CN104427679A - 用于照明装置的热插拔模块和驱动器以及照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于照明装置的热插拔模块和驱动器以及照明装置，所述热插拔模块包括：检测单元，用于检测热插拔状态以获得检测状态；和阻抗调节单元，用于根据检测状态调节热插拔模块的阻抗状态，并且其中，阻抗调节单元包括：阻抗变换单元，其阻抗能够变换；和变换驱动单元，根据检测状态变换阻抗变换单元的阻抗，以调节阻抗状态。

Description

用于照明装置的热插拔模块和驱动器以及照明装置

技术领域

本发明涉及一种用于照明装置的热插拔模块和驱动器以及照明装置。

背景技术

LED照明技术具有照明强度高、使用寿命长并且高效节能等优点，现在已被广泛使用，具体地，在室内的例如商店或者办公地点，在室外的例如工地或者路边都使用了具有LED照明技术的照明装置。在现有的LED照明装置中，一般通过恒流LED驱动器并使用直流电来驱动恒流LED模块，但往往因为驱动器电路在电路开路的情况下会比在电路连接了负载的情况具有更大的输出电压，所以在实施热插拔发光单元，例如LED灯时，该发光单元会因为该过大的输出电压而被损坏，并且因为无法支持热插拔而使得该电路的使用范围受到很大的限制。

现有技术中的一种解决方案提出，在该恒流驱动电路中设计双级转换电路，其中第一级用于功率因数校正、交流-直流电压转换和初级-次级隔离，并且第二级用于进行直流输入电压至直流输出电压的降压转换，并向照明装置的发光单元供电。这样的方案虽然可以应用于热插拔技术，但因为使用了降压转换器而提高了成本，而且还无法具有更紧凑的结构。同时，虽然经过该设计的电路可大大减小热插拔时的冲击电流，但该冲击电流无法完全被衰减，造成接入驱动电路的发光单元可能被损坏。此外，该驱动电路因为降压转换器而会存在热插拔的检测延迟以及关闭延迟，使得发光单元仍可能被冲击电流损坏。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种新型的用于照明装置的热插拔模块和驱动电路，以及使用了该热插拔模块和驱动电路的照明装置。根据本发明设计的热插拔模块，不但具有紧凑和简单的电路设计，而且具有良好的兼容性，可有效地与任意恒流LED驱动器兼容。同时，该热插拔模块具有极快的反应速度，并可有效地控制可能输出给发光单元的冲击电流，有效地限制该电流，使得发光单元不会因为冲击电流被损坏。

本发明的目的通过这样一种用于照明装置的热插拔模块来实现，其中，该热插拔模块包括：检测单元，用于检测热插拔状态以获得检测状态；和阻抗调节单元，用于根据检测状态调节热插拔模块的阻抗状态，并且其中，阻抗调节单元包括：阻抗变换单元，其阻抗能够变换；和变换驱动单元，根据检测状态变换阻抗变换单元的阻抗，以调节阻抗状态。阻抗调节单元通过调节阻抗变换单元的阻抗，可以使该模块适应热插入或者热拔出的状态，提供了在这些状态中，控制和调节电路的输出电流，从而调节冲击电流的可能性。

根据本发明的设计，变换驱动单元包括：高阻抗驱动单元，被设计为使得阻抗变换单元调节为高阻抗；以及低阻抗驱动单元，被设计为使得阻抗变换单元调节为低阻抗。根据检测单元的检测结果，高阻抗驱动单元可将模块的阻抗调节为高阻抗，从而在例如热插入的状态中抑制输入电流，最终抑制了冲击电流；低阻抗驱动单元可将该模块的阻抗调节为低阻抗，从而在例如热拔出的状态中恢复输出电流。

根据本发明的设计，检测状态包括表征无负载的第一状态、表征热插入的第二状态以及表征热拔出的第三状态。这样的设计可有效的满足在热插拔过程中电路所处的各种状态的要求，从而保证了该驱动电路的稳定性和兼容性。

优选的，阻抗变换单元包括：高阻抗单元，根据第二状态和第三状态被变换驱动单元激活；以及低阻抗单元，根据第一状态和第二状态被变换驱动单元激活，并且根据第三状态依次去激活和激活。高阻抗单元和低阻抗单元可适应在热插拔过程中的各种状态，以调节驱动电路的内部阻抗，从而改变输出电流，以抑制冲击电流或者恢复驱动电路的输出电流。

根据本发明的设计，检测单元包括：缓冲单元，连接至发光单元；以及热插拔检测单元，根据缓冲单元所提供的信号控制变换驱动单元以调节阻抗变换单元。在热插入或热插拔的过程中，缓冲单元可暂时阻挡驱动电路的输出电流的瞬间变化，并向热插拔检测单元提供信号，以调节阻抗变换单元，从而改变驱动电路的内部阻抗。

优选的，高阻抗单元包括至少一个具有高阻抗的电子器件。具有高阻抗的电子器件可在例如热插入的时候增大电路的阻抗，从而降低输出电流。

优选的，电子器件设置为NTC电阻、PTC电阻和半导体器件中的任意一种。这样的电子器件可有效的在例如热插入的时候增大电路的内部阻抗，从而减小输出电流。

优选的，低阻抗单元包括至少一个可控开关器件。这样，可在例如热拔出后，通过低阻抗驱动单元打开并导通可控开关器件，降低电路的内部阻抗，使得输出电流恢复至原来较大的值。

优选的，可控开关器件设置为功率MOSFET、双极性晶体管和IGBT中的任意一种。这样的器件可有效的被低阻抗驱动单元控制，并在导通后具有较小的阻抗，便于调节驱动电路的内部阻抗。

优选的，高阻抗驱动单元包括第二晶体管、第二电阻和第三电阻，其中，第二晶体管的控制电极连接至第二电阻和第三电阻之间，第二晶体管的参考电极接地。通过第二电阻和第三电阻的分压，可有效的控制第二晶体管的开关，并由该两个电阻的比率限定了经高阻抗单元衰减后的输出电流的大小。

优选的，低阻抗驱动单元包括第一电阻和第一齐纳二极管，其中，第一电阻通过第一齐纳二极管接地，并且第二晶体管的工作电极连接至第一电阻和第一齐纳二极管之间。借助该第一电阻和第一齐纳二极管，可有效的控制低阻抗单元的开关。

优选的，热插拔检测单元包括第三二极管和/或第一电容器，其中，第三二极管和/或第一电容器通过变换驱动单元接地。第三二极管在例如热插入的时候，通过缓冲单元向高阻抗驱动单元提供信号，以激活高阻抗单元。并且第三二极管和第一电容器在例如热拔出的时候，可使缓冲单元复位，并同时向高阻抗驱动单元提供信号，以激活高阻抗单元。

优选的，热插拔检测单元还包括第二二极管，其中，第三二极管的阴极连接第二二极管的阴极并通过第二二极管接地。

优选的，缓冲单元包括第一电感，其中，第一电感通过可控开关器件接地。电感可有效的阻挡在热插拔的过程中的输出电流的瞬间变化，并在例如热拔出的时候进行复位，以准备应对下一次的热插拔过程。

本发明的另一个目的通过这样一种用于照明装置的驱动器来实现，其中，驱动器包括根据以上的热插拔模块。这样的驱动器可有效地满足和适应热插拔过程中各种电路状态，以保证照明装置的稳定性和可靠性。

优选的，驱动器还包括第一检测电阻和输出电容器，其中，第一检测电阻和输出电容器的一端均接地。

本发明的另一个目的通过这样一种照明装置来实现，照明装置包括至少一个发光单元和根据以上的热插拔模块和/或根据以上的驱动器。这样的照明装置具有可靠和反应迅速的热插拔功能，并可有效地抵抗因为热插拔过程中冲击电流所可能带来的损坏。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1是根据本发明的热插拔模块的功能模块示意图；以及

图2是根据本发明的具有热插拔模块的照明装置的具体电路示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的热插拔模块100的功能模块示意图。如图1所示，该热插拔模块100包括检测单元1和阻抗调节单元2，其中该阻抗调节单元2会根据检测单元1所检测到的热插拔的状态S，例如热插入S2、热拔出S3或者无负载S1的状态，进行驱动电路的阻抗的调节，例如可增大阻抗或者减小阻抗。根据这样设计的热插拔模块100，可与现有的其他恒流驱动电路和例如设计为LED的发光单元连接并兼容，有效地提供热插拔的功能。

具体地，检测单元1设计为包括缓冲单元11和热插拔检测单元12，缓冲单元11可直接与例如发光单元连接，并在发光单元接入的时候向热插拔检测单元12提供信号，并且，热插拔检测单元12根据该信号控制设置在阻抗调节单元2中的变换驱动单元22，以最终调节阻抗单元2中的阻抗变换单元21，从而改变驱动电路的内部阻抗。

此外，该阻抗调节单元2中还设置有高阻抗驱动单元221和低阻抗驱动单元222，根据检测单元1的检测状态S，在例如热插入的情况下，热插拔检测单元12可控制高阻抗驱动单元221以驱动并激活高阻抗单元211，使得驱动电路的阻抗变大，其中该高阻抗单元211设置于所述阻抗变换单元21中；在例如热拔出的时候，低阻抗驱动单元222可先关闭低阻抗单元212，使得驱动电路因为高阻抗单元211而具有变大的阻抗，并在热拔出结束后，低阻抗驱动单元222驱动并激活低阻抗单元212，使得高阻抗单元211被关闭，驱动电路的内部阻抗变小。其中，该高阻抗单元211可设计为高阻抗电阻211，还可设计为NTC电阻、PTC电阻和半导体器件中的任意一种，并且低阻抗单元212可设计为功率MOSFET、双极性晶体管和IGBT中的任意一种，但不仅限于这些，其他可达到相似或相同效果的电子器件也可用于本发明中。

图2示出了根据本发明的具有热插拔模块100的照明装置200的具体电路示意图。该照明装置200包括驱动器201和与驱动器201连接的发光单元L，其中驱动器201包括以上所述的热插拔模块100，并且发光单元L的两个端口T1、T2分别与驱动器201的两个输出端口T3、T4连接。同时，该驱动器201还包括输出电容器Ccap和第一检测电阻Rs1，该输出电容器Ccap和第一检测电阻Rs1的一端接地，并且另一端分别与热插拔模块100连接。这样的热插拔模块100可与现有的其他任意恒流LED驱动器兼容，并提供良好的热插拔功能。其中，这样的具有热插拔模块100的驱动器可应用于例如具有单个输出电流检测电阻的驱动电路、具有多个输出电流检测电阻的驱动电路以及应用于具有切相控制的驱动电路中。

在第一状态S1，即无负载或者在发生热插入之前，由于第三端口T3的驱动电压，在经过第一电阻R1后，设计为可控开关器件的第一晶体管Q1被激活并被打开。其中第一晶体管Q1可设计为场效应管MOSFET，也可设计为例如双极型晶体管或者IGBT。

在第二状态S2，即热插入的时候，第一电感L1保持并阻挡会引起冲击电流的输出电压的瞬间变化，通过第三二极管D3、第三电阻R3、第二电阻R2以及第二晶体管Q2，第一晶体管Q1被关闭，该持续时间由第二晶体管Q2的基极电流和第一晶体管Q1的栅极电容确定，并在该时间内，第一电感L1的电流上升，并在第一晶体管Q1关闭后，第一电感L1的电流经过高阻抗单元211流过，而不是低阻抗单元212的第一晶体管Q1。其中，该高阻抗单元211可设计为一般的电阻，还可设计为正温度系数电阻PTC或者负温度系数电阻NTC或者其他受控于某种阻抗状态的半导体器件。当在第四端口T4的电压通过例如设计为简单的电阻的低阻抗单元211衰减后，第二晶体管Q2被关闭，其中根据第二电阻R2和第三电阻R3，可确定第二晶体管Q2被关闭时的第四端口T4的电压的阈值，之后第一晶体管Q1被打开，从而高阻抗单元211被绕过，发光单元L可具有额定的电流，此时驱动电路201的电流可完全的通过发光单元L并对其进行供电。

在第三状态S3，即热拔出的时候，第一电感L1此时已通过第一晶体管Q1、第二二极管D2以及第一电容C1被重置，并将第一电感L1上的电压转移至第一电容器C1上，其中这个过程持续时间小于1微秒，即使例如在第一电感L1并未完全放电得到重置之前，发生热插入动作，也不会产生冲击电流，因为第四端口T4的电压无法在1微秒之内发生变化。在第一电感L1完全得到重置后，第一电容器C1上的电压经发电后可打开第二晶体管Q2，这样第一晶体管Q1得以通过第二晶体管Q2进行放电，此后，该第一电容器C1得以重置。通过第一电容器C1、第三电阻R3和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1被关闭后又接着被激活打开，从而第一电感L1已准备好进行下一次的热插拔动作。

图2所示的仅为本发明的示例，本发明可以有各种变形，例如在具有单输出的应用、在具有多个检测电阻的电流可调节的应用以及在切相调光电路中的应用。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

参考标号

1     检测单元

11    缓冲单元

12    热插拔检测单元

2     阻抗调节单元

21    阻抗变换单元

22    变换驱动单元

221   高阻抗驱动单元

222   低阻抗驱动单元

211   高阻抗单元

212   低阻抗单元

100   热插拔模块

200   照明装置

S     检测状态

S1    第一状态

S2    第二状态

S3    第三状态

L     发光单元

Q1    第一晶体管

Q2    第二晶体管

R1    第一电阻

R2    第二电阻

R3    第三电阻

D1    第一齐纳二极管

D2    第二二极管

D3    第三二极管

C1    第一电容器

L1    第一电感。

Claims (17)

1.一种用于照明装置（200）的热插拔模块（100），其特征在于，包括：

检测单元（1），用于检测热插拔状态以获得检测状态（S）；和

阻抗调节单元（2），用于根据所述检测状态（S）调节所述热插拔模块（100）的阻抗状态，

并且其中，所述阻抗调节单元（2）包括：

阻抗变换单元（21），其阻抗能够变换；和

变换驱动单元（22），根据所述检测状态（S）变换所述阻抗变换单元（21）的阻抗，以调节所述阻抗状态。

2.根据权利要求1所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述变换驱动单元（22）包括：

高阻抗驱动单元（221），被设计为使得所述阻抗变换单元（21）调节为高阻抗；以及

低阻抗驱动单元（222），被设计为使得所述阻抗变换单元（21）调节为低阻抗。

3.根据权利要求1所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述检测状态（S）包括表征无负载的第一状态（S1）、表征热插入的第二状态（S2）以及表征热拔出的第三状态（S3）。

4.根据权利要求3所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述阻抗变换单元（21）包括：

高阻抗单元（211），根据所述第二状态（S2）和所述第三状态（S3）被所述变换驱动单元（22）激活；以及

低阻抗单元（212），根据所述第一状态（S1）和第二状态（S2）被所述变换驱动单元（22）激活，并且根据所述第三状态（S3）依次去激活和激活。

5.根据权利要求1所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述检测单元（1）包括：

缓冲单元（11），连接至发光单元（L）；以及

热插拔检测单元（12），根据所述缓冲单元（11）所提供的信号控制所述变换驱动单元（22）以调节所述阻抗变换单元（21）。

6.根据权利要求4所述的热插拔模块（100），其特征在于，所述高阻抗单元（211）包括至少一个具有高阻抗的电子器件。

7.根据权利要求6所述的热插拔模块（100），其特征在于，所述电子器件设置为NTC电阻、PTC电阻和半导体器件中的任意一种。

8.根据权利要求4所述的热插拔模块（100），其特征在于，所述低阻抗单元（212）包括至少一个可控开关器件（Q1）。

9.根据权利要求8所述的热插拔模块（100），其特征在于，所述可控开关器件（Q1）设置为功率MOSFET、双极性晶体管和IGBT中的任意一种。

10.根据权利要求2所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述高阻抗驱动单元（221）包括第二晶体管（Q2）、第二电阻（R2）和第三电阻（R3），

其中，所述第二晶体管（Q2）的控制电极连接至所述第二电阻（R2）和所述第三电阻（R3）之间，所述第二晶体管（Q2）的参考电极接地。

11.根据权利要求10所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述低阻抗驱动单元（222）包括第一电阻（R1）和第一齐纳二极管（D1），

其中，所述第一电阻（R1）通过所述第一齐纳二极管（D1）接地，并且所述第二晶体管（Q2）的工作电极连接至所述第一电阻（R1）和所述第一齐纳二极管（D1）之间。

12.根据权利要求5所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述热插拔检测单元（12）包括第三二极管（D3）和/或第一电容器（C1），

其中，所述第三二极管（D3）和/或所述第一电容器（C1）通过所述变换驱动单元（22）接地。

13.根据权利要求12所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述热插拔检测单元（12）还包括第二二极管（D2），

其中，所述第三二极管（D3）的阴极连接所述第二二极管（D2）的阴极并通过所述第二二极管（D2）接地。

14.根据权利要求5所述的热插拔模块（100），其特征在于，

所述缓冲单元（11）包括第一电感（L1），

其中，所述第一电感（L1）通过可控开关器件（Q1）接地。

15.一种用于照明装置（200）的驱动器（201），其特征在于，所述驱动器（201）包括根据权利要求1至14中任一项所述的热插拔模块（100）。

16.根据权利要求15所述的驱动器（201），其特征在于，

所述驱动器（201）还包括第一检测电阻（Rs1）和输出电容器（Ccap），

其中，所述第一检测电阻（Rs1）和所述输出电容器（Ccap）的一端均接地。

17.一种照明装置（200），所述照明装置（200）包括至少一个发光单元（L）和根据权利要求1至14中任一项所述的热插拔模块（100）和/或根据权利要求15-16中任一项所述的驱动器（201）。