CN110351920A

CN110351920A - 驱动器和照明模块

Info

Publication number: CN110351920A
Application number: CN201810306080.1A
Authority: CN
Inventors: 丁实宇
Original assignee: Landes Vance
Current assignee: Landes Vance
Priority date: 2018-04-08
Filing date: 2018-04-08
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2038-04-08
Also published as: CN110351920B; US11051380B2; DE102019109165B4; US20190313492A1; DE102019109165A1

Abstract

本发明涉及用于照明模块的驱动器(100)，并且涉及具有这种驱动器(100)和发光元件(300)的照明模块。该驱动器具有用于从电子控制装置(ECG)接收电源电压的驱动器输入端(201、202)和用于向发光元件(300)供电的驱动器输出端(301、302)。驱动器还具有自激式反激转换器(RCC)控制电路(130)，其具有用于向驱动器输出端(301、302)供电的功率开关晶体管(135)和变压器(132)。功率开关晶体管(135)适合于控制提供给变压器(132)的电力。驱动器还具有耦接到RCC控制电路(130)的反馈电路(150)。该反馈电路(150)适合于稳定提供给发光元件(300)的电力。

Description

驱动器和照明模块

技术领域

本发明涉及用于照明模块的驱动器以及包括该驱动器的照明模块。

背景技术

多年来，作为白炽灯泡的有效替代品，荧光灯已经是众所周知并广为流传的照明装置。但是，随着LED灯的出现，可以提供更高效和寿命更长的照明装置。此外，与荧光灯相比，因为例如不需要汞，LED灯的材料更安全。因此，存在用LED灯替换现有荧光灯的需求，优选地不必更换整个灯具或灯架(lamp fixture)。

目前可用的荧光灯灯架通常包括电子镇流器(也称为电子控制装置，缩写为ECG)，用于调节和限制提供给荧光灯的电流。因此，用于代替荧光灯或卤素灯的LED灯(LED改型灯)需要与ECG兼容。

然而，将ECG的输出简单地连接到LED等发光元件可能会损坏或破坏LED。与荧光灯不同，LED灯管不需要高启动电压；的确，使LED经受由ECG产生的高启动电压会损坏或破坏LED。此外，由不同制造商生产的ECG可能会输出不同的电流，这应该被考虑在内，因为LED在特定于LED的有限电流范围内工作最佳。

发明内容

鉴于目前可用的照明模块的上述缺点，本发明的目的是提供一种用于LED灯的驱动器，用于改装现有的照明模块，例如包括ECG的当前可用的荧光灯灯架，以便使其与LED灯兼容。该驱动器旨在提高由驱动器提供给LED灯的电流的稳定性。

因此，提供了一种用于照明模块的驱动器，其包括用于接收来自于ECG的电源电压的驱动器输入端和用于向发光元件供电的驱动器输出端。该驱动器还包括自激式反激转换器(RCC)控制电路，其包括用于向所述驱动器输出端供电的功率开关晶体管和变压器。所述功率开关晶体管适合于控制提供给所述变压器的电力。最后，所述驱动器还包括耦接到所述RCC控制电路的反馈电路。反馈电路适合于稳定提供给所述发光元件的电力。

所述反馈电路的使用使得能够将所述驱动器安装到具有常规ECG的照明模块中，其中所述反馈电路可以帮助稳定由所述驱动器提供给所述发光元件的电力。具体地，当在所述反馈电路内检测到经过所述发光元件的电流增大时，所述反馈电路通过增加所述功率开关晶体管的导通时间来作出反应，从而减少传送到所述发光元件的电力。如果没有提供反馈电路，则提供给所述发光元件的电力的不可预见的增加可能保持未被修正，并最终损坏所述发光元件或者甚至破坏所述发光元件。

在第一方面中，提出了一种驱动器，其中所述反馈电路进一步适合于当所述驱动器在升高的工作温度下工作时限制或抵消由所述功率开关晶体管提供给所述变压器的电力的增加。通常，所述驱动器的工作温度升高意味着当施加到所述驱动器内的某些晶体管的基极的电压较低时，这些晶体管就可以导通。换句话说，所述驱动器温度的升高会导致所述驱动器内某些晶体管的阈值电压(或者称为开关电压V_BE-ON)降低。

因此，根据第一方面的驱动器设计为有助于防止在工作温度变化的情况下由所述驱动器提供给所述发光元件(例如，LED)的电力的不稳定(例如大幅增加)。在没有提供所述反馈电路的情况下，温度升高将导致所述功率开关晶体管的导通时间减少，并且导致提供给所述变压器的电力相应增加。由于所述反馈电路设置在所述驱动器内部，因此这些效应被抵消。

根据另一方面，提出了一种驱动器，其中所述RCC控制电路进一步包括耦接到所述功率开关晶体管的导通限制晶体管。所述反馈电路进一步包括耦接到所述导通限制晶体管的基极的反馈晶体管，以在经过所述发光元件的电流超过阈值时使得所述导通限制晶体管增加所述功率开关晶体管的导通时间。

这种反馈机制还具有抵消所述驱动器的工作温度的偏移的优点。在所述驱动器在升高的温度下工作的情况下，所述导通限制晶体管的阈值电压降低。这直接导致所述功率开关晶体管的导通时间减少以及提供给所述变压器的电力相应增加。然而，所述反馈晶体管的阈值电压也对升高的工作温度做出反应，并因此降低。这使得所述功率开关晶体管的导通时间增加，并使得提供给所述变压器的电力相应减少。因此，当两个晶体管都存在工作温度变化时，所述反馈晶体管会抵消所述导通限制晶体管。总之，所述导通限制晶体管和所述反馈晶体管的布置降低了温度对所述驱动器的工作的影响。

根据所述驱动器的这个方面，传送到所述发光元件的电流可以测量为反馈控制电阻器上的电压。该电压施加到所述反馈晶体管的基极。这提供了一种简单而有效的方式来检测传送到所述发光元件的电流量。根据这个方面，所述反馈控制电阻器可以设置在所述反馈电路内。

根据所述驱动器的另一方面，所述导通限制晶体管和/或所述反馈晶体管可以实现为双极结型晶体管。在优选的方面，用于实现所述导通限制晶体管和所述反馈晶体管的晶体管被选择为具有相同的极性。这确保了对于这两个晶体管而言，由于温度引起的阈值电压的任何偏移都将在相同方向上发生，从而允许抵消对所述驱动器的工作温度的影响并且该影响因此受到限制。

根据所述驱动器的另一方面，所述功率开关晶体管可以实现为MOSFET。

根据所述驱动器的另一方面，所述驱动器可以进一步包括电桥，其用于从所述驱动器输入端接收所述电源电压并向所述RCC控制电路供电。这可以帮助抑制由所述ECG提供的高电压，并且可以帮助将由所述ECG提供的所述电源电压转换为更稳定的电压，因此与所述LED的输入要求更加兼容。

本发明的另一目的是提供一种包括驱动器和发光元件的照明模块，其中所述发光元件耦接到所述驱动器的驱动器输出端。所述驱动器优选如上所述的驱动器。也就是说，所公开的所有与所述驱动器有关的特征也与所述照明模块相关地公开了，反之亦然。

所述发光元件优选包括发光二极管(LED)或者是发光二极管。

所述照明模块可以适合于放置在LED灯中。

附图说明

结合附图考虑下面的详细描述将更容易理解本公开，其中：

图1是用于照明模块的电子驱动器的示例性实施例的示意图，以及

图2是更详细示出的图1的电子驱动器的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更详细地解释驱动器和照明模块的示例性实施例。由相同的附图标记表示相同或相似元件、或具有相同效果的元件，并且为了避免冗余可以省略对其的重复描述。图中所示的元件的图形和尺寸关系不应被视为按比例绘制。相反，可以用夸大的尺寸来示出各个元件以便更好地说明和/或更好地理解。

在图1中，示出了用于照明模块15的驱动器100的示例性实施例。驱动器100包括用于接收来自于ECG 200的电源电压的电压输入端101、102。

ECG 200由电源供电，例如在230V下工作的标准AC电源。然而，也可以考虑将ECG设计为由DC电源或在另一电压下工作的AC电源供电。ECG产生多对(pairs of)输出201、202。每对输出连接到相应的灯丝220A、220B。灯丝220A产生第一驱动器输入101。灯丝220B经由继电器230连接至第二驱动器输入102。继电器230作为安全机构提供并由单独的继电器电路(未示出)控制。继电器电路感测ECG何时产生电压输出，并且作为响应使继电器230切换到关断或导通状态。

驱动器100的驱动器输入101、102被提供给也被称为升压转换器的电桥110。电桥110用于实现ECG兼容性。由电桥110输出的整流电压被施加到与自激式反激转换器(RCC)控制器130并联设置的输入滤波电容器120。

驱动器100还包括耦接到RCC控制器130的反馈电路150。反馈电路150帮助确保由驱动器100提供给发光元件300的电流相对恒定和可控。

RCC控制器130产生给发光元件300供电的第一驱动器输出301。第二驱动器输出302将发光元件300回连到驱动器100的反馈电路150。

在图2中，更详细地示出了在图1中示出的驱动器100的示意图。

如图2所示，电桥110包括四个二极管112、114、116和118，用于对从ECG 200提供至驱动器输入端101、102的电压进行转换或整流。具体地，第一驱动器输入端101连接在二极管118和114之间，而第二驱动器输入端102连接在二极管112和116之间。由二极管112、114输出的整流电压并联地施加到输入滤波电容器120和RCC控制器130两者。

RCC控制器130包括串联连接到基极限流电阻器133和频率调节电容器136的启动电阻器131。这些组件连接在变压器132的线圈之间，变压器132的线圈包括初级线圈132A和辅助线圈132B。

RCC控制器130还包括功率开关晶体管135，在本实施例中该功率开关晶体管135提供为MOSFET，特别是n沟道MOSFET。然而，替代性的设计可以使用其他类型的晶体管来实现功率开关晶体管135。无论如何，功率开关晶体管135的栅极连接在启动电阻器131和基极限流电阻器133之间。

当来自于电桥110的整流电压施加到RCC控制器130时，该整流电压使频率调节电容器136经由启动电阻器131和基极限流电阻器133充电。当频率调节电容器136充电充分时，功率开关晶体管135开始导通。同时，建立在初级线圈132A上的电流转换为辅助线圈132B上的电流。辅助线圈132B上产生的电压流经频率调节电容器136和电阻器133，以使功率开关晶体管135的栅极上的电压保持高电平。换句话说，当功率开关晶体管135开始导通时，RCC控制器130的这些组件一起工作以提供正反馈，以便快速地将功率开关晶体管135置于完全导通状态。

当功率开关晶体管135导通(即，处于导通状态)时，电流经由变压器的初级线圈132A行进到初级导通限制电阻器142。初级导通限制电阻器142连接在导通限制晶体管145的基极和地之间。在本实施例中，导通限制晶体管145实现为诸如NPN晶体管的双极结型晶体管(BJT)。然而，替代性的设计可以使用其他类型的晶体管来实现导通限制晶体管145。

导通限制晶体管145具有连接到功率开关晶体管135的栅极的集电极、和经由电阻器144连接到地的发射极。因此，当初级导通限制电阻器142上的电压超过导通限制晶体管145的阈值电压时，导通限制晶体管开始导通。这使得功率开关晶体管135的栅极上的电压经由电阻器144漏到地，结果功率开关晶体管135被关断。

当功率开关晶体管135关断时，变压器初级线圈132A释放其所存储的能量。这会在第一驱动器输出端301上产生电流，该电流会对发光元件300供电。在变压器初级线圈132A完全放电之后，功率开关晶体管135将再次开启，重复所述循环。

驱动器100还包括反馈电路150，反馈电路150包括经由第二驱动器输出端302连接到发光元件300的反馈控制电阻器152。反馈控制电阻器152连接在反馈晶体管155的基极和地之间。在本实施例中，反馈晶体管155实现为诸如NPN晶体管的BJT。然而，替代性的设计可以使用其他类型的晶体管来实现反馈晶体管155。

当流经发光元件300的电流超过预定量时，反馈控制电阻器152上产生的电压超过反馈晶体管155的基极的阈值电压。这使得反馈晶体管155切换到导通状态。结果，设置在反馈电路150中的次级导通限制电阻器154与设置在RCC控制器130中的初级导通限制电阻器142并联连接。当与在功率开关晶体管135的源极处仅施加初级导通限制电阻器142的情况相比较时，导通限制电阻器142、154的组合阻抗因此减小。这反过来又使得功率开关晶体管135的导通时间增加。该导通时间的增加使得系统阻抗减小，并且使得提供给发光元件300的电力减少。因此，反馈电路150具有稳定提供给发光元件300的电流的效果。

BJT的阈值电压或开关电压受工作温度的影响：工作温度越高，开关电压越低。该驱动器适合于在环境温度在-20℃至50℃之间的多种环境中工作。驱动器的工作温度可能受到环境温度的影响。此外，驱动器100升高的工作温度可以降低导通限制晶体管145的开关电压。这将导致功率开关晶体管135的导通时间减少。该减少的导通时间将使得提供给发光元件300的电力增加。

然而，反馈晶体管155也是BJT，因此其开关电压以与导通限制晶体管145类似的方式受到温度影响。降低反馈晶体管155的开关电压导致功率开关晶体管135的导通时间增加。这限制或抵消了温度偏移对导通限制晶体管145的开关电压的影响。

以上讨论集中于工作温度相对于参考温度升高的情况。然而，在驱动器100的工作温度相对于其正常工作温度降低的情况下，同样的考虑也适用。换句话说，对于温度的任何变化(正或负)，导通限制晶体管145和反馈晶体管155的阈值电压的偏移将抵消彼此的影响。结果是驱动器100能够在更宽的工作温度范围内向发光元件300提供更稳定的电流。

驱动器100还包括连接在续流二极管185和地之间的滤波电容器180。滤波电容器180和续流二极管185有助于稳定提供给发光元件的电压。当变压器132放电时，电流流经续流二极管185到达滤波电容器180和发光元件300。当变压器停止放电时，滤波电容器180为发光元件300供电，而续流二极管185防止来自于滤波电容器180的电荷向功率开关晶体管135回流。通过这种方式，滤波电容器180与变压器132和发光元件300一起工作以抑制由ECG200产生的高电压。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，所示实施例仅描绘了多个可能性的一个示例。因此，这里讨论的实施例不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。所描述的特征的任何可能的组合和配置都可以根据本发明的范围来选择。

附图标记列表

100：用于照明模块的驱动器

101、102：第一和第二驱动器输入端

110：电桥

112、114、116、118：二极管

120：输入滤波电容器

130：自激式反激转换器(RCC)控制器

131：启动电阻器

132A：变压器初级线圈

132B：变压器辅助线圈

133：基极限流电阻器

135：功率开关晶体管

136：频率调节电容器

137：二极管

142：初级导通限制电阻器

144：电阻器

145：导通限制晶体管

150：反馈电路

152：反馈控制电阻器

154：次级导通限制电阻器

155：反馈晶体管

180：滤波电容器

185：续流二极管

200：电子控制装置(ECG)

201、202：ECG的多对输出

220A、220B：灯丝

230：继电器

300：发光元件

301、302：第一和第二驱动器输出端

Claims

1.一种用于照明模块的驱动器(100)，包括：

驱动器输入端(201、202)，其用于从电子控制装置(ECG)接收电源电压；

驱动器输出端(301、302)，其用于向发光元件(300)供电；以及

自激式反激转换器(RCC)控制电路(130)，其包括用于向所述驱动器输出端(301、302)供电的功率开关晶体管(135)和变压器(132)，其中所述功率开关晶体管(135)适合于控制提供给所述变压器(132)的电力；

其特征在于，

反馈电路(150)，其耦接到所述RCC控制电路(130)，其中所述反馈电路(150)适合于稳定提供给所述发光元件(300)的电力。

2.根据权利要求1所述的驱动器(100)，其中所述反馈电路(150)进一步适合于当所述驱动器(100)在升高的工作温度下工作时限制或抵消由所述功率开关晶体管(135)提供给所述变压器(132)的电力的增加。

3.根据权利要求1或2所述的驱动器(100)，其中所述RCC控制电路(130)进一步包括耦接到所述功率开关晶体管(135)的导通限制晶体管(145)，并且其中所述反馈电路(150)进一步包括耦接到所述导通限制晶体管(145)的基极的反馈晶体管(155)；其特征在于，超过阈值的经过所述发光元件(300)的电流使得所述反馈晶体管(155)减小施加到所述导通限制晶体管(145)的基极的阻抗，这反过来又减少了所述功率开关晶体管(135)的导通时间。

4.根据权利要求3所述的驱动器(100)，其中传送到所述发光元件(300)的电流测量为反馈控制电阻器(152)上的电压，并被施加到所述反馈晶体管(155)的基极。

5.根据权利要求4所述的驱动器(100)，其中所述反馈控制电阻器(152)设置在所述反馈电路(150)中。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的驱动器(100)，其中所述导通限制晶体管(145)和/或所述反馈晶体管(155)实现为双极结型晶体管。

7.根据权利要求6所述的驱动器(100)，其中用于实现所述导通限制晶体管(145)和所述反馈晶体管(155)的晶体管具有相同的极性。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动器(100)，其中所述功率开关晶体管(135)实现为MOSFET。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动器(100)，进一步包括电桥(110)，其用于从所述驱动器输入端(201、202)接收所述电源电压并且向所述RCC控制电路(130)提供经过整流的电力。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动器(100)，其中，所述发光元件(300)是LED。

11.一种照明模块，包括根据前述权利要求中任意一项所述的驱动器(100)和发光元件(300)，其中所述发光元件(300)耦接到所述驱动器(100)的驱动器输出端(301、302)。