲的生成以改进总体设置的操作。因此并且根据一个优选实施例，电路装置包括脉冲控制器，该脉冲控制器至少与所述脉冲生成器连接并且被配置用于根据所述操作电压和/或根据正在被连接的一个或者多个低功率照明单元的电气要求，比如所需电压、电流和/或功率，来控制所述脉冲生成器。
脉冲控制器可以是用于控制脉冲生成器的任何适当类型。例如，脉冲控制器可以包括被提供有对应编程的微控制器。确定地，脉冲控制器可以备选地或者附加地包括用于提供成本高效设置的分立电子电路装置。尽管在脉冲控制器与脉冲生成器之间的连接可以是用于提供脉冲控制器对生成和注入触发脉冲的控制的任何有线或者无线、直接或者间接类型，但是优选有线连接。
关于根据操作电压的脉冲控制器的操作和所述触发脉冲的注入，各种实施例是可能的，在下文中讨论这些实施例中的一些实施例。
在一个优选实施例中，脉冲控制器可以被配置用于根据所述操作电压确定电源是否在自振荡模式中，即是否在操作期间向电路装置提供功率并且在未提供功率的情况下控制所述脉冲控制器以注入所述触发脉冲。
本实施例提供在电源的振荡消退时通过注入所述触发脉冲来发起开关调节器的重启，从而增加导通时间。该操作有利地造成连接的低功率照明单元的更稳定操作。
为了提供以上操作，脉冲控制器可以优选地与用于确定在输入端的操作电压和/或电流的功率检测器连接。最优选地，在以上情况下，输入端控制器可以被配置用于确定在操作期间向所述输入端施加的操作电压/电流是否对应于最小阈值。在电压和/或电流在所述阈值以下的情况下，脉冲生成器还可以被配置用于控制脉冲生成器，从而向电源提供相应触发脉冲以重启其自振荡。
除了上述之外或者可取代上述，还可以提供与所述输入端和所述脉冲控制器连接的包络检测器，其中包络检测器被配置用于确定所述操作电压的包络分量的周期信息。脉冲控制器可以被配置用于控制所述脉冲生成器，从而在所述包络分量的每个周期中向所述电源中注入至少一个触发脉冲。
以上实施例基于可以根据在操作期间向电路装置提供的操作电压确定初级侧交变电压的，即在电源的初级侧的，定时或者相位的信息这样的认识。如在前文中提到的那样，操作电压可以包括通常与(整流的)初级侧交变电压对应的低频包络分量。因而有利地有可能提供通过在所述包络分量的每个周期中注入触发脉冲来在所述初级侧交变电压的每个半周期中并且因此在与所述初级侧交变电压同步中生成所述触发脉冲。
在本实施例的上下文中，术语“周期信息”可以对应于关于操作电压的包络分量的定时、频率或者周期时段的任何类型的信息，因此对应于所述初级侧交变电压。确定地，可能存在在初级侧电压与在所述包络检测器的输出端的包络分量之间的固定延迟。
优选地，周期信息包括在包络分量中的“零点”的定时，其与所述初级侧交变电压的过零的定时对应。术语“零点”因此是指基本上无电压的瞬间，即在包络分量的电压幅度近似为0V时。关于包络分量的“周期”因此是指在两个后续零点之间的间隔并且因而对应于初级侧交变电压的半周期。
包络检测器可以是用于例如使用具有适当编程的微控制器向所述脉冲控制器提供所述周期信息的任何适当类型。例如，包络检测器可以被适配用于操作电压的高频解调，即适于去除高频分量，并且比较解调的信号与接近0V的阈值。因而，包络检测器被适配用于确定在操作电压的包络分量中的以上提到的“零点”并且因此确定“周期信息”。
备选地或者附加地，包络检测器可以包括用于确定操作电压的两个后续局部高频最大值并且对相位进行插值以分别确定“零点”的定时的采样和保持电路。
可以根据应用来选择每个周期中的至少一个触发脉冲的定位、即触发脉冲关于零点的定时。确定地，脉冲控制器可以优选地提供例如根据照明单元需要的功率在所述包络分量的每周期生成多个触发脉冲。
最优选地，脉冲控制器被配置用于控制所述脉冲生成器，从而在每个周期中，以预定义的相位角度，即在每个零点之后流逝预定义的时间间隔之后，注入所述至少一个触发脉冲。本实施例增加功率因子并且允许成本高效设置。
根据又一优选实施例，本发明的电路装置还包括开关器件，其中所述开关器件可由所述脉冲控制器控制并且被布置用于控制在所述一个或者多个低功率照明单元与所述电源之间的连接。
提供开关器件以从功率至少暂时断开所述低功率照明单元以允许更灵活控制。开关器件可以是任何适当类型并且例如至少包括与所述脉冲控制器连接的双极晶体管或者MOSFET。开关器件可以例如布置于所述输入端与所述输出端之间以允许控制一个或者多个照明单元与功率的连接。确定地，可设想一个实施例，其中开关器件与输入端或者输出端集成地形成。例如开关器件可以与所述输出端的缓冲器级和/或驱动器单元一体形成。
开关器件可以根据相应应用由脉冲控制器控制。优选地，脉冲控制器被配置用于控制所述开关器件，从而至少一个照明单元对于在每个周期中在零点之后的关断间隔的持续时间，例如一些ms，从所述电源断开。
本实施例假定开关调节器的由电源的所述启动电路发起的振荡快速消退，因为无明显负载存在并且未向一个或者多个照明单元传送功率。本实施例有利地允许上至100Hz-40kHz的更高脉冲频率。此外，在脉冲控制器如以上讨论的那样优选地被配置用于在每个周期中以相对于所述零点的预定义的相位角度注入触发脉冲的情况下，可以进一步增强电路的操作，所述相位角度或者相应时间间隔比所述关断间隔更长。
相应控制假定每个周期中的导通间隔，即向至少一个照明单元传送功率的时间朝着更大相位角度偏移，该时间通常由于电源的启动电路而在零点之后不久很快开始。因而本实施例允许根据应用在每个周期中对导通间隔自由定位。
更优选地，脉冲控制器被配置用于控制开关器件和脉冲生成器，从而在每个周期中的导通间隔分别以在峰值电压、即包络分量或者初级侧电压的峰值周围为中心。本实施例假定导通间隔基本上每个周期对称，例如在两个后续零点之间居中。该实施例因此实现高的效率和功率因子，因为导通间隔在每个周期中被设置成其中提供的初级侧电压处于最大值的时间。
备选地或者附加地，脉冲控制器可以被配置用于控制所述开关器件和所述脉冲生成器，从而提供多个关断间隔，其中在后续关断间隔之间生成至少一个触发脉冲。根据本实施例，通常可以使用与对应触发脉冲交错的短暂关断间隔。因此，在包络分量的周期内，即如以上提到的那样在初级侧交变电压的半周期内，分布或者“展开”向一个或者多个照明单元的电流流动。相应操作因此造成“突发模式”，该模式提供进一步提高的可调光性。可以在更高频率，例如在100Hz-40kHz之间，选择关断间隔的频率。更优选地，如以下进一步描述的那样，根据一个或者多个照明单元的负载或者负载信息设置来操作的频率或者占空比，即负载的接通时间与负载的关断时间之比。
在以上“突发模式”操作的情况下，优选的是在注入触发脉冲之前，开关调节器的振荡消退。
尽管一般而言所述多个触发脉冲中的一些或者全部触发脉冲可以具有相同极性，但是根据又一优选实施例，脉冲生成器被适配用于至少提供具有正向极性的第一触发脉冲和具有反向极性的第二触发脉冲。脉冲生成器因此允许至少提供第一和第二触发脉冲，其中向输入端的端子施加的第二触发脉冲的极性与第一触发脉冲的极性相反。
脉冲生成器可以被适配用于通过任何适当方式来生成第一和第二触发脉冲。优选地，脉冲生成器至少包括第一和第二可开关能量存储器件，该能量存储器件例如相互并联并且相反连接以提供所述第一和第二触发脉冲。
本实施例可以有助于所述电源的自振荡操作的重启。根据自振荡电源的具体设置，在触发脉冲的极性对应于操作电压的高频分量的瞬时极性或者相位时是有益的。因此，优选的是电路装置还包括与所述输入端和所述脉冲控制器连接并且被配置用于确定所述操作电压的高频分量的相位的相位检测器，其中所述脉冲控制器被配置用于控制所述脉冲生成器，从而所述触发脉冲与所述高频分量同相。备选地或者附加地，脉冲控制器可以被配置用于生成具有交变极性的多个脉冲。
根据本发明的另一优选实施例，脉冲控制器被配置用于确定所述至少一个或者多个低功率照明单元的负载信息并且根据负载信息控制脉冲生成器。
本实施例实现例如根据至少一个低功率照明单元的功率消耗的、对电路装置的进一步改进的控制。在本实施例的上下文中，术语“负载信息”可以是指，例如在输出端确定的、至少一个低功率照明单元的功率和/或电流消耗，和/或由所述至少一个低功率照明单元生成的通量。
在后一种情况下，脉冲控制器可以例如与光检测器连接，从而可以相应地确定至少一个低功率照明单元在操作期间的光通量。
根据本实施例，脉冲控制器被配置用于根据负载信息控制脉冲生成器。例如，脉冲控制器可以被适配用于根据负载信息确定包络的每周期的脉冲数目、即脉冲频率。在相对低负载的情况下，如例如在低功率照明单元处于调光状态中时，相应地选择脉冲频率为高以维持电源的自振荡操作。
根据本发明的电路装置可以确定地包括更多部件，例如用于控制向连接到所述输出端的至少一个低功率照明单元提供的电流和/或电压的驱动器单元。
另外，输出端可以包括用于提供基本上恒定电流的缓冲器级，该恒定电流特别在所述低功率照明单元比如在使用LED的情况下对电流的变化灵敏时增强操作。附加地或者备选地，驱动器单元可以被适配用于调光操作，即根据例如外部调光信号提供的希望调光水平控制向至少一个低功率照明单元提供的电流。
优选地，电路装置包括与所述输入端连接并且与所述脉冲生成器并联布置的整流器电路。提供与所述脉冲生成器并联的整流器有助于向所述自振荡电源中注入至少一个触发脉冲，特别在需要提供具有相反极性的第一和第二触发脉冲的情况下。
根据本发明的第二方面，提供一种具有如在前文中描述的电路装置和至少一个LED单元的LED灯，其中所述至少一个LED单元连接到所述电路装置的输出端。以上描述的电路装置和至少一个LED单元可以优选地彼此一体形成，例如在公共灯壳中，以提供最紧凑设置。
在本发明的又一方面中，提供一种包括例如自振荡电源的电源、和一个或者多个如以上讨论的LED灯的照明系统。
最后并且在本发明的又一方面中，提供一种利用电路装置操作至少一个低功率照明单元的方法，该电路装置至少包括用于从电源接收操作电压的输入端、用于连接到一个或者多个低功率照明单元的输出端和与所述输入端连接的脉冲生成器。这里在操作期间向所述电源中注入至少一个触发脉冲。
参照本发明的前文提到的附加方面，应当注意，电路装置、照明单元和电源可以根据以上参照本发明的主要方面描述的优选实施例中的一个或者多个优选实施例来适配。
附图说明
以下参照附图具体讨论本发明的以上和其它方面，在附图中：
图1示出与自振荡电源连接的根据本发明的具有电路装置和LED单元的LED灯的一个实施例，
图2示出自振荡电源的一个实施例，
图3a和3b在示意定时图中图示根据图2的自振荡电源的操作，
图4图示根据图2的自振荡电源在与典型低功率照明单元操作时的操作，
图5a和5b图示图1的LED灯根据第一示例控制方法在更多定时图中的操作，并且
图6a和6b图示图1的LED灯根据第二示例控制方法在更多定时图中的操作。
具体实施方式
图1示出包括LED灯1的照明系统的一个实施例，该LED灯连接到在下文中称为自振荡电源4的自振荡型电子开关模式电源。电源4对应于典型卤素照明系统的12V电源并且连接到市电7并且因此在它的初级侧接收110/230V(正弦)交变电压27。电源4在它的连接到LED灯1的次级侧端子10提供12V RMS的操作电压。
LED灯1包括LED单元2，该LED单元根据本实施例配备有四个高功率半导体发光二极管的串联连接(未示出)，每个高功率半导体发光二极管在标称操作条件之下提供多于10lm的光通量。LED灯1还包括被适配用于在操作期间向LED单元提供功率的电路装置3。如图所示，LED灯1的电路装置3的输入端12连接到自振荡电源4的次级侧端子10。
输入端12根据本实施例与LED灯1的壳(未示出)一体形成并且包括GU5.3型灯座连接器。为了向LED单元12提供功率，输出端11通过整流器26与输入端12连接。输出端11与驱动单元和缓冲器级(二者均未示出)一体形成以向LED单元2提供恒定电流。另外，输出端11包括用于从功率暂时断开LED单元2、驱动器单元和缓冲器级的开关器件29。开关器件29根据本例是MOSFET。
除了向LED单元2提供功率之外，电路装置3允许向自振荡电源4中通过它的次级侧端子10注入触发脉冲40a、40b。电路装置3相应地包括由脉冲控制器18控制的脉冲生成器17。注入触发脉冲40a、40b，即向电源4的输出端端子10提供短暂电流脉冲，在与相对低负载(比如LED单元2)使用典型自振荡电源4时增强操作稳定性。
脉冲控制器18包括用于控制脉冲生成器17的操作的具有适当编程的微处理器(未示出)。除了与脉冲生成器17连接之外，脉冲控制器17还与输出端11连接以控制开关器件29的操作并且使用电流检测器30来确定LED单元2的瞬时负载，从而触发脉冲40a、40b的精确定位是可能的。另外，脉冲控制器18与包络检测器19和相位检测器21连接。如将在下文中说明的那样，包络检测器19允许确定操作电压28的包络分量的周期信息并且因此确定零点20的定时。
脉冲生成器17包括用于向电源4中注入触发脉冲40a、40b的第一电容器22和第二电容器23。如从图1可见，两个电容器22、23用相反极性与输入端12连接，从而有可能注入具有正向和反向极性的触发脉冲。提供由脉冲控制器18控制的两个晶体管24、25以开关关联的第一和第二电容器22、23与输入端12并且因此与电源4的连接。电阻器31允许在晶体管24在开路状态中时使用晶体管24的反向体二极管对电容器22、23充电。
虽然注意到对应自振荡电源4在本领域中是已知的，但是在图2中示出典型半桥自振荡电源4以阐明它的操作。如以上提到的那样，自振荡电源4是开关模式电源，该开关模式电源包括在它的输入侧的全桥整流器、具有电压Uz的滤波器电容器C1以及由R1和C2构成的启动电路。晶体管半桥由带有续流二极管D1、D2的T1和T2形成。另外，电源4包括电流变压器CT、镇流器电感器Lr、谐振激发电容器Cr、电流分流电阻器R2、R3以及由C3和C4形成的电容分压器。
在正常操作期间，晶体管半桥由电流变压器CT驱动。CT的正反馈保持晶体管T1中的电流导通直至经过电感器Lr的电感器电流iL达到如下电压，在该电压下，所得的T1的基极发射极电压太低而无法驱动所需电流。该电平由CT输出电压和通过R2的负电压反馈定义。在该瞬间，CT输出电压使极性反向，从而关断晶体管T1并且接通T2，再次直至电流iL达到它的预定义的负峰值。
R1和C2是启动电路：在上电时，在C2两端的电压增长直至diacD4达到它的击穿电压，从而接通晶体管T2。通过定期地经过晶体管T2和二极管D3对C2放电来防止在操作期间的再触发。电阻器Rb可以用来改进启动。
电容器Cr主要允许操作荧光灯并且激发后者而在与LED单元2操作电源4时是不需要的。
在图3a-3b中示出自振荡电源4的操作。图3a示出初级侧交变电压27的定时图，其中电压27的过零20由虚线标记。在图3b中示出在自振荡电源4的次级侧端子10的操作电压。如从图3b可见，由于晶体管T1和T2的开关行为，操作电压示出在例如50kHz的频率的高频振荡。高频振荡由整流的正弦波形，即与整流的初级侧交变电压27对应，进行幅度调制。在自振荡电源4的次级侧端子10的操作电压28因此表现高频分量和在更低频率、根据本实施例在市电频率(即50/60Hz)的包络分量。注意到图3b为了清楚而仅以简化形式示出高频分量。如从图3b可见，操作电压28表现出与初级侧交变电压27的过零20对应的“零点”20。图3b示出电源4在最优条件(即与典型卤素灯连接)之下的操作电压28。这里，振荡在每个过零20由电源4的所述启动电路启动并且被自维持直至后续过零20。
然而在与相对小负载(比如LED单元2)一起操作比如图2中所示的典型自振荡电源4时，有可能的是振荡早期地灭失或者消退，即在两个过零20之间。在图4的定时图中示出这一情形。如将变得清楚的那样，由于自振荡的早期灭失，功率仅对于在交变电压27的每个半周期，即在两个后续零点20之间，中的有限时间在电源4的次级侧端子10存在，这可能造成连接的LED单元2的光闪烁和相对低的功率因子。
在下文中参照图5a-5b说明根据第一示例控制方法的图1的实施例的操作。
如以上提到的那样，在与功率连接时，启动电路发起晶体管T1和T2的振荡，例如如图4中所示。电路装置3的包络检测器19通过对于一些周期的操作电压28的高频解调并且通过比较解调的信号与接近零伏特的阈值来确定零点20的定时。在这一阶段中，操作对应于图4的定时图。
包络检测器19相应地向脉冲控制器18提供与零点20的定时对应的周期信息。此外，脉冲控制器18从输出端/驱动器单元11接收LED单元2的瞬时负载。根据本示例，3W的相对低负载由(调光的)LED单元2提供。
脉冲控制器18根据瞬时负载确定触发脉冲40a、40b在操作电压28的每个周期中(即在两个后续零点20之间)的数目和定位。脉冲控制器18然后操作脉冲生成器17的晶体管24之一以提供正触发脉冲40b或者负触发脉冲40a。如图5a中所示，在操作电压28的第一周期中，即在初级侧交变电压27的第一半周期中，生成负触发脉冲40a的脉冲串列，而在第二周期中，生成正触发脉冲40b的脉冲串列。
此外，脉冲控制器18控制输出端11的开关器件29，从而LED单元2和输出端11的驱动器单元/缓冲器级(未示出)对于在每个零点20之后的20-100μs的间隔从电源4断开。因而电源4的开关调节器(即由T1和T2形成的半桥)的由启动电路发起的振荡快速消退，从而更高脉冲频率是可能的。
图5b示出自振荡电源4的对应所得操作电压28。如从该图可见，电源4的启动电路发起的振荡几乎瞬间消退。然后在电路装置3向电源4中注入触发脉冲40a、40b中的每个触发脉冲之后重新发起振荡。在次级侧端子10向电源4中注入脉冲40a、40b由于感应耦合而在电流变压器CT的初级侧中感应对应电压，并且因此在晶体管T1和T2引起对应电压。因而重启自振荡。
在比较图5b与图4时，可见导通间隔或者时间，即每个周期中的在其中由电源4向负载(即LED单元2)传送功率的时间，对应地增加。电路装置3的控制因此即使在仅应用减少的负载的情况下，仍然提供自振荡电源4的改进的操作。
另外，甚至在每个周期中更多地分布导通时间，从而灯1的兼容性得以增强，特别是在与舍相调光器使用时。
根据以上，主要因为自振荡由于低负载而在一些时间之后消退，而注入所示多个触发脉冲40a、40b。然而，可以可设想的是脉冲控制器18控制开关器件29以在每个触发脉冲40a、40b之前并且因此与触发脉冲40a、40b交替断开LED单元2，以独立于LED单元2的负载提供导通时间在每个周期中的以上提到的分布。
图6a和6b示出图1的实施例根据第二示例控制方法的操作。根据本第二控制方法的操作对应于以上参照图5a和5b说明的操作而例外在于，这里，如从图6a可见，脉冲控制器18操作脉冲生成器17以在操作电压28的每个周期中提供单个触发脉冲40a、40b。
脉冲控制器18根据本示例注入相应触发脉冲40a、40b，从而仅在所述导通间隔(其在这里在两个过零20之间对称地定位)期间向LED单元2传送功率。为了允许这一点，脉冲控制器18确定在输出端/驱动器单元11的LED单元2的瞬时负载以确定导通间隔的时间和触发脉冲40a、40b相对于每个零点20的定位。在一些周期之后，脉冲控制器18比较包络分量在导通间隔开始时的电压Vs与包络分量在导通间隔结束时的电压Ve。在Vs＝Ve时达到导通间隔的对称定位。在Vs＞Ve的情况下，脉冲控制器18在后续周期中减少在零点20与触发脉冲40a、40b的注入之间的延迟。在Vs＜Ve的相应其它情况下，增加延迟。
如前文讨论的那样，脉冲控制器18还控制输出端11的开关器件29，从而LED单元2和输出端11的驱动器单元/缓冲器级(未示出)对于在每个零点20之后的1-1.5ms间隔从电源4断开，从而由电源4的启动电流发起的振荡几乎瞬时消退。
因此，在操作电压27提供最大电压时，即在峰值电压期间，向LED单元12提供功率。作为参考，操作电压27在图6b中由虚线示出。本实施例因此由于向LED单元2提供的高电压而提供增强的功率因子，特别对于与非可调光型电源4的使用。
本领域技术人员可以在实现要求保护的本发明时从附图、公开内容和从属权利要求的研读中理解和实现对公开的实施例的其它变型。例如，可以可设想在一个实施例中操作本发明，其中：
-取代GU5.3型灯座连接器，输入端12包括不同类型的灯座连接器，
-脉冲控制器18取代包括微控制器而至少包括NE555，
-输出端11包括缓冲器级和/或LED驱动器单元，并且所述开关器件29与所述缓冲器级和/或LED驱动器单元一体形成，并且/或者
-开关器件29与所述输入端12一体形成或者形成为在输入端12与输出端11之间的分离部件。
在权利要求中，措词“包括”未排除其它单元或者步骤，并且不定冠词“一/一个”未排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实未指示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何标号不应解释为限制范围。
Claims (15)
1.一种用于利用电源(4)操作至少一个低功率照明单元的电路装置，至少包括：
-输入端(12)，用于从所述电源(4)接收操作电压(28)，
-输出端(11)，用于连接到一个或者多个低功率照明单元，以及
-脉冲生成器(17)，与所述输入端(12)连接并且被适配用于在操作期间向所述电源(4)中注入至少一个触发脉冲(40a，40b)。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述脉冲生成器(17)包括至少一个可开关能量存储器件，并且其中所述脉冲生成器(17)还被适配用于连接所述至少一个能量存储器件与所述输入端(12)以向所述电源(4)中注入所述至少一个触发脉冲(40a，40b)。
3.根据前述权利要求之一所述的电路装置，还包括脉冲控制器(18)，至少与所述脉冲生成器(17)连接并且被配置用于根据所述操作电压(28)控制所述脉冲生成器(17)。
4.根据权利要求3所述的电路装置，还包括开关器件(29)，所述开关器件(29)能够由所述脉冲控制器(18)控制并且被布置用于控制所述一个或者多个低功率照明单元与所述电源(4)之间的连接。
5.根据权利要求3或者4所述的电路装置，还包括包络检测器(19)，所述包络检测器与所述输入端(12)和所述脉冲控制器(18)连接并且被配置用于确定所述操作电压(28)的包络分量的周期信息，其中所述脉冲控制器(18)被配置用于控制所述脉冲生成器(17)，从而在所述包络分量的每个周期中向所述电源(4)中注入至少一个触发脉冲(40a，40b)。
6.根据权利要求5所述的电路装置，其中所述脉冲控制器(18)被配置用于控制所述脉冲生成器(17)，从而在所述包络分量的每个周期中以预定义的相位角度注入所述至少一个触发脉冲(40a，40b)。
7.根据权利要求5或者6所述的电路装置，其中控制所述脉冲生成器(17)，从而在所述包络分量的每个周期中向所述电源(4)中注入多个触发脉冲(40a，40b)。
8.根据前述权利要求之一所述的电路装置，其中所述脉冲生成器(17)被适配用于至少注入具有正向极性的第一触发脉冲(40a)和具有反向极性的第二触发脉冲(40b)。
9.根据前述权利要求之一所述的电路装置，其中所述脉冲控制器(18)被适配用于根据所述至少一个低功率照明单元的负载信息控制所述脉冲生成器(17)。
10.根据前述权利要求之一所述的电路装置，其中所述输出端(11)包括驱动器单元。
11.根据前述权利要求之一所述的电路装置，其中所述电路装置还包括整流器电路(26)，所述整流器电路与所述输入端(12)连接并且与所述脉冲生成器(17)并联布置。
12.根据前述权利要求之一所述的电路装置，其中所述低功率照明单元是LED单元(2)。
13.一种LED灯，具有根据前述权利要求之一所述的电路装置(3)和与所述电路装置(3)的所述输出端(11)连接的至少一个LED单元(2)。
14.一种照明系统，包括电源(4)和一个或者多个根据权利要求13所述的LED灯。
15.一种利用电路装置(3)操作至少一个低功率照明单元的方法，所述电路装置(3)至少包括用于从电源(4)接收操作电压(28)的输入端(12)、用于连接到一个或者多个低功率照明单元的输出端(11)和与所述输入端(12)连接的脉冲生成器(17)，其中在操作期间向所述电源(4)中注入至少一个触发脉冲(40a，40b)。
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