CN115462182A

CN115462182A - 具有过压保护的灯驱动器

Info

Publication number: CN115462182A
Application number: CN202180031507.1A
Authority: CN
Inventors: T·C·范布德格拉文; R·埃尔弗里奇
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-12-09
Also published as: WO2021219477A1; JP2023524428A; US20230164898A1; EP4144186A1

Abstract

灯驱动器向灯负载递送输出电压和输出电流。次级侧处的电流调节电路提供反馈信号以用于由驱动器在处于电流调节模式中时使用。过电压保护电路检测输出电压的过电压状况，并且在过电压状况的检测期间调制反馈信号。然后过电压状况能够基于所得到的输出电压的调制更容易地被识别。

Description

具有过压保护的灯驱动器

技术领域

本发明涉及具有过电压保护的灯驱动器，例如当调节的电流被递送到灯时使用。

背景技术

LED在家庭以及商业应用中日益成为主导光技术。

LED是电流驱动设备，并且因此LED驱动器通常被设计成提供稳定的输出电流。然而，如果驱动器试图将调节的电流递送到开路(例如，没有连接LED装置，或具有开路故障模式)，则电压将上升到不可接受的电平。

因此已知实现过电压保护功能。例如，如果输出电压增加超过最大电平，则驱动器可以切换到电压调节模式和/或可以实现安全切断功能。

期望在灯侧处检测该过电压模式并且提供报告该状况的反馈信号。实际上，针对DALI驱动器，需要检测灯故障开路负载情况。

过电压电平与其容差以及最大LED电压电平可以彼此非常接近。例如，58V是最大输出电压的示例，在该最大输出电压之上过电压保护被激活。电压被要求不超过60V。然而，54V可以是最大指定输出电压，并且这在正常情况下可以达到56V。这意味着仅仅大约4V的小电压余量被留下以基于输出电压的检测将一种操作模式与另一种操作模式区分开。

这使得仅通过在LED驱动器的初级侧处的电压感测来检测过电压保护的激活非常困难，特别是如果在适当的位置仅有简单的输出电压测量。

LED驱动器通常是具有初级侧和次级侧的隔离驱动器。因此，表示从次级侧到初级侧的输出条件的信号的反馈使用诸如光隔离器的隔离反馈元件来发生。

解决上述问题的一种选择是在初级侧处采用足够精确的电压测量或在隔离上添加另一反馈接口。然而，这些是相对昂贵的选择。

因此，需要检测在电压调节(所谓的过电压保护)与初级侧处的电流调节之间的差异，而不会显著增加驱动器的成本或复杂性。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据示例提供了一种灯驱动器，根据本发明的一个方面，灯驱动器包括：

初级侧电路；以及

与初级侧电路隔离的次级侧电路，用于向灯负载递送输出电压和输出电流；

隔离反馈单元，用于从次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号；

具有电流调节模式和电压调节模式的隔离驱动器电路，

其中次级侧电路包括：

电流调节电路，用于基于所感测的输出电流提供反馈信号，以用于由隔离驱动器在处于电流调节模式时使用；

过电压保护电路，用于检测输出电压的过电压状况；以及

调制器，用于在过电压状况的检测期间调制该反馈信号，其中初级侧电路包括：

控制器，其适于在过电压保护模式期间基于输出电压的调制来识别过电压状况。

该灯驱动器生成单个反馈信号，当存在过电压状况时，该反馈信号可以被用于正常电流调节或用于电压控制，从而实现电压调节模式。为了使得驱动器能够在初级侧处更清楚地区分正常电流调节和过电压保护(即使在输出处可能存在类似的电压)，调制被应用于反馈信号。这种调制发生在电压控制期间，并且从而导致调制的输出电压。这种调制在初级侧处可以更容易地被检测到。

调制器例如包括振荡器电路。这提供了可以被用于生成循环地变化的输出信号的低成本电路。

振荡器电路例如包括运算放大器振荡器电路。

过电压保护电路可以包括被连接到输出电压的电阻分压器和用于将电阻分压器的输出与表示最大输出电压的参考电压进行比较的过电压比较器电路。

因此，将输出电压的缩放版本与参考电压进行比较，以确定输出电压是否已经达到最大电压电平。

于是，过电压保护电路可以包括短路开关，用于选择性地使电阻分压器的电阻器短路，从而改变到过电压比较器电路的输入，其中短路开关由调制器控制。通过使电阻分压器中的电阻器短路，电阻分压器的输出电压被改变，并且因此反馈信号被改变使得电压调节导致不同的输出电压。

电流调节电路例如包括与灯负载串联连接的感测电阻器形式的电流传感器，以及用于将从电流感测电阻器电压递送出的电压与表示目标电流的参考电压进行比较的电流调节比较器电路。因此，提供与目标电流的偏差作为反馈信号，而不需要过电压保护信号。

过电压保护电路然后可以被配置为通过向电流调节比较器电路的输入提供偏置信号来适配反馈信号。因此，该偏置信号中断电流反馈信号的正常操作从而实现电压调节。

隔离驱动器电路例如包括DALI驱动器。过电压保护电路例如用于检测开路灯负载。

本发明还提供了一种照明系统，包括：

如上限定的灯驱动器；以及

一种包括灯负载的LED装置。

该照明系统例如被结合在照明器中。

本发明还提供一种灯驱动方法，包括：

使用次级侧电路向灯负载递送输出电压和输出电流；

从次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号；

基于所感测的输出电流，通过从次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号来执行电流调节；以及

在检测过电压状况期间检测是否存在输出电压的过电压状况，以及如果存在过电压状况则在过电压状况的检测期间调制反馈信号；以及

在过电压保护模式期间基于输出电压的调制来识别初级侧的过电压状况。

该方法使能过电压状况在初级侧处被识别，即使利用低精度电压感测部件和利用单个反馈信号。

检测过电压状况例如包括将连接输出电压的电阻分压器的输出与表示最大输出电压的参考电压进行比较，并且其中调制包括选择性地使电阻分压器的电阻器短路。

执行电流调节例如包括将表示输出电流的电压与表示目标电流的参考电压进行比较，并且其中适配反馈信号包括当比较表示输出电流的电压时提供偏置信号。

参考下面描述的(多个)实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出如何实现本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1A和1B示出了根据本发明的一个示例的照明电路；

图2示出了被应用于输出电压的调制的示例；以及

图3示出了灯驱动方法。

具体实施方式

本发明将参照附图被描述。

应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅用于说明的目的而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它特征、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没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

本发明提供一种将输出电压和输出电流递送到灯负载的灯驱动器。次级侧处的电流调节电路提供反馈信号以用于由驱动器在处于电流调节模式时使用。过电压保护电路检测输出电压的过电压状况，并且在过电压状况的检测期间调制反馈信号。这实现了电压调节。然后可以基于所得到的输出电压的调制更容易地识别过电压状况。

图1A和1B示出了根据本发明的一个示例的照明电路。图1A和1B由节点X连接，并且也由LED电压V_LED+连接。

图1A示出了灯负载LED和灯驱动器的第一部分，包括示出在隔离的左侧的初级侧电路PSC和在隔离的左侧的次级侧电路SSC，因此与初级侧电路隔离。初级侧电路具有接地连接GND，例如经由安全电容器被连接到照明器，并且次级侧电路具有虚拟次级侧接地SGND。

隔离驱动器电路具有初级侧DP和次级侧DS。任何合适的驱动器拓扑可以被使用。隔离由变压器形成。

在此术语“隔离”以及因此“隔离器”或“电隔离器”是指防止直接电功率电平转移的任何装置。电隔离器例如是变压器，其中电力在电场和磁场之间以及磁场和电场之间的过渡中被传递。隔离驱动器例如是基于变压器的开关模式功率转换器，诸如回扫转换器、升压集成回扫(BiFRED)转换器、LLC或LCC转换器等，其中驱动器输出不能直接接入输入电功率。相反，输入被连接到变压器的初级绕组并且输出被连接到变压器的次级绕组，并且两个绕组仅磁耦合用于功率电平电耦合。

驱动器具有电流调节模式和电压调节模式(例如作为安全模式)，在电流调节模式中开关被控制以递送期望的输出电流(例如对应于期望的灯亮度)。

驱动器还具有测量次级侧处的输出电压的初级侧装置。次级侧电压例如由辅助绕组测量，该辅助绕组将次级侧的反射电压提供给初级侧。另一种方式是在LLC转换器的情况下测量开关频率。当已知电流设置以及频率时，可以使用软件和微控制器来计算次级侧电压。这些方法不是非常精确，并且因此不适于次级侧电压的精确测量。

驱动器将输出电压V_LED+和输出电流I_LED递送到灯负载LED。隔离反馈单元OP_ISOL用于从次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号。

图1A示出了次级侧电路的电流调节电路，电流调节电路用于基于所感测的输出电流I_LED生成反馈信号，以用于由隔离驱动器在电流调节模式中使用。

电流调节电路包括以与灯负载LED串联连接的感测电阻器Rsense的形式的电流传感器。因此，感测电阻器两端的电压表示输出电流。

经测量的电压通过低通滤波器R1、C1提供给比较器U1。比较器具有输入电阻器R2和负反馈电阻器R3从而限定比较器的增益。

表示电流的经测量的电压被提供给比较器U1的反相端子。通过电阻器和电容器缩放和滤波电路以及通过输入电阻器R4向非反相端子提供表示目标电流的参考电压V(I_LEDtarget)。

因此，提供与目标电流的偏差作为反馈信号，而不需要过电压保护信号。

比较器U1的输出限定反馈信号。节点X在正常电流调节期间不起作用。因此，电路的正常操作从图1A可以被理解。

图1B示出了次级侧电路的其他部件。

一种过电压保护电路被提供用于检测输出电压V_LED+的过电压状况，并且适配反馈信号以在过电压状况期间提供电压控制。

过电压保护电路包括连接到输出电压V_LED+的电阻分压器R5、R6、R7。在R5和R6之间的第一抽头处的电压被提供给过电压比较器U2，以用于将电阻分压器的输出与表示最大输出电压的参考电压进行比较。该参考电压被示为5V电压源VSEC_5V。电阻分压器的缩放意味着5V参考是表示最大输出电压的适当值。因此，将输出电压的缩放版本与参考电压进行比较，以确定输出电压是否已经达到最大电压电平。

如果在比较器U2的非反相输入处未达到参考电压，则被连接到节点X的输出将保持为低，并且节点X在如上所述的图1A的电路的操作中不起作用。例如，二极管D1、D2防止偏置电流的任何注入。

如果在比较器U2的非反相输入处达到参考电压，则被连接到节点X的输出将变高。然后偏置电流通过二极管D1和D2被注入到比较器U1的反相端子。驱动器将比较器U1的输出处的降低的电压解释为对降低的电流的需求。

特别地，节点X处信号的增加导致电阻器R1和R2两端的电压降减小，并且这将减小感测电阻器两端的电压并且减小LED电流。当存在总开路负载时，节点X处的信号将增加直到LED电流为零。

在此期间，输出电压被调节到取决于过电压保护电路的比较结果的电平。具体地，电压被调节使得由电阻分压器R5、R6、R7感测的电压与参考电压匹配。因此，在初级侧处使用相同的反馈控制来实现电压限制功能。

在DALI标准中，存在指示驱动器是处于过电压保护模式的请求。有时，这也是由驱动器的需求所要求的。

由于DALI微控制器被置于驱动器的初级侧处，过压保护的指示也必须在驱动器的初级侧处。电流和电压调节被置于驱动器的次级侧处，因此不存在到微控制器的指示过压保护模式的直接输入。

根据本发明，在过电压状况期间反馈信号的调制被使用以调制所得到的输出电压，使得过电压状况可以在初级侧处更容易地被检测。

过电压保护电路进一步包括短路开关T3，用于选择性地使电阻分压器的电阻器R7短路，从而改变到过电压比较器电路U2的输入。

在正常电流调节模式期间，T3由5V源VSEC_5V和两个电阻器R8和R9以及二极管D3接通。

图1B还示出了基于运算放大器U3的调制器电路，用于在检测过电压状况期间调制反馈信号。该示例中的调制器电路包括基于限定正反馈路径和负反馈路径的电阻器和电容器的标准振荡器电路。

在节点X为低的正常电流调节模式期间，T1由5V源VSEC_5V和两个电阻器R8和R10关断，并且T2由5V源VSEC_5V和两个电阻器R8和R10接通。这将运算放大器U3的非反相输入拉到接地，并且从而抑制振荡器电路的振荡。放大器U3的输出保持为低，并且T3的栅极处的电压足以保持T3接通。

当驱动器处于电压调节模式时，节点X处于高电压，晶体管T1导通。这将T2的栅极拉至接地，并且其关断。二极管D3将晶体管T3与振荡器的输出之外的电路隔离。

然后，调制器(即振荡器电路)被接通，因为其不再被晶体管T2抑制。然后短路开关T3被调制器控制。通过短路电阻分压器中的电阻器，电阻分压器的输出电压被改变，并且因此反馈信号被改变。

因此，电压调节功能导致输出电压V_LED+的不同控制值。

当T3接通时，提供给比较器U2的电压为高，而当T3断开时，提供给比较器的电压为低。节点X处的电压因此具有调制。该调制使得电压调节功能以调制输出电压V_LED+。特别地，调制信号向电流调节比较器U1的输入提供调制的偏置信号。这导致对应于电阻分压器的配置中的变化的调制输出电压。

然后调制的输出电压在初级侧处被识别为过电压模式的指示。

因此，灯驱动器生成单个反馈信号，该反馈信号可以被用于正常电流调节或可以被用于在电压调节期间调制输出电压，以指示过电压状况。因此，输出电压使能初级侧电路在正常电流调节和过电压保护之间更清楚地区分。

隔离驱动器电路例如包括DALI驱动器并且过电压保护电路例如用于检测开路灯负载。

图2示出了最初在正常电流调节期间以及然后在过电压保护期间提供调制的反馈信号时的输出电压V_LED+。输出电压V_LED+例如在OVP低(例如40V)与OVP高(例如60V)之间振荡，这是电压调节功能被馈送以不同的反馈控制信号的结果。

振荡周期被适配为大于由输出缓冲电容器和小信号电路装置的功耗形成的放电时间常数。因此，调制的输出电压能够在其之间切换之前稳定在两个电平处。

调制可以通过微控制器的最小和最大检测来处理用于DALI接口的信息在非隔离的/初级侧上被容易地看到。

本发明解决的问题是在隔离LED驱动器的初级侧上，输出电压不能被足够精确地检测到以在开路负载(例如灯故障)和具有高LED电压的额定操作之间区分。输出电压的电压调制易于由初级侧输出电压测量装置检测，并且易于例如由初级侧微控制器评估为灯故障模式。

即使在相对不准确的初级输出电压测量的情况下，额定操作和故障模式之间的区别现在也是可能的，因为这两个电平可能明显不同。

图3示出了一种灯驱动方法，包括：

在步骤30中，使用次级侧电路向灯负载递送输出电压V_LED+和输出电流I_LED；

在步骤32中，从次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号；以及

在步骤34中，通过基于所感测的输出电流从次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号来执行电流调节。

在步骤36中，检测是否存在输出电压的过电压状况。如果存在过电压状况，则反馈信号在步骤38中在过电压状况的检测期间被调制。

由于驱动器的电压调节功能，反馈信号的调制导致调制的输出电压。在步骤40中，基于过电压保护模式期间输出电压的调制在初级侧处识别过电压状况。

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本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，则应注意，术语“适于”旨在等同于术语“配置为”。

权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims

1.一种灯驱动器，包括：

初级侧电路(PSC)；以及

次级侧电路(SSC)，与所述初级侧电路隔离，所述次级侧电路用于向LED灯负载(LED)递送输出电压(V_LED+)和输出电流(I_LED)；

隔离反馈单元(OP_ISOL)，用于从所述次级侧电路向所述初级侧电路提供反馈信号；

具有电流调节模式和电压调节模式的隔离驱动器电路(DP，DS)，

其中所述次级侧电路(SSC)包括：

电流调节电路(U1)，包括用于感测所述输出电流的电流传感器，其中所述电流调节电路(U1)用于基于所感测的所述输出电流提供所述反馈信号；

过电压保护电路(U2)，用于检测所述输出电压的过电压状况；以及

调制器(U3)，用于在所述过电压状况的检测期间对所述反馈信号进行调制，

其中所述初级侧电路包括：

控制器，所述控制器适于在过电压保护模式期间基于所述输出电压(V_LED+)的调制来识别所述过电压状况。

2.根据权利要求1所述的灯驱动器，其中所述调制器(U3)包括振荡器电路。

3.根据权利要求2所述的灯驱动器，其中所述振荡器电路包括运算放大器振荡器电路。

4.根据前述权利要求中任一项所述的灯驱动器，其中所述过电压保护电路包括：被连接到所述输出电压的电阻分压器(R5、R6、R7)、和用于将所述电阻分压器的输出与表示最大输出电压的参考电压(VSEC_5V)进行比较的过电压比较器电路(U2)。

5.根据权利要求4所述的灯驱动器，其中所述过电压保护电路包括短路开关(T3)，所述短路开关用于选择性地使所述电阻分压器的电阻器(R7)短路，从而改变到所述过电压比较器电路(U2)的输入，其中所述短路开关由所述调制器(U3)控制。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的灯驱动器，其中所述电流调节电路包括：电流感测电阻器(Rsense)，用于与所述LED灯负载(LED)串联连接；以及电流调节比较器电路，用于将从所述电流感测电阻器电压得出的电压与表示目标电流的参考电压(V(I_LEDtarget))进行比较。

7.根据权利要求6所述的灯驱动器，其中所述过电压保护电路被配置为通过向所述电流调节比较器电路(U1)的输入提供偏置信号来适配所述反馈信号。

8.根据权利要求7所述的灯驱动器，其中所述偏置信号由所述调制器(U3)调制。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的灯驱动器，其中所述隔离驱动器电路包括DALI驱动器。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的灯驱动器，其中所述过电压保护电路用于检测开路LED灯负载。

11.一种照明系统，包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的灯驱动器；以及

包括所述LED灯负载的LED装置(LED)。

12.根据权利要求11所述的照明系统，所述照明系统被结合在照明器中。

13.一种灯驱动方法，包括：

(30)使用次级侧电路向LED灯负载递送输出电压和输出电流；

(32)从所述次级侧电路向初级侧电路提供反馈信号；

(34)基于所感测的输出电流，通过从所述次级侧电路向所述初级侧电路提供反馈信号来执行电流调节；以及

(36)检测是否存在所述输出电压的过电压状况，以及如果存在过电压状况则在所述过电压状况的检测期间(38)调制所述反馈信号；以及

(40)在所述过电压保护模式期间基于所述输出电压的调制来识别在所述初级侧处的所述过电压状况。

14.根据权利要求13所述的方法，其中检测所述过电压状况包括将连接到所述输出电压的电阻分压器的输出与表示最大输出电压的参考电压进行比较，并且其中所述调制包括选择性地使所述电阻分压器的电阻器短路。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中执行电流调节包括将表示所述输出电流的电压与表示目标电流的参考电压进行比较，并且其中适配所述反馈信号包括当比较表示所述输出电流的所述电压时提供偏置信号。