CN105848375A - 驱动装置、照明装置、照明系统和控制该照明系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于照明负载的驱动装置、照明装置、照明系统以及一种用于控制该照明系统的方法，其中，该驱动装置连接在用于电源的电源适配装置和照明负载之间，其中，该驱动装置包括控制单元，其中，控制单元设计为根据由照明负载测量的输出电信号调节驱动装置的阻抗，以相应地调节电源适配装置的输出电压，从而调节照明负载的输出电信号。

Description

驱动装置、照明装置、照明系统 和控制该照明系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于照明装置的驱动装置、照明装置、照明系统以及一种用于控制该照明系统的方法，其中该照明装置特别包括LED照明负载，并适于使用作为该照明系统另一个部分的ECG电子镇流器。
背景技术
在现在普遍使用的照明装置中，LED照明装置因为其节能高效的性能而被广泛的用于代替白炽灯或者荧光灯等照明装置。例如，由于LED技术的广泛使用，大多数的T8型光源将其光源更改为使用LED技术的LED光源，并相应地使用适配的LED驱动器，从而去除荧光灯光源但在各光源中保留用于T8型灯的灯管插座。由此，制造出的灯具有T8型灯的外观，但在内部装备有具有LED性能的光源。在以上所述的对T8型灯进行的改造中，可以不用从光源中去除灯具中用于驱动荧光灯的ECG电子镇流器，因为将后者安装后可因此此外使得ECG电子控制装置处于隐藏，然而，因为LED光源往往会存在与不同类型的ECG不兼容的问题，一些专用于荧光灯光源的ECG电子控制装置会往往无法适用于LED光源。
发明内容
为了解决以上所述的技术问题，本发明提出了一种新型的用于LED灯的驱动装置。该驱动装置，尤其是为单级、升压拓扑电路结构，可良好地适配于ECG电子镇流器，以使得LED光源在安装于传统用于荧光灯的ECG电子镇流器中的情况下能够正常使用。其他所有开关模式的DC/DC变换器拓扑电路结构仅仅包括单个开关单元，该电路结构因此同样适于创建起这样的驱动装置。
本发明的其中一个目的通过这样一种用于照明装置的驱动装置来实现，该驱动装置连接在用于电源的电源适配装置和照明负载之间，其中，该驱动装置包括控制单元，其中，控制单元设计为根据照明负载的输出电信号调节驱动装置的阻抗，以相应地调节电源适配装置的输出电压，从而调节照明负载的输出电信号。更一般而言，驱动装置的开关模式的DC/DC变换器作用为与照明负载并联连接的并联稳压器。
优选的是，驱动装置还包括开关模式的DC/DC变换器，该DC/DC变换器包括开关单元，其中控制单元通过调节开关单元的导通时间来调整驱动装置阻抗。
优选的是，DC/DC变换器用作为与照明负载并联的并联稳压器。
优选的是，控制单元增大开关单元的导通时间，以减小照明负载的输出电信号，并且控制单元减小开关单元的导通时间，以增大照明负载的输出电信号。
优选的是，驱动装置在临界导通模式中运行。
优选的是，DC/DC变换器包括配置为升压电路的开关单元。
本发明的另一个目的通过这样一种照明装置来实现，该照明装置还包括LED照明负载，照明装置包括根据以上所述的驱动装置。
在本发明中还提出一种照明系统，该照明系统还包括在电源和照明装置之间的电源适配装置，其特征在于，照明系统包括根据权利要求8的照明装置，并且其特征在于，电源适配装置配置为ECG电子镇流器，其中通过响应于开关单元的导通时间来改变ECG电子镇流器的输出电压，使得ECG电子镇流器跟随驱动装置的阻抗变化。
在本发明中，驱动装置的控制单元尤其有利地形成了一种正反馈的控制模式，以在探测从照明负载反馈的输出信号的情况下，改变位于驱动装置上游的电源适配装置的输出情况，从而随后使得照明负载的输出信号能够稳定在预定范围内。此外，该驱动装置能够尤其根据ECG电子镇流器的特性来相应地改变驱动装置的阻抗，从而使得LED负载更好地适配于ECG电子镇流器。
根据本发明的用于照明装置的驱动装置，在尤其使用ECG电子镇流器的情况下，相比于直接将传统的荧光灯替换为LED光源的方案，LED光源能够与ECG电子镇流器更好的兼容。相比于二阶的拓扑结构设计，本发明的单级拓扑结构设计具有提高的效率。此外，在无需对传统的荧光灯实施极其复杂的改造情况下，例如无需更换或者改造具有该驱动装置的照明装置的电连接插头或者灯罩，节省了大量的成本。
根据本发明的优选的实施方案，在由照明负载测量的输出电信号低于预设值时，控制单元设置为调节驱动装置，使得电源适配装置增大输出电压，并且在由照明负载测量的输出电信号高于预设值时，控制单元设置为使得电源适配装置减小输出电压。根据本发明的驱动装置能够主动地探测照明负载的输出电信号，并在确定其是否位于预定范围内的情况下，改变电源适配装置的输出情况，以实现稳定照明负载的输出电信号的目的。
优选的，照明系统包括作为电源适配装置的ECG电子镇流器，该电源适配装置输出具有恒定RMS值的高频交流电流和电压，并且提供对应于第一输出电压的第一输出电流和对应于小于第一输出电压的第二输出电压的第二输出电流，其特征在于，第二输出电流和第一输出电流之间的关系小于第一输出电压和第二输出电压之间的关系。
根据本发明的进一步的优选的实施方案，驱动装置还包括开关单元，其中控制单元以调节开关单元的导通时间的方式来调节驱动装置的阻抗。根据本发明的驱动装置有利地调节开关单元的导通时间的占空比，以改变驱动装置的阻抗，从而在电源适配装置响应于该阻抗变化而改变输出电压的情况下，受控于驱动装置的照明负载得以改变其输出。
对于本发明的方案有利的是，根据本发明的驱动装置的控制单元增加开关单元的导通时间，以减小照明装置的输出电信号，并且控制单元减少开关单元的导通时间，以加大照明负载的输出电信号。这造成所说的正反馈控制模式。该控制补偿优选地提供正比例的或者集成的正比例的特征，即反馈路径包括至少电阻或者串联连接的电阻和电容。
进一步优选的是，照明装置设计为LED照明装置。本发明的LED照明装置有利的具有作为电源适配装置的ECG电子镇流器和在所述电源适配装置下游的根据本发明的驱动装置。
根据本发明的实施方案，电源适配装置设计为ECG电子镇流器，其输出RMS值为恒定的高频交流信号，简称恒流，其中，响应于开关单元的导通时间，该ECG电子镇流器能够相应地调节输出电压。
在本发明的设计中，ECG电子镇流器输出恒流电信号。ECG电子镇流器具有这样的特性，即对于恒流型的ECG而言，其功率会随着负载的变化而变化，此外，在负载阻抗提高的情况下，照明装置的电压会提高以具有固定的照明装置电流。由此，恒流类型的ECG提供更大输出功率时，其负载的阻抗就会增加的更多。在本发明中，驱动装置即被有利地设计为为了改变ECG的功率而根据负载的输出来改变驱动装置的阻抗。
更一般而言，即使作为电源适配装置的ECG并没有用作为理想的电流源，相对于其他输出电压表现出恒定电流，当用作为真实的电流源，根据本发明的驱动装置也能合适地运行，其特征在于，第二更大的输出电流和第一更小的输出电流之间的关系小于相应的第一更大的输出电压和相应的第二更小的输出电压之间的关系。如果这两个关系相等，所考虑的ECG会具有恒定功率输出特性，该特性为根据本发明的驱动装置失去其应有的功能的临界条件。在所考虑的ECG为恒流类型ECG或者具有在恒定输出电流和恒定输出功率之间的特性情况下，所说的驱动装置将所说的LED照明装置的特性合适地调整为作为ECG的电源适配装置的输出特性
进一步优选的是，驱动装置工作在临界导通模式下，即“CRM”。驱动装置的该运行模式还或者可称为边界导通模式(“BCM”)或者瞬时导通模式(“TCM”)。
优选的，驱动装置的开关频率与用作为电源适配装置的ECG的开关频率并不相匹配。尤其是，这两个频率之间的关系等于两个双位或者三位质因数之间的关系。更优选的频率关系是任意的无理数。更优选的是，这两个频率中的至少一个大于其平均值±5％随时间扫频，或者两个频率都以混沌的方式在至少相同的频率偏差下随时间扫频，因此它们之间的关系并不是恒定的。
对于本发明的实施方案而言优选的是，驱动装置设计为升压电路。在ECG电子镇流器随着驱动装置的增大的阻抗而变化的情况下，电子镇流器的恒流输出电流能具有增大的电压输出，升压电路因此可接收更多的能量，从而升压电路的输出功率得以提高，进一步使得LED负载的电流提高。在LED电流得以匹配并稳定于预定值时，升压电路的输出会稳定在一特定值，开关单元的导通时间的占空比也会稳定在一特定值。
优选的是，驱动装置的开关频率与作为电源适配装置的ECG电子镇流器的开关频率并不匹配。
优选的是，驱动装置的开关频率和作为电源适配装置的ECG电子镇流器的开关频率之间的关系包括两个双位或三位质因数之间的关系。
优选的是，驱动装置的开关频率和作为电源适配装置的ECG电子镇流器的开关频率之间的关系包括无理数。
优选的是，驱动装置的开关频率大于平均值±5％随时间扫频。
优选的是，作为电源适配装置的ECG电子镇流器的开关频率大于平均值±5％随时间扫频。
本发明的另一个目的通过这样一种照明装置来实现，该照明装置包括根据以上所述的驱动装置。
此外，本发明的另一个目的通过这样一种用于控制根据以上所述的驱动装置的方法来实现，其中，该方法包括以下步骤：
a)驱动装置的控制单元检测照明负载的输出电信号；
b)控制单元根据检测到的输出电信号调节驱动装置的开关单元的导通时间；
c)控制单元根据开关单元的导通时间变化调节用于电源的电源适配装置的输出电压；
d)调整电源适配装置的输出电压以与由照明负载测量的输出电信号的预定范围相一致。
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结构框图；
图2示出根据本发明的驱动装置以及ECG电子镇流器的输出信号图。
具体实施方式
如附图1所示出的，本发明的照明装置100设计为包括连接并适配于电源的作为电源适配装置1的ECG电子镇流器、位于该ECG电子镇流器下游的整流结构2、连接在该整流结构2下游的根据本发明的驱动装置3、以及由驱动装置3以控制的方式供电的光源。在本发明中，用于ECG电子镇流器的电源可优选为正如附图所示出的交流电源。此外，在本发明中，ECG电子镇流器优选设计为输出恒流电信号，并且根据本发明的光源优选设计为LED光源。
根据本发明设计的驱动装置3优选地设计为包括控制单元32和连接至该控制单元32的功率级31。该功率级31可包括至少六种可能的开关模式DC/DC变换器拓扑电路结构中的任一种(例如，降压式、升压式、降压升压式、反激式、Cuk变换器、SEPIC、Zeta、前置式)，优选地是升压电路，并且可有利地包含开关单元，在该开关单元中有利地包含有例如MOSFET的电开关部件，使得在本发明的实施例中，对开关单元的导通时间的占空比的调整即意味着对MOSFET的导通时间的调整。控制单元32能够有利地探测作为反馈信号的照明装置100的LED负载电流，并根据该反馈信号相应地控制并调节开关单元。在本发明中，控制单元32可有利地设计为例如微控制器MCU，也可以为其它专用控制器。控制单元32能够有利地形成照明负载4与开关单元31之间的正反馈控制环路5。这意味着，与整合有所有已知的负反馈控制环路的PFC或者标准DC/DC变换的功能相反，此处根据本发明的驱动装置的控制单元增大开关单元的导通时间，以减小照明负载的电输出信号，并且控制单元减小开关单元的导通时间以增大照明负载的电输出信号。
控制单元32根据由照明负载4输出获得的反馈信号来调节功率级31的开关的占空比，也即调节占空比以控制驱动装置3的输入阻抗。根据本发明的功率级优选设计为具有单级的拓扑结构，通过改变其占空比来改变功率级的工作频率，从而进一步改变驱动电路的输入阻抗。更一般而言，通过改变功率级31的开关单元，例如MOSFET的打开时间或者关断时间或者两者来改变功率级31的开关频率。由此，该控制方法造成PWM脉宽调制。
在本发明中，PWM控制可尤其有利地使用过零检测(ZCD)来激活，并且随后根据设定的激活事件来关闭。这造成临界导通模式，即称为“CRM”。驱动装置的该运行模式还可另外被称为边界导通模式(“BCM”)或者瞬时导通时间(“TCM”)，并且特征在于，功率级31内的开关单元的关断时间并不是主动受控，而是简单地在所述的ZCD的时间事件结束，并因此仅取决于启动条件，能量状态、以及功率级的部件值。
优选的，可以PWM脉宽调制的方式来控制功率级的占空比。为了更好的理解该控制过程，以下举例说明：在一定时间间隔中，对于每个正反馈控制循环而言，导通时间是固定的，并没有变化，然而当下一个反馈控制周期到达时，控制单元32会根据正反馈循环计算出新的导通时间，其中该导通时间可优选例如借助软件结合正反馈控制环路5来设定和改变，直到照明装置100具有稳定的LED输出电流。
本发明的照明系统的控制过程可尤其以举例的方式总结为包括以下步骤的内容，其中该照明系统包括具有驱动装置3的照明装置100，在此，驱动装置3的功率级优选工作在临界导通模式CRM中，控制单元32实施过零检测、获得用于功率级内的开关单元的固定的导通时间、探测照明负载的输出电流并利用正反馈控制环路5来调节所述的导通时间，即开关单元的PWM。正反馈控制环路5的作用即意味着，如果LED输出电流不够达到预定值，那么降低导通时间占空比，且如果LED输出电流超过预定值，那么增加导通时间占空比。
1.驱动装置3会获取额定功率输出，在本实施例中例如为150V/120mA；
2.控制单元32探测LED输出电流，如果LED电流小于120mA，那么控制单元32降低导通时间占空比，随后其会增大驱动装置3的阻抗，从而，ECG电子镇流器的恒流会具有更高的电压输出，由此，功率级31会同样具有更多可用的能量，使得驱动装置的输出功率增大；
3.在驱动装置的输出功率增大时，LED输出电流会增大；
4.返回至步骤1直到LED具有足够的电流(120mA)；以及
5.如果LED电流匹配并且稳定了，那么驱动装置的输出功率会稳定在以特定值，且导通时间占空比会维持在一稳定值。
此外，由附图2可看出，其中，附图2示出根据本发明的驱动装置以及ECG电子镇流器的输出信号图，本领域技术人员可知晓的是，如其在本发明中所优选的，根据本发明的驱动装置的开关频率与用作为电源适配装置的ECG的开关频率是并不匹配的。
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 电源适配装置
2 整流结构
3 驱动装置
31 包括开关单元的功率级或者开关模式的DC/DC变换器电路
32 控制单元
4 照明负载
5 正反馈控制环路
100 照明装置。

Claims (19)

1.一种用于照明装置(100)的驱动装置(3)，该驱动装置(3)连接在用于电源的电源适配装置(1)和照明负载(4)之间，其中，该驱动装置(3)包括控制单元(32)，其特征在于，所述控制单元(32)设计为根据由所述照明负载(4)测量的输出电信号调节所述驱动装置(3)的阻抗，以相应地调节所述电源适配装置(1)的输出电压，从而调节所述照明负载(4)的所述输出电信号。
2.根据权利要求1所述的驱动装置(3)，其特征在于，所述驱动装置还包括开关模式的DC/DC变换器，该DC/DC变换器包括开关单元(31)，其中所述控制单元(32)通过调节所述开关单元(31)的导通时间来调整所述驱动装置(3)阻抗。
3.根据权利要求2所述的驱动装置(3)，其特征在于，所述DC/DC变换器用作为与所述照明负载(4)并联的并联稳压器。
4.根据权利要求3所述的驱动装置(3)，其特征在于，所述控制单元(32)增大所述开关单元(31)的导通时间，以减小所述照明负载(4)的输出电信号，并且所述控制单元(32)减小所述开关单元(31)的导通时间，以增大所述照明负载(4)的输出电信号。
5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置(3)，其特征在于，所述驱动装置(3)在临界导通模式中运行。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的驱动装置(3)，其特征在于，所述DC/DC变换器包括配置为升压电路的开关单元(31)。
7.根据权利要求5所述的驱动装置(3)，其特征在于，所述DC/DC变换器包括配置为升压电路的开关单元(31)。
8.一种照明装置(100)，还包括LED照明负载(4)，其特征在于，所述照明装置(100)包括根据前述权利要求任一项所述的驱动装置(3)。
9.一种照明系统，还包括在电源和照明装置之间的电源适配装置，其特征在于，所述照明系统包括根据权利要求8所述的照明装置(100)，并且其特征在于，所述电源适配装置配置为ECG电子镇流器，其中通过响应于所述开关单元(31)的导通时间来改变ECG电子镇流器的输出电压，使得所述ECG电子镇流器跟随所述驱动装置(3)的阻抗变化。
10.根据权利要求9所述的照明系统，其特征在于，在由所述照明负载(4)测量的所述输出电信号低于预设值时，所述控制单元(32)设置为使得所述电源适配装置(1)增大所述输出电压，并且在由所述照明负载(4)测量的所述输出电信号高于所述预设值时，所述控制单元(32)设置为使得所述电源适配装置(1)减小所述输出电压。
11.根据权利要求10所述的照明系统，其特征在于，包括作为电源适配装置的ECG电子镇流器，该电源适配装置输出具有恒定RMS值的高频交流电流和电压，并且提供对应于第一输出电压的第一输出电流和对应于小于所述第一输出电压的第二输出电压的第二输出电流，其特征在于，所述第二输出电流和所述第一输出电流之间的关系小于所述第一输出电压和所述第二输出电压之间的关系。
12.根据权利要求10或11所述的照明系统，其特征在于，所述ECG电子镇流器输出RMS电流值为恒定的高频交流电信号。
13.根据权利要求9-11中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述驱动装置(3)的开关频率与作为电源适配装置的ECG电子镇流器的开关频率并不匹配。
14.根据权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述驱动装置(3)的开关频率与作为电源适配装置的ECG电子镇流器的开关频率并不匹配。
15.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述驱动装置(3)的开关频率和作为电源适配装置的所述ECG电子镇流器的开关频率之间的关系包括两个双位或三位质因数之间的关系。
16.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述驱动装置(3)的开关频率和作为电源适配装置的所述ECG电子镇流器的开关频率之间的关系包括无理数。
17.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述驱动装置(3)的开关频率大于平均值±5％随时间扫频。
18.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，作为电源适配装置的所述ECG电子镇流器的开关频率大于平均值±5％随时间扫频。
19.一种用于控制根据权利要求9-18中任一项所述的照明系统的方法，其特征在于，
a)所述驱动装置(3)的控制单元(32)检测所述照明负载(4)的输出电信号；
b)所述控制单元(32)根据检测到的所述输出电信号调节所述驱动装置(3)的开关单元(31)的导通时间；
c)所述控制单元(32)根据所述开关单元(31)的导通时间变化调节用于所述电源的电源适配装置(1)的输出电压；
d)调节所述电源适配装置(1)的输出电压以与由所述照明负载测量的输出电信号的预定范围相一致。
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