用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載特別是led單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)特別是LED單元的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和一種相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法，包括：功率輸入端子(51、52)，用于從潛在包括用于調(diào)節(jié)周期供電電壓的調(diào)光器的外部功率供給接收所述周期供電電壓；功率輸出端子(53、54)，用于提供用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)的驅(qū)動(dòng)電壓和／或驅(qū)動(dòng)電流；功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)，耦合在所述功率輸入端子和所述功率輸出端子之間，用于控制從所述功率輸入端子接收的輸入電流，以便在第一模式下從所述外部功率供給汲取高功率，或者在第二模式下從所述外部功率供給汲取低功率或不汲取功率；所述高功率比驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載所需的功率更高，并且所述低功率比驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載所需的功率更低；其中所述功率級(jí)控制所述輸入電流處于所述第二模式下僅持續(xù)所述供電電壓的數(shù)個(gè)后續(xù)半周期時(shí)段的一定百分比的半周期時(shí)段，并且用于在所述第一模式下向所述功率輸出端子提供所述驅(qū)動(dòng)電壓和／或所述驅(qū)動(dòng)電流；以及能量存儲(chǔ)單元(90)，耦合到所述功率級(jí)，用于在所述第一模式下存儲(chǔ)在所述功率輸入端子處提供的電能量，并且用于在所述第二模式下經(jīng)由所述功率輸出端子向所述負(fù)載提供所存儲(chǔ)的電能量。
【專利說明】用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載特別是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】
[0001]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)備和對(duì)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)】
[0002]在用于離線應(yīng)用(諸如改型燈)的LED驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，需要解決方案以應(yīng)對(duì)高效率、高功率密度、長(zhǎng)壽命、高功率因子和低成本以及其他相關(guān)特征。雖然實(shí)踐中所有已有解決方案折中考慮了一個(gè)或另一個(gè)需要，但是關(guān)鍵的是所提出的驅(qū)動(dòng)器電路在保持遵守現(xiàn)有和將來的市電功率規(guī)范的同時(shí)，將市電功率適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)為L(zhǎng)ED需要的形式。保證最大的可感知光閃爍(優(yōu)選是零)是至關(guān)重要的。
[0003]典型地，采用兩個(gè)串聯(lián)連接的功率級(jí)，以在整個(gè)市電周期(或供電周期，即市電電壓或供電電壓的周期)中保持輸出功率恒定的同時(shí)獲得高功率因子。已知的還有具有單個(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)的轉(zhuǎn)換器，其通過集成在不連續(xù)導(dǎo)通模式下操作的升壓轉(zhuǎn)換器來允許高功率因子(HPF)。
[0004]對(duì)于一些改型LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，與相切調(diào)光器相兼容是所期望的，然而相切調(diào)光器被設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)大得多的、包括電阻和/或電抗部件(特別是R、RL、C或RLC部件)的負(fù)載。許多這種調(diào)光器是雙線式的。
[0005]使低功率LED燈模塊(在本文中也稱作LED單元)具有最大調(diào)光器兼容性涉及幾個(gè)問題，其主要與燈和調(diào)光器之間的額定功率失配有關(guān)。這種問題包括例如，為調(diào)光器使用的晶閘管(thyristor)或雙向可控娃(triacs)提供有效的保持電流,或者處理可能導(dǎo)致不可控閃爍的、在典型的調(diào)光器電路的LF濾波器元件之間的、不可避免的震蕩。
[0006]現(xiàn)有的解決方案(如果真的可用)，典型地顯示增加的損耗，諸如有在這種驅(qū)動(dòng)器設(shè)備中經(jīng)常使用的已知泄放電路(參見例如JP2010-2122678)，并且還需要幾種無源的和/或半導(dǎo)體元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載特別是包括一個(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，從而特別地提供高效率、長(zhǎng)的壽命和低的成本。進(jìn)一步，所提出的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和方法應(yīng)符合大范圍的相切調(diào)光器。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明的目的是提供一種相應(yīng)的燈裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，包括
[0010]-功率輸入端子，用于從外部功率供給接收周期供電電壓，所述外部功率供給潛在地包括用于對(duì)所述周期供電電壓進(jìn)行調(diào)光的調(diào)光器，
[0011]-功率輸出端子，用于提供驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)負(fù)載，
[0012]-功率級(jí)，耦合于功率輸入端子和功率輸出端子之間用于控制從所述功率輸入端子接收的輸入電流以在第一模式下從所述外部功率供給汲取高功率或者在第二模式下從所述外部功率供給汲取低功率或者不汲取功率，所述高功率大于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載所需的功率以及所述低功率小于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載所需的功率，其中所述功率級(jí)控制所述輸入電流處于所述第二模式下僅持續(xù)所述供電電壓的多個(gè)后續(xù)半個(gè)周期時(shí)段的一定百分比的半個(gè)周期時(shí)段，并且用于在所述第一模式下向所述功率輸出端子提供所述驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流。
[0013]-能量存儲(chǔ)單元，耦合于所述功率級(jí)以便在所述第一模式下存儲(chǔ)在所述功率輸入端子處提供的電能量，以及用于在所述第二模式下經(jīng)由所述功率輸出端子向所述負(fù)載提供所存儲(chǔ)的電能量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種燈裝置，包括燈組件，其包括一個(gè)或多個(gè)燈單元，特別地包括一個(gè)或多個(gè)LED ；以及根據(jù)本發(fā)明所提供的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)所述燈組件。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行限定。應(yīng)理解，所請(qǐng)求的方法具有與所請(qǐng)求的設(shè)備以及在從屬權(quán)利要求中所限定的類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0017]為了符合大范圍的(通常已知且廣泛使用的)調(diào)光器，特別是相切調(diào)光器，提出了低功率驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的功率級(jí)在以下兩種模式的任意之一下運(yùn)行:在第一模式(也稱為模式I)下，它類似于如白熾燈(例如40W) —樣大的恒定負(fù)載；在第二模式(也稱為模式2)功率級(jí)處于斷開狀態(tài)并且形成高歐姆的負(fù)載或者開路(open)。這些功率級(jí)因此控制到驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的輸入電流以優(yōu)選地在供電電壓的零交叉處或者接近零交叉處在這兩個(gè)模式之間進(jìn)行切換。
[0018]進(jìn)一步地，能量存儲(chǔ)單元優(yōu)選為單個(gè)電容器(也稱為總線電容器)被使用和設(shè)計(jì)成向負(fù)載遞送能量持續(xù)供電電壓的N-1個(gè)半周期，并且由此從第一高閾值被放電至第二低閾值。例如，在第二模式下，由能量存儲(chǔ)單元(例如總線電容器)對(duì)4w的燈激勵(lì)持續(xù)供電電壓的N-l=9個(gè)半周期，該能量存儲(chǔ)單元?jiǎng)t在第一模式下在供電電壓的一個(gè)半周期期間進(jìn)行充電，其中從功率輸入端子汲取40W的功率。通常，第一模式的半周期的數(shù)目遠(yuǎn)小于第二模式的半周期的數(shù)目。
[0019]所提出的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備因此確保了在功率供給激勵(lì)的情況下，被設(shè)計(jì)用于與傳統(tǒng)的燈泡一起使用的對(duì)供電電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)(dim)的現(xiàn)有的調(diào)光器也正確工作，甚至在傳統(tǒng)的燈泡現(xiàn)在被LED單元所取代的情況下。在第一模式下，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備因此“模擬”一類傳統(tǒng)的燈泡并且汲取比用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(即LED單元)、從功率供給實(shí)際所需的功率多(得多)的功率。在這一模式下所使用的過量功率用于對(duì)相對(duì)大型的能量存儲(chǔ)單元進(jìn)行充電。然后，在第二模式(其通常具有比第一模式大(得多)的持續(xù)時(shí)間)下，從功率供給僅汲取少量或者不汲取功率，并且通過使用存儲(chǔ)能量單元存儲(chǔ)的能量驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
[0020]供電電壓可以是由功率供給所提供的經(jīng)整流的周期供電電壓。在AC市電電壓例如來自市電供電電壓被作為輸入電壓提供到功率輸入端子的情況下，優(yōu)選地使用(作為驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的一部分或者耦合至功率輸入端子的外部單元)的整流器單元以便將所提供的AC輸入電壓例如市電電壓整流成(經(jīng)整流的周期的)供電電壓。這樣的整流器單元可以例如包括通常已知的半橋或者全橋整流器。供電電壓因此具有與AC輸入電壓的任一極性相同的極性。
[0021]備選地，如果例如這樣的經(jīng)整流的周期供電電壓已經(jīng)提供在功率輸入端子處，例如來自在其他地方提供的整流器(表示所述外部功率供給)，那么沒有另外的通用元件或者僅有通用元件(例如放大器)被耦合到功率輸入端子以對(duì)所提供的供電電壓進(jìn)行整形。
[0022]進(jìn)一步地，功率供給可以包括可能導(dǎo)致上面所描述問題的調(diào)光器，而這些問題可以通過使用本發(fā)明而得以避免。然而，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器在未激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器或者功率供給中根本不存在調(diào)光器的情況下也能正確地工作并且有效地驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
[0023]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述功率級(jí)包括受控的開關(guān)單元，以用于在所述第一模式和所述第二模式之間接通和關(guān)閉所述輸入電流。
[0024]根據(jù)另一實(shí)施例，所述功率級(jí)包括整流器單元和耦合在所述整流器單元(95)的輸入或輸出處的受控的開關(guān)單元，以用于在所述第一模式和所述第二模式之間接通和關(guān)閉所述輸入電流。
[0025]優(yōu)選地，將單個(gè)開關(guān)作為開關(guān)單元提供在例如從功率輸入端子到功率級(jí)的連接線中，由此可以簡(jiǎn)單地中斷所述連接線。這提供了使得功率級(jí)能夠在所述第一模式和第二模式之間進(jìn)行快速切換的簡(jiǎn)單方案。備選地，功率級(jí)可以被控制低至零，即接收零輸入電流，或者可以控制功率供應(yīng)傳遞零輸入電流。
[0026]優(yōu)選地，所述功率級(jí)包括:
[0027]-半橋單元，包括在高壓節(jié)點(diǎn)和低壓節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，并且具有在所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件之間的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，
[0028]-升壓輸入濾波器單元，包括耦合在所述輸入級(jí)的輸出和所述半橋單元之間的第一電感器，以及
[0029]-降壓輸出濾波器單元，包括在所述半橋單元和功率輸出端子之間耦合的第二電感器。
[0030]因此，根據(jù)該實(shí)施例，將離線同步升壓轉(zhuǎn)換器集成到同步降壓轉(zhuǎn)換器中。負(fù)載(例如HV LED單元)連接到功率輸出端子。
[0031]單獨(dú)的電容器電壓水平(即優(yōu)選為電容器的功率存儲(chǔ)單元兩端的電壓水平)允許最小化所存儲(chǔ)的能量。降壓電流允許無損耗地切換兩個(gè)開關(guān)元件(優(yōu)選為晶體管，例如M0SFET，所述開關(guān)元件形成半橋單元)，這意味著即便在高頻率也有高效率，從而允許小型化電感器。
[0032]作為不同優(yōu)選實(shí)施例提供集成了升壓的同步降壓轉(zhuǎn)換器(BSB)的各種基本配置，這些配置應(yīng)對(duì)各種負(fù)載和輸入電壓范圍?？梢酝ㄟ^僅操縱占空比或者切換頻率的方式或者通過突發(fā)模式操作，而在全負(fù)載范圍內(nèi)將它們?nèi)靠刂频偷綄?shí)質(zhì)為零的負(fù)載電流。
[0033]優(yōu)選地，開關(guān)元件一起形成半橋單元(也稱為開關(guān)單元，或者有時(shí)稱為半橋)。但通常而言，開關(guān)元件可以以各種方式實(shí)施，例如包括晶體管(例如，M0SFET)或者其他受控的開關(guān)方式。
[0034]在備選實(shí)施例中，所述功率級(jí)包括輸入功率級(jí)，用于控制輸入電流；以及輸出功率級(jí)，用于控制驅(qū)動(dòng)電壓和/或電流。兩級(jí)供給的優(yōu)勢(shì)在于可以獨(dú)立地控制輸入和輸出電流二者，這允許對(duì)輸入電流進(jìn)行更好地整形以及減輕總線電壓控制。
[0035]優(yōu)選地，所述輸入功率級(jí)包括耦合在功率輸入端子和第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間耦合的電感器，所述第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)被設(shè)置在串聯(lián)耦合的第一二極管和第一開關(guān)單元之間；并且/或者其中所述輸出功率級(jí)包括在功率輸出端子和第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間耦合的電感器。所述開關(guān)節(jié)點(diǎn)被設(shè)置在串聯(lián)耦合的第二二極管和第二開關(guān)單元之間。因此，僅給出兩個(gè)示例，升壓轉(zhuǎn)換器和回掃轉(zhuǎn)換器可以用作輸入功率級(jí)，另外，可以采用降壓或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器連同附加開關(guān)一起用作輸入功率級(jí)。
[0036]如上面簡(jiǎn)略提及的，優(yōu)選地，功率級(jí)被適配成控制從所述功率輸入端子接收的所述輸入電流，以便僅在所述周期供電電壓的零交叉處在所述第一模式和所述第二模式之間切換。然而，這需要知道這些零交叉的時(shí)間點(diǎn)。一種選擇是基于供電電壓的周期性和頻率的知識(shí)估計(jì)或計(jì)算這些時(shí)間點(diǎn)。
[0037]另一種選擇是所述功率級(jí)被適配成估計(jì)所述零交叉的時(shí)間點(diǎn)并且控制所述輸入電流在零交叉前不久在所述第一模式和所述第二模式之間切換。由于在零交叉處或者附近，從功率供給汲取的功率低或者甚至為零，這不管怎樣對(duì)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和功率供給或調(diào)光器的工作沒有負(fù)面影響。然而，這一選擇提供了即便應(yīng)當(dāng)進(jìn)行切換的零交叉的所估計(jì)的時(shí)間點(diǎn)不精確的情況下也不錯(cuò)失零交叉的可能性?！傲憬徊媲安痪谩痹诖丝梢岳斫鉃榱憬徊媲暗脑贠到3ms范圍、優(yōu)選地在0.5到2ms (例如Ims)范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。
[0038]又一種選擇是所述功率級(jí)被適配成也在所述第二模式期間在有規(guī)律地隔開的或所有的零交叉處，通過短暫地控制所述輸入電流從所述外部功率供給汲取高功率，來跟蹤所述零交叉的所述時(shí)間點(diǎn)。同樣，如上所述，在零交叉處或者附近，從功率供給汲取的功率低或者甚至為零，這不管怎樣對(duì)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和功率供給或調(diào)光器的工作沒有負(fù)面影響。然而，這一選擇提供了如果有需要的話，可以跟蹤并且校正零交叉的時(shí)間點(diǎn)的可能性，從而可以使得后續(xù)的零交叉的時(shí)間點(diǎn)的估計(jì)更加精確。“短暫”在此可以理解為從O到3ms的范圍內(nèi)、優(yōu)選地從0.5到2ms (例如Ims)的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。短暫汲取的高功率優(yōu)選地在零交叉之前不久完成，這在此也可以理解為在零交叉之前從O到3ms的范圍內(nèi)、優(yōu)選地從0.5到2ms (例如Ims)的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。這個(gè)實(shí)施例優(yōu)選地與后沿(晶體管)調(diào)光器相關(guān)，也是因?yàn)樗鼈冃枰恍┩ǔＴ诹憬徊娓浇橙〉墓β省?br> [0039]在一個(gè)實(shí)施例中，所述功率級(jí)被適配成基于指示用于調(diào)節(jié)(dim)所述供電電壓的調(diào)光器的類型的調(diào)光器類型的信息，來控制從所述功率輸入端子接收的所述輸入電流以在所述第一模式和所述第二模式之間切換。所述調(diào)光器類型信息可被功率級(jí)獲得，或者驅(qū)動(dòng)器設(shè)備甚至可以包括以下裝置，該裝置用于例如通過監(jiān)視供電電壓來查看例如在激勵(lì)調(diào)光的情況下是否存在前沿或后沿相切調(diào)光器，來確定調(diào)光器的類型。因此，基于這一知識(shí)，可以確定供電電壓的零交叉的時(shí)間點(diǎn)，在該時(shí)間點(diǎn)優(yōu)選地進(jìn)行所述第一和第二模式的切換。
[0040]在另一實(shí)施例中，所述功率級(jí)被適配成基于指示調(diào)光衰減因子的調(diào)光信息來控制所述驅(qū)動(dòng)電流和/或驅(qū)動(dòng)電壓，其中通過該調(diào)光衰減因子來對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)(dimmed)。所述調(diào)光信息可以在所述第一模式期間從所述調(diào)節(jié)的供電電壓和/或調(diào)節(jié)的供電電流得出，或者可以從所述供電電壓的兩個(gè)半周期的時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間比率得出，其中在所述時(shí)間比率的時(shí)間期間，所述調(diào)節(jié)的供電電壓和/或調(diào)節(jié)的供電電流高于預(yù)定的供電電壓閾值。因此，基于從供電電壓得出的代表所施加的調(diào)光量的信號(hào)，例如導(dǎo)通角度，而最終控制驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流。換言之，該控制并不是固定和靜態(tài)的，而是依據(jù)向供電電壓施加的調(diào)光量而可變化。
[0041 ] 在另一實(shí)施例中，所述輸入級(jí)被適配成基于指示在所述能量存儲(chǔ)單元兩端的電流電壓的能量存儲(chǔ)信息，來控制從所述功率輸入端子接收的所述輸入電流以在所述第一模式和所述第二模式之間切換，其中控制所述輸入電流在低能量存儲(chǔ)閾值電壓和高能量存儲(chǔ)閾值電壓之間擺動(dòng)。如果調(diào)光量增加，則優(yōu)選地減少低能量存儲(chǔ)閾值電壓和高能量存儲(chǔ)閾值電壓之間的差。
[0042]以下3個(gè)值是控制的主題:輸入電流(模式I或2)，LED驅(qū)動(dòng)電流和總線電壓?？偩€電容器被設(shè)計(jì)成存儲(chǔ)至少Ebus= (N-1RPJTpot，其中N=Pdim / Po，即所需的最小調(diào)光器功率和額定燈功率(P。)之間的比率，Tpot是半個(gè)供電周期。為了存儲(chǔ)能量，總線電容器可以在低總線電壓水平和高總線電壓水平之間擺動(dòng)。
[0043]存在各種用于操作的方式，例如:
[0044]i)周期跳躍(cycle skipping)控制:保持模式I周期的頻率如高總線電壓限值允許的一樣高。在調(diào)光模式(a < I)，所得到的低總線電壓高于低(操作)限值。
[0045]ii)閾值控制:總線電壓將總在固定的限值之間擺動(dòng)。因此，在調(diào)光水平a< 1，放電周期的數(shù)目增加(N / a)。
[0046]iii)混合操作:操作類型i)在后沿(晶體管)調(diào)光器的情形下可能是有利的，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)部供電要求模型操作。操作類型ii)可能導(dǎo)致更高的總體效率以及良好地適用于通常的前沿(雙向可控硅)調(diào)光器。
[0047]如果檢測(cè)到調(diào)光動(dòng)作(例如相切操作)，則優(yōu)選地減少燈參考電流并且可以仍然使得能量存儲(chǔ)單元兩端的電壓在那些閾值之間擺動(dòng)，如果a是調(diào)光衰減因子，則現(xiàn)在耗費(fèi)大約I / a的充電半周期以及N / a的放電半周期。備選地，可以使用單個(gè)充電半波操作模式(即在供電電壓的單個(gè)半周期中對(duì)能量存儲(chǔ)單元進(jìn)行充電)。
[0048]通常，在一個(gè)實(shí)施例中，所述功率級(jí)被適配成在所述第一模式下控制所述輸入電流以跟隨所述供電電壓。這在通過使用單個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同模式之間的切換的情況下尤其如此。然而，在其他實(shí)施例中，如果有更加復(fù)雜的輸入功率級(jí)，則可以修改輸入電流以例如具有周期的矩形或梯形輸入電流的形式。在具有正弦電流的情形下，可以稍微地減少從調(diào)光器汲取的用于其適當(dāng)操作所需的最小功率Pdim。這意味著減少的存儲(chǔ)要求，即更小的電容器。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，所述功率級(jí)被適配成在所述第一模式中控制所述輸入電流以從所述外部功率供給汲取高功率，其中所述高功率對(duì)應(yīng)于調(diào)光器功率，其中所述調(diào)光器被設(shè)計(jì)成將所述調(diào)光器功率傳遞成最小值，典型地稱為最小需求的負(fù)載。因此，該功率級(jí)幾乎精確地模擬調(diào)光器所針對(duì)設(shè)計(jì)的負(fù)載(最小負(fù)載)，從而調(diào)光器能夠在即使用LED單元代替調(diào)光器所針對(duì)設(shè)計(jì)的白熾燈泡作為負(fù)載提供的情況下也能正確工作。關(guān)于從功率供給/調(diào)光器汲取的功率量的信息可以例如通過進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置而提前提供到功率級(jí)，或者通過驅(qū)動(dòng)器設(shè)備本身根據(jù)供電電壓和輸入電流的測(cè)量而得到確定。
[0050]更進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施例中，所述能量存儲(chǔ)單元，優(yōu)選地是單個(gè)電容器，被適配成存儲(chǔ)足夠在整個(gè)時(shí)間段中驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載的電能量，在所述時(shí)間段期間控制輸入電流處于所述第二模式下。第一和第二模式的持續(xù)時(shí)間的比值優(yōu)選地確定成使得在第一模式期間對(duì)能量存儲(chǔ)單元充電的程度與它在第二模式期間放電的程度相同。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯并且得以闡明。在附圖中，
[0052]圖1示出了已知的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意框圖；
[0053]圖2a示出了已知的具有輸入存儲(chǔ)電容器的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意框圖；
[0054]圖2b示出了已知的具有輸出存儲(chǔ)電容器的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意框圖；
[0055]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的一般布局的示意框圖；
[0056]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第一實(shí)施例的示意框圖；
[0057]圖5示出了圖4所示出的所述第一實(shí)施例的更加詳細(xì)的電路圖；
[0058]圖6示出了所述第一實(shí)施例中在非調(diào)光操作下的電壓和電流的圖；
[0059]圖7示出了所述第一實(shí)施例中在調(diào)光操作下的電壓和電流的圖；
[0060]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的第二實(shí)施例的示意框圖；
[0061]圖9示出了圖8所示的所述第二實(shí)施例中的更加詳細(xì)的電路圖；
[0062]圖10示出了所述第二實(shí)施例中在非調(diào)光操作下的電壓和電流的圖；
[0063]圖11示出了所述第二實(shí)施例中在第一操作模式的調(diào)光操作下的電壓和電流的圖；以及
[0064]圖12示出了所述第二實(shí)施例中在第二操作模式的調(diào)光操作下的電壓和電流的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065]圖1中示意地示出已知的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10的一個(gè)實(shí)施例。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)處理單元14、耦合到第一級(jí)預(yù)處理單元14的輸出的第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16、以及耦合到在所述第一級(jí)預(yù)處理單元14和所述第二級(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波橋式或半波橋式整流器的整流器單元，用于將例如從外部市電供電電壓20提供的AC輸入電壓V20整流為經(jīng)整流的電壓V12。在這個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載22是包括兩個(gè)LED23的LED單元，耦合到第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16的輸出；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及其驅(qū)動(dòng)電流116)用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載22。
[0066]第一級(jí)預(yù)處理單元14將經(jīng)整流的電壓V12預(yù)處理為中間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)換為期望的DC驅(qū)動(dòng)電壓V16。提供電荷電容器18以存儲(chǔ)電荷，即從中間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，以保證基本上恒定的第二級(jí)轉(zhuǎn)換單元16的輸出功率，特別是恒定的經(jīng)過負(fù)載22的驅(qū)動(dòng)電流116。這些元件14、16、18通常是已知的并且被廣泛用于這種驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10，并且因此將不在本文中更詳細(xì)地描述。通常，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10以更大的空間要求和更高的成本為代價(jià)，來遵循前述對(duì)高功率因子和低閃爍的要求，這特別是在改型應(yīng)用中可能被嚴(yán)重限制。在圖2a和圖2b中示意地示出已知的單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備30a的實(shí)施例。所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備30包括整流器單元(其可以與在圖1中示出的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10相同)、以及耦合到整流器單元32的輸出的轉(zhuǎn)換單元34(例如用于在圖2b中示出的實(shí)施例的回掃(flyback)轉(zhuǎn)換器或者用于在圖2a中示出的實(shí)施例的升壓轉(zhuǎn)換器)。此外，在圖2a中示出的實(shí)施例中，提供電荷電容器36a (代表低頻輸入存儲(chǔ)電容器)，其耦合到在所述整流器單元32和所述轉(zhuǎn)換單元34之間的節(jié)點(diǎn)33。在圖2b中示出的實(shí)施例中，電荷電容器36b (代表低頻輸出存儲(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市電供電電壓(也稱作功率供給)20提供的AC輸入電壓V20整流為經(jīng)整流的電壓V32。將經(jīng)整流的電壓V32轉(zhuǎn)換為期望的DC驅(qū)動(dòng)電壓V34，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載22。
[0067]提供(在圖1中的)電荷電容器18和(在圖2a、2b中的)電荷電容器36a、36b，主要是為了濾掉經(jīng)整流的電壓V12的低頻分量，以便允許恒定的電流進(jìn)入負(fù)載。因此這種電容器很大，特別是當(dāng)被與負(fù)載并聯(lián)放置時(shí)和當(dāng)這種負(fù)載是LED時(shí)。
[0068]在圖1和圖2中示出的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備例如在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 中被描述。
[0069]那些單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備30a、30b中的多數(shù)，雖然具有與在圖1中示例地示出的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備相比硬件部件數(shù)目更少的特征，但是通常由于在必須過濾掉AC輸入電壓低頻分量的電荷電容器的尺寸限制，而不會(huì)同時(shí)提供高功率因子和低可感知閃爍。此外，由于用于減輕可感知閃爍的大型存儲(chǔ)電容器的使用，單級(jí)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備可能必須精密地在負(fù)載(例如燈)的尺寸、壽命和最大溫度操作上做出折中。此外，已知的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備通常與現(xiàn)有的相切調(diào)光器不兼容，而這是本發(fā)明解決的主要問題之一。
[0070]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50的一般布局。其包括用于從外部功率供給20 (例如市電供電電壓)接收周期供電電壓vm功率輸入端子51、52，其優(yōu)選地被內(nèi)部的或外部的整流器(在這個(gè)實(shí)施例中未示出)整流。外部功率供給20還可以包括調(diào)光器(未示出)例如通常已知類型的相切調(diào)光器(例如上升沿或下降沿相切調(diào)光器)，用于調(diào)節(jié)所提供的供電電壓。這種調(diào)光器在與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備一起使用時(shí)經(jīng)常導(dǎo)致問題。特別是在通常被設(shè)計(jì)用于與傳統(tǒng)燈泡一起使用的現(xiàn)有的調(diào)光器將用于調(diào)暗一個(gè)或多個(gè)LED燈的情況下，出現(xiàn)那些問題。
[0071 ] 驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50還包括功率輸出端子53、54，用于提供用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載22的驅(qū)動(dòng)電壓vo和/或驅(qū)動(dòng)電流io。
[0072]功率級(jí)70耦合在功率輸入端子51、52和功率輸出端子53、54之間，用于控制從所述功率輸入端子51、52接收的輸入電流im，以在第一模式下從所述外部功率供給20汲取高功率或者在第二模式下從所述外部功率供給20汲取低功率或不汲取功率。所述高功率比驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載22所需要的功率更高，并且所述低功率比驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載22所需要的功率更低。當(dāng)傳統(tǒng)負(fù)載諸如傳統(tǒng)燈泡耦合到驅(qū)動(dòng)器設(shè)備時(shí)，高功率特別地與通常從驅(qū)動(dòng)器設(shè)備汲取的功率一樣高，從而在第一模式期間，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備為功率供給并且特別是現(xiàn)有的調(diào)光器模擬”這種傳統(tǒng)負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載所不需要的過量功率被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)單元90中。
[0073]功率級(jí)70控制輸入電流im僅在所述供電電壓的數(shù)個(gè)后續(xù)半周期的半個(gè)周期的一定的百分比中，處于第二模式。此外功率級(jí)70在所述第一模式下向所述功率輸出端子53、54提供所述驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流。功率級(jí)70的更詳細(xì)的實(shí)施例將在下文中解釋。
[0074]在這個(gè)實(shí)施例中能量存儲(chǔ)單元90包括單個(gè)電容器Cb (也稱作總線電容器)并且耦合到所述功率級(jí)70，用于在所述第一模式下存儲(chǔ)在所述功率輸入端子51、52處提供的電能量，并且用于在所述第二模式下經(jīng)由所述功率輸出端子53、54向所述負(fù)載22提供存儲(chǔ)的電能量。因此在所述第一模式下所述能量存儲(chǔ)單元90加載有電能量，而當(dāng)功率級(jí)70控制所述輸入電流im處于第二模式下時(shí)其經(jīng)由所述功率輸出端子53、54向所述負(fù)載22提供其存儲(chǔ)的電能量。
[0075]在圖4中示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50a的第一更詳細(xì)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，功率級(jí)70a包括在功率輸入端子52 (其耦合到功率供給20的低功率端子)和輸出功率級(jí)63(即包括用于控制驅(qū)動(dòng)電流和/或驅(qū)動(dòng)電壓的功率級(jí)70a的主要元件)之間的耦合線中的單個(gè)開關(guān)元件61。為了控制所述開關(guān)元件，優(yōu)選地額外地提供適當(dāng)?shù)目刂茊卧?3，其控制單元62可以是功率級(jí)70a的一部分或者可以是外部元件。此外，所述控制單元62可以在硬件上由控制器、由適當(dāng)?shù)鼐幊痰奈⑻幚砥骰蛴?jì)算機(jī)，或以任何其它適當(dāng)方式來實(shí)現(xiàn)。為了在第一模式和第二模式之間切換，控制單元62因此控制開關(guān)61將功率級(jí)70a從功率供給20連接或斷開。從而這個(gè)實(shí)施例提供簡(jiǎn)單并且廉價(jià)的、用于在第一和第二模式之間實(shí)現(xiàn)期望的切換的解決方案。
[0076]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50b的第二實(shí)施例，特別是示出功率級(jí)70a的一個(gè)示例實(shí)施例70b。此外，在這個(gè)實(shí)施例中提供將所述被控制的輸入電流imc整流為(周期的)經(jīng)整流的控制電壓imr的整流器單元95。輸出功率級(jí)63b是在圖4中示出的輸出功率級(jí)的一個(gè)示例實(shí)施方式，包括了包含第一開關(guān)元件72和第二開關(guān)元件73的半橋單元71 (也被稱作開關(guān)單元或半橋)，其串聯(lián)耦合于高壓節(jié)點(diǎn)75和低壓節(jié)點(diǎn)76之間，并且在所述第一和第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)72、73之間形成開關(guān)節(jié)點(diǎn)77。包括第一電感器LI的升壓輸入濾波器單元78耦合于所述整流器單元95和所述半橋單元71之間。包括第二電感器L2的降壓輸出濾波器單元79耦合于所述半橋單元71和功率輸出端子53、54之間。
[0077]在這個(gè)實(shí)施例中，升壓輸入濾波器單元78的輸入端子耦合到整流器單元95的輸出端子。升壓輸入濾波器單元78的輸出端子耦合到半橋單元71的開關(guān)節(jié)點(diǎn)77和低壓節(jié)點(diǎn)76。降壓輸出濾波器單元79的輸入端子耦合到半橋單元71的高壓節(jié)點(diǎn)75和開關(guān)節(jié)點(diǎn)77。降壓輸出濾波器單元79的輸出端子耦合到功率輸出端子53、54并且從而耦合到負(fù)載22。在這個(gè)實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)單元90耦合于高壓節(jié)點(diǎn)75和低壓節(jié)點(diǎn)76之間。
[0078]最后，提供另一個(gè)控制單元80 (被實(shí)施例如為控制器、處理器或被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或編程的計(jì)算機(jī)；其還可以被耦合到控制單元62或者被實(shí)施為共用部件)用于控制所述開關(guān)元件72、73。
[0079]升壓電感器LI被設(shè)計(jì)用于轉(zhuǎn)換額定調(diào)光功率Pdim，其可以是額定燈功率Po的N倍以便僅于供電電壓的每一個(gè)第N半周期(N是等于或大于I的整數(shù))對(duì)總線電容器Cp充分充電。其它用于開關(guān)61的位置可能例如在可以耦合于功率輸入端子51、52和輸出功率級(jí)63b之間的整流器單元95和/或EMI濾波器(未示出)之后。在第一模式下，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備典型地類似于電阻性負(fù)載。
[0080]圖6示出在非調(diào)光操作幾個(gè)供電周期下的可能的LF(低頻)波形，其中假設(shè)Plamp(燈的功率)的值=6W，Pin(在模式2 /模式I下輸入功率)=OW / 30ff(1.8kQ),Cb=4.7 μ F，vb_H=440V，vb_L=300V。供電電流im是零(在模式2下)或者對(duì)于周期供電電壓的每個(gè)第五半波形跟隨供電電壓(R=l.8k0hm，30W)，這就導(dǎo)致總線電容器Cp兩端的總線電壓vb的壓升非常陡。在關(guān)閉模式(即模式2)電容器Cp對(duì)負(fù)載22緩慢放電，假設(shè)這是恒定的并且充分導(dǎo)通。表示調(diào)光角度或衰減的參考信號(hào)假設(shè)是100% (a=l)。
[0081]圖7示出對(duì)于相同的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備在調(diào)光操作下的波形，其中假設(shè)Plamp的值=3W，Pin=Off / 30ff(l.8kQ), Cb=4.7 μ F, vb_H=410v, vb_L=340v。這些波形現(xiàn)在由前沿調(diào)光器在90°調(diào)光角度下(這里轉(zhuǎn)化為負(fù)載衰減a=0.5)操作導(dǎo)致，如電壓vm指示?？偩€電壓vb在電壓vb_H和vb_L之間擺動(dòng)。調(diào)光動(dòng)作只在充電周期中(即在模式I中)在供應(yīng)電壓vm中可見，其具有高的大量的供應(yīng)電流im。
[0082]因此本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例提供了一種驅(qū)動(dòng)器，其具有用于控制輸入電流并且用于在供電周期跳躍(cycle skipping)模式下操作的輸入開關(guān)、用于當(dāng)驅(qū)動(dòng)器從供電斷開時(shí)向負(fù)載供電持續(xù)幾個(gè)供電周期的存儲(chǔ)電容器、以及控制輸出電流的功率級(jí)。輸入電流具有兩個(gè)模式，即高功率模式(模式I)，其中輸入電流類似于恒定高功率負(fù)載(例如白熾燈的電阻性阻抗)；和關(guān)閉模式(模式2)，其中功率級(jí)形成高歐姆電阻器或開路。
[0083]在模式之間切換優(yōu)選地僅出現(xiàn)在供電電壓的零交叉。此外，總線電容器被設(shè)計(jì)用于存儲(chǔ)與有例如因子1.5的電壓擺動(dòng)相關(guān)聯(lián)的N-1個(gè)周期的能量。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視并且控制總線電壓vb在預(yù)設(shè)定的值之間或周圍擺動(dòng)。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，從在模式I期間由調(diào)光器所供給的供電電壓得出用于負(fù)載電流參考值的設(shè)置點(diǎn)，例如其中vm在周期時(shí)間內(nèi)中超過閾值的時(shí)間的比率。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50c的第三實(shí)施例，包括表示為功率級(jí)70c的輸入功率級(jí)64和輸出功率級(jí)65。在所述輸入功率級(jí)64和輸出功率級(jí)65之間，耦合能量存儲(chǔ)單元90(在這個(gè)實(shí)施例中包括單個(gè)總線電容器Cb)。在這個(gè)實(shí)施例中輸入功率級(jí)64不像在圖4和圖5中示出的實(shí)施例中那樣簡(jiǎn)單地包括單個(gè)開關(guān)，而是包括一些更多的用于控制輸入電流im的功能。
[0084]例如，雖然在一個(gè)實(shí)施例中輸入電流im被控制在所述第一模式下跟隨所述供電電壓vm (例如如果供電電壓是正弦波則示出正弦波形)，在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入電流im被控制具有不同的波形，例如矩形或梯形形式或任何其它期望的形式。因此輸入功率級(jí)可以例如包括升壓轉(zhuǎn)換器或如在驅(qū)動(dòng)器設(shè)備中傳統(tǒng)地使用的其它電子裝置。
[0085]此外，在一個(gè)實(shí)施例中，在第二模式下輸入功率級(jí)64可以不僅控制輸入電流im為零，而還可以令輸入電流為小電流以從功率供應(yīng)20汲取低功率(即比在第一模式下汲取的高功率低得多的功率，例如小于在第一模式下汲取的功率的10% )。通常，如果真要汲取功率的話，那么僅在第二模式期間在低的供電電壓的交叉附近汲取功率以支持一定類型的調(diào)光器。
[0086]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備50d的第四實(shí)施例，其特別地示出輸入功率級(jí)64的示例實(shí)施方式64d和輸出功率級(jí)65d的實(shí)施方式65d，它們合在一起表示功率級(jí)70c的實(shí)施方式70d。此外，提供如在圖5中示出的實(shí)施例的整流器單元95用于將輸入電流im整流為經(jīng)整流的輸入電流imr。
[0087]輸入功率級(jí)64d包括在整流器單元95的輸出和第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)81之間耦合的第一電感器L3。在所述第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)81和高壓節(jié)點(diǎn)82之間耦合第一二極管84，并且在所述第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)81和低壓節(jié)點(diǎn)83之間耦合第一開關(guān)單元85。在所述高壓節(jié)點(diǎn)82和所述低壓節(jié)點(diǎn)83之間耦合能量存儲(chǔ)單元90。
[0088]輸出功率級(jí)65d包括與輸入功率級(jí)64d相似但鏡像對(duì)稱的電路。特別地，第二電感器L4在第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)86和低壓功率輸出端子54之間耦合。在所述第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)86和高壓節(jié)點(diǎn)82之間耦合第二二極管87，并且在所述第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)86和低壓節(jié)點(diǎn)834之間耦合第二開關(guān)單元88。[0089]輸入功率級(jí)和輸出功率級(jí)兩者通常是被熟知的轉(zhuǎn)換器類型并且也被用于已知的LED驅(qū)動(dòng)器。其包括上述很常見的組合，因此在本文中將不進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。在本文中，輸入功率級(jí)是升壓(或增壓(stepup))轉(zhuǎn)換器，并且輸出功率級(jí)是降壓(或減壓(stepdown))轉(zhuǎn)換器。
[0090]輸入功率級(jí)64通過控制第一開關(guān)單元85來實(shí)現(xiàn)在第一和第二模式之間切換，第一開關(guān)單元85 (像第二開關(guān)單元88 —樣)在控制單元80的控制下切換。當(dāng)控制所述第一開關(guān)單元85不導(dǎo)通時(shí)，允許受控的輸入電流imr經(jīng)過二極管84并且以便既驅(qū)動(dòng)負(fù)載22又對(duì)電容器Cp充電，即設(shè)置第一模式。當(dāng)控制所述第一開關(guān)單元85導(dǎo)通時(shí)，不允許受控的輸入電流imr經(jīng)過二極管84，而是流經(jīng)第一開關(guān)單元85并且返回功率供給20，即設(shè)置第二模式。
[0091]此外，在第一模式下控制第二開關(guān)單元88導(dǎo)通。在不使用額外開關(guān)61的情況下，設(shè)置低總線電壓水平在峰值供電電壓之上，這就意味著通過針對(duì)第一模式(經(jīng)由開關(guān)單元85)將輸入功率級(jí)操作成通常的升壓轉(zhuǎn)換器或者保持開關(guān)單元85斷開來控制，即對(duì)于第二模式輸入電流為零。
[0092]圖10示出對(duì)于在圖8中示出的實(shí)施例的在非調(diào)光操作下所得的波形，其中假設(shè)值Plamp=6ff, Pin=Off / 30W(1.8k Ω ), Cb=4.7 μ F, vb_H=380v, vb_L=140Vo 供電電流 im 是零(模式2)或者對(duì)于周期供電電壓 的每個(gè)第五半波形跟隨供電電壓(R=1.8k0hm，30W)，這就導(dǎo)致總線電壓vb的壓升非常陡。在關(guān)閉模式下，電容器Cp對(duì)負(fù)載22緩慢放電，假設(shè)這是恒定的并且充分導(dǎo)通。表示調(diào)光角度或衰減的參考信號(hào)假設(shè)是100% (即a=l)。
[0093]圖11示出對(duì)于相同的設(shè)備在第一(總線電壓控制)模式的調(diào)光操作下的波形，其中假設(shè)值 Plamp=3W，Pin=OW / 30W (1.8k Ω ), Cb=4.7 μ F, Vbmax=380V, Vbmin=140Vo 這些波形現(xiàn)在由在前沿調(diào)光器的90°調(diào)光角度下的操作造成，如電壓vm指示?？偩€電壓vb還是在閾值電壓vb_H和vb_L2間擺動(dòng)，這就意味著在vm的兩個(gè)半周期(而不是I)期間執(zhí)行充電，而在vm的8個(gè)周期(而不是4)中執(zhí)行放電。
[0094]圖12示出對(duì)于相同的設(shè)備在第二(單脈沖)模式的在調(diào)光操作下的波形，其中假設(shè)值 Plamp=3W，Pin=Pin=OW / 30W(1.8k Ω )，Cb = 4.7 μ F，Vbmax=320V，Vbmin=210V。因此這些波形由與圖10中示出的波形不同的備選控制造成。仍然，以50%負(fù)載僅在單個(gè)半周期中完成充電，其與減小的總線電壓沖程(stroke)關(guān)聯(lián)。
[0095]因此本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例提供一種驅(qū)動(dòng)器，其具有控制輸入電流的輸入功率級(jí)模塊、總線電容器和控制輸出電流的輸出級(jí)。如上所述，輸入電流具有兩個(gè)模式，其優(yōu)選地被在供電電壓的零交叉處切換。總線電容器被設(shè)計(jì)用于存儲(chǔ)與例如因子2的電壓擺動(dòng)相關(guān)的N-1個(gè)周期的能量，以將部件利用最大化。
[0096]由輸入電流模式的切換來控制低閾值和高閾值。從調(diào)光器供給的供電電壓得出用于負(fù)載電流參考值的設(shè)置點(diǎn)；例如其中vm在周期時(shí)間中超過閾值的時(shí)間的比率。
[0097]總之，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，(輸入電流的)控制掌控三個(gè)主要任務(wù)，即i)在啟動(dòng)期間檢測(cè)調(diào)光器類型，?)檢測(cè)/評(píng)估零交叉和調(diào)光角度；和iii)處理對(duì)i)和ii)的適當(dāng)?shù)?市電周期跳躍)響應(yīng)。
[0098]關(guān)于任務(wù)i)，最初地，當(dāng)使總線電容器放電時(shí)，在模式I (開關(guān)閉合)下操作功率級(jí)。立即或過一段時(shí)間(由于調(diào)光器動(dòng)作)電流將(在t0)開始流動(dòng)，這可以用im高于閾值電壓來檢測(cè)。在tl=tO+n*Tper時(shí)，功率級(jí)切換為模式2。Tper是估計(jì)的供電電壓的半周期時(shí)段(例如IOms)并且η是至少為I的數(shù)。測(cè)量輸入電壓vm和輸入電流im兩者，這就允許檢測(cè)調(diào)光器的類型。當(dāng)電流開始和停止流動(dòng)時(shí)的電壓、以及相應(yīng)的di / dt的符號(hào)和幅度指示調(diào)光器的類型。例如在供電電壓零交叉平滑停止并且在高供電電壓快速開始的電流可以意味著連接了前沿調(diào)光器；在高供電電壓停止流動(dòng)并且在低供電電壓或零供電電壓平滑開始的電流可以指示后沿調(diào)光器；等等。
[0099]任務(wù)ii)指檢測(cè)/評(píng)估零交叉和調(diào)光角度。從啟動(dòng)開始，也可以檢測(cè)或計(jì)算供電電壓交叉用于供電同步，其在以下(模式I)周期中刷新:
[0100]在雙向可控硅(前沿)調(diào)光器的情況下，即使經(jīng)由功率輸入端子51、52經(jīng)由小(例如InF)電容器在模式2下也可以感測(cè)供電電壓。模式I總是以電壓零交叉(其在模式I下總可以被檢測(cè))停止。在后沿(晶體管)調(diào)光器的情況下，在模式2下幾乎不能檢測(cè)供電電壓交叉，而必須基于周期時(shí)間的測(cè)量來估計(jì)?？梢酝ㄟ^評(píng)估電壓測(cè)量的方式在模式I下調(diào)整數(shù)據(jù)。例如，如果在接通后沒有檢測(cè)到交叉，這意味著交叉已經(jīng)通過并且估計(jì)的周期過長(zhǎng)，等。在兩種中的任一種情況下，并且可以基于所獲得的調(diào)光器類型的知識(shí)，來處理相切角度/調(diào)光因子a，即在(估計(jì)的/測(cè)量的)電壓零交叉和突然的電流改變之間的時(shí)段的比例。
[0101]任務(wù)iii)指代對(duì)任務(wù)I和任務(wù)2的適當(dāng)?shù)?供電周期跳躍)響應(yīng)的處理。基于對(duì)調(diào)光器形式的估計(jì)，可以改變功率級(jí)在模式I下運(yùn)行的連續(xù)周期的數(shù)目。一些雙線晶體管調(diào)光器自己做出對(duì)供應(yīng)電壓交叉的檢測(cè)/估計(jì)，并且需要例如僅針對(duì)適當(dāng)操作檢測(cè)負(fù)的/正的交叉。為了應(yīng)對(duì)這種情況，因此功率級(jí)優(yōu)選地總是在零交叉前不久(例如Irns)轉(zhuǎn)到模式I。如果沒有檢測(cè)到電流，那么功率級(jí)也可以在模式I下停留多于一個(gè)半周期，并且等候(保留在模式I下)直到其中檢測(cè)到電流流動(dòng)所在的半周期結(jié)束。
[0102]優(yōu)選地本發(fā)明適用于消費(fèi)者和“專消者”(專業(yè)消費(fèi)者)驅(qū)動(dòng)器，特別是如LED驅(qū)動(dòng)器，高于2W，例如集成入燈具中或外部地用于HV LED。其它應(yīng)用是非市電隔離的專用驅(qū)動(dòng)器，有寬松的THD要求(例如20% )和HV LED串負(fù)載。還有，優(yōu)選的應(yīng)用是在功率范圍約2至20W的改型LED燈中，其必須遵循任何種類的墻壁插頭調(diào)光器。
[0103]雖然已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)說明和描述了本發(fā)明，這些說明和描述應(yīng)被認(rèn)為是說明性的或示例性的而不是限制性的；本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明中，通過研究附圖、公開和所附權(quán)利要求可以理解并且實(shí)踐所公開的實(shí)施例的其它變體。
[0104]在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)元件或其它單元可以滿足在權(quán)利要求中闡述的多個(gè)項(xiàng)目的功能。僅在互不相同的從屬權(quán)利要求記載某些措施的僅有事實(shí)，并不意味著不能有益地使用這些措施的組合。
[0105]在權(quán)利要求中的任何引用標(biāo)號(hào)不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)特別是包括一個(gè)或多個(gè)LED (23)的LED單元，所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備包括: -功率輸入端子(51、52)，用于從潛在包括用于調(diào)節(jié)周期供電電壓的調(diào)光器的外部功率供給接收所述周期供電電壓， -功率輸出端子(53、54)，用于提供用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(22)的驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流， -功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)，耦合在所述功率輸入端子和所述功率輸出端子之間，用于控制從所述功率輸入端子接收的輸入電流，以便在第一模式下從所述外部功率供給汲取高功率，或者在第二模式下從所述外部功率供給汲取低功率或不汲取功率；所述高功率比驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載所需的功率更高，并且所述低功率比驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載所需的功率更低；其中所述功率級(jí)控制所述輸入電流處于所述第二模式下僅持續(xù)所述供電電壓的數(shù)個(gè)后續(xù)半周期時(shí)段的一定百分比的半周期時(shí)段，并且用于在所述第一模式下向所述功率輸出端子提供所述驅(qū)動(dòng)電壓和/或所述驅(qū)動(dòng)電流，以及 -能量存儲(chǔ)單元(90)，耦合到所述功率級(jí)，用于在所述第一模式下存儲(chǔ)在所述功率輸入端子處提供的電能量，并且用于在所述第二模式下經(jīng)由所述功率輸出端子向所述負(fù)載提供所存儲(chǔ)的電能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b)包括受控的開關(guān)單元(61)，其用于接通和關(guān)斷所述輸入電流以在所述第一模式和所述第二模式之間切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70b)包括整流器單元(95)和耦合在所述整流器單元(95)的輸入或輸出處的受控的開關(guān)單元(61)，其用于接通和關(guān)斷所述輸入電流以在所述第一模式和所述第二模式之間切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70b)包括 -半橋單元(71)，包括在高壓節(jié)點(diǎn)(75)和低壓節(jié)點(diǎn)(76)之間串聯(lián)耦合的第一開關(guān)元件(72)和第二開關(guān)元件(73)，并且具有在所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件之間的開關(guān)節(jié)點(diǎn)(77)， -升壓輸入濾波器單元(78)，包括耦合在所述輸入級(jí)(60a)的所述輸出和所述半橋單元(71)之間的第一電感器(LI)，以及 -降壓輸出濾波器單元(79)，包括在所述半橋單元(71)和功率輸出端子(53、54)之間率禹合的第二電感器(L2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70c、70d)包括用于控制所述輸入電流的輸入功率級(jí)(64)和用于控制所述驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流的輸出功率級(jí)(65)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a、50b)， 其中所述輸入功率級(jí)(64d)包括在功率輸入端子和第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)(81)之間耦合的電感器(L3)，所述第一開關(guān)節(jié)點(diǎn)被設(shè)置在串聯(lián)耦合的第一二極管(84)和第一開關(guān)單元(85)之間；并且/或者其中所述輸出功率級(jí)(65)包括在功率輸出端子(54)和第二開關(guān)節(jié)點(diǎn)(86)之間耦合的電感器(L4)，所述開關(guān)節(jié)點(diǎn)被設(shè)置在串聯(lián)耦合的第二二極管(87)和第二開關(guān)單元(88)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成控制從所述功率輸入端子接收的所述輸入電流，以便僅在所述周期供電電壓的零交叉處在所述第一模式和所述第二模式之間切換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成估計(jì)所述零交叉的時(shí)間點(diǎn)，并且被適配成控制所述輸入電流在零交叉前不久在所述第一模式和所述第二模式之間切換。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成也在所述第二模式期間在有規(guī)律地隔開的或所有的零交叉，通過短暫地控制所述輸入電流從所述外部功率供給汲取高功率，來跟蹤在所述零交叉的所述時(shí)間點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成基于指示用于調(diào)節(jié)所述供電電壓的調(diào)光器的類型的調(diào)光器類型的信息，來控制從所述功率輸入端子接收的所述輸入電流以在所述第一模式和所述第二模式之間切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成基于指示在所述能量存儲(chǔ)單元兩端的所述電流電壓的能量存儲(chǔ)信息，來控制從所述功率輸入端子接收的所述輸入電流以在所述第一模式和所述第二模式之間切換`，其中控制所述輸入電流在低能量存儲(chǔ)閾值電壓和高能量存儲(chǔ)閾值電壓之間擺動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成在所述第一模式下控制所述輸入電流跟隨所述供電電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述功率級(jí)(70a、70b、70c、70d)被適配成在所述第一模式下控制所述輸入電流從所述外部功率供給汲取高功率，其中所述高功率對(duì)應(yīng)于調(diào)光器功率，其中所述調(diào)光器被設(shè)計(jì)用于傳遞所述調(diào)光器功率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備， 其中所述能量存儲(chǔ)單元(95)適合于存儲(chǔ)足夠在整個(gè)時(shí)間段中驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載的電能量的量，在所述時(shí)間段期間控制所述輸入電流處于所述第二模式下。
15.一種燈裝置，包括: -燈組件，包括一個(gè)或多個(gè)燈單元，特別是包括一個(gè)或多個(gè)LED的LED單元(22),以及 -根據(jù)權(quán)利要求1至14中任何一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(50a、50b、50c、50d)，用于驅(qū)動(dòng)所述燈組件。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103718652SQ201280038435
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月1日
【發(fā)明者】R·埃爾費(fèi)瑞奇, T·洛佩斯, H·J·G·雷德梅切爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司