CN114747296A - 驱动电负载的方法以及对应的信号发生器和电路 - Google Patents

Abstract

一种通过向电负载(诸如一个或多个LED模块)施加在高值(Von)和低值(Voff)之间摆动的PWM调制信号(Vpwm)来驱动单向电流的方法设想选择所述高值(Von)和所述低值(Voff)作为具有相同符号的非零值。

Description

驱动电负载的方法以及对应的信号发生器和电路

技术领域

本公开涉及驱动电负载。

一个或多个实施例可以应用于光发生器(诸如固态发生器，例如LED发生器)的电源。

一个或多个实施例可以在恒定电压(constant-voltage，CV)供电系统中找到应用。

背景技术

例如用于LED发生器供电的恒定电压供电系统可以包括：

可以被认为是参考大地(earth)的电源(例如，交流(a.c.)主电源或直流(d.c.)电池)，通常被称为ECG(Electronic Control Gear，电子控制装置)的电子控制电路，其被设计为在电源和一个或多个负载(例如LED模块)之间操作，以便经由连接线(电缆)向负载施加期望的电压(例如12V、24V或48V)。

ECG还可以执行附加功能，诸如亮度调节(调光)、功率因素的校正、射频干扰抑制。

可以经由PWM(脉宽调制)技术获得调光功能，例如通过以预设频率(可以是250Hz、500Hz、1.0kHz或2.0kHz，仅提供一些示例，并且可能是可变的)操作，介入对应的活动间隔或导通(ON)时间，以便获得占空比的期望值(例如，在0.1％至100％的范围内)。

从ECG的输出开始，电源可以经由连接线传送到负载，诸如长度为0.5米至50米甚至更长值的电缆。

集中于LED照明系统(无意限制可能的应用范围)，负载可以包括多个电气单元，通常称为SEU(smallest electrical unit，最小电气单元)，它们例如彼此并联连接，每个单元又包括与恒定电流调节器(通常称为CCR(constant-current regulator，恒定电流调节器))串联连接在一起的多个LED。调节器(可以是简单的电阻器)被设计成设定期望的电流电平，其值可以在例如从几毫安到几百毫安的范围内。

每个LED模块，当它以线性配置构造时，其可以具有可变的长度(也作为使用应用的特定需求的函数)，最大可达20m范围内的值。

对应的接大地系统(earthing system)可以是显性的，例如保护大地(PE)，也可以是隐性的，这是系统所有部件(包括固定元件和所有电阻路径)的物理布置的结果。

在上述类型的系统中，当使用PWM技术执行调光动作时，例如在占空比的关断(OFF)时间期间，可能发生各种电气单元中的一些LED暴露于反向偏置条件下的瞬态，即，这些LED经受负电压或反向电压，每个LED的阳极比同一LED的阴极处于更低的电势。

对此类系统的分析表明，系统的每个组成元件都与某个电容相关联，即差分电容(在组成元件的端子之间)或对地电容，其中大地可以作为隐藏在各种元件和组件之间的电阻路径，包括可以被称为地的大地。

上述电容组产生了相当复杂的电容分压器网络，该网络能够将系统的电压变化(包括可能出现在交流电源上的电压变化)传送给每个单独的LED。

其中电容性元件中的一些具有寄生和分布性质(例如，与板的衬垫(pad)或焊盘(land)链接以耦合，可以配置为印刷电路板PCB)。其他电容性组件是需要的和集中的(例如，执行电磁干扰(EMI)的过滤的功能的电容)，而其他组件是组件的结构固有的：考虑作为可能的示例，LED的结电容。

因此，对应的电容电流及其原因和对应的影响来自系统所有部分的相互作用，来自这种相互作用的性质，并因此来自连接配置，并产生一组极其复杂的可能组合。

同样发现，一旦该电容网络可以被认为在其拓扑结构中是固定的，反向电压的幅度(amplitude)可以取决于每个电容值和交流源上可能出现的变化幅度，诸如主要地是：

频率为50或60Hz的交流主电源(如有)；以及

PWM调制器，该PWM调制器在其工作频率下。

这种电容性网络与系统的电阻性网络共存，使得建立的电压也取决于各个电容能够驱动的电流，该电流又与电压的变化率(实际上，与每个源的电压的导数dV/dt)成比例。因此，给定相同的电阻性负载，电压可以随着频率的增加而增加。

可以理解的是，所指的反向电压现象是就其原因和影响而言具有系统性(并且实际上是可预测的)性质的现象，这与系统的正常运行和与其中存在的交流源链接。

因此，本讨论不涉及现象(另一方面，这些现象是罕见的，并且在任何情况下都是不可预测的)，诸如过载、放电等，这些现象本身也可能对LED造成损坏，这是基于尽管涉及电容性路径，但是具有完全不同的性质并且可以通过特定措施来对抗的机制。

关于本文感兴趣的内容，可以注意到的是，反向偏置(反向电压)的不期望的条件可以来自两种类型的电容电流的叠加效应。

电容电流的第一源是可能与50/60Hz的交流主电源耦合。这是低频源，但具有相当大的电压幅度。对应的路径涉及电源参考的大地，这在负载(LED模块)和控制电路(例如ECG)中经常出现。该电流路径的串联电阻可能相当高(例如，高于1MΩ)，并且不会明显改变对应的回路的阻抗，因为所涉及的电容具有几皮法的值，其中在低频具有类似的电抗。采用滤波器领域中用于减少EMI(EMI滤波器)的表述，这可以被视为共模分量。

另一源是由脉宽调制产生的电容电流，其频率(频谱分量)高于交流主电源的频率，且幅度非常小(例如，24V系统的幅度为24V，调制深度为100％)。然而，导数dV/dt可能是显著的，并因此产生与之前看到的链接到主电源的效应相当的最终效应。

在这种情况下，我们基本上必须做差分类型的效果。然而，也可以跟踪共模分量，只要大地回路仍然可以通过穿过控制电路电容的路径作为整体。该电容值不仅包括该电路中有效存在的一个或多个电容，还包括例如该电路的初级和次级之间的分散电容。

因此，有可能面临电容电流的上述两种贡献的叠加的存在，其中这些贡献或者具有相互抵消或者协同合作的特定效果，从而相互加强，导致在24V直流系统中可能达到-10V的值的单独的LED上的反向电压。

这种现象在各种应用环境中可能被证明是负面的，在负载包括低功率LED(如通常包括在用于照明应用的LED条中的LED)的情况下，其影响可能被注意到特别重要的程度，其中这些LED没有被预先布置用于可能在反向电压条件下工作。

因此，上述LED可能暴露于重复的电过载(Electrical over-stress，EOS)的现象，这可能导致性能逐渐恶化，甚至到它们不再工作(并且不再发光)的程度，这种现象当然被认为是负面的。

这个问题已经通过将并联二极管(例如齐纳二极管或肖特基二极管)反向并联到负载(例如每个单独的LED)来解决，使得反向电压将被箝位(clamp)在大约-0.6V。

这种操作模式表示了某种补救措施，但不能提供针对反向电压的完全保护。此外，就并联(即反向并联)二极管的成本与LED本身的成本相比而言，这相当于相当麻烦的解决方案：考虑到组件(例如SMD)的总数实际上增加了一倍，生产过程的总成本(例如在SMD安装的水平上)显著增加了。

可以设想的另一种解决方案是使用其中集成有二极管的负载(例如，LED)，这种类型的二极管用于对抗静电放电(electrostatic discharge，ESD)现象。

此外，在这种情况下，由于存在并联(即反向并联)的二极管，因此在对抗反向电压方面具有良好的效果。然而，可以注意到的是，将保护ESD二极管集成到LED封装中的解决方案并不是广泛可行的，无论是因为在小尺寸SMD封装的情况下这是远远不可接受的，还是因为在这种情况下，尽管至少部分地克服了上述与SMD安装的工艺相关的问题，但是LED组件的成本还是增加了。

可以设想又一种解决方案是为每个LED电阻器并联设置高值(例如，电阻值在10kOhm和300kOhm之间)。这种解决方案能够降低LED的端子之间的阻抗，并且具有抑制负电压的发展的效果，从而实际上可以防止反向电压的出现。同样在这种情况下，这是以增加装配成本为代价获得的，类似于前面提到的并联(反向并联)安装并联二极管。

发明内容

一个或多个实施例的目的是克服前面概述的缺点。

根据一个或多个实施例，由于具有在所附的权利要求中回顾的特征的方法，可以实现上述目的。

一个或多个实施例可以涉及对应的信号发生器和/或对应的电路，其可以例如与具有固态光源(例如，LED光源)的照明系统一起使用。

权利要求形成了本文提供的与实施例相关的技术教导的组成部分。

一个或多个实施例可以实现以下一个或多个优点：

通过减小PWM信号的幅度的摆动，可以显著地减小在诸如LED的负载上可能产生的负(反向)电压，至少对于从与脉冲宽度调制(PWM)链接的电流导出的上述电压的分量来说是如此，例如用于执行光源的调光；

根据应用和使用的要求，一个或多个实施例适合于在信号发生器的级(例如，用于驱动LED)和负载的级(例如，LED模块)以及在特定的外部组件中实现，使用较少数量的不具有特别关键特性的组件，而不考虑所采用的位置选择；

有可能有效地对抗逐渐重要的现象，考虑到在照明领域可能遇到的趋势，诉诸更便宜类型的LED源，其固有地暴露于反向偏置条件的不利影响；

一个或多个实施例证明在存在高电压的情况下也是有效的：例如，调制深度为100％的48V直流系统可能产生两倍于24V系统中可能产生的电压的反向电压；一个或多个实施例可以设想，在存在更高电压的情况下，调制深度的更大减小，例如，对于48V ECG的最小电压是例如37V，绝对值(11V)等于可以在24V系统的情况下使用的电压。

附图说明

现在将参照附图，纯粹通过非限制性的示例来描述一个或多个实施例，其中：

图1和图2分别示例了有助于理解实施例的可能特性的模拟电路图(图1)和表示可能的电压波形的时序图(图2)；

图3至图6是示例可能实施例的电路图；以及

图7示例了照明系统框架内实施例的可能应用环境。

具体实施方式

在随后的描述中，示出了各种具体细节，以便提供对根据描述的实施例的各种示例的深入理解。这些实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下获得，或者利用其他方法、组件、材料等获得。在其他情况下，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作，从而不会模糊实施例的各个方面。

在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的参考旨在指示关于该实施例描述的具体配置、结构或特征包含在至少一个实施例中。因此，诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语可能出现在本说明书的不同点中，不一定确切地指同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，具体的构造、结构或特征可以以任何适当的方式组合。

本文使用的参考仅仅是为了方便而提供的，因此并不限定保护范围或实施例的范围。

在本说明书的背景技术部分中描述的解决方案(其被认为是实施例的示例的本说明书的整体部分)基本上设想了在负载的级(例如，在单独的LED的级)进行干预，以便对抗注入的电容电流及其不期望的影响。

然而，本文所示例的一个或多个实施例遵循不同的方法，并且源于对以下事实的观察，即与导数dV/dt链接的电流可以追溯到两个可能的源，即频率为50/60Hz的交流主电源(如果存在)以及脉宽调制(PWM)，此外考虑到：

通过闭合具有较低阻抗的负载(LED模块)外部的共模环路，可以追溯到第一源(主电源)的电流可以经由一个或多个特定电容路径转移到大地；

通常不可能防止从脉宽调制(PWM)导出的差分电流进入负载，只要它包含在打算传送到负载的电源电流中，例如在LED的情况下，为了产生光发射。

关于PWM源的动作，至少可以注意到两个事实：

在负载(例如，一个或多个LED)的端子处产生的反向电压与PWM信号的电压跳变ΔV成比例；以及

存在最小(电压)阈值，在该阈值以下，诸如LED模块的负载在达到0V值之前无论如何都会关断。

基于上述考虑，已经注意到的是，通过在关断时间使用不完全为零并且保持(刚好)在LED关断阈值以下的电平，存在避免求助于最大(100％)调制深度的脉宽调制(PWM)的可能性。

例如，在24V系统中，这样的结果可以通过选择脉宽调制的关断时间等于例如13V的值(通常不是指单个LED，而是指彼此串联连接的多个LED)来实现。

上述13V的值(纯粹作为示例所提及的)是包含在该串中的LED的关断阈值之和的函数。例如，在24V系统中使用的SEU包括例如级联在一起的六个LED的情况下，最小导通电压约为16V。

在这个电平以下，例如在3V的电平，合理的假设是存在足够的余量来防止光发射。参考该关断电平，PWM信号(考虑为交流信号)的幅度可以从24V降低到11V(峰值到峰值)。

假设：

单独的LED的正向阈值电压约为2.6V；和

在串中LED的某个位置产生的反向电压是-3V，

在最大调制深度为100％(24→0)的情况下，在LED上对应的电压下降ΔV为5.6V。

关于简化后的假设有：i)线性系统；以及ii)前述正向阈值电压以下的LED端子上的无穷大电阻(这对应于二极管的理想行为)，简单的比例24∶5.6＝11∶x意味着2.57V的电压下降ΔV，低于LED的正向阈值电压(这可以通过减小上述PWM信号的幅度来获得的)，避免了在LED的端子上可能建立负电压的可能性。

该考虑可以经由基于如图1所示电路的SPICE仿真来验证。图1示出了PWM调制源，该PWM调制源产生施加到LED的阳极A的由Vpwm表示的PWM调制的电压，LED的阴极K通过RC网络参考地，该RC网络包括与电容C1’并联的电阻器R1’，此外假设LED两端存在电容C2’。

SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit，具有集成电路重点的仿真程序)标识了用于模拟电子电路的软件工具，其对应于实际上普遍使用的标准工具。

图2的时序图对应于通过假设电容C1’和C2’的电容值分别等于100pF和150pF，以及电阻器R1’的电阻值等于50mOhm而进行的模拟所实现的结果。

图2的图表分别示例了由PWM源产生的电压(在图2a中由Vpwm表示)和施加到LED的电压(在图2b中由Vled表示)之间的可能对应关系。

当电压Vpwm在0和24V之间变化时(全调制，100％)，如在图的底部用虚线表示的；和

相反，当前述调制幅度包含在前面示例的13V和24V之间的范围内时，如图中实线部分表示。

从图2中可以注意到的是，在第一种情况下(全调制，100％)，LED两端的电压Vled可以达到-4.2V范围内的负值(由Vled’表示)，而在通过使关断电平达到13V(对应于大约46％的调制深度)来降低调制幅度的情况下，LED两端的电压Vled总是保持为正值。

一个或多个实施例可以通过以下方式实现上述标准(即，减小调制深度以减小反向电压)：

直接干预控制电路或ECG；

干预负载(例如，在LED模块中)；和

诉诸附加/外部电路。

图3和图4示例了设想在总体上由10表示的控制电路(ECG)电平进行干预的实施例。

图3和图4都涉及电路10中存在(直流)电压源101和102的情况，电压源101和102以本领域技术人员已知的方式获得，以便提供分别对应于以下值的相应电压值：

第一电压值，其可以被视为等于为负载12设想的电源电压的标称值，这里以一串LED的形式，即LED1、…、LEDn，并且例如等于24v；和

第二电压值(例如，图3中的11V或图4中的13V)。

上述值可以分别构造最大电压电平和最小电压电平，旨在通过使将被传送到负载12的PWM信号在“高”电平(在PWM信号的导通时间期间使用，并由发生器101的电压值来识别)和“低”电平(在PWM信号的关断时间期间使用，并由发生器102的电压值来识别)之间摆动，来用于PWM信号。

应当理解的是，在当前情况下，提及关断时间的事实与当谈论假设具有100％调制深度的PWM信号时通常使用的术语链接，因此信号在以下之间摆动：

在导通时间期间应用的非零的第一值，例如大于零，以及

在关断时间期间应用的基本上等于零的第二值。

一个或多个实施例设想，替代地，以这样的方式干预该第二值，使得PWM信号的该第二值也不为零，例如大于零(因此具有与第一值相同的符号)，根据先前描述的标准。

在常规电路10中可能已经设想到存在两个电压发生器，例如当这被预先布置成能够以不同电压值在恒定电压(CV)模式下驱动负载时，如发生器101和102。

如图3中所示例的一个或多个实施例可以设想，两个发生器101和102都参考地GND，被耦合到各自的输出节点103和104(关于经由线路L耦合到负载12，可以分别被视为“+”和“-”)，其中电阻器R1的端子被连接到节点103和104，同时设想存在二极管D2集，其阳极和阴极分别连接到节点104和发生器102，以便能够作为？？？下箝位[？控制器：下拉箝位](？？？down-clamp[？CONTROLLARE:pull-down clamping])二极管。

如图3所示的一个或多个实施例可以设想存在PWM调制器电路105(任何已知类型)，其能够作用于开关M1，以提供具有期望的频率和占空比的值的脉宽调制(PWM)功能。

在一个或多个实施例中，开关M1可以包括电子开关，诸如晶体管。诸如NMOS型MOSFET的场效应晶体管可以用于该目的，其中控制端子(在诸如MOSFET的场效应晶体管的情况下是栅极)由PWM调制器电路105驱动，并且通过晶体管的电流路径(在诸如MOSFET的场效应晶体管的情况下是源极到漏极)耦合在输出节点104和接地GND之间。

为了简化描述，图3中通过示例提供的表示假设二极管D2的行为类似于理想二极管，晶体管M1的行为类似于理想开关。

在如图3所示的实施例中，发生器102以这样的方式使用，即当开关M1断开(非导通)时，将节点103和104两端的输出电压保持在期望的最小值或“低”值(非零)，而当开关M1闭合(即导通)时，输出节点104实际上引入到地，从而在输出节点103和104之间设立了由发生器101供应的PWM信号的标称值(最大值或“高”)。

图3示例了一种由ECG电路中常规使用的电路配置启发的解决方案，即具有公共正线或正轨。

参考(再次，当然，纯粹作为非限制性的示例)前面反复提到的数值，假设发生器101的电压是24V，由发生器102供应的电压是11V的事实意味着(如上所述，假设二极管D2和开关M1的理想行为)在节点103和104之间存在的关断时间期间的电压等于：24V-11V＝13V。

同样可以注意到的是，在类似于图3中示例的方案中，发生器102不供电，而是消耗电力，另一方面，考虑到所涉及的电流值，这种影响被证明是可以忽略的。

图3中示例的解决方案同样受益于以下事实：除了常规ECG之外，仅有的组件由二极管D2和(可能)由发生器102表示。

在图4中，已经参照图3讨论过的组件或元件用相同的附图标记表示，这使得重复对这些元件的详细描述变得多余。

在如图4所示的一个或多个实施例中，被设计成在关断时间期间确定PWM信号的“低”电平的发生器102，不是参考地GND(如图3所示的解决方案)，而是参考与发生器101作用的相同的正轨。

在图4的情况下(为了简化说明，再次假设二极管D2和开关M1的理想行为)：

当开关M1被PWM调制器电路105驱动到闭合状态(开关M1导通)时，输出节点103、104分别耦合到发生器101的输出和耦合到地GND，使得负载12在节点103和104两端“看到”PWM信号的最大值或“高”值；和

当开关M1被PWM调制器电路105驱动到断开状态(开关M1非导通)时，在输出节点103和104之间，负载12“看到”等于发生器102的电压的电压，在这种情况下，可以直接选择在关断时间期间电压所需的“低”值，例如等于13V。

图5和图6示例了这样的实施例，其中，针对假设为常规类型的ECG 10，外部地传送旨在使PWM信号在关断时间期间具有非零值的前述动作。

这种ECG包括直流电压发生器，该直流电压发生器具有标称值(再次参考以24V的值为例)，该直流电压发生器用101表示并且在地GND和输出节点103之间作用，并且电阻器R1在输出节点103和104之间作用，在PWM调制器电路105的控制下，开关M1在输出节点104和地之间作用。

应当理解的是，图5和图6使用相同的附图标记来表示已经参照图3和图4讨论过的组件或元件：先前关于上述组件或元件的可能特征和使用模式的考虑因此必须被认为也适用于图5和图6，因此对应的描述的重复是多余的。

图5中示例的解决方案设想在导通时间(即，当开关M1导通时)将电荷(以及电压)存储在与负载12相关联的电容C1中，使得输出节点103和104之间的电压等于发生器101的电压。

例如，上述电容可以是与二极管D1(例如齐纳二极管，例如齐纳电压等于11V，即等于施加在PWM信号的两个电平之间的差值，直接参考图3情况下的发生器102)串联的电容C1。

在图5中示例的解决方案中，电容C1和齐纳二极管D1的串联连接形成了在线路L的引线之间延伸的电路分支(因此，从电气的观点来看，在节点103和104之间)，该分支又并联连接到负载12，这里也以一串LED的形式例示，即LED1、…、LEDn。

因此，电容C1可以用于减小PWM信号的调制深度，将关断时间的电平保持在非零值，齐纳二极管D1(为了说明简单起见，再次假设其具有理想行为)被设计成在导通时间(即当开关M1闭合，即导通时)期间被正向偏置，从而使得被设计成对电容C1充电的电流能够通过，使电容C1两端的电压朝向由发生器101确定的“高”导通电压值。

在关断时间期间，即当开关M1断开(非导通)时，电容C1通过减小齐纳二极管D1的调制深度来操作，其中该齐纳二极管D1传递到反向偏置，使得这里由二极管L1、...、Ln示例的负载“看到”线路L两端(即节点103和104之间)的“低”电压电平等于电容C1两端的电压减去二极管D1的齐纳电压。

再次参考前面提到的值(纯粹作为示例提供)，即，假设发生器101的导通电压等于24V，其中二极管D1的齐纳电压等于11V，在关断时间期间，负载两端的电压等于：24V-11V＝13V。

图5中示例的解决方案的可能的优点在于，具有电容C1和齐纳二极管D1的电路分支不必为包含在同一个负载中的每个SEU重复：例如，包括电容C1和齐纳二极管D1的同一个电路分支可以用于根据其上存在LED的支撑结构(例如，PCB)的特性服务多个SEU(例如，两个或三个这种性质的SEU)。

这个优点可能由于以下事实而被削弱：在开始时，电容C1被放电，使得它不立即执行PWM信号的动态的限制的完整动作，并且消耗某个附加电流以便被充电，在存在大量电路分支C1、D1的情况下具有累积效应，如在大量SEU的情况下可能发生的。

图6示例了基于已经参考图5讨论的方法的实施例，可以设想使用ECG控制电路10和负载12，它们本身完全是常规的。

因此，图6左侧所示的控制电路10与在图5的描述中已经讨论过的常规控制电路是相同的(就组件部分及其操作而言)。同样，由LED表示的负载，即LED1、...、LEDn与图3和图4中右侧所示的负载12相同。

在如图6所示的一个或多个实施例中，与图5的电路分支C1/D1的功能相对应的功能被传送到中间组件(或“盒”)14，该中间组件14可以被插入到线路L中，例如在其两个分支L1和L2之间。

为了简化说明，在图6中，输出节点103和104被表示为，可以说，在电路10的输出端和负载12的输入端都被复制，因此假设单元14和线路L1、L2的理想行为。

图6中示例的实施例的操作(当希望能够与常规电路10和负载12一起操作时，可以有利地采用该操作，而无需对其进行修改)在概念上与已经参考图5讨论的相同，即，在导通时间期间，电容C1充电到PWM信号的最大电压(“高”值)，并且由于二极管D1的齐纳电压施加的电压的减法效应，负载两端的电压在关断时间期间保持在PWM信号所需的“低”值。

图6中示例的解决方案有利地适合于与多个SEU一起使用，每个SEU对应于负载，诸如图6右侧所示的负载。

这种方法可能需要使用具有相当高的值的电容C1。这可能建议使用串联连接到电容C1的充电电阻器Rchg，以便在充电时间期间包含通过二极管D1的正向电流。

完全类似的考虑可以建议与齐纳二极管D1并联设置二极管D1’，该二极管D1’被设计成正向偏置，并且在导通时间期间有利于(进一步的)充电电流流向电容C1。以这种方式，可以考虑齐纳二极管D1在电容C1充电期间会限制流经它的正向传导电流的事实。

另一方面，应当理解的是，在某些解决方案中，例如在包含少量SEU的系统中，可能不需要电阻器Rchg和二极管D1’的存在。

图7示例了图6中示例的解决方案的可能使用，即，具有常规类型的电路10，以及负载12，该负载12总体上也是常规的，并且由多个LED模块121、122、…、12n的并联连接构成。

图7强调了附加组件14在电路10和负载12之间的位置(如图6所示)无论如何都不是强制性的。再次从输出节点103和104之间(因此与负载12并联)的电气观点来看，组件14也可以位于负载12本身的下游，即，负载12设置在电路10和组件14之间，如图7中精确示例的。

图7同样(在图的右手侧)示例了在组件14(无论其位于何处)中提供另一个RC电路分支的可能性，该RC电路分支耦合到节点/连接103并且包括串联的电阻器Rcm和电容Ccm。

上述另一个分支RC可以耦合在节点/连接103和大地之间，以便提供所谓的功能大地FE，其将组件14连接到地，有助于共模电流接近地，并对抗反向偏置(反向电压)现象，如在本说明书的背景部分中广泛讨论的，该现象与可能存在的与主电源PG的交流信号链接的电容电流链接。

图7还示例了(在图的左侧)控制电路10到电源线PG的可能连接。

例如，这可以是具有带电端子L和中性端子N的50/60Hz的主电源PG，后者可能经由阻抗Z_PE参考大地，如在通常称为TT或TN网络的网络中。

本文示例的方法，用于驱动单向电流通过电负载(例如，负载12)，向电负载施加具有脉冲宽度调制(PWM)的信号(例如，电压信号，Vpwm)(例如以本身已知的方式由调制器电路提供，诸如能够产生具有可变占空比的矩形信号的调制器电路105)，PWM调制信号在高值(例如，Von)和低值(例如，Voff)之间摆动，可以包括选择所述高值和所述低值作为具有相同符号的非零值，例如都为正值。

在本文示例的方法中，所述至少一个具有发光能力的二极管(LED1、…、LEDn)可以呈现正向(直接)导通电压阈值，并且该方法可以包括选择低于所述正向导通电压阈值的电压值作为所述低值。

在诸如本文示例的方法中，电负载可以包含至少一串串联的具有发光能力的二极管，并且该方法可以包括选择低于串联连接的二极管的正向电压导通阈值之和的电压值作为所述低值。

使用本文示例的方法将PWM调制的电压信号施加到电负载的信号发生器可以包括：

第一节点(例如，节点103)和第二节点(例如，节点104)，它们被配置为在它们之间施加所述负载；

第一直流电压发生器(例如101)，设置在所述第一节点(例如103)和地(例如GND)之间的中间位置；

第二直流电压发生器(例如102)，设置在所述第二节点(104)和地之间或者所述第二节点和所述第一节点之间的中间位置；和

PWM调制器开关(例如，M1)，在所述第二节点和地之间的中间位置，该PWM调制器开关(例如，105)可选地被配置，

将第二节点耦合到地，使得从所述第一直流电压发生器开始，PWM调制信号的高值被施加在第一节点和第二节点之间；和

将第二节点从地(GND)解耦合，使得所述PWM调制信号的低值被施加在所述第一节点和所述第二节点之间，其中所述PWM调制信号的低值是以下各项的函数：

当第二电压发生器设置在所述第二节点和地之间的中间位置时，第一电压发生器的电压和第二电压发生器的电压之间的差值；或

当第二电压发生器设置在所述第二节点和所述第一节点之间的中间位置时，第二电压发生器的电压。

本文示例的信号发生器可以包含：

与第二电压发生器串联设置的二极管(例如，D2)，该二极管被配置为对抗从第二电压发生器流向第二输出节点的电流；和/或

设置在第一节点和第二节点之间的中间位置的电阻器组(例如，R1)。

本文示例的被配置为利用本文示例的方法将PWM调制的电压信号施加到电负载的电路可以包括第一节点和第二节点，它们被配置为使所述电负载耦合在它们之间，该电路可以包括：

第一节点和第二节点，它们被配置为接收施加在它们之间的具有脉宽调制(PWM)的输入信号(例如，电压信号)(例如，在图5和6中的101、105、M1中产生的)，该输入信号在第一值和零之间摆动；

在第一节点和第二节点之间的中间位置的电容(例如，C1)和齐纳二极管(例如，D1)的串联连接，齐纳二极管具有齐纳电压，并且被布置成对抗从所述第二节点流向所述第一节点的电流，其中：

在第一节点和第二节点接收施加在它们之间的处于所述第一值的所述PWM调制的输入信号的情况下，所述电容被流过齐纳二极管的电流充电向高值充电，其中第一节点被带向所述高值，以及

在第一节点和第二节点接收施加在它们之间的处于所述零值的所述PWM调制的输入信号的情况下，第一节点作为所述高值和所述齐纳二极管的齐纳电压之间的差值的函数被带向所述低值。

本文示例的电路(14)可以包括：

电流限制器电阻器(例如，Rchg)，其耦合到电容和齐纳二极管的所述串联连接，电流限制器电阻器被配置为被电容的充电电流流过，和/或

与齐纳二极管并联耦合的充电二极管(例如，D1’)，该充电二极管被配置为为电容的充电电流提供附加的电流路径。

本文示例的电路可以包含耦合到所述第一节点(103)的电阻器(例如，Rcm)和电容(例如，Ccm)的(另一)串联连接，所述串联连接可耦合到地而为电路提供功能大地路径(例如，FE)。

本文示例的电路可以集成在具有所述电负载的单个器件中。

如本文所示例的被配置为向包括至少一多个单向电流流动路径(例如，121、122、…、12n)的电负载施加PWM调制信号的电路可以在第一节点和第二节点之间的中间位置提供电容和齐纳二极管的单个所述串联连接，所述单个串联连接耦合到所述至少一多个路径中的单向电流流动路径。

在不损害基本原理的情况下，构造和实施例的细节可以变化，甚至显著变化，而不会因此脱离由所附权利要求指定的保护范围。

参考符号的列表

脉宽调制信号 Vpwm

LED上的电压 Vled

高值 Von

低值 Voff

发光二极管 LED1、…、LEDn

信号发生器 10

第一电压发生器 101

第二直流电压发生器 102

第一节点 103

第二节点 104

负载 12

地 GND

开关 M1

PWM调制器 105

二极管 D2

PWM限制器电路 14

电容 C1

齐纳二极管 D1

电流限制器电阻器 Rchg

充电二极管 D1'

电阻器 Rcm

电容器 Ccm

功能大地 FE

LED模块 121、122、…、12n

SPICE电容 C1'，C2'

SPICE电阻器 R1'

阳极 A

阴极 K

主电源 PG

主接大地阻抗 Z_PE

Claims (11)

1.一种通过向电负载(12)施加PWM调制(105)的信号(Vpwm)来驱动单向电流通过电负载(12)的方法，所述PWM调制信号(Vpwm)在高值(Von)和低值(Voff)之间摆动，所述方法包括选择所述高值(Von)和所述低值(Voff)作为具有相同符号的非零值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电负载(12)包括至少一个具有发光能力的二极管(LED1、...、LEDn)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个具有发光能力的二极管(LED1、...、LEDn)具有直流电压导通阈值，其中所述方法包括选择低于所述直流电压导通阈值的电压作为所述低值(Voff)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电负载(12)包括至少一串串联连接的具有发光能力的二极管(LED1、...、LEDn)，其中所述方法包括选择低于所述串联连接的二极管(LED1、...、LEDn)的所述直流电压导通阈值之和的电压作为所述低值(Voff)。

5.一种信号发生器(10)，所述信号发生器被配置为利用权利要求1至4中任一项所述的方法将PWM调制(105)的电压信号(Vpwm)施加到电负载(LED1、...、LEDn)中，所述信号发生器(10)包括：

第一节点(103)和第二节点(104)，所述第一节点(103)和所述第二节点(104)被配置为具有耦合在其间的所述电负载(12),

第一dc电压发生器(101)，所述第一dc电压发生器(101)被布置在所述第一节点(103)和地(GND)之间，

第二dc电压发生器(102)，所述第二dc电压发生器(102)被布置(D2)在所述第二节点(104)和地(GND)之间或者在所述第二节点(104)和所述第一节点(103)之间，

PWM调制器开关(M1)，所述PWM调制器开关(M1)在所述第二节点(104)和地(GND)之间，所述PWM调制器开关(M1)被配置(105)为交替地：

将所述第二节点(104)耦合到地(GND)，其中来自第一dc电压发生器(101)的PWM调制信号(Vpwm)的高值(Von)被施加在所述第一节点(103)和所述第二节点(104)之间，

将第二节点(104)从地(GND)解耦合，其中PWM调制信号(Vpwm)的低值(Voff)被施加在所述第一节点(103)和所述第二节点(104)之间，其中所述PWM调制信号(Vpwm)的所述低值(Voff)是以下各项的函数：

来自所述第一电压发生器(101)的电压和来自所述第二电压发生器(102)的电压之间的差值，其中所述第二电压发生器(102)布置(D2)在所述第二节点(104)和地(GND)之间，或者

来自所述第二电压发生器(102)的电压，其中所述第二电压发生器(102)布置(D2)在所述第二节点(104)和所述第一节点(103)之间。

6.根据权利要求5所述的信号发生器(10)，包括：

与所述第二电压发生器(102)串联的二极管(D2)，所述二极管(D2)被配置为对抗从所述第二电压发生器(102)流向所述第二输出节点(104)的电流，和/或

在所述第一节点(103)和所述第二节点(104)之间的电阻器(R1)。

7.一种电路(14)，被配置为利用权利要求1至4中任一项所述的方法将PWM调制(105)的电压信号(Vpwm)施加到电负载(LED、...、LEDn)，所述电路(14)包括第一节点(103)和第二节点(104)，所述第一节点(103)和第二节点(104)被配置为使所述电负载(12)耦合在其间，其中所述电路(14)包括：

所述第一节点(103)和所述第二节点(104)，所述第一节点(103)和所述第二节点(104)被配置为接收施加在其间的、在第一值和零值之间摆动的PWM调制的输入信号(101，105，M1)，

在第一节点(103)和第二节点(104)之间的电容(C1)和齐纳二极管(D1)的串联连接，所述齐纳二极管(D1)具有齐纳电压，并且被布置成对抗从所述第二节点(104)流向所述第一节点(103)的电流，其中

在所述第一节点(103)和所述第二节点(104)接收施加其间的、处于所述第一值的所述PWM调制的输入信号的情况下，所述电容(C1)被流过所述齐纳二极管(D1)的电流向高值(Von)充电，其中所述第一节点(103)被带向所述高值(Von)，

在所述第一节点(103)和所述第二节点(104)接收施加其间的、处于所述零值的所述PWM调制的输入信号的情况下，所述第一节点(103)作为所述高值(Von)和所述齐纳二极管(D1)的齐纳电压之间的差值的函数被带向所述低值(Voff)。

8.根据权利要求7所述的电路(14)，包括：

电流限制器电阻器(Rchg)，所述电流限制器电阻器耦合到电容(C1)和齐纳二极管(D1)的所述串联连接，所述电流限制器电阻器(Rchg)被配置为被所述电容(C1)的充电电流流过，和/或

与所述齐纳二极管(D1)并联耦合的充电二极管(D1’)，所述充电二极管(D1’)被配置为向所述电容(C1)的所述充电电流提供附加的流动路径。

9.根据权利要求7或8所述的电路(14)，包括耦合到所述第一节点(103)的电阻器(Rcm)和电容(Ccm)的串联连接，所述串联连接(Rcm，Ccm)可耦合到地而为所述电路(14)提供功能大地路径(FE)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的电路(14)，其中所述电路(14)被集成到具有所述电负载(12)的单个器件中。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的电路(14)，被配置为将PWM调制(105)电压信号(Vpwm)施加到电负载，所述电负载包括至少一多个单向电流流动路径(121、122、..12n)，其中电路(14)包括在所述第一节点(103)和所述第二节点(104)之间的电容(C1)和齐纳二极管(D1)的单个所述串联连接，所述单个串联连接(C1、D1)耦合到所述至少一多个中的所述单向电流流动路径(121、122、...12n)。

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