照明驱动器、照明电路和驱动方法与流程

本发明涉及一种照明驱动器，并且特别地涉及一种利用受控dc电源为不可由切相调光器调光的led灯提供调光能力的照明驱动器。

背景技术：

led由dc电流驱动。因此，led驱动器具有dc电源或提供ac/dc转换。特别地，从市电ac输入驱动led照明器需要将ac市电转换为适于驱动led装置的dc驱动水平。

不同的驱动器设计在成本和性能之间寻求不同的平衡。高成本的驱动器通常利用开关模式电源，该开关模式电源提供ac/dc转换以及具有对驱动器的输出电流和/或电压的反馈控制。

us2012/0187863和wo2013/072784示出了向led提供dc电流的led驱动器的示例。这些文档的驱动器可以与不同的led负载一起使用，并且它们两者都监测在驱动器的输出处的电流和电压。对于us2012/0187863，驱动器可以根据不同的设定工作，并且在启动时逐渐增加电流，以用于确定多少led被连接，从而限定要应用的设置。对于wo2013/072784，进行电流探索，以用于确定对应的最大电压，从而设置用于过电压的安全阈值。

针对ac供电的led灯的低成本驱动器避免了开关模式电源的高频开关组件的需求。因此，这种驱动器可以被集成到led灯中以提供一种led灯，该led灯是对ac市电供电的灯座的改型。

但是，这种led灯需要ac市电电压振幅数量级的高正向电压，并且具有串联放置的许多led。例如，对于led灯丝灯就是这种情况，其中提供了一系列led来模仿传统灯丝灯的外观。可能会有大量串联的led芯片，并且因此具有较高的led正向电压。

图1示出了用于ac市电电源的灯丝led灯100的电路，其因此合并了集成驱动器。驱动器接收ac市电输入110。在输入110和二极管整流桥br1之间提供熔丝f1。跨整流器桥的输出提供能量存储缓冲电容器c1，其与输出负载并联。

输出负载包括led装置(其被示意性地示为数目n个串联的led(led1至ledn))以及与该多个led串联连接的线性电流调节器件d1。

电流调节器件d1例如包括双端半导体组件，包括双极晶体管、二极管和电阻器。只要dc电流低于基准值，该组件就会以低电压降传导dc电流。如果dc电流朝向其基准值增加，则该电流会受到其内部功能的限制，以保持低于该基准电流值。这是有源电流调节器件的一个示例，但是可以使用诸如电阻器的无源器件。

因此，电流调节器件控制峰值电流流动，其中电容器c1使经整流的ac市电信号平滑。当瞬时市电输入高于平均(rms)值时，电容器被充电，并且当瞬时市电输入低时，电容器将电荷递送给led装置。

这种led灯的缺点在于其不能容易地被调光，例如由于在能量存储缓冲电容器c1中的高涌入电流，所以不能使用切相调光器对其调光。因此，这种类型的灯通常仅适用于不可调光的应用。

然而，已知可以通过从经调节的dc电源而不是ac市电电压为这种led灯供电，来对这种led灯调光。然而，在这种情况下，提供给led灯的dc供电电压的范围必须准确匹配led串的正向电压，以使能平滑的调光并且不超过led灯内部的功率耗散，从而不影响其可靠性。然而，灯丝led灯和相关的经调节的dc电源不是标准化产品，使得不可能提供适用于大范围的led灯类型的单个dc电源设计。

例如，经调节的dc电源不知道灯丝等的电气特性，诸如灯的数目和设施的额定功率水平。一些参数(诸如led正向电压)也取决于产品并且取决于温度，并且对于经调节的dc电源也不是已知的。结果，经调节的dc电源通常将以高于所需电压的标称操作电压来为这种led灯的设施供电。这会增加功率损耗和内部线性电流调节器件的温度。作为另外的结果，由于在灯内部的线性电流调节器件上的过多功率损耗，照明设施未被优化。

因此，需要一种经调节的dc电源，该经调节的dc电源能够对一系列不同的可能的led灯装置(特别是被设计为改型ac灯的led灯)提供有效的调光。

技术实现要素：

根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于驱动led照明负载的照明驱动器，其包括：

受控dc电源；

电流传感器，用于感测流过照明负载的电流；以及

控制器，连接到电流传感器，以用于控制受控dc电源的输出电流，其中控制器适于实施：

操作的第一测试模式，以用于检测照明负载的至少一个工作电流；以及

操作的第二工作模式，以用于根据所确定的工作电流而将电流递送到led照明负载。

该驱动器提供电流调节以执行led照明负载的调光。为了使驱动器能够递送合适的电流，驱动器执行用于检测工作电流的测试模式(第一模式)。该工作电流例如是要被递送到负载的额定电流或其他最大电流。工作电流然后可以被缩放以实施调光功能。

由此，可以针对未知的led照明负载确定工作电流。使用该参数，调光器功能可以以最大调光范围(诸如2％到100％)操作，同时给出较低的功率损耗和较低的照明负载热应力。

例如，照明负载包括改型acled灯的网络。这些改型灯例如包括与照明负载串联的限流装置。由于该电流限制功能产生了可识别的电流-电压轮廓，因此它特别地使工作电流能够被检测。

该驱动器包括电压检测器，并且该控制器适于在第一模式下：

向照明负载递送一系列驱动电流；

针对每个驱动电流测量输出电压，并且由此获得电压电流关系；以及

根据电压电流关系确定工作电流范围，针对该工作电流范围，根据输出电压显示阈值行为处的电流确定最小工作电流和最大工作电流。

以这种方式，最大工作电流可以被确定为在随着增加电压而电流保持(或开始保持)基本恒定的水平处的电流。这是比较低电流水平更加与电压无关的额定电流。换句话说，未知电负载的微分电阻在电负载的额定电流处急剧增加。如上所述，这例如是由于在照明负载电路中使用限流组件而导致的。

该控制器例如适于在第一模式下：

确定增量输出电压相对于驱动电流的增加的函数。

电压电流函数中存在一个曲肘(elbow)，并且通过检测针对电流的小增量的电压的大跳跃，可以标识该曲肘的位置。当增量电压增加与负载电流增加的比率高于阈值时，就已经达到最大工作电流。最小工作电流可以被计算为最大工作电流的固定比例，或者可以与电压电流关系无关地确定。

控制器可以适于在第二模式下：

根据调光水平，递送在最小工作电流和最大工作电流之间的输出工作电流。

以这种方式，电流在最小值和最大值之间被调节，其中最大值和最小值从先前检测步骤获得。

控制器可以适于执行第一模式：

每次功率被新供给至驱动器时；和/或

响应于用户输入；和/或

响应于计时器信号。

每当负载特性可能发生改变时，都需要进行第一(测试)模式。这种改变仅可能在驱动器关闭的情况下发生，但是也可以进行周期性的检测步骤，例如以使得还可以考虑照明负载特性在时间(例如老化)上的改变。

控制器可以适于响应于检测到照明负载(特别是照明负载的功耗)上的变化而执行第一模式。可以基于在转换器输出处的电压降或电压改变率的特定特性来检测降低。类似地，可以检测到电压增加。这些变化可能是由短路或开路故障模式引起。

受控dc电源优选地具有最大的dc输出电压，该最大dc输出电压用作保护功能。因此，尽管采用电流调节来驱动照明负载，但是也提供了过压保护。

控制器可以适于从受控dc电源的输出电压来标识过载或负载短路状况。可以基于跨负载的电压降低或dc输出电压低于所编程的目标范围的来检测该过载或短路状况。可以在操作的两个模式中的任一个模式下检测这种过载。当检测到过载或短路时，可能提供诸如错误代码的错误消息。

受控dc电源可以包括dc/dc转换器。它还可以包括ac/dc转换器，该ac/dc转换器用于接收ac市电输入并在内部生成用于dc/dc转换器的dc功率输入。因此，驱动器可以接收ac市电输入并在内部生成dc功率输入。在没有ac/dc转换器的情况下，驱动器可以代替地接收dc功率输入作为外部输入。

本发明还提供了一种照明电路，包括：

led装置；以及

如上限定的用于驱动该led装置的驱动器。

该led装置例如包括一个或多个改型acled灯。

根据本发明的另一方面的示例提供一种用于驱动照明负载的方法，其包括：

执行操作的第一测试模式，以确定照明负载的至少一个工作电流；以及

执行操作的第二工作模式，以根据所确定的工作电流将电流递送到照明负载，其中电流通过操作受控dc电源来递送，使用来自用于感测流过照明负载的电流的电流传感器的反馈来操作受控dc电源。

该方法包括在第一模式下：

向照明负载递送一系列驱动电流；

针对每个驱动电流测量输出电压，由此获得电压电流关系；以及

根据电压电流关系确定工作电流的范围，针对工作电流的范围，根据输出电压显示阈值行为处的电流确定最小工作电流和最大工作电流。

该方法包括，在第一模式下：

确定增量输出电压相对于驱动电流的增加的函数。

可以执行第一模式：

每次功率被新供给至驱动器；和/或

响应于用户输入；和/或

响应于计时器信号；和/或

响应于对照明负载的变化的检测。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了包括集成驱动器的已知的led灯；

图2示出了根据本发明的照明驱动器，其包括受控dc电源；

图3是说明工作电流检测方法的第一绘图；

图4是说明工作电流检测方法的第二绘图；以及

图5示出了照明驱动方法。

具体实施方式

本发明提供了一种照明驱动器，以用于基于具有受控输出电流的受控dc驱动器来驱动未知的照明负载。它在操作的第一测试模式下用于检测照明负载的至少一个工作电流，并在操作的第二工作模式下根据所检测的工作电流并且优选地还根据调光设置来向照明负载递送电流。以这种方式，驱动器基于对负载的电流特性(诸如，最大额定电流)的分析，将其输出配置到负载。

图2示出了根据本发明的一个示例的照明驱动器200的一个示例。诸如图1中所示的，照明驱动器用作经调节的dc电源，特别地具有经调节的输出电流，并且它能够为利用(通常是不可调光的)改型acled灯的照明系统实施调光功能。

所示的示例接收市电ac输入110，并且适于生成经调节的dc输出电流232。dc输出电压不是被直接控制，而是由驱动通过照明负载的电流产生。但是，输出电压受到限制，特别是在负载未消耗经调节的输出电流时。

该照明驱动器为被示意性地示为负载100的led灯或led照明器供电。它们是图1中所示的类型，并且因此包括缓冲电容器和dc限流组件(诸如二极管和/或电阻器)或dc电流调节器以限制最大dc电流，例如以限制每个led串装配中的电流。

led灯或照明器通常还包括集成整流器，因为它们针对改型ac操作而设计。但是，对于基于dc输入的操作，它们仅执行穿过功能。然而，驱动器的操作仅要求照明负载具有表示最大驱动电流的可识别电流(例如，额定电流或其他工作电流)。

照明驱动器可以接收外部dc输入。然而，在所示示例中，驱动器200包括第一ac/dc转换器210，第一ac/dc转换器210将ac市电电压110转换为第一受控dc总线电压vdc1。该dc总线电压为dc/dc转换器220供电，dc/dc转换器220生成受控dc输出电流232，以用于给照明负载100供电。

转换器210、230一起限定了两级ac/dc转换器结构。任何合适的ac/dc转换器可以用于提供经调节的电流。在所示的示例中，ac/dc转换器将ac电压转换为dc电压，这可能会遭受纹波。dc/dc转换器将dc电压转换为dc调节电流，该dc调节电流被很强地调节为期望的电流水平。

因此，在接收外部dc电压的示例中，受控dc电源只是具有经调节的输出电流的dc/dc转换器。在其他示例中，受控dc电源可以被认为是ac/dc转换器和dc/dc转换器的组合或其他的ac/dc转换器架构。

在所示的具有分离的ac/dc和dc/dc转换器的示例中，ac/dc转换器例如是具有功率因数校正的开关模式转换器。它递送经调节的输出电压vdc1。

类似地，dc/dc转换器也例如是诸如降压转换器、正向转换器或谐振负载类型的功率转换器。

因此，改型灯是低成本的组件，并且驱动器使得能够将这些通常不可调光的低成本改型灯与可调光的照明驱动器一起使用。

控制器230包括用于调节ac/dc转换器210的dc输出电压的装置和用于调节dc/dc转换器220的dc输出电流232的装置。注意，ac/dc转换器输出电压的外部控制不是必须的，因为它可以具有单组输出总线电压vdc1，并且因此不要求外部控制。在图2的示例中，总线电压以及dc/dc转换器220的输出电流是可控制的。dc/dc转换器的输出电流的控制与ac/dc转换器的电压控制去耦。

驱动器包括电流反馈作为电流控制回路的一部分。跨与负载100串联的电流感测电阻器234生成电流反馈信号。由控制器230监测跨电流感测电阻器的电压。例如，使用比较器将反馈电压与基准信号进行比较以实施对ac/dc转换器和/或dc/dc转换器的控制。电流传感器234用于将电流稳定到所需的值。其他种类的电流驱动器可以代替驱动器200以提供稳定的电流。

控制器还包括电压传感器，以用于感测由受控dc电源递送的输出电压。

可以凭借通信电路240在一定限度内编程要由电流控制回路使用的基准电流信号。这用于实施调光功能。通信电路具有通信接口250以接收模拟或数字信号。该数字信号可以是数字辅助照明接口(dali)信号或者以太网或zigbee或蓝牙或nfc信号。它用作驱动器的用户接口，可以在其之上提供调光命令。

负载100中的受控dc电流根据照明负载阻抗而生成dc/dc转换器220的dc输出电压vdc2。但是，该dc输出电压必须在dc/dc转换器的大信号限制内，例如：在100v至300v之间。

驱动器具有操作的两个模式。

操作的第一测试模式(负载检测模式)测量照明负载的工作电流(例如，额定电流)，照明负载例如包括未知数目的led灯。优选至少在每次驱动器和照明系统的供电电压开启时进行该负载检测。

参考图3说明工作电流检测。图3示出了照明负载电压(v)与照明负载电流(ma)的绘图。

该绘图涉及与图1中所示的集成驱动器组合的串联连接的96个led的照明负载。

由控制器230通过在操作的第一模式期间逐渐增加由dc/dc转换器220递送的输出电流来导出该图。对于每个电流值，测量输出电压，并且测量负载电压增加与负载电流增加的比率(因此dv/di)，该比率也被称为微分电阻。这在图4中示出，其绘制了比率(dv/di，单位为v/ma，即kω)与电流(ma)。

在图3中，达到了在22ma和23ma之间的最大电流。在该位置，电压与电流函数中存在第一曲肘，因此由于存在阈值行为，所以最大电流可检测。在该示例中，在最小电流设定处还存在第二曲肘，在该第二曲肘上方，电压与电流的函数基本上是线性的，直至第一曲肘。因此可以将最小工作电流确定为在该第二曲肘处的电流。然而，最小工作电流可以替代地被限定为最大工作电流的简单比率。

电压值和电流值将根据led的串联布置和并联布置进行缩放。例如，更大数目的串联led将增加电压，而并联的led将增加电压。

在图4中，绘制了微分led灯输入电阻(显示为δrled)，其是梯度dv/di。在正常调光范围内，该值在大约0.8kω至10kω的范围。当所提供的led灯以其标称(额定)电流操作时，梯度dv/di会增加到50kω至200kω范围内的值。

注意，这些值仅与特定的单个led灯有关。如果数目n个这种灯并联操作，则电阻值将乘以1/n。

对于图4中的前三个绘制点(1.6ma、7.5ma和21.3ma)，电流限制功能不可见。在22.9ma电流处的接下来的绘制的绘图示出了电流限制作用的开始。微分输入电阻从大约0.8kω增加到大约3kω，并且作为响应，该点被定义为标称操作点，特别地最大电流被确定为22.9ma。最低电流值例如可以被定义为微分输入电阻首先下降到10kω以下的电流。

因此，可以将电流操作范围定义为从1.6ma到22.9ma。

在高于22.9ma的情况下，led灯中的线性限流器件会增加其阻抗。以这种方式，微分led灯电压的首次显著增加标志着未知led灯设施的额定电流。该负载电流值被存储在照明驱动器中作为基准工作电流，该基准工作电流可以被视为100％负载电流，即额定电流。然后，led驱动器的输出电流范围在0ma或非零最小值与该100％的负载电流之间。

如上所述，还可以从所示的绘图中确定最小电流，以便基于阈值行为确定整个工作电流范围，或者最小电流可以是最大额定电流的比例值。最小电流甚至可以被设置为零。

至少在照明系统的每次开启时重复该负载检测模式，因为当照明系统关闭时，每个驱动器单元供电的led灯的数目可能已经改变。

操作的第二模式是正常工作模式。驱动器的用户可以通过使用接口250来确定相对led灯电流并且利用相对led灯电流来间接地确定相对功率水平，来调整调光水平。最大的led灯电流水平是在操作的第一模式期间测量的工作电流值。

用于调整调光水平的接口可以是旋钮或两个按钮(pushbottom)以增加或减少调光水平，或者该接口也可以是模拟或数字电信号以用于从外部接口(诸如，远程控制单元或计算机，例如智能手机)传送调光信号。

受控dc电源在为多个led灯提供经调节的dc电流时，在正常操作模式下具有两种保护功能。在耗电灯的数目改变(例如，如果该数目由于损坏的led灯而减少)时，这些保护功能确保了系统的安全操作。例如当使用被设计成用于230vacrms市电电压(其具有325vac峰值电压)的led灯时，第一保护模式将受控dc电源的绝对最大输出电压限制为例如300vdc的安全值。第二保护功能监测受控dc电源的dc输出电压。当一个led灯损坏时，剩余的led灯将以较高的dc电流操作，因为驱动器会为所有所供电的灯调节恒定的总dc电流。每个灯的增加的dc电流会增加可以被测量的驱动器的dc输出电压。

正常操作中电压的正变化或电压的改变率被解释为干扰，它触发照明驱动器从正常操作模式切换回第一负载检测模式，以便测量照明系统的新额定电流。

在led灯或照明系统的短路的情况下，受控dc电源的dc输出电压在正常操作中会下降(给出电压的负的改变率)，或者它可能降到例如240vdc至280vdc的目标操作范围以下，这例如在负载检测模式下也会出现。

两种行为都由受控dc电源的第三保护功能监测，该第三保护功能将关闭其输出电流并且报告错误代码。

用户可以例如通过按下按钮或通过将控制信号发送到照明驱动器的接口来促使第一模式。也可以使用可编程时序序列，该可编程时序序列在所编程的时间间隔之后重复操作的第一模式。

本发明使得能够使用相同的改型led灯将非可调光的改型led灯的ac系统转换为可调光的dc系统。该系统通过简单地利用dc电流驱动器为ac灯供电而转变，该dc电流驱动器具有用于测量ac灯的特性的学习步骤，从而设置可以用于对灯进行调光的最大电流和最小电流。

图5示出了一种驱动照明负载的方法，包括：

在步骤500中，执行操作的第一模式以检测照明负载的至少一个工作电流；以及

在步骤510中，执行操作的第二模式以根据调光设置并且根据所检测的工作电流(或多个电流)将电流递送到照明负载。

在第一模式500中，方法可以涉及：

将一系列驱动电流递送到照明负载的步骤512；

针对每个驱动电流确定输出电压的步骤514，由此获得电压电流关系；以及

从电压电流关系确定一个或多个工作电流的步骤516。

方法的第二模式510包括在将调光设置和所确定的一个或多个工作电流考虑在内的情况下，将受控dc电源递送到负载。

这可以包括ac/dc转换520和dc/dc转换522以提供经调节的输出电流。

对于在消费和专业空间中利用dc调光器对led灯和照明器的调光，本发明是令人感兴趣的。

照明驱动器可以接收市电ac输入。但是，可以存在dc电源，例如大型商业建筑物的本地电源，并且照明驱动器此时接收dc输入，从而避免了由受控dc电源进行本地ac/dc转换的需要。

在上面的示例中，测试模式获得单个工作电流，诸如最大驱动电流，可以从该最大驱动电流获得最小驱动电流。测试模式可以替代地得出两个(或更多)工作电流，诸如最小电流和最大电流。

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