專利名稱：用于驅(qū)動光源的電路、相關(guān)照明系統(tǒng)和驅(qū)動光源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于驅(qū)動光源的電路。本說明書是在特別關(guān)注在針對包括至少一個LED的光源的電子變換器上的可能的應(yīng)用的情況下構(gòu)思出的。
背景技術(shù)：
針對包括例如至少一個LED (發(fā)光二極管)的光源的電子變換器通常提供輸出直流電。例如，這種電流可以是穩(wěn)定的或隨時間變化的以調(diào)節(jié)由光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度(所謂的“調(diào)光”功能)。圖1示出包括電子變換器10和LED模塊20的可能的照明系統(tǒng)，所述LED模塊20包括至少一個LED L0電子變換器10通常包括控制電路102 (例如微處理器)和電源電路104 (例如開關(guān)電源AC/DC或DC/DC)，該電源電路104 (例如從電線)接收供電信號(supply signal)作為輸入并且通過電源輸出106輸出直流電。該電流可以是穩(wěn)定的或隨時間變化的。例如，控制電路102可以通過電源電路104的參考通道IKef設(shè)置LED模塊20所需的電流。例如，LED模塊20還可以包括識別LED模塊20所需的電流(或一般控制參數(shù)中的電流)的識別元件。在這種情況下，控制電路102與該識別元件進(jìn)行通信，并且將電子變換器的操作調(diào)整到LED模塊所需的操作條件。圖1還示出兩個開關(guān)108和110。第一開關(guān)108允許調(diào)節(jié)由LED模塊20所發(fā)射的光強(qiáng)度。例如，可以通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)來驅(qū)動開關(guān)108以選擇性地使LED模塊20短路，而使來自發(fā)生器104的電流偏離到開關(guān)108上。然而，也可以通過設(shè)置較低的參考電流IKef來實(shí)現(xiàn)由LED模塊20發(fā)射的光強(qiáng)度的亮度調(diào)節(jié)。第二開關(guān)110允許停止向LED模塊20的供電。例如，當(dāng)檢測到錯誤條件時或因為可靠性的原因例如當(dāng)檢測到過電流、過電壓或過溫條件時，電子變換器可以停止供電。一般來說，LED模塊20可以包括一個單個LED或多個LED串聯(lián)連接的LED鏈或串。然而，大多數(shù)的國際安全標(biāo)準(zhǔn)像例如IEC (國際電工委員會)標(biāo)準(zhǔn)或UL (保險商實(shí)驗室)標(biāo)準(zhǔn)基于它們的最大供電電壓根據(jù)電氣或火災(zāi)風(fēng)險等級來分類LED模塊。因此，較高的供電電壓導(dǎo)致較低的安全等級，這也可以提高LED模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全性要求(從而以及其成本)，并可以對最終的產(chǎn)品的適用性設(shè)置約束。因此，為了減小最大供電電壓，LED也可以被劃分為多于一個的并聯(lián)連接的分支。例如，如圖1中所示，每個LED模塊可以包括多個并聯(lián)連接的LED串，或電源10可以給多個并聯(lián)連接的LED模塊20供電。然而，由于制造公差，每個LED可以具有不同的電氣特征和光學(xué)特征，可能導(dǎo)致在由LED串產(chǎn)生的光中缺失均勻性。為了避免這種問題，已公知這種照明系統(tǒng)其中每個LED串包括專用的電流調(diào)整器，諸如例如線性電流調(diào)整器，并且LED模塊20被饋給電壓，即電子變換器10可以在線路106上產(chǎn)生固定的電壓。這種電壓也可以被設(shè)定在例如通過傳感器檢測線性調(diào)整器兩端的電壓降所確定的最小可能值上。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人已經(jīng)注意到先前所描述的方案有大量缺點(diǎn)。例如，除了需要每個串的線性調(diào)整器外，由于調(diào)整器的電阻性負(fù)載所造成的電損耗，這些方案具有較低的光學(xué)效率。而且，也必須考慮到電流調(diào)整器的熱耗散。本發(fā)明的目的是克服前面所述的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過具有后附的權(quán)利要求中具體提出的特征的用于驅(qū)動光源的電路來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明還涉及相關(guān)的照明系統(tǒng)以及驅(qū)動光源的方法。權(quán)利要求是在此提供的本發(fā)明的技術(shù)教示的整體的一部分。在各種實(shí)施例中，例如LED的光源通過電流發(fā)生器被供電。具體地，光源被分組為包括LED串的光源組，諸如LED模塊。在各種實(shí)施例中，針對這種光源組的驅(qū)動器電路包括感應(yīng)元件和開關(guān)裝置，例如開關(guān)或轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)裝置適于選擇性地將每個光源組與感應(yīng)元件之一串聯(lián)連接。優(yōu)選地，感應(yīng)元件的數(shù)目與光源組的數(shù)目相匹配。在各種實(shí)施例中，驅(qū)動器電路還包括用于以這樣的方式驅(qū)動開關(guān)裝置的控制電路在第一操作時間間隔期間，每個光源組與相應(yīng)的第一感應(yīng)元件串聯(lián)連接。與此相反，在第二操作時間間隔期間，每個光源組與相應(yīng)的第二感應(yīng)元件串聯(lián)連接。因此，光源組的電阻性負(fù)載或LED結(jié)兩端的電壓降以交替的方式被連接至不同的電感器，并且使由光源產(chǎn)生的光更加均勻。


現(xiàn)在將參照附圖僅通過非限制性的示例對本發(fā)明進(jìn)行說明，其中圖1已經(jīng)在前面進(jìn)行了描述，以及圖2至圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的不同實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，給出了大量具體細(xì)節(jié)，以提供對實(shí)施例的透徹的理解。實(shí)施例可以在不具有具體細(xì)節(jié)中的一個或更多個細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施或者用其它方法、部件、材料等來實(shí)施。在其它實(shí)例中，沒有示出或詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使實(shí)施例的方面不明顯。遍及整個說明書提及“一個實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個實(shí)施例中。因此，遍及整個說明書的不同地方出現(xiàn)的短語“在一個實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”不一定都指同一實(shí)施例。而且，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式被組合在一個或更多個實(shí)施例中。在此提供的標(biāo)題只是為了方便起見，而不解釋實(shí)施例的范圍或含義。圖2示出包括電源電路104的電子變換器10的實(shí)施例。一般來說，這種變換器10還可以包括控制電路102、開關(guān)108和/或開關(guān)110，這些之前已參考圖1描述過。在各種實(shí)施例中，電源電路104 (例如AC/DC或DC/DC開關(guān)電源)接收供電信號(例如從電線)作為輸入，并且通過電源輸出106輸出直流電。例如,在所考慮的實(shí)施例中，電子變換器10提供了兩個LED模塊20a和20b。在所考慮的實(shí)施例中，驅(qū)動器電路10還包括兩個感應(yīng)元件22a和22b (例如電感器)，以及開關(guān)裝置24a和24b (例如兩個轉(zhuǎn)換開關(guān))，所述開關(guān)裝置24a和24b適于選擇性地將每個LED模塊(20a和20b )與電感器之一(22a或22b )串聯(lián)連接。例如，在所考慮的實(shí)施例中，通過控制電路102控制電子轉(zhuǎn)換開關(guān)24a和24b的切換，所述控制電路102通過公共控制信號26同時致動兩個開關(guān)24a和24b。因此，在第一操作時間間隔中，LED模塊20a與感應(yīng)元件22a串聯(lián)連接，并且LED模塊20b與感應(yīng)元件22b串聯(lián)連接。相反，在第二操作時間間隔中，LED模塊20a與感應(yīng)元件22b串聯(lián)連接，并且LED模塊20b與感應(yīng)元件22a串聯(lián)連接。在實(shí)施例中，控制電路102適用于周期性地重復(fù)這種操作時間間隔序列。因此，LED串的電阻性負(fù)載即LED結(jié)兩端的電壓降以交替的方式被連接至電感器22a和22b，并且使每個LED串中的電流拉平到相同的平均電流。這種平均值周圍的紋波寬度或噪聲基本上是通過電感器22a和22b的值限定的，并且LED串的電壓降之間的差異(SP寬度)針對較高的電感值和/或針對LED串之間的較低的差較低。例如，在實(shí)施例中，為了使得這種振蕩最小，LED串的兩端的電壓降之間的差低于5%。一般來說，應(yīng)在考慮部件的機(jī)械尺寸和振蕩的寬度的同時來選擇阻抗的值和開關(guān)頻率。例如，圖3示出第一可能的實(shí)施例，其中兩個電子開關(guān)用于每個開關(guān)裝置24a和24b。具體地，在所考慮的實(shí)施例中，第一開關(guān)240a連接在LED模塊20a與電感器22a之間，以及第二開關(guān)242a連接在LED模塊20a與電感器22b之間。同樣地，第三開關(guān)240b連接在LED模塊20b與電感器22b之間，以及第四開關(guān)242b連接在LED模塊20b與電感器22a之間。因此，在第一操作時間間隔期間(參見如圖4a)，開關(guān)240a和240b被閉合并且開關(guān)242a和242b被斷開，而在第二操作時間間隔期間(參見如圖4b),開關(guān)240a和240b被斷開并且開關(guān)242a和242b被閉合。例如，為了這個目的，開關(guān)240a和240b以及開關(guān)242a和242b可以分別通過兩個同步的控制信號260以及262驅(qū)動。例如，在實(shí)施例中，控制電路102包括兩相時鐘發(fā)生器，即產(chǎn)生第一時鐘信號260和對應(yīng)于反相的第一時鐘信號的第二時鐘信號262的時鐘發(fā)生器。圖5示出可能的實(shí)施例，其中功率晶體管，諸如例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)，被用作開關(guān)240a、240b、242a和242b。本領(lǐng)域的專家將會理解可以選擇特定種類的晶體管以減小漏極和源極之間的電阻以及與此有關(guān)的電損耗。在具體地可用于MOSFET晶體管驅(qū)動的實(shí)施例中，控制電路通過H橋驅(qū)動器產(chǎn)生控制信號260和262。這種關(guān)于H橋的驅(qū)動器電路在DC/AC和DC/DC開關(guān)模式電子變換器的領(lǐng)域中是已知的，這使得不必對其進(jìn)行詳細(xì)描述。在先前考慮的實(shí)施例中，開關(guān)裝置24a和24b以及電感器22a和22b屬于電子變換器 ο ;對于圖2至圖5中所示的實(shí)施例，在變換器10以及LED模塊20a和20b之間需要三根連接線。然而，一般來說，控制電路102以及開關(guān)單元24a和24b兩者以及電感器22a和22b可以不屬于變換器，而可以例如被添加到現(xiàn)有的構(gòu)造中。而且，在LED模塊20應(yīng)包括多個并聯(lián)連接的LED串的情況下，開關(guān)裝置24a和24b以及電感器22a和22b也可以屬于這種LED模塊。在這種情況下，控制電路102也可以被包括到LED模塊中。先前描述的圖也可以應(yīng)用于更多數(shù)量的LED串。例如，如果LED串的數(shù)目是偶數(shù)，LED串可以被分組為組，每個組總是只包括兩個LED串，兩個LED串如前面所述被驅(qū)動。與此相反，圖6示出也可以使用任意數(shù)量的串(以及奇數(shù))的實(shí)施例。
·
具體地，在所考慮的實(shí)施例中，多個LED串20a、20b.....20η并聯(lián)連接，并且為每
個LED串提供相應(yīng)的電感器22a、22b、. . ·、22n。此外，在這種情況下，各個開關(guān)裝置24a、24b.....24η (諸如轉(zhuǎn)換開關(guān))與每個LED
串20a、20b.....20η相關(guān)聯(lián)，即開關(guān)裝置的數(shù)目與LED串的數(shù)目以及電感器的數(shù)目相匹配。一般情況下，開關(guān)裝置24a、24b.....24η適于使每個LED串與相應(yīng)的電感器22a、
22b、· · ·、22n選擇性地連接，其中在第一操作時間間隔期間，每個LED串20a、20b、· · ·、20n
被連接至相應(yīng)的第一電感器22a、22b.....22η，并且在第二操作時間間隔期間，每個LED串
20a、20b、. . ·、20n被連接至相應(yīng)的第二電感器22a、22b、. . ·、22n，其中，第二電感器與第一電感器分離。例如，在當(dāng)前考慮的實(shí)施例中，開關(guān)裝置被配置為形成封閉的環(huán)，即第一 LED串20a可以連接至第一電感器22a或第二電感器22b，第二 LED串20b可以連接到第二電感器22b或第三電感器等。與此相反，最后一個LED串20η可以被連接至最后一個電感器22η或第一電感器22a。 一般情況下，為了更好地分配到LED串的電流，可以提供另外的操作時間間隔，其中每個LED串被連接至相應(yīng)的在先前的時間間隔中尚未與這種LED串串聯(lián)連接的電感器。因此，先前描述的實(shí)施例有幾個優(yōu)勢，例如一在兩個LED串的情況下，通過發(fā)生器104產(chǎn)生的電流平均分配至兩個LED串；一電感器和/或轉(zhuǎn)換開關(guān)/開關(guān)的使用僅引入小的電損耗；一單個電流發(fā)生器是足夠的并且不需要為每個LED串使用電流調(diào)整器，使得也可以在已經(jīng)包括電流發(fā)生器的照明系統(tǒng)使用已經(jīng)描述的方案；一對系統(tǒng)的控制容易并且可以通過傳統(tǒng)的兩相時鐘發(fā)生器來完成；一可以把各種組件(也包括電感器)的可能的制造公差分配到各個分支以使得方案非常穩(wěn)定；以及一例如通過為每個另外的串添加新的H橋電路構(gòu)造，該方案可以擴(kuò)展到任意數(shù)量的LED串。當(dāng)然，在不違背本發(fā)明的基本原理的情況下，可以相對于已經(jīng)僅借助于非限制性的示例描述的內(nèi)容、在不背離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下來對細(xì)節(jié)和實(shí)施例進(jìn)行變化，甚至明顯的變化。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動器電路，用于通過電流發(fā)生器(104)來驅(qū)動多個光源(L)，其中，所述光源(L)被分組為多個光源組(20a、20b、20n)，其中，所述驅(qū)動器電路包括 一多個感應(yīng)元件(22a、22b、22n)； 一多個開關(guān)裝置(24a、24b、24n)，所述開關(guān)裝置(24a、24b、24n)適于選擇性地將每個光源組(20a、20b、20η)與所述感應(yīng)元件(22a、22b、22η)之一串聯(lián)連接；以及 一控制電路(102)，用于驅(qū)動所述多個開關(guān)裝置(24a、24b、24n)，使得 a)在第一操作時間間隔期間，每個光源組(20a、20b、20n)與相應(yīng)的第一感應(yīng)元件(22a、22b、22n)串聯(lián)連接，以及 b)在第二操作時間間隔期間，每個光源組(20a、20b、20n)與相應(yīng)的第二感應(yīng)元件(22a、22b、22n)串聯(lián)連接，其中所述相應(yīng)的第二感應(yīng)元件(22a、22b、22n)與所述相應(yīng)的第一感應(yīng)元件(22a、22b、22n)分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器電路，其中，所述感應(yīng)元件(22a、22b、22n)的數(shù)量與所述光源組(20a、20b、20η)的數(shù)量相對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動器電路，其中，所述開關(guān)裝置(24a、24b、24n)為轉(zhuǎn)換開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動器電路，其中，所述控制電路(102)用于使用公共控制信號(26 )來驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換開關(guān)(24a、24b、24η)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動器電路，其中，每個開關(guān)裝置(24a、24b)包括相應(yīng)的第一電子開關(guān)和相應(yīng)的第二電子開關(guān)(240a、242a ;240b、242b)，諸如MOSFET晶體管，以及其中，所述控制電路(102 )用于驅(qū)動所述開關(guān)裝置(24a、24b )，使得 a)在所述第一操作時間間隔期間，每個開關(guān)裝置(24a、24b)的所述相應(yīng)的第一開關(guān)(240a,240b)被閉合并且每個開關(guān)裝置(24a、24b)的所述相應(yīng)的第二開關(guān)(242a、242b)被斷開，以及 b)在所述第二操作時間間隔期間，每個開關(guān)裝置(24a、24b)的所述相應(yīng)的第一開關(guān)(240a、240b )被斷開并且每個開關(guān)裝置(24a、24b )的所述相應(yīng)的第二開關(guān)(242a、242b )被閉合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動器電路，其中，所述控制電路(102)用于使用相應(yīng)的第一公共控制信號(260)和相應(yīng)的第二公共控制信號(262)來驅(qū)動所述開關(guān)裝置(24a、24b)的所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的驅(qū)動器電路，其中，所述控制電路(102)包括兩相時鐘發(fā)生器和/或H橋驅(qū)動器電路。
8.一種照明系統(tǒng)，包括 一多個光源(L)，所述光源(L)被分組為多個光源組(20a、20b、20n)； 一電流發(fā)生器(104)，用于使用電流為所述光源組(20a、20b、20n)供電；以及 一根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的驅(qū)動器電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中，每個光源組被包括在相應(yīng)的LED模塊中。
10.一種通過電流發(fā)生器(104)來驅(qū)動多個光源(L)的方法，其中，所述光源(L)被分組為多個光源組(20a、20b,20η),所述方法包括步驟 一提供多個感應(yīng)元件(22a、22b、22n)；一提供多個開關(guān)裝置(24a、24b、24n)，所述多個開關(guān)裝置(24a、24b、24n)適于選擇性地將每個光源組(20a、20b、20n)與所述感應(yīng)元件(22a、22b、22n)之一串聯(lián)連接；以及一驅(qū)動(102)所述多個開關(guān)裝置(24a、24b、24n)，使得 a)在第一操作時間間隔期間，每個光源組(20a、20b、20n)與相應(yīng)的第一感應(yīng)元件(22a、22b、22n)串聯(lián)連接，以及 b)在第二操作時間間隔期間，每個光源組(20a、20b、20n)與相應(yīng)的第二感應(yīng)元件(22a、22b、22n)串聯(lián)連接，其中所述相應(yīng)的第二感應(yīng)元件(22a、22b、22n)與所述相應(yīng)的第一感應(yīng)元件( 22a、22b、22n)分離。
全文摘要
提供一種用于驅(qū)動光源的電路、相關(guān)照明系統(tǒng)和驅(qū)動光源的方法。在用于通過電流發(fā)生器(104)來驅(qū)動多個光源的電路中，光源被分組為多個光源組(20a、20b)。驅(qū)動器電路包括多個感應(yīng)元件(22a、22b)、多個開關(guān)裝置(24a、24b)以及控制電路(102)，多個開關(guān)裝置適于選擇性地將每個光源組(與感應(yīng)元件(22a、22b)之一串聯(lián)連接，控制電路(102)用于驅(qū)動開關(guān)裝置(24a、24b)，使得a)在第一操作時間間隔期間，每個光源組與相應(yīng)的第一感應(yīng)元件(22a、22b)串聯(lián)連接，以及b)在第二操作時間間隔期間，每個光源組(20a、20b)與相應(yīng)的第二感應(yīng)元件(22a、22b)串聯(lián)連接，其中相應(yīng)的第二感應(yīng)元件(22a、22b)與相應(yīng)的第一感應(yīng)元件(22a、22b)分離。
文檔編號H05B37/02GK103052207SQ20121038770
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者阿爾貝托·阿爾菲耶爾, 洛倫佐-羅伯托·特雷維薩內(nèi)洛, 西蒙娜·馬薩羅, 馬泰奧·托斯坎 申請人:歐司朗股份有限公司