CN104254171B

CN104254171B - 用于发光二极管(led)照明系统的驱动器

Info

Publication number: CN104254171B
Application number: CN201310303589.8A
Authority: CN
Inventors: Z·刘; L·何
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: WO2014210324A1; CN104254171A; US10390391B2; US20160165686A1

Abstract

本发明提供一种具有阻尼电路的照明系统驱动器。电源电路耦合到阻尼电路，并且包括变压器绕组的第一部分。还包括振荡控制电路，所述振荡控制电路包括变压器绕组的第二部分。

Description

用于发光二极管(LED)照明系统的驱动器

技术领域

本发明一般涉及照明系统。更具体地来说，本发明涉及用于LED照明系统驱动器的调光系统。

背景技术

归功于制造效率，LED的成本下降，LED照明系统变得越来越普及。LED照明系统典型地利用多个连接的LED来产生期望的光输出强度和亮度。在许多情况中，因为更好的功率效率和长得多的使用寿命，正在改装现有的照明器具以适应作为替代的LED。作为示例，许多白炽灯照明系统已经被改装成使用LED。

虽然在使用LED作为现有照明系统中的替代，但是正如在白炽灯照明系统的情况中一样，大多数消费者期望LED灯中具有白炽灯系统中提供的相同特征。一种此类特征是调节光线以提供适宜的氛围和节能的功能。但是，LED一般无法直接连接到常规调光电路。例如，直接连接到常规调光器的LED驱动器无法容易且有效率地在较低调光电平下工作，或可能被电流尖脉冲损坏。因此，设想了多种常规方法来提供专门为LED照明系统设计的调光能力。

许多常规调光系统和技术包括使用集成电路来提供用于功率切换(powerswitching)和电流调整的控制信号。但是，这些控制IC可能昂贵且可能需要复杂的控制策略。再有，大多数调光控制IC需要额外的功率开关以提供足够的泄放(bleeding)和/或衰减。因此，IC可能是有问题的。

发明内容

已知前文提到的缺点，需要无需控制IC的LED调光方法和系统。

在至少一个方面中，本发明的实施例提供一种包括阻尼电路的照明系统调光驱动器。电源电路耦合到阻尼电路，并且包括变压器绕组的第一部分。还提供振荡控制电路，包括变压器绕组的第二部分。

实施例提供在LED驱动器中用于帮助调光的低成本切换模式的功率电子转换器。使用在其初级绕组级中具有辅助绕组的变压器。使用具有辅助绕组的变压器，连同若干无源组件，驱动器的转换器能够自激振荡。这种自激振荡特征消除对IC的需求，所述IC提供用于对装置进行功率切换的控制信号。

此外，本发明的实施例可以与大多数调光器(例如，切相式)很好地一同工作，包括前沿/后沿/智能调光器，以及许多其他类型的调光器。可以在相对较低成本上实现高功率系数和更高工作效率。

按照本发明的第一实施例，提供一种照明系统驱动器，包括：

阻尼电路；

电源电路，耦合到所述阻尼电路，并且包括变压器绕组的第一部分；以及

振荡控制电路，包括所述变压器绕组的第二部分。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述驱动器位于发光二极管(LED)调光器的外部。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述第一部分是所述绕组的主部分，以及所述第二部分是所述绕组的辅助部分。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述电源电路包括晶体管。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述绕组是初级绕组，所述晶体管耦合到所述变压器的次级绕组。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述振荡电路配置成控制所述晶体管。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中控制所述晶体管控制所述振荡控制电路的振荡。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述阻尼电路是无源的。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述阻尼电路配置成抑制峰值电流。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中抑制所述峰值电流帮助调光。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述阻尼电路包括电容器和电阻器。

按照第一实施例的照明系统驱动器，还包括开路保护块，所述开路保护块包括耦合到所述绕组的所述辅助部分的一个或多个二极管。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述驱动器没有集成电路(IC)控制器。

按照本发明的第二实施例，提供一种发光二极管驱动器，包括：

电源电路，包括(i)变压器的初级绕组的主部分和(ii)耦合到所述变压器的次级绕组的晶体管；以及

振荡控制电路，包括配置成控制所述晶体管的所述初级绕组的辅助部分。

按照本发明的第三实施例，提供一种用于驱动照明系统调光电路的方法，包括：

通过电源电路产生用于对所述照明系统通电的电压，所述电源电路包括变压器的绕组的主部分；

抑制与所提供的电压关联的峰值电流；以及

通过所述变压器的绕组的辅助部分使所述调光电路实现振荡。

按照第三实施例的方法，其中所述实现包括控制与所述电源电路关联的晶体管。

按照第三实施例的方法，其中所述绕组是所述变压器的初级绕组，所述晶体管耦合到所述变压器的次级绕组。

按照第一实施例的照明系统驱动器，其中所述电源电路包括升降压转换器。

下文参考附图详细地描述本发明的其他特征和优点以及本发明多种实施例的结构和工作。要注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。此类实施例在本文中仅出于说明性目的而提出。基于本文包含的原理说明，相关领域技术人员将显见到另外的实施例。

附图说明

并入本文并构成本说明书一部分的附图图示了本发明，并且连同描述还用于解释本发明的原理以及使相关领域技术人员能够实施和使用本发明。

图1是其中本发明的多个实施例能够工作的调光器控制系统的图示；

图2是常规LED调光电路的示意图示；

图3是根据实施例构造的示范LED驱动器的示意图示；

图4是实现本发明的实施例的示范方法的流程图。

具体实施方式

下文的详细描述本质上仅是示范性的并且无意限制本文公开的应用和用途。再者，也无意受限于前文的背景技术或发明内容或下文详细描述中提出的任何理论。

在整个申请书中，多种实施例的描述可能使用语言“包括”，但是本领域技术人员将理解，在一些具体情况中，可以作为备选方式使用语言“基本由...组成”或“由...组成”来描述实施例。

为了更好地理解本发明教导以及毫不限制教导的范围，本领域技术人员将显见到单数形式的使用包括复数形式，除非另外特别指出。因此，术语“一”和“至少一个”在本申请书中可互换地使用。

图1是其中能够实现本发明的多个实施例的照明控制系统100的图示。照明控制系统100包括用于控制调光的现有调光模块102。调光模块102连接到LED灯组装件104，LED灯组装件104包括用于控制LED照明阵列108的驱动器106。调光模块102和LED驱动器106使用户能够将LED照明阵列108的强度调整到最优水平。

图2是常规LED调光电路200的示意图示。常规LED调光电路200可以被包括在例如照明组装件、如图1的灯104中。除了电源电路、泄放电路、衰减等外，LED驱动器电路200还包括基于微处理器的控制IC202，控制IC202提供用于功率切换和调光控制的控制信号。正如上文提到的，控制IC连同附加的必要组件可能是非常昂贵的。

本发明的实施例提供无需控制IC的控制调光的方法和系统。此外，根据实施例构造的驱动器与现有调光器兼容。

图3是根据实施例构造的示范LED驱动器电路300的示意图示。LED调光电路300可以被包括在例如图1所示的灯104内。备选地，LED驱动器电路300可构造在外壳中独立壳体内。

驱动器电路300提供调光特征，并且包括提供导通和关断切换的分立电子元件。例如，驱动器电路300包括低成本切换模式功率电子转换器(下文论述)，连同具有辅助绕组的变压器。包括使驱动器电路300实现自激振荡的其他无源组件。

作为示例且非限制，驱动器电路300包括临界导通模式(cirtical conductionmode)，并且与大多数单开关功率转换器(single switch power converter)兼容。例如，驱动器电路300可以与升降压式(buck-boost)、反激式(flyback)和很多其他转换器配置一同使用。

驱动器电路300中示出可选的电阻器301(R1)。可选的电阻器301可以用于衰减驱动器电路300中的电流。熔断器(例如，熔断器电阻器)302提供用于在故障状况期间将LED驱动器300与主电源断开连接的安全性组件。

调光电路300还包括电磁干扰(EMI)和整流器电路303。电路303包括分立组件，如电感器L1、L2和L3、电容器C1和C2和整流器D1。在示范电路300中，以及作为示例而非限制，整流器D1作为桥式二极管(bridge diode)来实现。但是，正如本领域技术人员所理解的，整流器可以通过很多其他适合的方法来实现。在实施例中，EMI滤波器和整流器电路303提供平滑的交流电(AC)至直流电(DC)的变换。

电路段304包括电阻器R4和电容器C3。在实施例中，R4和C3用于调光应用，可以无源地衰减电流振荡(即，抑制峰值电流)，并在调光功能被激活时提供泄放路径。电路段304还提供驱动器与调光器之间的某一等级的兼容性。电路段305形成可选的起动电阻器，并且包括电阻器R5和R6。

在示范驱动器电路300内，提供主电源段306，并且该主电源段306以升降压转换器的形式实现。当然，如上文提到的，也可以使用其他转换器类型。主电源段306包括用于提供切换的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q1。

虽然晶体管Q1作为MOSFET来实现，但是还可以使用其他晶体管类型，如双极结型晶体管(BJT)。主电源级306包括变压器T1的主绕组T1A、二极管D5和电容器C7。变压器T1的主绕组T1A用作电感器和电源段306的主级。

电容器C7(例如，电解质电容器)也用于形成驱动器电路300的输出级的一部分，并被提供来使电压平滑。电阻器R12提供驱动器电路300的虚负载。

振荡控制电路308在上文论述的自激振荡特征中起基础性的作用。振荡控制电路308包括变压器T1的辅助绕组T1B。辅助绕组T1B用于通过使晶体管导通和关断来控制晶体管Q1。如图所示，变压器T1包括作为其初级绕组级的部分的T1A和T1B两个绕组。振荡控制电路308还包括电容器C5和电阻器R8。辅助绕组T1B连同电容器C5和电阻器R8使驱动器电路300振荡。

电路段310包括电容器C6、二极管D6和二极管D2(例如，齐纳二极管)。电路段310提供过电压保护。

最后，电路段312提供电流感测并且限制峰值电流。电路段312包括晶体管Q2连同电阻器R9、R10、R13和R14。

图4是实现本发明的实施例的示范方法400的流程图。在框402中，通过电源电路产生用于对照明系统通电的电压。电源电路还包括变压器的绕组的主部分。框404抑制与所提供的电压关联的峰值电流。在框406中，通过变压器的绕组的辅助部分来使与调光电路关联的振荡特征实现。

本领域技术人员特别根据前文教导可以设想备选实施例、示例和修改，本公开仍包含这些备选实施例、示例和修改。再者，应该理解用于描述本公开的术语旨在具有描述的词汇性质而非限制。

本领域技术人员还将认识到可以在不背离本公开的范围和精神的前提下配置上文描述的优选实施例和备选实施例的多种调适和修改。因此要理解，在所附权利要求范围内，可以不同于上文具体描述的来实施本公开。

Claims

1.一种照明系统驱动器，包括：

阻尼电路，所述阻尼电路配置为衰减电流振荡，其中所述阻尼电路是无源的；

电源电路，所述电源电路耦合到所述阻尼电路，并且所述电源电路包括变压器，所述变压器包括：

初级绕组，所述初级绕组配置为从所述阻尼电路接收电力，所述初级绕组具有主绕组和辅助绕组；以及

次级绕组，所述次级绕组配置为从所述初级绕组接收电力并且将所接收的电力传递到调光器；

主电源段，所述主电源段包括：所述初级绕组的所述主绕组、所述次级绕组以及开关晶体管，所述开关晶体管配置为提供对于所述次级绕组的开关；以及

无源振荡控制电路，所述无源振荡控制电路耦合到所述开关晶体管并且包括所述变压器的所述辅助绕组，其中所述无源振荡控制电路配置为使所述开关晶体管导通和关断。

2.如权利要求1所述的照明系统驱动器，其中所述驱动器位于发光二极管(LED)调光器的外部。

3.如权利要求1所述的照明系统驱动器，其中所述晶体管耦合到所述变压器的所述次级绕组。

4.如权利要求1所述的照明系统驱动器，其中所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管。

5.如权利要求4所述的照明系统驱动器，其中控制所述晶体管对所述振荡控制电路的振荡进行控制。

6.如权利要求1所述的照明系统驱动器，其中所述阻尼电路配置为抑制峰值电流。

7.如权利要求1所述的照明系统驱动器，其中所述阻尼电路包括电容器和电阻器。