可调光照明应用的电路和照明单元的制作方法_3

文档序号:9528370阅读:来源:国知局
r>[0051]操作中,当LED驱动器510开始切换时,变压器512的次级线圈上的电压上升得非常快。电压由两个电阻分压器R1 (552和554)和R2 (492和494)的每一个进行分压。开关Swl 450和Sw2 460 (其示为M0SFET)当分压器的较低电阻器(Rib 554和R2b 494)上的电压达到这些M0SFET的相应阈值电压时开始导通。因为Swl 450开始导通,Sw2 460的栅极电压(也就是说它的控制端462上的电压)经由二极管D3 495拉低,从而关断开关Sw2460。可选二极管D3可以通常是肖特基二极管。因此,在最终的情况中,第一路径开关Swl450将导通,并且第一 LED串430将发光,而第二路径开关Sw2 460将不导通,并且第二 LED串440将关闭。
[0052]如果PMW2为高,则光親合器光电晶体管开始导通,其将第一路径开关Swl 450的控制端452(也是就是说该实施例中所示的M0SFET的栅极)拉低。第一路径开关Swl然后关断(也就是说停止导通),并且第一 LED串430关断。这时,第二路径开关Sw2 460的控制端462不再被二极管D3 495拉低,因此它的电压将朝着由分压器R2所定义电压升高。然后,第二路径开关Sw2 460开始导通,接通第二 LED串440。
[0053]因此,通过将PWM2切换为高或低,次级侧电流可以分别从第一 LED串切换至第二LED串并且从第二 LED串切换至第一 LED串。
[0054]电路可以包括LED串430和440的每一个上的相应的电阻器C1、C2。电容器通常可以是电解电容器,以便处理所涉及的电荷和/或电压。除了变换器输出电容器518之外还提供所述电容器以便降低波纹电流:结果,尽管次级电流从一个分支切换至另一个分支,通过LED串的次级电流保持基本恒定。因此,在包含的情况下,这种电容器充当滤波器,以将脉冲电流变换为通过LED的更恒定的电流。恒定的电流可以得到每瓦特相对较高的流明/LED效率。附加地,由于LED发射的光包含较少的波纹,可以提高所感知的“光的品质”。尽管如此,包含这种电容器将导致增加的成本和大小。对于一些应用,例如当LED是0LED时,色温可以对于驱动电流较为敏感。在这些应用中,添加电容器将导致以下结果:当衰减电流时,再现的颜色变得较为不可预测。
[0055]尽管在图5所示的实施例中,第一和第二串LED分别示为具有三个LED,本领域技术人员将理解的是每串中的LED的数量可以不同,并且可以使用更多或更少的LED。如这里所使用的,术语“LED串”可以甚至被扩展为只有单个LED ;具体地,其中LED或LED设备的电压可能显著不同,如同真正的白光LED的情况一样。
[0056]将理解的是,针对电阻分压器R1和R2所选的值可以依赖于LED串电压,其进而依赖于每串中的LED的数量和第一和第二路径开关的特征。具体地,在其中第一和第二路径开关实现为M0SFET的实施例中,这包括它们相应的最大栅极电压、阈值电压和栅极电容。
[0057]已经指出的是,在一些实施例中可能不需要二极管D3。具体地,已经实验性地发现,在其中总串电压被限制为最大值(例如15V)并且第一和第二路径开关被实现为M0SFET的实施例中,可能不需要D3,并且可以省略D3。在这种情况下,第二路径开关Sw2 460的栅极可以直接与第一路径开关Swl 450输出(其在所示的实施例中可以是漏极)直接连接。
[0058]在使用通常比M0SFET开关便宜的双极晶体管作为第一和第二路径开关的实施例中,可能需要二极管D3。将理解的是,双极晶体管中的基极电流通常比M0SFET中的栅极电流高,并且由于任意基极电流将通常代表损耗并且可能难于处理,M0SFET可以提供更高效或更简单的实施例。
[0059]此外,已经实验性地发现,实施例中可能不需要包括电阻器R2a492和R2b 494的电阻分压器R2。具体地,它可以由单个上拉电阻器492替代。在其中第二路径开关Sw2 460被实现为具有显著高的栅极电压的M0SFET时尤其如此,以使不超过它的栅极电压。
[0060]图6示出了根据本公开的方面的另一个实施例。该实施例与图5中所示的实施例类似;然而在这种情况下,电路是非隔离回扫变换器。因此,该实施例与图5中所示的实施例不同,原因在于微控制器526与晶体管628直接耦合,来将第一路径开关Swl 450的控制端452拉低。此外,在该实施例中示出了电阻器610和电容器620在PWM1的微控制器526输出信号线上,以将由微控制器生成的PWM信号变换为LED驱动器的D頂输入处的DC电压,所述DC电压进而设置总输出电流。
[0061]图7示出了根据该公开的方面的另一个实施例。该实施例与图6中所示的实施例类似;然而在这种情况下,电路是非隔离降压变换器。本领域技术人员将熟悉如所示的降压变换器中的电感器712和开关714的结构和操作。在该实施例中,微控制器的控制信号PWM2不直接控制晶体管(图6中的628),以便将第一路径开关Swl 450的控制端452拉低。然而,将PWM2输出通过限流电阻器导引至开关728的控制端,所述开关示出实现为BJT。该开关的输出经由电平移动电阻器732与第一路径开关Swl 450的控制端452连接。在该实施例中,开关450的控制端通过上拉电阻器752与电流源的正极输出连接,并且通过稳压二极管754与负极输出连接,以确保控制端为高,因此使得在开关450由于较高的PWM2信号而不会直接拉低时所述开关450导通(也就是说晶体管导通)。稳压二极管754防止Swl450的栅极-源极电压变得过高或过低。
[0062]考虑图5、6和7中所示的实施例,本领域技术人员将理解的是,第一路径开关接收的第一开关信号可以是微控制器输出的控制信号PWM2的直接副本信号,或可以是它的反相信号-如图5和6和7所不。
[0063]图8示出了当LED驱动器提供电流时(也就是说,PWM1为高)在开关周期的一部分上的、与图5的实施例相关联的多个波形。从最上面,波形是:LED驱动信号PWM1 810、色温控制信号PWM2 820、通过变压器的次级线圈的电流I 830、通过第一路径开关Swl的电流840,和通过第二路径开关Sw2的电流850。次级电流在LED驱动器频率处是脉冲的,并且每个脉冲具有如开关模式变换器的本领域技术人员熟知的常见的三角波形。如可以从附图中看出的,PWM2信号为高时通过第一路径开关的电流是零。在此期间,存在通过开关Sw2的电流脉冲。通过电容器C2的存在使LED电流(未示出)变得平滑。在PWM2信号820变低之后不久,通过第二路径开关Sw2的电流脉冲停止,并且电流脉冲开始通过第一路径开关。应注意的是,在PWM2变低和电流从第二电流路径切换至第一电流路径之间存在短的延迟(其对于100kHz的开关频率可能大约为24 μ s)。这是由第一路径开关450的控制端处的电压到达它的阈值电压所花费的时间所导致的。可以例如通过微控制器526中的软件来补偿该延迟,尽管由于通常从第一路径到第二路径的的切换中的延迟将与从第二路径到第一路径的切换中的延迟相匹配,补偿可能是不必要的。
[0064]图9示出了针对使用脉冲宽度调制(PWM)调光来设置总电流的电路的与图8相同的波形,但是在较长的时间帧或周期上。从最上面波形是:LED驱动信号PWM1 910、色温控制信号PWM2 920、通过变压器的次级线圈的电流I 930、通过第一路径开关Swl的电流940和通过第二路径开关Sw2的电流950。由于扩展的时间帧,次级电流I中的单独的开关周期不可见。然而,清楚地示出了次级电流的PWM,对于驱动器开关周期的部分960不存在次级电流。因此,在周期的这部分期间,既不存在通过第一电流路径又不存在通过第二电流路径的电流。
[0065]图10示出了与图9相似的波形,但是这次针对的是使用模拟调光的电路。从最上面波形是:LED驱动信号PWM1 1010、色温控制信号PWM2 1020、通过变压器的次级线圈的电流I 1030、通过第一路径开关Swl的电流1040和
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