专利名称：用于对光源进行调光的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于对光源进行调光的技术。在所准备的说明书中特别关注于在使用发光二极管(LED)(例如，大电流LED)的 光源中的潜在的应用。
背景技术：
图1中的方框图涉及“三线路”调光方案。在图1的方框图中，附图标记S表示通过连接到三条线路的驱动器D被馈电的光 源，三条线路具体为-一对线路10，用于供应电力(例如，以它来自连续的电压源而论)，以及-第三条线路12，携带了用来对调光功能进行操控的、进行了脉宽调制(PWM)的控 制信号。通过该对线路10提供的电力事实上是连续的电力供应，以及驱动器D根据线路12 上的PWM信号的作用(特别是受其占空比的影响)将电力传送给源S:源S的亮度事实上 是流过源S的电流的平均强度的函数，强度因而有赖于控制信号的占空比。图2中的方框图改为涉及其中调光功能采用“两线路”系统来实现的系统，在对10 的线路中的至少一个线路上加置了使用PWM控制信号被打开和闭合的开关T(例如，诸如 MOSFET的电子开关)。在此情形中，驱动器D的电力供应不再是连续的，而是如图3中所图示出的是断续 的，包括分别用a)和b)来表示的两个部分。图3的两个部分是以单个的时间标度(χ轴的 标度，用t来表示)的函数的形式进行了示例的两个图，分别为-开关T的闭合(即，导通，“Ton”)或打开(即，不导通，“Toff”)状态，以及-至驱动器D的电力供应的理想流动。在图2和图3的图中，调光功能因此通过使用PWM对电力供应线10进行控制来实 施，以受控的方式中断去往驱动器D的电能。通过对开关T的切换频率进行控制以使得其 高于人眼的敏感度范围(与图像在视网膜上的持续性有关)，所获取的总的效果是使光源 S (流过源S的电流的平均强度的函数)取决于被用来接通和切断开关T的PWM信号的占空 比。较之图1中的“三线路”图，图2中的“两线路”图呈现出在没有一条线路的情况 下执行功能的优势，其使得电路更简单且更便宜。此外，使用图2中的电路必须考虑存在于 驱动器D的输入处的电容C，该电容可被视为开关T的整个下游且还可以包括在驱动器D的 输入级中所包括的至少一个电容器。在电路的操作中，当开关T打开时(S卩，不导通)，电容C向驱动器D供应电力，使 得该电容中所呈现的电压减小。当开关T再次被导通时，产生浪涌电流的电压阶跃被施加 到电容C。此电流的峰值标称上仅由电力供应线(包括开关T和电容C)的寄生阻抗来限 制，且是以上所提到的电压阶跃的宽度的函数，该电压阶跃是在开关T再次被闭合时、来自电源(或向线10供电的源)的输入电压与电容C上的残余电压之间的差。此电压阶跃因 此是电容C的值和开关T的切换速度(频率)的函数。
发明内容
发明人确定此浪涌电流可以达到相当高的强度值，有损坏开关T和/或单元D的输入电容器或电容器的风险。而且，如果为被连接到线10的电源提供抗过载的保护，则这 种电流可能触发保护以及中断电力供应。本发明意在克服这些潜在的缺点。根据本发明，此范围使用具有所附的权利要求中所阐述的特性的设备来实现。本发明还涉及一种相应的方法。权利要求是本文中所提供的、与本发明相关的技术解释的整体一部分。在一个实施例中，此处所描述的方案涉及在驱动器的上游放置能够在开关T与电 容C之间操作的预充电级，以限制以上所提到的电流。
单纯以非限制性的实例的方式，参照附图对本发明进行描述，其中-图1至图3以上已进行了描述，-图4是此处所描述的设备的方框图，-图5示例了图4中的图的一个实施例，-图6示例了图5中的实施例的细节，-图7包括四个暂时叠置的图(分别标注为a)、b)、c)和d))，示例了图4的设备 中所出现的某些信号的短期趋势，-图8示例了此处所描述的方案的一个实施例，以及-图9示例了此处所描述的方案的一个实施例。
具体实施例方式下面的描述示例了各种具体的细节，以提供对于实施例更深刻的理解。实施例可 以在没有这些具体细节中的一个或更多个细节的情况下实现，或者用其它的方法、组件、材 料等等来实现。在其它的情形中，已知的结构、材料或操作没有被示出或详细描述，以使得 不妨碍实施例的区别性的方面。在本说明书中对“实施例”的提及表示与该实施例相关所描述的特定的配置、结构 或特性被包括在至少一个实施例中。因此，诸如“在一个实施例中”的用语(其会在本说明 书中的各个地方出现)不一定指同一实施例。此外，具体的构造、结构或特性可以在一个或 更多个实施例中被适当组合。本文中所使用的附图标记仅仅是为了方便，以及因此，不对实施例的保护领域或 范围进行限定。从图4算起，与已经参照图1至图3进行了描述的部件、元件或组件相同的或等同 的部件、元件或组件用同样的附图标记进行标注，以使得不必重复相关的描述。还应当看出的是，在一些实施例中，图4中所示例的基础方案(在开关T与电容C之间引入意在利用通/断功能或者利用连续的调整来限制开关T闭合时的浪涌电流的预充电级)可以有益地使用图2的基础图中已经出现的一个或更多个组件。具体而言，图5和图6涉及围绕被插入到负反馈图中的“降压(buck) ”变换器14 来实施预充电级P的实施例。图6中的图示出了降压变换器14的可能的实施例，其包含低通LC模块，包括电 感器16和电容器18 (事实上，被布置成与电容C并联并且潜在地被包括在所述电容中)。 转换器14还包括被连接到LC模块16、18的二极管20 (II构型)，二极管20的阴极被连接 到电感器16。附图标记Tb表示用于允许/阻止(分别在闭合(SP，导通)时和打开(SP，不导 通)时)将电力从线10传送到驱动器D的控制开关。因而，虽然开关Tb在此处被示为单 独的组件，在一个实施例中，它的功能可以被结合到开关T的功能中。开关Tb由控制模块22进行操控，该控制模块通过差分节点24接收代表在从级P 流向电容C的电流“lout”的强度(信号“Isense”-线26)与峰值参考电流值(“Ipeak ref”-线28)之间的差的信号。在图7的图a)中，“Toff表示开关T打开(即，不导通)的时间段；而“Ton”表示 开关T被闭合(即，导通)的时间段。比值“T0n/(T0n+T0ff)”因此表示被用来对源S的调 光功能进行操控的开关τ的PWM控制信号的占空比。在一个实施例中，模块22所实施的控 制法则阐明了如下内容在开关T被闭合的时刻(在图7的图a)中从“Toff”时期移动到 “Ton”时期)，开关Tb也被闭合，从而允许电流“lout”对电容C(以及图6中的电容器Cb) 进行充电。通过线26执行的感测操作使得可以对电流“lout”的强度进行调整，以使得它不 超过(至少在平均值方面)为线28设置的最大峰值(“Ipeakref”)。在一个实施例中，模块22被配置成使得当在线26上被感测为“Isense”的充电电 流“lout”的强度达到为线28设置的峰值Ipeak ref (其使得节点24所产生的输出信号降 到零)时，模块22打开开关Tb以中断流过它的电流。此工作模式引起如图7的图d)中所示的开关Tb的一系列的打开和闭合周期(其 频率大于对开关T进行驱动的PWM信号的频率)。实践结果如图7的图b)所示，即，保持流出级P的电流(电流“lout”)的强度(平 均值)在参考值设置“Ipeak ref”之内。所有这些使得根据至少近似线性的梯度对电容C 进行充电，其类型如图7的图c)所示。控制开关Tb的干预在电容C被充满电时(在图7的图C)中的梯度的末端)终止， 例如，一旦与被施加到该对电力供应线路10的源的电压相对应的连续电压在电容C的端子 处已经稳定下来的时候。在这些条件下，离开级P的电流“lout”在实践上完全被驱动器D吸收作为“I驱 动器(Idriver) ”电流；差分节点24所生成的差(“Iref峰值”-“Isense”，其中，“Isense” = "Idriver")总是处于高电平，以确保开关Tb保持稳定的闭合。在这些条件下，预充电状 态P事实上是“透明的(transparent)”，优化了流向驱动器D的电力。当开关T再次被打开时，开关Tb可以继续处于高电平，从而减小接续的“Ton”周 期中的损耗。
图8是参照图5和6进行描述的方案的简化的、低成本的实施例的电路图。在图8的图中，附图标记30表示用于对电流“lout”的强度进行检测以在线26上生成相应的信号“Isense”的感测电阻器。使用用于接收如下信号的差分放大器来实施差分节点24 -在反相输入上，线26上所出现的信号，-在非反相输入上，表示电流“Ipeakref的最大阈值的参考电压信号“Vreff。比较器24的输出可以被用来直接驱动开关TB，开关Tb可以使用MOSFET被实施。特别地，当MOSFET Tb被闭合时，级P中的输出电流以输入电压和输出电压以及电 感器16的值所定义的角系数开始增加(图7的图c)中的梯度的起点)。当比较器24的反 相输入上的电压达到值“Vref”时，比较器的输出从“高”改变成“低”。它的出现常常具有比较器的典型时延，以及在此时延期间，电流继续增加，直到比 较器24的输出改变使得MOSFET Tb打开，造成输出电流开始下降。因而，比较器24的反相输入上的电压也再次下降到非反相输入上所呈现的值(电 压“Vref)，以造成(在比较器24的固有时延的所有情形中)输出电平的新的改变，MOSFET Tb结果切换到导通状态。换言之，比较器24被配置成用于对充电电流的强度“Isense”达到(在此处所考 虑的示范性实施例中，升高和降低)值“Ipeak ref”的时刻进行检测，以及用于以相对于所 述时刻的时延来对控制开关Tb的切换进行操控。重复进行MOSFET Tb所代表的开关的此打开/闭合机制基本上确定了对电流 “lout”的调节，该电流“lout”具有与电压“Vref”以及和比较器24的响应时延(其在具有 稳定效果的切换中引出了滞后机制)成比例的波动相关联的平均值。在满操作(电容C被充满)的情况下，其中，充电(驱动器D)中的电流“Idriver” 低于针对充电电流所允许的最大值，MOSFET Tb继续稳定地被闭合，使得能够把电力供应正 常传送到驱动器D (直到开关T被打开)。在此处所考虑的实施例中，开关T和开关Tb在整个电路中占据不同的位置。如以 上所阐明的，在一个实施例中，开关TB(例如，M0SFET)的功能事实上可以被集成到开关T 的功能中，提供图7的图d)中所示例的开关Tb的快速打开/闭合系列所代表的电容C的 充电电流的调整功能是开关T的驱动功能的一部分，如在“Ton”时期的部分中所实施的， 在“Ton”时期中，用于对源S的调光功能进行驱动的PWM信号是使得开关T导通(“on”状 态)。在图9中所示的实施例中(其中，同样地，与已经进行了描述的那些部件、元件和 组件类似或等同的部件、元件和组件使用同样的附图标记来表示)，与以上所描述的控制功 能类似的控制功能(而不是用于开启和断开MOSFET Tb所代表的开关的“数字的”方法)通 过将MOSFET 33用作模拟控制器(即，电流调制器)被启动。在图9中所示的实施例中，再次出现了作为传感器以用于对充电电流“lout”的强 度进行检测的电阻器30。MOSFET 33作为被加置到电力供应线上并由传感器30进行驱动 的电流调制器，以由传感器30自身所检测的强度的函数的形式来调制充电电流“lout”，再 次以值“Ipeak ref的函数的形式来限制充电电流。为此目的，MOSFET 33(此处是η沟道型的)被连接成使得电流“lout”流过它的源极-漏极线。MOSFET 33的栅极被连接到电子开关32，其在所示出的示范性实施例中包 括n-p-n双极晶体管。感测电阻器30(其对电流“lout”的强度进行检测)在此处被连接 在晶体管32自身的基极与发射极之间。齐纳二极管34然后分别通过其阴极和其阳极被连 接到晶体管32的集电极和发射极。流向驱动器D的电力如此前一样使用PWM、通过(在所示例的同一实施例中)被连 接到齐纳二极管34的阳极以及晶体管32的发射极的开关T被控制。如所示出的，MOSFET 33使它的源极-漏极线被电流“ lout”流过，以及，通过它的 栅极被连接到晶体管32的集电极与齐纳二极管34的阴极的公共连接点。此公共连接点然 后通过电阻器36被连接到电力供应线的“高的”线路。在图9中的实施例的情形中，当开关T在“Ton”期间的起点被闭合时， MOSFET 33 的栅极电压处于高电平并且MOSFET 33被禁制，MOSFET 33的栅极电压被钳位到二极管34 的齐纳值，进行选择以使得此电压被维持在低于针对33的工作所许可的最大栅极-源极电 压的电平。开关T 一闭合，电流“lout”就开始增加，以对电容C进行充电以及使得在感测电 阻器30的端子上所检测的电压增加。当此电压达到双极晶体管32的基极-发射极阈值电 压Vbe。n时，此晶体管(最初被禁制)开始导通，使电流流过其集电极以及使得(作为电阻 器36两端的电压降增加的结果)MOSFET 33的栅极电压减小。MOSFET 33然后工作在其线 性工作区中并起到受控电压电流调制器或调节器的作用，如此前一样对流过它的充电电流 进行限制。选取电阻器30的阻抗值以使得开关32导通以及触发MOSFET 33的调节操作，以 将电容器C的充电电流的峰值限制到给定的最大值。尤其是，增加电阻器30的阻抗值导致 用于触发MOSFET 33的调制操作的电流“lout”的值减小，以及因此，随之发生的充电电流 “lout”所达到的最大值减小。再者，当达到满操作条件(电容C被充满电)时，电路的操作稳定于额定条件中， 使得(其中，针对浪涌电流所允许的最大峰值大于额定充电电流“lout” =正常工作中充电 的“Idriver”)电阻器30的端子上的电压低于电压Vbe。n，其使得双极晶体管32变得导通。 在以上所提到的满操作条件中，晶体管32被禁止，而MOSFET 33被完全导通。再者，在此情形中，一旦浪涌电流的瞬变已经被遏制在预期的值，预充电级P对于 电路的正常工作而言是透明的。将会看到的是，此处所描述的方案使得可以实施充分有效的、低成本的两线路的 调光。还可以把预充电级P用于任何功率范围，以及潜在地，还可以驱动额外的D单元。所描述的预充电级(意在对可以确定过高涌流的条件进行操纵)在所有的其它方 面、在电路的其它工作阶段中是完全透明的。尽管本发明的原则如此，实施细节和实施例由 此可以从此处单纯以示例的方式所给出的描述进行显著的变化，不会因而脱离如所附权利 要求所限定的本发明的范围。
权利要求
一种用于对光源(S)进行调光的设备，所述设备包括其中加置了用于对所述电力供应向所述光源(S)的传送进行控制的开关(T)的两线路的电力供应线(10)，其特征在于，在所述开关(T)被接通时充电电流(Iout)通过位于所述开关(T)的下游的电容(C)，其特征在于，它包括在所述开关(T)与所述电容(C)之间加置的预充电级(P)，所述预充电级(P)被配置成用于将所述充电电流(Iout)限制到给定值。
2.如权利要求1所述的设备，包括被配置成用于将所述充电电流(Iout)的平均值限制 到给定值的所述预充电级(P)。
3.如权利要求1或2中的一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述预充电级(P)包括_传感器(30)，用以对所述充电电流(Iout)的强度进行感测； -比较器(24)，用以将所述传感器所感测的所述充电电流(Iout)的强度与所述给定值 相比较，以及-加置于所述电力供应线(10)中的控制开关(TB)，其由所述比较器(24)所驱动以中 断所述电力供应，以将所述充电电流(Iout)限制到所述给定值。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述比较器(24)被配置成用于对所述充电 电流(Iout)的强度达到所述给定值的时刻进行检测，以及以相对于所述时刻的时延来对 所述控制开关(Tb)的切换进行控制。
5.如权利要求3或4中的一项权利要求所述的设备，包括被加置于所述开关(T)与所 述传感器(30)之间的降压变换器(16、18、20)。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述控制开关(Tb)被布置在所述降压变换 器(16,18,20)的上游。
7.如权利要求5或6中的一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述降压变换器包 括形成II构型的低通LC模块(16、18)和二极管(20)，电感(16)和电容(18)位于所述LC 模块中。
8.如权利要求1或2中的一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述预充电级(P)包括_传感器(30)，用以对所述充电电流(Iout)的强度进行感测， -电流调制器(33)，被加置于所述电力供应线(10)中以及由所述传感器(30)驱动 (32、34、36)，以便以所述传感器(30)所感测的所述充电电流的强度的函数的形式来调制 所述充电电流，从而将所述充电电流(Iout)限制到给定值。
9.如权利要求8所述的设备，包括电子开关(32)，优选地为双极晶体管，其由所述传感 器(30)驱动以在所述充电电流的强度达到给定阈值时激活所述电流调制器(33)。
10.如权利要求3或8中的一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述传感器包括被 所述充电电流穿过的电阻器(30)。
11.如权利要求9和权利要求10所述的设备，其特征在于，所述电子开关(32)具有如 下特征中的至少一个_所述电子开关(32)为双极晶体管，所述电阻器(30)被加置于所述双极晶体管的基极 与发射极之间，由此所述给定阈值是所述电阻器(30)的阻抗值的函数，-齐纳二极管(34)被布置在所述电子开关(32)的两端，以在所述电子开关(32)打开时将恒定的调制电压施加到所述电流调制器(33)。
12. 一种用于对光源(S)进行调光的方法，所述光源通过其中被加置了用于对所述电 力供应向所述光源⑶的传送进行控制的开关⑴的两线路的电力供应线(10)被馈电，其 特征在于，在所述开关(T)被接通时充电电流(Iout)通过位于所述开关(T)的下游的电容 (C)，其特征在于，它包括在所述开关(T)与所述电容(C)之间加置预充电级(P)，所述预充 电级(P)被配置成用于将所述充电电流(Iout)限制到给定值。
全文摘要
提供了一种用于对光源进行调光的设备和方法。通过其中加置了开关(T)的两线路的电力供应线(10)对光源(S)加电，开关(T)用于对所述电力供应向所述光源(S)的传送进行控制，从而对源(S)的亮度进行调节。在开关(T)的下游存在电容(C)，当所述开关(T)闭合时充电电流流过电容(C)。用于将所述充电电流限制到给定值的预充电级(P)被加置于所述开关(T)与所述电容(C)之间。
文档编号H05B37/02GK101820706SQ20101013494
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年2月27日
发明者亚历山德罗·斯科尔迪诺, 亚历山德罗·比佐托, 保罗·德安娜, 尼古拉·赞福林, 弗朗切斯科·比安科 申请人:奥斯兰姆有限公司