專利名稱：用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載尤其是led單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載尤其是包括一個(gè)或多個(gè)LED的LED單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法。此外，本發(fā)明涉及燈裝置。
背景技術(shù)：
在用于諸如改裝燈之類的離線式應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器的領(lǐng)域，需要技術(shù)方案來應(yīng)對(duì)高效率、高功率密度、長(zhǎng)壽命、高功率因數(shù)和低成本等其它相關(guān)特征。雖然實(shí)踐中所有的現(xiàn)有技術(shù)方案折衷考慮了一個(gè)或另一需求，但關(guān)鍵的是所提出的驅(qū)動(dòng)器電路適當(dāng)?shù)貙⒏删€能量的形式調(diào)整為L(zhǎng)ED所需要的形式，同時(shí)繼續(xù)符合當(dāng)前以及未來的供電干線規(guī)范。在功率因數(shù)被保持在特定界限以上的同時(shí)保證最大的可感知光閃爍是至關(guān)重要的。WO 2010/027254 Al公開了一種包括LED組件的照明應(yīng)用，所述LED組件包括串聯(lián)連接的兩個(gè)或更多個(gè)LED單元,每個(gè)LED單元包括一個(gè)或多個(gè)LED,并且每個(gè)LED單元設(shè)置有用于基本上使LED單元短路的可控開關(guān)。該照明應(yīng)用還包括控制單元，該控制單元用于控制驅(qū)動(dòng)單元并且被布置為接收表示電源電壓的電壓水平的信號(hào)并且根據(jù)該信號(hào)控制所述開關(guān)。此外，提供了能夠讓基于TRIAC的調(diào)光器在最佳保持電流下工作的LED驅(qū)動(dòng)器和包括可開關(guān)緩沖器(例如電容器)的LED驅(qū)動(dòng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載尤其是包括一個(gè)或多個(gè)LED的LED單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法，尤其是用于提供高功率因數(shù)、小尺寸、高效率、長(zhǎng)壽命和低成本的LED單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法。此外，本發(fā)明的目的還在于提供相應(yīng)的燈
>J-U裝直。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，該驅(qū)動(dòng)器設(shè)備包括:-功率輸入單元，用于從外部電源接收輸入電壓并且用于提供經(jīng)整流的電源電壓，-功率轉(zhuǎn)換單元，用于將所述電源電壓轉(zhuǎn)換成用于為負(fù)載供電的電源電流，-電荷電容器，用于存儲(chǔ)電荷并且當(dāng)在給定時(shí)間從電源提取的能量不足以為負(fù)載和/或功率轉(zhuǎn)換單元供電時(shí)為負(fù)載供電，以及-控制單元，用于控制所述電源電壓對(duì)所述電荷電容器的充電，所述電荷電容器被充電到可以明顯高于所述電源電壓的峰值電壓的電容器電壓并且用于為負(fù)載供電。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燈裝置，該燈裝置包括燈組件和如根據(jù)本發(fā)明所提供的用于驅(qū)動(dòng)所述燈組件的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，所述燈組件包括一個(gè)或多個(gè)燈單元，尤其是包括一個(gè)或多個(gè)LED的LED單元。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。應(yīng)當(dāng)理解所要求保護(hù)的方法具有與所要求保護(hù)的設(shè)備以及在從屬權(quán)利要求中所限定的實(shí)施例相類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明基于提供一種控制單元的想法，尤其是通過該控制單元，對(duì)電荷電容器的充電優(yōu)選地以一種主動(dòng)的方式受到控制。按照這種方式，電荷電容器可以以受控方式被充電到所希望的水平，所述受控方式具體而言是控制對(duì)電荷電容器充電的速度、形式和/或程度以提高轉(zhuǎn)換效率和功率因數(shù)。充電可以特別被控制以使得電荷電容器被充電到可以明顯高于電源電壓的峰值電壓的電壓水平。此外，對(duì)負(fù)載的供電可以按這樣一種方式被控制以使得存儲(chǔ)在電容器中的能量只在需要時(shí)才被提供給負(fù)載以避免可感覺到的閃爍，尤其是當(dāng)在給定時(shí)間只有非常少的能量或者沒有能量從電源處被提取來為負(fù)載供電時(shí)(例如，當(dāng)沒有能量或者沒有足夠的能量可以從作為功率輸入單元的輸入而被提供的干線電壓中提取時(shí))。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，存儲(chǔ)在電荷電容器中的能量可以被最有效地利用，這提供了如下優(yōu)點(diǎn)，即電荷電容器的電容與已知的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備中所使用的電荷電容器相比尺寸上可以小很多。電源電壓通常是由功率輸入單元提供的經(jīng)整流的周期性電源電壓。在例如來自于干線電壓源的AC干線電壓被提供作為到功率輸入單元的輸入電壓的情況下，整流器單元優(yōu)選地被用在功率輸入單元中用于將被提供的AC輸入電壓(例如干線電壓)整流成經(jīng)整流的周期性電源電壓。這種整流器單元可以例如包括通常所已知的半橋式或全橋式整流器。因而，對(duì)于AC輸入電壓的任一極性，電源電壓具有相同的極性?？商鎿Q地，如果例如這樣的經(jīng)整流的周期性電源電壓已在功率輸入單元的輸入處被提供了，例如從被設(shè)置在其它地方的整流器(代表所述外部電壓源)被提供了，則功率輸入單元簡(jiǎn)單地包括輸入端子以及所需要的其它元件，例如放大器。在實(shí)施例中，所述控制單元被串聯(lián)耦合到所述電荷電容器，特別是耦合在電荷電容器與在功率輸入單元和功率轉(zhuǎn)換單元之間的節(jié)點(diǎn)之間或者耦合在電荷電容器與負(fù)載之間。這些實(shí)施例實(shí)施起來很簡(jiǎn)單并且提供所希望的功能。在特別有利的實(shí)施例中，所述控制單元耦合在所述電荷電容器與在所述功率輸入單元和所述功率轉(zhuǎn)換單元之間的節(jié)點(diǎn)之間，所述控制單元包括:-耦合到所述電源單元的充電控制單元，用于控制通過所述電源電壓對(duì)所述電荷電容器的充電，所述電荷電容器被充電到可以明顯高于所述電源電壓的峰值電壓的電容器電壓，-與所述充電控制單元并聯(lián)耦合的開關(guān)，用于可開關(guān)地將所述電荷電容器連接到在所述功率輸入單元與所述功率轉(zhuǎn)換單元之間的節(jié)點(diǎn)，以用于將存儲(chǔ)在所述電荷電容器中的能量提供給所述功率轉(zhuǎn)換單元和負(fù)載，以及-開關(guān)控制單元，用于控制所述開關(guān)。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，功率(優(yōu)選為低功率)被從功率輸入單元(或者更準(zhǔn)確地說是任何外部功率源，例如耦合到功率輸入單元的干線功率源)提取至電荷電容器以對(duì)其充電，而當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電荷電容器的能量被提供給功率轉(zhuǎn)換單元并且因而被提供給負(fù)載。充電控制單元可以優(yōu)選為像升壓轉(zhuǎn)換器這樣的有源電路。它能夠以這樣的一種方式來控制電荷電容器中的能量以使得干線功率源的功率因數(shù)可以很高并且電荷電容器的電容可以很低。在實(shí)施例中，開關(guān)控制單元被適配為控制所述開關(guān)，以當(dāng)電源電壓(以及干線電壓)的幅度降至開關(guān)閾值以下時(shí)將所述電荷電容器連接到所述功率轉(zhuǎn)換單元以便為所述負(fù)載供電，并且當(dāng)電容器電壓降至所述開關(guān)閾值以下時(shí)將所述電荷電容器與所述功率轉(zhuǎn)換單元斷開連接。優(yōu)選地，所述開關(guān)閾值對(duì)應(yīng)于略高于(例如高1-10%)負(fù)載兩端電壓的電壓，尤其是在功率轉(zhuǎn)換單元包括降壓轉(zhuǎn)換器的情況下。但是，在其它實(shí)施例中，預(yù)定的開關(guān)閾值也可以被用來實(shí)現(xiàn)這一目的。因而，只在相對(duì)較短的時(shí)間段內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通以將電荷電容器(通過功率轉(zhuǎn)換單元間接地)連接到所述負(fù)載，并且在所述較短的時(shí)間段內(nèi)，存儲(chǔ)在電荷電容器中的能量的相當(dāng)大一部分可以被用于為負(fù)載供電，即電荷電容器兩端的電壓可以從高電平(高于電源電壓的峰值電壓)降到非常低的水平，特別是開關(guān)閾值和/或負(fù)載兩端的電壓。在另一實(shí)施例中，控制單元被連接到功率轉(zhuǎn)換單元的輸出。在該實(shí)施例中，控制單元包括耦合到所述功率轉(zhuǎn)換單元的輸出的充電控制單元、開關(guān)和用于控制所述開關(guān)的開關(guān)控制單元，所述充電控制單元用于控制通過所述負(fù)載兩端的負(fù)載電壓對(duì)所述電荷電容器的充電，所述電荷電容器被充電到可以明顯高于負(fù)載電壓的電容器電壓，所述開關(guān)用于可開關(guān)地將所述電荷電容器連接到在所述功率輸入單元與所述功率轉(zhuǎn)換單元之間的節(jié)點(diǎn)以將存儲(chǔ)在所述電荷電容器中的能量提供給功率轉(zhuǎn)換單元。在又一實(shí)施例中，控制單元被連接到功率轉(zhuǎn)換單元的輸出，所述控制單元包括雙向充電控制單元，用于通過所述負(fù)載兩端的負(fù)載電壓將電荷電容器充電到可以明顯高于負(fù)載電壓的電容器電壓。優(yōu)選地，充電控制單元包括雙向升壓轉(zhuǎn)換器或雙向降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)在給定時(shí)間，從電源提取的能量不夠時(shí)，充電控制單元利用其雙向的特征將電荷電容器所存儲(chǔ)的能量直接分流給負(fù)載。因而，存在用于控制電荷電容器的存儲(chǔ)能量的各種實(shí)施例。哪個(gè)特定實(shí)施例要被用于提供驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的特定實(shí)施方式取決于期望的實(shí)施方式和期望的可用或要使用的硬件/軟件。如上所述，對(duì)電荷電容器的充電可以優(yōu)選地被充電控制單元控制。特別是，可以控制充電過程的各種參數(shù)，例如定時(shí)，尤其是開始時(shí)間、停止時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。優(yōu)選地，定時(shí)被控制成使得電荷電容器在電源電壓高于充電閾值的充電時(shí)段期間被(主動(dòng)地)充電到通常為高于峰值干線電源電壓的電壓。特別是，在電源電壓的峰值時(shí)期，執(zhí)行充電執(zhí)行，并且充電控制單元(例如升壓轉(zhuǎn)換器)只在所述短時(shí)間段內(nèi)工作，這有助于實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)器效率。此夕卜，可以優(yōu)選地控制對(duì)所述電荷電容器的充電的速度、形式和/或程度以提高功率因數(shù)和/或優(yōu)化充電，以使得驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的正常操作(尤其是向負(fù)載提供固定的輸出電流)不受所述電荷電容器的充電的負(fù)面影響。


本發(fā)明的這些和其它方面根據(jù)下文中描述的實(shí)施例而變得清楚并且參考這些實(shí)施例得以闡明。在以下的附圖中圖1示出了已知的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意性框圖，圖2a示出了具有輸入存儲(chǔ)電容器的已知的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意性框圖，圖2b示出了具有輸出存儲(chǔ)電容器的已知的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意性框圖，圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第一實(shí)施例，圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第二實(shí)施例，圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第三實(shí)施例，
圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第一實(shí)施例的詳細(xì)示意性框圖，圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第二實(shí)施例的詳細(xì)示意性框圖，圖5示出了圖4a中所示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的實(shí)施例的電壓波形的圖表，以及圖6示出了圖4a中所示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的實(shí)施例的電流波形的圖表。
具體實(shí)施例方式已知的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10的實(shí)施例在圖1中被示意性地示出。所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10包括整流器單元12、耦合到整流器單元12的輸出的第一級(jí)預(yù)調(diào)節(jié)單元14、耦合到第一級(jí)預(yù)調(diào)節(jié)單元14的輸出的第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16和耦合到在所述第一級(jí)預(yù)調(diào)節(jié)單元14與所述第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16之間的節(jié)點(diǎn)15的電荷電容器18。整流器單元12優(yōu)選地包括諸如已知的全橋式或半橋式整流器之類的整流器，用于將例如從外部干線電壓源20提供的AC輸入電壓V20整流成經(jīng)整流的電壓V12。負(fù)載22 (在該實(shí)施例中為包括兩個(gè)LED 23的LED單元)耦合到第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16的輸出，所述第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16的輸出信號(hào)(特別是其驅(qū)動(dòng)電壓V16和其驅(qū)動(dòng)電流116)被用于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載22。第一級(jí)預(yù)調(diào)節(jié)單元14將經(jīng)整流的電壓V12預(yù)調(diào)節(jié)為中間DC電壓V14，并且第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16將所述中間DC電壓V14轉(zhuǎn)換成期望的DC驅(qū)動(dòng)電壓V16。提供了電荷電容器18以存儲(chǔ)電荷，即由中間DC電壓V14充電，從而對(duì)經(jīng)整流的電壓V12的低頻信號(hào)進(jìn)行濾波以確保第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16的輸出信號(hào)基本固定，尤其是通過負(fù)載22的驅(qū)動(dòng)電流116固定。這些元件14，16，18是普遍已知的并且廣泛地用在這樣的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10中，因而在這里不進(jìn)行更詳細(xì)的描述。通常，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10以更大的空間需求和成本為代價(jià)來符合前述針對(duì)高功率因數(shù)和低閃爍的要求，這可能受到很大限制，尤其是在改裝應(yīng)用中。第一級(jí)預(yù)調(diào)節(jié)單元14的大小可主要由相關(guān)聯(lián)的無源部件決定，尤其是如果它包括工作在較低或中等開關(guān)頻率下的開關(guān)模式電源(SMPS)(例如升壓轉(zhuǎn)換器)的情況下。任何提高開關(guān)頻率以減小這些濾波部件的大小的嘗試都可能引起硬開關(guān)的SMPS中的能量損失快速增加，并且因而導(dǎo)致需要使用更大的散熱器。已知的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備30a，30b的實(shí)施例分別在圖2a和圖2b中示意性地示出。所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備30包括整流器單元32 (可以與圖1中所示的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10的整流器單元12相同)和耦合到整流器單元32的輸出的轉(zhuǎn)換單元34(例如用于圖2b中所示的實(shí)施例的反馳式轉(zhuǎn)換器或者用于圖2a中所示的實(shí)施例的降壓轉(zhuǎn)換器)。此外，在圖2a中所示的實(shí)施例中，電荷電容器36a (表示低頻輸入存儲(chǔ)電容器)耦合到在所述整流器單元32與所述轉(zhuǎn)換單元34之間的節(jié)點(diǎn)33。在圖2b中所示的實(shí)施例中，電荷電容器36b (表示低頻輸出存儲(chǔ)電容器)耦合到在所述轉(zhuǎn)換單元34和負(fù)載22之間的節(jié)點(diǎn)35。整流器單元將例如從外部干線電壓源(也被稱為電源)20提供的AC輸入電壓V20整流成經(jīng)整流的電壓V32。經(jīng)整流的電壓V32被轉(zhuǎn)換成期望的DC驅(qū)動(dòng)電壓V34以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載22。存儲(chǔ)電容器18(圖1中)和36a，36b (圖2a，2b中)主要被提供用于濾出經(jīng)整流的電壓V12的低頻組分，以實(shí)現(xiàn)固定的電流流入負(fù)載。因此，這樣的電容器是很大的，尤其是當(dāng)與負(fù)載并聯(lián)放置時(shí)以及當(dāng)這樣的負(fù)載是LED時(shí)。如圖1和2中所不的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備例如是在Robert Erickson和Michael Madigan的“Design of a simple high-power-factor rectifier based on the flybackconverter，，，IEEE Proceedings of the Applied Power Electronics Conferences andExpositions, 1990, pp.792-801 中所描述的。雖然那些單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備30a，b中的大多數(shù)設(shè)備與圖1中所例示的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備相比特征是具有較少的硬件部件，但是由于必須濾除AC輸入電壓的低頻組分的電荷電容器的大小的限制，它們通常不能同時(shí)提供高功率因數(shù)和幾乎不可感知的閃爍。此外，由于使用被用于減輕可感知的閃爍的大存儲(chǔ)電容器，單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備可能必須折衷考慮負(fù)載(例如燈)的大小、壽命和最大溫度操作。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50a的第一實(shí)施例在圖3a中被示意性地示出。該驅(qū)動(dòng)器設(shè)備包括用于提供周期性電源電壓V52的功率輸入單元52(例如包括用于對(duì)提供的AC輸入電壓V20進(jìn)行整流的傳統(tǒng)整流器，例如如上所述的全橋式或半橋式整流器，或者在提供已經(jīng)整流后的輸入電壓作為輸入的情況下只包括功率輸入端子)，用于將所述電源電壓V52轉(zhuǎn)換為用于為負(fù)載22 (負(fù)載電壓V54)供電的負(fù)載電流154的功率轉(zhuǎn)換單元54 (例如傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器)，用于存儲(chǔ)電荷并且當(dāng)從干線電壓源20只獲取非常少能量或者沒有獲取能量時(shí)(例如在輸入電壓/干線電壓V20的大小降至特定開關(guān)閾值以下)為負(fù)載22供電的電荷電容器56，以及(耦合到節(jié)點(diǎn)60的)控制單元58，該控制單元用于控制通過所述電源電壓V52對(duì)所述電荷電容器56的充電，其充電到明顯高于所述電源電壓V52的峰值電壓的電容器電壓V56,并且用于為負(fù)載22供電。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50b的第二實(shí)施例在圖3b中被示意性地示出。與驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50a的第一實(shí)施例相比,控制單兀58和電荷電容器56稱合到功率轉(zhuǎn)換單兀54的輸出61。此外，提供了耦合到在功率輸入單元52與功率轉(zhuǎn)換單元54之間的節(jié)點(diǎn)60的充電回路59。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50c的第三實(shí)施例在圖3c中被示意性地示出。該實(shí)施例基本與驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50b的實(shí)施例相同，即控制單元58和電荷電容器56耦合到功率轉(zhuǎn)換單元54的輸出61，但是該實(shí)施例不包括控制回路59。在該實(shí)施例中，控制單元58可以包括傳統(tǒng)的雙向升壓或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。如圖3a，3b，3c中所示出的實(shí)施例中所示，根據(jù)本發(fā)明的控制單元58可以很容易地結(jié)合到可以執(zhí)行降壓或升壓轉(zhuǎn)換功能的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器中。電荷電容器56向功率轉(zhuǎn)換單元54提供所需要的能量，以在很少能量或者沒有能量從干線電壓源20傳送的時(shí)段內(nèi)保持固定的能量流入負(fù)載22，例如在功率轉(zhuǎn)換單元54包括傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器的情況下當(dāng)輸入電壓V20的幅度低于負(fù)載電壓V54時(shí)(在降壓轉(zhuǎn)換的情況下輸入電壓必須高于或等于輸出或負(fù)載電壓以使轉(zhuǎn)換能量發(fā)生，而在升壓轉(zhuǎn)換器的情況下所述開關(guān)閾值可以比輸出電壓低很多)。與圖1和2中所示的已知驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10，30相比，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備結(jié)合了可以可控地將電荷電容器56充電到特定的高電壓水平的控制單元58，使得為了避免可感知的閃爍所需要的電荷電容可以被最小化，從而改善功率因數(shù)、大小和壽命。因此，所述控制單元58在給定時(shí)間升高電容器電壓并且部分地控制從電容器到負(fù)載22的能量傳送。優(yōu)選地，控制單元58只在干線電源周期的短暫時(shí)段內(nèi)工作，因而轉(zhuǎn)換效率可以很高。如果被適當(dāng)?shù)乜刂疲刂茊卧?8不需要很大的存儲(chǔ)元件，因此控制單元可以很小。因而，所提出的技術(shù)方案提供了高功率因數(shù)、不可感知的閃爍、高效率、減小的尺寸和電荷電容器56的非常低的濾波電容(因而具有減小的尺寸和長(zhǎng)壽命)。圖4a示意性地圖示了本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50d的實(shí)施例，示出了圖3a中所示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50a的更詳細(xì)的實(shí)施方式。相同的元件用在圖3中所示的第一實(shí)施例中所使用的相同的附圖標(biāo)記來表示。在驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50d的這個(gè)實(shí)施例中，控制單元58耦合在所述電荷電容器56與在所述功率輸入單元52和所述功率轉(zhuǎn)換單元54之間的節(jié)點(diǎn)60之間。在該實(shí)施例中，電荷電容器56被連接在功率輸入單元52和功率轉(zhuǎn)換單元54之間?？刂茊卧?8被串聯(lián)耦合到電荷電容器56?？刂茊卧?8包括耦合到所述功率輸入單元52的充電控制單元62 (例如傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器)，用于控制通過所述電源電壓V52對(duì)所述電荷電容器56的充電，其充電到可以明顯高于所述電源電壓V52的峰值電壓的電容器電壓V56。所述充電控制單元62可以例如包括升壓轉(zhuǎn)換器。此外，控制單元58包括與所述充電控制單元62并聯(lián)耦合的開關(guān)64 (尤其是低頻(LF)開關(guān)64)以及用于控制所述開關(guān)64的開關(guān)控制單元66，所述開關(guān)64用于將所述電荷電容器56連接到節(jié)點(diǎn)60以及從節(jié)點(diǎn)60斷開連接以通過功率轉(zhuǎn)換單元54為負(fù)載22供電。圖4b示意性地圖示了本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50e的實(shí)施例,示出了圖3b中所示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50b的更詳細(xì)的實(shí)施方式。在該實(shí)施例中，充電控制單元62耦合在功率轉(zhuǎn)換單元54的輸出61與電荷電容器56之間。當(dāng)受到開關(guān)控制單元66的控制因而所述開關(guān)64打開時(shí)，通過功率轉(zhuǎn)換單元54的輸出電壓對(duì)電荷電容器56進(jìn)行充電。當(dāng)開關(guān)64關(guān)斷時(shí)，電荷電容器56通過充電回路59將其功率提供給節(jié)點(diǎn)60以向功率轉(zhuǎn)換單元54提供功率。根據(jù)圖3b和4b中所不的實(shí)施例,用于對(duì)電荷電容器充電的功率是從功率轉(zhuǎn)換單元處提取的，而不是像圖3a，4a中所示的實(shí)施例中那樣直接從干線電源/輸入電源處提取的。這些實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)在于充電控制單元62可以在更寬范圍的干線電源周期內(nèi)更高效地工作，因?yàn)檫@里的充電控制單元62與圖3a, 4a中所示的實(shí)施例的充電控制單元62相比具有更適中的轉(zhuǎn)換率。圖3c中所示的實(shí)施例通過使用雙向充電控制單元作為控制單元58完全避免了使用開關(guān)及其開關(guān)控制。這樣的雙向充電控制單元可以將能量從功率轉(zhuǎn)換單元54傳送到電荷電容器56并且從電荷電容器56傳送到負(fù)載22。這可以例如通過雙向升壓或者降壓-升壓來實(shí)現(xiàn)。該實(shí)施例的操作將等同于其它實(shí)施例的操作，只是不需要(LF)開關(guān)。該實(shí)施例相對(duì)于其它實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于避免使用LF開關(guān)及其相關(guān)控制。此外，雙向充電控制單元可以包括降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，所以對(duì)電容能量的利用可以被最大化，因?yàn)殡娙萜麟妷捍藭r(shí)可以降至負(fù)載電壓V54以下。結(jié)果是，這可以使用還更小的電荷電容器并且因而改善壽命、功率因數(shù)和尺寸。驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50d的操作在針對(duì)功率轉(zhuǎn)換單元54為同步降壓轉(zhuǎn)換器的情況的圖5和6中所示的仿真波形中圖示。只要輸入電壓V20(即干線電壓)的幅度高于轉(zhuǎn)換器54的輸出電壓V54，開關(guān)64就保持?jǐn)嚅_。只要滿足這個(gè)條件，轉(zhuǎn)換器54的輸入電壓V52就等于干線電壓V20的幅度。充電控制單元62可操作以使得電荷電容器56兩端的電壓V56必須高于或等于經(jīng)整流的干線電壓V52。充電控制單元62的升壓功能僅可操作時(shí)間段Tc，該時(shí)間段Tc相對(duì)于經(jīng)整流的干線電源周期Tp而言較短。在所示出的示例中，電荷電容器56兩端的電壓V56在(歐洲)干線經(jīng)整流的電壓V52高于290V的時(shí)間Tc期間被升壓至500V。一旦電荷電容器56已被充電到那個(gè)水平，電荷電容器56兩端的電壓V56就保持固定一直到干線經(jīng)整流的電壓V52接近輸出電壓V54為止。那時(shí)，開關(guān)64導(dǎo)通(閉合)并且電荷電容器56兩端的電壓V56被施加(impress)到功率轉(zhuǎn)換單元54的輸入處。此時(shí)，時(shí)段Tl (也被稱為波谷填充時(shí)段)開始，在該時(shí)段內(nèi)，來自電荷電容器56的電荷被傳送到功率轉(zhuǎn)換單兀54和負(fù)載22。填充缺口并確保向負(fù)載22的固定功率傳送所需要的電容取決于輸出功率和電荷電容器56兩端的最大升壓電壓。電容器的尺寸被設(shè)計(jì)以使得在最壞條件下(即重負(fù)載)，干線電壓V20的幅度稍稍在電壓V56降至電壓V54以下之前達(dá)到高于V56的值。此時(shí)，開關(guān)64關(guān)斷并且因而Tl時(shí)段結(jié)束。在給出的示例中，下面的示例值可以被提供給所使用的元件。電荷電容器56可以在保持5W的固定輸出功率的同時(shí)低至120nF。充電控制電路可以包括利用工作在300kHz的僅50 ii H的線圈的傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器。被分析用于驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載22的前端轉(zhuǎn)換器54是工作在準(zhǔn)方波下的同步整流器(即ZVS)，從而允許濾波器部件的小型化以及高效率。該轉(zhuǎn)換器的輸出濾波器可以包括200iiH的線圈和400nF(100V)的電容器。轉(zhuǎn)換器54和充電控制單元58的效率估計(jì)為90%。圖6中所示的干線電流120對(duì)應(yīng)于大約90%的功率因數(shù)。在實(shí)施例中，開關(guān)控制單元控制開關(guān)，以當(dāng)所述電源電壓V52降至開關(guān)閾值ST以下時(shí)將所述電荷電容器連接到所述功率轉(zhuǎn)換單元以便為所述負(fù)載供電，并且當(dāng)電容器電壓V56降至所述開關(guān)閾值ST以下時(shí)將所述電荷電容器與所述功率轉(zhuǎn)換單元斷開連接。開關(guān)閾值ST例如對(duì)應(yīng)于負(fù)載兩端的負(fù)載電壓V54或者略高于(例如高1-10% )負(fù)載兩端的負(fù)載電壓V54的電壓(如圖5中所示)。但是，開關(guān)閾值也可以是預(yù)定的固定值。優(yōu)選地，充電控制單元62能夠執(zhí)行主動(dòng)控制，尤其是用于控制所述電荷電容器56的充電的定時(shí)，尤其是開始時(shí)間、停止時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。此外，充電控制單元62優(yōu)選地被適配用于控制所述電荷電容器56的充電的定時(shí)以使得電荷電容器56在電源電壓V52高于充電閾值CT的充電時(shí)段內(nèi)被充電。因而，在該實(shí)施例中，只在電源電壓V52的峰值時(shí)間Tc期間，電荷電容器56被充電。通常，對(duì)所述電荷電容器56的充電的速度、形式和/或程度可以被控制單元62控制。因而，所提出的本發(fā)明提供了一種針對(duì)用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)方法的技術(shù)方案，該技術(shù)方案利用非常低的濾波器電容(即電荷電容器的非常低的電容)使得可感知的閃爍能夠被去除。因此，有效地避免了對(duì)使用大電容器的需要，而大電容器對(duì)驅(qū)動(dòng)器的功率密度和負(fù)載(尤其是包括具有一個(gè)或多個(gè)LED的LED單元的燈組件)的壽命都會(huì)有負(fù)面影響。如上所述，本發(fā)明優(yōu)選地被適配用于驅(qū)動(dòng)燈組件，但是也可以一般地被用于驅(qū)動(dòng)其它種類的負(fù)載，尤其是任何DC負(fù)載，例如DC電機(jī)、有機(jī)LED和需要被適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)的其它電氣負(fù)載。作為低輸入濾波器電容的直接結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的功率因數(shù)可以被明顯提高。此外，所提出的技術(shù)方案特征是減小的空間和高的轉(zhuǎn)換效率，從而克服了已知的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(尤其是大多數(shù)現(xiàn)有的基于預(yù)調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備)的前述局限。因而，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和方法結(jié)合了已知的單級(jí)和兩級(jí)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)。雖然本發(fā)明已在附圖和之前的描述中被詳細(xì)地圖示和描述，但是這些圖示和描述要被認(rèn)為是說明性的或者示例性的而非限制性的；本發(fā)明不局限于所公開的實(shí)施例。通過對(duì)附圖、本公開說明書和所附權(quán)利要求的研究，在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明的過程中，所公開的實(shí)施例的其它變形可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解和實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)?？梢杂靡粋€(gè)元件或其它單元實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所引述的若干項(xiàng)的功能。特定的措施在互不相同的從屬權(quán)利要求中被引述的這一事實(shí)并不表示這些措施的組合不能被用來突出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被理解為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a-50e)，所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)尤其是包括一個(gè)或多個(gè)LED (23)的LED單元，所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備包括: -功率輸入單元(52)，用于從外部電源接收輸入電壓(V20)并且用于提供經(jīng)整流的電源電壓(V52)， -功率轉(zhuǎn)換單元(54)，用于將所述電源電壓(V52)轉(zhuǎn)換成用于為所述負(fù)載(22)供電的負(fù)載電流(154)， -電荷電容器(56)，用于存儲(chǔ)電荷并且當(dāng)在給定時(shí)間從所述外部電源(20)提取的能量不足以為所述負(fù)載(22)和/或所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)供電時(shí)為所述負(fù)載(22)供電，以及 -控制單元(58)，用于控制所述電源電壓(V52)對(duì)所述電荷電容器(56)的充電，所述電荷電容器被充電到明顯高于所述電源電壓的峰值電壓(V52)的電容器電壓(V56)并且用于為所述負(fù)載(22)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a_50e)， 其中所述控制單元(58)被串聯(lián)耦合到所述電荷電容器(56)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50d)， 其中所述控制單元(58)耦合到所述電荷電容器(56)與在所述功率輸入單元(52)和所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)之間的節(jié)點(diǎn)(60)之間,所述控制單元(58)包括 -耦合到所述功率輸入單元(52)的充電控制單元(62)，用于控制通過所述電源電壓(V52)對(duì)所述電荷電容器(56)的充電，所述電荷電容器被充電到明顯高于所述電源電壓(V52)的峰值電壓的電容器電壓(V56)， -與所述充電控制單元(62)并聯(lián)耦合的開關(guān)(64)，用于可開關(guān)地將所述電荷電容器連接到在所述功率輸入單元(52)與所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)之間的節(jié)點(diǎn)(60)，以用于將存儲(chǔ)在所述電荷電容器中的能量提供給所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)，以及 -開關(guān)控制單元(66)，用于控制所述開關(guān)(64)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50e)， 其中所述控制單元(58)被連接到所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)的輸出，所述控制單元(58)包括 -耦合到所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)的所述輸出的充電控制單元(62)，其用于控制通過所述負(fù)載(22)兩端的負(fù)載電壓(V54)對(duì)所述電荷電容器(56)的充電,所述電荷電容器被充電到明顯高于所述負(fù)載電壓(V54)的電容器電壓(V56)， -開關(guān)(64)，用于可開關(guān)地將所述電荷電容器(56)連接到在所述功率輸入單元(52)與所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)之間的節(jié)點(diǎn)(60)，以用于將存儲(chǔ)在所述電荷電容器(56)中的能量提供給所述功率轉(zhuǎn)換單元(54),以及 -開關(guān)控制單元(66)，用于控制所述開關(guān)(64)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50d，50e)， 其中所述開關(guān)控制單元￠6)被適配為控制所述開關(guān)￠4)以當(dāng)所述電源電壓(V52)降至開關(guān)閾值(ST)以下時(shí)將所述電荷電容器(56)連接到所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)以用于為所述負(fù)載(22)供電，并且當(dāng)所述電容器電壓(V56)降至所述開關(guān)閾值(ST)以下時(shí)將所述電荷電容器(56)從所述功率轉(zhuǎn)換單元(22)斷開連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50d，50e)，其中所述開關(guān)閾值(ST)對(duì)應(yīng)于所述負(fù)載(22)兩端的負(fù)載電壓(V54)或者略高于所述負(fù)載電壓(V54)的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50c)， 其中所述控制單元(58)被連接到所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)的輸出，所述控制單元(58)包括雙向充電控制單元以用于通過在所述負(fù)載(22)兩端的負(fù)載電壓(V54)對(duì)所述電荷電容器(56)充電，所述電荷電容器被充電到明顯高于所述負(fù)載電壓(V54)的電容器電壓(V56)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3，4或7所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50c,50d，50e)， 其中所述充電控制單元￠2)被適配用于控制所述電荷電容器(56)的所述充電的定時(shí)，尤其是開始時(shí)間、停止時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求3，4或7所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50c,50d，50e)， 其中所述充電控制單元￠2)被適配用于控制所述電荷電容器(56)的所述充電的定時(shí)以使得所述電荷電容器(56)在其中所述電源電壓(V52)高于充電閾值(CT)的充電時(shí)段(Tc)期間被充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求3，4或7所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50c,50d，50e)， 其中所述充電控制單元￠2)被適配用于控制所述電荷電容器的所述充電的速度、形式和/或程度。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50d，50e)， 其中所述充電控制單元￠2)包括升壓轉(zhuǎn)換器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a_50e)， 其中所述電源單元(52)包括整流器單元，其用于將被提供的AC輸入電壓(V20)整流成經(jīng)整流的周期性電源電壓(V52)。
13.用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)尤其是包括一個(gè)或多個(gè)LED(23)的LED單元的驅(qū)動(dòng)方法，所述驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟: 從外部電源接收輸入電壓(V20)， 提供經(jīng)整流的電源電壓(V52)， 將所述電源電壓(V52)轉(zhuǎn)換成用于為所述負(fù)載(22)供電的負(fù)載電流(154)， 存儲(chǔ)電荷并且當(dāng)在給定時(shí)間從所述外部電源(20)提取的能量不足以為所述負(fù)載(22)和/或所述功率轉(zhuǎn)換單元(54)供電時(shí)為所述負(fù)載(22)供電，以及 控制通過所述電源電壓(V52)對(duì)所述電荷電容器(56)的充電，所述電荷電容器被充電到明顯高于所述電源電壓(V52)的峰值電壓的電容器電壓(V56)并且用于為所述負(fù)載(22)供電。
14.一種燈裝置，包括: 燈組件，該燈組件包括一個(gè)或多個(gè)燈單元，尤其是包括一個(gè)或多個(gè)LED (23)的LED單元，以及 根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任一權(quán)利要求 所述的用于驅(qū)動(dòng)所述燈組件的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a_50e)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)(尤其是LED單元)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a-50e)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法，所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備包括功率輸入單元(52)、功率轉(zhuǎn)換單元(54)、電荷電容器(56)以及控制單元(58)，功率輸入單元從外部電源接收輸入電壓(V20)并且提供經(jīng)整流的電源電壓(V52)，功率轉(zhuǎn)換單元將電源電壓(V52)轉(zhuǎn)換成為負(fù)載(22)供電的負(fù)載電流(I54)，電荷電容器用于存儲(chǔ)電荷并且當(dāng)在給定時(shí)間從外部電源(20)提取的能量不足以為負(fù)載(22)和/或功率轉(zhuǎn)換單元(54)供電時(shí)為負(fù)載(22)供電，控制單元控制電源電壓(V52)將電荷電容器(56)充電到明顯高于電源電壓的峰值電壓(V52)的電容器電壓(V56)以及為負(fù)載(22)供電。
文檔編號(hào)H05B33/08GK103190200SQ201180053038
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者T·洛佩斯, R·埃爾費(fèi)里施 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司