CN105723805B - 用于驱动led的驱动器模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于驱动LED的驱动器模块，其中，该驱动器模块包括：‑整流器(D1)，其用于通过整流输入的AC电压(Vin)来生成供电电压，‑负载路径，其具有用于连接包括一个或多个LED(D)的LED串(10)的节点(B、C)，‑电流源(IS1)，其与所述负载路径耦接以生成用于所述负载路径的优选恒定电流，以及‑电容单元，其包括至少两个电容器(C1、C2)，所述电容器用于在充电阶段期间储存来自整流器(D1)的电能并且用于在放电阶段期间向负载路径提供电能，其中，电容排布结构(11、11'、11")被设置成使得两个电容器(C1、C2)在充电阶段采用并联排布结构(11)，并且在放电阶段采用串联排布结构(11")。

Description

用于驱动LED的驱动器模块

技术领域

本发明致力于提供一种用于直接从AC供电驱动LED的驱动器模块。“直接”必须理解成，在该驱动器中不存在开关模式电路，其中，这种开关模式电路例如可以包括按高频切换以生成用于LED的DC供电的AC-DC转换器。

背景技术

根据现有技术，已知直接从AC电源电压驱动LED的可能性。然而，已知的驱动器模块因在操作LED串时出现的闪烁效应而不利。为了使LED串发射光并且为了使电流流过LED串，横跨多个LED的电压必需确实足够高。该电压应当高于LED串的正向电压。因为供电是通过交流电压实现的，所以在电源供电的整个时段期间未达到用于发射光所需的正向电压。这被察觉为闪烁效应。

文献WO 2011/141856 Al提供了一种用于从整流电源电压来驱动LED的驱动器模块。该驱动器模块包括电流源、第一与第二电容器以及两个二极管。在第一阶段中，该电流源被停用，电容器从上升的输入电压充电，并且LED仅通过第二电容器馈电。在第二阶段中，电容器像没有从电源汲取电流那样充电，而且LED仍通过第二电容器馈电。在第三阶段中，当输入电压进一步下降时，两个电容器放电，并且LED主要通过第一电容器来供电。

发明内容

由此，本发明提出了一种用于驱动LED并且特别是用于直接从AC供电来驱动LED的增强驱动器模块。本发明特别致力于避免通常在直接从电源驱动LED负载时出现的闪烁。

本发明提出使用至少两个电容器，所述至少两个电容器在AC电源电压的正弦波的不同时段有效地不同连接至LED串和主电源。

本发明还提出例如按三个不同阶段来驱动LED。LED串由此直接通过恒定电流源从AC电源电压来驱动。在一个阶段中，电源电压可以驱动LED并且向电容器充电。在第二阶段中，电容器在该电路中没有任何功能，而AC电源电压可以直接驱动LED串。在第三阶段中，电容器可以放电(按串联排布结构)，使得例如组合的AC电压和电容器的放电电压可以以恒定电流驱动LED串。

根据本发明第一方面，提出了一种用于驱动LED的驱动器模块。该驱动器模块包括用于通过整流输入的AC电压来生成供电电压的整流器。该驱动器模块包括具有节点的负载路径，所述节点用于连接包括一个或多个LED的LED串。该驱动器模块包括电流源，该电流源与所述负载路径耦接以生成用于所述负载路径的优选恒定电流。该驱动器模块包括电容单元，该电容单元包括至少两个电容器，所述至少两个电容器用于在充电阶段期间储存来自所述整流器的电能并且用于在放电阶段期间向所述负载路径提供电能。电容排布结构被设置成使得所述两个电容器在所述充电阶段采用并联排布结构，并且在所述放电阶段采用串联排布结构。

根据本发明另一方面，提出了一种用于驱动LED的方法。该方法包括：通过整流输入的AC电压来生成供电电压。该方法包括：生成用于具有节点的负载路径的优选恒定电流，所述节点用于连接包括一个或多个LED的LED串。包括至少两个电容器的电容器在充电阶段期间储存来自所述供电电压的电能和在放电阶段期间向所述负载路径提供电能。电容排布结构被设置成使得所述两个电容器在所述充电阶段采用并联排布结构，并且在所述放电阶段采用串联排布结构。

有利地，当所述供电电压达到或超出所述LED串的正向电压时，所述放电阶段结束，并且所述充电阶段开始。

有利地，所述电容排布结构被设置成在直接驱动阶段被旁路，其中，所述负载路径由所述供电电压来驱动。

这意味着负载路径通过供电电压直接驱动。因为该电容排布结构在直接驱动阶段被旁路并且不向负载路径提供电能，所以负载路径由此仅通过供电电压来驱动。

有利地，当所述供电电压达到或低于所述LED串的所述正向电压与跨所述电容器的电压的相加的值时，所述充电阶段结束，并且所述直接驱动阶段开始。

有利地，当所述供电电压达到或低于所述LED串的所述正向电压时，所述直接驱动阶段结束，并且所述放电阶段开始。

有利地，所述驱动器模块包括电压传感器，该电压传感器用于自动检测结束一阶段而开始新阶段的条件。

这表示电压传感器被用于自动检测供电电压何时达到或超出/低于指定值。

有利地，所述驱动器模块包括开关模块，该开关模块按这样的方式耦接在所述两个电容器之间，即，如果所述开关模块断开，则所述并联排布结构起作用，并且如果所述开关模块接通，则所述串联排布结构起作用。

如果满足所述并联排布结构或所述串联排布结构的条件，则该开关模块自动接通和断开。

有利地，所述驱动器模块包括开关模块，该开关模块按这样的方式耦接至所述电容单元，即，如果所述开关模块接通，则在所述直流驱动阶段旁路所述电容器。

这表示如果所述开关模块断开，则不旁路所述电容器。如果满足旁路所述电容器的条件，则该开关模块也自动接通和断开。

有利地，所述负载路径包括用于将第二LED串与所述LED串串联连接的其它节点，并且按这样的方式设置旁路模块，即，如果所述供电电压不足以驱动所述第二LED串，则自动旁路所述其它节点。

有利地，所述LED串和所述第二LED串分别由串联连接的LED构成，并且所述第二LED串的LED的数量少于所述LED串的LED的数量，优选地少于所述LED串的LED的数量的一半。

有利地，所述驱动器模块包括用于在所述放电阶段期间断开所述供电电压的模块，并且优选地从所述放电阶段开始起断开所述供电电压直到所述供电电压达到值零为止，使得仅所述电容单元向所述负载路径提供电能。

所述驱动器模块中的具体为输出晶体管的晶体管用由多个并联晶体管代替。所述多个并联晶体管在它们的导电状态下可以传导与被替换的晶体管相同的电流。所述多个并联晶体管优选地执行与被替换的晶体管相同的开关动作。所述多个并联晶体可以跨越LED模块和/或PCB分布。

该驱动器模块可以包括电压限制器，所述电压限制器优选地包括Darlington晶体管和/或与电压源串联连接。

所述第一LED串和/或所述第二LED串可以包括至少两个LED串区段，所述至少两个LED串区段可以优选地根据二态开关模式通过区段开关选择性地启用/停用。

有利地，所述负载路径、所述电流源以及所述电容单元串联连接。

根据本发明另一方面，提出了一种包括这种驱动器单元和在所述节点中连接的LED串的LED模块。

根据本发明另一方面，提出了一种包括这种驱动器单元、在所述节点中连接的LED串以及在所述其它节点中连接的第二LED串的LED模块。

附图说明

结合附图，根据下面对本发明优选实施方式的详细描述，本发明的进一步特征、优点以及目的将显而易见。

图1至图3示意性地示出了根据本发明的电路的结构，

图4示出了根据本发明的电气参数，

图5示出了根据本发明的驱动器模块的实施方式，

图6示出了根据本发明的驱动器模块的另一实施方式，

图7示出了根据本发明的驱动器模块的实施方式的电路细节，

图8示出了根据本发明的驱动器模块的实施方式的另一电路细节，并且

图9示出了根据本发明的驱动器模块的实施方式的又一电路细节。

具体实施方式

图1至图3示意性地示出了根据本发明的电路的结构。所述图事实上示出了驱动器模块在供电电压的不同阶段的结构。

根据本发明的用于驱动LED的驱动器模块特别适于以采用诸如电源电压的交流电压形式的输入电压Vin来供电。所述输入电压Vin例如可以是50Hz和230V供电，其峰值大约325V。该输入电压Vin可以呈现交替幅频值。

如图1至图3所示，输入电压Vin施加在充当基准端子或中性点的第一输入端子1与第二输入端子2之间。该输入电压Vin被施加至整流器，该整流器用于将交流电压(AC)转换成仅包括正半波的整流电压(DC)。根据本发明的优选实施方式，该驱动器模块包括由四个二极管采用桥式构造构成的桥式整流器D1。桥式整流器D1的正端子+与负端子-之间的输出对应于全波整流电压。

图1示出了驱动器模块3在AC电源电压的正弦波的第一阶段的结构。该第一阶段对应于输入电压Vin的时段内的特定时间区段。该第一阶段可以被称为充电阶段。

驱动器模块3包括提供例如100mA电流的电流源IS1。LED组或LED串10与电流源IS1串联连接。该LED串包括至少一个LED，优选包括为串联和/或并联连接的多个LED。LED的串联和并联排布结构例如可以对应于LED的几个串联排布结构的并联连接。在图1的具体实施方式中，三个LED D示意性地表示串联耦接的多个LED。例如，可以串联耦接44个LED。

在输入电压的该第一阶段，驱动器模块3呈现了两个电容器C1、C2并联连接的构造。两个电容器C1、C2的这种并联排布结构11与电流源IS1和LED串10串联连接。电流源IS1、LED串以及所述电容器C1、C2的并联排布结构11由此以整流输入电压来供电。

图4由此示出了驱动器模块3在该第一充电阶段期间的不同电气参数。图4示出了LED驱动器模块的参数在输入电压Vin的正半波期间(即，在整流输入电压的半波期间)的演变。

虽然该整流电压在时间点t＝t0呈现值0V，但第一充电阶段在增加的整流值达到或超出与LED串10的正向电压相对应的值Vf的时间点t＝t1开始。实际上，LED D需要最小的正向电压来导通，使得类似地还需要最小电压以导通LED串10。用于图1至图3的具体实施方式的LED串的正向电压Vf对应于所述LED串中的各个LED D的单个正向电压的相加。LED串的正向电压例如可以是120V或60V。在任何情况下，值Vf低于整流电压的峰值，并且优选地低于该峰值的一半。

由此，第一充电阶段在当电源电压开始超出LDE串的正向电压Vf时的t＝t1开始。在时间点t1之后，整流电压继续增加超过所述正向电压Vf。由此，跨LED串的电压VLED仍保持恒定或接近恒定。

跨电容器(即，在阶段1中跨电容器C1、C2的并联排布结构)的电压被称为Vc。在该第一充电阶段，电流将流过恒定电流源IS1和LED串10，并由此继续向并联排布的两个电容器C1、C2充电。因此，图4中还示出了电容器电压Vc增加。

该第一充电阶段继续，直到整流电源电压达到或低于与电流源IS1看到的负载电压相对应(即，与LED串电压(正向电压Vf)和电容器电压VC的相加相对应)的值为止。如可以从图4了解，这个值(被称为V2)在t＝t2达到。换句话说，该第一充电阶段继续，直到在达到了其峰值之后电源电压降低至表示LED串电压与和已充电的电容器的电压的所述相加的值为止。

图2表示LED驱动器模块4在随后的电源电压的第二阶段期间的优选结构，其中，所述第二阶段对应于LED D的直接驱动阶段。图4中，在时间点t2与t3之间示出了驱动器模块4在第二阶段的电气参数。

如图2所示，第二阶段的驱动器模块4与第一阶段的驱动器模块3的不同之处在于电容器C1、C2按不同方式设置。驱动器模块的其余结构保持一样。

在第二阶段的驱动器模块4的电容器排布结构11'中，将电容器C1和C2旁路。接着向电流源IS1和LED串10施加整流的电源电压。电容器C1、C2串联连接，由此因旁路而使跨两个电容器C1、C2的电压为零。在电容器排布结构11'中，电容器在驱动器模块4内不起作用，因为它们既不充电，也不放电。

在t2与t3之间的第二直接驱动阶段期间，整流的AC电源电压在时间点t2与t3之间继续下降，如图4所示。示出了电容器不工作的事实，因为电容器电压VC在时段t2至t3期间仍保持恒定，并且因为负载电压对应于正向电压Vf。电源电压相应地以恒定电流驱动LEDD，直到电源电压下降至与时间点t＝t3的LED串电压Vf相等的值为止。

在随后的第三阶段中，驱动器模块呈现图3所示结构。在这个阶段(还称作放电阶段)中，驱动器模块5与第二阶段的驱动器模块4的不同之处在于，去除了对电容器C1、C2的旁路。两个电容器C1、C2的串联排布结构与LED串10串联连接。由此，将整流的输入电压施加至电流源IS1、LED串10以及由两个串联连接的电容器C1、C2构成的电容器排布结构11”。

该第三放电阶段在图4中呈现为从时间点t3开始。该第三阶段在整流的AC电源电压下降至低于LED串电压Vf时开始。该电路实现被制成为使得这两个电容器相对于彼此并且相对于LED串10有效地串联连接。由此，在该第三阶段中，LED串10通过两个电容器C1、C2的串联连接的充电电压而以恒定电流驱动。该第三阶段将继续，直到电源电压下降并在时间点t4处达到零交叉为止。

整流电压的半波结束时的该时间点t4优选地对应于在t＝t0的下一半波的开始。此刻，电容器C1、C2将继续放电操作，直到达到整流的电源电压在整流的输入电压的下一半波中再次超出串电压Vf时的时刻t1为止。在整个第三阶段(对应于降低的整流电源的持续时间t3-t4和增加的整流电源的持续时间t0至t1)期间，电容器C1、C2以恒定电流驱动LED串。该第三放电阶段继续，直到整流的输入电压在t＝t1再次达到或超出串电压Vf为止。在整流的输入电压再次达到了LED串电压(即，正向电压Vf)之后，第一阶段再次开始，并且本发明的驱动器模块再次按图1所示构造操作。

图5示出根据本发明实施方式的具体电路实现。该电路适于实现上述功能，并且适于在整流的电源电压的不同阶段期间提供图1至图3所示的驱动器模块的不同结构。

图5所示驱动器模块50包括施加在第一输入端子1与第二输入端子2之间并且被如图1、图2、图3所示的整流器D1整流的输入电压Vin。除此以外，驱动器模块50的特定实施方式包括在整流器D1的上游设置在第一输入端子1与第二输入端子2之间的二极管F1。二极管F1例如是瞬态电压抑制(TFS)二极管，其可被用于保护驱动器模块50不受电压尖峰影响。

整流的输入电压根据图5的电路施加在第一节点A与表示地的另一节点E之间。包括两个电容器C1和C2的电容器排布结构设置在所述节点A与另一节点B之间。该电容排布结构被设置成根据所整流输入电压的阶段对应于图1至图3的电容器排布结构11、11'、11"。根据图1至图3，电容器排布结构与LED串10和电流源IS1串联连接。该LED串10设置在所述节点B与另一节点C之间，而电流源IS1设置在节点D与节点E之间。

在节点C与D之间，可以连接可选的第二LED串12。这表示该第二LED串12可选地与电容器排布结构、LED串10以及电流源IS1串联连接。

另选地，节点C可以对应于节点D，使得仅设置LED串10。

驱动器模块50的电流源IS1适于控制流过LED串10和可选的第二LED串12的电流。在本发明的全部三个阶段中，LED D优选地通过电流源IS1恒定驱动。所述电流源IS1包括采用晶体管M1的形式的开关以控制通过LED的电流。所述晶体管M1与LED串10、12串联连接。优选地，该晶体管M1被实现为功率晶体管，例如场效应晶体管(TFT)，并且优选为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，如在图5中公开的。

晶体管M1的源极经由电阻器R10耦接至节点E，即，地。晶体管M1的栅极经由可调谐的齐纳二极管U1耦接至节点E。可调谐的齐纳二极管U1例如可以是标准组件，诸如TL431或根据LM431的精度可调齐纳管(例如从Texas Instruments商业可获)。可调谐的齐纳二极管U1的阳极由此连接至地，其阴极连接至晶体管M1的栅极，并且可调谐齐纳二极管U1的基准端子连接至晶体管M1的源极。该可调谐齐纳二极管U1可以设置电压基准。齐纳二极管Z2设置在晶体管M1的源极与栅极之间。晶体管M1的栅极还经由电阻器R8、R9的串联排布耦接至节点B，即，耦接至电容器排布结构。

在图5的电容器排布结构中，二极管D2、电容器C1及二极管D3的串联排布在节点A与B之间并联连接至由二极管D4、电容器C2及二极管D5构成的另一串联排布结构。

第一开关模块51被设置用于自适应地旁路二极管D2和电容器C1。对应地，如果开关模块51接通，则将在节点A与二极管D3的阳极之间提供直接连接。该第一开关模块51包括用于接通开关模块51的Darlington电路DA51。

第二开关模块52连接在二极管D2的阴极与二极管D5的阳极之间，以自适应地连接这两个节点。该第二开关模块52可以被特别用于提供电容器C1、C2的串联排布结构。

第三开关模块53设置在二极管D4的阴极与二极管D5的阴极之间。第三开关模块53适于选择性地旁路电容器C2和二极管D5。

第三开关模块53用于负责从本发明的第一充电阶段切换成第二直接驱动阶段。所述开关模块53特别包括由采用双极结型晶体管形式的两个晶体管Q6、Q7构成的Darlington晶体管DA53。晶体管Q6、Q7在本实施方式是PNP类型。根据另选实施方式，本发明的Darlington晶体管可以包括两个NPN型晶体管，或者也可以用包括两个相反类型晶体管(一个NPN和一个PNP)的Sziklai对或互补Darlington来替换。Darlington晶体管DA53优选地操作为开关，其中，在接通状态下，电容器C2还有电容器C1被旁路。

Darlington DA53的发射极连接至二极管D4的阴极，而Darlington DA53的集电极连接至节点B。只要满足进入本发明的第二阶段的条件，所述Darlington DA53就连接至适于接通Darlington DA53并因此适于旁路电容器C1、C2的另一控制电路。该控制电路基于经由二极管D6耦接在节点A与Darlington晶体管DA53的基极之间的晶体管Q8。所述晶体管Q8的基极通过包括电阻器、二极管、电容器以及齐纳二极管的电路来控制。该控制电路事实上是接通和断开Darlington DA53的电压传感器。

模块51可以起与模块52类似的作用，并且可以在和模块52相同的阶段期间接通。

所述控制电路适于在降低的整流电源电压在时间点t2达到与跨LED串10的电压加上跨充电的电容器C1、C2的电压(跨充电的电容器C1、C2的电压优选地对应于跨节点A和B的电压)相对应的值时接通开关模块53。优选地，该控制电路还适于在整流的电源电压在时间点t3达到或低于LED串的正向电压Vf时接通开关模块53，以便于促进第三放电阶段的操作。

在第二直接驱动阶段期间，开关模块52优选地断开。

所述第二开关模块52优选地包括适于在第三放电阶段期间接通的Darlington电路DA52。

有利地，驱动器模块50还包括用于接通和断开整流的AC电源电压的另一单元55。根据本发明的另一方面，在阶段3的前半部分，即，在电源电压达到零交叉之前，整流的电源电压可以断开以便减少损耗。这是特别有利的，因为随着电源电压断开达该一个时段t3至t4，电源供电将更接近正弦波。同样，减少了谐波并且改进了功率因数。这仅涉及阶段3的第一部分，该第一部分在整流的AC电源电压达到零值时结束。

用于接通和断开AC电压的该另一单元55与电容器C1、C2和LED D相比，在图5中利用Darlington电路DA55实现。当Darlington电路DA55在阶段3的第一阶段期间断开时，电源供电断开。如图5所示，Darlington电路DA55通过电压传感器来控制，即，接通/断开。

图6示出了驱动器模块60的实施方式。驱动器模块60类似于图5所示的模块50，但不包括用于接通/断开整流的AC电压的另一单元55。

本发明的另一实施方式涉及使用第二LED串12。

实际上，在图4中，负载电压与整流电源电压之间的阴影图形区H表示实际上例如经由电流源按热散逸的能量。该阴影区H的表面被转换成热。例如，在第一阶段，电容器电压VC的粗线下面的表面(surface)A1表示用于向电容器C1、C2充电的能量。电容器电压VC与负载电压之间的表面A2表示用于驱动LED的能量。另一方面，负载电压上方的阴影表面H表示损失的能量。

为了避免由上部区域H所表示的损失，LED串(串联连接)中的附加分组LED可以被切换成有效，以便还将该部分损失转换成光。这种分组的示例是第二LED串12。

可以使通过主动切换的这种切换是机会性的，因为如果整流的AC电源电压与负载电压之间存在足够电压差以导通第二LED串12，则第二LED串12自动接通。第二LED串12例如在t10、t2与t3启用，参见图4。只要AC电压与负载电压之差低于第二LED串12的正向电压，就进行该机会性切换，就像其例如在图4中的时间点t11、t12以及t13发生的一样。对应增加的负载电压在图4中以虚线示出。

因此，图5的驱动器模块50包括旁路模块54，旁路模块54适于适于在可用电压不足以使第二LED串12发射光(即，如果该可用电压低于第二LED串12的正向电压)的情况下旁路第二LED串12。该旁路模块54对应于第二LED串12的这种机会性切换。

增加第二LED串12的优点在于提高了驱动器模块的效率，例如，在图4的实施方式中，该效率可以从63％增加至80％。还减少了散热损失。而且，AC电源电压被更有效地使用。

类似地，还可以将第三LED串甚或另一LED串串联添加至第一LED串10和第二LED串12，以更进一步提高驱动器模块的效率。

这样增加第二LED串12实际上导致所发射光强度方面的波动和闪烁。然而，对于具有50Hz频率的AC电源电压来说，这种波动在100Hz不出现，相反出现在300Hz，使得闪烁不太可见于人眼。另外，波动小于在用于直接从AC电源电压驱动LED的已知现有技术驱动器模块中出现的闪烁。

为确保闪烁不可见，与第一LED串10的LED数相比，进一步提出了减少第二LED串12的LED的数量。同样，由第二LED串12发射的光的强度较低，这有利于减少闪烁效应。更一步地，并且鉴于整流的AC电源电压的形状，利用更少数量的LED，可以增加第二LED串12可以导通的持续时间。在本发明的具体实施方式中，第二LED串12可以包括串联的20个LED，而第一LED串10可以包括串联的44个LED。

另一方面，如果驱动器模块仅驱动一个LED串10，则根本没有闪烁效应，这是因为LED以恒定电流操作。在所有阶段，通过LED的电流通过电流源恒定驱动。这是本发明超过直接从AC电源电压驱动LED的已知现有技术驱动器模块的优点。

优选地，并且如图4所示，第二LED串12由此可以在第一阶段、第二阶段以及至少在第三阶段的AC电压朝着零降低的部分中自动导通。

在这点上，本发明的另一优点在图4中可见，并且具体来说，在第三阶段的第二部分中可见，其中，该第二部分随着新的半波开始而在t＝t0开始，并且当AC电压达到第一LED串10的正向电压时在t＝t1结束。在从t0至t1的这个时段中，可以看出，几乎完全减少了损失。该负载电压实际上非常接近低于整流的AC电源。

与标准230V AC电源电压的大约325伏特的峰值相比，本发明还因晶体管的大多数切换在低电压(即，特别是低于150伏特的电压)出现而更加有利。这有利地减少了对晶体管的约束。

也不存在高频切换，这有利地减少了RFI问题。实际上，本发明没有利用以关于50Hz或60Hz的AC电源电压的高频操作的切换转换器。

另外，为了允许更好的散热，尤其是对于LED模块，在前述电路中使用的晶体管可以被“分开”成至少两个晶体管。这表示一个晶体管被至少两个电阻器替换，并且先前馈送至一个晶体管的电流现在馈送至替换晶体管，所述替换晶体管一起执行被替换晶体管的开关功能。这使得散热不集中在一个晶体管上，而是散布至替换晶体管上。

在典型(例如，开关模式)LED驱动器中，功率损耗分布在整个电路中，例如，在变压器、开关、输出二极管、吸收电路(snubber)等内。该损耗因驱动器中使用的组件不理想而造成，其在理论上会导致损耗为零。然而，LED驱动器具有因经过晶体管(例如，线性控制晶体管)的电流而造成的明确限定的理论损耗。例如，按80％效率操作的25瓦特LED驱动器需要消耗5瓦特，特别是在输出晶体管中。

如果无法保证所需散热，则这可妨碍构造薄或平的LED模块。低成本印刷电路板(PCB)可由复合材料制成，例如由利用环氧树脂组合的玻璃纤维织物表面和纸质芯体(CEM-1)组成。这种材料导热不好，并且可阻碍热从热源(如晶体管)向外传导。对于被用于PCB的、自身不允许良好散热的其它材料来说，也是这种情况。

在低成本PCB上，通常还存在导热不足的元件，如被用于链接PCB上的元件的铜引线(例如，铜引线太细)。而且，适于将热传导离开主要热源的其它导热部件不能散发足够的热，因而需要设置附加的冷却元件(例如，铜或铝散热片)或附加空间，这占用额外空间或者导致额外成本。因此，在大多数情况下，使用可以与附加冷却辅助手段组合的金属PCB，这允许良好导热和散热，但导致成本增加。

为克服此限制，根据本发明的改进实现，在正常情况下供应给仅一个晶体管(例如输出晶体管)并仅由该一个晶体管传导的电流被分布至多个较低功率的替换晶体管。有利地，这些低功率晶体管并联连接，并且在传导电流时都散逸比被替换的晶体管更少的功率或热。这些低功率晶体管因而可以物理地分布在PCB的整个表面或LED模块上，这使得热损耗在整个PCB上散布，以增加可用的散热面积。

图7示出了根据本发明的该方面的并联晶体管的示例性详细排布。在该示例性详细排布(可以在连接点7A-7D集成在前述电路之一中)中，当晶体管Q3'切换至导电状态时，晶体管Q4'-Q23'也切换为导电。因此，电流例如从连接点7A经由晶体管Q4'-Q23'或其部分流向连接点7C/7D。晶体管还可以不同地形成所需尺寸。在晶体管Q4'-Q23'中的每一个晶体管的发射极处，连接了电阻器R16'-R35'。链接晶体管Q3'的基极与连接点7C的电容器C9'是可选的，并且可以根据怎样将该详细排布集成到电路中而用其它组件(例如，电阻器、二极管)来替换。应当明白，并联晶体管Q4'-Q23'的数量可以改变，并且优选地使用至少两个并联晶体管，如晶体管Q4'和Q5'。而且，电阻器R16'-R35'可以在需要时用其它组件替换。连接点7C和7D可以链接至地电位。

例如，图7的详细排布可以用于替换电流源IS1的单个晶体管M1或MOSFET。连接至晶体管Q3'的基极的连接点7A可以连接在晶体管M1的被替换的栅极的连接点处，而连接点7C可以连接在节点E处；电阻器R16'可以替换电阻器R10。晶体管Q4'的发射极还可以连接至可调谐的齐纳二极管U1。连接点7B可以连接至节点D；连接点7D可以连接至电阻器R23的低电位侧。

另外或另选地，可以使用(串联)电压限制器80来增加瞬态抗扰性。尤其是，当使用大量的并联输出晶体管(例如，如在图7的示例中，20个)时，这些晶体管有利地具有低成本。这限制了可通过晶体管获得的等级和性能，特别是将电压能力限制于例如300V。

尽管电压限制通常足以处理正常操作期间的高电压下降，但其可以使电路易受损于瞬变。例如，具有特定电压的晶体管与具有特定电压的LED串的组合可以将总电压能力限制到特定值。然而，瞬态限制可变电压相关电阻器(VDR)将电压固定至高得多的电压，其可以超过该驱动电路在没有损失的情况下进行处理的能力。在更具体实施方式中，300V晶体管与100V LED串电压的组合将总电压能力限制成400V，而瞬态限制性VDR有效地将电压固定至700V。超出驱动电路所允许电压300V。

为克服此限制，可以将附加的电压下降电路添加至前述电路。这在图8中示例性地示出。在图8中，设置了优选为晶体管DA80(用晶体管Q24'和Q25'例示)的晶体管，其在正常操作中导通，即，切换成其导电模式，并且其优选地与整流的电源供电串联连接。在连接器81与82之间，连接有电阻器R39'。与该电阻器R39'串联地，连接了至少一个齐纳二极管Z2'、Z3'。如果至少一个齐纳二极管Z2'、Z3'处的电压上升超过至少一个齐纳二极管Z2'、Z3'的击穿电压，则连接点8A与8C/8D之间的路径变得导电，使得分流过量的电流。因此，实现电压限制。

继续上述示例，Darlington晶体管可以是连接为发射极输出器的300V晶体管。在正常操作中，该晶体管完全导电，并且电压下降得非常小。然而，该输出器发射极的输出被固定该晶体管的基极端子的齐纳二极管Z2'、Z3'限制成400V，使得附加的输入电压跨该晶体管下降。这使得该系统经受得住多达700V的瞬变。附加的电压被电压相关电阻器来固定，其可以扮演图6的示例中的二极管F1的另选，例如，将总瞬变能力扩展至超出1千伏特。还示出了可选跳线(jumper)J1，其允许桥接晶体管Q25'，并且允许对电路建模，其中不使用晶体管Q25'。

图8的详细排布可以直接在图5或图6的桥式整流器D1之后连接(例如，在该驱动器电路本身的前面)。例如，连接点8A可以连接至桥式整流器D1的正端子+，而连接点8C可以连接至桥式整流器D1的负端子-。连接点8B可以连接至电阻器R1的高电位侧，其中，连接点8D可以连接至电阻器R4的低电位侧。

另选或另外地，可以使用二态开关模式，来通过切换有利地具有不同长度的LED串区段获取不同的物理LED串长度。这些LED串区段可以适于替换连接在节点B与节点C、节点C与节点D和/或节点B与节点C之间的图5或图6的LED串11和/或LED串12。

例如，可以使用LED串区段91、92、93。在图9的示例中，LED串区段91包括一个LED，LED串区段92包括两个LED，而LED串区段93包括四个LED。LED串区段91、92、93可以通过区段开关94、95及96选择性地接通和断开。当区段开关94接通时，即，切换成其导电状态，则LED串区段91断开，就好像其被桥接一样。类似地，如果区段开关95接通，则LED串区段92断开。而且，如果区段开关96接通，则LED串区段93断开。

利用区段开关94、95、96，这三个示例性LED串区段91、92、93因此可以按二态方式启用或停用，特别是获得7个不同的LED总的串长度(并且加上所有区段开关94-96导电时长度为0的第八种变型)。当然，不同数量将导致或多或少的可能LED串长度组合。

图9中示例性地示出的这三个LED串区段91、92、93具有相对长度1、2以及4，因而它们可以按二态序列切换以获取不同的总长度。启用或停用LED串区段可以跟随电源电压波形上升和下降，使得被启用的LED串区段91、92、93的LED串电压在任何时刻都紧密匹配电源电压。

该功能可以例如通过控制器来实现，该控制器通过控制区段开关94、95、96来控制LED串的旁路。开关94、95、96当然可以被实现为晶体管(双极、FET、MosFET、…)。这种控制器(微控制器、ASIC、IC、…)可以监测供电电压(例如，整流电源)，或者可以控制补偿电路(未示出)。该控制器启用/停用开关94、95、96，以控制LED串区段91、92、93的旁路。可选地，用于使LED串区段91、92、93旁路的区段开关94、95、96也可以包括在该控制器内。

Claims (25)

1.一种用于驱动LED的驱动器模块，

其中，所述驱动器模块包括：

-整流器(D1)，其通过整流输入的AC电压(Vin)来生成供电电压，

-负载路径，其具有用于连接包括一个或多个LED(D)的第一LED串(10)的节点(B、C)，

-与所述负载路径耦接的电流源(IS1)，其生成用于所述负载路径的恒定电流，以及

-电容单元，其包括至少两个电容器(C1、C2)，所述至少两个电容器用于在充电阶段期间储存来自所述整流器(D1)的电能并且在放电阶段期间向所述负载路径提供电能，

其中，电容排布结构(11、11'、11")被设置成使得所述两个电容器(C1、C2)在所述充电阶段期间采用并联排布结构(11)，并且在所述放电阶段期间采用串联排布结构(11")，

其中，所述电容排布结构被设置成在直接驱动阶段被旁路，其中，所述负载路径通过所述供电电压来驱动。

2.根据权利要求1所述的驱动器模块，

其中，当所述供电电压达到或超出所述第一LED串(10)的正向电压(Vf)时，所述放电阶段结束并且所述充电阶段开始。

3.根据权利要求2所述的驱动器模块，

其中，当所述供电电压达到或下降至低于所述第一LED串(10)的所述正向电压(Vf)与跨所述电容器(C1、C2)的电压相加的值时，所述充电阶段结束并且所述直接驱动阶段开始。

4.根据权利要求2所述的驱动器模块，

其中，当所述供电电压达到或下降至低于所述第一LED串(10)的所述正向电压(Vf)时，所述直接驱动阶段结束并且所述放电阶段开始。

5.根据权利要求2、3或4所述的驱动器模块，所述驱动器模块包括电压传感器，该电压传感器用于自动检测用于结束一阶段而开始新阶段的条件。

6.根据权利要求1所述的驱动器模块，所述驱动器模块包括开关模块，该开关模块按这样的方式耦接在所述两个电容器(C1、C2)之间，即，如果所述开关模块断开，则所述并联排布结构(11)起作用，而如果所述开关模块接通，则所述串联排布结构(11")起作用。

7.根据权利要求2所述的驱动器模块，所述驱动器模块包括开关模块，该开关模块耦接至所述电容单元，使得如果所述开关模块接通，则在所述直接驱动阶段使所述电容器(C1、C2)旁路。

8.根据权利要求1所述的驱动器模块，其中，所述负载路径包括用于将第二LED串(12)与所述第一LED串(10)串联连接的其它节点(C、D)，并且

设置旁路模块(54)，使得如果所述供电电压不足以驱动所述第二LED串(12)，则自动旁路所述其它节点(C、D)。

9.根据权利要求8所述的驱动器模块，

其中，所述第一LED串(10)和所述第二LED串(12)分别由串联连接的LED构成，并且所述第二LED串(12)的LED的数量少于所述第一LED串(10)的LED的数量。

10.根据权利要求9所述的驱动器模块，

其中，所述第二LED串(12)的LED的数量少于所述第一LED串(10)的LED的数量的一半。

11.根据权利要求1所述的驱动器模块，所述驱动器模块包括用于在所述放电阶段期间断开所述供电电压的模块(55)，使得仅所述电容单元向所述负载路径提供电能。

12.根据权利要求11所述的驱动器模块，所述用于在所述放电阶段期间断开所述供电电压的模块(55)用于从所述放电阶段的开始起直到所述供电电压达到值零为止断开所述供电电压。

13.根据权利要求1所述的驱动器模块，

其中，所述负载路径、所述电流源(IS1)以及所述电容单元串联连接。

14.根据权利要求1所述的驱动器模块，其中，用多个并联晶体管(Q4'-Q23')来替换晶体管。

15.根据权利要求14所述的驱动器模块，其中，所述晶体管是输出晶体管。

16.根据权利要求14所述的驱动器模块，其中，所述多个并联晶体管(Q4'-Q23')在导电状态下共同传导与被替换的晶体管相同的电流，并且执行与被替换的晶体管相同的开关动作。

17.根据权利要求14或16所述的驱动器模块，其中，所述多个并联晶体管(Q4'-Q23')跨越LED模块和/或PCB分布。

18.根据权利要求1所述的驱动器模块，其中，所述驱动器模块包括电压限制器(80)。

19.根据权利要求18所述的驱动器模块，其中，所述电压限制器包括Darlington晶体管(DA80)和/或与电压源串联连接。

20.根据权利要求8所述的驱动器模块，其中，所述第一LED串(10)和/或所述第二LED串(12)包括至少两个LED串区段(91、92、93)。

21.根据权利要求20所述的驱动器模块，其中，所述至少两个LED串区段能够根据二态开关模式，通过区段开关(94、95、96)选择性地启用/停用。

22.根据权利要求20所述的驱动器模块，其中，所述至少两个LED串区段(91、92、93)包括不同数量的LED。

23.一种LED模块，该LED模块包括：

-根据前述权利要求中任一项的驱动器模块，以及

-与所述节点(B、C)连接的第一LED串(10)。

24.一种LED模块，该LED模块包括：

-根据前述权利要求8至10中任一项的驱动器模块，

-与所述节点(B、C)连接的第一LED串(10)，以及

-与所述其它节点(C、D)连接的第二LED串(12)。

25.一种用于驱动LED的方法，该方法包括：

-通过整流输入的AC电压(Vin)来生成供电电压，

-生成用于负载路径的恒定电流，所述负载路径具有用于连接包括一个或多个LED(D)的LED串(10)的节点(B、C)，

其中，包括至少两个电容器(C1、C2)的电容单元在充电阶段期间储存来自所述供电电压的电能并且在放电阶段期间向所述负载路径提供电能，

其中，电容排布结构被设置成使得所述两个电容器(C1、C2)在所述充电阶段 期间采用并联排布结构(11)，并且在所述放电阶段期间采用串联排布结构(11")，

其中，所述电容排布结构被设置成在直接驱动阶段被旁路，其中，所述负载路径通过所述供电电压来驱动。