CN105472823A - 用于照明装置的驱动电路和照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于照明装置的驱动电路和照明装置，该驱动电路包括：第一驱动模块，其中，该第一驱动模块配置为将来自供电源的交流信号转换为提供给照明装置的发光单元的恒流驱动信号，其中，驱动电路还包括第二驱动模块，其中，该第二驱动模块与第一驱动模块和发光单元串联连接并配置为保持由恒流驱动信号施加在第二驱动模块上的电压，并且第二驱动模块还包括第一开关装置，第一开关装置由保持的电压驱使导通，使得第二驱动模块输出的电流信号为直流信号。

Description

用于照明装置的驱动电路和照明装置

技术领域

本发明涉及一种用于照明装置的驱动电路和一种照明装置。

背景技术

现有的低成本的LED驱动器通常会使用单阶反激PFC(功率因数校正)变换器来将电源电压转换为LED发光模块所需的直流DC电流。然而，单阶反激PFC变换器不能够适用于50/60Hz电源电压变化而保持适当的功率因数和THD(总谐波失真)性能。这使得电源电压至LED模块的功率转换并不是随时间而恒定的，造成提供给LED模块的输出电流会包含大量波纹电流。

输出波纹电流的幅值取决于所使用的单阶反激式PFC变换器的输出电容以及LED模块的有效串联电阻。输出波纹电流的频率一般为100/120Hz，是反激式PFC变换器输入电压的两倍。此外，由于LED模块的负载特性表现为电阻性和电容性，在输出波纹电流和电源电压之间会存在相位超前。这些问题往往会导致高波纹率(通常大于35％)，从而造成LED模块的可靠性和质量降低，并且还会造成摄影机或视频应用中的频闪问题。

现有技术中一般使用具有较大输出电容的单阶反激式变换器或者使用双阶的设计来解决以上问题。对于第一种现有技术，假如LED模块的有效串联电阻为6Ohm，并且反激的输出电容为500μF，那么获得的波纹率为47％；将输出电容变成双倍为1000μF时，获得的波纹率为26％；将输出电容变成三倍为1500μF时，获得的波纹率为17％。然而，这种方案在LED模块的有效串联电阻越来越低时会变得非常不利。此外，更大的电容需要更大PCB板的容纳空间和更大的壳体，同时，增大的电容会造成如电路上电延迟以及短路电流增大等问题。

在现有技术的第二种方案中，一般使用升压PFC模块和反激式模块或者反激式PFC模块和降压模块的组合，其中，第一级提供良好的功率因数、THD以及稳定的直流DC总线电压，同时第二级将总线电压转换为DC电流并将其提供给LED模块。虽然在采用该方案的LED驱动器输出端不具有波纹电流，然而，与低成本的单阶设计相比，双阶设计的成本较高并且结构不紧凑。此外，在实际应用中，双阶设计的效率会比单阶的要低，而且还会受到EMI问题的影响。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提出了一种新型的用于照明装置的驱动器，特别是用于使用LED作为光源的照明装置的驱动器，以及包括该驱动器的照明装置。根据本发明的驱动器能够有效地减小或避免照明装置的发光单元的波纹电流。

此外，根据本发明的驱动器组成部件少、成本低廉和结构紧凑，并且该驱动器具有良好的兼容性，其能够和任意的具有波纹电流的恒流LED驱动器一起工作，不管该恒流驱动器是否为控制环路类型、PSR或者是光耦合调节。根据本发明的驱动器的接口也简单，具有正极和负极端口，而且还能作为单独的产品使用。

本发明的一个目的通过这样一种驱动电路来实现，即该驱动电路包括：第一驱动模块，其中，该第一驱动模块配置为将来自供电源的交流信号转换为提供给照明装置的发光单元的恒流驱动信号，其中，驱动电路还包括第二驱动模块，其中，该第二驱动模块与第一驱动模块和发光单元串联连接并配置为保持由恒流驱动信号施加在第二驱动模块上的电压，并且第二驱动模块还包括第一开关装置，第一开关装置由保持的电压驱使导通，使得第二驱动模块输出的电流信号为直流信号。

根据本发明的驱动电路的第二驱动模块能够采样和保持整个驱动电路所承受电压的峰值，其中所承受的电压一般为直流分量和交流分量的叠加。该驱动电路的第二驱动模块根据由保持的电压所获得的恒定电压而驱动，以导通直流电流，所以该第二驱动模块对于直流电流呈现出低阻抗特性，但对于交流电流呈现出高阻抗特性，即保证了通过该第二驱动模块的电流为直流，由此该驱动电路能够减小波纹电流。

根据本发明的一种实施例，第二驱动模块还包括电压保持单元，用于采样恒流驱动信号并保持由恒流驱动信号施加在第二驱动模块上的电压，以及执行单元，用于根据保持的电压使得第二驱动模块输出的电流信号为直流信号。在该第二驱动模块与例如用于LED的恒流驱动器连接时，该第二驱动模块的电压保持单元能够对施加在其上的电压进行采样并保持该电压，由此该电压保持单元能够向执行单元提供恒定电压，以例如恒流的方式驱动并控制执行单元，使得该执行单元输出直流电流。

对于本发明的实施例有利的是，驱动电路还包括辅助保持单元，用于和电压保持单元一起保持由恒流驱动信号施加在第二驱动模块上的电压。该辅助保持单元帮助电压保持单元保持住由电压保持单元采样的电压，有效的提高了该驱动电路的稳定性。

有利的是，驱动电路还包括限流单元，用于控制经过第二驱动模块的最大电流。该限流单元可以控制第二驱动模块的最大允许电流，避免在LED负载短路时，该第二驱动模块因过流而损坏。

对于本发明的实施例优选的是，电压保持单元包括电容器，用于向执行单元提供恒定驱动电压。该电容器的电压是恒定值，以向第一开关装置提供恒定的驱动电流，使得第一开关装置能够输出直流电流。此外，在驱动电路的最大电压泄放期间，该电容器充电，由此根据本发明的驱动电路的第二驱动模块并不是除第一驱动模块之外的另一个电流控制器，而是电压控制器。借助电容器上的直流电压，该第二驱动模块只允许流过直流电流。

优选的是，辅助保持单元包括第二开关装置，该第二开关装置配置为与第一开关装置构成达林顿级。由第一开关装置和第二开关装置构成的达林顿级能够使得电容器的消耗最小化，并且电容器上充电足以向该达林顿级提供驱动电能以承载LED电流。

优选的是，第一开关装置和第二开关装置设计为三极管或MOSFET。

优选的是，电压保持单元还包括第一二极管和第二二极管，其中第一二极管的阴极连接至第二二极管的阴极，并且第二二极管的阳极连接至电容器。经过第一二极管、第二二极管、以及电容器的电压的总和限定了经过根据本发明驱动电路的第二驱动模块的电压峰值。

优选的是，辅助保持单元包括第一晶体管、一端连接至第一晶体管的控制电极的第一电阻、以及连接至第一晶体管的参考电极的第二电阻，其中第一电阻的另一端连接至第二二极管和电容器之间的节点上。由于电容器上的电压是恒定的，由此第一晶体管的输出电流可以是恒定电流。

优选的是，执行单元包括第二晶体管、连接在第二晶体管的控制电极和第一晶体管的参考电极之间的第三电阻、以及连接在第二晶体管的参考电极的第四电阻。由于第一晶体管的输出电流是恒定的，那么驱动第二晶体管的电流也是恒定的，所以由第二晶体管输出的电流也可以是恒定电流，从而根据本发明驱动电路的第二驱动模块所导通的电流为直流。

优选的是，限流单元包括第三晶体管和第五电阻，其中，第五电阻连接至第三晶体管的控制电极和第二晶体管的参考电极之间，并且第三晶体管的工作电极连接至第一晶体管的控制电极和第一电阻之间的节点上。

本发明的另一个目的通过这样一种照明装置来实现，该照明装置包括发光单元和连接至发光单元的根据以上所述的驱动电路。根据本发明的照明装置具有成本低廉并且结构简单的驱动电路，并且能够有效的降低或避免发光单元的波纹电流。

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示出根据本发明的照明装置的功能框图示意图；

图2示出根据本发明的驱动电路的第二驱动模块的电路结构示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的照明装置200的功能框图示意图。根据本发明的照明装置200尤其包括设计为LED的发光单元L，以及驱动电路100。该驱动电路100特别是包括向照明装置200的发光单元L提供恒流电流的第一驱动模块101，其中该第一驱动模块101可实施为向LED提供恒流电流的恒流LED驱动器。该恒流LED驱动器能够将来自电源的交流信号转换为输出的恒流驱动信号。

此外，该驱动电路100还包括第二驱动模块102。该第二驱动模块102与发光单元L和第一驱动模块101串联连接，并且其还设计为采样由恒流驱动信号施加在第二驱动模块102上的电压，并能够保持该电压，从而在该保持的电压驱动的情况下，输出直流电流，以达到降低或避免发光单元L的波纹电流的目的。

图2示出根据本发明的驱动电路100的第二驱动模块102的电路结构示意图。根据本发明的第二驱动模块102具有用于和第一驱动模块101和发光单元L连接的接口。该第二驱动模块102通过两个端，即第一端T1和第二端T2分别与发光单元L和第一驱动模块101连接，从而接入第一驱动模块101和发光单元L之间。该第一端T1和第二端T2可分别为正极和负极，即能够指示电流从发光单元L流向第二驱动模块102的方向。第二驱动模块102尤其是主要包括四个单元，即电压保持单元1、执行单元2、辅助保持单元3以及限流单元4。

具体而言，电压保持单元1包括第一二极管D1和第二二极管D2，以及电容器C1。第一二极管D1可以是普通的双极型二极管，并且第二二极管D2为齐纳二极管，或者第一二极管D1设计为齐纳二极管并且第二二极管D2设计为普通的双极型二极管。第一二极管D1和第二二极管D2构成了钳位电路，或者是双向齐纳二极管，即TVS二极管，即能够保持施加在第二驱动模块102上的电压，并且该电压具体的是由第一二极管D1和第二二极管的D2各自的导通电压而限定出。然而，本领域技术人员应该知晓还存在可替换此处实施的电路结构的并能够实现相同或相似功能的其它电路结构。电容器C1在充电后具有恒定的电压，从而能够向电压保持单元1的下游的辅助保持单元3提供恒定的驱动电流，由此，辅助保持单元3的第一晶体管Q1能够输出恒定的电流。

位于电压保持单元1的下游的辅助保持单元3包括第一电阻R1、第一晶体管Q1以及第二电阻R2，其中，第一电阻R1和第二电阻R2分别连接在第一晶体管Q1的控制电极和参考电极。在本发明的实施例中，第一晶体管Q1实施为第一三极管，从而在该第一三极管的基极和发射极上分别连接有第一电阻R1和第二电阻R2。为了在一些特定情况下避免第一晶体管Q1的开通电流消失，所以设置了第二电阻R2，以提高稳定性。由此，在由电容器C1的恒定电压驱动的情况下，在忽略线路上第一晶体管Q1的基极发射极电压的变化，第一晶体管Q1的基极发射极电流为恒定的，那么第一晶体管Q1的集电极发射极的电流也是恒定的。

第二驱动模块102的执行单元2包括同样设计为三极管的第二晶体管Q2，分别连接至第二晶体管Q2的控制电极和参考电极的第三电阻R3和第四电阻R4。第二晶体管Q2设计为第二三极管时，该第二三极管的基极通过第三电阻R3连接至第一晶体管Q1的参考电极，即第一三极管的发射极。第一晶体管Q1与第二晶体管Q2构成达林顿级。由于第一三极管的集电极发射极的电流如上所述是恒定的，那么第二三极管的基极发射极电流也是恒定，从而，第二三极管的集电极发射极的电流也是恒定的。根据这样的实施例，在由电容器C1提供恒定电压的情况下，执行单元2中的第二晶体管Q2能够输出直流电流。

限流单元4设计为用于控制该第二驱动模块102的最大允许电流。限流单元4包括第三晶体管Q3以及第五电阻R5，其中，第三晶体管Q3优选设计为第三三极管，该第三三极管的集电极连接至第一三极管的基极，第三三极管的基极通过第五电阻R5连接至第二三极管的发射极。由此，限流单元4可以限制该第二驱动模块的电流，避免在与其连接的LED负载短路时因为过流而被损坏。此外，在一些特定情况下，根据本发明的限流单元4因为其能够限制或避免过流造成的损坏还能够被用于热插入的应用中。

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电压保持单元

2执行单元

3辅助保持单元

4限流单元

100驱动电路

101第一驱动模块

102第二驱动模块

200照明装置

T1第一端

T2第二端

L发光单元

D1第一二极管

D2第二二极管

R1第一电阻

R2第二电阻

R3第三电阻

R4第四电阻

R5第五电阻

Q1第一晶体管

Q2第二晶体管

Q3第三晶体管

C1电容器。

Claims (12)

1.一种用于照明装置的驱动电路(100)，包括：

第一驱动模块(101)，其中，该第一驱动模块(101)配置为将来自供电源的交流信号转换为提供给所述照明装置的发光单元的恒流驱动信号，其特征在于，所述驱动电路(100)还包括

第二驱动模块(102)，其中，该第二驱动模块(102)与所述第一驱动模块(101)和所述发光单元串联连接并配置为保持由所述恒流驱动信号施加在所述第二驱动模块(102)上的电压，并且所述第二驱动模块(102)还包括第一开关装置，所述第一开关装置由所述保持的电压驱使导通，使得所述第二驱动模块(102)输出的电流信号为直流信号。

2.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述第二驱动模块(102)还包括电压保持单元(1)，用于采样所述恒流驱动信号并保持由所述恒流驱动信号施加在所述第二驱动模块(102)上的电压，以及执行单元(2)，用于根据所述保持的电压使得所述第二驱动模块(102)输出的电流信号为直流信号。

3.根据权利要求2所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动电路(100)还包括辅助保持单元(3)，用于和所述电压保持单元(1)一起保持由所述恒流驱动信号施加在所述第二驱动模块(102)上的电压。

4.根据权利要求2所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动电路(100)还包括限流单元(4)，用于控制经过所述第二驱动模块(102)的最大电流。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述电压保持单元(1)包括电容器(C1)，用于向所述执行单元(2)提供恒定驱动电压。

6.根据权利要求3所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述辅助保持单元(3)包括第二开关装置，该第二开关装置配置为与所述第一开关装置构成达林顿级。

7.根据权利要求6所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述第一开关装置和所述第二开关装置设计为三极管或MOSFET。

8.根据权利要求6所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述电压保持单元(1)还包括第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，其中所述第一二极管(D1)的阴极连接至所述第二二极管(D2)的阴极，并且所述第二二极管(D2)的阳极连接至所述电容器。

9.根据权利要求8所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述辅助保持单元(3)包括第一晶体管(Q1)、一端连接至所述第一晶体管(Q1)的控制电极的第一电阻(R1)、以及连接至所述第一晶体管(Q1)的参考电极的第二电阻(R2)，其中所述第一电阻(R1)的另一端连接至所述第二二极管(D2)和所述电容器(C1)之间的节点上。

10.根据权利要求9所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述执行单元(2)包括第二晶体管(Q2)、连接在所述第二晶体管(Q2)的控制电极和所述第一晶体管(Q1)的参考电极之间的第三电阻(R3)、以及连接在所述第二晶体管(Q2)的参考电极的第四电阻(R4)。

11.根据权利要求10所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述限流单元(4)包括第三晶体管(Q3)和第五电阻(R5)，其中，所述第五电阻(R5)连接在所述第三晶体管(Q3)的控制电极和所述第二晶体管(Q2)的参考电极之间，并且所述第三晶体管(Q3)的工作电极连接至所述第一晶体管(Q1)的控制电极和所述第一电阻(R1)之间的节点上。

12.一种照明装置(200)，包括发光单元和连接至所述发光单元的根据权利要求1-11中任一项所述的驱动电路(100)。