用于驅動負載特別是led組件的驅動器設備和驅動方法
【專利摘要】一種用于驅動負載(100)特別是包括兩個或者多個LED的LED組件的驅動器設備(1)和對應驅動方法。提出的驅動器設備包括：供應端子(10)，用于接收供應電壓(VS)，負載端子(20)，用于將負載耦合到所述驅動器設備并且用于向所述負載提供電能以便驅動所述負載，存儲單元(40)，用于存儲在所述供應端子接收的電能，耦合單元(50)，耦合于所述供應端子與所述存儲單元之間用于從所述供應端子向所述存儲單元可切換地提供電能，第一切換單元(60)，耦合于所述供應端子與所述負載之間用于從所述供應端子向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供電能，第二切換單元(70)，耦合于所述存儲單元與所述負載之間用于向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供存儲在所述存儲單元中的電能，以及控制單元(80)，用于控制所述耦合單元以及所述第一和第二切換單元。
【專利說明】用于驅動負載特別是LED組件的驅動器設備和驅動方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于驅動負載特別是包括兩個或者多個LED的LED組件的驅動器 設備和對應驅動方法。另外，本發(fā)明涉及一種照明裝置。
【背景技術】
[0002]在固態(tài)照明(SSL)中，即在普通照明中，驅動器的相對成本貢獻有望由于發(fā)光二 極管(LED)成本減少而增加。因此，為了減少總系統(tǒng)的成本，驅動器也必須變得更廉價(特 別是更簡單和/或更小)。在LED與驅動器之間的更近聯(lián)接將仍然實現(xiàn)高性能。
[0003]在從例如市電電壓供應的電源來操作LED時，電輸入波形和光學輸出波形二者必 須滿足某些標準。這不僅對于高電壓(HV)LEDS成立，而且相同結構可以用于例如與12V 鹵素替換系統(tǒng)中的5個低電壓LED，并且也用于例如100個低電壓LED和市電電壓。利用 如例如在US6989807B2、US7081722B1或者US2008/0094000A1中描述的抽頭式線性驅動器 (TLD)，提出如下方法，該方法特別借助對不會從電源供電的LED串進行分流或者旁路來動 態(tài)調整這些LED的長度，以便讓LED串電壓跟隨AC供應電壓的波形/伸長。
[0004]利用這一方法，仍然有在電輸入與光學輸出波形之間的直接耦合，因此影響(減 少)光中的閃爍或者頻閃非自然成分將影響輸入諧波。為了滿足各種市電電壓法規(guī)(代表 波形、諧波和功率因數(shù)的某個組合)，需要在輸入上的電波形與光的光學輸出波形之間的更 佳的去耦合。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于驅動負載特別為包括兩個或者多個LED的LED組 件的驅動器設備和對應驅動方法，通過該驅動器設備和驅動方法可以滿足各種市電電壓法 規(guī)，并且該驅動器設備和驅動方法提供在輸入上的電波形與在輸出的輸出波形之間的更佳 的去耦合。
[0006]在本發(fā)明的第一方面中，呈現(xiàn)一種驅動器設備，該驅動器設備包括:
[0007]-供應端子，用于接收供應電壓，
[0008]-負載端子，用于將負載耦合到所述驅動器設備并且用于向所述負載提供電能以 便驅動所述負載，
[0009]-存儲單元，用于存儲在所述供應端子接收的電能，
[0010]-耦合單元，耦合于所述供應端子與所述存儲單元之間用于從所述供應端子向所 述存儲單元可控制地提供電能，
[0011]-第一切換單元，耦合于所述供應端子與所述負載之間用于從所述供應端子向所 述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供電能，
[0012]-第二切換單元，耦合于所述存儲單元與所述負載之間用于向所述負載端子中的 一個或者多個負載端子可切換地提供所述存儲單元中存儲的電能，以及
[0013]-控制單元，用于控制所述耦合單元以及所述第一和第二切換單元。[0014]在本發(fā)明的又一方面中，呈現(xiàn)一種對應驅動方法，該驅動方法包括以下步驟:
[0015]-接收供應電壓，
[0016]-經(jīng)過負載端子向所述負載提供電能以便驅動所述負載，
[0017]-在存儲單元中存儲經(jīng)過所述供應電壓接收的電能，
[0018]-向所述存儲單元可控地提供電能，
[0019]-從所述供應端子向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供電 倉泛，
[0020]-向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供存儲在所述存儲單元 中的電能，以及
[0021]-控制所述向所述存儲單元和所述負載提供電能的步驟。
[0022]另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種照明裝置包括燈單元、尤其為包括兩個或者多 個LED的LED組件和耦合到所述光單元以便驅動所述光單元的根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備。
[0023]在從屬權利要求中定義本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解要求保護的方法和要求保 護的照明裝置具有與要求保護的設備相似和/或相同的并且如在從屬權利要求中要求保 護的優(yōu)選實施例。
[0024]本發(fā)明基于用于提供用于將負載耦合到驅動器設備的兩個單獨的輸出功率端口 (即至少三個負載端子，其中一個負載端子可以屬于兩個不同輸出功率端口)的思想。在供 應端子提供一個功率端口以直接從供應端子、即直接從供應電壓(如果需要則最終在整流 之后)向負載提供電能。在存儲單元(例如包括一個或者多個電容器的電容存儲單元)提 供另一功率端口從而向負載提供存儲單元中存儲的電能。因此，提出的驅動器設備被設計 用于向負載、特別向負載的相同、不同或者重疊部分(例如LED串的不同段)的獨立功率遞 送。這允許相互獨立地控制在供應端子(例如從市電電壓源)和存儲單元向負載供應的電 流量。作為結果，更易于朝著具體法規(guī)要求，比如國家專屬法規(guī)要求的諧波限制，調節(jié)輸入 電流波形。
[0025]這里應當注意，提出的驅動器設備一般接收可以由將AC市電電壓(或者任何其它 可用電壓)轉換成所需供應電壓的任何預處理單元(比如變壓器、反相器或者調光器)提 供的供應電壓作為輸入。供應電壓可以是整流的電壓或者AC供應電壓，并且預處理裝置 可以甚至包括功率信號處理的初始步驟，比如用于整流的裝置，并且因此可以向提出的驅 動器設備遞送整流的電壓。如果可用AC市電電壓滿足用于被用作驅動器設備的輸入的標 準一經(jīng)常是這種情況，則當然也可以有可能直接使用它作為AC供應電壓。然而無論這里 何處提到“供應電壓”，它也可以在某些條件中理解為“市電電壓”或者在其它實施例中理解 為“調光的市電電壓”或者整流的AC電壓。另外，供應電壓可以在一些實施例中甚至是如 例如由電池或者整流器和平滑電容器提供的DC電壓。
[0026]根據(jù)一個優(yōu)選實施例，所述第二切換單元被配置用于從所述負載端子中的一個或 者多個負載端子向所述存儲單元可切換地提供電能。這實現(xiàn)可以不僅從供應端子對存儲單 元進行充電，而且可以從負載對存儲單元進行充電，即因此可以經(jīng)過第二切換單元向存儲 單元“轉發(fā)”從供應端子經(jīng)過第一切換單元向負載提供的電能的如下部分，該部分未被負載 消耗或者不是負載需要的。
[0027]出于這一目的，第二切換單元包括雙向開關，特別是雙向電流限制開關。優(yōu)選地，可以在操作期間動態(tài)設置電流限制值為任何所需值。這些開關和在其它切換單元中使用的 其它開關(一般稱為切換元件，這些切換元件可以是單向或者雙向的)一般可以由晶體管 或者二極管，比如NMOS或者PMOS晶體管實施。另外，也可以在本申請的上下文中使用和理 解(非切換式)電流源為切換元件。
[0028]在另一實施例中，所述耦合單元和/或所述第一和/或第二切換單元包括用于限 制經(jīng)過相應單元提供的電流、電壓和/或電功率的限制裝置，例如相應切換單元的切換裝 置(耦合單元也可以包括這樣的切換裝置并且可以在一個實施例中有效地是另一切換單 元)。這樣的限制裝置可以包括用于限制電流的電流源。其它限制裝置可以包括電阻器、 (非切換式)電流源或者用于限制電流、電壓和/或功率的其它已知元件。這些限制裝置使 實現(xiàn)控制經(jīng)過相應單元(即耦合單元或者第一/第二切換單元)提供的電能數(shù)量。
[0029]在一個優(yōu)選實施例中，所述控制單元被配置用于控制所述第一和第二切換單元以 根據(jù)一個或者多個預定標準向所述負載可切換地提供電能，該一個或者多個預定標準特別 包括效率、功率因數(shù)、電流波形、在負載內的不同段的均質應力和/或在作為負載的光單元 的情況下的光輸出平坦度。因此可以根據(jù)如下所需控制策略進行控制，可以預先選擇該控 制策略以滿足某些所需標準，例如在相應使用國家中規(guī)定的某些法規(guī)。
[0030]有利地，所述第一和/或第二切換單元包括用于測量經(jīng)過相應切換單元的關聯(lián)切 換元件提供的電流的電流測量元件，特別為為分流電阻器，并且所述控制單元被配置用于 控制所述第一和第二切換單元以向所述負載可切換地提供電能以平衡總功率和功率分布。 這包括以模擬方式，例如與測量的值組合，來控制電流。以這一方式，在使用本發(fā)明用于驅 動燈單元時，有可能具有從光單元輸出的平滑通量和均勻光。
[0031]優(yōu)選地，所述存儲單元包括兩個存儲輸出端子，并且所述第二切換單元包括用于 將所述兩個存儲輸出端子獨立切換至兩個負載端子的切換元件。這一實施例實現(xiàn)向負載的 所需部分的更靈活功率供應，以例如從存儲單元向燈單元(例如LED串)的一個或者多個 所需段提供電能。
[0032]在一個實施例中，提出的驅動器設備還包括耦合到所述供應端子用于對接收的AC 供應電壓進行整流的整流器單元。優(yōu)選地，所述整流器單元和所述存儲單元具有耦合到所 述負載端子之一的公共參考端子從而造成需要更少切換元件。
[0033]另外，在一個實施例中，所述整流器單元包括兩個整流器輸出端子，并且所述第二 切換單元包括用于將所述兩個整流器輸出端子獨立切換至兩個負載端子的切換元件。與 以上說明類似地，這一實施例在從整流器單元向負載的所需部分提供電能時提供更多靈活 性，以例如從整流器單元向燈單元(例如LED串)的一個或者多個所需段提供電能。
[0034]在一個實施例中，所述控制單元被配置用于控制所述第一和第二切換單元，從而 從所述存儲單元向所述負載的第一部分提供電能并且從所述供應端子(或者如果提供則 為所述整流器單元)向所述負載的第二部分提供電能，并且根據(jù)從供應端子當前取得的電 功率數(shù)量適配向所述第一和第二部分提供電能。因此，負載的靈活功率供應可容易實現(xiàn)。
[0035]盡管作為存儲單元可以使用任何如下單元，通過該單元可以存儲電能以便在需要 時向負載遞送，但是在一個優(yōu)選實施例中，所述存儲單元包括電容存儲單元，特別包括一個 或者多個電容器。
[0036]在一個實施例中，將控制聚焦于從市電電源單元輸入的功率。同時由于高效再充電而保持留意存儲單元的功率(電壓)。此外，優(yōu)選地將控制聚焦于可以通過供應端子提供 且未產(chǎn)生太多諧波的功率。一般而言，不應當消耗與可以在供應端子遞送的能量一樣多的 能量，但是功率應當由存儲單元和外部電源高效提供給負載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]將從下文描述的實施例清楚并且參照這些實施例闡明本發(fā)明的這些和其它方面。 在以下附圖中:
[0038]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的提出的驅動器設備的總體布局的示意框圖，
[0039]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備的第一實施例的示意框圖，
[0040]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備的第二實施例的示意框圖，
[0041]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備的第三實施例的示意框圖，
[0042]圖5示出用于圖示根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備中的各種信號的示例信號序列的信 號圖，以及
[0043]圖6示出用于圖示根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備的供應電流的頻譜的圖。
【具體實施方式】
[0044]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的提出的驅動器設備I的總體布局的示意框圖。提供所述驅 動器設備I用于驅動負載100，該負載在這一實施例中是包括多個LED的燈單元100，這些 LED 一起代表照明裝置。在這一實施例中，從市電電壓供應200向驅動器設備I提供AC市 電電壓。
[0045]驅動器設備I包括用于接收從市電電壓供應200提供的AC供應電壓Vs的供應端 子10和用于將負載100耦合到所述驅動器設備I并且用于向所述負載100提供電能以便 驅動所述負載100的負載端子20。在整流器單元30 (可能也包括用于濾波和保護的公知 裝置)中對接收的AC供應電壓Vs進行整流。然后在一方面向在所述整流器單元30與例 如包括電容器的存儲單元40之間耦合的耦合單元50提供整流的供應電壓以便從所述整流 器單元30向所述存儲單元40可切換地提供電能。在所述存儲單元40中存儲所述整流器 提供的電能。在另一方面，向在所述整流器單元30與所述負載100之間耦合的第一切換單 元60提供整流的供應電壓以便從所述整流器單元30向所述負載端子20中的一個或者多 個負載端子可切換地提供電能。提供在所述存儲單元40與所述負載100之間耦合的第二 切換單元70用于向所述負載端子20中的一個或者多個負載端子可切換地提供所述存儲單 元40中存儲的電能，該一個或者多個負載端子可以是與負載端子20相同或者(部分地或 者完全地)不同的其他負載端子。最后提供控制單元80用于控制所述耦合單元50以及所 述第一和第二切換單元60、70?？刂茊卧部梢跃哂杏糜跍y量一些狀態(tài)信息的測量裝置，該 狀態(tài)信息例如比如(但不限于)輸入電壓和/或電流、存儲電壓和/或電流和/或負載配 置、溫度和/或通量。
[0046]如圖1中所示，可以經(jīng)由第一切換單元60向負載100的第一端口 101 (路徑a)和 向負載100的第二端口 102(路徑b)遞送來自整流器單元30的電能。類似地，也可以經(jīng)由 第二切換單元70向負載100的第一端口 101(路徑d)和向負載100的第二端口 102 (路徑 c)遞送存儲單元40中存儲的電能。根據(jù)本發(fā)明，這些電能遞送可能完全相互獨立。盡管路徑a和b —般從第一切換單元60到負載100為單向，但是在路徑c和d上的能量流動可以是雙向的，即可以經(jīng)由第二切換單元70通過經(jīng)由負載100遞送的能量對存儲單元40進行充電。通常，負載100不會能夠存儲或者生成電能，因此存儲單元40和第二切換單元70經(jīng)由路徑c和d從負載100接收的能量通常同時從輸入端子10經(jīng)由負載端子20和經(jīng)由路徑 a或者b向負載100遞送。
[0047]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備Ia的第一實施例的示意框圖。在這一實施例中，負載100&包括四個10段11、12丄3、14。整流器單元30a包括耦合為全橋的四個二極管31、32、33、34的常規(guī)全橋整流器。電容存儲單元40a包括在存儲輸入端子42、43與存儲輸出端子44、45之間耦合的單個電容器41。耦合到兩個整流器輸出端子35、36中的第一整流器輸出端子35的耦合單元50a包括一起形成電流限制開關的晶體管51和電阻器52。 在電阻器51與第一存儲輸入端子42之間稱合電阻器52。
[0048]第一切換單元60a包括四個電流限制開關，每個電流限制開關由晶體管61、62、 63、64和電阻器65、66、67、68的串聯(lián)稱合形成。晶體管61、62、63、64的第一端子稱合到第一整流器輸出端子35。電阻器65、66、67、68的第二端子代表四個輸出端子。以這一方式， 可以將整流的供應電壓切換至四個負載端子21、22、23、24中的所需負載端子。第五負載端子25代表參考端子并且耦合到第二整流器輸出端子36和第二存儲輸出端子45。由于第一切換單元60a的電流限制開關是單向開關，所以電流流動僅從整流器單元30a到負載100a。
[0049]頗為相似地，第二切換單元70a也包括在圖中由開關71、72、73、74和電阻器75、 76、77、78的串聯(lián)耦合代表的四個電流限制開關。開關71、72、73、74的第一端子耦合到第一存儲輸出端子44。電阻器75、76、77、78的第二端子代表與第一切換單元60a的輸出端子一起耦合的四個輸出端子，即第二切換單元70a的輸出端子之一連接到第一切換單元60a 的輸出端子之一。以這一方式，可以將電容器41中存儲的電容器電壓切換至四個負載端子
21、22、23、24中的所需負載端子切換。由于第二切換單元70a的電流限制開關優(yōu)選地是雙向開關(但是也可以是單向開關)，所以電流可以既從電容器41流向負載IOOa又從負載 IOOa流向電容器41。
[0050]在供應電壓周期期間，在一個實施例中使用以下激活方案。在供應電壓的過零期間，電容器41向負載IOOa供電(開關71-74的開關狀態(tài)依賴于電容器電壓)。在供應電壓高于負載IOOa的第一段(LED L4)之上的第一段電壓時，開關64激活，并且從供應電壓驅動LED L4。另外,一般從電容器41向LED串的剩余部分供電(利用以下描述的另一實施例，切換電容器41以然后向LI和L3供電，以具有功率和光的均勻分布)。
[0051 ] 在供應電壓高于兩個段電壓時，開關64關斷，并且開關63接通以驅動L3和L4。假設已經(jīng)將電容器41放電到相似電壓并且開關51激活，現(xiàn)在電容器41的再充電可以開始。
[0052]在序列中，現(xiàn)在操作越來越多的段，并且對電容器41進行再充電。在這一間隔期間，供應電壓和電容器電壓頗為相同。倘若市電諧波/THD法規(guī)要求，在任何時間點可以減少/停止從整流器單元30a向負載IOOa的功率流動并且可以從電容器41汲取更多功率， 只要有用于對電容器41再次進行再充電的“補償間隔”。備選地，可以通過設置耦合單元50 為更低電流或者無電流來減少或者停止電容器41的充電。[0053]經(jīng)由選擇控制策略，可以朝著不同標準，比如最佳光輸出平坦度、最佳效率，調節(jié)這樣的燈而維持所需功率因數(shù)、用于調光器兼容性的特殊輸入電流波形等。[0054]對于控制，可以考慮多個方面。第一，可以考慮供應電流的諧波。如后文描述的那 樣，它必須滿足不同要求。第二，控制方案應當對稱，以便避免光中的任何50Hz分量和輸入 電流中的任何亞諧波或者DC分量。另外，損耗的最小化可以是標準。與這一點密切地有關， 損耗分布也是重要的。作為示例，在圖2中，電容器41可以經(jīng)由耦合單元50a或者經(jīng)由第 一和第二切換單元60a、70a接收充電電流。在第一情況下，損耗將出現(xiàn)于晶體管51中，而 在后一種情況下，將在晶體管61與晶體管71之間分擔損耗。根據(jù)該實現(xiàn)，即冷卻三個晶體 管，在某些操作模式中，一個或者另一充電路徑可能是優(yōu)選的。著眼于光輸出，一般優(yōu)選平 滑光輸出，以便避免光學非自然成分，比如閃爍和頻閃效應。著眼于負載中的LED的冷卻和 壽命，希望段的相等負荷。必須為某個應用仔細評估所有這些方面以推導適當控制算法。
[0055]通過測量從整流器單元30a和從電容器41向LEDlOOa遞送(例如經(jīng)由分流電阻 器)的電流并且知道各種單元50a、60a、70a的狀態(tài)，控制可以平衡總功率和分布，以便具有 來自LED組件IOOa的平滑通量和均勻發(fā)光。
[0056]在以上描述的實施例中，LED組件IOOa(包括串聯(lián)耦合的四個段)視為固定，并且 有兩個功率源公共的一個信號/端子25，即電容器51和整流器單元30a具有公共接地。
[0057]在使用相同LED組件IOOa的圖3中所示驅動器設備Ib的另一實施例中，電容器 41可以“浮動”，這意味著耦合單元50b可以將兩個存儲輸入42和43與供應端子10耦合 或者去耦合。
[0058]另外，第二切換單元70b具有兩個輸入端子110、111以及由開關112-115和電阻 器116-119形成的更多切換元件以將電容器41的兩個電容輸出端子44、45單獨耦合到負 載100a。然后，可以向負載端子21-25的任何適當組合中(或者在充電時從該組合提取)來 自電容器41的功率。因此，在對串聯(lián)的兩個LED段供電時，可以自由選擇對LED段L1+L2、 L2+L3或者L3+L4(或者其它組合、比如在三個段的情況下為L1+L2+L3或者L2+L3+L4)供 電。因此，可以更均勻分布損耗/亮度。
[0059]這同樣(至少對于功率注入)也與供應電壓是可能的:在使用第一切換單元60b 與兩個輸入端子120、121以及由開關122-125和電阻器126-129形成的更多切換元件時， 也可以向LED組件IOOa的LED段的所需子串遞送電源。
[0060]為了簡化，已經(jīng)省略在控制單元80與驅動器設備Ib的各種單元之間的控制線。
[0061]應當注意，一般而言，負載(例如LED組件)的配置未固定并且無需必然包括多個 LED的串聯(lián)連接，但是可以自由配置(例如串聯(lián)和/或并聯(lián))負載、例如LED組件的段。這 將允許更靈活切換方案以及更佳光輸出和損耗均勻性。
[0062]在圖2和3中所示實施例中，第三切換單元70a、70b中的開關優(yōu)選地雙向。這在 某一程度上是冗余的，因為也可以經(jīng)由耦合單元50a、50b執(zhí)行電容器41的充電。因此，開 關71可以備選地是單向開關。倘若所需輸入和輸出波形排除某些開關組合，一些開關可以 被組合或者由去耦合二極管替換。
[0063]另外，在圖2和3中所示實施例中，描繪開關/晶體管具有它們自己的用于感測/ 限制電流的電阻器。實際上，一些開關可以共享公共電流限制，只要仍然有可能控制來自整 流器單元30a的電流和來自電容存儲單元40a的電流。
[0064]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備Ic的第三實施例的示意框圖。模擬編程值(比 如不同頻率的多個正弦波)用于最佳功率因數(shù)性能。這可以實施于微處理器(的查找表)中。對于硬接線控制實現(xiàn)方式，利用一些模擬振蕩器的實現(xiàn)將最可能對于控制回路造成高 工作量，因此可以從供應電壓的測量推導信號或者可以由幾個離散電壓/電流電平近似信號。
[0065]可以調節(jié)在驅動器設備中使用的部件的參數(shù)以滿足一個或者多個所需標準，例如 高功率因數(shù)、高效率、負載內的不同段的均質應力和/或低的光閃爍。最終設計和參數(shù)一般 基于諧波、效率和光學性能的平衡。
[0066]在圖4中所示實施例中，部件被布置為與圖2和3中所示其它實施例比較有一點 不同，以便在這一簡化情況下使控制變容易。耦合單元(圖1中的50)和第一切換單元(圖1中的60)這里由公共切換單元90代表。晶體管91形成用于控制輸入電流的電流源；這 等效于以上提到的耦合單元50和第一切換單元60的電流限制功能的組合。這里未實施電 容器41的主動充電控制，僅控制從輸入消耗的總電流。用于供應功率的切換功能由在包括 四個段的LED串IOOa的左側上的晶體管92、93、94(和二極管146-149)實現(xiàn)。在右側上， 晶體管131也形成電流源并且與晶體管132至134(和二極管142-145) —起代表在電容器 41與LED串IOOa之間的第二切換單元70的主要元件。有效地，對于整流器和電容器功率 輸入獨立調整LED串IOOa的長度。
[0067]為了提供示例，已經(jīng)在供應電壓的峰期間對電容器41進行充電。經(jīng)由驅動器在負 載的左側上的放電由二極管141阻隔。隨后，供應電壓減少，并且經(jīng)由晶體管91和93僅向 負載的最低兩個段供電。初始地，全充電的電容器41的能量可以用來經(jīng)由晶體管131和二 極管142對負載IOOa的所有段供電。盡管對電容器41進行放電，晶體管132可以用來將 功率從電容器41引向最低三個段，并且以此類推。顯然地，負載的下段將比上段接收更多 功率(平均而言)。這是圖4中的這一簡化實施例的可以被以上參照圖3描述的實施例克 '的限制。
[0068]晶體管91接收由供應電壓頻率的諧波組成的信號。晶體管131基于在所需LED 功率與當前從整流器單元30a進入LED串IOOa中的功率之間的比較接收命令。
[0069]輸入電流被編程(經(jīng)由用于晶體管91的驅動信號)為具有如下預定義形狀，該預 定義形狀基本上包含基本、第三、第五分量直至在具體應用中允許的諧波失真電平或者功 率因數(shù)。這一限制將通常由用于某些國家的標準(比如IEC61000-3-2)、由來自認證標記 (比如Energy star)的附加要求等定義。由于這些要求對于不同應用(國家、燈或者模塊 類型、功率電平)而不同，所以最佳波形實現(xiàn)方式由在相關標準與條件之間的折衷確定。這 里使用的基波以及第三和第五諧波僅代表非限制示例。
[0070]向LED串IOOa的適當抽頭饋送在對電容器41進行充電之后仍然可用的供應電流 數(shù)量。監(jiān)視這一功率并將之與參考信號進行比較。誤差信號驅動第二電流源131，從而控制 從電容器41向LED串IOOa的功率遞送。根據(jù)電容器41的電壓，向LED串IOOa的適當抽 頭饋送這一電流。
[0071]在圖5中示出一些波形。圖5A示出從電容器41向LED串IOOa遞送的功率。圖 5B示出從整流器單元30c向LED串IOOa遞送的功率。圖5C示出供應電壓Vs和供應電流
IsO
[0072]從tl至t2，供應電壓低于最低抽頭電壓，從而沒有向LED串IOOa中的電壓供應 是可能的，但是LED串IOOa僅由電容器41供電。從t2至t3，供應電壓高到足以操作一些LED段。整流器單元30c和電容器41 二者通過向適當抽頭中注入電流來向LED串IOOa遞 送功率，即向LED光源的不同端口遞送功率。在t3，供應電壓電平等于放電的電容器41的 電壓電平，從而電容器41的再充電開始。時間段t3至t4包括如下間隔的序列，在這些間 隔中從整流器單元30c對電容器41進行充電，并且整流器單元30c或者電容器41向LED 串IOOa遞送功率。在t4，電容器41充電。從t4至t6，整流器單元30c向LED串IOOa供 電，并且電容器41現(xiàn)在空載。在t5，雖然供應電流這里很平坦，但是LED功率中存在階躍， 這指示現(xiàn)在向不同(下)抽頭中注入供應電流，因為來自整流器單元30c的電壓電平不再 允許向最長LED串中、即向具有最高電壓的輸入功率端口中饋送。從t6至t7，整流器單元 30c向一些LED段供電，并且電容器41也向一些LED段供電。
[0073]應當注意圖5中所示仿真波形具有很低效率和太高光學閃爍。它將被理解為很簡 單示例，示出雙功率輸入驅動器可以從整流器單元和從電容器向單個LED串供電。波形被 有意地設計為具有高的第三和第五分量，因為這將針對小于60°和大于120°的角度增加 可用電流而減少在峰(60°...120° )附近的電流。這些電流調制有助于在更低供應電壓 從更短LED串產(chǎn)生更多光，而未產(chǎn)生太多諧波或者太低功率因數(shù)。在供應電壓與電容器或 者LED抽頭電壓之間的任何差異經(jīng)由電流源91和/或131被耗散成熱。
[0074]可以設置功率因數(shù)為實質上任何值。利用以上使用的輸入電流波形(即用于91 的控制信號)，實現(xiàn)功率因數(shù)0.95。
[0075]在從多個功率源驅動LED串時的靈活性也有益于調光。優(yōu)選地，對于前沿調光 (TRIAC調光)，實現(xiàn)第二切換單元70中的開關中的至少一些開關為雙向實現(xiàn)，以經(jīng)過負載 100對電容器41進行充電，以具有有限涌入而對效率無大量影響。
[0076]圖6中所示頻譜僅示出很少失真。
[0077]在以后添加泄放電路(以允許在供應電壓的過零附近的電流路徑，以便向調光器 供應輔助功率和定時信息)時，這將進一步減少諧波。
[0078]與標準TLD驅動器設備比較，根據(jù)本發(fā)明，可以控制向負載給予的功率數(shù)量。特別 低，可以從整流器單元(即或多或少直接從輸入供應(例如從市電源))和/或者電容器汲 取用于負載的功率。另外，可以控制從整流器單元對電容器進行再充電，并且經(jīng)由經(jīng)過負載 傳送的功率對電容器再充電是可能的。
[0079]如以上說明的那樣，本發(fā)明的重要元素包括具有多結負載，例如LED光源，其中布 置負載使得存在用于向負載遞送功率的多個(至少兩個)端口，其中這些至少兩個端口可 以共享一個公共管腳，因此共計而言有至少三個管腳(輸入1、輸入2、公共輸出)或者可以 相互去I禹合，從而有四個管腳(輸入1、輸出1、輸入2、輸出2)。參照圖4中的實現(xiàn)方式,負 載具有5個管腳。由于在這一示例中使用的單向結構，有4個輸入和I個輸出。利用不同 驅動器設備(例如包括雙向開關)，可以使用的這些管腳中的一些管腳是輸入和/或輸出。 提出的驅動器設備優(yōu)選地包括供應輸入、存儲裝置(例如電容器)、用于從供應輸入和/或 電容器向負載的第一和/或第二功率端口傳送功率的傳送裝置(包括用于限制遞送的電 流、電壓或者功率數(shù)量的裝置)。優(yōu)選地，也有控制電路裝置平衡經(jīng)由至少兩個端口向負載 遞送的總功率，從而負載輸出(例如光輸出)是穩(wěn)定的，而無論當前選擇的功率輸入。
[0080]盡管以上提到的負載的兩個功率端口是所需最少量，但是實際實現(xiàn)方式將具有用 于在各種電壓電平向負載遞送功率的更多輸入。作為示例，用于在歐洲使用的實現(xiàn)方式可以具有劃分成四個段的約為在280V的最大LED電壓電平，因此具有多于70V、多于140V、多 于210V和多于280V的功率電壓的功率輸入是可能的。與TLD實現(xiàn)方式對照，LED串的當 前未從第一電源(例如市電)供電的部分未被分流或者旁路，但是被允許從第二電源(例 如電容器)接收功率。為了實現(xiàn)這一點，存在向驅動器中的傳送裝置的多個輸入(即來自 整流器單元/供應輸入和來自電容器)。這可以視為與TLD的關鍵不同，在TLD中，最終地， 整流器單元和電容器共享向切換的LED串中的公共輸入，從而不可能同時向LED光源遞送 在不同電壓電平的兩個功率。
[0081]必須隨時，優(yōu)選地在供應電壓的每個半波期間，從整流器單元對電容器進行再充 電。除此之外，也可以經(jīng)由負載和傳送裝置對電容器進行再充電，這意味著它經(jīng)由通常用來 向負載遞送功率的端口接收功率。因此，負載的一個端口用作功率輸入而另一端口用作功 率輸出。在選擇適當電壓電平時，輸入功率的部分將由負載處理(轉化成光和熱)，而剩余 部分被遞送到電容器并且對它進行再充電。這實現(xiàn)進一步操縱電輸入波形。通常，一旦供應 電壓高于電容器先前已經(jīng)被放電到的電壓電平，電容器的再充電將出現(xiàn)。在經(jīng)由負載(部 分地)再充電時，可以朝著不同時間點移動這一再充電電流。
[0082]與向該布置遞送能量的整流器單元對照，電容器可以對于有限時間間隔僅存儲能 量并且充當電源。在對電容器進行放電期間，它的電壓將減少。由于負載的在優(yōu)選不同電壓 電平的多個功率輸入端口，電容器仍然可以向負載遞送功率，只要電壓高于負載的更低輸 入電壓電平。與此平行，負載也可以在不同電壓或者功率電平從整流器單元接收功率。因 此，給出用于基于電輸入和光學輸出波形要求從功率輸入(整流器單元、電容器)中的任一 個向負載遞送功率的可能性。向負載遞送的任何功率將對負載輸出有貢獻，而僅從整流器 單元向負載直接傳送的電流和電容器的再充電電流對電輸入波形有貢獻。
[0083]作為結果，根據(jù)本發(fā)明的驅動器設備賦予用于對電輸入波形進行整形的更佳靈活 性，因此實現(xiàn)更低諧波和THD以及更高功率因數(shù)而對光輸出的影響減少。
[0084]存儲單元優(yōu)選地如在實施例中所示由一個電容器(或者多個電容器)實施，但是 可以代之以使用用于存儲電能的其它元件、比如蓄電池或者感應能量存儲裝置。
[0085]在實施例中示出的整流器單元不是提出的驅動器設備的本質元件，但是僅在供應 電壓不能直接用來驅動負載并且對存儲器單元進行充電的情況下才被提供。
[0086]負載優(yōu)選地包括LED組件，但是提出的驅動器設備也可以用于驅動具有多于兩個 端子的其它負載，其中負載的第一部分可以由第一電源驅動，并且第二部分可以由第二電 源驅動(并且其中部分和驅動相應部分的電源可以受到改變)。這樣的其它負載可以包括 其它燈組件、電子部件、音頻單元等。
[0087]盡管已經(jīng)在附圖和前文描述中具體圖示和描述本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述將 視為示例或者舉例而非限制；本發(fā)明不限于公開的實施例。本領域普通技術人員可以在實 現(xiàn)要求保護的本發(fā)明時從附圖、公開內容和所附權利要求的研讀中理解和實現(xiàn)對公開的實 施例的其它變化。
[0088]在權利要求中，字眼“包括”未排除其它元件或者步驟，并且不定冠詞“一個”未排 除多個。單個元件或者其它單元可以實現(xiàn)權利要求中記載的若干項的功能。在互不相同的 從屬權利要求中記載某些措施這僅有的事實未指示不能有利使用這些措施的組合。
[0089]不應將權利要求中的任何附圖標記解釋為限制范圍。
【權利要求】
1.一種用于驅動負載(100)特別是包括兩個或者多個LED的LED組件的驅動器設備(I)，所述驅動器設備包括:-供應端子(10)，用于接收供應電壓(Vs)，-負載端子(20)，用于將負載耦合到所述驅動器設備并且用于向所述負載提供電能以便驅動所述負載，-存儲單元(40)，用于存儲在所述供應端子接收的電能，-耦合單元(50)，耦合于所述供應端子與所述存儲單元之間用于從所述供應端子向所述存儲單元可控制地提供電能，-第一切換單元￠0)，耦合于所述供應端子與所述負載之間用于從所述供應端子向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供電能，-第二切換單元(70)，耦合于所述存儲單元與所述負載之間用于向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供存儲在所述存儲單元中的電能，以及-控制單元(80)，用于控制所述耦合單元以及所述第一切換單元和所述第二切換單J Li o
2.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，其中所述第二切換單元(70)被配置用于從所述負載端子中的一個或者多個負載端子向所述存儲單元可切換地提供電能。
3.如權利要求2所述的驅動器設備(1)， 其中所述第二切換單元(7)包括雙向開關，特別是雙向電流限制開關。
4.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，其中所述耦合單元(50)和/或所述第一切換單元￠0)和/或所述第二切換單元(70) 包括用于限制經(jīng)過相應單元提供的電流、電壓和/或電功率的限制裝置。
5.如權利要求4所述的驅動器設備(1)，其中所述限制裝置包括用于限制電流的電流源。
6.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，其中所述控制單元(80)被配置用于控制所述第一切換單元￠0)和第二切換單元(70) 以根據(jù)一個或者多個預定標準向所述負載可切換地提供電能，所述一個或者多個預定標準尤其包括效率、功率因數(shù)、電流波形、在所述負載內的不同段的均質應力和/或在燈單元作為負載的情況下的光輸出平坦度。
7.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，其中所述第一切換單元(60)和/或所述第二切換單元(70)包括用于測量經(jīng)過相應切換單元的關聯(lián)切換元件提供的電流的電流測量元件，特別是分流電阻器，并且其中所述控制單元(80)被配置用于控制所述第一切換單元￠0)和所述第二切換單元 (70)以向所述負載可切換地提供電能以平衡總功率和功率分布。
8.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，其中所述存儲單元(40)包括兩個存儲輸出端子(44，45)，并且其中所述第二切換單元(70)包括用于將所述兩個存儲輸出端子獨立切換至兩個負載端子的切換元件。
9.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，還包括耦合到所述供應端子用于對接收的AC供應電壓(Vs)進行整流的整流器單元(30)。
10.如權利要求9所述的驅動器設備(1)，其中所述整流器單元(30)和所述存儲單元(40)具有耦合到所述負載端子之一的公共參考端子(36)。
11.如權利要求9所述的驅動器設備(1)，其中所述整流器單元(30)包括兩個整流器輸出端子(35，36)，并且其中所述第二切換單元(70)包括用于將所述兩個整流器輸出端子獨立切換至兩個負載端子的切換元件。
12.如權利要求9所述的驅動器設備(1)，其中所述控制單元(80)被配置用于控制所述第一切換單元￠0)和所述第二切換單元(70)，從而從所述存儲單元(40)向所述負載的第一部分提供電能并且從所述供應端子(10)向所述負載的第二部分提供電能，并且根據(jù)從所述供應端子(10)當前取得的電功率數(shù)量適配向所述第一部分和第二部分提供的電能。
13.如權利要求1所述的驅動器設備(I)，其中所述存儲單元(40)包括電容存儲單元，尤其包括一個或者多個電容器(41)。
14.一種用于驅動負載(100)特別是包括兩個或者多個LED的LED組件的驅動方法，所述驅動方法包括以下步驟:-接收供應電壓(Vs)，`-經(jīng)過負載端子向所述負載提供電能以便驅動所述負載，-在存儲單元(40)中存儲經(jīng)過所述供應電壓接收的電能，-向所述存儲單元可控地提供電能，-從所述供應端子向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供電能，-向所述負載端子中的一個或者多個負載端子可切換地提供存儲在所述存儲單元中的電能，以及-控制所述向所述存儲單元和所述負載提供電能的步驟。
15.一種照明裝置，包括:-燈單元(100)，尤其包括西個或者多個LED的LED組件，以及-如權利要求1所述的驅動器設備(I)，耦合到所述燈單元以便驅動所述燈單元。
【文檔編號】H05B33/08GK103460802SQ201280017097
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月28日 優(yōu)先權日:2011年4月8日
【發(fā)明者】H·J·G·拉德馬赫爾 申請人:皇家飛利浦有限公司