用于驱动负载特别是led组件的驱动器设备和驱动方法

用于驱动负载特别是led组件的驱动器设备和驱动方法
【专利摘要】一种用于驱动负载(100)特别是包括两个或者多个LED的LED组件的驱动器设备(1)和对应驱动方法。提出的驱动器设备包括：供应端子(10)，用于接收供应电压(VS)，负载端子(20)，用于将负载耦合到所述驱动器设备并且用于向所述负载提供电能以便驱动所述负载，存储单元(40)，用于存储在所述供应端子接收的电能，耦合单元(50)，耦合于所述供应端子与所述存储单元之间用于从所述供应端子向所述存储单元可切换地提供电能，第一切换单元(60)，耦合于所述供应端子与所述负载之间用于从所述供应端子向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供电能，第二切换单元(70)，耦合于所述存储单元与所述负载之间用于向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供存储在所述存储单元中的电能，以及控制单元(80)，用于控制所述耦合单元以及所述第一和第二切换单元。
【专利说明】用于驱动负载特别是LED组件的驱动器设备和驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于驱动负载特别是包括两个或者多个LED的LED组件的驱动器 设备和对应驱动方法。另外，本发明涉及一种照明装置。
【背景技术】
[0002]在固态照明(SSL)中，即在普通照明中，驱动器的相对成本贡献有望由于发光二 极管(LED)成本减少而增加。因此，为了减少总系统的成本，驱动器也必须变得更廉价(特 别是更简单和/或更小)。在LED与驱动器之间的更近联接将仍然实现高性能。
[0003]在从例如市电电压供应的电源来操作LED时，电输入波形和光学输出波形二者必 须满足某些标准。这不仅对于高电压(HV)LEDS成立，而且相同结构可以用于例如与12V 卤素替换系统中的5个低电压LED，并且也用于例如100个低电压LED和市电电压。利用 如例如在US6989807B2、US7081722B1或者US2008/0094000A1中描述的抽头式线性驱动器 (TLD)，提出如下方法，该方法特别借助对不会从电源供电的LED串进行分流或者旁路来动 态调整这些LED的长度，以便让LED串电压跟随AC供应电压的波形/伸长。
[0004]利用这一方法，仍然有在电输入与光学输出波形之间的直接耦合，因此影响(减 少)光中的闪烁或者频闪非自然成分将影响输入谐波。为了满足各种市电电压法规(代表 波形、谐波和功率因数的某个组合)，需要在输入上的电波形与光的光学输出波形之间的更 佳的去耦合。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种用于驱动负载特别为包括两个或者多个LED的LED组 件的驱动器设备和对应驱动方法，通过该驱动器设备和驱动方法可以满足各种市电电压法 规，并且该驱动器设备和驱动方法提供在输入上的电波形与在输出的输出波形之间的更佳 的去耦合。
[0006]在本发明的第一方面中，呈现一种驱动器设备，该驱动器设备包括:
[0007]-供应端子，用于接收供应电压，
[0008]-负载端子，用于将负载耦合到所述驱动器设备并且用于向所述负载提供电能以 便驱动所述负载，
[0009]-存储单元，用于存储在所述供应端子接收的电能，
[0010]-耦合单元，耦合于所述供应端子与所述存储单元之间用于从所述供应端子向所 述存储单元可控制地提供电能，
[0011]-第一切换单元，耦合于所述供应端子与所述负载之间用于从所述供应端子向所 述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供电能，
[0012]-第二切换单元，耦合于所述存储单元与所述负载之间用于向所述负载端子中的 一个或者多个负载端子可切换地提供所述存储单元中存储的电能，以及
[0013]-控制单元，用于控制所述耦合单元以及所述第一和第二切换单元。[0014]在本发明的又一方面中，呈现一种对应驱动方法，该驱动方法包括以下步骤:
[0015]-接收供应电压，
[0016]-经过负载端子向所述负载提供电能以便驱动所述负载，
[0017]-在存储单元中存储经过所述供应电压接收的电能，
[0018]-向所述存储单元可控地提供电能，
[0019]-从所述供应端子向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供电 倉泛，
[0020]-向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供存储在所述存储单元 中的电能，以及
[0021]-控制所述向所述存储单元和所述负载提供电能的步骤。
[0022]另外，根据本发明的另一方面，一种照明装置包括灯单元、尤其为包括两个或者多 个LED的LED组件和耦合到所述光单元以便驱动所述光单元的根据本发明的驱动器设备。
[0023]在从属权利要求中定义本发明的优选实施例。应当理解要求保护的方法和要求保 护的照明装置具有与要求保护的设备相似和/或相同的并且如在从属权利要求中要求保 护的优选实施例。
[0024]本发明基于用于提供用于将负载耦合到驱动器设备的两个单独的输出功率端口 (即至少三个负载端子，其中一个负载端子可以属于两个不同输出功率端口)的思想。在供 应端子提供一个功率端口以直接从供应端子、即直接从供应电压(如果需要则最终在整流 之后)向负载提供电能。在存储单元(例如包括一个或者多个电容器的电容存储单元)提 供另一功率端口从而向负载提供存储单元中存储的电能。因此，提出的驱动器设备被设计 用于向负载、特别向负载的相同、不同或者重叠部分(例如LED串的不同段)的独立功率递 送。这允许相互独立地控制在供应端子(例如从市电电压源)和存储单元向负载供应的电 流量。作为结果，更易于朝着具体法规要求，比如国家专属法规要求的谐波限制，调节输入 电流波形。
[0025]这里应当注意，提出的驱动器设备一般接收可以由将AC市电电压(或者任何其它 可用电压)转换成所需供应电压的任何预处理单元(比如变压器、反相器或者调光器)提 供的供应电压作为输入。供应电压可以是整流的电压或者AC供应电压，并且预处理装置 可以甚至包括功率信号处理的初始步骤，比如用于整流的装置，并且因此可以向提出的驱 动器设备递送整流的电压。如果可用AC市电电压满足用于被用作驱动器设备的输入的标 准一经常是这种情况，则当然也可以有可能直接使用它作为AC供应电压。然而无论这里 何处提到“供应电压”，它也可以在某些条件中理解为“市电电压”或者在其它实施例中理解 为“调光的市电电压”或者整流的AC电压。另外，供应电压可以在一些实施例中甚至是如 例如由电池或者整流器和平滑电容器提供的DC电压。
[0026]根据一个优选实施例，所述第二切换单元被配置用于从所述负载端子中的一个或 者多个负载端子向所述存储单元可切换地提供电能。这实现可以不仅从供应端子对存储单 元进行充电，而且可以从负载对存储单元进行充电，即因此可以经过第二切换单元向存储 单元“转发”从供应端子经过第一切换单元向负载提供的电能的如下部分，该部分未被负载 消耗或者不是负载需要的。
[0027]出于这一目的，第二切换单元包括双向开关，特别是双向电流限制开关。优选地，可以在操作期间动态设置电流限制值为任何所需值。这些开关和在其它切换单元中使用的 其它开关(一般称为切换元件，这些切换元件可以是单向或者双向的)一般可以由晶体管 或者二极管，比如NMOS或者PMOS晶体管实施。另外，也可以在本申请的上下文中使用和理 解(非切换式)电流源为切换元件。
[0028]在另一实施例中，所述耦合单元和/或所述第一和/或第二切换单元包括用于限 制经过相应单元提供的电流、电压和/或电功率的限制装置，例如相应切换单元的切换装 置(耦合单元也可以包括这样的切换装置并且可以在一个实施例中有效地是另一切换单 元)。这样的限制装置可以包括用于限制电流的电流源。其它限制装置可以包括电阻器、 (非切换式)电流源或者用于限制电流、电压和/或功率的其它已知元件。这些限制装置使 实现控制经过相应单元(即耦合单元或者第一/第二切换单元)提供的电能数量。
[0029]在一个优选实施例中，所述控制单元被配置用于控制所述第一和第二切换单元以 根据一个或者多个预定标准向所述负载可切换地提供电能，该一个或者多个预定标准特别 包括效率、功率因数、电流波形、在负载内的不同段的均质应力和/或在作为负载的光单元 的情况下的光输出平坦度。因此可以根据如下所需控制策略进行控制，可以预先选择该控 制策略以满足某些所需标准，例如在相应使用国家中规定的某些法规。
[0030]有利地，所述第一和/或第二切换单元包括用于测量经过相应切换单元的关联切 换元件提供的电流的电流测量元件，特别为为分流电阻器，并且所述控制单元被配置用于 控制所述第一和第二切换单元以向所述负载可切换地提供电能以平衡总功率和功率分布。 这包括以模拟方式，例如与测量的值组合，来控制电流。以这一方式，在使用本发明用于驱 动灯单元时，有可能具有从光单元输出的平滑通量和均匀光。
[0031]优选地，所述存储单元包括两个存储输出端子，并且所述第二切换单元包括用于 将所述两个存储输出端子独立切换至两个负载端子的切换元件。这一实施例实现向负载的 所需部分的更灵活功率供应，以例如从存储单元向灯单元(例如LED串)的一个或者多个 所需段提供电能。
[0032]在一个实施例中，提出的驱动器设备还包括耦合到所述供应端子用于对接收的AC 供应电压进行整流的整流器单元。优选地，所述整流器单元和所述存储单元具有耦合到所 述负载端子之一的公共参考端子从而造成需要更少切换元件。
[0033]另外，在一个实施例中，所述整流器单元包括两个整流器输出端子，并且所述第二 切换单元包括用于将所述两个整流器输出端子独立切换至两个负载端子的切换元件。与 以上说明类似地，这一实施例在从整流器单元向负载的所需部分提供电能时提供更多灵活 性，以例如从整流器单元向灯单元(例如LED串)的一个或者多个所需段提供电能。
[0034]在一个实施例中，所述控制单元被配置用于控制所述第一和第二切换单元，从而 从所述存储单元向所述负载的第一部分提供电能并且从所述供应端子(或者如果提供则 为所述整流器单元)向所述负载的第二部分提供电能，并且根据从供应端子当前取得的电 功率数量适配向所述第一和第二部分提供电能。因此，负载的灵活功率供应可容易实现。
[0035]尽管作为存储单元可以使用任何如下单元，通过该单元可以存储电能以便在需要 时向负载递送，但是在一个优选实施例中，所述存储单元包括电容存储单元，特别包括一个 或者多个电容器。
[0036]在一个实施例中，将控制聚焦于从市电电源单元输入的功率。同时由于高效再充电而保持留意存储单元的功率(电压)。此外，优选地将控制聚焦于可以通过供应端子提供 且未产生太多谐波的功率。一般而言，不应当消耗与可以在供应端子递送的能量一样多的 能量，但是功率应当由存储单元和外部电源高效提供给负载。
【专利附图】

【附图说明】
[0037]将从下文描述的实施例清楚并且参照这些实施例阐明本发明的这些和其它方面。 在以下附图中:
[0038]图1示出根据本发明的提出的驱动器设备的总体布局的示意框图，
[0039]图2示出根据本发明的驱动器设备的第一实施例的示意框图，
[0040]图3示出根据本发明的驱动器设备的第二实施例的示意框图，
[0041]图4示出根据本发明的驱动器设备的第三实施例的示意框图，
[0042]图5示出用于图示根据本发明的驱动器设备中的各种信号的示例信号序列的信 号图，以及
[0043]图6示出用于图示根据本发明的驱动器设备的供应电流的频谱的图。
【具体实施方式】
[0044]图1示出根据本发明的提出的驱动器设备I的总体布局的示意框图。提供所述驱 动器设备I用于驱动负载100，该负载在这一实施例中是包括多个LED的灯单元100，这些 LED 一起代表照明装置。在这一实施例中，从市电电压供应200向驱动器设备I提供AC市 电电压。
[0045]驱动器设备I包括用于接收从市电电压供应200提供的AC供应电压Vs的供应端 子10和用于将负载100耦合到所述驱动器设备I并且用于向所述负载100提供电能以便 驱动所述负载100的负载端子20。在整流器单元30 (可能也包括用于滤波和保护的公知 装置)中对接收的AC供应电压Vs进行整流。然后在一方面向在所述整流器单元30与例 如包括电容器的存储单元40之间耦合的耦合单元50提供整流的供应电压以便从所述整流 器单元30向所述存储单元40可切换地提供电能。在所述存储单元40中存储所述整流器 提供的电能。在另一方面，向在所述整流器单元30与所述负载100之间耦合的第一切换单 元60提供整流的供应电压以便从所述整流器单元30向所述负载端子20中的一个或者多 个负载端子可切换地提供电能。提供在所述存储单元40与所述负载100之间耦合的第二 切换单元70用于向所述负载端子20中的一个或者多个负载端子可切换地提供所述存储单 元40中存储的电能，该一个或者多个负载端子可以是与负载端子20相同或者(部分地或 者完全地)不同的其他负载端子。最后提供控制单元80用于控制所述耦合单元50以及所 述第一和第二切换单元60、70。控制单元也可以具有用于测量一些状态信息的测量装置，该 状态信息例如比如(但不限于)输入电压和/或电流、存储电压和/或电流和/或负载配 置、温度和/或通量。
[0046]如图1中所示，可以经由第一切换单元60向负载100的第一端口 101 (路径a)和 向负载100的第二端口 102(路径b)递送来自整流器单元30的电能。类似地，也可以经由 第二切换单元70向负载100的第一端口 101(路径d)和向负载100的第二端口 102 (路径 c)递送存储单元40中存储的电能。根据本发明，这些电能递送可能完全相互独立。尽管路径a和b —般从第一切换单元60到负载100为单向，但是在路径c和d上的能量流动可以是双向的，即可以经由第二切换单元70通过经由负载100递送的能量对存储单元40进行充电。通常，负载100不会能够存储或者生成电能，因此存储单元40和第二切换单元70经由路径c和d从负载100接收的能量通常同时从输入端子10经由负载端子20和经由路径 a或者b向负载100递送。
[0047]图2示出根据本发明的驱动器设备Ia的第一实施例的示意框图。在这一实施例中，负载100&包括四个10段11、12丄3、14。整流器单元30a包括耦合为全桥的四个二极管31、32、33、34的常规全桥整流器。电容存储单元40a包括在存储输入端子42、43与存储输出端子44、45之间耦合的单个电容器41。耦合到两个整流器输出端子35、36中的第一整流器输出端子35的耦合单元50a包括一起形成电流限制开关的晶体管51和电阻器52。 在电阻器51与第一存储输入端子42之间稱合电阻器52。
[0048]第一切换单元60a包括四个电流限制开关，每个电流限制开关由晶体管61、62、 63、64和电阻器65、66、67、68的串联稱合形成。晶体管61、62、63、64的第一端子稱合到第一整流器输出端子35。电阻器65、66、67、68的第二端子代表四个输出端子。以这一方式， 可以将整流的供应电压切换至四个负载端子21、22、23、24中的所需负载端子。第五负载端子25代表参考端子并且耦合到第二整流器输出端子36和第二存储输出端子45。由于第一切换单元60a的电流限制开关是单向开关，所以电流流动仅从整流器单元30a到负载100a。
[0049]颇为相似地，第二切换单元70a也包括在图中由开关71、72、73、74和电阻器75、 76、77、78的串联耦合代表的四个电流限制开关。开关71、72、73、74的第一端子耦合到第一存储输出端子44。电阻器75、76、77、78的第二端子代表与第一切换单元60a的输出端子一起耦合的四个输出端子，即第二切换单元70a的输出端子之一连接到第一切换单元60a 的输出端子之一。以这一方式，可以将电容器41中存储的电容器电压切换至四个负载端子
21、22、23、24中的所需负载端子切换。由于第二切换单元70a的电流限制开关优选地是双向开关(但是也可以是单向开关)，所以电流可以既从电容器41流向负载IOOa又从负载 IOOa流向电容器41。
[0050]在供应电压周期期间，在一个实施例中使用以下激活方案。在供应电压的过零期间，电容器41向负载IOOa供电(开关71-74的开关状态依赖于电容器电压)。在供应电压高于负载IOOa的第一段(LED L4)之上的第一段电压时，开关64激活，并且从供应电压驱动LED L4。另外,一般从电容器41向LED串的剩余部分供电(利用以下描述的另一实施例，切换电容器41以然后向LI和L3供电，以具有功率和光的均匀分布)。
[0051 ] 在供应电压高于两个段电压时，开关64关断，并且开关63接通以驱动L3和L4。假设已经将电容器41放电到相似电压并且开关51激活，现在电容器41的再充电可以开始。
[0052]在序列中，现在操作越来越多的段，并且对电容器41进行再充电。在这一间隔期间，供应电压和电容器电压颇为相同。倘若市电谐波/THD法规要求，在任何时间点可以减少/停止从整流器单元30a向负载IOOa的功率流动并且可以从电容器41汲取更多功率， 只要有用于对电容器41再次进行再充电的“补偿间隔”。备选地，可以通过设置耦合单元50 为更低电流或者无电流来减少或者停止电容器41的充电。[0053]经由选择控制策略，可以朝着不同标准，比如最佳光输出平坦度、最佳效率，调节这样的灯而维持所需功率因数、用于调光器兼容性的特殊输入电流波形等。[0054]对于控制，可以考虑多个方面。第一，可以考虑供应电流的谐波。如后文描述的那 样，它必须满足不同要求。第二，控制方案应当对称，以便避免光中的任何50Hz分量和输入 电流中的任何亚谐波或者DC分量。另外，损耗的最小化可以是标准。与这一点密切地有关， 损耗分布也是重要的。作为示例，在图2中，电容器41可以经由耦合单元50a或者经由第 一和第二切换单元60a、70a接收充电电流。在第一情况下，损耗将出现于晶体管51中，而 在后一种情况下，将在晶体管61与晶体管71之间分担损耗。根据该实现，即冷却三个晶体 管，在某些操作模式中，一个或者另一充电路径可能是优选的。着眼于光输出，一般优选平 滑光输出，以便避免光学非自然成分，比如闪烁和频闪效应。着眼于负载中的LED的冷却和 寿命，希望段的相等负荷。必须为某个应用仔细评估所有这些方面以推导适当控制算法。
[0055]通过测量从整流器单元30a和从电容器41向LEDlOOa递送(例如经由分流电阻 器)的电流并且知道各种单元50a、60a、70a的状态，控制可以平衡总功率和分布，以便具有 来自LED组件IOOa的平滑通量和均匀发光。
[0056]在以上描述的实施例中，LED组件IOOa(包括串联耦合的四个段)视为固定，并且 有两个功率源公共的一个信号/端子25，即电容器51和整流器单元30a具有公共接地。
[0057]在使用相同LED组件IOOa的图3中所示驱动器设备Ib的另一实施例中，电容器 41可以“浮动”，这意味着耦合单元50b可以将两个存储输入42和43与供应端子10耦合 或者去耦合。
[0058]另外，第二切换单元70b具有两个输入端子110、111以及由开关112-115和电阻 器116-119形成的更多切换元件以将电容器41的两个电容输出端子44、45单独耦合到负 载100a。然后，可以向负载端子21-25的任何适当组合中(或者在充电时从该组合提取)来 自电容器41的功率。因此，在对串联的两个LED段供电时，可以自由选择对LED段L1+L2、 L2+L3或者L3+L4(或者其它组合、比如在三个段的情况下为L1+L2+L3或者L2+L3+L4)供 电。因此，可以更均匀分布损耗/亮度。
[0059]这同样(至少对于功率注入)也与供应电压是可能的:在使用第一切换单元60b 与两个输入端子120、121以及由开关122-125和电阻器126-129形成的更多切换元件时， 也可以向LED组件IOOa的LED段的所需子串递送电源。
[0060]为了简化，已经省略在控制单元80与驱动器设备Ib的各种单元之间的控制线。
[0061]应当注意，一般而言，负载(例如LED组件)的配置未固定并且无需必然包括多个 LED的串联连接，但是可以自由配置(例如串联和/或并联)负载、例如LED组件的段。这 将允许更灵活切换方案以及更佳光输出和损耗均匀性。
[0062]在图2和3中所示实施例中，第三切换单元70a、70b中的开关优选地双向。这在 某一程度上是冗余的，因为也可以经由耦合单元50a、50b执行电容器41的充电。因此，开 关71可以备选地是单向开关。倘若所需输入和输出波形排除某些开关组合，一些开关可以 被组合或者由去耦合二极管替换。
[0063]另外，在图2和3中所示实施例中，描绘开关/晶体管具有它们自己的用于感测/ 限制电流的电阻器。实际上，一些开关可以共享公共电流限制，只要仍然有可能控制来自整 流器单元30a的电流和来自电容存储单元40a的电流。
[0064]图4示出根据本发明的驱动器设备Ic的第三实施例的示意框图。模拟编程值(比 如不同频率的多个正弦波)用于最佳功率因数性能。这可以实施于微处理器(的查找表)中。对于硬接线控制实现方式，利用一些模拟振荡器的实现将最可能对于控制回路造成高 工作量，因此可以从供应电压的测量推导信号或者可以由几个离散电压/电流电平近似信号。
[0065]可以调节在驱动器设备中使用的部件的参数以满足一个或者多个所需标准，例如 高功率因数、高效率、负载内的不同段的均质应力和/或低的光闪烁。最终设计和参数一般 基于谐波、效率和光学性能的平衡。
[0066]在图4中所示实施例中，部件被布置为与图2和3中所示其它实施例比较有一点 不同，以便在这一简化情况下使控制变容易。耦合单元(图1中的50)和第一切换单元(图1中的60)这里由公共切换单元90代表。晶体管91形成用于控制输入电流的电流源；这 等效于以上提到的耦合单元50和第一切换单元60的电流限制功能的组合。这里未实施电 容器41的主动充电控制，仅控制从输入消耗的总电流。用于供应功率的切换功能由在包括 四个段的LED串IOOa的左侧上的晶体管92、93、94(和二极管146-149)实现。在右侧上， 晶体管131也形成电流源并且与晶体管132至134(和二极管142-145) —起代表在电容器 41与LED串IOOa之间的第二切换单元70的主要元件。有效地，对于整流器和电容器功率 输入独立调整LED串IOOa的长度。
[0067]为了提供示例，已经在供应电压的峰期间对电容器41进行充电。经由驱动器在负 载的左侧上的放电由二极管141阻隔。随后，供应电压减少，并且经由晶体管91和93仅向 负载的最低两个段供电。初始地，全充电的电容器41的能量可以用来经由晶体管131和二 极管142对负载IOOa的所有段供电。尽管对电容器41进行放电，晶体管132可以用来将 功率从电容器41引向最低三个段，并且以此类推。显然地，负载的下段将比上段接收更多 功率(平均而言)。这是图4中的这一简化实施例的可以被以上参照图3描述的实施例克 '的限制。
[0068]晶体管91接收由供应电压频率的谐波组成的信号。晶体管131基于在所需LED 功率与当前从整流器单元30a进入LED串IOOa中的功率之间的比较接收命令。
[0069]输入电流被编程(经由用于晶体管91的驱动信号)为具有如下预定义形状，该预 定义形状基本上包含基本、第三、第五分量直至在具体应用中允许的谐波失真电平或者功 率因数。这一限制将通常由用于某些国家的标准(比如IEC61000-3-2)、由来自认证标记 (比如Energy star)的附加要求等定义。由于这些要求对于不同应用(国家、灯或者模块 类型、功率电平)而不同，所以最佳波形实现方式由在相关标准与条件之间的折衷确定。这 里使用的基波以及第三和第五谐波仅代表非限制示例。
[0070]向LED串IOOa的适当抽头馈送在对电容器41进行充电之后仍然可用的供应电流 数量。监视这一功率并将之与参考信号进行比较。误差信号驱动第二电流源131，从而控制 从电容器41向LED串IOOa的功率递送。根据电容器41的电压，向LED串IOOa的适当抽 头馈送这一电流。
[0071]在图5中示出一些波形。图5A示出从电容器41向LED串IOOa递送的功率。图 5B示出从整流器单元30c向LED串IOOa递送的功率。图5C示出供应电压Vs和供应电流
IsO
[0072]从tl至t2，供应电压低于最低抽头电压，从而没有向LED串IOOa中的电压供应 是可能的，但是LED串IOOa仅由电容器41供电。从t2至t3，供应电压高到足以操作一些LED段。整流器单元30c和电容器41 二者通过向适当抽头中注入电流来向LED串IOOa递 送功率，即向LED光源的不同端口递送功率。在t3，供应电压电平等于放电的电容器41的 电压电平，从而电容器41的再充电开始。时间段t3至t4包括如下间隔的序列，在这些间 隔中从整流器单元30c对电容器41进行充电，并且整流器单元30c或者电容器41向LED 串IOOa递送功率。在t4，电容器41充电。从t4至t6，整流器单元30c向LED串IOOa供 电，并且电容器41现在空载。在t5，虽然供应电流这里很平坦，但是LED功率中存在阶跃， 这指示现在向不同(下)抽头中注入供应电流，因为来自整流器单元30c的电压电平不再 允许向最长LED串中、即向具有最高电压的输入功率端口中馈送。从t6至t7，整流器单元 30c向一些LED段供电，并且电容器41也向一些LED段供电。
[0073]应当注意图5中所示仿真波形具有很低效率和太高光学闪烁。它将被理解为很简 单示例，示出双功率输入驱动器可以从整流器单元和从电容器向单个LED串供电。波形被 有意地设计为具有高的第三和第五分量，因为这将针对小于60°和大于120°的角度增加 可用电流而减少在峰(60°...120° )附近的电流。这些电流调制有助于在更低供应电压 从更短LED串产生更多光，而未产生太多谐波或者太低功率因数。在供应电压与电容器或 者LED抽头电压之间的任何差异经由电流源91和/或131被耗散成热。
[0074]可以设置功率因数为实质上任何值。利用以上使用的输入电流波形(即用于91 的控制信号)，实现功率因数0.95。
[0075]在从多个功率源驱动LED串时的灵活性也有益于调光。优选地，对于前沿调光 (TRIAC调光)，实现第二切换单元70中的开关中的至少一些开关为双向实现，以经过负载 100对电容器41进行充电，以具有有限涌入而对效率无大量影响。
[0076]图6中所示频谱仅示出很少失真。
[0077]在以后添加泄放电路(以允许在供应电压的过零附近的电流路径，以便向调光器 供应辅助功率和定时信息)时，这将进一步减少谐波。
[0078]与标准TLD驱动器设备比较，根据本发明，可以控制向负载给予的功率数量。特别 低，可以从整流器单元(即或多或少直接从输入供应(例如从市电源))和/或者电容器汲 取用于负载的功率。另外，可以控制从整流器单元对电容器进行再充电，并且经由经过负载 传送的功率对电容器再充电是可能的。
[0079]如以上说明的那样，本发明的重要元素包括具有多结负载，例如LED光源，其中布 置负载使得存在用于向负载递送功率的多个(至少两个)端口，其中这些至少两个端口可 以共享一个公共管脚，因此共计而言有至少三个管脚(输入1、输入2、公共输出)或者可以 相互去I禹合，从而有四个管脚(输入1、输出1、输入2、输出2)。参照图4中的实现方式,负 载具有5个管脚。由于在这一示例中使用的单向结构，有4个输入和I个输出。利用不同 驱动器设备(例如包括双向开关)，可以使用的这些管脚中的一些管脚是输入和/或输出。 提出的驱动器设备优选地包括供应输入、存储装置(例如电容器)、用于从供应输入和/或 电容器向负载的第一和/或第二功率端口传送功率的传送装置(包括用于限制递送的电 流、电压或者功率数量的装置)。优选地，也有控制电路装置平衡经由至少两个端口向负载 递送的总功率，从而负载输出(例如光输出)是稳定的，而无论当前选择的功率输入。
[0080]尽管以上提到的负载的两个功率端口是所需最少量，但是实际实现方式将具有用 于在各种电压电平向负载递送功率的更多输入。作为示例，用于在欧洲使用的实现方式可以具有划分成四个段的约为在280V的最大LED电压电平，因此具有多于70V、多于140V、多 于210V和多于280V的功率电压的功率输入是可能的。与TLD实现方式对照，LED串的当 前未从第一电源(例如市电)供电的部分未被分流或者旁路，但是被允许从第二电源(例 如电容器)接收功率。为了实现这一点，存在向驱动器中的传送装置的多个输入(即来自 整流器单元/供应输入和来自电容器)。这可以视为与TLD的关键不同，在TLD中，最终地， 整流器单元和电容器共享向切换的LED串中的公共输入，从而不可能同时向LED光源递送 在不同电压电平的两个功率。
[0081]必须随时，优选地在供应电压的每个半波期间，从整流器单元对电容器进行再充 电。除此之外，也可以经由负载和传送装置对电容器进行再充电，这意味着它经由通常用来 向负载递送功率的端口接收功率。因此，负载的一个端口用作功率输入而另一端口用作功 率输出。在选择适当电压电平时，输入功率的部分将由负载处理(转化成光和热)，而剩余 部分被递送到电容器并且对它进行再充电。这实现进一步操纵电输入波形。通常，一旦供应 电压高于电容器先前已经被放电到的电压电平，电容器的再充电将出现。在经由负载(部 分地)再充电时，可以朝着不同时间点移动这一再充电电流。
[0082]与向该布置递送能量的整流器单元对照，电容器可以对于有限时间间隔仅存储能 量并且充当电源。在对电容器进行放电期间，它的电压将减少。由于负载的在优选不同电压 电平的多个功率输入端口，电容器仍然可以向负载递送功率，只要电压高于负载的更低输 入电压电平。与此平行，负载也可以在不同电压或者功率电平从整流器单元接收功率。因 此，给出用于基于电输入和光学输出波形要求从功率输入(整流器单元、电容器)中的任一 个向负载递送功率的可能性。向负载递送的任何功率将对负载输出有贡献，而仅从整流器 单元向负载直接传送的电流和电容器的再充电电流对电输入波形有贡献。
[0083]作为结果，根据本发明的驱动器设备赋予用于对电输入波形进行整形的更佳灵活 性，因此实现更低谐波和THD以及更高功率因数而对光输出的影响减少。
[0084]存储单元优选地如在实施例中所示由一个电容器(或者多个电容器)实施，但是 可以代之以使用用于存储电能的其它元件、比如蓄电池或者感应能量存储装置。
[0085]在实施例中示出的整流器单元不是提出的驱动器设备的本质元件，但是仅在供应 电压不能直接用来驱动负载并且对存储器单元进行充电的情况下才被提供。
[0086]负载优选地包括LED组件，但是提出的驱动器设备也可以用于驱动具有多于两个 端子的其它负载，其中负载的第一部分可以由第一电源驱动，并且第二部分可以由第二电 源驱动(并且其中部分和驱动相应部分的电源可以受到改变)。这样的其它负载可以包括 其它灯组件、电子部件、音频单元等。
[0087]尽管已经在附图和前文描述中具体图示和描述本发明，但是这样的图示和描述将 视为示例或者举例而非限制；本发明不限于公开的实施例。本领域普通技术人员可以在实 现要求保护的本发明时从附图、公开内容和所附权利要求的研读中理解和实现对公开的实 施例的其它变化。
[0088]在权利要求中，字眼“包括”未排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一个”未排 除多个。单个元件或者其它单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的 从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实未指示不能有利使用这些措施的组合。
[0089]不应将权利要求中的任何附图标记解释为限制范围。
【权利要求】
1.一种用于驱动负载(100)特别是包括两个或者多个LED的LED组件的驱动器设备(I)，所述驱动器设备包括:-供应端子(10)，用于接收供应电压(Vs)，-负载端子(20)，用于将负载耦合到所述驱动器设备并且用于向所述负载提供电能以便驱动所述负载，-存储单元(40)，用于存储在所述供应端子接收的电能，-耦合单元(50)，耦合于所述供应端子与所述存储单元之间用于从所述供应端子向所述存储单元可控制地提供电能，-第一切换单元￠0)，耦合于所述供应端子与所述负载之间用于从所述供应端子向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供电能，-第二切换单元(70)，耦合于所述存储单元与所述负载之间用于向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供存储在所述存储单元中的电能，以及-控制单元(80)，用于控制所述耦合单元以及所述第一切换单元和所述第二切换单J Li o
2.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，其中所述第二切换单元(70)被配置用于从所述负载端子中的一个或者多个负载端子向所述存储单元可切换地提供电能。
3.如权利要求2所述的驱动器设备(1)， 其中所述第二切换单元(7)包括双向开关，特别是双向电流限制开关。
4.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，其中所述耦合单元(50)和/或所述第一切换单元￠0)和/或所述第二切换单元(70) 包括用于限制经过相应单元提供的电流、电压和/或电功率的限制装置。
5.如权利要求4所述的驱动器设备(1)，其中所述限制装置包括用于限制电流的电流源。
6.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，其中所述控制单元(80)被配置用于控制所述第一切换单元￠0)和第二切换单元(70) 以根据一个或者多个预定标准向所述负载可切换地提供电能，所述一个或者多个预定标准尤其包括效率、功率因数、电流波形、在所述负载内的不同段的均质应力和/或在灯单元作为负载的情况下的光输出平坦度。
7.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，其中所述第一切换单元(60)和/或所述第二切换单元(70)包括用于测量经过相应切换单元的关联切换元件提供的电流的电流测量元件，特别是分流电阻器，并且其中所述控制单元(80)被配置用于控制所述第一切换单元￠0)和所述第二切换单元 (70)以向所述负载可切换地提供电能以平衡总功率和功率分布。
8.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，其中所述存储单元(40)包括两个存储输出端子(44，45)，并且其中所述第二切换单元(70)包括用于将所述两个存储输出端子独立切换至两个负载端子的切换元件。
9.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，还包括耦合到所述供应端子用于对接收的AC供应电压(Vs)进行整流的整流器单元(30)。
10.如权利要求9所述的驱动器设备(1)，其中所述整流器单元(30)和所述存储单元(40)具有耦合到所述负载端子之一的公共参考端子(36)。
11.如权利要求9所述的驱动器设备(1)，其中所述整流器单元(30)包括两个整流器输出端子(35，36)，并且其中所述第二切换单元(70)包括用于将所述两个整流器输出端子独立切换至两个负载端子的切换元件。
12.如权利要求9所述的驱动器设备(1)，其中所述控制单元(80)被配置用于控制所述第一切换单元￠0)和所述第二切换单元(70)，从而从所述存储单元(40)向所述负载的第一部分提供电能并且从所述供应端子(10)向所述负载的第二部分提供电能，并且根据从所述供应端子(10)当前取得的电功率数量适配向所述第一部分和第二部分提供的电能。
13.如权利要求1所述的驱动器设备(I)，其中所述存储单元(40)包括电容存储单元，尤其包括一个或者多个电容器(41)。
14.一种用于驱动负载(100)特别是包括两个或者多个LED的LED组件的驱动方法，所述驱动方法包括以下步骤:-接收供应电压(Vs)，`-经过负载端子向所述负载提供电能以便驱动所述负载，-在存储单元(40)中存储经过所述供应电压接收的电能，-向所述存储单元可控地提供电能，-从所述供应端子向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供电能，-向所述负载端子中的一个或者多个负载端子可切换地提供存储在所述存储单元中的电能，以及-控制所述向所述存储单元和所述负载提供电能的步骤。
15.一种照明装置，包括:-灯单元(100)，尤其包括西个或者多个LED的LED组件，以及-如权利要求1所述的驱动器设备(I)，耦合到所述灯单元以便驱动所述灯单元。
【文档编号】H05B33/08GK103460802SQ201280017097
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2011年4月8日
【发明者】H·J·G·拉德马赫尔 申请人:皇家飞利浦有限公司