CN114026959A - 电流驱动器和驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种LED电路包括用于驱动电流通过LED装置和输出电容器的并联组合的电流驱动电路。重写装置在启动期间将电流电平设置重写为默认电流电平，并且当传感器感测到电流流动时，重写装置被禁用。驱动器的电流设置被忽略，直到感测到通过LED装置的阈值电流。从而避免了与输出电容器的初始启动充电相关联的延迟。

Description

电流驱动器和驱动方法

技术领域

本发明涉及例如用于驱动LED照明负载的电流驱动器电路。

背景技术

为了最小化成本，期望使用单级高功率因数LED驱动器。高功率因数依赖于输出电容器的存在来减少市电频率电流纹波量。

为了控制用于驱动LED的平均输出电流，通常使用反馈电路，反馈电路测量组合输出电容器和LED电流。这适用于单级开关模式电源和线性驱动器两者。

开关模式电源并入了开关调节器，以高效地转换用于传输到DC负载的电功率。开关调节器在全导通状态与全关断状态之间不断切换，这使浪费的能量最小化。电压或电流调节是通过改变开关调节器的占空比来实现的。相比之下，线性驱动器通过不断耗散功率来调节输出电压或电流。因此，线性驱动器的功率效率较低，但与开关模式电源不同，线性驱动器不包含劣化驱动器的电磁干扰(EMI)性能的高频开关元件。

输出电容器(通常是电解电容器)的值取决于所需要的纹波减少量和LED的动态电阻。所需要的减少越多，电容器就需要越大。

大的输出电容器在通电时需要很长时间来充电。尤其是如果所需要的输出电流被设置为低调光值(例如，全电流的2％)，在产生任何光之前输出电容器的充电时间可能需要高达几秒钟。

将期望减少该时间延迟，但不显著增加驱动器电路的复杂性。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据依照本发明的一个方面的示例，提供了一种LED电路，该LED电路包括：

电流驱动电路；

LED装置；

与LED装置并联的输出电容器，其中电流驱动电路适于驱动电流通过LED装置和输出电容器的并联组合；

用于设置由电流驱动电路递送的电流电平的控制信号；

用于感测电流何时流过LED装置的传感器；以及

用于将控制信号的电流电平设置重写为默认电流电平的重写装置，

其中LED电路适于响应于通过传感器的感测而停用重写装置。

该LED电路具有重写装置，该重写装置忽略驱动器的电流设置，直到感测到通过LED装置的阈值电流。以这种方式，在并联输出电容器充电的同时，可以将电流驱动电路的电流电平设置为高电平。小电流一流过LED装置本身，电流驱动电路就可以恢复到期望电流电平，从而避免过度驱动LED装置或产生闪光。然而，避免了与输出电容器的初始启动充电(没有光输出，或光输出低于与最大调光相对应的最小水平)相关联的延迟。

电流何时流动的感测可以基于感测实际电流，或基于感测来自光耦合器或来自LED装置本身的光输出，该光输出是由流动的电流产生的。

感测电流何时流动可以基于阈值电流或对应光输出量的检测。

默认电流电平例如是最大电流电平设置。因此，输出电容器被尽可能快地充电。

例如，传感器包括与LED装置串联的电流感测电阻器。这提供了一种单独监测LED电流的简单方法。电阻器可以在主驱动器IC外部，但同样，它可以被并入在驱动器IC内。

可以提供停用开关以用于停用重写装置，其中该开关的控制端子电压由传感器(例如电流感测电阻器两端的电压)设置。因此，停用开关根据流动的LED电流而导通和关断。在一个示例中，停用开关在启动期间关断。当足够的电流流动所以停用开关导通时，重写功能被停用，并且重新开始正常电流控制。

电容器优选地与电流感测电阻器并联。这存储栅极端子电压。

控制信号优选地具有脉宽调制分布，其中脉宽调制分布的占空比限定电流电平，并且重写装置用于在应用于电流驱动电路之前在控制信号与重写信号之间实现“或”(OR)功能。

重写信号然后意味着：“或”功能的结果是使得电流驱动电路被驱动到其最大电平。重写信号例如是DC信号，该DC信号处于或高于PWM信号的高电压电平。

在一个示例中，重写装置包括具有上拉晶体管的电路，该上拉晶体管用于在导通时将控制信号上拉到默认电压(例如，等于或高于PWM高电压)，并且在关断时将默认电压与控制信号隔离。

因此，默认电压重写正常电流控制信号。

停用开关在导通时关断上拉晶体管。这允许控制信号在不被重写的情况下进行操作。

电流驱动电路例如包括线性电流源。这提供了低成本的实现方式。

该电路优选地具有市电输入和整流器，其中整流器输出被提供给电流驱动电路、LED装置和输出电容器。

本发明还提供了一种LED驱动方法，该LED驱动方法包括：

接收电流电平设置；

在启动期间，将电流电平设置重写为默认电流电平；

驱动默认电流电平通过LED装置和输出电容器的并联组合；

感测电流何时流过LED装置；

响应于感测而停用重写功能；以及

在停用之后，驱动所接收的电流电平设置通过LED装置和输出电容器的并联组合。

这种方法避免了在电路启动时与输出电容器的充电相关联的初始延迟。

例如，默认电流电平是最大电流电平设置。

例如，感测电流包括：导出与LED装置串联的电流感测电阻器两端的电压。

例如，重写包括：在电流电平设置与重写信号之间实现“或”功能。重写信号导致默认电流电平被设置。

重写可以包括：将控制信号上拉，这将电流电平设置限定为默认电压。例如，当重写被停用时，控制信号具有脉宽调制分布，其中脉宽调制分布的占空比限定电流电平。

本发明的这些和其他方面将通过参考下文描述的(一个或多个)实施例而显而易见和得以阐明。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更清楚地示出如何可以实施本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，在附图中：

图1示出了根据本发明的LED电路的一个示例；以及

图2示出了LED驱动方法的流程图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明。

应当理解，虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且不是按比例绘制的。还应当理解，贯穿附图使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。

本发明提供一种LED电路，该LED电路包括用于驱动电流通过LED装置和输出电容器的并联组合的电流驱动电路。重写装置在启动期间将电流电平设置重写为默认电流电平，并且当通过传感器(直接或间接地)感测到电流流动时，重写装置被禁用。驱动器的电流设置被忽略，直到感测到通过LED装置的阈值电流。从而避免了与输出电容器的初始启动充电相关联的延迟。

图1示出了根据本发明的LED电路10的一个示例。

电路10包括由电压源V1表示的市电输入。电阻器R1设置在输入的下游，并且是也用作保险丝的浪涌电流限制电阻器。

市电输入连接到二极管D1至D4的全桥整流器。整流器输出是母线(或线)电压VBUS。

整流器输出还被提供给串联电路，该串联电路包括电流驱动电路B1、以及LED装置D10和输出电容器C2的并联组合。电容器C2是用于平滑整流输出的大(例如，100uF)电解电容器。电流驱动电路适于驱动电流通过LED装置D10和输出电容器C2的并联组合。LED装置可以是LED的串联装置，或者实际上是LED的多个并联支路。

控制信号PWM用于设置由电流驱动电路B1递送的电流电平。

电流源B1的平均电流由PWM信号调节。取决于电流源的实现方式，电流形状是恒定电流，或者是经整形的电流波形，以限制电流源B1中的损耗。B1两端的高电压将导致B1的瞬时电流设置较低，同时将平均值保持在预设电平。

齐纳二极管D8与电流源并联，以吸收两个晶体管Q1与Q2(在下面进一步讨论)之间的高电压。这潜在地允许使用晶体管Q1的较低额定电压(Vce)，因此成本较低。

通过LED装置D10的电流使用电流传感器、特别是电流感测电阻器R3来测量。电流传感器R3与LED装置D10串联放置，并且电流传感器R3和LED装置D10的串联装置与输出电容器C2并联放置。电流传感器R3可以被放置成使得仅感测流过LED装置D10的电流。

基于流过LED装置D10的电流，可以通过电流驱动电路B1实现用户限定的电流电平，例如以用于实现用户选择的调光水平设置，否则该设置可以被重写以允许更多电流流动并且因此更快地对输出电容器C2充电。这种重写发生在电路启动期间。

为此目的，存在用于将电流电平设置重写为默认电流电平的重写装置20。重写装置20迫使电流驱动电路B1递送默认(例如，最大)电流(从而重写电流电平的用户设置)，否则它允许使用用户电流设置。

设置停用开关Q1，以用于在通过电流传感器R3感测到阈值电流时停用重写装置20。因此，重写装置20是活动的，直到足够的电流流过LED装置。

LED电路D10因此具有重写装置20，该重写装置20忽略驱动器的电流设置，直到感测到通过LED装置D10的阈值电流。以这种方式，在并联输出电容器C2充电的同时，电流驱动电路B1的电流电平可以被设置为高电平。小电流一流过LED装置D10本身，电流驱动电路B1就恢复到用户选择的电流电平，从而避免过度驱动LED装置D10或产生闪光。然而，与输出电容器C2的初始启动充电相关联的延迟被最小化到与全光输出启动中的延迟大致相同的时间。

例如，阈值电流是(2％的)最小调光水平的五分之一到二十分之一。这意味着，阈值电流可以在全输出电流的0.1％(＝0.02/20)与0.4％(0.02/5)之间。

这将导致相对较高的欧姆电阻器R3，但是一旦Q1完全导通，电阻器R3两端的总电压降将决不超过Q1的基极发射极电压Vbe。

电阻器R3两端的预期电压将削减约0.7V，并且电流将主要流过晶体管Q1的发射极-基极二极管。这将最小化电流测量电路R3中的损耗。

更一般地说，晶体管Q1是停用开关。控制栅极(基极)端子电压由电流感测电阻器R3两端的电压来设置。在所示示例中，它在启动期间关断。随着电流的增加，基极电压被下拉(通过增加R3两端的电压降)，直到在某个电流处，pnp晶体管导通。然后重写功能以下面解释的方式被停用，并且重新开始正常电流控制。与电流感测电阻器R3并联的电容器C3存储基极电压。

例如，如图所示，重写装置20包括接收控制信号PWM作为输入的电路。控制信号PWM由(通常是无线控制的)微控制器单元(MCU)生成。例如，MCU可以是使用Zigbee、或红外线或WiFi通信的RF MCU。

控制信号PWM的源在图1中表示为电压源V3。平常，控制信号将被直接提供给电流驱动电路B1。本发明提供了附加重写装置。

所示示例中的重写装置20具有上拉晶体管Q3，上拉晶体管Q3用于在导通时(通过电阻器R9)将控制信号PWM上拉到默认电压V2，而在关断时将默认电压V2与控制信号隔离。

因此，默认电压V2重写正常电流控制信号。

电阻器R9是在上拉晶体管Q3与电压源V3之间的电阻分压器R8、R9的一部分。

例如，电压源V3的输出可以是在0V与3.3V之间的PWM信号(即，控制器IC的电压轨)。V2可以是16V的恒定电压。

因此，当Q3关断时，控制信号是0V到3.3V的PWM信号。当Q3导通时，R8和R9的分压器意味着控制信号PWM为3.2V(当V3＝0时)或5.8V(当V3＝3.3V时)。当应用于电流驱动电路时，这两者都对应于最大驱动电流。

电流驱动电路对3.2V输入的反应方式与对5.8V输入的反应方式相同。

因此，当上拉晶体管关断时，控制信号PWM具有脉宽调制分布，并且脉宽调制分布的占空比限定电流电平。

最初，停用开关Q1关断。晶体管Q2关断，并且Q3的基极通过基极电阻器R7被拉高。

停用开关Q1在导通时关断上拉晶体管Q3。这允许控制信号在不被重写的情况下进行操作。特别地，当Q1导通时，因为电流通过Q1并且通过齐纳二极管D11和电阻器R5被递送到基极，所以Q2导通。Q2转而下拉Q3的基极，从而使其关断。

可以看出，重写装置的功能是要在控制信号与重写信号(即，在通过晶体管Q3被馈送时的电压源V2)之间实现“或”功能。该“或”功能发生在将电流设置信号应用于电流驱动电路之前。

PWM信号可以例如用于设置非常低的电流，该电流对应于2-5％的低调光水平。然而，最初，电流驱动电路可以递送100％的电流电平，直到小阈值电流开始流过LED装置。

注意，图1只是实现方式的一个示例。电路中的一些或所有电路可以集成到电流驱动电路中。电流感测可以在驱动IC内部或外部执行。在IC实现方式中，电流感测也可以通过不同方式进行。例如，具有Q2和Q3的模拟电路可以被替换为逻辑电路，在逻辑电路中，重写信号以与上面解释的方式类似的方式将PWM强制为逻辑1。

Q1需要具有(与D11组合的)足够的额定电压，这涉及一定量的成本。本发明的目的是：电流一开始流过LED，就停止快速充电。

借助于电阻器R3直接感测LED电流只是一个选项。一个替代方案是将光耦合器的LED侧放置成与LED串联，然后检测电流可以直接激活光耦合器的输出晶体管，该输出晶体管的功能与Q2相同。这是感测电路的替代实现方式。这个选项使用光的生成和检测。另外的替代方案是使用光电二极管或光电晶体管来实现对来自LED装置的光的检测。

在这些情况下，用于感测电流流过LED的传感器利用光学传感器，该光学传感器感测由电流流动引起的光，而不是直接检测电流。

图1中示出了一些组件值。这些值只是提供数量级的示例，并且不旨在以任何方式进行限制。

图2示出了一种LED驱动方法，该LED驱动方法包括：

在步骤30中，接收电流电平设置；

在步骤32中，在启动期间，将电流电平设置重写为默认电流电平；

在步骤34中，驱动默认电流电平通过LED装置D10和输出电容器C2的并联组合；

在步骤36中，感测电流何时流过LED装置；

在步骤38中，响应于感测而停用重写功能；以及

步骤40，在停用之后，驱动所接收的电流电平设置通过LED装置D10和输出电容器C2的并联组合。

感测电流何时流动可以涉及：直接地或基于对对应光输出的光学感测，来感测特定阈值电流何时流动。

这种方法避免了在电路启动时与输出电容器的充电相关联的初始延迟。

上面的示例基于线性电流驱动器。然而，本发明也可以应用于利用开关模式电源的驱动器。

上面的示例基于模拟重写电路和停用开关。然而，可以感测LED电流(作为电流感测电阻器两端的电压)，并且然后可以将该信号提供给信号处理器而不是停用开关，信号处理器然后以数字方式实现上面解释的所有功能。

一般地，本发明对于用于LED灯的线性驱动器(基于IC或具有分立组件)或SMPS驱动器(诸如IC驱动器电路)是有意义的，而与拓扑无关。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。单凭在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实，并不指示这些措施的组合不能有利地使用。如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，要注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种LED电路(10)，包括：

电流驱动电路(B1)；

LED装置(D10)；

电流传感器(R3)，用于感测电流何时流过所述LED装置(D10)，其中所述电流传感器(R3)与所述LED装置(D10)串联耦合，并且其中所述电流传感器(R3)和所述LED装置(D10)的串联装置与输出电容器(C2)并联耦合；

所述输出电容器(C2)，其中所述电流驱动电路适于驱动电流通过所述LED装置(D10)、所述电流传感器(R3)和所述输出电容器(C2)；

控制信号(PWM)，用于设置由所述电流驱动电路(B1)递送的电流电平；以及

重写装置(20)，用于将所述控制信号的电流电平设置重写为默认电流电平，

其中所述LED电路(D10)适于响应于通过所述电流传感器(R3)的感测而停用所述重写装置(20)。

2.根据权利要求1所述的LED电路(10)，其中所述默认电流电平是最大电流电平设置。

3.根据权利要求1或2所述的LED电路(10)，其中所述传感器(R3)包括与所述LED装置串联的电流感测电阻器(R3)。

4.根据权利要求3所述的LED电路(10)，包括与所述电流感测电阻器(R3)并联的电容器(C3)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED电路(10)，包括用于停用所述重写装置的停用开关(Q1)，其中所述开关的控制端子电压由所述传感器设置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的LED电路(10)，其中所述控制信号具有脉宽调制分布，其中所述脉宽调制分布的占空比限定所述电流电平，并且所述重写装置(20)用于在应用于所述电流驱动电路之前在所述控制信号与重写信号之间实现“或”功能。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的LED电路(10)，其中所述重写装置(20)包括具有上拉晶体管(Q3)的电路，所述上拉晶体管(Q3)用于在导通时将所述控制信号(PWM)上拉到默认电压(V2)，并且在关断时将所述默认电压(V2)与所述控制信号隔离。

8.根据权利要求7所述的LED电路(10)，其中所述停用开关(Q1)在导通时关断所述上拉晶体管(Q3)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的LED电路(10)，其中所述电流驱动电路(B1)包括线性电流源。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的LED电路(10)，包括市电输入(V1)和整流器(D1-D4)，其中所述整流器的输出被提供给所述电流驱动电路(B1)、所述LED装置(D10)和所述输出电容器(C2)。

11.一种LED驱动方法，包括：

接收(30)电流电平设置；

在启动期间，将所述电流电平设置重写(32)为默认电流电平；

驱动(34)所述默认电流电平通过LED装置(D10)和输出电容器(C2)的并联组合；

感测(36)电流何时流过所述LED装置；

响应于所述感测而停用(38)所述重写功能；以及

在停用之后，驱动(40)所接收的所述电流电平设置通过所述LED装置(D10)和所述输出电容器(C2)的所述并联组合，

其中所述感测(36)由电流传感器(R3)进行，其中所述电流传感器(R3)与所述LED装置(D10)串联耦合，并且其中所述电流传感器(R3)和所述LED装置(D10)的串联装置与输出电容器(C2)并联耦合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述默认电流电平是最大电流电平设置。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中感测电流包括：导出与所述LED装置串联的电流感测电阻器(R3)两端的电压。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述重写包括：在所述电流电平设置与重写信号之间实现“或”功能。

15.根据权利要求14所述的方法，其中当所述重写被停用时，所述控制信号(PWM)具有脉宽调制分布，其中所述脉宽调制分布的占空比限定电流电平。

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