CN1829401B - Led电流脉冲限制器装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于向至少一个LED提供恒流的装置包括电流源(2；2a；2b)，后者具有跨接在电流源端子两端的输出电容器(3)。输出电感器(4)与输出电容器(3)相关联，从而提供的电流流经电感器(4)。平滑电阻器(5)最好与输出电感器(4)并联。

Description

LED电流脉冲限制器装置
技术领域
本发明涉及用于发光二极管(LED)的电源装置。
在恒流LED系统中经常碰到的问题在于”带电”(或”热交换”)连接到恒流电源-即在LED已激励后将其连接到电源会导致LED结失效。这通常是由于电源的输出电容器(它充电到额定最大开路负载电压)所产生的大电流脉冲所引起。这实际上相当于LED耐受最大浪涌前向电流的能力有限，而在LED带电或热交换连接到电源时常会发生这种浪涌前向电流。
此外，LED可能的低频PWM(脉冲宽度调制)减光通常对驱动器提出繁重大的动态性能要求。在这些情况下，廉价的回扫拓扑就不能使用，因为调制宽度(BW)受到高输出电容的限制，而高输出电容却是滤波HF波纹和耐受高波纹电流所需要的。
背景技术
旨在解决这些问题的先有技术装置基于双级变换和/或使用前向型变换器(推挽，半桥等)。
JP 62209875公开了一种发光二极管驱动电路，它适合于防止浪涌电流在漏极中产生，这是由于通过将电感连接在与源极连接的齐纳二极管和源极的电源之间而把功率加到源极的缘故。与电感两端并联的二极管在电源开关断开时可以相反防止浪涌电压的产生。
在申请人看来，JP 62209875解决了本申请防止浪涌电流的相同技术问题，但使用了完全不同的技术解决方案并有完全不同的技术内容。
所以需要有适合于有效克服上述缺点的简单而廉价的装置。
发明内容
本发明的目的是恰当地满足所述要求。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于向至少一个LED提供恒流的装置，所述装置包括具有输出端子和跨接在所述输出端子两端上的输出电容器的电流源，其特征在于：它包括输出电感器，所述输出电感器与所述输出电容器相关联，从而所述电流经过所述电感器提供给所述至少一个LED。
优选的是，所述输出电容器和所述输出电感器形成用于可能与提供给所述至少一个LED的所述电流相关联的波纹的CL滤波级。
优选的是，该装置包括与所述输出电感器并联的电阻器。
优选的是，所述输出电容器具有在微法范围内的电容值。
优选的是，所述输出电容器是陶瓷电容器。
优选的是，所述输出电容器是表面安装器件电容器。
优选的是，所述输出电容器是引脚通孔陶瓷电容器。
优选的是，所述输出电感器具有在数百微亨范围内的电感值。
优选的是，所述电阻器具有在数十欧姆范围内的电阻值。
简言之，本发明目前的优选实施例使用额外的输出电感器与电源输出端的电阻并联。因此，通过包括电源的输出电容器和所加的电感器的CL级来滤除所述波纹。因此，可以选择具有微法(μF)范围(例如1微法到几微法)而不是数百微法范围(即一百到数百微法)电容值的电容器。输出电容器的小数值允许有大的带宽并使得有可能实现快速阶跃响应和设计良好的PWM减光单元。
附图说明
现结合附图仅以示例方式来说明本发明，附图中：
图1为本说明装置基本原理的示意图；
图2是本说明装置的优选实施例的更详细的表示；
图3到5为三个比较时间图，突出了使用本发明装置的优点。
具体实施方式
在图1的示意图中，标号1概括地表示用于将恒流加到一个或多个LED上(图1中未示出)的电源。这里，电源1表示为包括恒流发生器2，恒流发生器2与跨接在发生器2输出端两端的输出电容器3相关联。如果输出端没有负载，则所述恒流电源的输出电压通常会达到电路所允许的最大值(例如受标准尺寸或受电路拓扑所限)。
如果将低阻抗负载例如LED或一组LED在它们激励后直接连接到电源的输出端(即”带电”或”热交换”连接)，则高电流浪涌就会在LED中流过。
图1所示的装置利用位于电源1输出端(最好与电阻器5并联-见图2)的额外输出电感器4有效地解决了所述负面效应。具体地说，以这样的方式设置电感器4(其电感值通常在数百微亨范围)，即，使电源电流流过电感器4，即发生器2所产生的电流流经电感器4。换句话说，在图2所示的装置中，输出电感器4与输出电容器3相关联，以便经由电感器4向LED提供电流。
可能与流通的(present on)电源电流关联的波纹由包括电源输出电容器3和附加电感器4的CL级滤波。这样，可以选择具有大约1微法到几微法(而不是数百微法的当前数值)电容值的电容器3。输出电容器3的小数值允许有大的带宽并有可能实现快速阶跃响应和设计良好的PWM减光单元。
图1(和图2)所示装置在上述情况下有效地解决了限制电流浪涌发生的问题。此外，所述装置还解决了与恒流LED电源有关的其它两个典型问题，即：
-利用不同的输入电压和连接在电源输出端的不同数量的LED，可以获得良好的动态响应；以及
-在电源输出端不需要具有高容量平滑电解电容器。
更详细地说，图2示出图1的发生器2实际上包括变压器2a，其次级绕组向桥式整流器2b馈电，同时，电容器3跨接在桥式整流器2b的输出端两端。这样，就可以在恒流电源的输出端使用具有小电容值(1微法或几微法)的C-L级，以便可以使用陶瓷SMD(表面安装器件)或PTH(引脚通孔(Pin Through Hole))电容器。
在先有技术装置中，必需对输出电容加以选择，以便：
-保证所需的LED电流波纹(低于既定阈值的波纹)，以及
-耐受与功率级有关的波纹电流。
例如，在传统回扫功率级中上述后一点是主要的因素。为了满足这个要求，电容器通常必需选择为能够支持高波纹电流。为此，目前使用的是电容值为数百微法的笨重且昂贵的电解电容器。
在本发明的装置中，小陶瓷电容器用来满足这两个要求。
首先，输出电感器4用作平滑滤波器，这样，即使在使用小电容器进行波纹滤波时也可获得小的波纹电流。此外，陶瓷电容器可以耐受高波纹电流，而且有低电容值。
所以，本发明的装置允许使用小输出电容器3，而同时获得小的输出电流波纹，因为输出电感4限制了电流的波动。
同时小陶瓷电容器能很好地耐受甚至非常高的波纹电流。
输出电容器3和电感4的示范数值分别为数微法(μF)和数百微亨(μH)。
图2的装置是对图1装置的改进，其中将平滑电阻5与输出电感4并联。电阻5(典型值可以为33欧姆，即数十欧姆)的范围将消除LC输出级所产生的振荡。
图3到5的示意图示出典型的电流脉冲随时间(横坐标，单位为ms)的变化过程，电流脉冲是在将LED模块带电连接到限于25V开路电压的恒流电源(PS)时在恒流电源的输出端测量的。图3到5的所有图的纵坐标都以安(A)为单位。所有三个图适用于其中DC发生器2是0.35A发生器的电路装置。
具体地说，图3适用于传统恒流电源(没有电感器4，电容器的电容值为100μF)。
图4适用于配备有电感值为330μH的电感器4和电容值为1μF的电容器3的恒流电源。
最后，图5适用于以下恒流电源，即，它配备有：电感值为330μH的电感器4；与电感器4并联的33欧姆的平滑电阻；以及电容值为1μF的电容器3。
上述装置也改进了电源的动态性能。这是因为恒流发生器和LED(具有关联的”动态”电阻Rd)之间的小输出电容值减少了反馈链路中的时延。
而且，小输出电容值将CCM(连续传导模式)回扫拓扑的RHP零(右半平面零)推到非常高的频率值，于是有利于环路稳定。更一般地说，上述装置导致反馈环路网络的简化，在不同负载和线路条件下可以获得良好的瞬态响应。
本专业的技术人员立即就能理解，本发明也适用于所有开关模式的电源拓扑，并且也适用于低频传统变压器。
所以，在不损害本发明的基本原理的条件下，可以就仅为举例而说明和图示的一些细节和实施例进行修改，也可以是重大修改，而不偏离所附权利要求书所定义的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于向至少一个LED提供恒流的装置，所述装置包括具有输出端子和跨接在所述输出端子两端上的输出电容器(3)的电流源(2；2a；2b)，其特征在于：它包括输出电感器(4)，所述输出电感器(4)与所述输出电容器(3)相关联，从而所述电流经过所述电感器(4)提供给所述至少一个LED。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述输出电容器(3)和所述输出电感器(4)形成用于与提供给所述至少一个LED的所述电流相关联的波纹的CL滤波级。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：它包括与所述输出电感器(4)并联的电阻器(5)。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述输出电容器(3)具有在微法范围内的电容值。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述输出电容器(3)是陶瓷电容器。
6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述输出电容器(3)是表面安装器件电容器。
7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述输出电容器(3)是引脚通孔陶瓷电容器。
8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述输出电感器(4)具有在数百微亨范围内的电感值。
9.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述电阻器(5)具有在数十欧姆范围内的电阻值。
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