固态照明组件的制作方法

本文件涉及用于固态照明(SSL)器件的驱动电路。

背景技术：

固态照明(SSL)灯泡组件，例如基于发光二极管(LED)的灯泡组件，目前正在取代GLS(普通照明服务)或白炽灯。SSL器件通常包括驱动电路和/或功率转换器，以便将来自市电电源的电力转换成适用于SSL器件内所包括的SSL光源(例如LED阵列)的DC(直流)电力。

SSL组件可以包括多个SSL器件，例如，用于产生不同颜色的光或用于从发射不同颜色光的SSL器件产生白光。用于这种SSL组件的驱动电路通常包括用于分别驱动多个SSL器件的多个电力转换器。可选地，可以使用一个或多个开关将由功率转换器产生的电力引导至多个SSL器件的不同SSL器件中。

在SSL组件中，应该避免SSL光源的闪烁。为改善光质量，电容器被用来稳定SSL光源的电源供应。然而，大型电容器通常会增加SSL组件的整体尺寸，并可能导致寿命缩短。具体地，大型电解电容器往往具有高故障率并且可能会限制整个SLL组件的寿命，因此，优选的是小型电容器，例如，使用陶瓷或薄膜电容器代替大型电解电容器。

本文件解决了所提到的技术问题，并提供了小型，成本低且功效高的SSL组件，其显示出稳定的启动行为。

技术实现要素：

提出的固态照明SSL组件包括SSL器件，电容器，定向导通器件和电源开关。所述电容器与所述SSL器件并联。所述定向导通器件耦合在电容器的输出端子和为SSL组件的控制部分提供供电电压的供电端子之间。所述定向导通器件被配置为在从输出端子到供电端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。如将在下一段中讨论的那样，术语“导电”是指其中所述定向导通器件在相应的方向上具有低电阻的情况。类似地，术语“隔离”是指其中所述定向导通器件在相应的方向上具有高电阻的情况。所述电源开关连接在输出端子和接地端子之间。

所述定向导通器件可以是例如二极管。在本文件中，所述定向导通器件被看作是具有主要在一个方向上导电的至少两个端子的电子部件。也就是说，二极管对第一方向上的电流流动具有低阻抗，并且对第二且相反的方向上具有高电阻。理想的二极管在第一方向上呈现零电阻而在第二方向上呈现无限电阻。作为一个例子，在本文中，作为有源二极管运行的晶体管也可以用作二极管。

所述SSL器件可以包括光源。一般而言，固态照明是指使用例如作为照明源的半导体发光二极管(LED)，有机发光二极管(OLED)或聚合物发光二极管(PLED)的一种照明方式。优选地，所述SSL器件包括LED光源。

所述供电端子可以为控制SSL组件的行为所需的控制部分(即控制电路)提供供电电压。特别地，控制电路可以控制电源开关，用于打开或关闭多个SSL器件的可选输入开关，所述SSL组件内可能的电力转换器的开关元件，或者可控电流源，其可以串联耦合到所述SSL器件。例如，所述SSL组件可以包括耦合在供电端子和接地端子之间的电源电容器，用于稳定供电电压。

所述电源开关可以用任何合适的器件来实现，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，IGBT，MOS门控晶闸管。电源开关具有一个栅极，可以在该栅极上施加相应的驱动电压或控制信号来打开或关闭电源开关。

当电源开关打开时，所述定向导通器件能够基于流过所述SSL器件的电流对供电端子进行充电，并且当电源开关闭合时禁止供电端子对地放电。具体地说，通过在从电容器的输出端子到供电端子的方向上导通，当电源开关打开时，充电电流可以流到供电端子。在这种情况下，电源开关避免电流流过SSL器件接地。相反，当电源开关打开时，当下流经SSL器件的电流流向电源端子。在此期间，当电容器上的电压大于正向电压(例如LED正向电压)时，SSL器件可以开始发光。

在用于SSL组件的供电电压低于第一阈值电压的情况下，所述电源开关可以被配置为将输出端子与地隔离。另一方面，所述电源开关可以被配置成在SSL组件的供电电压高于第二阈值电压的情况下将输出端子接地。例如，所述第一阈值电压可以被选择为等于所述第二阈值电压。所描述的电源开关和定向导通器件的布置重定向流过SSL器件的电流，以便对SSL组件的VCC供电导轨进行有效的充电/供电。

而且，所述SSL组件可以包括耦合在SSL组件的输入端子和SSL器件之间的功率转换器。所述功率转换器可以是例如降压转换器，其包括耦合在所述输入端子和中间端子之间的第一开关元件，耦合在所述中间端子和所述SSL器件之间的电感器，以及耦合在所述中间端子和接地端子之间的第二开关元件。或者，可以使用用于将输入电压和/或电流调整为SSL器件的特性的任何其它合适的功率转换器拓扑结构来代替所描述的降压转换器。

所述SSL组件可以包括与电容器并联耦合的可控电流源。所述可控电流源可以与SSL器件串联耦合，例如在SSL器件和电容器的输出端子之间。换句话说，所述SSL器件和可控电流源均可以与电容器并联布置。在这种布置中，所述电容器和可控电流源一起作为电荷源。因此，可以使用电容器的较小电容值来稳定SSL器件处的电压。在施加到SSL组件的输入端子的AC主电源的零交叉期间，通过SSL器件的电流可能会减少，但仍然可以输出光。类似地，在SSL组件的输入处可能存在由可能的功率转换器(特别是单级开关功率转换器)的操作导致的电流的谷值。

所述SSL组件可以包括耦合在SSL组件的输入端子和SSL器件之间的第一保护定向导体，所述第一保护定向导体被配置为在从SSL器件到输入端子的方向上导通并且沿相反方向隔离。在电感器的输出端子出现过载电压的情况下，所述保护定向导体保护电路，特别是SSL器件。这种过载电压可能发生在例如在供电电压较低时电源开关断开以便对电源端子充电的情况下。

可选地或另外地，所述SSL组件可以包括与SSL器件串联耦合的分流电阻器。类似于可控电流源，分流电阻器可以使能较小值电容器的应用。具体而言，分流电阻器可以被耦合在SSL器件和地之间。

另外，所述SSL组件可以包括几个SSL器件，每个SSL器件具有并联耦合的电容器。而且，在电容器的输出端子处，各个定向导通器件可以将供电端子与电容器耦合，以对供电端子充电。多个可控电流源和/或分流电阻器可以并联耦合到每个电容器。

所述SSL组件可以包括耦合在SSL组件的输入端子和一个或多个SSL器件之间的一个或多个输入开关。所述输入开关被配置为基于控制信号将输入端子连接到相应的SSL器件或者将输入端子与相应的SSL器件断开连接。以这种方式，单个SSL器件可以被打开或关闭以例如用于产生不同颜色的光。

另外，SSL组件可以包括与输入开关串联耦合的第二保护定向导体，第二方向保护导体被配置为在从输入端子到输入开关的方向上导通并且在相反方向上隔离。

根据另一方面，提出了一种固态照明SSL组件，包括主SSL器件和辅助SSL器件。主SSL器件耦合在SSL组件的输入端子和主端子之间。主电容器并联耦合到输入端子和主端子之间的主SSL器件。电感器耦合在输入端子和电感器端子之间。第一开关元件耦合在电感器端子和接地端子之间。主定向导通器件耦合在电感器端子和主端子之间，其中主定向导通器件被配置为在从电感器端子到主端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。此外，辅助定向导通器件耦合在电感器端子和辅助端子之间，其中辅助定向导通器件被配置为在从电感器端子到辅助端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。辅助SSL器件耦合在辅助终端子和第二开关元件的输入端子之间。辅助电容器并联耦合到辅助端子和第二开关元件的输入端子之间的辅助SSL器件。第二开关元件耦合在所述输入端子和接地端子之间。

所述主SSL器件和辅助SSL器件都可以包括例如，一个或多个LED，OLED或PLED作为光源。所述主SSL器件和辅助SSL器件可以彼此相同或不同。具体而言，两个SSL器件都可以呈现不同的导通电压，即，各个光源产生期望的数量和质量的不同电压。

在最简单的情况下，所述主定向导通器件和辅助定向导通器件可以被实现为包括例如，具有p-n结的半导体器件。然而，一般而言，可以使用主要沿一个定向导通的任何合适的电路组件。

所述电感器和第一开关元件形成降压-升压转换器，以调节通过主SSL器件和辅助SSL器件的电压和电流。例如，降压-升压转换器可以被配置为以恒定电流模式调节各自的电流。通过控制第二切换元件的切换行为，可以调整通过主SSL器件的电流与通过辅助SSL器件的电流的比率。在此，主SSL器件可以发射例如白光，而辅助SSL器件发射某种颜色的光(例如红光)。因此，可以通过调整第二开关元件的开关频率来控制由SSL组件发射的光的整体颜色。因此，可以使用单个(降压-升压)功率转换器来驱动两个SSL器件成为可能。

所述SSL组件可以包括第三开关元件，第四开关元件，第一定向导通器件和第二定向导通器件。所述第三开关元件可以连接在第一开关元件的输出端子和接地端子之间。所述第四开关元件可以连接在第二开关元件的输出端子和接地端子之间。所述第一定向导通器件可以耦合在第一开关元件的输出端子和为SSL组件提供供电电压的供电端子之间。此外，所述第一定向导通器件可以被配置为在从第一开关元件的输出端子到供电端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。所述第二定向导通器件可以连接在第二开关元件的输出端子和供电端子之间。此外，第二定向导通器件可以被配置为在从第二开关元件的输出端子到供电端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。所述SSL组件还可以包括耦合在供电端子和接地端子之间的电源电容器。

在用于SSL组件的供电电压低于第一阈值电压的情况下，所述第三开关元件可以被配置为将第一开关元件的输出端子与接地端子隔离。另一方面，在用于SSL组件的供电电压高于第二阈值电压的情况下，第三开关元件可以被配置为将第一开关元件的输出端子连接到接地端子。例如，所述第一阈值电压可以被选择为等于第二阈值电压。

类似地，在SSL组件的供电电压低于第三阈值电压的情况下，所述第四开关元件可以被配置为将第二开关元件的输出端子与接地端子隔离。另一方面，在SSL组件的供电电压高于第四阈值电压的情况下，所述第四开关元件可以被配置成将第二开关元件的输出端子连接到接地端子。例如，第三阈值电压可以被选择为等于第四阈值电压。

换句话说，可以打开第三和第四开关元件以防止LED电流流到接地端子，并且替代地使用后面的LED电流来对供电端子处的供电电压进行充电。

根据进一步的方面，提出了一种固态照明SSL组件包括电感器、第一开关元件、主电流路径和辅助电流路径。所述电感器和第一开关元件在SSL组件的输入端子和接地端子之间建立串联连接，并且第一开关元件被配置为中断串联连接。所述主电流路径并联耦合电感器，并包含一个主SSL器件。所述辅助电流路径并联耦合到第一开关元件并且包括辅助SSL器件和被配置为中断辅助电流路径的第二开关元件。例如，在辅助电流路径内，所述辅助SSL器件和第二开关元件可以串联耦合。

所述主电流路径可以包括与主SSL器件并联耦合的主电容器，并且辅助电流路径可以包括与辅助SSL器件并联耦合的辅助电容器。

所述主电流路径可以包括与主SSL器件串联耦合的主定向导通器件，其中主定向导通器件被配置为在一个方向上导电并且在相反方向上隔离。辅助电流路径可以包括与辅助SSL器件串联耦合的辅助定向导通器件，其中辅助定向导通器件被配置为在一个方向上导通并且在相反方向上隔离。

而且，主电流路径可以将输入端子与布置在电感器和第一开关元件之间的电感器端子耦合。主定向导通器件可以被配置为在从电感器端子到输入端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。所述辅助电流路径可以将电感器端子与接地端子耦合。所述辅助定向导通器件可以被配置为在从电感器端子到接地端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。

此外，所述主SSL器件可以被耦合在SSL组件的输入端子和主端子之间。所述主电容器可以并联耦合到输入端子和主端子之间的主SSL器件上。所述电感器可以耦合在输入端子和电感器端子之间。所述第一开关元件可以耦合在电感器端子和接地端子之间。主定向导通器件可以耦合在电感器端子和主端子之间，所述主定向导通器件被配置为沿着从电感器端子到主端子的方向导通并且沿相反方向隔离。所述辅助定向导通器件可以耦合在电感器端子和辅助端子之间，所述辅助定向导通器件被配置为在从电感器端子到辅助端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。所述辅助SSL器件可以耦合在辅助端子和第二交换元件的输入端子之间。所述辅助电容器可以并联耦合到辅助端子和第二开关元件的输入端子之间的辅助SSL器件上。最后，所述第二开关元件可以连接在其输入端子和接地端子之间。

所述SSL组件可以包括第三开关元件，第四开关元件，第一定向导通器件和第二定向导通器件。第三开关元件可以连接在第一开关元件的输出端子和接地端子之间。所述第四开关元件可以连接在第二开关元件的输出端子和接地端子之间。所述第一定向导通器件可以耦合在第一开关元件的输出端子和为SSL组件提供供电电压的供电端子之间，所述第一定向导通器件被配置为在从第一开关元件的输出端子到供电端子的方向导通并在相反方向隔离。第二定向导通器件可以耦合在第二开关元件的输出端子和供电端子之间，所述第二定向导通器件被配置为在从第二开关元件的输出端子到供电子的方向上导通并在相反方向隔离。

在任何情况下，SSL组件可以包括耦合在供电端子和接地端子之间的电源电容器。

根据进一步的方面，提出了一种用于操作固态照明SSL组件的方法。所操作的SSL组件包括SSL器件，与SSL器件并联耦合的电容器以及定向导通器件。所述定向导通器件耦合在电容器的输出端子与为SSL组件提供供电电压的供电端子之间。所述定向导通器件被配置为在从输出端子到供电端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。最后，所述电源开关连接在输出端子和地之间。该方法包括在SSL组件的供电电压低于第一预定阈值电压的情况下通过电源开关将输出端子与地隔离的步骤。此外，该方法可以包括在SSL组件的供电电压高于第二预定阈值电压的情况下通过电源开关将输出端子接地的步骤。

应该注意的是，包括本文件中概述的其优选实施例的方法和器件可以独立使用或与本文中公开的其他方法和器件组合使用。另外，在器件的背景下概述的特征也适用于相应的方法。此外，本文件中概述的方法和设备的所有方面可以任意组合。特别地，权利要求的特征可以以任意的方式相互组合。

在本文件中，术语“耦合”，“耦合的”，“连接”和“连接的”是指彼此电连通的元件，无论是直接连接，例如经由导线，还是以某种其他方式。

附图说明

以下参照附图以示例的方式解释本发明，其中：

图1示出了固态照明组件的一个示例；

图2示出了固态照明组件的另一个示例；

图3示出了固态照明组件的又一个示例；

图4示出了固态照明组件的再一个示例。

具体实施方式

图1示出了用于驱动两个SSL器件的固态照明SSL组件1的示例。在所描绘的示例电路中，两个SSL器件由第一LED 11和第二LED 12来体现。

在SSL组件1的输入处，布置示例性降压转换器，其包括两个开关晶体管13，14和线圈15。第一(高侧)开关晶体管13耦合在SSL组件1的输入端子和降压转换器的中间节点。第二(低侧)开关晶体管14连接在中间节点和地之间。线圈15将适合于LED的特性的转换后的电能经由第一输入开关115传送到第一LED11，并经由第二输入开关125传送到第二LED12。如将在下文中描述的，第一输入开关115可以在关闭时将转换后的电能转移到布置在第一LED串内的第一LED 11。类似地，第二输入开关125可以在闭合时将转换后的电能传输到布置在第二LED串内的第二LED 12。

在第一LED串中，所述第一LED 11的阳极端子与第一输入开关115和第一电容器112的输入端子连接。所述第一LED 11的阴极端子与第一可控制电流源111的输入端子连接。所述第一可控电流源111的输出端子分别连接到第一电容器112的输出端子、第一电源开关114和第一二极管113的阳极端子。换句话说，所述第一电容器112是与第一LED 11和第一可控电流源111并联布置，所述第一LED 11和第一可控电流源111转而彼此串联布置。在所描绘的示例中，所述第一电源开关114被体现为晶体管。

类似地，所述第二LED 12被布置在第二LED串内。所述第二LED 12的阳极端子与第二输入开关125和第二电容器122的输入端子连接。所述第二LED 12的阴极端子与第二可控电流源121的输入端子连接。所述第二可控电流源121的输出端子分别连接到第二电容器122的输出端子、第二电源开关124和第二二极管123的阳极端子。以不同的方式，所述第二电容器122也并联到第二LED 12和第二可控电流源121，所述第二LED 12和第二可控电流源121依次串联布置。在所描绘的示例中，所述第二电源开关124被体现为晶体管。

在所描绘的示例电路中，所述第一电源开关114和第二电源开关124均接地。此外，第一二极管(定向导通器件)113的阴极端子和第二二极管(定向导通器件)123的阴极端子在电源电压Vcc处耦合到供电端子上。电源电压Vcc用于为控制SSL组件1的电路组件的控制电路供电。在图1中，描绘了一个可选的电源电容器16，它连接在供电端子和接地端子之间。

当第一输入开关115闭合并且第一电源开关114断开时，LED电流可以经由第一二极管113流到供电端子。一旦供电端子处的电源电压达到某个阈值电平，第一电源开关114打开并且LED电流被吸入地。对于第二LED串也有类似的考虑。具体地，取决于输入开关115，125中的哪一个开路，所述供电端子可以经由第一二极管113或经由第二二极管123被充电。

通过用可控电流源111，121与电容器112，122并联来提供每个LED串，电容器112，122的电容可以减小，因为电容器112，122的电容实际上由电流源111，121提供的附加电荷载流增加。作为该SSL组件1的另一益处，每个LED的照度可以从1％(或以下)调节到100％而不调制另一个LED串的LED。另外，电流源111，121上的电压降可以被调节以减少损失。

图2示出了另一示例性固态照明组件2。有关图1，相同的附图标记表示相同的电路组件。SSL组件2包括由控制电路26驱动的两个开关晶体管23，24和形成降压转换器的线圈25。类似于图1中所示的实施例，LED 21，22被布置为与电容器212，222并联并与可控电流源211，221串联。

示例SSL组件2包括可选的输入电容器27，其被连接在SSL组件2的输入端子和接地端子之间。此外，图2中未示出用于给电源端子充电的第一和第二二极管113，123，而图2示出了耦合在连接两个输入开关215，225的公共端子和SSL组件的输入端子之间的保护二极管(保护定向导体)28。在两个输入开关215，225断开的时间内，输入电流将被保护二极管28接管，并且电路被保护免于过电压。

图3示出了另一固态照明组件3的示例。有关图1和图2，相同的附图标记表示相同的电路组件。所述SSL组件3包括由控制电路36驱动的两个开关晶体管33，34和形成降压转换器的线圈35。类似于图1所示的实施例，LED 31，32被布置为与电容器312，322并联并与可控电流源311，321串联。可选的输入电容器37被耦合在SSL组件3的输入端子与地面。保护二极管(保护定向导体)38耦合在公共端子连接二极管316，326和电感器35与SSL组件3的输入端子之间。

示例SSL组件3与先前讨论的SSL组件1，2的不同之处在于输入开关315由保护二极管(保护定向导体)316和输入开关325通过保护二极管(保护定向导体)326保护。此外，SSL组件3包括连接在第一LED 31和地之间的分流电阻器311以及连接在第二LED 32和地之间的分流电阻器321。由降压转换器驱动，分流电阻器311，321用作电流源并且使得电容器312，322的尺寸更小。

图4示出了另一固态照明组件4的示例。主LED 42联接在SSL组件4的输入端子和主端子之间。

主电容器46与输入端子和主端子之间的主LED42并联连接。电感器41耦合在输入端子和电感器端子之间。第一开关元件411耦合在电感器端子和主供电端子之间。主二极管44耦合在电感器端子和主端子之间，并且主二极管44被配置为在从电感器端子到主端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。辅助二极管45耦合在电感器端子和辅助端子之间，其中辅助二极管45被配置为在从电感器端子到辅助端子的方向上导通并且在相反方向上隔离。辅助LED43耦合在辅助端子和第二开关元件412的输入端子之间。辅助电容器47并联耦合到辅助端子和第二开关元件412的输入端子之间的辅助LED43。第二开关元件412连接在其输入端子和辅助供电端子之间。此外，SSL组件4还包括第三开关元件413、第四开关元件414、第一二极管491和第二二极管492。第三开关元件413耦合在主供电端子和可选的分流电阻器48之间，该分流电阻器48耦合到地面。第四开关元件414耦合在辅助供电端子和可选分流电阻器48之间，该分流电阻器48接地。第一二极管491耦合在主供电端子和为SSL组件4提供供电电压的供电端子之间。第一二极管491被配置为在从主供电端子到供电端子的方向上导通并且沿相反方向隔离。第二二极管492耦合在辅助供电端子和供电端子之间。第二二极管492被配置为在从补充供电端子到供电端子的方向上导通并且沿相反方向隔离。最后，SSL组件4包括耦合在电源端子和地之间的电源电容器493。

SSL组件4使得能够在由降压升压转换器调节的电压下控制主LED42和辅助LED43，其中降压升压转换器由电感器41、第一开关元件411和第三开关元件413形成。此外，通过第二开关元件412和第四开关元件414的受控切换来调节通过主LED42和辅助LED43的LED电流的比率。

另外，当供电电压Vcc低时，SSL组件4允许重新使用LED电流以经由第一二极管491和第二二极管492对供电电压Vcc进行充电。在第三开关元件413和第四开关元件414的帮助下，每当供电电压Vcc低于特定阈值时，可以重定向各个LED电流。这种行为特别有利于保证SSL组件4的良好控制的启动。

应该注意的是，上面描述的设备特征对应于相应的方法特征，这些方法特征出于简洁的原因而可能没有进行明确描述。本文的公开也被认为也延伸到这样的方法特征。具体地，本公开被理解为涉及操作上述电路的方法。

应该进一步注意的是，描述和附图仅仅示出了所提出的器件的原理。本领域的技术人员将能够实现各种布置，这些布置尽管这里没有明确地描述或示出，但体现了本发明的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文中概述的所有示例和实施例主要旨在仅用于明确地解释目的，以帮助读者理解所提出的方法的原理。此外，本文提供本发明的原理，方面和实施例的所有陈述以及其具体示例旨在包含其等同物。