专利名称：用于led灯的驱动器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种包括多个LED和单个电流源的照明设备。
背景技术：
近年来，包括LED光源的照明设备有了长足的发展。同样地，已开发出用于这类设备的驱动器。一种给LED供电的直接方式是在电流源的输出端子之间连接一串串联连接的 LED。图1是示意性示出该设计的框图，其中电流源1被实施为传统铜铁镇流器，其具有串联布置的连接到市电的输入端子2、感应阻抗3和整流器4。第一 LED串11连接在整流器 4的输出端子5和6之间。本领域技术人员清楚串联的LED的数目取决于每个LED的压降以及输出端子5和 6之间的可用电压。如果LED的数目过大，则LED不能发光。如果LED的数目过少，则串联电阻应该适应电源和LED之间的电压差；为了简便起见，未示出该电阻。如果希望增加LED的数目，则同样如图1所示地可以在整流器4的输出端子5和 6之间连接与第一串11并联的第二 LED串12。为了适应特性上的差异，每个串应该具有其自身的串联电阻，但是为了简便起见，未示出该电阻。电源1提供的电流ΙΤ()ΤΛ被分为两个串11和12的相应的两个电流Il和电流12，从而11+12 = ITQm。还可以基于电源能够提供的电流量并联地连接第三串、第四串等。虽然图1给出的设计具有简便性的优点，但是其具有无法在不同的串之间改变功率比率的缺点，换言之，即无法改变比率Il 12。这在所有的LED类型(颜色)相同时可能不会造成问题。然而，在更为通常的设计中，LED具有不同的颜色，并且期望改变串的电流比率以改变总体颜色输出，或者，反过来，在温度的变化的情况下，考虑到不同类型(颜色) 的LED各自具有不同的温度属性，期望改变串的电流比率来保持总体颜色输出的恒定。
发明内容
本发明的目的在于提供能够对两个或多个LED串供电的简单镇流器，其中可以改变所述串之间的功率比率。根据本发明的一个重要方面，照明设备包括在电流源的功率输出线路之间设置的主LED串。串联设置的次级LED串和可控电流限制器与所述主串并联设置。用于控制电流限制器的控制器从主串的节点接收电力。在从属权利要求中描述进一步的优势说明。
将参考附图通过对一个或多个优选实施例的下面描述来进一步说明本发明的这些和其他一些方面、特征和优点，附图中相同的参考数字表示相同或相近的部件，并且其中图1为示意性地示出了对LED供电的常规方式的框图，其具有一串串联连接的LED, LED连接在电流源的输出端子之间；图2为示意性地示出了根据本发明的照明设备的框图；图3为示出了在根据本发明的照明设备中的根据时间的电流的图。
具体实施例方式图2为示意性地示出了根据本发明的照明设备100的框图。该设备具有电源线路 5、6，其通常等同于或者连接到电流源1的电流输出端子，该电流源原则上具有任意适合的设计并且可以等同于图1中的电流源。假设该电源线路5、6载有经整流的AC电流，该上部线路5相对下部线路6为正的，但是本发明的要点在于即使电源线路5、6载有DC电流依然可以使用。接收自电源的电流可以被指示为ITOi。该设备100包括彼此串联设置并且与电阻器Rl串联设置的连接于电源线路5、6 之间的主LED串101。该串中的电流定义被指示为II。在该串中的LED被指示为LEDl，i， 其中i的范围为从1至η，η为主串101中LED的数目。该设备100包括LED彼此串联设置并且串联电阻器R2串联设置的连接于电源线路5、6之间的次级串102。在次级串中的电流被指示为12。该串中的LED被指示为LED2， i，其中i的范围为从1至n，n为次级串102中的LED的数目。注意到次级串102中的LED 的数目可以与主串101中的LED的数目不同。设备100进一步包括可控电流限制器120，其与次级串102串联设置，更具体而言其设置在最下部的电源线路6和最后的LEDLED2，n之间。该可控的电流限制器120在此通过示例的方式实施为NPN晶体管T2，该NPN晶体管T2的集电极连接至最后的LEDLED2，η, 其发射极经由电流感应电阻器Rh连接至该最下部电源线路6，并且其基极连接到运算放大器(opamp)121的输出。运算放大器121的反相输入连接到晶体管的发射极。运算放大器121的非反相经由电容器122连接至最下部的电源线路6，并且经由电阻器123连接到微控制器124的输出。微控制器124的电力源自主串101。在一个典型的示例中，该串中的每个LED具有大约3. 5V至4V的正向电压。因此，在倒数第二 LED LEDl，(n_l)和倒数第三LED LEDl， (n-2)之间的节点A，可用的电压为大约7V-8V。该电压用于在包括二极管125、电容器126 和稳压器127的级中进行整流之后对微控制器IM供电，该稳压器127通常是78L05或者类似的用于提供5V DC的部件。如果该微控制器的操作电压的范围与一个或多个LED的正向电压的范围相同，则可以省略电压调节器。在对操作进行说明之前，注意到由微处理器IM汲取的被指示为I1, μ的电流极小以至于可以忽略，从而使得对电流in的影响以及对由最后两个LED LED1，(n-1)和LEDl，n 的发射的光的影响可以忽略。还注意到，可以具有与主串101并联的第二次级串103，如图所示，第二次级串103与次级串102类似。可以加入更多的次级串。每个又一次级串103 具有其自身的可控电流限制器220。在图2中，假设第二次级串103具有其自身的微处理器 224以及连接至节点A的相关联的电源电路225、226、227。然而，可以省略该电源电路225、 226、227，并且从第一次级串102的电源电路125、126、127对微处理器2 供电。如果第一微处理器1 具有用于控制第二可控电流限制器220的第二输出端子，则甚至可以省略第二微处理器224 ；换言之，微处理器1M、2M可以被集成。
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出于说明操作的目的，首先假设该晶体管T2完全导通。电流幅度Il和12将基于每个串中的LED的数目和相应的LED的动态电阻而对自身设置。该情况被在图3左侧子图中示出，其显示了根据时间(横轴，ms)的电流(纵轴，mA)。在这个示例中主串101中的电流Il具有700mA的幅度并且次级串102中的电流12具有300mA的幅度。因此，Itotal具有 IOOOmA的幅度。微控制器124具有用于输入指示次级串102中的电流12的最大限度的信号的用户输入128。基于该输入信号，微控制器IM生成在运算放大器121的非反相输入设定参考水平的输出信号。在所示的实施例中，微控制器1 产生可变持续时间的电流脉冲(PWM)， 从而导致在运算放大器121的非反相输入的基于脉冲宽度的电压水平。只要该电压水平高于运算放大器的反相输入的电压水平，则该运算放大器就产生高输出信号，从而保持晶体管T2导电。运算放大器的反相输入的电压水平总是与电流12成比例。假设用户改变用户输入128的设置，减少运算放大器的输出脉冲的脉冲宽度，并且从而减少运算放大器121的非反相输入的电压水平至等于250mA，其低于测量电阻器R2x 提供的电压信号的幅度。这种情况在图3的右侧子图中示出。首先，电流12同样地从0增长，直到在大约8ms时12等于250mA，这足以使得运算放大器121部分地断开晶体管T2。具体而言，该晶体管被保持为正好足以导通，从而将电流12保持为等于250mA(图3中曲线的平坦部分)。因此，就峰值电流和平均电流而言，与该图的左侧情形相比，次级串102中的电流12减少。在IOms的峰值处，总电流Iram仍然是1000mA，因此在该示例中Il的峰值电流现在为750mA。因此，可以看出可以改变12与Il之间的比率。注意到可以以许多方式生成微控制器124的在其输入1 处控制输入信号。例如，该设备可以具有用于感应LED组件的温度并且提供温度信号给微控制器的输入的温度感应器，其中该微控制器可被编程以改变电流比率，从而抵消温度的影响。此外，该设备可以具有用于测量两个串的光输出并且提供光信号给微控制器输入的光感应器，其中该微控制器可被编程以保持光输出恒定。此外，该设备可以具有用户输入设备，诸如连接到微控制器输入的电位计。此外，微控制器可以响应于用于进行无线用户控制的远程控制。可以组合上面的选项(或其他一些选项)。综上所述，本发明提供一种照明设备100，包括具有输出线路5、6的电流源；在电流源输出线路之间串联设置的LED主串101 ；在电流源输出线路之间串联设置的至少一个LED次级串102 ；以及与次级串102的LED串联设置的可控电流限制器120。在一个优选实施例中，可控电流限制器包括晶体管T2，其具有与次级串102的LED串联的集电极-发射极路径；与所述集电极-发射极的路径串联设置的电流感应电阻器R2x ；运算放大器121，其具有连接至晶体管基极的输出，具有连接至所述电流感应电阻器R2x的反相输入，并且具有连接至参考电压水平的非反相输入。虽然已在附图和之前的描述中详细地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚该示出和描述应被认为是说明性或示例性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例；而是在所附权利要求书中限定的本发明的保护范围内可以有若干变化和修改。例如，可以省略二极管125，或者可以被串联设置的两个二极管替代。此外，可以以不同的方式实施电流限制器。如上所述，曾提及可以具有两个或多个次级串。当决定LED串的数目时，可以考虑若干设计因素。一方面，当接通所有的次级串时，所有的次级串都需要某电流幅度，并且电流源应该能够提供该电流。另一方面，当所有的次级串都断开时，完全的总电流ITOm将流过主串101并且这不应该引起该串过流。本领域技术人员根据对附图、公开内容以及所附权利要求书的研究在实践所要求保护的本发明中可以理解和实现所公开的实施例的其他一些变化。在权利要求书中，措辞 “包含”表示不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”，“一个”不排除多个的情况。单个的处理器或其它单元可以实现在权利要求书中叙述的不同项的功能。事实上，互相不同的从属权利要求中叙述的某些方案并不表示这些方案的组合无法用于获益。权利要求书中任何参考标记不应被解释为对范围的限定。上面已经参考框图说明了本发明，该框图示出了根据本发明的设备的功能模块。 可以理解，可以以硬件实施这些功能块中的一个或多个，在该硬件中，通过各个硬件组件执行该功能块的功能，但是也可以以软件实施这些功能块中的一个或多个，从而使得由计算机程序或可编程器件(诸如微处理器、微控制器、数值信号处理器等)的一个或多个程序行来执行该功能块的功能。
权利要求
1.一种照明设备(100)，包括电流源⑴，其具有输出线路(5 ；6)；LED(LED1，i)的主串(101)，其串联设置在电流源输出线路(5，6)之间；LED(LED2，i)的至少一个次级串(102)，其串联设置在电源输出线路(5，6)之间；以及可控电流限制器(120)，其与所述次级串(102)的LED(LED2，i)串联设置。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述可控电流限制器(120)包含晶体管(T2)，其具有与所述次级串(102)的LED(LED2，i)串联的集电极-发射极路径；电流感应电阻器(Rh)，其与所述集电极-发射极路径串联设置，耦合在所述晶体管的发射极和所述电流源输出线路中的一个(6)之间；运算放大器(121)，其具有连接至所述晶体管基极的输出、连接至所述晶体管发射极和所述电流感应电阻器(R2x)之间的节点的反相输入、以及连接至参考电压水平的非反相输入。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述参考电压水平由可控脉冲产生器(124) 和脉冲积分器级(123,12 提供。
4.根据权利要求3所述的照明设备，其中所述脉冲产生器(124)被实现为微处理器。
5.根据权利要求3所述的照明设备，其中所述脉冲产生器(124)具有用于接收控制输入信号的控制输入(1 )。
6.根据权利要求5所述的照明设备，进一步包括用于感应所述LED组件的温度的温度感应器，并且其中所述脉冲产生器(124)响应于所述感应器的温度信号以改变所述主串和所述次级串中的电流(II ；12)之间的比率，从而抵消温度效应。
7.根据权利要求5所述的照明设备，进一步包括用于测量两个串的光输出的光感应器，并且其中所述脉冲产生器(124)响应于所述感应器的光信号来保持所述光输出的恒定。
8.根据权利要求5所述的照明设备，进一步包括用户输入设备，诸如连接至所述控制输入(128)的电位计。
9.根据权利要求3所述的照明设备，进一步包括用于可控脉冲产生器(124)的低功率电压源(125、126、127)，所述低功率电压源(125、126、127)具有连接至所述主串(101)的两个相邻的LED(LED1，i ；LEDl, i+Ι)之间的节点(A)的功率输入。
10.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述节点(A)位于从所述主串(101)倒数第二和第三 LED(LED1，(n-2) ；LEDl, (n_l))之间。
11.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述低功率电压源(125、126、127)包含稳压器(127)，所述稳压器(127)优选地具有设置在其输入端子和所述节点(A)之间的二极管 (125)，并且所述稳压器(127)优选地具有与其输入端子并联的电容器(1 )。
全文摘要
一种照明设备(100)，包括电流源(1)，其具有输出线路(5；6)；LED(LED1，i)的主串(101)，其串联设置在电流源输出线路之间；LED(LED2，i)的至少一个次级串(102)，其串联设置在电流源输出线路之间；以及可控电流限制器(120)，其与次级串(102)的LED(LED2，i)串联设置。在一个优选的实施例中，可控电流限制器包括晶体管(T2)，其具有与次级串(102)的LED(LED2，i)串联的集电极-发射极路径；电流感应电阻器(R2x)，其与所述集电极-发射极路径串联设置；运算放大器(121)，其具有连接到晶体管基极的输出、连接至所述电流感应电阻器(R2x)的反相输入、以及连接至参考电压水平的非反相输入。
文档编号H05B33/08GK102415213SQ201080018026
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月23日
发明者M·C·维穆伦 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司