TW201448663A - Led驅動裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種控制LED的裝置及方法，本發明的目的是提出一種控制LED的裝置及方法，以便能夠以無閃爍及可調光的方式控制LED燈，以及降低必要的線路消耗。為達到本發明的目的，本發明提出的裝置的特徵是，LED驅動具有一個主動阻尼單元，其作用是為LED驅動器內額外的電流提供一個額外且可控制的路徑。為達到本發明的目的，本發明提出的方法的特徵是為LED驅動器內的額外電流提供一個路徑，其中額外電流是在相位切割調光器內出現切換邊緣後被接通一段固定的時間，由於這會提高LED驅動器內的電流量，因此可以防止相位切割調光器內的一個開關(三端雙相可控矽開關元件)被切斷。

Description

LED驅動裝置及方法

本發明涉及一種控制LED的裝置，此種裝置包括一個相位切割調光器、一個電子變壓器、以及一個LED驅動器，其中LED驅動器與LED連接，以執行控制工作。

本發明還涉及一種控制LED的方法，這種方法是利用相位切割調光器及電子變壓器產生一個控制LED用的相位切割電壓。

本發明是利用由低電壓鹵素燈(尤其是具有相位切割調光作用的鹵素燈)的電子變壓器產生的電壓控制LED。例如菲利浦公司生產的一種名為“Master LED Spot LV”的可調光的LED聚光燈就是一種為控制LED提出的先前技術。

低電壓鹵素燈常用的電子變壓器需要一個最低負載才能夠順利的運轉。尤其是在以調光器運轉的情況下，尤其是在相位切割的邊緣之後，立即需要一個夠大的輸出負載，以防止調光器內的三端雙相可控矽開關元件(Trtiac)熄滅。

省電LED燈的電流需求量不夠高，因此需要額外的線路消耗，以達到具有夠大的輸出負載的條件。

本發明的目的是提出一種控制LED的裝置及方法，以便能夠以無閃爍及可調光的方式控制LED燈，以及降低必要的線路消耗。

為達到上述目的，本發明提出的如本文開頭提及的控制LED的裝置的特徵是，LED驅動具有一個主動阻尼單元，其作用是為LED驅動器內額外的電流提供一個額外且可控制的路徑。

根據本發明，在出現切換邊緣(例如在相位切割調光器內的三端雙相可控矽開關元件)後，LED驅動器的耗電量會在短時間內動態提高。這個現象是發生在LED驅動器內一個可控制的額外電流路徑。這可以防止調光器內的三端雙相可控矽開關元件熄滅。

根據本發明的一種實施方式，主動阻尼單元是一個半導體開關，而且這個半導體開關與第一控制單元連接，以執行控制工作。

本發明的阻尼單元(也稱為“緩衝器”)可以是一個半導體開關，例如電晶體。可以透過第一控制單元控制這個半導體開關。也可以使用半導體開關與其它被動元件(例如電阻)的組合。

根據本發明的另一種實施方式，LED驅動器具有一個第二控制單元及一個與第二控制單元連接的開關電源部件，其中透過第二控制單元可以動態提高開關電源部件內的電流。

根據本發明的另一種實施方式，LED驅動器還具有一個第二控制單元及一個開關電源部件。第二控制單元能夠產生開關電源部件的控制信號。這樣可以另外接通一個電流路徑，或是不受這個電流路徑的影響，動態提高開關電源部件內的電流。這個措施可以進一步提高裝置的功能穩定性。

為達到本發明的目的，本發明提出的如本文開頭提及的控制LED的方法的特徵是為LED驅動器內的額外電流提供一個路徑，其中額外電流是在相位切割調光器內出現切換邊緣後被接通一段固定的時間，由於這會提高LED驅動器內的電流量，因此可以防止相位切割電壓的電壓變化曲線發生中斷。

在相位切割調光器內出現切割邊緣後，為LED驅動器內的額外電流接通一個路徑，其中接通此路徑並不會改變調光器內三端雙相可控矽開關元件的開關狀態，而且不會超出規定的極限值(例如最大電流). 根據本發明的一種有利的實施方式，短期在LED驅動器內接通額外電流的固定的時間最長為100μs。但本發明並未對這段時間長度有任何限制。

1．．．相位切割調光器

2．．．電子變壓器

3．．．LED驅動器

4．．．主動阻尼單元

5．．．第一控制單元

6．．．第二控制單元

7．．．開關電源部件

以下將配合圖式及一個實施例對本發明的內容做進一步的說明。其中：

第1圖：一個具有相位切割控制功能之LED控制裝置運轉時的電壓-時間變化曲線圖。

第2圖：一個相位切割調光器的線路框圖，此相位切割調光器具有一個電子變壓器及一個配備本發明之主動緩衝器及動態電流控制功能的LED驅動器。

第3圖：在電流-曲線圖中發生相位切割時，對切換邊緣產生動態反應的LED驅動器的輸入電流變化曲線。

本發明提出之控制LED的方法建議：

1. 利用主動“緩衝器”實現一個短時間的高負載電流，及/或

2. 動態提高LED驅動器之開關電源部件內的峰值電流，同時亦實現一較高的負載電流，但透過轉換器的電感限制電流的上升速度。

這兩個措施均可單獨使用或較佳是共同使用。

本發明的優點是可以從適用於在相位切割調光器上運轉的電子變壓器，以無閃爍且可調光的方式控制單一的LED燈。

如第1圖所示，當三端雙相可控矽開關元件被接通，調光器內的電源濾波器會產生一個諧振，這會導致電子變壓器上的電壓瞬間過高。這個過電壓會被整流，並使變壓器不會接受來自電源的電流，直到直流電壓下降到低於電源電壓的瞬間值的程度為止。這個過程必須快速完成，以防止三端雙相可控矽開關元件被切斷。因此變壓器輸出端的負載電流必須夠大。本發明可以防止三端雙相可控矽開關元件被切斷，以及防止所產生的相位切割電壓出現不利的變化曲線，以控制LED。

第1圖中的點線顯示一個輸入電壓或電源電壓的正弦形變化曲線。第1圖亦在每一個半波顯示一個相位切割，也就是一個三端雙相可控矽開關元件在相位切割調光器1內被接通時的時間點。

此外，第1圖中的虛線代表在電子變壓器2內，一個經整流產生的脈動的直流電壓的變化曲線。

以下接著描述第2圖中的裝置，其中第2圖僅顯示本發明之裝置的一個實施例的重要組成部分。以三端雙相可控矽開關元件作為開關的相位切割調光器1具有一個由電感及電容器構成的電源濾波器。當三端雙相可控矽開關元件被接通時，濾波器會產生一個與第1圖中位於輸入端的電源電壓疊加的諧振。在此一負載下會產生一相應的過電壓。

鹵素燈的電子變壓器2(“e-Trafos”)經過整流將接通的電源電壓轉換成脈動的直流電壓，在大多數情況下，諧振轉換器的饋電均來自此直流電壓。第1圖中有顯示一個這樣的脈動的直流電壓。輸入端的過電壓在第2圖的整流器後方產生的電壓高於瞬間電源電壓，因此在濾波器諧振消退後，電子變壓器2的電容器首先必須被放電至低於此瞬間電壓的程度，然後才能再接受來自電源的電流。這個過程必須很快的完成，以防止三端雙相可控矽開關元件熄滅。因此電子變壓器2在輸出端的負載必須夠大。

省電LED燈的電流需求量不夠高。為了解決這個問題，本發明建議在三端雙相可控矽開關元件的切換邊緣及電子變壓器處的二次電壓相應的升高之後，短時間動態提高電流消耗量。

一種有利的方式是提高為LED供電之轉換器的電流量，但由於電流量的升高受限於轉換器的電感，因此電流量升高的速度可能會不夠快。因此本發明的主動阻尼單元4(“主動緩衝器”)為電流提供一個額外的路徑。主動阻尼單元4是一種半導體，必要時亦可短時間合併使用其他被動元件(例如電阻及電容器)，以提高供應電流。

原則上緩衝器也可以完全由被動元件(例如常見的由電阻-電容器-二極體構成的R-C-d組合)組成，但是這樣做需要使用電容器，因此會佔用很大的空間。尤其是基於使用壽命的考量，應放棄使用電解電容器，但這樣做所需的空間會超過可供使用的構造空間(例如GU5.3燈的燈座)。因此以半導體元件作為主動阻尼單元4是一種很有利的方式。

另外一種有利的方式是，透過對轉換器的動態控制，以便隨時間提高轉換器的耗電量及限制耗電量提高的程度。

基本上緩衝器也可以在必要的時間內單獨實現所需的負載電流，但是這樣做會提高損耗功率，而動態控制轉換器則可以將其轉換成LED所需的相應的電流。

第3圖顯示在相位切割時，對切換邊緣產生動態反應的LED驅動器3的輸入電流變化曲線的一個例子。

第3圖中的虛線代表額外使用的緩衝器電流。第3圖中的點線代表受電感限制的轉換器電流的隨時間變化的變化曲線。第3圖中的黑色實線代表二者相加產生的總電流。

根據本發明的一種實施方式，動態提高電流的時間區間為100μs。

1．．．相位切割調光器

2．．．電子變壓器

3．．．LED驅動器

4．．．主動阻尼單元

5．．．第一控制單元

6．．．第二控制單元

7．．．開關電源部件

Claims (5)

1. 控制LED的裝置，包括一個相位切割調光器、一個電子變壓器、以及一個LED驅動器，其中LED驅動器與LED連接，以執行控制工作，其特徵為：LED驅動器具有一個主動阻尼單元，其作用是為LED驅動器內額外的電流提供一個額外且可控制的路徑。
2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其特徵為：主動阻尼單元是一個半導體開關，而且這個半導體開關與第一控制單元連接，以執行控制工作。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項的裝置，其特徵為：LED驅動器具有一個第二控制單元及一個與第二控制單元連接的開關電源部件，其中透過第二控制單元可以動態提高開關電源部件內的電流。
4. 一種控制LED的方法，透過一個相位切割調光器及一個電子變壓器產生一個控制LED的相位切割電壓，其特徵為：為LED驅動器內的額外電流提供一個路徑，其中額電流是在相位切割調光器內出現切換邊緣後被接通一段固定的時間，由於這會提高LED驅動器內的電流量，因此可以防止相位切割電壓的電壓變化曲線發生中斷。
5. 如申請專利範圍第4項的方法，其特徵為：短期在LED驅動器內接通額外電流的固定的時間最長為100μs。