CN104115560B - 驱动器设备以及用于驱动尤其是led单元的负载的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动负载(32)的驱动器设备(30)，该负载特别是具有一个或多个LED的LED单元(32)，该驱动器设备(30)包括输入端子(45)，其用于从外部电源(12)接收输入电压(V14)以便对负载(32)进行供电；电流路径(46)，其包括用于将输入端子(45)互相连接的可控开关(50)；测量路径(48)，其包括将输入端子(45)互相连接以便提供与输入电压(V14)相对应的交变电压的电阻器(56，58，84，86)并且包括用于在该测量路径(48)处对该交变电压(V15)进行测量的测量设备(64，70)；和控制器(54，62)，其用于基于所测量的交变电压而对该可控开关(50)进行控制。

Description

驱动器设备以及用于驱动尤其是LED单元的负载的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种驱动器设备以及用于驱动负载的相对应驱动方法，该负载特别是包括一个或多个LED的LED单元。另外，本发明涉及一种照明装置。

背景技术

在用于诸如改型灯具的离线应用的LED驱动器的领域，除其它相关特征之外，需要以高效、高功率密度、长寿命、高功率因数和低成本进行处理的解决方案。虽然所有的现有解决方案实际上都包括一种或另一种的要求，但是重要的是所提出的驱动器电路都将市电能量的形式适当调节为LED所要求的形式，同时保持与当前和未来的功率市电标准相兼容。此外，要求驱动器电路与现有的例如调光器等的功率调节相符合，而使得驱动器能够普遍地作为包括LED单元的改型驱动器设备而使用。

可调光的LED改型灯具需要与大范围的现有调光器相兼容。那些调光器中的大多数是针对白炽灯泡的操作而设计。然而，LED改型灯的输入特性与白炽灯泡非常不同。因此，需要特殊的驱动器设备对调光器和LED灯的操作加以校正。

驱动器电路应当符合所有类型的调光器，特别是舍相调光器，其优选地被用来以低功率损失对市电电压进行调节。那些调光器通常被用来对提供至白炽灯泡的市电能量进行调节，该白炽灯泡需要低负载阻抗路径以便计时电路对电流进行操作而调节舍相时序。特别是在LED的低功率操作时，这种低负载阻抗路径的提供必须被调节为市电电压的过零。具体地，在低功率操作期间，必须在过零之前提供高阻抗路径而且必须在过零之后提供低阻抗路径。

EP2282608A2公开了一种包括LED组件的照明装置，其包括电流传感器以检测电源电压的过零。该电流传感器包括多个测量电阻器，它们对电源提供至LED单元的电流进行检测。该电流测量单元影响提供至LED的电流并且由于测量电阻器内的高功率损失而减小功率因数。

发明内容

本发明的目标是提供一种驱动器设备以及用于驱动特别是包括一个或多个LED的LED单元的负载的相应的驱动方法，利用低技术努力和高功率因数提供针对不同调光器设备特别是舍相调光器的兼容性。另外本发明的目标是提供相对应的照明装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种驱动器设备，包括：

输入端子，其用于从外部电源接收输入电压以便对负载进行供电；

电流路径，其包括用于将输入端子互相连接的可控开关；

测量路径，其包括将输入端子互相连接以便提供与输入电压相对应的交变电压的电阻器并且包括用于在该测量路径处对该交变电压进行测量的测量设备；和

控制器，其用于基于所测量的交变电压而对该可控开关进行控制，

其中所述测量设备被配置为检测所述输入电压的过零(t_z)。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于驱动负载特别是包括一个或多个LED的LED单元的驱动方法，其中该驱动方法包括步骤：

在输入端子处从外部电源接收输入电压；

利用包括电阻器的测量路径连接该输入端子；

在该测量路径处测量与输入电压相对应的交变电压；

基于所测量的电压利用包括可控开关的电流路径将输入端子互相连接，并且

其中所述在所述测量路径处测量与所述输入电压相对应的交变电压的步骤包括检测所述输入电压的过零(t_z)。

根据本发明的再一个方面，提供了一种包括照明组件的照明装置，该照明组件包括一个或多个照明单元，特别是一个或多个LED的LED单元，以及如根据本发明所提供的用于驱动所述组件的驱动器设备。

本发明的优选实施例在从属权利要求中进行限定。应当理解的是，所请求保护的方法与所请求保护的设备以及与从属权利要求中所限定的具有相似和/或相同的优选实施例。

本发明基于以下思想，利用驱动器设备的高电阻路径测量输入电压以针对输入电压调适该驱动器设备的阻抗而防止驱动器设备向电源提供充电电流，特别是防止所连接调光器的计时电路被充电。另外，该测量路径提供了用于测量输入电压的鲁棒测量信号。因此，能够提供输入电压的精确测量并且能够精确检测输入电压的相位，而并不向电源提供泄露电流，特别是并不影响调光器的时序。

本发明进一步提供了一种用于对驱动器设备的内部电阻进行调适以便驱动负载而符合各种现有调光器的简单且精确的解决方案。

在优选实施例中，该测量设备被提供用于检测输入电压的过零。这提供了用于针对所连接的调光器设备而调节驱动器设备的阻抗的简单的解决方案。

在进一步的实施例中，该控制器被提供用于在检测到过零之时或之后激活该电流路径。这提供了用于对调光器设备的计时器电路进行充电而使得调光器设备在没有相位角迁移的情况下按照要求进行操作的电流路径。

在优选实施例中，该驱动器设备包括用于对输入电压进行整流的整流器单元，其中该测量路径连接至该整流器单元。这是一种用于将例如市电电压的双极性电压转换为尤其用于驱动LED单元的单极性电压的简单的解决方案。

在优选实施例中，该电流路径包括电阻器，其中该测量路径的电阻大于电流路径的电阻。这为测量路径提供了一种简单的解决方案，其并不影响所连接调光器的计时电路，并且在必要时提供电流路径以便对调光器的计时电路进行充电。

在进一步的实施例中，输入端子之一被连接至电压转换器单元，后者连接至外部电源，其中该电压转换器单元是所提供用于舍弃输入电压的相位并且向驱动器设备提供舍相AC电压的舍相设备。这提供了可变化电源，其由于输入电压的舍相而具有高功率因数和低功率损失。

在进一步的实施例中，该测量设备包括用于对交变电压进行采样的采样单元。这提供了一种在不向电源提供泄露电流特别是不影响调光器设备的计时电路的情况下测量输入电压的简单且精确的可能。

根据该实施例，优选地，该测量设备包括可控开关，其用于将输入端子互相连接以测量该交变电压。这提供了一种用于在不提供不期望出现的泄露电流的情况下对交变电压进行采样的简单的解决方案。

根据优选实施例，该测量路径包括电阻器分压器，后者包括第一电阻器和第二电阻器，其中第二电阻器的电阻低于第一电阻器的电阻。这是一种提供能够利用低技术努力精确测量的鲁棒交变电压的简单的解决方案。

在该实施例中，优选地，该测量路径包括整流器单元，其中第一电阻器与该整流器单元串联连接并且第二电阻器与该整流器单元并联连接。这提供了一种使得能够提供集成在整流器单元中的高电阻测量路径的简单的解决方案。

在优选实施例中，第一电阻器的电阻至少为1M欧姆，并且优选为2M欧姆。这提供了具有足够高而防止泄露电流去往调光器设备的计时电路且足够低而具有鲁棒测量信号的电阻的测量路径。

如以上所提到的，本发明提供了一种有所改进的用于驱动负载的驱动器设备，其中该驱动器设备的阻抗针对输入电压进行调适，并且其中提供到外部电源的泄露电流有所减小，并且特别地，防止对所连接的调光器设备的计时电路进行充电。另外，本发明优选地提供了通过使用测量路径的电阻和所连接调光器设备的内部阻抗而以低技术努力而对输入电压的过零进行精确测量的可能。因此，能够检测输入电压并且能够针对输入电压的过零调节驱动器设备的阻抗，而使得调光器设备针对所有不同功率范围都按照要求进行操作。

附图说明

本发明的这些和其它方面将由于随后所描述的(多个)实施例而显而易见并且将参考它们进行阐述。在以下附图中

图1示出了连接至白炽灯的调光器设备的示意性框图；

图2示出了图示由调光器设备所提供的电压的示图；

图3示出了连接至外部电源的驱动器设备的实施例，其包括用于测量输入电压的测量设备；

图4示出了本发明的一个实施例，其包括用于检测输入电压的过零的高阻抗路径；

图5示出了图示图4的驱动器设备和调光器的电流和电压波形的示图；

图6示出了本发明第二实施例的示意性框图，其包括用于检测输入电压的过零的采样单元；

图7示出了提供至驱动器设备的电压和采样单元的采样信号的示意图，并且

图8示出了用于驱动负载的驱动器设备的详细示意性框图，该驱动器设备包括用于测量输入电压的过零的采样单元。

具体实施方式

图1示出了总体上由10所表示的调光器设备的示意性框图。调光器设备10连接至外部电压源12，后者优选地为市电，其提供供电电压V10。调光器设备10向负载14提供具有前沿舍相的经修改的输入电压V12和负载电流I1。负载14可以是白炽灯泡灯。

调光器设备10包括用于将外部电压源12连接至负载14的三端双向交流开关(triac)16。计时电路18与该三端双向交流开关并联连接。计时电路18包括充电电容器20、可变电阻器22以及连接至三端双向交流开关16的双向触发二极管(diac)24。充电电容器20的电压被提供至双向触发二极管24，后者对三端双向交流开关16进行开关。当充电电容器20的电荷达到预定水平时，双向触发二极管24打开，三端双向交流开关16被双向触发二极管24打开并且供电电压V10被提供至负载14。当三端双向交流开关16关闭时，供电电压V10被提供至充电电容器20。因此，计时电路18的充电电容器20被充电达到预定电压水平，该双向触发二极管在该预定电压水平进行开关。只要达到预定电压，三端双向交流开关16就被再次打开并且充电电容器20被放电至双向触发二极管24的正向电压。

在三端双向交流开关16被开启的阶段期间，跨接计时电路18的电压为零并且充电电容器20并不被充电。三端双向交流开关16将外部电压源12连接至负载14直至通过三端双向交流开关16的电流以及因此负载电流I1下降至三端双向交流开关16的保持电流。三端双向交流开关随后被关闭并且充电电容器20再次开始充电。

如果负载14是白炽灯泡灯，则三端双向交流开关16保持为导通状态直至达到输入电压V10的过零或者刚好在此之前。负载14的阻抗足够低以确保足够高的负载电流I1，从而确保三端双向交流开关16直到过零的导通。

如果负载14是LED单元，则与白炽灯泡进行的操作相当的正常操作(类似白炽灯的操作)仅能够在三端双向交流开关的电流，即负载电流I1，大于三端双向交流开关16的保持电流的情况下才得以保证。这仅能够针对具有相应负载电流I1的相对应功率水平(例如，10W)而实现。在该功率水平以下，功率消散就会有所增加。另外，大多数SSL改型灯在该水平以下进行操作。因此，如以下所描述的，不可避免地在过零之前关闭三端双向交流开关16。

在图2中，示意性示出了调光器设备10所提供的输入电压V12的示图。供电电压V10(虚线)的每半个周期包括三个不同阶段，其中第一阶段是三端双向交流开关16关闭且输入电压V12为零时的关闭阶段T_off。第二阶段是关闭阶段T_off之后三端双向交流开关16导通并且输入电压V12(实线)与供电电压V10相同时的开启阶段T_on。在开启阶段T_on之后，提供连接断开阶段T_disc，其中三端双向交流开关16被关闭。在该连接断开阶段T_disc，负载阻抗应当有所增加以避免充电电容器20的充电并且避免三端双向交流开关16的过早切换。在该连接断开阶段T_disc，负载14的阻抗应当大于计时电路18的阻抗。优选地，负载14在该连接断开阶段T_disc的阻抗应当至少为2M欧姆。在过零t_z之后，开始供电电压V10的随后半个周期的关闭阶段T_off。在该关闭阶段T_off期间，负载14的阻抗应当很低而以与正常操作相当的方式对充电电容器20进行充电。因此，负载14的阻抗应当精确地在供电电压V10的过零t_z处从高阻抗状态切换为低阻抗状态。

为了检测供电电压V10的过零t_z并且确保计时电路18的操作相当于正常操作，需要测量设备在不影响计时电路18的情况下精确测量过零t_z。

图3示出了根据本发明的用于驱动LED单元32的驱动器设备30的示意性框图。驱动器设备30连接至调光器设备34，后者连接至提供供电电压V10的外部电源12。

调光器设备34被示意性示出并且包括可控开关36、电感器38以及并联连接至开关36和电感器38的电容器40，该可控开关36优选地为三端双向交流开关36。调光器设备34可以是前沿或后沿调光器。计时电路42与可控开关36和电感器38并联连接以便对可控开关36进行控制。

调光器设备34为驱动器设备30提供交变双极舍相输入电压V14。

驱动器设备30包括整流器单元44，其连接至调光器设备34并且利用输入端子45连接至中性点以便对交变舍相电压V14进行整流。连接路径46和测量路径48与整流器单元44并联连接。LED单元32与整流器单元44并联连接并且与连接路径46和测量路径48并联连接。驱动器设备30提供负载电流I1以对LED单元32进行供电。

连接路径46包括可控开关50，其在如以上所描述的关闭阶段T_off期间被开启以将驱动器设备30的输入端子45互相连接以提供低阻抗路径。

测量路径48包括电阻器(未示出)以及用于测量舍相输入电压V14的测量设备52。由于该电阻器，能够在开关50打开时的连接断开阶段T_disc期间在测量路径48处对舍相输入电压V14进行测量。测量设备52连接至控制器54，后者被提供以便对可控开关50进行控制。由于测量路径48的电阻，驱动器设备30的阻抗在连接断开阶段T_disc期间很高并且计时电路42并不被泄漏电流进行充电。

因此，舍相输入电压V10能够利用测量设备52进行测量并且过零t_z能够被检测。基于所检测的过零t_z的时间，开关50被闭合以提供电流路径46并且连接输入端子45。因此，能够在不影响计时电路42的操作的情况下精确检测过零t_z。

图4示出了包括驱动器设备30'的本发明实施例的示意性框图。同样的部件由同样的附图标记所表示，其中这里仅对差异进行详细描述。

整流器单元44包括四个二极管，它们用于将舍相输入电压V14整流为提供至LED单元32的单极电压。测量路径48'包括第一电阻器56和第二电阻器58，它们互相串联连接并且形成电阻器分压器。在第一电阻器56和第二电阻器58之间形成用于测量与舍相输入电压V14相对应的交变电压V15的电压抽头60。包括测量设备64的控制单元62连接至电压抽头60以测量第一电阻器56和第二电阻器58之间的电势V15。控制单元62连接至可控开关50以基于在电压抽头60所测量的电势对可控开关50进行控制。第一电阻器56的电阻大于第二电阻器58的电阻。第一电阻器56的电阻优选为2M欧姆而第二电阻器58的电阻优选为100k欧姆。

连接路径46包括与电阻器66串联连接的可控开关50。电阻器66被提供用于限制连接路径46中的电流，其中电阻器66的电阻优选为1k欧姆。

因此，在可控开关50打开的连接断开阶段T_disc期间，驱动器设备30'的阻抗仅由包括第一电阻器56和第二电阻器58的测量路径48'所形成。因此，在该阶段期间，能够在与舍相输入电压V14相对应的电压抽头60处测量交变电压V15，因此能够检测过零t_z。当过零t_z被测量设备64所检测时，控制单元62开启可控开关50并且将驱动器设备30'的输入端子互相连接以提供低阻抗路径。

结果，能够轻易检测过零t_z并且驱动器设备30'的阻抗能够从连接断开阶段T_disc期间的高阻抗切换为关闭阶段T_off期间的低阻抗。

图5示出了图示输入电压V14、负载电流I1、用于控制可控开关50的控制电压V_switch、电势V15以及跨接双向触发二极管36和电感器38的电压V_diac的波形的示图。

如图5所示，输入电压V14是前沿舍相电压，其在开启阶段T_on和连接断开阶段T_disc期间具有正弦部分并且在关闭阶段T_off期间具有零电平。在开启阶段T_on开始之后负载电流I1是短峰值。在负载电流I1减小为零之后，连接断开阶段T_disc开始。控制电压V_switch示出了电流路径在关闭阶段T_off期间的活动阶段。在电压抽头60所测量的交变电压V15是对应于整流形式的输入电压V14的单极交变电压。在连接断开阶段T_disc之后，交变电压V15减小为零，而使得能够轻易检测过零t_z。跨接双向触发二极管36和电感器38的电压V_diac在关闭阶段T_off期间增大直至双向触发二极管36开启。在双向触发二极管36的切换之后，电压V_diac快速减小并且在开启阶段和连接断开阶段期间几乎保持恒定。在关闭阶段T_off期间，电压V_diac再次以相反方向增大。

在图6中，示意性示出了包括驱动器设备30”的本发明的可替换实施例。同样的部件由同样的附图标记所表示，其中这里仅对差异进行详细描述。

驱动器设备30”连接至调光器设备34并且接收舍相输入电压V14。驱动器设备30”向LED单元32提供负载电流I1以为LED单元32供电。驱动器设备30”包括采样单元70，其与驱动器设备30”的输入端子45相关联。采样单元70接收采样信号72并且提供与舍相电压V14相对应的采样电压信号74。由于采样单元70在非常短的时间段期间对舍相电压V14进行周期性测量，所以驱动器设备30”对计时电路42的影响非常小。

在图7中，示意性示出了舍相输入电压V14和采样信号72。舍相输入电压V14在关闭阶段T_off期间为零并且在开启阶段T_on和连接断开阶段T_disc期间为近似正弦信号。在过零t_z之后，再次跟着关闭阶段T_off。

作为示例，采样信号72示出了四个峰值，其间采样单元70对舍相输入电压V14进行测量。由于仅需要对过零t_z进行测量，所以采样信号72仅在开启阶段T_on和连接断开阶段T_disc期间被激活。由于采样信号72的峰值非常短，所以该测量对计时电路42的影响非常低。

在图8中，示出了驱动器设备30”的实施例的详细示意性框图。同样的部件由同样的附图标记所表示，其中这里仅对差异进行详细描述。

驱动器设备30”包括连接路径46，后者包括开关50和电阻器66。驱动器设备30”进一步包括与连接路径46并联连接以及与负载并联连接的测量路径48”。测量路径48”包括与整流器单元76串联连接的采样单元70。第一电阻器78连接至整流器单元76和采样单元70之间。第二电阻器80与整流器单元76并联连接。电阻器78、80连接至整流器单元76而使得电阻器78、80在任何情况下互相串联连接，即针对输入电压V14的两个极性方向都互相串联连接。第一电阻器78的电阻大于第二电阻器80的电阻。驱动器设备30”提供负载电流I1以对LED单元32进行供电。

采样单元70包括可控开关82，其将整流器单元76以及第一电阻器78和第二电阻器80连接至调光器设备34以及从其断开连接。可控开关82以其在连接断开阶段T_disc期间对交变输入电压V14进行采样的方式而被控制。采样的计时由采样设备84所提供的采样信号72所控制。当可控开关82闭合时，电阻器78、80连接至输入端子45并且如以上所描述地在测量路径48”处测量交变电压V15。测量单元88优选地在第二电阻器80处连接至测量路径48”以检测跨接第二电阻器80的交变电压V15。所测量的交变电压V15由于第一电阻器78和第二电阻器80所形成的电阻分压器而对应于舍相输入电压V14。

因此，测量单元88对对应于舍相输入电压V14的电势V15进行测量以检测输入电压V10的过零t_z，并且基于所检测的过零t_z而对可控开关50进行控制。由于第一电阻器78的高电阻以及第二电阻器80的低电阻，能够将低压二极管用于具有低电容的整流器单元76，这对于测量没有影响或者其影响有所降低。

虽然已经在附图和以上描述中对本发明进行了图示和描述，但是这样的图示和描述要被认为是说明性或示例性的而并非是限制性的；本发明并不局限于所公开的实施例。通过研习附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员在实践所请求保护的发明时能够理解并实施针对所公开实施例的其它变化。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它要素或步骤，不定冠词“一个”(“a”或“an”)并不排除多个。单个要素或其它单元可以完成权利要求中所引用的若干事项的功能。某些措施在互相不同的从属权利要求中被引用的事实并非表示这些措施的组合无法被加以利用。

计算机程序可以存储/分布在诸如连同硬件一起提供或者作为其一部分的光学存储介质或固态介质的适当介质上，但是也可以以其它形式进行分布，诸如经由互联网或者其它有线或无线电信系统进行分布。

权利要求中的任意附图标记都不应当被理解为对其范围有所限制。

Claims (12)

1.一种用于驱动负载的驱动器设备(30)，包括：

输入端子(45)，其用于从外部电源(12)接收输入电压(V14)以便对所述负载进行供电；

电流路径(46)，其包括用于将所述输入端子(45)互相连接的可控开关(50)；

测量路径(48)，其包括将所述输入端子(45)互相连接以便提供与所述输入电压(V14)相对应的交变电压(V15)的电阻器(56，58，84，86)并且包括用于在所述测量路径(48)处对所述交变电压(V15)进行测量的测量设备；和

控制器(54，62)，其用于基于所测量的交变电压(V15)而对所述可控开关(50)进行控制；

其中所述测量设备被配置为检测所述输入电压(V14)的过零(t_z)，其中所述控制器(54,62)被配置为在检测到所述过零(t_z)之前的一个时段去激活所述电流路径，并且其中所述控制器(54，62)被提供用于在检测到所述过零(t_z)之时和之后激活所述电流路径(46)。

2.根据权利要求1所述的驱动器设备，其中所述负载是包括一个或多个LED的LED单元。

3.根据权利要求1所述的驱动器设备，进一步包括用于对所述输入电压(V14)进行整流的整流器单元(44)，其中所述测量路径(48)连接至所述整流器单元(44)。

4.根据权利要求1所述的驱动器设备，其中所述电流路径(46)包括电阻器(66)，其中所述测量路径(48)的电阻大于所述电流路径(46)的电阻。

5.根据权利要求1所述的驱动器设备，其中至少一个所述输入端子(45)被连接至电压转换器单元，所述电压转换器单元连接至所述外部电源(12)，其中所述电压转换器是提供用于舍弃所述电源(12)的供电电压(V10)的相位并且用于向所述驱动器设备(30)提供作为所述输入电压(V14)的舍相AC电压(V14)的舍相设备。

6.根据权利要求1所述的驱动器设备，其中所述测量设备包括用于对所述交变电压(V15)进行采样的采样单元(70)。

7.根据权利要求6所述的驱动器设备，其中所述测量设备包括用于将所述输入端子(45)互相连接以测量所述交变电压(V15)的可控开关(82)。

8.根据权利要求1所述的驱动器设备，其中所述测量路径(48)包括电阻器分压器(56，58；78，80)，所述电阻器分压器包括第一电阻器(56；78)和第二电阻器(58；80)，并且其中所述第二电阻器(58；80)的电阻低于所述第一电阻器(56；78)的电阻。

9.根据权利要求8所述的驱动器设备，其中所述测量路径(48)包括整流器单元(76)，并且其中所述第一电阻器(78)与所述整流器单元(76)串联连接并且其中所述第二电阻器(80)与所述整流器单元(76)并联连接。

10.根据权利要求8所述的驱动器设备，其中所述第一电阻器(56；78)的电阻至少为1兆欧姆。

11.一种用于驱动负载的驱动方法，所述驱动方法包括步骤：

在输入端子(45)处从外部电源(12)接收输入电压(V14)；

利用包括电阻器(56，58；78，80)的测量路径(48)将所述输入端子(45)互相连接；

在所述测量路径(48)处测量与所述输入电压(V14)相对应的交变电压(V15)，其中所述在所述测量路径处(48)测量与所述输入电压(V14)相对应的交变电压(V15)的步骤包括检测所述输入电压(V14)的过零(t_z)；

在检测到所述过零(t_z)之时和之后基于所测量的电压利用包括可控开关(50)的电流路径(46)将所述输入端子(45)互相连接，并且在所述过零(t_z)之前的断开阶段期间断开所述可控开关(50)。

12.一种照明装置，包括

照明组件，其包括一个或多个照明单元，和

根据权利要求1至10中任一项所述的用于驱动所述照明组件的驱动器设备(30)。