CN102577607B

CN102577607B - 控制led的亮度的方法

Info

Publication number: CN102577607B
Application number: CN201080046347.XA
Authority: CN
Inventors: I·威尔逊; J·弗兰克兰; F·史蒂文斯
Original assignee: Tridonic UK Ltd
Current assignee: Tridonic UK Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: CN102577607A; DE112010004050B4; DE112010004050T5; WO2011045057A1; EP2489243A1

Abstract

用于控制LED的亮度的方法，其中，可调光LED模块被连接至调光器，其中，所述可调光LED模块包括泄放电路(6)，该方法的特征在于泄放电流的周期性施加，其中，泄放电流的所述周期性施加仅在特定数量的电源半周期上施加，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期。

Description

控制LED的亮度的方法

本发明涉及用于控制LED的亮度的方法，其中将可调光LED模块连接至还已知为相点火(phasefired)控制器的调光器。

技术领域

为了节省能量，如今经常使用节能灯。随着引入高效的发光二极管(LED)作为潜在光源，还存在对于具有调光能力的使用LED的节能灯的需求。这些系统必须提供调光接口的功能，特别是用于与相调光器一起使用。存在多种类型的通常可用的调光器。那些采用三端双向可控硅开关元件(triac)或晶闸管(thyristor)的装置按照非常相似的方式操作。两者都充当高速开关，并且在调光器中被用来控制传递至灯的电能量。它们通过对正弦电源电压波形进行“限幅(chopping)”来进行。触发器或点火脉冲决定该装置开始行动的点。该装置点火越迟，其开始行动就越迟，并因此，越少的电力被传送给负载。

背景技术

已经提出了各种电路装置，这些电路装置将调光功能添加至基于LED的光源。

一个示例是EP1016062B1，其中LED可以通过数字总线(例如，通过DMX)来控制。

主要问题是普通三端双向可控硅开关元件调光器在与LED驱动器电路一起使用时的兼容性，以及根据相调光器的控制来提供调光信号。因而，本发明致力于提供一种解决该问题的方法和电路。

发明内容

本发明提出了一种用于基于对用于一个或更多个LED、OLED或可与它们的电特性相比的任何其它发光装置的操作装置的交流供电电压的相切(phasecut)操纵来对LED进行调光的经改进的解决方案。

本发明试图提供一种使得能够以低功耗经由普通GLS相切调光器(例如，通过三端双向可控硅开关元件或晶闸管)来进行调光的另一切换装置。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求进一步发展了本发明的中心思想。

根据本发明，提供了一种用于控制LED的亮度的方法，其中，将可调光LED模块连接至调光器，其中，所述可调光LED模块包含充当相调光器保持电流的负载的泄放(bleeding)电路，

其特征在于泄放电流的周期性施加，其中，泄放电流的所述周期性施加仅在特定数量的电源半周期上施加，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期。

本发明还涉及可调光LED模块，该模块被设计为利用控制提供给所述LED模块的交流供电电压的相切的调光器来进行调光，该模块包括：

泄放电路(6)，该泄放电路用于根据所述交流供电电压中存在的相切来选择性地起作用，以汲取泄放电流，

本发明的另一方面涉及可调光LED模块，

该模块被设计为利用控制提供给所述LED模块的交流供电电压的相切的调光器来进行调光，该模块包括：

-用于选择性地起作用以汲取泄放电流的泄放电路，

-选择性地激活所述泄放电路的控制电路，该控制电路被提供有指示所述泄放电路的活动的信号，该控制电路基于泄放活动指示信号来确定表示所述交流供电电压中存在的相切的值，并发出作为该相切值的函数的控制信号，以及

-至少一个驱动器电路，该至少一个驱动器电路被提供有所述控制信号并调节与LED发光装置相关联地提供的电力。

该泄放活动指示信号可以直接或间接地指示所述泄放电路的电阻装置两端的泄放电流或电压中的一个，举例来说，如测量供电电压与所述泄放电路的活动的组合效应的电阻装置。

所述泄放电路可以是独立于控制电路的电路或者是作为该控制电路的集成部分的电路。

所述泄放活动指示信号可以是脉冲信号。

所述控制电路可以确定所述泄放活动指示信号的脉冲宽度。

所述泄放电流可以是稳恒的、可变的或脉冲式的，尤其可以是有源PWM控制式的。

所述泄放活动指示信号可以针对电源电压的每一个周期而生成或者周期性地(即，不针对所有电源电压周期)生成。

所述泄放电路可以包括电流源，并且所述泄放电路可以包括有源地控制所述泄放电路的开关的定时逻辑。

所述控制电路可以被设计为基于所述泄放电路指示信号来获取所述交流供电电压的零交叉(zerocrossings)的定时以及所述交流供电电压的任何相切定时的定时。

另一方面涉及LED模块，其中，LED模块包括泄放电路和经由以下多个方式中的一个或更多个方式来控制LED发光装置的电力的驱动器电路：

-低频PWM控制，该PWM脉冲具有处于交流供电电压的频率的两倍的级别的频率，优选地具有90Hz与140Hz之间的频率，该PWM脉冲优选地与所述泄放活动指示信号同步，

-高频PWM控制，该PWM脉冲具有大于200Hz的频率，优选地大于500Hz，和/或

-控制通过LED发光装置的DC电流的振幅。

LED发光装置的供电电势通过隔离装置(举例来说，如光耦合器)与供电电压隔离，其中，所述控制电路可以连接至该隔离装置的初级侧或次级侧的电势。

本发明还涉及改型的(retrofit)LED灯，该改型的LED灯包括如上所述的LED模块。

本发明另一方面涉及用于操作可调光LED模块的方法，该模块利用控制提供给所述LED模块的交流供电电压的相位的调光器(举例来说，如具有三端双向可控硅开关元件的调光器)来进行调光，其中，

-所述LED模块的泄放电路选择性地起作用以汲取泄放电流，

-控制电路选择性地激活所述泄放电路，所述控制电路被提供有指示所述泄放电路的活动的信号，并且发出基于该泄放活动指示信号的控制信号，并且

-至少一个驱动器电路被提供有所述控制信号并调节与LED发光装置相关联地提供的电力。

所述泄放活动指示信号直接或间接地指示所述泄放电路的电阻装置两端的泄放电流或电压中的一个，举例来说，如测量供电电压与所述泄放电路的活动的组合效应的电阻装置。

所述泄放活动指示信号是脉冲信号，并且所述控制电路确定所述泄放活动指示信号的脉冲宽度。

所述控制电路可以基于对所述脉冲宽度的估算来确定所述交流供电电压的零交叉的定时。

所述控制电路可以基于所述零交叉的定时来使对所述供电电压中存在的任何相切角的测量同步。

所述泄放电流可以是稳恒的、可变的或脉冲式的，尤其可以对所述泄放电路的开关进行有源PWM控制。

所述泄放电路可以无源地激活，或者所述泄放电路例如经由开关来有源地控制。

结合附图，根据下面对本发明的优选实施方式的详细描述，本发明的进一步特征、优点和目的将显而易见。

附图说明

为有助于理解本发明，下面将参照附图，仅通过示例而非按任何限制性意义来对本发明的优选实施方式进行描述，附图中：

图1示出了用于LED发光装置的可调光镇流器(ballast)的第一实施方式；

图2示出了用于LED发光装置的可调光镇流器的第一实施方式；

图3示出了用于LED发光装置的可调光镇流器的优选实施方式；

图4示出了本发明的泄放电路装置的优选实施方式；

图5示出了在应用本发明时的典型波形；

图6示出了本发明的泄放电路装置的另一实施方式；以及

图7详细示出了本发明的另一实施方式。

具体实施方式

下面将参照图1，对用于LED发光装置的可调光镇流器的第一实施方式进行描述。根据该第一实施方式，提出了针对LED电力的次级侧控制(调节)。

应注意到，“初级侧”和“次级侧”分别涉及将LED发光装置的电势与供电电压分离的隔离装置的初级侧和次级侧，如稍后将详细说明的。

从图1可以看出，将交流供电电压1(举例来说，如频率为50Hz或60Hz的交流电源电压和120V或230V的RMS电压)提供给镇流器的输入滤波器2。

如图1中示意性示出，该交流供电电压可以例如通过由用户手动操作的调光器来进行相切，该调光器包括用于相切的三端双向可控硅开关元件或晶闸管。相切的持续时间表示调光命令。

接着将输出信号(即，输入滤波器2的经滤波的交流供电电压)提供给第一整流器3和第二整流器4这两者。

设置第一整流器3，以便将电力传送至LED发光装置5。

设置第二整流器4，以便对泄放电路6和调光控制电路7进行馈送。

应注意到，还可以针对至LED发光装置5的电力传输和泄放电路6这两者仅设置单个整流器。

第一整流器3的输出(即，经滤波和整流的交流供电电压)可以可选地提供给

-填谷(valley-fill)电路8(例如，有源填谷电路、无源填谷电路或组合有源-无源填谷电路)，

-有源切换PFC电路9(其中，PFC电路的开关由接收至少一个输入信号的控制电路来控制)，或者

-包括例如电解电容器的滤波器电路10。

接着，将经这样处理的整流和滤波的供电电压提供给具有DC/DC变换器(举例来说，如反激式(flyback)变换器12，尤其是，准谐振反激式变换器)的LED驱动器11。应注意到，可以使用其它隔离或非隔离的DC/DC变换器。该隔离还可以在DC/DC变换器的外面。该可调光LED模块还可以是非隔离的，如可以包括非隔离降压变换器(buck-converter)作为DC/DC变换器。

LED驱动器11为LED发光装置5提供经调节(反馈控制)的电力。

如图1中示意性示出，LED发光装置5可以存在可以串联和/或并联连接的多个LED(或OLED，或具有可比的电特性的其它发光装置)。

将指示例如通过LED发光装置的电流的反馈信号13反馈至LED驱动器11。所示的示例中的作为反激式(flyback)变换器12的LED驱动器具有初级侧开关14。

通过调节开关14的计时，可以控制提供给LED发光装置的电力，以使得在反馈信号13的测量值与标称值不同的情况下将反馈信号13的测量值控制为接近标称值。

可以经由校准来设置LED，并且可以接受开环方法来使LED工作。对提供给LED发光装置的电力的修正可以根据由泄放电路导出的相调光器信号，通过改变LED电流的振幅或仅通过突发操作来进行。

一般而言，DC/DC变换器具有至少一个控制输入，以修正提供给LED发光装置5的电力。

LED发光装置5的电势可以与交流供电电压1电位隔离。在所示的示例中，这种隔离实际上通过AC/DC变换器12的变压器15来实现。

例如经由DC/DC变换器12的开关14的电流控制就像通过调光控制电路7的输出信号16来控制一样地执行。调光控制电路7由此经由信号16提供LED发光装置电力的标称值。

控制电路17实际上根据所测量的反馈信号13和调光控制电路7的所控制的(标称值)信号16来驱动例如LED驱动器11的开关14。

如经由标号18示意性示出，调光控制电路7例如通过光耦合器18与LED发光装置5的电势隔离，如本示例中，调光控制电路7不与交流供电电压1隔离。由于可以不必将调光控制电路7与LED发光装置5的电势隔离，所以调光控制电路7还可以直接链接至次级侧，例如，LED驱动器11。

由于LED发光装置5的电力(或电流)控制在隔离装置15的次级侧执行，所以将图1的实施方式称作次级侧调节。

图2的另选实施方式实现初级侧调节的概念。此外，交流供电电压被提供给输入滤波器2，并接着被提供给第二整流器4中的突发整流器3。在该实施方式中，第一整流器3的输出被再次直接提供给LED驱动器11。优选的是，LED驱动器11还具有隔离装置15，举例来说，如所例示的变压器。

第二整流器4的输出被再次转发至泄放电路6和调光控制电路/接口7这两者。应当理解，术语“接口”是指该电路可以从总线、以无线方式(例如，IR)等接收外部调光信号的事实，该外部输入被示意性表示为标号19(外部控制接口)。这显然还应用于图1的实施方式。

在图2的实施方式中，随着初级侧调节的执行，调光电路/接口7例如通过驱动变换器11的初级侧上的开关14来控制LED驱动器11。

针对初级侧调节(图2)或次级侧调节(图1)，可以使用不同的选项来对LED发光装置5的电力进行调制。

第一示例是对通过LED发光装置5的电流的DC电平进行调制。

第二选项是高频PWM控制，其中，“高频”应理解为通过LED发光装置5的所得到的电流脉冲具有比所整流的交流输入电压的频率高的频率。因而，在交流电源电压供电的情况下，高频PWM脉冲具有大于120Hz的频率。

第三选项是对由LED发光装置5耗散的电力的PWM控制，其中，“低频”应理解为通过LED5的电流的低频PWM脉冲具有所整流的供电电压的频率的级别的频率，例如，100Hz或120Hz。

图3示出了根据本发明的LED驱动装置的优选实施方式。

在图3的实施方式中，随着初级侧调节的执行，调光电路/接口7例如通过驱动变换器11的初级侧上的开关14来控制LED驱动器11。

调光电路/接口7还可以连接至其它感测装置。调光电路/接口7可以连接至外部控制接口19。外部控制接口19可以连接至PIR传感器、光电管或其它传感器。因而，外部控制接口19可以用于存在性检测或环境光强度检测。通过组合利用相切信号经由电源的调光控制和在外部控制接口19上的控制，用于LED发光装置的可调光整流器可以由用户(通过调光器1)手动控制以及通过其它感测装置(通过外部控制接口19)自动地控制。

图4示出了本发明的泄放电路6装置的优选实施方式。该泄放电路6被提供有经滤波的交流供电电压，该交流供电电压在被提供给泄放电路6之前被整流(二极管电桥4)。

在本发明的优选实施方式中，所示的泄放电路是LED驱动器电路的一部分，例如，作为用于LED发光装置的可调光整流器，即，作为用于与普通GLS相调光器一起使用的LED灯的一部分，优选地，诸如前缘(leadingedge)和后缘(trailingedge)调光器的相切调光器例如使用三端双向可控硅开关元件或晶闸管。泄放电路连接至LED驱动器电路的电源输入。

例如，该泄放电路可以设置在LED驱动器电路的电源滤波器2的后面，或者与LED驱动器电路的电源整流器(3)并联。泄放电路6可以包括稳恒电流源(T1，T2)。

本发明的关键特征是足够高的泄放电流的周期性施加，以便达到调光器保持&锁存电流，但足够高的泄放电流的该周期性施加仅在足够的电源半周期上施加，以保持受控的耗散。这意味着，足够高的泄放电流的该周期性施加仅针对特定数量的电源半周期发生，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期。换句话说，泄放电路6按一种突发模式使用。该突发模式的特征在于，足够高的泄放电流的周期性施加仅针对特定数量的电源半周期，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期。优选的是，施加泄放电流的电源周期的数量少于不施加泄放电流的电源周期的数量。

泄放控制可以通过时间逻辑单元21(控制单元U6)来进行，优选地，还可以使用微控制器或ASIC。

通过使用足够高的泄放电流的周期性施加，可以实现对前缘&后缘(laggingedge)调光器信号这两者的经改进的检测，并且通过该实现，可以实现对调光器(三端双向可控硅开关元件)的更大支持。

由于需要智能来区分不同的泄放电路电流定时信号，所以可以使用时间逻辑单元21(控制单元U6)(优选地为微控制器)，以便监测电源输入(以检测由调光器(例如，三端双向可控硅开关元件)提供的调光信号)，并且控制足够高的泄放电流的周期性施加。

在泄放电流信号上(通过R_shunt)检测调光器信号。

本发明可以因得到电路智能而提供经改进的电源检测和调光线性。由于存在可用的时间逻辑单元21(例如，微控制器)，所以可以经由该时间逻辑单元21(例如，微控制器)自动生成数字调光信号或模拟调光信号。

本发明使得能够按一些相角实现非常高的输入脉冲电流。

因为较低采样时间而可能出现对LED电流的调节的延迟。

作为优选地通过数字信号的输出的时间逻辑单元21可以切换晶体管T1，以便激活流过第一电阻器R_series、晶体管T1(当导通时)以及测量分流器R_shunt的泄放电流。

经由第二晶体管T2的基极-发射极电压VBE，可以将泄放电流的振幅控制为例如10mA-50mA的范围，优选的是20mA-30mA的范围。

时间逻辑单元21可以是例如微控制器、ASIC或它们的混合。

时间逻辑单元21感测时间逻辑单元21的输入引脚处的所得到的泄放电流。

通常，该泄放电流由时间逻辑单元针对输入电压(供电电压)较低的周期激活，并且该泄放电流例如具有小于30Vpk的振幅。由此，该时间逻辑单元一旦与交流供电电压同步，则在这些低电压周期(环绕零交叉)使能泄放电路，并接着检测所使能的泄放电路的活动。

因此，在R_shunt处检测交流供电电压的零交叉附近的电流脉冲，而且，当手动操作调光器中的调光器(三端双向可控硅开关元件)接通时，在时间逻辑单元的输入处通过R_shunt感测不同的泄放电流脉冲。

在交流供电电压的相切时段期间，供电电压振幅将变低，仅通过R_shunt汲取的电流是供应(保持)调光器电子器件(即，LED发光整流器外面的手动操作调光器中的电子器件)所必需的静止电流。

应注意到，在所示的示例中，通过测量泄放电流(尤其是泄放电流脉冲的定时和/或宽度)来感测泄放活动。该宽度用作针对具有不同原因的脉冲的辨别标准。

然而，泄放电路的活动另选地甚或附加地还可以在电源电压线路上感测。稍后将作为图6的一个变型例来对这种示例进行描述。

图5示出了后缘调光器输出信号(上图，Vin)和下图所示的激活周期的例示。

如上所述，本发明的关键特征是足够高的泄放电流的周期性施加，其中，足够高的泄放电流的该周期性施加仅在足够的电源半周期上施加，以保持受控的耗散。针对图5的示例，泄放电流的周期性施加仅针对两个电源半周期发生，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期。

在泄放电路6的激活时段期间，保持电流(IH)可以由调光器汲取，并且LED驱动器11可以从AC电源1汲取电力(IL)。

应注意到，泄放电路6可以在激活时段期间被重复激活，泄放电路6不必在整个激活时段上被激活，如前所述，泄放电路6的脉冲化或重复激活还可以减少电力耗散。

泄放电路6的激活不是指该泄放电路6如果被激活则自动汲取泄放电流，因为泄放电路6的活动还可以取决于其它参数，例如，电源电压的振幅或调光器的状态。一个示例是，泄放电路6在供电电压振幅低于阈值并且该泄放电路6由时间逻辑单元21激活时起作用以汲取泄放电流。

后缘或前缘检测算法可以被划分成LED整流器通过查看脉冲的脉冲宽度或定时来根据电流脉冲信息导出相切的定时，以计算交流供电电压的零交叉的定时以及该交流供电电压的工作频率。较窄的电流脉冲指示相切的位置。

对较宽的电流脉冲(泄放电流)和较窄的电流脉冲(由调光器中的三端双向可控硅开关元件或晶闸管进行的相切的类型)的这种检测各自可以由时间逻辑单元21来执行。

由此，利用来自泄放电路6的电流信息，可以检测出调光器的相切定时。由此，所检测出的相切可以被用作调光控制信息，并且可以按照不同的方式来“翻译”(参见上文，按照高频PWM或低频PWM来对通过LED发光装置的DC电流进行调制)。

按照最简单方式，例如，按照LED发光装置5的低频PWM控制，DC/DC变换器11的操作在所检测的相切期间停止。

在应当实现后缘检测算法的情况下，存在以下问题：当调光器使其MOSFET或等同物截止时，该调光器上的负载通常不足以使其输出能够跟随相切信息，进而如果电压不降落至30Vpk之下，则不会出现泄放电流脉冲。为了准确地检测相位定时信息，可以利用有源方法或自适应方法来激活泄放电流。一个示例是，针对交流供电电压的一个或多个周期连续激活泄放电流，以使得能够经由测量分流器R_shunt(当调光器开关断开时)处的电压或者经由可以在桥式整流器3的输出处检测到的供电电压输入信号来检测定时。针对泄放电流激活的重复率应当足够在调光器改变时快速地进行检测，但是又足够低以将泄放电路6、6′内部的耗散保持在可接受的水平。

根据另选的实施方式，可以将具有高频的PWM信号施加至泄放开关(图4)，以便限制电力耗散。这可以在整个电压时段上进行跟踪，以检测相切位置。

根据本发明，泄放电路激活可以用于交流供电电压的一个周期，并且平均电压可以用来预测调光器信息。这可以例如每10个周期执行，以限制泄放电路中的电力耗散。

图6示出了本发明的泄放电路6装置的另一实施方式。与图4的示例不同的是，在电源电压信号上而不是泄放电流信号上检测调光器信号(直接在整流器4的输出上测量电压)。

根据该实施方式，经由电阻分压器R49、R48和R46，在整流器4的输出上进行对电源电平的检测。

泄放电路6的激活另外可以取决于来自第一整流器3的输出的电流(即，流进包括电容器的滤波器电路10的电流)。该泄放电流仅在进入滤波器电路10(或者有源切换的PFC电路9或填谷电路8)的电流低于给定阈值时被使能。

图7示出了根据本发明的泄放电路6′的另一可能的文献。

根据该实施方式，定时逻辑单元21′激活输出PWM信号的泄放电流，通过RC滤波器电路(C1，R2)对该泄放电流进行滤波，以将例如MOSFET开关M1控制为导通状态。

并且，所得到的泄放电流利用测量分流器R_shunt来进行测量，并且被提供到定时逻辑单元21′的输入引脚。

Claims

1.一种用于控制LED的亮度的方法，其中，可调光LED模块被连接至调光器，其中，所述可调光LED模块包括泄放电路(6)，该方法的特征在于泄放电流的周期性施加，其中，泄放电流的所述周期性施加仅在特定数量的电源半周期上施加以保持所述LED模块的受控的耗散，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法的特征在于，调光器信号在泄放电流的所述周期性施加期间被检测，并且被用作针对包含在所述可调光LED模块中的LED驱动器电路(11)的调光信息。

3.根据权利要求2所述的方法，该方法的特征在于，所述调光器信号还在不施加泄放电流的时段期间被用作针对所述LED驱动器电路的调光信息。

4.根据权利要求2或3所述的方法，该方法的特征在于，调光信息至少临时存储在存储器中。

5.根据权利要求2所述的方法，该方法的特征在于，调光信息被用于LED电流的调节。

6.一种可调光LED模块，

泄放电路(6)，该泄放电路用于根据所述交流供电电压中存在的所述相切来选择性地起作用以汲取泄放电流，

该LED模块的特征在于泄放电流的周期性施加，其中，泄放电流的所述周期性施加仅在特定数量的电源半周期上施加以保持所述LED模块的受控的耗散，该特定数量的电源半周期之后是不施加泄放电流的多个电源半周期，

其中，所述LED模块进一步包括选择性地激活所述泄放电路的控制电路，所述控制电路被提供有指示所述泄放电路的活动的泄放活动指示信号。

7.根据权利要求6所述的LED模块，

该LED模块的特征在于，调光器信号在泄放电流的所述周期性施加期间被检测，并且被用作针对LED驱动器电路(11)的调光信息。

8.根据权利要求6或7中的任一项所述的LED模块，

其中，所述泄放电路是独立于所述控制电路的电路或者是作为所述控制电路的集成部分的电路。

9.根据权利要求6所述的LED模块，

其中，所述泄放活动指示信号是脉冲信号。

10.根据权利要求9所述的LED模块，

其中，所述控制电路确定所述泄放活动指示信号的脉冲宽度。

11.根据权利要求6所述的LED模块，

其中，所述泄放电流是稳恒的、可变的或脉冲式的。

12.根据权利要求6所述的LED模块，

其中，所述泄放电路包括电流源并且被无源地激活，或者所述泄放电路包括有源地控制所述泄放电路的开关的定时逻辑。

13.根据权利要求6所述的LED模块，

其中，所述控制电路被设计为基于所述泄放活动指示信号来获取所述交流供电电压的零交叉的定时以及所述交流供电电压的任何相切的定时。

14.根据权利要求11所述的LED模块，

其中，所述泄放电流是有源PWM控制式的。