CN110650564B - 驱动器、控制驱动器的方法和照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于照明模块的驱动器(100)、用于控制这种驱动器的方法以及具有这种驱动器(100)和发光元件(300)的照明模块。驱动器具有输入(101,102)，其用于从输入单元(200)接收电源电压，以及驱动器输出(301、302)，其用于供电以使发光元件(300)产生光。此外，驱动器具有功率开关晶体管(135)，其用于控制供应给驱动器输出(301、302)的功率。控制器(130)控制功率开关晶体管(135)以使驱动器(100)根据电源电压来作为升压转换器或作为降压转换器交替地操作。驱动器(100)还包括稳压块(140)，以防止当驱动器(100)作为降压转换器操作时错误地触发OVP故障条件，或者防止在驱动器(100)作为升压转换器操作时错误地触发ZCD故障条件。

Description

驱动器、控制驱动器的方法和照明模块

技术领域

本发明涉及一种用于照明模块的驱动器、控制驱动器的方法和包括驱动器的照明模块。

背景技术

随着发光二极管(LED)灯的出现，可以使用比白炽灯和荧光灯更高效且寿命更长的照明装置。与荧光灯相比，因为例如不需要汞，所以LED灯的材料更安全。因此，需要使用于荧光灯和白炽灯的现有灯具适于容纳LED灯，优选地不必更换整个光源或灯具。

目前可用的灯具可以简单地包括交流(AC)电源，用于为容纳在灯具中的白炽灯供电。其他当前可用的灯具可以包括电子镇流器(也称为电子控制装置，缩写为ECG)，其用于对容纳在灯具中的荧光灯供电。这种ECG可以调节和限制提供给荧光灯的电流。

LED改装灯是用来取代白炽灯、荧光灯或卤素灯的LED灯。因此，LED改装灯可以不同地需要与设置在照明器具内的AC电源或ECG兼容。

对于某些ECG，输出电压范围为24V-100V。对于某些交流电源，输出电压范围为198V-264V交流。因此，与ECG电源和AC电源兼容的LED改装灯的驱动器需要与各种可能的电压兼容。

为了在两种操作模式(ECG和AC)下仅使用一个驱动器，该驱动器需要能够同时用作升压转换器和降压转换器。一方面，如果输入电压高于输出电压，则驱动器的转换器会自动切换到降压转换(也称为降压式转换)。另一方面，如果输入电压小于输出电压，则驱动器的转换器应切换到升压转换。

图1示出了现有技术中已知的用于ECG或AC照明模块的改进的驱动器。驱动器100包括用于接收来自ECG和灯丝电路或来自AC电源的电源电压的电压输入101、102。

驱动器100的驱动器输入101、102被提供给电桥110(也被称为升压转换器)，其用于对提供在驱动器输入101、102上的电压进行转换或整流。与滤波电容器120(其与电桥110并联设置)连接的电桥110有助于实现ECG兼容性。

驱动器100产生第一驱动器输出301和第二驱动器输出302。在各输出之间，可以提供诸如LED灯的发光元件300。

驱动器100还包括控制器集成电路(IC)130。控制器IC 130与相邻电路一起控制驱动器100的降压转换和升压转换。具体地，控制器IC 130具有控制输出137，其控制功率开关晶体管135的栅极。功率开关晶体管135控制由变压器初级线圈132A和变压器辅助线圈132B组成的变压器的导通时间。这使得功率以额定电平被传送到驱动器输出301、302，从而为发光元件300供电。

控制器IC 130通常具有单个故障检测引脚147，其同时用于两种故障检测功能，即，过电压保护(OVP)和零电流检测(ZCD)。设置在控制器IC 130内的单个变压器用于检测OVP和ZCD两种故障条件。

发明内容

图1所示的现有技术具有以下缺点：在降压转换和升压转换的不同转换模式下的操作可能会导致OVP和ZCD故障条件冲突。

当驱动器100执行降压转换时，驱动器输出301、302的电压可以足够高以在变压器辅助线圈132B上产生高电压。变压器辅助线圈132B上的高电压进而又导致电阻器142两端的电压(其确定故障检测引脚147上的电压)上升到足够高的电平，使得控制器IC 130错误地检测到过电压保护(OVP)故障条件。

当驱动器100执行升压转换时，驱动器输入101、102与驱动器输出301、302之间的电压间隙(voltage gap)可以足够低，使得电阻器142两端的电压(其确定故障检测引脚147上的电压)下降到足够低的电平，使得控制器IC 130错误地检测到零电流检测(ZCD)故障条件。

在上述两种情况下，控制器IC 130进入故障模式(也称为保护模式)并停止向驱动器输出301、302的能量传送。

在图2和图3中示出了图1的驱动器100执行降压转换时的故障条件。

具体而言，图2示出功率开关晶体管135两端的电压V_DS。该值在约0V和320V之间波动。值V_DS表示功率开关晶体管135(其在图1中被实现为MOSFET)的漏极和源极之间的电压差。

图3示出了控制器IC 130的故障检测引脚147上的电压V₁₄₇。从图4可以看出，故障检测引脚147上的电压非常高，在大约-5V至+2V的范围内，这使得控制器IC 130检测到过电压保护(OVP)故障条件。这使得控制器IC 130进入保护模式以避免损坏功率开关晶体管135。控制器IC 130的操作是异常的。

鉴于这些缺点，一个目的是提供一种用于LED灯的驱动器，以用于改进现有的照明模块(例如，安装在AC电源上的当前可用的白炽灯具或包括ECG的当前可用的荧光灯具)，以使现有的照明模块与LED灯兼容。

该驱动器被设计为在作为降压转换器以及作为升压转换器操作时提供防故障的益处。换言之，可以实现任一类型的电压转换的操作，而不会错误地触发故障条件。具体而言，驱动器优选设计成使得作为降压转换器的操作不会错误地触发OVP故障条件。此外，驱动器优选设计成使得作为升压转换器的操作不会错误地触发ZCD故障条件。

此外，驱动器可以提供以下附加益处中的一种或多种：与两种类型的电源(即AC和ECG)具有良好的兼容性，控制简单，性能良好和/或成本低。

根据独立权利要求的用于照明模块的驱动器提供上述优势中的一种或多种。优选实施例由从属权利要求、说明书和附图给出。

相应地，提供一种用于照明模块的驱动器，包括：输入，其用于从输入单元接收电源电压；驱动器输出，其用于供电以使发光元件产生光。该驱动器包括功率开关晶体管，其用于控制供应给所述驱动器输出的功率；以及控制器，其用于控制所述功率开关晶体管以使所述驱动器根据所述电源电压来作为升压转换器或作为降压转换器交替地操作。所述控制器包括故障检测输入，其适于检测零电流检测(ZCD)故障条件和过电压保护(OVP)故障条件二者。该驱动器还包括稳压块，其防止当所述驱动器作为降压转换器操作时错误地触发过电压保护故障条件。

驱动器可以用于驱动LED照明模块，例如，LED改装灯或灯管。

可替换地或另外地，所述稳压块可以防止当所述驱动器作为升压转换器操作时，错误地触发零电流检测故障条件。

第一方面，提出了一种驱动器，其还包括连接到所述功率开关晶体管和所述驱动器输出的变压器，使得所述功率开关晶体管控制由所述变压器提供给所述驱动器输出的功率。

根据另一方面，提出了一种驱动器，其还包括转换信令单元。转换信令单元产生降压信号，以使所述驱动器作为降压转换器进行操作，和/或产生升压信号，以使所述驱动器作为升压转换器进行操作。以这种方式，驱动器可以用于大范围的电压输入并且与作为输入单元的电子控制装置和作为输入单元的AC电源相兼容。

根据另一方面，提出了一种驱动器，其还包括过电压保护检测模，其用于在所述过电压保护故障条件确实发生时，优先于(overide)所述稳压块并感测所述故障检测输入上的过电压保护故障条件。

根据另一方面，提出了一种驱动器，其还包括向所述控制器供应Vcc电压的电源块，所述电源块包括用来限制所述Vcc电压的低压降稳压器(LDO)。这抵消了作为增加变压器的辅助线圈的电压的副作用的Vcc电压的增加。需要增加设置在稳压块内的变压器的辅助线圈的电压以防止错误地触发ZCD故障条件。

本发明的另一目的是提供一种用于控制用于发光元件的驱动器的方法，在第一步骤中，提供耦接到所述驱动器的输入单元。所述输入单元产生电源电压。在第二步骤中，根据电压电平，控制器使驱动器分别作为降压转换器或升压转换器交替地操作。在第三步骤中，控制器用于感测提供至发光元件的功率电平，而不会分别错误地触发过电压保护故障条件或零电流检测故障条件。控制器包括用于感测OVP故障条件和ZCD故障条件的故障检测输入。

本发明的另一个目的提供一种照明模块，包括根据前述方面中的任意一种的驱动器和发光元件。所述发光元件耦接到所述驱动器的驱动器输出。

驱动器优选是如上所述的驱动器。也就是说，结合驱动器公开的所有特征也与结合了照明模块而被公开，反之亦然。

发光元件优选包括发光二极管(LED)，或者发光元件优选是发光二极管。照明模块可以适合于放置在LED灯中。

附图说明

结合附图通过参考以下的详细描述，本公开将更容易理解，其中：

图1是现有技术中已知的用于照明模块的改进型驱动器的示意图，

图2是图1的改进型驱动器的功率开关晶体管两端的电压的图，其示出了过电压保护故障条件的影响，

图3是图1的改进型驱动器的控制器IC的故障检测引脚上的电压的图，其示出了导致过电压保护故障条件的条件，

图4是示出用于照明模块的驱动器的示例性实施例的电路图，

图5是当驱动器作为降压转换器操作时，图4的驱动器的功率开关晶体管两端的电压的图，

图6是当驱动器作为降压转换器操作时，图4的驱动器的控制器IC的故障检测引脚上的电压的图，

图7是当驱动器作为升压转换器操作时，图4的驱动器的功率开关晶体管两端的电压的图，以及

图8是当驱动器作为升压转换器操作时，图4的驱动器的控制器IC的故障检测引脚上的电压的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更详细地解释驱动器和照明模块的示例性实施例。相同或相似的元件或者具有相同效果的元件由相同的参考标号表示，并且为了避免冗余，可以省略对其的重复描述。图中所示的图形和元件的尺寸关系不应被视为按比例绘制。相反，单个元件可以用夸大的尺寸来示出以便更好地说明和/或更好地理解。

在图4中，示出了用于发光元件的驱动器100的示例性实施例。驱动器100包括用于接收来自单元200的电源电压的电压输入101、102，该单元200可以是AC电源或电子控制装置(ECG)。

驱动器100可以用于驱动LED照明模块，例如LED改装灯或灯管。

单元200可以仅仅是诸如AC电源或DC电源的电源。

可替换地，单元200可以是ECG和灯丝电路。灯丝电路可以输出到电磁兼容(EMC)电路，其向驱动器100提供输入101、102。可替换地，可以省略EMC电路并且可以从灯丝电路直接供应驱动器输入101、102。ECG可以由操作在230V的标准AC电源供电。可替换地，ECG可以设计用于不同类型的电源，例如DC电源或以另一电压和/或频率操作的AC电源。

在任何情况下，当驱动器100连接到作为AC电源的单元200时，驱动器100被称为以AC模式操作。当驱动器100连接到作为ECG和灯丝电路的单元200时，驱动器100被称为以ECG模式操作。

对于任一操作模式，单元200产生一对驱动器输入101、102。驱动器100的驱动器输入101、102被提供给电桥110。通过输入滤波电容器120对由电桥110在电桥输出110A、110B上输出的整流电压进行滤波。

驱动器100还包括具有初级线圈132A和辅助线圈132B的变压器。驱动器100还包括功率开关晶体管135和控制器集成电路(IC)130。功率开关晶体管135的栅极连接到由控制器IC 130输出的控制信号137并由其控制。控制器IC 130调节功率开关晶体管135以控制变压器132的导通时间。这样，控制器IC 130调节由变压器132提供到发光元件300的电流，所述发光元件300附接至驱动器100。

发光元件300经由第一驱动器输出301和第二驱动器输出302连接到驱动器100。优选地，发光元件300被设置为可移除部件，其可以在第一驱动器输出301和第二驱动器输出302处与驱动器100分离并且附接到驱动器100。

第一驱动器输出301和第二驱动器输出302由与发光元件300并联设置的滤波电容器180分离。续流二极管185也设置在变压器初级线圈132A和滤波电容器180之间。滤波电容器180和续流二极管185有助于使提供给发光元件300的电压稳定。当变压器的初级线圈132A放电时，电流通过续流二极管185流向滤波电容器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，同时续流二极管185防止来自滤波电容器180的电荷回流到功率开关晶体管135。

转换信令单元150检测输入电压101、102，并向开关155、165提供升压信号或降压信号。该信号使得驱动器100分别在升压转换(开关165打开，开关155闭合)和降压转换(开关165闭合，开关155打开)之间切换。

驱动器100被设计为当作为降压转换器以及升压转换器操作时提供防故障的益处。可以实现作为任何一种类型的电压转换器的操作，而不会错误地触发故障条件。这通过提供稳压块140、改进的OVP检测块160和改进的电源块170来实现。

提供稳压块140以在驱动器100作为降压转换器操作时使故障检测引脚147上的电压稳定，以避免在降压转换期间错误触发OVP故障条件。

在变压器辅助线圈132B中，增加绕组数，以实现绕组比N_主/N_辅的减小。以此方式，当驱动器100作为升压转换器操作时，稳压块140防止错误地触发ZCD故障条件。

同样在稳压块140内，提供齐纳二极管143以限制并进而稳定分压电阻器142、144上的电压。齐纳二极管143具有击穿电压，其确保在故障检测引脚147处维持适当的电压电平，所述故障检测引脚147位于分压电阻器142、144之间。也就是说，故障检测引脚147处的电压由齐纳二极管143和电阻器142、144维持在低于OVP电平的电平，以防止错误地触发OVP故障条件。如此，当驱动器100作为降压转换器操作时，稳压块140防止错误地触发OVP故障条件。

OVP检测块160包括沿相反方向偏置的齐纳二极管162和二极管164。当发光元件300上的电压升高时，变压器辅助线圈132B的电压发生相应的升高。当变压器辅助线圈132B上的电压超过齐纳二极管162的击穿电压时，电流将流过OVP检测块160。这将导致故障检测引脚147上的电压上升，直到其触发控制器IC 130内的OVP故障条件。然后控制器IC 130将进入保护模式并关闭功率开关晶体管135。由于提供了OVP检测模块160，不管稳压块140的效果如何，驱动器100仍然能够感测OVP故障条件并进入保护模式。

电源块170确保通过Vcc引脚149提供给控制器IC 130的功率不超过额定电平。由于变压器132内的绕组比N_主/N_辅减小，辅助线圈132B上的电压增加。因此，电源块170包括用于对Vcc引脚149上的电压进行降压的低压降稳压器(LDO)176，从而允许控制器IC 130正常操作。

在图5和图6中示出当作为降压转换器操作时驱动器100的操作。

具体地，图5示出了实现为MOSFET的图4的功率开关晶体管135两端的电压V_DS。电压V_DS的范围从大约0V到大约500V。

图6示出了控制器IC 130的故障检测引脚147上的电压V₁₄₇。电压V₁₄₇的范围在大约0V和1V之间。从图6可以看出，当驱动器100作为降压转换器操作时，故障检测引脚147上的电压不会错误地触发OVP故障条件。控制器IC 130继续正常操作。

在图7和图8中示出当作为升压转换器操作时，驱动器100的操作。

具体地，图7示出了图4的功率开关晶体管135两端的电压V_DS。电压V_DS的范围在大约0V和130V之间。

图8示出了控制器IC 130的故障检测引脚147上的电压V₁₄₇。电压V₁₄₇的范围在大约0V和1V之间。从图8可以看出，故障检测引脚147上的电压保持足够高，使得当驱动器100作为升压转换器操作时，控制器IC 130不会错误地检测到ZCD故障条件。控制器IC 130继续正常操作。

在一些实施例中，驱动器100内的开关和晶体管(包括功率开关晶体管135以及开关155和165)可以设置为诸如n沟道MOSFET的MOSFET。然而，替代设计可以使用其他类型的晶体管(例如双极结晶体管(BJT))来实现这些开关。

在所示的实施例中，控制器IC 130使用IC来实现，但是在替代实施例中，除了IC以外，还可以使用模拟电路组件，或者可以使用模拟电路组件来代替IC。

尽管图4将驱动器100示出为包括发光元件300，但是发光元件300可以与驱动器100分离地设置或可移除地设置。例如，可以在第一驱动器输出301和第二驱动器输出302处设置诸如插座或端子的连接装置，以接收单独的发光元件300。

关于图4的实施例，描述了增加变压器辅助线圈132B中的绕组数，以实现绕组比N_主/N_辅的减小。然而，显而易见的是，替代地或附加地，通过减少变压器初级线圈132A中的绕组数，可以实现相同的比率降低。

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种可能的一个示例。因此，这里讨论的实施例不应被理解为形成对这些特征和构造的限制。所描述的特征的任何可能的组合和构造都可以根据本发明的范围来选择。

参考标记列表

100 驱动器

101、102 第一驱动器输入和第二驱动器输入

110 电桥

110A、110B 电桥输出

120 输入滤波电容器

130 控制器IC

132A 变压器初级线圈

132B 变压器辅助线圈

135 功率开关晶体管

137 栅极控制信号

138 控制器输入

139 电阻器

140 稳压块

141 电容器

142 第一分压电阻器

143 齐纳二极管

144 第二分压电阻器

146 电阻器

147 故障检测引脚

148 二极管

149 Vcc电压

150 转换信令单元

155 开关

160 过电压保护(OVP)检测块

162 齐纳二极管

164 二极管

165 开关

170 控制器电源块

171 电阻器

172 二极管

174 电容器

176 低压降(LDO)稳压器

178 电容器

180 滤波电容器

185 续流二极管

300 发光元件

301 第一驱动器输出

302 第二驱动器输出

Claims (5)

1.一种用于照明模块的驱动器(100)，包括：

-输入(101,102)，其用于从输入单元(200)接收电源电压；

-驱动器输出(301,302)，其用于供电以使发光元件(300)产生光；

-功率开关晶体管(135)，其用于控制供应给所述驱动器输出(301、302)的功率；

-控制器(130)，其用于控制所述功率开关晶体管(135)以使所述驱动器(100)根据所述电源电压来作为升压转换器或作为降压转换器交替地操作；所述控制器(130)包括故障检测输入(147)，所述故障检测输入(147)适于检测零电流检测故障条件和过电压保护故障条件二者；

所述驱动器(100)的特征在于：

-稳压块(140)，其防止当所述驱动器(100)作为降压转换器操作时错误地触发所述过电压保护故障条件，其中，所述稳压块(140)防止当所述驱动器(100)作为升压转换器操作时，错误地触发所述零电流检测故障条件，并且所述驱动器(100)还包括连接到所述功率开关晶体管(135)和所述驱动器输出(301、302)的变压器(132A、132B)，使得所述功率开关晶体管(135)控制由所述变压器(132A、132B)提供给所述驱动器输出(301、302)的功率，并且其中，所述驱动器还包括转换信令单元(150)，其中，所述转换信令单元(150)产生降压信号，以使所述驱动器(100)作为降压转换器进行操作，和/或其中，所述转换信令单元(150)产生升压信号，以使所述驱动器(100)作为升压转换器进行操作，其中，所述驱动器还包括过电压保护检测块(160)，其用于在所述过电压保护故障条件确实发生时，优先于所述稳压块(140)并感测所述故障检测输入(147)上的过电压保护故障条件。

2.根据权利要求1所述的驱动器(100)，其中，所述驱动器(100)与被设置为电子控制装置的所述输入单元(200)兼容，并且其中，所述驱动器(100)还与被设置为交流电源的所述输入单元(200)兼容。

3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动器(100)，还包括向所述控制器(130)供应Vcc电压(149)的电源块(170)，所述电源块(170)包括用来限制所述Vcc电压(149)的低压降稳压器(176)。

4.一种用于控制用于发光元件(300)的驱动器(100)的方法，所述方法包括：

-提供耦接到所述驱动器(100)的输入单元(200)，所述输入单元(200)产生电源电压；以及

-在控制器(130)中，感测提供给所述发光元件(300)的功率电平，其中所述控制器(130)包括用于感测过电压保护故障条件和零电流检测故障条件的故障检测输入(147)；以及

-根据所述功率电平，使用所述控制器(130)来使所述驱动器(100)分别作为降压转换器或升压转换器交替地操作，而不错误地触发所述过电压保护故障条件或所述零电流检测故障条件，其中，稳压块(140)防止当所述驱动器(100)作为升压转换器操作时，错误地触发所述零电流检测故障条件，并且所述驱动器(100)还包括连接到功率开关晶体管(135)和驱动器输出(301、302)的变压器(132A、132B)，使得所述功率开关晶体管(135)控制由所述变压器(132A、132B)提供给所述驱动器输出(301、302)的功率，并且其中，所述驱动器还包括转换信令单元(150)，其中，所述转换信令单元(150)产生降压信号，以使所述驱动器(100)作为降压转换器进行操作，和/或其中，所述转换信令单元(150)产生升压信号，以使所述驱动器(100)作为升压转换器进行操作，其中，所述驱动器还包括过电压保护检测块(160)，其用于在所述过电压保护故障条件确实发生时，优先于所述稳压块(140)并感测所述故障检测输入(147)上的过电压保护故障条件。

5.一种照明模块，包括根据权利要求1至3中任一项所述的驱动器(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(301、302)。

Images