CN106068045B - 用于led灯的供电装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开的是一种用于LED灯的供电装置。用于LED灯的供电装置包括：供电单元，用于对输入电力进行变换并且将经变换的电力提供至LED；以及中央控制单元，用于控制供电单元的操作。供电单元包括：开关电路，其电连接至LED的两端；开关控制电路，其配置成控制开关电路的接通/断开；以及调光控制电路，其配置成响应于开关电路的接通/断开和从中央控制单元接收到的调光控制信号来控制由供电单元供给的电力的量，并且中央控制单元响应于LED的接通/断开来提供用于控制开关控制电路的开关控制信号，并且提供用于控制调光控制电路的操作的调光控制信号。

Description

用于LED灯的供电装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年4月21日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2015-0056087号的权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用合并至本文中。
技术领域
本发明涉及用于LED灯的供电装置，并且更具体地涉及用于控制设备的电力的装置，该装置通过控制室外LED灯来提供适于用户需要的照明。
背景技术
发光二极管(LED)是一种用于将电能转换成光的半导体器件。与现有的光源如荧光灯或白炽灯相比，LED具有低功耗、半永久性寿命、响应速度快、安全以及环境友好的优点。特别地，LED灯可以通过控制多个排列的LED的闪烁顺序、发光颜色和亮度来执行各种制作。
关于用LED替代现有的光源执行了积极的研究。LED是诸如各种室内灯、液晶显示器、电子公告板和街灯的灯的光源，并且LED灯的使用趋向于增加。具体地，LED被用作用于内部设计的普通灯、用于产生特定氛围的舞台灯、广告灯和景物灯。
照明装置可以安装在建筑物的外壁、公园、街灯、桥形钢轨和剧院中作为景物灯。照明装置的大小和应用系统可以根据应用照明装置的用途、对象或地方而不同。亦即，安装在建筑物的外壁中的照明装置以条带形式从建筑物的外壁突出，使得它们执行闪烁功能或显示单一颜色或组合色彩。安装在公园、街灯或桥形钢轨中的照明装置根据对象的类型以改变闪烁或颜色这样的方式不规则地被安装。此外，安装在剧院中的照明装置以条带形式以产生闪烁或颜色这样的方式被安装在舞台附近或舞台中，以便展示剧院的富丽堂皇。由于与室内灯相比室外灯难以保持，所以室外灯需要被稳定地驱动。因此，考虑了用于稳定地控制室外灯的各种方案。
LED灯需要能够以待机模式进行操作以便根据各种目的实现LED灯。待机模式是下述待机状态：在该待机状态下，尽管LED未被接通，但其保持适当的电力水平使得LED能够响应于来自用于控制LED的供电装置的控制信号而在任何时候被驱动。
用于LED灯的常规供电装置具有单级结构和2级结构。2级结构包括用于实现待机模式的独立电路(即待机电路)。与2级结构相比，单级结构具有较简单的结构和较小的尺寸并且不包括待机电路。这样做的原因是，如果待机电路被插入到单级结构中，则单级结构与2级结构没有区别，从而增加单级结构的尺寸。当LED在供电装置保持特定电压而不使用待机电路的状态下接通时，由于瞬时电压升高而导致过电流流到LED中。作为结果，存在以下问题：由于过电流而导致LED产生闪烁并且LED的寿命降低。
发明内容
本发明是考虑在现有技术中出现的上述问题而获得，并且本发明的目的是提供一种用于LED灯的供电装置，该供电装置具有已经实现有待机模式的单级结构。具体地，本发明在保持用于LED灯的供电装置的尺寸的同时实现待机模式。
本发明的另一目的是将用于LED灯的供电装置中的待机模式保持在特定电压范围内。
根据本发明的一个实施方式的用于LED灯的供电装置包括：供电单元，用于对输入电力进行变换并且将经变换的电力提供至LED；以及中央控制单元，用于控制供电单元的操作。供电单元包括：开关电路，其电连接至LED两端；开关控制电路，其配置成控制开关电路的接通/断开；调光控制电路，其配置成响应于开关电路的接通/断开和从中央控制单元接收到的调光控制信号来控制由供电单元供给的电力的量，并且中央控制单元响应于LED的接通/断开来提供用于控制开关控制电路的开关控制信号，并且提供用于控制调光控制电路的操作的调光控制信号。
根据本发明的另一实施方式，供电单元可以进一步包括：整流器，其配置成将输入的AC电力变换成DC电力；变换器电路，其配置成控制通过整流器接收到的电力的量并且向LED提供受控电力。供电单元可以进一步包括滤波器，该滤波器配置成阻止输入的AC电力的噪声。整流器可以将其中噪声由滤波器阻止的AC电力变换成DC电力。供电单元可以进一步包括功率因数补偿电路，该功率因数补偿电路配置成控制从滤波器接收到的电力的功率因数。变换器电路可以对具有由功率因数补偿电路控制的功率因数的电力的量进行控制，并且向LED提供具有受控功率因数的电力。
在本发明的另一实施方式中，调光控制电路可以向变换器电路提供用于控制电力的量的信号。
在根据本发明的另一实施方式的用于LED灯的供电装置中，当开关电路接通时，开关电路可以向调光控制电路提供与LED的两端处的电压的量成比例的信号。调光控制电路可以将从开关电路接收到的信号的大小与从中央控制电路接收到的调光控制信号的大小进行比较，可以基于比较的结果来生成控制信号，并且可以将所生成的控制信号提供至供电单元。在该情况下，调光控制电路可以向供电单元提供下述控制信号作为负反馈：该控制信号与从开关电路接收到的信号的大小和从中央控制单元接收到的调光控制信号的大小之间的差成比例。
在本发明的另一实施方式中，当开关电路变成接通时，中央控制单元可以使调光控制信号的大小在LED额定电压的特定比率或更小比率内周期性地改变。更具体地，该特定比例可以是LED额定电压的5％。
根据本发明的实施方式的开关电路可以具有串联连接的开关元件和电阻器元件。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的用于LED灯的供电装置的配置的框图。
图2是示出用于LED灯的供电装置的供电单元的示例的框图。
图3是示出根据本发明的实施方式实现开关控制电路的示例的电路图。
图4示出根据本发明的另一实施方式的用于LED灯的供电装置的电路图。
具体实施方式
根据结合本发明的附图的详细描述，可以更加清楚地理解技术架构的详细内容及其作用效果。
参照附图来详细描述本发明的实施方式。
图1是示出根据本发明的实施方式的用于LED灯的供电装置的配置的框图。
根据本发明的实施方式的用于LED灯的供电装置包括供电单元100和中央控制单元200，供电单元100用于对输入的电力进行变换并且向LED提供经变换的电力，中央控制单元200用于控制供电单元100的操作。供电单元100是用于将外部电力变换至适于驱动LED的额定电力的范围的元件。
根据本发明的实施方式的中央控制单元200是用于控制用于LED灯的供电装置的整个操作的元件。中央控制单元200响应于用户输入而执行各种功能如LED是否被驱动、亮度和与外部通信。具体地，中央控制单元200用作接收关于供电装置内的每个元件的操作状态的信息并且通常通过控制每个元件来控制供电装置的操作。中央控制单元200可以使用控制装置如微计算机来实现。供电单元100响应于来自中央控制单元200的控制信号来进行操作。作为结果，LED可以以各种方式进行操作。
在本发明的实施方式中，供电单元100包括：开关电路110，其电连接至LED的两端；开关控制电路120，其配置成控制开关电路110的接通/断开(ON/OFF)；以及调光控制电路130，其配置成响应于开关电路110的接通/断开和从中央控制单元接收的调光控制信号来控制由供电单元100供给的电力的量。
本发明的实施方式可以通过前述配置来实现待机模式，甚至在用于LED灯的具有单级结构的供电装置中实现待机模式。如在“背景技术”所描述的，在保持单级的尺寸的同时实现待机模式存在很大的困难。然而，如果开关电路110、开关控制电路120和调光控制电路130被配置和控制，则可以通过简单配置来实现待机模式。
开关电路110电连接至LED的两端。开关电路110中包括的开关响应于从开关控制电路120接收到的信号来操作接通或断开。当开关为断开时不执行其他功能，但当开关为接通时执行根据LED两端的电压的操作。如果流过开关电路110的电流响应于LED两端的电压和开关电路110的操作而改变，则调光控制电路130检测这样的改变并且控制相应的控制。相应地，供电装置在待机模式下操作。
开关控制电路120是用于控制开关电路110的接通/断开的元件。开关控制电路120响应于来自中央控制单元200的控制信号来进行操作。在开灯模式下(即LED被接通的状态)，中央控制单元200通过控制供电单元100的元件来向LED提供用以接通LED所需的电压。还向开关控制电路120提供用于接通LED所需的控制信号。开关控制电路120控制开关电路110使其与LED的接通相反。亦即，当LED被接通时(即当中央控制单元200向包括开关控制电路120的供电单元100的元件提供用于接通LED的控制信号时)，开关控制电路120控制开关电路110以使得开关电路110变为断开。当LED被断开或在待机模式下操作时，开关控制电路120控制开关电路110以使得开关电路110变为接通。作为结果，仅在LED已经被断开的状态下，开关电路110可以变为接通，从而LED可以在待机模式下操作。
调光控制电路130是用于响应于开关电路110的接通/断开和从中央控制单元200接收到的调光控制信号来控制由供电单元100提供的电力的量的元件。调光控制电路130响应于LED的闪烁来进行操作。
首先，当LED被接通时(即当中央控制单元200向包括开关控制电路120的供电单元100的元件提供用于接通LED的控制信号时)，调光控制电路130从中央控制单元200接收调光控制信号，并且向供电单元100提供用于控制从LED生成的光的强度的信号。例如，当由中央控制单元200输入调光控制信号时，可以将与调光控制信号成比例的信号(或调光控制信号本身)作为负反馈输入至供电单元100。如果增大调光控制信号的大小以便显著降低LED的光强度，则因为响应于所增大的调光控制信号而在供电单元100中生成负反馈，所以可以降低LED的强度。与此相反，如果减小调光控制信号的大小以便稍微降低LED的光强度，则因为负反馈程度被减小，所以可以稍微减小LED的强度。
当LED被断开并且在待机模式下操作时，调光控制电路130接收在开关电路110变为接通时所生成的信号并且从中央控制单元200接收调光控制信号(该调光控制信号是用于使LED能够在待机模式下操作的控制信号并且具有与在LED被接通时的调光控制信号的大小、周期或图案不同的大小、周期或图案)。调光控制电路130基于所接收到的两个信号的大小之间的比较结果来驱动供电单元100；生成不接通LED的控制信号；并且将所生成的控制信号提供给供电单元100。
以下将详细描述根据本发明的实施方式的用于LED灯的供电装置的元件操作以实现待机模式的方法。
图2是用于LED灯的供电装置内的供电单元100中的开关电路110、开关控制电路120和调光控制电路130的放大图。
在待机模式下，来自中央控制单元200的用于驱动LED的信号为断开。当将该信号输入至开关控制电路120时，开关电路110的开关变为接通。此时，在开关电路110两端施加对应于待机模式的电压(即不接通LED但可以驱动用于LED灯的供电装置的电压)。该电压生成通过开关电路110中所包括的电阻器元件的电流Isen。电流信号Isen与LED两端的电压的量成比例并且被输入至调光控制电路130。因为在LED已经接通的状态下开关电路110的开关为断开，所以Isen＝0。
此时，调光控制电路130从中央控制单元200接收调光控制信号Adim。调光控制电路130可以将从开关电路110接收到的电流信号Isen的大小与从中央控制单元200接收到的调光控制信号Adim的大小进行比较；可以基于比较结果来生成控制信号；并且可以将所生成的信号提供给供电单元100。如图2所示，调光控制电路130可以使用用于将电流信号Isen的大小与调光控制信号Adim的大小进行比较并且输出与这两个信号之间的差成比例的信号的放大器来实现。
因为在LED已经接通的状态下电流信号Isen的大小为0，所以可以与调光控制信号Adim成比例地控制LED的亮度。然而，在待机模式下，因为电流信号Isen不为0，所以将与调光控制信号Adim的大小与电流信号Isen的大小之间的差成比例的控制信号作为负反馈提供给供电单元100。相应地，因为根据这两个信号之间的差的增大(即LED两端的电压的增大)来执行更多的负反馈，所以可以降低LED两端的电压。当LED两端的电压降低时，电流信号Isen降低。如果继续这样的负反馈，LED两端的电压可以趋于特定电平。
图3是示出根据本发明的实施方式实现的开关控制电路120的示例的电路图。如图3所示，响应于从中央控制单元200接收到的控制信号(接通/断开)，输出(即输入至开关电路110的信号)是不同的。如果可以执行上述操作，则可以使用除了图3的电路之外的各种电路来实现开关控制电路120。
在本发明的另一实施方式中，在待机模式下，可以使调光控制信号的大小在特定范围内周期性地改变。更具体地，当开关信号被接通时，中央控制单元200可以使调光控制信号的大小在LED额定电压的特定比率或更小比率的范围内周期性地改变。改变范围可以被确定为在待机模式下LED两端保持适当电压范围的范围。如果调光控制信号保持特定的大小，则LED两端的电压可能会过高于或过低于用于待机模式的电压。
例如，如果Adim＝0，则调光控制电路130重复负反馈直到电流信号Isen变为0(即，Isen＝Adim)为止。为了使电流信号Isen变为0，LED两端的电压可能会为0或者开关电路110可以变为断开。如果LED两端的电压为0，则LED不再对应于待机模式，并且用于LED灯的整个供电装置变为断开状态。当LED为接通状态时，开关电路110变为断开。作为结果，当调光控制信号Adim为0或更低时，LED两端的电压趋于比用于待机模式的电压低得多的电平，或者LED偏离待机模式。
与此相反，如果调光控制信号Adim为高，则调光控制电路130重复负反馈直到电流信号Isen等于调光控制信号Adim为止。在电流信号Isen为高的状态下，负反馈被终止并且LED两端的电压保持不变。然而，因为电流信号Isen与LED两端的电压成比例，所以LED两端的电压可以保持高于用于待机模式的电压。
亦即，为了使LED两端的电压保持在待机模式的范围内，可以通过考虑所有的各种变量诸如在开关电路110中包括的电阻器的大小、调光控制电路130的放大比率以及负反馈配给来设计供电单元100。要考虑到所有的变量并不容易。
为了解决这样的问题，在本发明的实施方式中，使调光控制信号的大小在待机模式下(即当开关信号为接通时)周期性地改变。例如，如果调光控制信号的大小从0个单位开始在10个单位内周期性地改变(10个单位是其中LED两端的电压变得高于待机模式的适当电平的特定大小)，负反馈的程度随着调光控制信号的大小变为0个单位而增大，从而LED两端的电压降低。然而，随着调光控制信号的大小变得接近10个单位，LED两端的电压变得高于待机模式的适当电平。如果周期性地重复使得LED两端的电压变得低于待机模式的适当电平的这种负反馈和使得LED两端的电压变得高于待机模式的适当电平的这种负反馈，则因为与上述实施方式相比LED两端的电压在待机模式的适当范围内变化，所以可以稳定地保持待机模式。在本发明的实施方式中，调光控制信号可以在LED额定电压的5％的范围内周期性地改变。可以看出，当调光控制信号属于LED额定电压的5％的范围时，用于LED灯的供电装置稳定地保持待机模式。在此情况下，可以根据LED的额定电压、在开关电路110中包括的电阻器的大小以及调光控制电路130的放大比率来不同地设置LED额定电压的范围。
图4是示出根据本发明另一实施方式的用于LED灯的供电装置的电路图。
在本实施方式中，供电单元100可以包括：整流器140，其用于将输入AC电力变换成DC电力；功率因数补偿电路150，其用于控制从整流器140接收的电力的功率因数；以及变换器电路160，其用于控制从功率因数补偿电路150接收的电力的量并且向LED提供受控电力。
根据本发明的实施方式的整流器140是用于将AC电力变换成DC电力的元件。LED灯通过DC电力来驱动，但商用电力为AC电力，因此需要将AC电力变换成DC电力。为此，在本发明的实施方式中，供电单元100包括整流器140。可以使用各种类型的整流元件诸如半桥式整流器和全桥式整流器来实现根据本发明的实施方式的整流器140。
根据本发明的实施方式的功率因数补偿电路150是用于通过改进整个电路的功率因数来改进输入与输出效率的元件，并且也是将绝缘电压传送至LED的元件。可以使用回扫电路来实现根据本发明的实施方式的功率因数补偿电路150，但不限于此。例如，具有相同功能的元件可以理解为被包括在功率因数补偿电路150中。
变换器电路160是用于响应于从中央控制单元200接收到的信号来控制经由功率因数补偿电路150被提供给LED的电力的元件。经由功率因数补偿电路150被提供给LED的电力的量可以大于或小于用于驱动LED的电力(在一般情况下，其大于或小于用于驱动LED的电力)。例如，通过DC-DC变换控制提供给LED的电力的量的比例变换成适合于驱动LED的电力，并且将经变换的电力提供给LED。此外，响应于来自中央控制单元200的信号来控制是否驱动LED以及LED的亮度和驱动时间。
在本发明的另一实施方式中，供电单元100还可以包括用于阻止来自输入AC电力的噪声的滤波器170。在此情况下，整流器140可以将已通过滤波器170使噪声被阻止的AC电力变换成DC电力。
滤波器170是用于阻止在外部输入电力(即商用电力为AC电力)中包括的噪声的元件。根据本发明的实施方式的用于LED灯的供电装置使用商用AC电力来控制各种操作诸如LED的接通/断开。通过DC电力来驱动LED。亦即，需要将AC电力变换成DC电力。在这样的电力变换之前，将AC电力中包括的具有各种成分的噪声从AC电力中去除，使得将AC电力有效地变换成DC电力。此外，因为可以防止从系统传送的各种噪声被引入到用于LED灯的供电装置中，所以可以防止因噪声信号而损坏供电装置的部件。
结合各种实施方式所描述的调光控制电路130向供电单元100特别是变换器电路160提供控制信号。响应于从调光控制电路130接收到的控制信号，变换器电路160可以通过控制电力的变换比率来控制被提供给LED的电力的量。
根据本发明的实施方式，通过插入小电路而无需配置单独的待机电路，待机模式即使在单级结构中仍然可以稳定地操作。相应地，可以减小用于LED灯的供电装置的尺寸。
此外，在待机模式下，用于LED灯的供电装置可以在适当的电压范围内进行操作。
虽然出于说明的目的已经公开了本发明的实施方式，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的前提下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (9)

1.一种用于LED灯的供电装置，包括：
供电单元，用于对输入电力进行变换并且将经变换的电力提供至LED；以及
中央控制单元，用于控制所述供电单元的操作，
其中，所述供电单元包括：
开关电路，其电连接至所述LED的两端；
开关控制电路，其配置成控制所述开关电路的接通/断开；以及
调光控制电路，其配置成响应于所述开关电路的接通/断开和从所述中央控制单元接收到的调光控制信号来控制由所述供电单元供给的电力的量，
其中，所述中央控制单元响应于所述LED的接通/断开来提供用于控制所述开关控制电路的开关控制信号，并且提供用于控制所述调光控制电路的操作的调光控制信号，并且
其中，当所述开关电路被接通时，所述开关电路向所述调光控制电路提供与所述LED的两端处的电压的量成比例的信号，并且所述调光控制电路将从所述开关电路接收到的信号的大小与从所述中央控制单元接收到的调光控制信号的大小进行比较，基于比较的结果来生成控制信号，并且将所生成的控制信号提供至所述供电单元。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述供电单元进一步包括：
整流器，其配置成将输入的AC电力变换成DC电力；以及
变换器电路，其配置成控制通过所述整流器接收到的电力的量并且将受控电力提供至所述LED。
3.根据权利要求2所述的供电装置，其中：
所述供电单元进一步包括滤波器，所述滤波器配置成阻止所述输入的AC电力的噪声，并且
所述整流器将使噪声被所述滤波器阻止的AC电力变换成所述DC电力。
4.根据权利要求2所述的供电装置，其中：
所述供电单元进一步包括功率因数补偿电路，所述功率因数补偿电路配置成控制从所述整流器接收到的电力的功率因数，并且
所述变换器电路对具有由所述功率因数补偿电路控制的功率因数的电力的量进行控制并且将具有受控功率因数的电力提供至所述LED。
5.根据权利要求2所述的供电装置，其中，所述调光控制电路将用于控制所述电力的量的信号提供至所述变换器电路。
6.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述调光控制电路向所述供电单元提供下述控制信号作为负反馈：所述控制信号与从所述开关电路接收到的信号的大小和从所述中央控制单元接收到的调光控制信号的大小之间的差成比例。
7.根据权利要求1所述的供电装置，其中，当所述开关电路变成接通时，所述中央控制单元使所述调光控制信号的大小在LED额定电压的特定比率或更小比率内周期性地改变。
8.根据权利要求7所述的供电装置，其中，所述特定比率是所述LED额定电压的5％。
9.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述开关电路具有串联连接的开关元件和电阻器元件。
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