專利名稱：用于驅(qū)動發(fā)光二極管單元的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動發(fā)光二極管(LED )的裝置。
作出本發(fā)明時特別考慮到其可能在包括多個LED單元如RGB LED 單元的裝置中的使用，并且一般用于驅(qū)動多色發(fā)光系統(tǒng)如限定可調(diào)白光發(fā) 光系統(tǒng)，其中RGBLED單元即為包括RGB三色發(fā)光系統(tǒng)的LED單元。
背景技術：
除了用作顯示單元之外，發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光源正在變得越 來越普遍。這主要適用于所謂的高通量(HF)或者高亮度LED。通常， 這些LED以單元布置，每個單元由以并^/串聯(lián)布置來耦合的一個或者多 個LED組成。
其中每個都包括具有給定發(fā)射波長(即相應的"顏色")的一個或者多 個LED的多個單元的組合產(chǎn)生組合光輻射，該組合光輻射的特征(譜、 強度等)可以通過適當?shù)乜刂聘鲉卧呢暙I而被有選擇地調(diào)整。例如，三 個單元，其中每個都包括以三色系統(tǒng)的基本色(例如RGB)之一的波長 來發(fā)射的一組二極管，產(chǎn)生白光和/或可有選擇變化的顏色的輻射。這樣 的裝置可以包括例如適于產(chǎn)生不同"溫度"的白光的所謂可調(diào)白光系統(tǒng)?；?本上相似的裝置可以包括每個都由實質(zhì)上同一顏色的一個或者多個LED 組成的多個單元，并且產(chǎn)生其強度可以被有選擇地調(diào)節(jié)以滿足具體發(fā)光要 求(例如在給定空間、顯示區(qū)等的不同區(qū)域中提供不同的發(fā)光7jC平)的光 源。
在這樣的裝置中，需要并聯(lián)連接兩個或者更多LED通道，同時又避 免必須使用有源元件來控制具有不同電壓降的各通道上的電流。
目前的解決方案涉及沿每個通道分布的電流調(diào)節(jié)器。這些電流調(diào)節(jié)器 尤其是在高電流LED的情況下引入造成不可忽略的功率損耗的附加電壓 降?？梢葬槍γ繂蝹€通道引入具有電流控制的開關級以改進功率耗散。然 而，這又引入數(shù)個附加功率部件，且增加驅(qū)動器成本和復雜度。
發(fā)明目的和內(nèi)容
盡管在前文中考慮的現(xiàn)有技術裝置能夠提供令人滿意的操作，但是它
們?nèi)匀粺o法針對避免使用有源元件來控制向具有不同電壓降的不同LED 的通道遞送的電流這一 問題提供解決方案。
本發(fā)明的目的在于針對上文概述的問題提供一種完全令人滿意的解 決方案。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過具有所附權利要求中所闡述的特征的驅(qū)動 裝置來實現(xiàn)。權利要求是這里提供的本發(fā)明公開內(nèi)容的組成部分。
因此，本發(fā)明的優(yōu)選實施例是用于將高頻發(fā)生器生成的電流饋送^r 個都包括至少一個LED的多個LED單元的驅(qū)動裝置，該裝置包括以并聯(lián) 結構布置的相應的多個LED通道，以及成對耦合所述多個LED通道的一 個或者多個耦合電感器。
實質(zhì)上，這里描述的裝置充分利用了在通道中引入耦合電感器以便即 使在通道中存在大為不同的正向電壓也對LED電流執(zhí)行電流均衡。
具體而言，當將高頻電壓源施加到表現(xiàn)出不同正向電壓并且與一個耦 合電感器耦合的LED通道對時，在耦合電感器的芯中的不平衡磁通量確 定動態(tài)阻抗，其中該動態(tài)阻抗往往通過基本上運用負反饋行為來補償不同 LED電壓。


現(xiàn)在將參照附圖，僅通過示例來描述本發(fā)明，在附圖中 -圖l是這里描述的驅(qū)動器裝置的第一實施例的示例性電路圖， 國圖2是這里描述的驅(qū)動器裝置的第二實施例的示例性電路圖， -圖3是表示圖2所示驅(qū)動器裝置中出現(xiàn)的電流的時間圖。
具體實施例方式
圖1圖示了用于RGBLED單元的驅(qū)動裝置的電路圖。這樣的驅(qū)動器 級基本上是"降壓型(buck) "HF驅(qū)動器。
具體而言，在圖1中，標號10表示方波發(fā)生器，該發(fā)波發(fā)生器將其
信號經(jīng)由磁性元件11 (即電感器)以及串聯(lián)置于這樣的磁性元件11之后
的去耦合電容器12供應到分別以標號1、 2、 3和4表示的四個并聯(lián)通道。
舉例而言，方波發(fā)生器10是將24V電壓施加到4.7nH電感器11和 150nF去耦合電容器12的逆變器。
四個并聯(lián)通道l、 2、 3、 4中的每一個并聯(lián)通道包括相應的LED單元 33，在圖1中所示示例中，相應的LED單元33僅包括一個LED。在LED 單元33之前布置有電壓倍增器結構，該結構包括通過第一 (優(yōu)選為陶瓷 的)電容器42連接到接地點21的反向二極管43和通過第二 (優(yōu)選為陶 瓷的)電容器41連接到接地21的正向二極管(direct diode) 44。 LED 單元33連接在陶資電容器41、 42的沒有連接到接地21的端子之間。
雖然所有"LED，，通道1、 2、 3、 4都重復至所描述的相同的結構，但 是這些通道l、 2、 3、 4可以視為成對布置，其中耦合電感器(即變壓器) L12、 L23、 L34在類似電壓倍增器的結構上游、在各通道的開始處與所 述去耦合電容器12串g置。
更為重要的是
-耦合電感器L12包括通道l上的第一線團(即繞組)和通道2上的 相應的互感線圏，
-耦合電感器L23包括通道2上的第一線圏和通道3上的相應的互感 線圏，以及
-耦合電感器L34包括通道3上的第一線圏和通道4上的相應的互感 線圏。
這樣的耦合電感器L12、 L23、 L34在通道l、 2、 3、 4的大為不同的 正向電壓的情況下允許進行對LED電流的準完全電流均衡。
如果將高頻電壓源施加到正向電壓Vf的值不同并且與這樣的耦合電 感器之一耦合的兩個LED單元，則自動產(chǎn)生由耦合電感器的芯中的不平 衡磁通量引起的動態(tài)阻抗，該動態(tài)阻抗往往補償不同LED電壓。
具體而言，由低正向電壓Vf引起的一個通道中的電流增加將實質(zhì)上 以負^J績的形式產(chǎn)生該通道的動態(tài)阻抗的增加。
為了使用耦合電容器作為電流均衡器，要避免將連續(xù)電壓施加到磁化 電感，將連續(xù)電壓施加到/^化電感導致磁芯飽和。此外，為了得到耦合電
感器的正確表現(xiàn)，要執(zhí)行對在耦合電感器中流過的電流的重置。因此，這
里描述的裝置特別適合存在HF電壓或者電流源的情況。
如果耦合電容器如剛剛所述那樣使用，則僅需要小尺寸磁芯；事實上
不需要安全絕緣來去耦合兩個不同的LED通道(沒有爬電距離/電氣間 隙)，且僅存在少量的不平衡通量(小的芯尺度)。
舉例而言，在LED單元33表現(xiàn)出9歐姆的電阻且并聯(lián)通道1、 2、 3、 4的正向電壓分別為10V、 13.5V、 15V和20V的情況下，耦合電感器L12、 L23、 L34可以具有500nH值。可以選擇具有l(wèi)jiF值的電容器41和42。
圖1的電路實質(zhì)上需要例如僅僅兩個用以創(chuàng)建HF電壓發(fā)生器10的 功率MOSFET、 一個由磁性元件11代表的功率電感器和N-l個小耦合電 感器，其中N是代表LED通道數(shù)目的整數(shù)。
電容器12除去了負載電流的直流分量，而代表磁性元件11的電感器 減少了由引入的電容性元件引起的尖峰。
LED需要單向且優(yōu)選為恒定的電流源；在所示裝置中，這是通it^ 每個通道中插入兩個二極管43、 44和兩個陶瓷電容器41、 42來保證的。 (在前文中稱為"類似電壓倍增器的")這一結構通過將功率源的頻率加倍 來產(chǎn)生所需電流，從而使動態(tài)響應4艮快。
電感器11和電容器12共同形成諧振電路;如果發(fā)生器10中MOSFET 的工作頻率略低于所得諧振頻率，則可以實現(xiàn)低存儲無功功率(reactive power)和MOSFET零電流操作(低開關損耗)。
圖2示出了驅(qū)動裝置的第二實施例，其中，為了允許由各通道驅(qū)動的 一個或者多個LED的亮度有選擇的變化，在各通道1，、 2，、 3，、 4，上添 加額外MOSFET 72，由相應的低側(cè)驅(qū)動器70即在低頻PWM(脈寬調(diào)制) 模式下工作的方波復生器來驅(qū)動。在其它方面，所公開的電路實質(zhì)上對應 于參照圖l描述的電路，區(qū)別在于在這里，四個去耦合電容器22置于 相應的通道l，、 2，、 3，、 4'中，相對于耦合電感器L12、 L23、 L34處于下 游且與其串聯(lián)，由此去除了圖1所示的去耦合電容器12。
保持了"電壓倍增器"結構，且額外MOSFET 72將其漏電極連接到 LED單元33的正端子。
實質(zhì)上，在圖2的實施例中，圖1的單個電容器12被各通道的電容 器22所取代，以避免在同一元件中的由所有通道的電流引起的電壓降。 此外，僅提供電容器41,與LED單元33并耽故置。舉例而言，電容器22具有56nF的電容，而電容器41具有2pF的電容。與已經(jīng)參照圖l描 述的部件對應的其它部件保持相同值。
所示MOSFET接地而無需隔離的驅(qū)動器。MOSFET驅(qū)動器哞^令為 負邏輯；當LED單元33關斷時，對應的MOSFET 72導通，且使這樣的 LED單元33短路，從而保持總的通道電流。
圖3中所示的時間示了在PWM調(diào)光(PWMdimming)階段中 針對各個通道測量的作為時間t的函數(shù)的電流Il、 12、 13、 14。
在發(fā)明人至今為止進行的實驗中，使用了正向電壓大為不同的LED (大于50%),同時使用頻率相同的PWM控制信號，其中向三個通道應 用不同的接通間隔Ton。所得波形表明起始電it^目似，而通道的電流完全 不受其它通道斷開的影響。
所提出的裝置不但可以與諧振電路結合應用，而且也可以與具有不同 拓樸且在并聯(lián)LED通道上工作的轉(zhuǎn)換器結合應用。例如，它可以與通過 包含一個或者兩個MOSFET的驅(qū)動級來饋送電流的逆變器結合應用。在 這一情況下，通過置于并聯(lián)通道上的相同互感器的漏電感，能夠獲得濾波 電感器。
此外，在這一示例中也便于在每個開關循環(huán)重置互感器中的電流。根 據(jù)這樣的模式操作，通過以"邊界線"方式、即在連續(xù)和非連續(xù)操作之間的 邊界上操作轉(zhuǎn)換器，能夠獲得最佳性能。
本領域技術人員應當理解，例如
-盡管這里例示了四個通道，但是所討論的單元和通道事實上可以是 任何數(shù)目(因此，在附圖中圖示可能存在三個單元完全是舉例性質(zhì))，以 及
各通道可以包括具有單個LED或者多個LED的通道。
具體而言，所提出的裝置不但結合RGB系統(tǒng)有效，而且一般結合并 聯(lián)LED通道也有效。例如，當希望具有高功率、即希望使用24個白LED 時，這些LED需要按并聯(lián)逸改置，以避免過度的電壓降，該電壓降由串 聯(lián)結構確定并且需要通過電流調(diào)節(jié)所施加的超過電壓限制的電壓，例如 25Vrms。因此，需要按照每個具有六個LED的至少四個并聯(lián)通道來配置 相關電路，在為每個通道僅僅添加少數(shù)低成本部件的情況下，所提出的裝 置能夠驅(qū)動該電路。
在不損害本發(fā)明的才艮本原理的情況下，相對于前文僅作為示例所述的 內(nèi)容，甚至可以明顯地改變各個細節(jié)和實施例而不脫離如所附權利要求限 定的本發(fā)明的范圍。
因此，雖然特別考慮了在驅(qū)動RGB LED光源中可能的使用而示出和 描述了本發(fā)明的特定實施例，但是，應當理解本發(fā)明不限于此，因為本領 域技術人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下實現(xiàn)其它的實施例。因 此，設想本發(fā)明涵蓋包括驅(qū)動多色發(fā)光系統(tǒng)如可調(diào)白光發(fā)光系統(tǒng)的任何實 施例。
權利要求
1.一種驅(qū)動裝置，用于將高頻發(fā)生器(10)生成的電流饋送給每個包括至少一個LED的多個LED單元(33)，所述裝置包括以并聯(lián)結構布置的相應的多個LED通道(1，2，3，4；1’，2’，3’，4’)以及耦合所述多個LED通道(1，2，3，4；1’，2’，3’，4’)中的通道對的一個或者多個耦合電感器(L12，L23，L34)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括級聯(lián)至 所述高頻發(fā)生器(10 )的磁性元件(11 )。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括去 耦合電容器(12 )，該去耦合電容器(12 )布置在向著所述多個LED通道(1， 2, 3， 4)的電流的流動路徑中。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，包括多個去耦合 電容器(12)，其中每個去耦合電容器(12)布置在所述LED通道(l，， 2，， 3，， 4，)的相應的一個LED通道中。
5. 根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述多個去耦合電容 器(12)布置在所述LED通道(1，， 2，， 3，， 4，)的相應的一個LED通 道中包括的耦合電感器(L12， L23， L34)的下游。
6. 根據(jù)任一前a利要求所述的裝置，其特征在于，所述多個LED 通道(l， 2， 3， 4; 1，， 2，， 3，， 4，)包括用于饋送所述LED單元(33) 的相應的電壓倍增器結構(41, 42， 43， 44)。
7. 根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，所述多個LED 通道(l， 2, 3， 4; 1，， 2，， 3，， 4，)包括用于執(zhí)行調(diào)光功能的相應的附 加電子開關(72)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所W目應的附加電子 開關(72)耦合到根據(jù)PWM調(diào);3b漠式來驅(qū)動所^目應的附加電子開關(72)的低側(cè)驅(qū)動器(70)。
9. 據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括驅(qū)動器 級，所述驅(qū)動器級至少包括級聯(lián)至所述高頻發(fā)生器(10)的MOSFET。
10. 根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，所述高頻發(fā)生 器(10)被配置用于在每個開關循環(huán)重置所述一個或者多個耦合電感器(L12, L23, L34)中流過的電流。
11. 根據(jù)權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述多個發(fā)光二極管(33)共同限定三色發(fā)光系統(tǒng)。
12. 根據(jù)權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述多個發(fā)光二極管 (33)共同限定多色發(fā)光系統(tǒng)。
13. 根據(jù)權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述多個發(fā)光二極管 (33)共同限定RGB發(fā)光系統(tǒng)。
14. 根據(jù)權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述多個發(fā)光二極管 (33)共同限定可調(diào)白光發(fā)光系統(tǒng)。
全文摘要
一種驅(qū)動裝置，用于將與磁性元件(11)耦合的高頻發(fā)生器(10)生成的電流饋送給多個LED單元(33)，其中每個LED單元(33)都包括至少一個LED。該裝置包括以并聯(lián)結構布置的相應的多個LED通道(1，2，3，4；1’，2’，3’，4’)，以及成對耦合所述多個LED通道(1，2，3，4；1’，2’，3’，4’)中的通道的一個或者多個耦合電感器(L12，L23，L34)。
文檔編號H05B33/08GK101347047SQ200680048883
公開日2009年1月14日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權日2005年11月22日
發(fā)明者尼古拉·贊福林 申請人:奧斯蘭姆有限公司