用于照明驱动器电路的辅助电源的制作方法
【专利摘要】公开了用于将辅助电力供给至照明驱动器电路的技术。辅助电源可以用于例如将辅助电力提供给驱动LED串的电流源。在一些实施例中，LED串被有效地用作串联电阻器以对提供辅助电压Vaux的电容器充电。一旦电容器被充电到给定阈值，LED串就可以与电容器断开连接，并且通过所述LED串的电流旁路所述辅助供给电路。因此，电流源提供通过LED串的电流，电流进而可以被有选择地馈送到辅助电源以将辅助电力提供回电流源或将辅助电力提供给另外电路。
【专利说明】用于照明驱动器电路的辅助电源
[0001] 相关申请 本申请要求于2012年1月20日提交的美国临时申请No. 61/588,838的优先权，通过 对该临时申请的整体进行引用而将其合并于此。
【技术领域】
[0002] 本申请涉及照明驱动器电路，并且更具体地涉及用于照明驱动器电路(诸如非隔 离恒定电流LED驱动器）的辅助电源。
【背景技术】
[0003] 将辅助电流源提供给照明驱动器电路可能牵涉提供一个或更多个低电压DC电 源。线性电压调节器可以提供这些辅助低电压DC供给电压。这样的辅助源牵涉大量不寻 常的挑战。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 图la示出用于包括将辅助电力提供给LED驱动器的其它电路的线性调节器的LED 照明系统的电路设计。
[0005] 图lb示出具有辅助电源的LED驱动器的另一电路设计。
[0006] 图2a示出根据本发明一个实施例所实现的利用辅助电源中的LED电流的LED驱 动器的电路设计。
[0007] 图2b示出根据本发明另一实施例所实现的利用辅助电源中的LED电流的LED驱 动器的电路设计。
[0008] 图2c图解根据本发明一个实施例的借助n个电流源IS1至ISn对n个LED串供 电的具有n个通道的多通道LED驱动器。
[0009] 图2d示出作为时间的函数的图2a_图2c的Vaux的曲线图(假设ILED和Iaux是 恒定电流，这在几乎所有与实际应用有关的情况下是良好的近似)。
[0010] 图2e图解根据本发明一个实施例的对LED串LEDl-LEDn供电并且包括提供辅助 电压的两个辅助供给的具有n个通道的多通道LED驱动器。
[0011]图2f图解根据本发明一个实施例的将电力从多个LED串提供给辅助供给的多通 道LED驱动器。
[0012] 图2g图解根据本发明一个实施例的将电力从多个LED串提供给辅助供给的多通 道LED驱动器，其中，辅助供给内的开关可以被独立地控制。
[0013] 图3示出根据本发明一个实施例所实现的利用辅助电源中的LED电流的LED驱动 器的替换电路设计。
[0014] 图4示出根据本发明一个实施例所实现的包括LED的多个串联子组的LED驱动器 的替换电路设计。
[0015] 图5a示出根据本发明一个实施例所实现的将升压转换器用作电流源的LED驱动 器的电路设计。
[0016] 图5b示出根据本发明一个实施例所实现的将降压转换器用作电流源的LED驱动 器的电路设计。
[0017] 图6a示出根据本发明一个实施例的在没有线路同步的情况下具有多个LED串和 辅助电源的特定LED驱动器电路。
[0018] 图6b示出根据本发明一个实施例的在线路同步的情况下具有多个LED串和辅助 电源的特定LED驱动器电路。
【具体实施方式】
[0019] 公开了用于将辅助电力供给至照明驱动器电路的技术。辅助电源可以用于例如将 辅助电力提供给驱动LED串的电流源。在一些示例实施例中，LED串有效地用作串联电阻 器，以对提供辅助电压Vaux的电容器充电。在这样的情况下，进入到串联电阻（LED串）的 电力是无损电力（如其在将常规线性调节器的情况下那样)，因为LED无论如何都需要被供 电以提供光。一旦V aux电容器被充电到辅助电力源的标称电压，LED串就可以与电容器断 开连接，并且通过LED串的电流旁路辅助电源电路。因此，电流源提供通过LED串的电流， 电流进而可以被馈送到辅助电源，以将辅助电力提供回电流源，和/或将辅助电力提供给 其它电路。在辅助电源内存在足够的电荷之后，开关可以将辅助电源与LED电流断开连接。 驱动器可以从AC或DC输入被供电。根据本公开，大量配置和变形将是明显的。
[0020] 概述 如先前所指出那样，在照明驱动器电路中提供辅助源牵涉大量不寻常的挑战。例如，即 使线性调节器归因于其操作性质而将是理想组件，典型地用于提供这样的辅助源的线性调 节器中所耗散电力也可能产生显著的电力损耗。更详细地，照明驱动器电路可能要求内部 电力源来提供其自身的功能。照明驱动器电路可以包括例如LED驱动器、用于荧光照明系 统的电子镇流器、白炽照明电路、用以控制其它照明电路或其它合适的照明电路的器件。在 LED驱动器的情形下，内部电力源将简单地对将恒定电流供给至LED串的核心功能供电。现 代驱动器同样可以合并有附加能力(诸如通信、亮度和色彩控制)。无论功能如何，为了针对 整个驱动器实现高效率，高效率的辅助电力源是期望的。图la示出用于包括将辅助电力提 供给LED驱动器的其它电路的线性调节器的LED照明系统的电路设计。如可见那样，在该 特定示例中，电路的输入级包括AC源101，其将信号提供给电压整流器102,电压整流器102 连接到电容器103。在其它实施例中，AC输入级在DC供给驱动器的情况下可能是不必要的。 在该示例中，输入级将电压Vin提供给电流源110,电流源110提供通过LED串111的恒定 电流。在一些实施例中，电流源110可以是将电流提供给LED的开关模式转换器或线性 调节器。在该示例中，输入级还连接到线性调节器，线性调节器表现为可变串联电阻，将期 望的输出Vaux提供给其它电路，所述其它电路可以包括LED驱动器的控制电路(微控制器 电路，电力级的控制件、与光管理系统/整体控制系统/构建自动化系统的通信部件、其它 通常电路等)。图lb示出用于基于实现线性电压调节器的非隔离恒定电流LED驱动器的LED 照明系统的电路设计。如可见那样，AC源101将信号提供给电压整流器102和辅助电源，电 压整流器102连接到电容器103。辅助电源是线性电压调节器，包括电容器104和109、齐 纳二极管106、二极管107、电阻器105和晶体管108。晶体管108的输出将辅助电流I aux和 辅助电压vaux提供给电流源110。该设计中的恒定电流源110仅要求单个辅助供给电压，并 且提供通过LED串111的恒定电流。跨线性调节器的电压降乘以控制电路所汲取的辅助电 流确定所耗散并且因此损耗在线性调节器中的的电力。尤其是在具有高输入电压的应用中 (例如使干线电力驱动器断开)，所耗散的电力可能是大量的，并且可能减小LED驱动器的整 体效率和/或热性能。如果图lb所示的电路的输入电容器103大，则电容器上的纹波电压 将是小的。在此情况下，电容器电压V in将接近峰值线路电压(例如，对于120Vac线路而言标 称地为170V)。假设辅助电源必须提供等于大约5V的辅助电压V aux以及等于大约20mA的 辅助电流Iaux，则理想线性调节器中的所耗散的电力将是（V in - VaJ *Iaux = (170V-5V) *20mA =3.3W。考虑到所提供的辅助电力仅为5V*20mA = 0.1W，这是显著的电力损耗。在另一驱 动器设计中，图lb所示的电路的输入电容器103小，从而整流器102的电压输出V in以正弦 形状在0V与170V之间变化。因此，辅助电源中的平均电力损耗并不如在更大电容器的情 况下那样大，但仍然是显著的。为了缓解线性调节器的缺点，可以使用基于(单机)开关模式 电力转换器的辅助电源。然而，由于开关模式电源通常比线性调节器更复杂，因此它们可能 要求附加的设计努力、印刷电路板上的更多空间，并且同时，它们可能将复杂度、潜在的EMI 问题以及附加的成本加入到产品。
[0021] 因此，并且根据本发明实施例，公开用于通过利用现有LED串电流来对辅助电源 进行馈送来更有效率地将辅助电力提供给恒定电流LED驱动器的电子器件的技术。根据一 些实施例，所述技术可以通常利用相对于常规技术更少的组件来提供辅助电力而被实现， 因此与单机辅助开关模式电源相比还增加了成本效率以及可制造性。根据一个特定实施 例，无需磁性元件，并且仅加入两个电力组件：开关和二极管，以将辅助电力提供给所给定 的LED驱动器电路。然而，除了非隔离恒定电流LED驱动器之外的实施例也可以受益于在 此所提供的技术，如根据本公开将领会的那样。
[0022] 可以使用大量电路设计来实现利用LED串电流来创建辅助供给电压Vaux的原理， 如根据本公开将领会的那样。在利用开关实现的一些示例情况下，如果V aux落在第一阈值 电压之下，则开关控制件关断开关，并且Vaux电容器被LED串电流充电。只要开关打开，V aux 就上升。然而，随着Vaux达到第二阈值电压，开关控制件闭合开关。因此，LED串电流旁路辅 助电源电路。阻断二极管可以用于有效地将辅助供给与主电力路径断开连接。
[0023] 电路架构 图2a图解根据本发明一个实施例的利用LED电流来对辅助电源进行馈送的电路设计。 如可见那样，该特定示例实施例包括AC电压源201、整流器202、输入电容器203、LED串 209、恒定电流源208和辅助电源电路。辅助电源电路包括电容器204、控制器205、二极管 206以及由控制器205控制的开关207。这种利用LED电流来对辅助电源进行馈送的技术 是有效的，因为LED驱动器无论如何都必须控制并且提供该LED电流。在替换实施例中，电 力源可以是DC电压源、电池或任何另外合适的电力源。
[0024] 在操作中，通过LED串209的电流被用于创建馈送到恒定电流源208中的辅助电 压。更详细地，并且在进一步参照图2a的情况下，在整流器202的输出处的电压标记为V in， 在二极管206的输出处的辅助电压标记为Vaux，通过LED串209的电流标记为，并且从 辅助电源电路提供给电流源208的辅助电流标记为I aux。控制器205连接到二极管206的 输出，在这里控制器205可以监控位于电容器204、控制器205和二极管206的节点处的辅 助电压vaux。如果Vaux落在所确定的阈值电压Vthl之下，则控制器205关断开关207。当开 关207为断开时，电容器204被流出电流源208并且流过二极管206的LED电流充电。只 要开关207打开，Vaux就上升。随着V aux达到第二阈值电压Vth2，控制器205闭合开关207， 并且LED电流旁路二极管206和电容器204,这有效地将辅助供给与主电力路径断开连接。 二极管206阻断电流从电容器204流回到电流源208的输出节点和开关207中。无论开关 207是打开还是闭合，辅助电流I aux都被供给至电流源208。
[0025] 即使恒定电流源208具有低效率(如在作为线性调节器的实现中那样)，该特定示 例实现也非常有效率。电压V in - Vaux中的一些将被看作跨LED，并且将不转变为损耗电力， 这将是具有纯线性调节器设想的情况。此外，由于充当开关207的晶体管典型地是常闭器 件，因此无需启动电路。根据一些实施例，对于辅助电源而言无需单个高电压器件，这将成 本保持得低。使电流源208更有效率的任何设计努力(例如通过使用开关模式设想)将相似 地使辅助电源更有效率。为了避免开关207中的电力损耗，开关动作可以足够地快速。特 别是，如果在LED串电流中人们要求非常小(例如〈1%幅度的改变)，则可能要求具有十分快 速动态响应的电流源，否则LED电流并且潜在地LED源所生成的光可能示出调制。假设相 当恒定的LED串电流和辅助电流Iaux，那么调制将在频率上是恒定的。如将领会那样， '恒定'通常提及不改变或另外地对于给定应用而言仅在可接受的容限内改变的电流。
[0026] 为了确保甚至在电流源展现差的动态响应的情况下也将感知不到闪烁，电容器 204可以保持足够小以确保开关207的开关频率在人眼能够检测的频率之上(例如，fFliekOT =80Hz或更高)。在开关207的断开状态期间，传送到电容器204 (C2(l4)的电荷是：Q# = (I咖_ (在此之后被提及为等式1)，其中T。^是开关207处于断开状态下的时间 持续。在开关207的导通状态期间，从电容器204传送的电荷是：Qm = Iaux*Tm (在此之后 被提及为等式2)，其中Tm是开关207处于导通状态的时间持续。等式1和2假设和 Iaux是恒定电流，并且控制器205所消耗的电流是可忽略的，这两者在与实际应用有关的几 乎所有情况下都是良好的近似。在稳定状态下，电容器电压在下电压阈值V thl与上电压阈 值Vth2之间振荡，因此电容器204的电压摆动是Vth2 - Vthl。在稳定状态下，在开关的导通 状态和断开状态期间的电气电荷是相等的A# = Qm = C2(l4*(Vth2 - Vthl)(在此之后被提及 为等式3)，其中'是电容器204的值。开关207的开关频率是f2(l7 = lATm + Tj。该 频率与Vaux上的电压纹波的频率是相同的(人们也可以参照用于图解的图2d)。开关周期T 被定义为l/f 2OT，并且由以下等式给出：
【权利要求】
1. 一种照明驱动器电路，包括： 电流源，被配置为控制通过至少一个照明元件的电流；以及 辅助电源，被配置为有选择地接收电流，从而利用电流对所述辅助电源充电，并且将辅 助电力提供给次级电路。
2. 如权利要求1所述的照明驱动器电路，其中，所述次级电路包括所述电流源、驱动器 控制电路和/或电机中的至少一个。
3. 如权利要求1所述的照明驱动器电路，其中，所述辅助电源包括： 电容器； 至少一个二极管，其阳极被连接以接收电流，并且其阴极被连接到所述电容器；以及 第一开关，连接到所述二极管的所述阳极，并且当所述第一开关闭合时，其防止所述辅 助电源接收电流。
4. 如权利要求3所述的照明驱动器电路，还包括：线性电压调节器，连接在所述二极管 的所述阴极与所述次级电路之间。
5. 如权利要求3所述的照明驱动器电路，还包括：控制器，被配置为基于在所述二极管 的所述阴极处的电压来控制所述第一开关。
6. 如权利要求5所述的照明驱动器电路，其中，所述第一开关是常闭开关，并且所述控 制器被配置为：当在所述二极管的所述阴极上的电压达到上阈值电压值时，闭合所述第一 开关，并且当在所述二极管的所述阴极上的电压落在下阈值电压值之下时，打开所述第一 开关。
7. 如权利要求5所述的照明驱动器电路，还包括：第二开关，位于所述电容器与所述次 级电路之间。
8. 如权利要求7所述的照明驱动器电路，其中，所述第二开关是常闭开关，并且所述控 制器被配置为：当所述二极管的所述阴极上的电压达到上阈值电压值时，闭合所述第二开 关。
9. 如权利要求8所述的照明驱动器电路，其中，所述第二开关被配置为贯穿在达到所 述上阈值电压值之后的其余电路操作时间保持闭合。
10. 如权利要求1所述的照明驱动器电路，其中，所述电流源包括升压转换器和/或降 压转换器中的至少一个。
11. 如权利要求1所述的照明驱动器电路，还包括至少一个照明元件，其中，所述至少 一个照明元件包括LED串。
12. 如权利要求1所述的照明驱动器电路，还包括至少一个照明元件，其中，所述至少 一个照明元件包括多个LED ;并且还包括与所述LED的子组并联连接的至少一个常闭开关。
13. -种在照明电路中创建辅助电力的方法，包括： 利用电流源来控制通过至少一个照明元件的电流； 有选择地将通过所述至少一个照明元件的电流引导到辅助电源，从而利用电流对所述 辅助电源充电；以及 将辅助电力从所述辅助电源提供给次级电路。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，有选择地引导电流包括：将通过二极管的电流引 导到将所述二极管的阴极与所述次级电路的电容器和辅助电力输入连接的节点。
15. 如权利要求14所述的方法，还包括：使用至少一个线性电压调节器来减少所述二 极管的所述阴极与所述次级电路之间的电压纹波。
16. 如权利要求14所述的方法，其中，有选择地引导电流包括：控制第一开关以当所述 电容器上的电压达到上阈值电压时防止所述辅助电源接收电流，并且当所述电容器上的电 压落在下阈值电压之下时允许所述辅助电源接收电流。
17. 如权利要求16所述的方法，其中，有选择地引导电流还包括：通过维持位于所述电 容器与所述次级电路之间的第二开关打开直到所述电容器上的电压达到所述上阈值电压 并且当达到所述上阈值电压时闭合所述第二开关来在启动时对所述电容器充电。
18. 如权利要求16所述的方法，其中，所述第一开关与在所述电流源的输入处的电压 同步。
19. 如权利要求16所述的方法，其中，所述第一开关的状况被传送到所述照明驱动器 电路的控制电路。
20. 如权利要求19所述的方法，其中，当控制所述照明驱动器时，所述照明驱动器电路 的所述控制电路考虑跨所述辅助电源的电压降。
21. 如权利要求13所述的方法，其中，所述次级电路包括所述电流源、驱动器控制电路 和/或电机中的至少一个。
22. -种LED驱动器系统，包括： 多个LED串； 多个电流源，被配置为将电流供给至LED串中的每一个；以及 至少一个辅助电源，被配置为有选择地从LED串中的至少一个接收电流，并且进一步 被配置为在所述LED驱动器电路的启动之后将辅助电力供给到至少一个次级电路。
23. 如权利要求22所述的系统，其中，所述辅助电源进一步被配置为：通过测量位于所 述辅助电源内的电容器的电压电平并且基于所述电容器的电压电平控制位于所述辅助电 源内的至少一个开关，来将辅助电力供给至所述至少一个次级电路。
24. 如权利要求23所述的系统，其中，所述至少一个辅助电源被配置为有选择地从所 有所述多个LED串接收电流。
25. 如权利要求23所述的系统，其中，所述次级电路是与所述多个电流源通信的驱动 器控制电路，并且还包括辅助控制器，所述辅助控制器在与所述驱动器控制电路通信的所 述辅助电源内，并且被配置为操作所述至少一个开关。
【文档编号】H05B33/08GK104335680SQ201380015253
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年1月21日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】B.西泽格, C.科尔曼 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司