CN202958017U - 驱动器和包括该驱动器的照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于发光模块（2）的驱动器（100）和一种包括该驱动器的LED照明装置，所述驱动器的特征在于，包括输入端连接电源（Q）的一级DC-DC转换模块（1）和二级DC-DC转换模块（3），一级DC-DC转换模块（1）包括第一转换单元（11）和第二转换单元（12），其中第一转换单元（11）作为第一供给单元（Q1）向发光模块（2）提供第一驱动信号（S1），第二转换单元（12）和二级DC-DC转换模块（3）连接并作为第二供给单元（Q2）向发光模块（2）提供第二驱动信号（S2），第一驱动信号（S1）包括第一直流分量和第一纹波分量，第二驱动信号（S2）包括第二直流分量和第二纹波分量，所述第一纹波分量和第二纹波分量至少部分地抵消。

Description

驱动器和包括该驱动器的照明装置

技术领域

本实用新型涉及一种驱动器和一种包括该驱动器的照明装置。

背景技术

在现有的驱动器中，通常使用AC-DC变换器将来自电源、例如电网的交流电转换为可以提供给用电器的直流电。但是在该转换过程中会不可避免的产生总谐波失真（THD）。因此需要为这种近似直流的电流或电压信号进一步设置DC-DC变换器转换，由此可以提供输出给用电器的电流或电压精度。但是DC-DC变换器要实现功率因数校正功能，这会导致其输出的电流或电压有明显工频振幅。

在现有技术中，也可以直接应用反激功率因数矫正电路给LED供电，但是由此施加在LED上的电流并不是所期望的直流，由此会造成频闪。

在现有的驱动器中，通常使用AC-DC变换器将来自电源、例如电网的交流电转换为可以提供给用电器的直流电。但是在该转换过程中为了实现功率因素矫正功能和抑制总谐波失真（THD）功能，导致其输出的电流或电压有明显工频振幅，无法满足用电器上电流或电压精度。因此需要为这种近似直流的电流或电压信号（包含工频振幅）进一步设置DC-DC变换器转换，由此可以提供输出给用电器的电流或电压精度。但是来自电源的电压或电流需要依次经过上述两个变换器才能传输给用电器、例如光源，因此基于变换器较高的额定电压，会导致整个驱动器的效率降低，系统成本增加。例如两级单元的效率分别为eff1和eff2，该驱动器的效率仅仅为eff1*eff2。在此情况下，这种具有两个变换器的驱动器的效率低于仅仅具有一个变换器的驱动器。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种新型的驱动器。该驱动器具有结构简单、输出精度高、效率高的优点。

据本实用新型提出一种用于发光模块的驱动器，其特征在于，包括输入端连接电源的一级DC-DC转换模块和二级DC-DC转换模块，所述一级DC-DC转换模块包括第一转换单元和第二转换单元，其中所述第一转换单元作为第一供给单元向所述发光模块提供第一驱动信号，所述第二转换单元和所述二级DC-DC转换模块连接并作为第二供给单元向所述发光模块提供第二驱动信号，所述第一驱动信号包括第一直流分量和第一纹波分量，所述第二驱动信号包括第二直流分量和第二纹波分量，所述第一纹波分量和第二纹波分量至少部分地抵消。通过将一级DC-DC转换模块部分地和二级DC-DC转换模块连接，可以减小驱动器的功率损耗，并且同时经过二级DC-DC转换模块对一级DC-DC转换模块的输出信号的相位产生影响，还可以进一步地减小驱动器提供给发光模块的总驱动信号的总纹波分量。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述第一供给单元和所述第二供给单元串联地向所述发光模块提供总驱动信号，其中所述总驱动信号为所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的矢量和。可以简单地视为串联电源的第一和第二供给单元所提供的总驱动信号的总直流分量为第一直流分量和第二直流分量之和，其总纹波分量相应地由第一纹波分量和第二纹波分量叠加而成。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号之间的相位差在大于零并且小于180°的范围中。只要在第一和第二驱动信号之间存在适合的相位差，就可以将第一和第二纹波分量至少部分地相互抵消。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述第一直流分量大于所述第二直流分量。这种设计可以确保第一转换单元向发光模块提供总驱动信号的多数份额，而第二转换单元仅仅向发光模块提供总驱动信号的少量份额。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号之间的相位差为180°。第一和第二驱动信号之间的相位差也可以是180°的奇数倍。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述第一纹波分量和所述第二纹波分量的振幅大小相等并且方向相反。由此可以确保第一驱动信号中的第一纹波分量可以完全被第二驱动信号中的第二纹波分量抵消。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述第一转换单元和第二转换单元分别包括第一变压器和第二变压器，所述第一和第二变压器具有共同的初级绕组，所述第一变压器的第一次级绕组的输出大于所述第二变压器的第二次级绕组的输出。由此可以实现第一直流分量大于第二直流分量。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述第一转换单元还包括第一二极管和第一电容器，其中所述第一二极管的正极连接所述第一次级绕组的一端，所述第一二极管的负极连接所述发光模块，所述第一电容器连接在所述第一二极管的负极和所述第一次级绕组的另一端之间。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述第二转换单元还包括第二二极管和第二电容器，其中所述第二二极管的正极连接所述第二次级绕组的一端，所述第二二极管的负极连接所述二级DC-DC转换模块的输入端，所述第二电容器连接在所述第二二极管的负极和所述第二次级绕组的另一端之间。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述第二转换单元还包括连接在所述二级DC-DC转换模块的输出端和所述第二变压器的第二次级绕组的所述另一端之间的第三电容器。借助于第三电容器可以消除通过二级DC-DC转换模块向发光模块提供的第二驱动信号的噪声部分。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述驱动器还包括初级控制器和开关件，所述初级控制器向所述开关件提供第一控制信号。由此可以控制一级DC-DC转换模块的转换情况，以向发光模块提供驱动信号。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述开关件是晶体管，所述晶体管的控制电极接收来自所述初级控制器的所述第一控制信号，所述晶体管的参考电极和工作电极分别连接至所述电源和所述初级绕组。通过向晶体管的控制电极提供第一控制信号，可以控制连接在初级绕组和电源之间的晶体管的导通情况，由此控制电源是否向初级绕组供电。

在根据本实用新型的另一个优选的设计中，所述初级控制器包括连接所述控制电极的控制回路和从第一供给单元获取检测信号的检测回路，所述控制回路带有光敏器件并且所述检测回路带有发光器件，所述光敏器件和所述发光器件构成光耦合器。当发光器件根据检测信号向光敏器件提供光信号的时候，控制回路闭合，当发光器件根据检测信号不向光敏器件提供光信号的时候，控制回路断开，由此可以使初级控制器控制开关件的通断情况。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述检测回路的一端连接在所述第一供给单元和所述发光模块之间，所述检测回路的另一端连接在所述第一供给单元和所述第二供给单元之间，所述第一驱动信号作为所述检测回路的检测信号影响所述发光器件的工作状态。检测回路检测第一供给单元提供给发光模块的输出电流或输出电压，由此来影响一级DC-DC转换模块的转换情况。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述第二供给单元还包括比较单元，所述比较单元将根据从所述发光模块获取的采样信号和参考信号比较得出的第二控制信号提供给所述二级DC-DC转换模块。由此可以借助于调整参考信号来对二级DC-DC转换模块的工作情况进行调节，并且进而调节第二供给单元的输出。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述发光模块经过第一电阻和所述第二供给单元连接，所述比较单元的获取所述采样信号的一端连接在所述发光模块和所述第一电阻之间。

在根据本实用新型的一个优选的设计中，所述二级DC-DC转换模块为升压电路或降压电路。可以根据实际输出需要来选择适合的电路构成该二级DC-DC转换模块。

此外本实用新型还涉及一种LED照明装置，包括多个LED光源组成的发光模块，其特征在于，还包括上述驱动器。这种LED照明装置具有高效率的特点，并且其中基本避免出现频闪。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本实用新型提供进一步的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本实用新型。这些附图图解了本实用新型的实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1示出了根据本实用新型的LED照明装置200的示意性框图；

图2示出了图1中根据本实用新型的LED照明装置200的驱动器100的第一实施例的电路图；

图3示出了图2中第一驱动信号和第二驱动信号的波形比对图；

图4示出了图2中提供给发光模块的总驱动信号的波形图。

具体实施方式

在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出了可以实施本实用新型的具体实施例。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在不背离本实用新型的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本实用新型由所附的权利要求限定。

应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。

图1示出了根据本实用新型的LED照明装置200的示意性框图。LED照明装置200包括以LED为光源的发光模块2和用于该发光模块2的驱动器100。驱动器100的输入端可以从电源Q获取直流电压或电流，并且经过通过以串联的形式连接在一起的第一供给单元Q1和第二供给单元Q2为发光模块2提供驱动信号。

为了提高驱动器的输出精度并且降低输出损耗，在根据本实用新型的驱动器中设置有一级DC-DC转换模块1和二级DC-DC转换模块3，其中一级DC-DC转换模块1并不是完全和二级DC-DC转换模块3连接，而是仅仅部分地和二级DC-DC转换模块3连接在一起。如图1中所示，一级DC-DC转换模块1包括第一转换单元11和第二转换单元12，其中第一转换单元11自身作为第一供给单元Q1独立地向发光模块2提供第一驱动信号S1。第二转换单元12和后置的二级DC-DC转换模块3连接在一起共同作为第二供给单元Q2，该第二供给单元Q2向发光模块2提供第二驱动信号S2。也就是说，发光模块2从串联的第一供给单元Q1和第二供给单元Q2获得的总驱动信号为第一驱动信号S1和第二驱动信号S2的矢量和。

经过各级DC-DC转换模块转换的信号、例如电流或电压包括直流分量和不可避免的纹波分量，因此当第一驱动信号S1的第一纹波分量和第二驱动信号S2的第二纹波分量至少部分地抵消时，发光模块2获得的总驱动信号的总纹波分量会相对减小，而总驱动信号的总直流分量为第一驱动信号S1的第一直流分量和第二驱动信号S2的第二直流分量之和。当第一纹波分量和第二纹波分量之间的相位差在零和180°之间时，第一纹波分量可以和第二纹波分量至少部分地抵消。由此通过调节第一纹波分量和第二纹波分量的相位差来尽可能减小提供给发光模块2的总驱动信号的总纹波分量，由此可以提高驱动器100的输出精度。概括地说，第二DC-DC转换模块3在第二供给单元Q2中主要使第二驱动信号S2的相位相对于第一驱动信号S1偏移。

此外，为了提高驱动器100的输出效率，特别地将具有高输出量（例如输出电流或输出电压）的第一转换单元11直接连接发光模块2，而将具有低输出量的第二转换单元12和二级DC-DC转换模块3连接，由此可以确保第一驱动信号S1的第一直流分量大于第二驱动信号S2的第二直流分量。作为主驱动信号的第一驱动信号S1仅仅经过一次DC-DC转换，因此可以尽可能地减少在驱动器内部的转换过程中产生的功率损耗。

结合图2示出的驱动器100的第一实施例的电路图可以看出，第一转换单元11和第二转换单元12分别包括第一变压器T1和第二变压器T2，第一和第二变压器T1，T2具有共同的初级绕组P1，第一变压器T1的第一次级绕组N1的绕组匝数大于第二变压器T2的第二次级绕组N2，由此可以确保第一变压器T1的输出电流或电压大于第二变压器T2的输出电流或电压。

第一转换单元11还包括第一二极管D1和第一电容器C1，其中第一二极管D1的正极连接第一次级绕组N1的一端，第一二极管D1的负极连接发光模块2，第一电容器C1连接在第一二极管D1的负极和第一次级绕组N1的另一端之间。通过第一电容器C1可以减小第一转换单元11输出的第一驱动信号S1的噪声，通过第一二极管D1可以防止第一电容器C1在第一变压器T1处于非工作状态时放电。

类似于第一转换单元11，第二转换单元12也包括第二二极管D2和第二电容器C2，其中第二二极管D2的正极连接第二次级绕组N2的一端，第二二极管D2的负极连接二级DC-DC转换模块3的输入端，第二电容器C2连接在所述第二二极管D2的负极和第二次级绕组N2的另一端之间。由第二变压器T2输出的电流或电压需要再次经过二级DC-DC转换模块3进行二次转换，在该二次转换过程中，通过二级DC-DC转换模块3会再次影响输出的电流或电压，例如使其延迟一定的相位角。

为了进一步消除第二驱动信号S2的噪声，在二级DC-DC转换模块3的输出端和第二次级绕组N2的另一端之间还设置有第三电容器C3。

根据经过两级DC-DC转换的驱动器的工作原理，驱动器100还包括初级控制器5和串联在电源Q和初级绕组P1之间的开关件6，初级控制器5向所述开关件6提供断开或导通开关件6的第一控制信号S4。开关件6在本实施例中是晶体管，其控制电极接收来自初级控制器5的第一控制信号S4，其参考电极和工作电极分别连接至电源Q和初级绕组P1。开关件6的导通情况直接影响第一和第二变压器T1，T2的初级绕组P1和电源Q之间的连接情况。

控制晶体管导通情况的初级控制器5包括连接晶体管的控制电极的控制回路51和从第一供给单元Q1获取检测信号的检测回路52，控制回路51带有光敏器件511并且检测回路52带有发光器件521，所述光敏器件511和发光器件521构成光耦合器OT1。检测回路52的一端Vb连接在第一供给单元Q1和发光模块2之间，其另一端HVGnb连接在第一供给单元Q1和第二供给单元Q2之间，第一驱动信号S1作为检测回路52的检测信号影响发光器件521的工作状态。

用于进行第二次DC-DC转换的二级DC-DC转换模块3还连接有比较单元4，比较单元4将根据从第一电阻R1上获取的采样信号S3和参考信号Sref比较得出第二控制信号S5提供给二级DC-DC转换模块3，二级DC-DC转换模块3根据第二控制信号S5来调节自身的工作状态，例如调节第二驱动信号S2的相位角。

在该实施例中，二级DC-DC转换模块3可以根据需要被设计为升压电路或降压电路。此外，发光模块2可以是如图中所示的一个LED光源，也可以是多个串联的LED光源。

图3示出了图2中第一驱动信号和第二驱动信号的波形比对图。上方的波形表示第二驱动信号S2，下方的波形表示第一驱动信号S1。由图中可以看出，在频率为100Hz的情况下，第一驱动信号S1的第一直流分量为40V，纹波峰峰值为4V，而第二驱动信号S2的第二直流分量仅为5V，纹波峰峰值为4V。第一和第二驱动信号S1和S2的相位差为180°，纹波峰峰值相等，因此第一和第二驱动信号S1和S2的第一和第二纹波分量在此情况下可以完全抵消。

结合图4可以对图3进一步理解。图中示出的用于发光模块的总驱动信号的波形基本为直线。其中上图表示的是发光模块2的电流，下图表示的是发光模块2的电压。在高频情况下，发光模块2的总电流例如为387mA，其纹波峰峰值最大仅为14mA。发光模块2的总电压为44.9V，其略小于图3中示出的第一和第二驱动信号S1和S2的第一和第二直流分量之和45V，该总电压的纹波峰峰值仅为0.12V。

另外，尽管仅相对于多种实施方式中的一种公开了本实用新型的实施例的特定特征或方面，但是如任何给定或特定应用所要求的，这些特征或方面可以与其它实施方式的一个或多个其它特征或方面进行结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

参考标号

1   一级DC-DC转换模块

11  第一转换单元

12  第二转换单元

2   发光模块

3   二级DC-DC转换模块

4   比较单元

5   初级控制器

51  控制回路

511 光敏器件

52  检测回路

521 发光器件

6   开关件

100 驱动器

200 LED照明装置

C1  第一电容器

C2  第二电容器

C3  第三电容器

D1  第一二极管

D2  第二二极管

N1  第一次级绕组

N2  第二次级绕组

P1  初级绕组

OT1 光耦合器

Q   电源

Q1  第一供给单元

Q2  第二供给单元

R1  第一电阻

S1  第一驱动信号

S2  第二驱动信号

S3  采样信号

S4  第一控制信号

S5  第二控制信号

Sref 参考信号

T1  第一变压器

T2  第二变压器

Vb  检测回路的一端

HVGnd 检测回路的另一端。

Claims (18)

1.一种用于发光模块（2）的驱动器（100），其特征在于，包括输入端连接电源（Q）的一级DC-DC转换模块（1）和二级DC-DC转换模块（3），所述一级DC-DC转换模块（1）包括第一转换单元（11）和第二转换单元（12），其中所述第一转换单元（11）作为第一供给单元（Q1）向所述发光模块（2）提供第一驱动信号（S1），所述第二转换单元（12）和所述二级DC-DC转换模块（3）连接并作为第二供给单元（Q2）向所述发光模块（2）提供第二驱动信号（S2），所述第一驱动信号（S1）包括第一直流分量和第一纹波分量，所述第二驱动信号（S2）包括第二直流分量和第二纹波分量，所述第一纹波分量和第二纹波分量至少部分地抵消。

2.根据权利要求1所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一供给单元（Q1）和所述第二供给单元（Q2）串联地向所述发光模块（2）提供总驱动信号，其中所述总驱动信号为所述第一驱动信号（S1）和所述第二驱动信号（S2）的矢量和。

3.根据权利要求2所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一驱动信号（S1）和所述第二驱动信号（S2）之间的相位差在大于零并且小于180°的范围中。

4.根据权利要求3所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一直流分量大于所述第二直流分量。

5.根据权利要求3所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一驱动信号（S1）和所述第二驱动信号（S2）之间的相位差为180°。

6.根据权利要求5所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一纹波分量和所述第二纹波分量的振幅大小相等并且方向相反。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一转换单元（11）和第二转换单元（12）分别包括第一变压器（T1）和第二变压器（T2），所述第一和第二变压器（T1，T2）具有共同的初级绕组（P1），所述第一变压器（T1）的第一次级绕组（N1）的输出大于所述第二变压器（T2）的第二次级绕组（N2）的输出。

8.根据权利要求7所述的驱动器（100），其特征在于，所述第一转换单元（11）还包括第一二极管（D1）和第一电容器（C1），其中所述第一二极管（D1）的正极连接所述第一次级绕组（N1）的一端，所述第一二极管（D1）的负极连接所述发光模块（2），所述第一电容器（C1）连接在所述第一二极管（D1）的负极和所述第一次级绕组（N1）的另一端之间。

9.根据权利要求7所述的驱动器（100），其特征在于，所述第二转换单元（12）还包括第二二极管（D2）和第二电容器（C2），其中所述第二二极管（D2）的正极连接所述第二次级绕组（N2）的一端，所述第二二极管（D2）的负极连接所述二级DC-DC转换模块（3）的输入端，所述第二电容器（C2）连接在所述第二二极管（D2）的所述负极和所述第二次级绕组（N2）的另一端之间。

10.根据权利要求9所述的驱动器（100），其特征在于，所述第二转换单元（12）还包括连接在所述二级DC-DC转换模块（3）的输出端和所述第二变压器（T2）的所述第二次级绕组（N2）的所述另一端之间的第三电容器（C3）。

11.根据权利要求7所述的驱动器（100），其特征在于，所述驱动器（100）还包括初级控制器（5）和开关件（6），所述初级控制器（5）向所述开关件（6）提供所述第一控制信号（S4）。

12.根据权利要求11所述的驱动器（100），其特征在于，所述开关件（6）是晶体管，所述晶体管的控制电极接收来自所述初级控制器（5）的所述第一控制信号（S4），所述晶体管的参考电极和工作电极分别连接至所述电源（Q）和所述初级绕组（P1）。

13.根据权利要求12所述的驱动器（100），其特征在于，所述初级控制器（5）包括连接所述控制电极的控制回路（51）和从所述第一供给单元（Q1）获取检测信号的检测回路（52），所述控制回路（51）带有光敏器件（511）并且所述检测回路（52）带有发光器件（521），所述光敏器件（511）和所述发光器件（521）构成光耦合器（OT1）。

14.根据权利要求13所述的驱动器（100），其特征在于，所述检测回路（52）的一端（Vb）连接在所述第一供给单元（Q1）和所述发光模块（2）之间，所述检测回路（52）的另一端（HVGnd）连接在所述第一供给单元（Q1）和所述第二供给单元（Q2）之间，所述第一驱动信号（S1）作为所述检测回路（52）的所述检测信号影响所述发光器件（521）的工作状态。

15.根据权利要求1-6中任一项所述的驱动器（100），其特征在于，所述第二供给单元（Q2）还包括比较单元（4），所述比较单元（4）将根据从所述发光模块（2）获取的采样信号（S3）和参考信号（Sref）比较得出的第二控制信号（S5）提供给所述二级DC-DC转换模块（3）。

16.根据权利要求15所述的驱动器（100），其特征在于，所述发光模块（2）经过第一电阻（R1）和所述第二供给单元（Q2）连接，所述比较单元（31）的获取所述采样信号（S3）的一端连接在所述发光模块（2）和所述第一电阻（R1）之间。

17.根据权利要求1-6中任一项所述的驱动器（100），其特征在于，所述二级DC-DC转换模块（3）为升压电路或降压电路。

18.一种LED照明装置（200），包括多个LED光源组成的发光模块（2），其特征在于，还包括根据权利要求1-17中任一项所述的驱动器（100）。

Images