CN104584687A - 借助电容器和开关用于根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法 - Google Patents

借助电容器和开关用于根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104584687A
CN104584687A CN201380035557.2A CN201380035557A CN104584687A CN 104584687 A CN104584687 A CN 104584687A CN 201380035557 A CN201380035557 A CN 201380035557A CN 104584687 A CN104584687 A CN 104584687A
Authority
CN
China
Prior art keywords
led
capacitor
voltage
section
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380035557.2A
Other languages
English (en)
Inventor
E·穆施
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IDT Europe GmbH
Original Assignee
Zentrum Mikroelektronik Dresden GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zentrum Mikroelektronik Dresden GmbH filed Critical Zentrum Mikroelektronik Dresden GmbH
Publication of CN104584687A publication Critical patent/CN104584687A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/395—Linear regulators
    • H05B45/397—Current mirror circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/355—Power factor correction [PFC]; Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于控制发光二极管(5)的装置和方法。本发明解决的问题为提供一种装置和一种方法，其允许改善LED(5)的控制来实现，而不消极地影响效率和/或纹波含量。在所述装置上解决所述问题通过：在第一段(LED-S1)的第一端(7)和恒流源(8)之间提供电容器(17)，所述电容被串联连接到电子开关(20)以及电容器(17)的第一端被连接到所述端，电容器(17)的第二端被连接到所述开关(20)；所述开关(20)被连接到控制单元(24)用于控制的目的；电容器(17)的第二端通过另外的开关(9)被连接到恒流源(8)以及连接到下一段(LED-S2)的一端；以及通过另外的开关(9)连接到控制单元(11)用作控制的目的。

Description

借助电容器和开关用于根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法
本发明涉及一种用于驱动发光二极管的装置，该装置包括可以施加交流输入电压的输入，以及串联连接的LED阵列，所述阵列被连接到用于驱动发光二极管的装置的输出端并且被分成至少两段，其中所述阵列的每一段都在一端至少间接连接到恒流源。
本发明也涉及一种用于驱动发光二极管的方法，其中提供串联连接的发光二极管阵列，所述阵列被分成几段，其中每一段可以包含多个发光二极管并且具有第一连接和第二连接，其中所述阵列在经整流的交流输入电压(VDC)下以这样的方式操作，即，根据交流输入电压(VDC)的幅值所述段被连续地接通和断开。
LED(发光二极管)越来越多的被用于发光，因为其具有很多优于传统发光装置比如白炽灯或荧光灯的优点，特别是在节能和延长使用寿命方面。由于其具有半导体型的电流-电压特性，所以有利于利用恒流操作LED。
因此在包括来自照明干线的LED的发光装置的操作期间，需要采取电路措施从高交流电压源产生具有典型的每个LED 3...4V的低电压的期望的恒定直流，所述高交流电压源可以具有例如230 VAC的电压值。这些值通常可以应用到所谓的白色LED并且可以不同于其他LED。
除了普遍使用的通常包括整流器和开关模式电源的所谓的AC至DC变换器之外，公知的方法是串联连接的LED阵列通过一个或多个线性电流源由整流后的交流电压直接驱动。
本装置也被称为直接交流LED。为了这个目的，有利地，LED阵列可以被分成段，其可以被单独地激励或者相应地串联连接到瞬时交流电压上。串联连接的LED的数量以及由此整个LED阵列的前向电压因而被配置为使得其对应于主电压幅度的值得注意的部分，例如，其可以在电源电压的幅值的80％到90％的范围内。
在线性电流源上的电压降由此保持在低水平，其导致产生较高的效率。在相对低的瞬时电压，仅仅对应于LED的设备侧的段的部分LED阵列也被相关电流源上相对低的电压降所驱动。结果，在半周期内电流角增大，其导致发出的光线更加均匀。另选地，来自线性电流源或电流源的电流可以根据瞬时主电压而被调制以便增大功率因数，即，保持电源电流的低谐波含量。
使用公知方法的AC至DC变换器具有结构小型化和驱动电子设备低成本以及由于设备没有产生快速开关边缘而改善EMC(电磁兼容性)的优势。
主要的缺点包括发出光线的两倍于主频的大量纹波，敏感人群发现这是令人烦恼的。甚至，当对LED进行恒定激励时，发出的光随着布置在LED阵列中的启用的段的减少而减弱。
如果驱动LED阵列的瞬时电压下降到低于阵列的第一段的前向电压，则电流变为零，即，在每一周期具有两个间隙，其间不激励LED。相对于白炽灯的灯丝，其具有相当大的热惯性并由此抑制电源的纹波，LED发出的光紧随电流而几乎没有任何延迟。特别地，这些激励间隙能导致光线闪烁的效果，这令人不愉快。
在针对驱动的电路方面的另一缺点包括单独的段的开关阈值需要匹配每一段LED的数量以及实际的前向电压。
因此，本发明的目的包括指定用于驱动发光二极管的装置和方法，由此提高对LED的驱动而不影响效率和/或谐波含量。
在用于驱动发光二极管的装置中，因此提出电容被布置在第一段(例如LED-S3)的一端与恒流源之间的、具有电子开关的串联电路中，其中，电容器的第一连接被连接到所述端，电容器的第二连接被连接到所述开关，其中，所述开关被连接到控制单元，用于驱动，电容器的第二连接通过另一开关被连接到恒流源和紧随第一段之后的段(例如LED-S4)的一端，并且另一开关被连接到另一控制单元，用于驱动。
参照图7所示的电路的实施方式，当电子开关TCC被接通时，通过交流输入电压VDC、LED段LED-S1、电容器CER本身、闭合的电子开关TCC以及恒流源ILED(其连接到驱动装置1的第二输入GND及其地电位的输入)的路径，发生电容器CER的充电。该充电操作开始于交流输入电压VDC超过段LED-S1的前向电压的情况。在电容器CER充电期间，电容器CER和电子开关TCC之间的节点VCER上的电位也增大，其导致设置在第一段LED-S1的端部和恒流源ILED之间的开关TC1断开。
电容器CER的充电是连续的，直到超过了段LED-S1和LED-S2的前向电压。这种情况下，开关TCC断开，充电电荷保留在电容器CER上。
为了提高闪烁系数，开关TCC的断开是有利的，但是决不是用于实现本发明的本质所必须的。
在电容器CER上收集的电荷被用于关闭发生在两倍于线频率的电流间隙。这些发生在交流输入电压VDC下降到低于单个段的前向电压时。装置的尺寸由以下方式确定：电容器CER上的电压VCER大于LED段的前向电压。在电流间隙中，现在电容通过适合的开关(TER)被连接到LED段(LED-S4)或者连接到LED段中的仅一个或多个LED，其中电容器CER通过LED段或者LED和所述LED发光来放电。由于在电流间隙期间从LED发出的光，其中，在电流间隙期间根据现有技术没有光线输出，所以发出光线的纹波被改善了。
进一步的配置用于充电多个电容，因此在电流间隙中为多个LED段或LED提供电压。另选地，电容可以被串联连接以增大电流间隙中所产生的电压，由此，例如，LED段或单个LED可以以更高的前向电压被引起发光。
进一步的可能性包括在放电电路中使用限流装置或者电流调节装置。在所述方式中，通过电流调节合适的尺寸，只要LED的前向电压允许，存储在电容器中的能量在电流间隙期间完全是均匀的输出。另外，可以对LED的亮度和发光持续时间进行这种调节。
在本发明的配置中，提供了第二电容器，该第二电容器布置在在随后的段的一端和恒流源之间具有电子开关的第二串联电路中。
除了第一电容器之外，第二电容器被引入所述装置，并且该电容同样被充电用于交流输入电压VDC的幅值足够高的情况。该第二电容器在电流间隙通过合适的开关元件的设置而与第一电容器串联连接，其中，跨越电容上的电压合计VCER1+VCER2＝VGES。由于该方法，LED段可以在电流间隙内操作甚至用于在单个电容上的电压VCER1或VCER2没有达到LED段的前向电压的幅值的情况。
另选地，在该实施方式中，在LED段内仅有一个LED或者多个LED被操作也是可能的。
在用于驱动发光二极管的方法中，目的是，如果超出交流输入电压(VDC)的预设的接通阈值，则由交流输入电压(VDC)供应的至少一个电容器的充电操作被启动，并且，如果交流输入电压(VDC)的第二开关阈值是下冲的，则电容器的放电通过段发生。
提供了一种用于在阈值以上为充电电容器充电的方法。为了所述目的，比较交流输入电压和接通阈值，接通阈值是预先指定的电压值。然而，所述方法不是一定需要该比较。另选地，充电电容到LED段的一端的连接不仅导致电流流过其本身的段(LED-S1)以及其另外的开关元件，而且导致一旦可疑的元件的前向电压值达到，则用于电容器CER的充电电流就被生成。为此，段LED-S1的端部通过闭合的开关TC1被连接到恒流源ILED。电容器CER通过与其并联的闭合开关TCC也连接到该恒流源ILED。通过开关TC1和TCC的合适的驱动，确保以下的LED段(LED-S2、LED-S3...)也能利用增大的交流输入电压VDC被操作，并且其电荷可以被保持在电容器CER。
对于交流输入电压VDC下降到在该方法次序之前被预定的第二开关阈值以下的情况，充电电容器CER以这样的方式被连接到LED段，即，电容器CER的电荷通过段中的LED被放电，并且，由于该放电电流，LED发光。
在本发明的一个实施方式中，用于交流输入电压(VDC)的接通阈值是高于第二开关阈值的电压值。
该方法可以检测第一段LED-S1的前向电压下冲的情况并且因此能通过该段或者另一段使得电容开始放电。为了为电容器CER充电，需要使得交流输入电压(VDC)至少超出第一段LED-S1的前向电压的值。
在本发明的另一实施方式，电容器的放电仅通过设置在段中的一些LED而发生。
除了可以将一段内所有LED切换至电容放电电路之外，根据所述方法也可以包括段中的仅某些LED。这有利于，例如，电容器CER上的电压VCER没有到达包含多个LED的段的前向电压幅度的情况。
本发明接下来将参照示例性实施方式更加详细的进行解释，在相关的附图中：
图1示出了根据现有技术在作为“直接交流LED驱动器”的变体中用于驱动发光二极管的装置的可能的实施方式；
图2示出了根据现有技术在作为“直接交流LED驱动器”的变体中用于驱动发光二极管的装置的另一可能的实施方式；
图3示出了根据本发明的用于驱动发光二极管的电路装置，包括电流路径自动匹配到LED段的前向电压；
图4示出了根据本发明的用于驱动发光二极管的另一电路装置，包括可选择地与分等级的栅电压自动匹配；
图5示出了整流主电压的以及半周期之上的段电压的电压曲线的图示；
图6示出了用于自动控制“泄放电流”的电路装置；
图7示出了用于自动控制“能量存储电容器”CER的充电的电路装置；
图8示出了用于自动控制例如两个电容器CER1和CER2的充电和放电操作的电路装置；
图9示出了电容器CER1和CER2在半周期之上的电压曲线的图示；以及
图10示出了图8的电压曲线的图示的放大的细节。
图1和图2示出了根据现有技术用于驱动发光二极管5的装置1的两个可能实施方式。所谓直接交流LED驱动器每一个具有四个LED段6，其在图中被表示为LED-S1到LED-S4。阵列4由经整流的主电压VDC 2来供电，其中接地侧电流源8 ILED产生恒定电流。
在图1所示的图示中，段6被开关元件SW1到SW3短路，开关元件例如可以被实施为MOSFET，对应于跨过阵列4的瞬时电压。
在图2中所示的配置中，段抽头7通过开关元件SW1到SW3被连接到与阵列4之上的瞬时电压相对应的公共电流源8 ILED。控制单元CRL用于在若干段6之间针对瞬时电压合适地分配电流。可以与瞬时主电压VDC相对应地随意地调制电流源8ILED。
下面将描述根据本发明的开关阈值与段的前向电压的自动匹配。
图3示出了使用LED阵列4的三个段6 LED-S1到LED-S3的示例的原理，在每一段6中包括任意所需数量的LED 5。段6的数量根据需要可以增大，其在图中的段6-LED-S3的连接7处使用点划线示出。同样地，每一段6的LED5的数量是可以自由选择的。
段LED-S1 6的“上部”LED 5的正极被连接到电源电压VDC 2，即整流主电压。阵列4的每一段6具有第一和第二连接7。在图3中，第一段6的第一连接被连接到电压VDC。第一段6的第二连接7被连接到阵列4的下一段6的第一连接。另外，该第二连接7被连接到开关装置9、10、......。
整个LED阵列6通过这些开关装置9、10由来自同一接地侧电流源8 ILED供电，开关装置9、10可以被接通和断开。在电流源8上，具有所谓的共源共栅元件TC1 9和TC2 10，例如由MOSFET、双极性晶体管或者IGBT形成，作为开关装置用于每一电流路径n。两个晶体管的串联电路被称为共源共栅，其中，“下”晶体管(在n沟道或NPN晶体管的情况)执行控制功能，同时“上”晶体管被用于增大绝缘强度和/或输出阻抗。
在装置中的n级以这样的方式形成，其每一级包括第n个LED段6和至少一个第n个开关装置9或者10。第一级包括阵列4的第一段6和第一开关装置9。另外，也可以包括驱动第一开关装置9的另一元件。在图3中所示的实施方式中，这是第一比较器或放大器11 AMP1。
共源共栅元件9、10限制跨过电流源8上的电压VQ并且接受瞬时VDC和LED阵列4的启用的段6的前向电压之间的某些不同。应用于共源共栅元件9、10的门或基电压VGC决定最大电压VC。这有利于自动阈值调节以便保持该电压较低。
如果电压VDC 2增大从小于段LED-S1 6的前向电压的值启动，首先，当达到前向电压时，段LED-S1 6将开始导通电流。如果达到由电流源8所限制的电流，并且VQ达到由共源共栅元件9、10所限制的值，则VDC 2进一步增大，段电压VS1增大，同时VQ保持基本恒定。
首先，没有电流流过段LED-S2 6，并且段电压VS2基本对应于电压VQ。
如果VDC达到LED-S1 6和LED-S2 6的前向电压之和，LED-S2 6也开始导通，并且电流在TC1 9和TC2 10之间划分。电流总和由公共电流源8 ILED来进一步确定。如果VDC 2进一步增大，电压VS2与VQ相比较现在增大。该增大指示LED-S2 6是导通的，并且通过TC1 9的电流路径可以是断开的。断开例如可以通过放大器或者比较器11 AMP发生，其比较值是电压VQ以上的可设置的幅值。为了避免在开关点周围的振荡，有利的是提供具有滞后作用的比较器11。这具体应用到那些具有相对高阻抗的MOSFET被用作共源共栅元件9、10的情况中。当使用双极晶体管时，所述双极晶体管的基极电流需要被限制。
渐进断开，例如通过放大器或者具有渐进放大的简单变换器的方式代替比较器，是有利用于避免由于开关操作可能发出的噪音。
如图4所示，依靠控制电压VG2＞VG1被应用，由TC2 10接收电流而不切换TC19是同样可以实现的。当段LED-S2 6变为导通时，TC2 10增大电压VQ，并且TC1 9自动接通。在VG2 14和VG1 13之间的电压差需要足够高用于TC1 9安全断开，这在集成并且使用具有相对高阻抗的MOSFET时是特别重要的。
在LED段的数量“n”相对较大的情况下，这会导致控制栅电压VG1到VGn相当的“分散”。因此，具有接下来电流路径断开的分级的驱动电压的组合是有利的。
如果LED阵列4包括多于二段6，所述的过程是重复进一步增大VDC 2用于接下来的级或者电流路径n+1、n+2......等。对于阵列4的“最后的”段6，共源共栅元件9、10不是绝对必须的，但是是在用于限制电压VQ的电路中是有利的。该最后的共源共栅元件9、10不需要被开关。图3通过示例的形式示出了，两个共源共栅元件9和10。
一旦VDC 2超过其幅值并且电压再次减少时，共源共栅元件9、10以相反的次序被再次激活，对应于具有相同电路的瞬时电压。
图5示出了使用包含具有相同数量的LED 5的四个段6的LED阵列4的示例在半周期内的电压曲线。在图示中，在没有交叉网格侧交流电压2的周围的区域中没有LED 5被操作，并且没有LED电流流过。在正半周期时间的进一步过程上，电压VDC2增大直到达到段VLED-S1 6中的LED 5的前向电压，电流流过段VLED-S1 6并且该段6由此发光。在正半周期的进一步的过程上，电压VDC 2继续增大直到达到段VLED S1 6和VLED S2 6中LED 5的前向电压。在该时间之后，电流也流过段VLED-S2 6，其现在同样发光。
所述过程被进一步示出直到所有的段6 VLED-S1到VLED-S4有电流流过并且发光。一旦电压VDC 2达到最大值，该电压以正弦的方式减小，其导致不再达到段VLED-S4 6的前向电压。这导致段VLED-S4 6中电流的中断并且因此其断开。接着，段VLED-S3 6、VLED-S2 6和VLED-S1 6连续断开，结果是不再有电流流过阵列4。
具有同样的段6的实施方式有利于应用，但是不是所述方法的功能性的前提。为了更好地理解，电流源8上的电压降VQ不包括在图示中。
图3、4和6示出了具有受控的输入端的恒流源8，通过所述受控输入端，恒流源可以被控制。因此，恒流源的电流曲线可以通过输入电压VDC2有选择的与例如整流的脉动输入电压VDC的正弦电流曲线匹配。所述匹配导致所谓的功率因数由于破坏性谐波的减少而提高。
对于使用调光器的LED光源的操作，其利用相位闸方法(双向可控硅)或者相位截断方法(MOSFET或者IGBT)的方式操作，需要提供电流路径用于为电容充电，其在主电压的半周期内确定电流角。
前面描述的电路1在达到第一LED段6的前向电压时仅仅导通电流并且然后仅仅能确定电容器被充电的时间。因此，没有进一步的测量，利用调光器实现的电流角的最大值被减小。为了避免所述减小，设计另外的电流路径是有利的，所述另外的电流路径在主电压VDC一直低于第一段6(例如LED-S1)的前向电压时已经被启用。
该电流被称为“泄放电流”，因为它没有用于激活LED 5本身。在图6中，图4所示的电路通过共源共栅或开关元件TCBL 16和比较器或放大器15 AMPBL、根据相同的原理已被扩展。泄放电流流动直到VDC超过段LED-S1 6的前向电压为止。在该情况中，电压VS1增大并且比较器15 AMPBL停用所述泄放路径。在TCBL16被启用的同时，电流源ILED8提供泄放电流。
所描述的拓扑的极性可以被反向，即电流源8被连接到正电压源(VDC)2并且“最低的”LED 5的阴极被连接到负电源(GND)。用于由地侧或浮动电势电流传感器来控制高侧电流源是同样容易想到的可能的方式。
根据本发明在LED被驱动的期间填充所谓的电流间隙在下面参照图7所示的电路配置来描述。
如前所述，如果电压VDC 2增大，只要共源共栅元件9导通电流源ILED 8的电流，那么其电压降将随着电压VDC和启用的段6(LED-S1，......)的电压总和之间的差值而增大，直到下一个共源共栅元件10接收电流。该电流在元件9的线性范围内可以被用来为电容器17充电。充电电压可以高达“下一”段6(例如LED-S2)的前向电压而不削弱电流总和以及LED段6中的电流。充电操作可以被执行用于单个共源共栅元件或者用于具有相应的多个电容器17的多个共源共栅元件9、10，这没有在图7中示出。
如果在电压VDC的上升沿期间，电容器17没有被充电到下一段6(例如LED S2)的前向电压，只要在瞬时电压VDC和电容器17上的电压之间的电压差仍然大于电容器17本身上的电压，那么电容器17在电压VDC的下降沿期间能被进一步充电。
在用于操作段6的LED5的“常规”路径和用于为电容器17或另一电容充电的路径之间电流的分配，有利地根据前述的用于自动匹配LED段6的前向电压所描述的相同的方法来实现。
在该情况下，电容器17以与具有可变电压的段相同的方式动作。图7示出了用于能量存储电容器CER和二个LED段LED-S1和LED-S2的相应的具体电路。一旦电压VDC超过第一段LED-S1 6的前向电压，那么电压VS1增大并且电容器CER 17通过共源共栅元件TCC 20充电。只要VDC增大得比电容器CER 17上的电压更快，则节点VCER 19的电势也增大，并且第一控制单元AMP1 11断开第一开关TC1 9，电流源ILED 8的总电流被用于为电容器CER 17充电。
如果用于电容器CER17能够承担总电流的电压VDC的增大不够陡峭，则节点VCER 19上的电压降低，并且开关TC1 9变得被启用。与使用比较器的开关相比，开关9、10和20实施为共源共栅元件的线性驱动在避免例如在电子开关TCC 20和TC1 9之间电流的来回切换方面是特别有利的。
如果电压VDC达到段LED-S1 6和LED-S2 6的前向电压和，则电压VS2增大并且电容器CER17的充电操作被终止。开关TC1 9要么已经断开要么被在节点VCER 19上的电压的增大所断开。如果必要，电压VS2也能再次被使用以便停用开关TC1 9。
如果所有的LED段6被激活，则电容能根据交流输入电压VDC和段的前向电压的和VLED(VLED＝VLED-S1+VLED-S2+VLED-S3+......VLED-Sx)之间的差值而被充电。
由于主电压曲线在幅值区域内是较为平坦并且因此用于为电容器(例如CER17)充电的可用时间是相对长的，相对大量的电荷能被聚集在这里的电容上。
当下一LED段6(例如LED-S2)变为启用状态时，停止电容器(例如17)的充电操作不是绝对必须的，但是电容器17也可以与两个或多个段6并联充电。这就简化了所涉及电路的复杂性，但是也增大了闪烁系数，即基于总电流ILED的波形的灯光流的相对波动。
在一个实施方式中，其被示于图8中，除了该第一电容器17之外，第二电容器18也被设置在电路中并且以上述同样方式进行充电。
存储在电容器17或者电容器17和18中的某些能量能被用于减少发生在两倍于线路频率的发光流的纹波，特别是用于关闭能量间隙，其在电压VDC下降到低于单个段6(LED-S1)的前向电压时发生。为了该目的，电容电压必须高于至少一个LED段6的前向电压。根据电路的规模，可能也需要在放电操作期间串联连接电容器17、18。
如图8所示，具有四个段(LED-S1到LED-S4)和两个电容器17和18的可能的装置，其被连续地充电和放电来填满电流间隙。为了简化描述，泄放电流在图8中没有被考虑进来。毫无疑问，图6已知的电路部分也能被用于图8所示的装置中。
随着电压VDC的增大，首先共源共栅元件TC1 9、TC2 10和TC3 21接连导通，恒流源ILED 8的电流以同样的顺序流过段6 LED-S1、LED-S1+LED-S2和LED-S1+LED-S2+LED-S3。如果电压VS3达到一直保持在电容器CER1 17加上二极管D1 22的二极管前向电压的电压，则充电电流被提供给电容器CER1 17，并且在电压VDC进一步增大的情况下，电容器CER1上的电压VCER1也增大。控制单元AMP323接通开关TC3 21，并且电流源ILED 8的总电流可用于为电容器CER1 17充电。
这种情况的预定条件是电压的变化dVDC/dt大于在电流ILED 8的情况下的变化dVCER 1/dt。因此需要选择足够大的电容器CER1 17。如果该条件不能满足，则电流源ILED 8的电流将在共源共栅元件TC3 21和TC1 20之间划分，并且仅仅这么多的电流被用于为电容器CER1 17充电，同时，dVCER 1/dt和dVDC/dt是相同的。然而，段6的LED 5的激发不受影响。
如果在电压VDC中进一步增大之后，段6 LED-S4的前向电压也被超过，则电容器CER1 17的充电操作被控制单元AMPC1 24和开关TCC1 20的开关操作所终止。直到剩余在电容器CER2 18上的电压VCER2加二极管D2 25的二极管前向电压被达到，开关TC4 26才导通电流源ILED 8的电流。接着，上述用于开关TC3 21和TCC120的操作在共源共栅元件TC4 26和TCC2 27中被重复，并且电容器CER2 18被充电。当电压VDC再次下降到如此远，充电操作被终止，一旦其幅值已经被超过，那么二极管D2 25断开。于是，开关TC4 26再次接收电流源ILED 8的电流。共源共栅元件TCC2 27不需要被启动，但是可以是持续激活。这可以实现，例如，由于MOSFET开关27的栅极被连接到电压VDC的事实。二极管D1 22和D2 25阻止电容器CER117和CER2 18在电压VDC的下降沿的放电。
电容器CER1 17和CER2 18上聚集的电荷可以以示例方式使用，只要电压VDC下降到所述范围或者段6 LED-S1的前向电压之下就可以为段6 LED-S4提供能量。为了所述目的的控制信号以与上述用于泄放电流启动的同样的方式获得，这已经示于图6的相关部分。
在一个实施方式中，可能的是，用于控制能量存储的单元AMPER 28以及AMPBL15可以被组合形成一个单元。用于电平匹配的级LS 29使用控制信号CRLER来控制开关元件TER30，其连接相互串联的电容器CER1 17和CER2 18。段6 LED-S4现在由两个电容器17和18的电压和供电。电流通过电流源IER 31被定义。电流源IER31能在任意所需的点被设置在放电路径中。串联连接的电容器17和18的放电通过开关TER 30通过段LED-S4 6的LED5和第五开关TC4 26、第六开关TCC2 27从电容器的第一连接开始，到第二电容器CER2 18的第二连接并且进一步通过电流源IER31、开关元件TER30从所述电容器18的第一连接到第一电容器17的第二连接。
根据电路，组合电流源IER 31和开关元件TER 30，尤其有利于集成的解决方案。
图9通过实施方式的方式示出了，当电容器17和18相互串联连接时的电容器CER1 17、CER2 18以及电压总和(VCER1+VCER2)的电压曲线。
图9示出了，在背景中，段电压(VDC、VS1、VS2、VS3和VS4)从图5中是已知的。为了更好的理解，图9所示的较低范围的电压-时间曲线在图10中以放大形式详细示出。
对于所述实施方式，假设电容器CER2 18大于电容器CER1 17。然而，对于电路的功能，这种假设不是必须的。
用于放电电流IER 31的恒流源的尺寸应所述以这样的方式确定，在最小电源电压VDC的情况，在放电操作的结束时电压总和甚至大于段6 LED-S4的前向电压。这确保在整个间隙期间，电流保持在恒定的最大水平，以及电路的效率相对于所选择的LED 5的拓扑是最高的。
由于在更高的电源电压VDC的情况，更多的电荷被存储在电容器CER2 18中，根据电源VDC的电平或者VDC和LED阵列4的前向电压之间的电压差而控制电流源IER31的电流也是有利的。
以实施方式的方式，当用于段6 LED-S1被使能的电压VDC再次足够高时放电操作终止。在两侧都延伸的放电操作可能是有利的，如果电流源ILED 8的电流被控制以便提高功率因数，即根据瞬时电压VDC为了减少线电流中谐波含量，并且在段6 LED-S1中电流最初是低于源IER 31的电流的。由于在电容器CER1 17和CER2 18中的可用电荷被限制，如果放电时间延长的话，电流源IER 31的电流需要被减少。
上述操作在每半个周期内被重复。
可选的实施方式如下：
-至少一个LED段6的另一段，使得单个电容器17的电压是足以用于使能这个类型的子段被激发，
-LED阵列4的段6的不同的前向电压，使得具有各自的电容器17的电压是足以使具有相对低的前向电压的段6被激发，
-单独的LED 5或者LED阵列4，其由存储的能量而被激发，
-使用存储能量来激发与上一LED段6不同的LED段。
参照标记列表
1 LED驱动装置
2 输入
3 输出
4 LED阵列
5 LED
6 段
7 连接/端
8 恒流源
9 第一电子开关
10 第二电子开关
11 第一控制单元
12 第二控制单元
13 第一参照电压
14 第二参照电压
15 用于“泄放电流”AMPBL的比较器/放大器
16 开关元件TCBL
17 第一充电电容(CER或者CER1)
18 第二充电电容(CER2)
19 节点VCER
20 第三电子开关
21 第四电子开关
22 二极管D1
23 第三控制单元
24 第四控制单元
25 二极管D2
26 第五电子开关
27 第六电子开关
28 比较器/放大器AMPER
29 电平匹配
30 开关元件TER
31 电流源IER
32 接通阈值
33 第二开关阈值

Claims (5)

1.一种用于启动发光二极管(5)的装置，该装置包括：输入(2)，交流输入电压能够被应用到所述输入；串联连接的LED(5)的阵列(4)，所述阵列被连接到装置(1)的用于启动发光二极管的输出(3)，并且所述阵列被分成至少两个段(6)，并且其中所述阵列(4)的每一段(6)在一端(7)至少被间接连接到恒流源(8)，
其特征在于，电容器(17)被布置在第一段(6)的一端(7)和所述恒流源(8)之间的具有电子开关(20)的串联电路中，其中，所述电容器(17)的第一连接被连接到所述端(7)，并且所述电容器(17)的第二连接被连接到所述开关(20)，其特征在于，所述开关(20)被连接到控制单元(24)以用于启动，其特征在于，所述电容器(17)的第二连接通过另一开关被连接到所述恒流源(8)，并且连接到跟随所述第一段的段(6)的一端(7)，并且其特征在于，所述另一开关被连接到另一控制单元以用于启动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第二电容器(18)被布置在随后的段(6)的一端(7)和所述恒流源(8)之间的具有电子开关(27)的第二串联电路中。
3.一种用于启动发光二极管的方法，其中，提供有串联连接的发光二极管(5)的阵列(4)，所述阵列被分成段(6)，其中每一段(6)可以包括多个发光二极管并且具有第一连接和第二连接(7)，并且其中，所述阵列针对经整流的交流输入电压(VDC)以这样的方式进行操作，即，根据所述交流输入电压(VDC)的幅值而连续地接通和断开所述段(6)，其特征在于，如果超过所述交流输入电压(VDC)的预设的接通阈值(32)，由所述交流输入电压(VDC)供能则至少一个电容器(17)的充电操作被启动，并且，其特征在于，如果所述交流输入电压(VDC)的第二开关阈值(33)是下冲的，则所述电容器(17)通过段(6)而发生放电。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述交流输入电压(VDC)的所述接通阈值(32)的电压值大于所述第二开关阈值(33)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电容器(17)仅仅通过布置在所述段(6)中的某些LED(5)而发生放电。
CN201380035557.2A 2012-07-04 2013-07-01 借助电容器和开关用于根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法 Pending CN104584687A (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12174995 2012-07-04
EP12174995.6 2012-07-04
DE102013100992 2013-01-31
DE102013100992.1 2013-01-31
EP13169481.2 2013-05-28
EP13169481.2A EP2683221A1 (de) 2012-07-04 2013-05-28 Anordnung und Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden in abhängigkeit vom Eingangsspannungs-pegel, mittels Kondensator und Schalter
PCT/EP2013/063808 WO2014005980A1 (de) 2012-07-04 2013-07-01 Anordnung und verfahren zur ansteuerung von leuchtdioden in abhängigkeit vom eingangsspannungs-pegel, mittels kondensator und schalter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104584687A true CN104584687A (zh) 2015-04-29

Family

ID=48325392

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380035557.2A Pending CN104584687A (zh) 2012-07-04 2013-07-01 借助电容器和开关用于根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法
CN201380035177.9A Pending CN104604333A (zh) 2012-07-04 2013-07-01 通过分支开关根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380035177.9A Pending CN104604333A (zh) 2012-07-04 2013-07-01 通过分支开关根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20150156841A1 (zh)
EP (3) EP2683220A1 (zh)
JP (2) JP2015525962A (zh)
KR (2) KR20150036392A (zh)
CN (2) CN104584687A (zh)
TW (3) TW201410070A (zh)
WO (3) WO2014005981A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107801268A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 华润矽威科技（上海）有限公司 线性高效恒流无频闪led驱动电路及其驱动方法
CN111373468A (zh) * 2017-11-29 2020-07-03 平面系统公司 用于显示矩阵的主动放电电路系统
CN112839404A (zh) * 2019-11-25 2021-05-25 财团法人工业技术研究院 发光二极管驱动电路与方法
CN112839404B (zh) * 2019-11-25 2023-11-07 财团法人工业技术研究院 发光二极管驱动电路与方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200433A1 (de) * 2014-01-13 2015-07-16 Tridonic Jennersdorf Gmbh Schaltungsanordnung für LED-Betriebsstränge
DE102014202363A1 (de) * 2014-02-10 2015-08-13 Tridonic Gmbh & Co Kg Spannungskonverter für den Betrieb von Leuchtmitteln
US20150382409A1 (en) * 2014-06-28 2015-12-31 Microchip Technology Inc. Sequential linear led driver utilizing headroom control
JP6403494B2 (ja) * 2014-08-26 2018-10-10 シチズン時計株式会社 Ｌｅｄ駆動回路
US9445472B2 (en) * 2014-09-23 2016-09-13 Huizhou Light Engine Limited Method and circuit for driving light-emitting diodes from three-phase power source
DE102014114853A1 (de) * 2014-10-14 2016-04-14 Atlas Elektronik Gmbh Schaltung zum flackerarmen Betreiben von Leuchtdioden, sowie Leuchtmittel und Leuchte
WO2016060465A2 (ko) * 2014-10-14 2016-04-21 서울반도체 주식회사 플리커 성능이 개선된 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치
EP3232738A4 (en) * 2014-12-12 2018-08-15 Rohm Co., Ltd. Lighting device
TWI559811B (zh) * 2015-01-14 2016-11-21 立錡科技股份有限公司 發光元件驅動電路及發光元件電路之驅動方法
TWI616115B (zh) 2015-02-12 2018-02-21 Richtek Technology Corp 線性發光二極體驅動器及其控制方法
CN105992437A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 凹凸电子（武汉）有限公司 光源驱动电路和光源模块
DE102015207144A1 (de) * 2015-04-20 2016-10-20 Osram Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens eines ersten und eines zweiten LED-Strangs
CN107852797B (zh) * 2015-07-30 2020-05-05 赤多尼科两合股份有限公司 直接ac驱动电路、灯具和照明系统
FR3039942B1 (fr) * 2015-08-03 2018-08-31 Aledia Circuit optoelectronique a diodes electroluminescentes
TWM515620U (zh) * 2015-09-11 2016-01-11 Luxmill Electronic Co Ltd 可消除電流欠量的多階led驅動電路
US9814105B2 (en) * 2015-11-12 2017-11-07 Semiconductor Components Industries, Llc Control circuit for LED and active bleeder thereof
CN107148127B (zh) * 2017-07-21 2018-06-26 肖旭华 一种自动检测待测电源或光源调光性能的方法
TWI625987B (zh) * 2017-08-18 2018-06-01 鈺瀚科技股份有限公司 使用高電壓驅動多個發光二極體的裝置
EP3847872B1 (en) * 2018-09-05 2023-11-08 The Gillette Company LLC Modulating an illumination level of a user interface luminous element
US10834792B2 (en) * 2018-12-17 2020-11-10 Intelesol, Llc AC-driven light-emitting diode systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100090609A1 (en) * 2008-09-17 2010-04-15 Superbulbs, Inc. 3-way led bulb
CN101849431A (zh) * 2007-11-07 2010-09-29 皇家飞利浦电子股份有限公司 电源电路
US20120081008A1 (en) * 2010-10-05 2012-04-05 Anwell Semiconductor Corp. Control circuit module of light-emitting diode lamp
US20120081009A1 (en) * 2009-06-04 2012-04-05 Exclara Inc. Apparatus, Method and System for Providing AC Line Power to Lighting Devices
CN102498449A (zh) * 2009-06-04 2012-06-13 普英森亿有限责任公司 用于向照明装置提供ac线路电力的设备、方法和系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081722B1 (en) * 2005-02-04 2006-07-25 Kimlong Huynh Light emitting diode multiphase driver circuit and method
JP4588494B2 (ja) * 2005-03-03 2010-12-01 株式会社ジャムコ 照明用発光ダイオード駆動回路
US7723926B2 (en) * 2006-05-15 2010-05-25 Supertex, Inc. Shunting type PWM dimming circuit for individually controlling brightness of series connected LEDS operated at constant current and method therefor
JP2010109168A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Fuji Electric Systems Co Ltd Ｌｅｄ駆動装置、ｌｅｄ駆動方法および照明装置
US8174212B2 (en) * 2008-11-30 2012-05-08 Microsemi Corp.—Analog Mixed Signal Group Ltd. LED string driver with light intensity responsive to input voltage
US8324840B2 (en) * 2009-06-04 2012-12-04 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices
US8384311B2 (en) * 2009-10-14 2013-02-26 Richard Landry Gray Light emitting diode selection circuit
US8456095B2 (en) * 2010-03-19 2013-06-04 Active-Semi, Inc. Reduced flicker AC LED lamp with separately shortable sections of an LED string
JP2012089827A (ja) * 2010-09-22 2012-05-10 Citizen Holdings Co Ltd Ｌｅｄ駆動回路
CN103262650B (zh) * 2010-10-24 2016-06-01 美高森美公司 对led串驱动器的同步控制
JP6029022B2 (ja) * 2010-12-15 2016-11-24 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ 知覚される光フリッカを低減した線形ドライバ
JP5821279B2 (ja) * 2011-05-24 2015-11-24 日亜化学工業株式会社 発光ダイオード駆動装置
JP5747656B2 (ja) * 2011-05-24 2015-07-15 日亜化学工業株式会社 発光ダイオード駆動装置
EP2793534A4 (en) * 2011-12-16 2015-11-11 Seoul Semiconductor Co Ltd LIGHT EMITTING DIODE ATTACHMENT (LED)
US11178740B2 (en) * 2011-12-27 2021-11-16 Ideal Industries Lighting Llc Solid-state lighting apparatus including current diversion controlled by lighting device bias states and current limiting using a passive electrical component

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101849431A (zh) * 2007-11-07 2010-09-29 皇家飞利浦电子股份有限公司 电源电路
US20100090609A1 (en) * 2008-09-17 2010-04-15 Superbulbs, Inc. 3-way led bulb
US20120081009A1 (en) * 2009-06-04 2012-04-05 Exclara Inc. Apparatus, Method and System for Providing AC Line Power to Lighting Devices
CN102498449A (zh) * 2009-06-04 2012-06-13 普英森亿有限责任公司 用于向照明装置提供ac线路电力的设备、方法和系统
US20120081008A1 (en) * 2010-10-05 2012-04-05 Anwell Semiconductor Corp. Control circuit module of light-emitting diode lamp

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107801268A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 华润矽威科技（上海）有限公司 线性高效恒流无频闪led驱动电路及其驱动方法
CN107801268B (zh) * 2016-08-31 2019-11-15 华润矽威科技（上海）有限公司 线性高效恒流无频闪led驱动电路及其驱动方法
CN111373468A (zh) * 2017-11-29 2020-07-03 平面系统公司 用于显示矩阵的主动放电电路系统
CN112839404A (zh) * 2019-11-25 2021-05-25 财团法人工业技术研究院 发光二极管驱动电路与方法
CN112839404B (zh) * 2019-11-25 2023-11-07 财团法人工业技术研究院 发光二极管驱动电路与方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20150181666A1 (en) 2015-06-25
KR20150036340A (ko) 2015-04-07
EP2683220A1 (de) 2014-01-08
US20150156841A1 (en) 2015-06-04
TW201410071A (zh) 2014-03-01
JP2015525962A (ja) 2015-09-07
WO2014005983A1 (de) 2014-01-09
TW201410070A (zh) 2014-03-01
CN104604333A (zh) 2015-05-06
KR20150036392A (ko) 2015-04-07
WO2014005980A1 (de) 2014-01-09
EP2683221A1 (de) 2014-01-08
TW201406197A (zh) 2014-02-01
JP2015525963A (ja) 2015-09-07
EP2683223A1 (de) 2014-01-08
WO2014005981A1 (de) 2014-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104584687A (zh) 借助电容器和开关用于根据输入电压电平控制发光二极管的装置和方法
US9451661B2 (en) Linear LED driver and control method thereof
JP5518098B2 (ja) Ｌｅｄ駆動回路
US9591709B2 (en) Illumination apparatus including semiconductor light emitting diodes
US8421360B2 (en) Load determination device and illumination apparatus using same
TWI403080B (zh) 具電流偵測的電荷幫浦電路及其方法
CN103167690B (zh) 点亮装置以及包括点亮装置的照明设备
US9769890B1 (en) Circuit and method for eliminating power-off flash for LED drivers
US9596726B2 (en) Driver device and driving method for driving a load, in particular an LED unit
CN104871645A (zh) Led驱动装置和用于连续地驱动led的驱动方法
US10244596B2 (en) LED drive circuit having improved flicker performance and LED lighting device including the same
KR20140115552A (ko) 이중 브리지 다이오드를 이용한 led 구동회로, 이를 포함하는 led 조명장치
AU2011293429B2 (en) Solid state lighting driver with THDi bypass circuit
TW201336344A (zh) 控制對發光二極體光源供電的控制器及方法、及可攜式照明裝置
GB2516696A (en) Low Noise and Continuous Emission LED Power Supply Circuit
US9730287B2 (en) Lighting apparatus and dimming regulation circuit thereof
US9735671B2 (en) Charge pump-based drive circuitry for bipolar junction transistor (BJT)-based power supply
KR20160043760A (ko) 발광소자 구동회로
GB2536851A (en) Driver module for driving LEDs
TW201947997A (zh) 發光元件驅動裝置及其驅動方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150429