CN111246619A - 用于切相调光器的led驱动器 - Google Patents

Abstract

用于LED灯(3)或者灯具的LED驱动器(20)，其包括：输入端口(21、22)，其配置为将所述LED驱动器(20)连接到AC电源，优选地连接到切相调光器(2)的输出，其中所接收的AC功率具有导通时间T_on，导通时间T_on表示AC功率每个周期的非零电压的时间段；整流器电路(23)，其连接到输入端口(21、22)并且配置为将输入端口(21、22)提供的AC功率转换为DC功率；功率级(25)，其连接到所述整流器电路(23)并且配置为将由所述整流器电路(23)提供的所述DC功率转换为具有是适合于驱动一个或多个LED(10)的功率因数的DC功率；输出端口(27、28)，其连接到所述功率级(25)并且配置为输出由所述功率级(25)提供的所述DC功率，其中所述功率级(25)包括控制器(26)，所述控制器配置为基于所述导通时间T_on调节要提供给所述输出端口(27、28)的输出电流(I_o)。

Description

用于切相调光器的LED驱动器

技术领域

本发明涉及用于LED灯或灯具的LED驱动器。LED驱动器包括用于提供AC/DC转换的整流器电路、用于提供DC/DC转换的功率级和控制器。

背景技术

随着LED灯的出现，可以获得高效且长寿命的照明装置。与诸如荧光灯的其他传统的照明装置相比，因为例如不需要汞，所以LED灯的材料更安全。此外，LED灯比卤素灯或白炽灯具有更长的使用寿命和更高的能量效率。

与其他光源类似，可通过调光来调节LED的亮度。然而，LED灯和传统灯具有不同的电气和调光特性。因为LED灯通常比卤素灯或白炽灯消耗小得多的功率，所以将LED灯连接到传统切相调光器可能会引起问题。另外，LED灯易于闪烁，并且如果由传统的切相调光器供电而没有进一步调整，则易于出现其他性能问题，例如多次触发(multi-firing)和相角失真。

用于将传统切相调光器的调光曲线调整为LED灯的已知解决方案利用电子控制器，该电子控制器被配置为分析调光的和整流的AC输入波形并确定调光器的特性。随后，基于检测到的由调光器提供的相位导通角调节LED驱动器的输出电流。

US 2015/0351174 A1描述了一种由TRIAC调光器控制的LED的调光器电路。该调光器电路具有第一电路、负载电路以及从整流器接收DC电压并提供开关信号的控制器。该第一电路包括第一开关元件，其基于开关信号被选择性的激活。负载电路从控制器接收开关信号。负载电路包括第二开关元件，如果第一开关元件被停用则该第二开关元件被激活。负载电路选择性地提供最小的负载电流。

US 2017/0196062 A1描述了一种切相调光器，其利用控制器来控制开关功率转换器中的功率开关的循环。该控制器配置为既响应模拟调光命令，又响应数字调光命令。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的LED驱动器和适合于由切相调光器供电的LED灯或灯具。

所述目的通过如权利要求1限定的LED驱动器和如权利要求7限定的包括这种LED驱动器的LED灯或灯具来解决。优选的实施例在从属权利要求、本发明的一般描述以及具体实施例的描述和附图中限定。

根据本发明的LED驱动器是具有一个或多个LED的LED灯或灯具的一部分或者适合于连接到具有一个或多个LED的LED灯或灯具。

LED驱动器包括输入端口，该输入端口配置为将LED驱动器连接到AC电源。由输入端口接收的AC功率或电压具有导通时间T_on，其表示AC功率每个周期的非零电压的时间段。优选地，AC电源由能够修正导通时间T_on的切相调光器实现。LED驱动器还包括整流器电路，其连接到输入端口并且配置为将由输入端口提供的AC功率转换成DC功率。该LED驱动器还包括功率级，其连接到该整流器电路并且配置为将由该整流器电路提供的DC功率转换成具有适合于驱动一个或多个LED的功率因数的DC功率。该功率级包括控制器，其配置为基于和根据导通时间T_on确定或调节提供给输出端口的输出电流。

由于导通时间T_on(优选的通过切相调光器输出)取决于输入电压，该导通时间T_on可以用作控制LED驱动器的输出电流的参数。因为这个功能可以通过功率级的控制器实现，所以根据本发明的LED驱动器提供可靠、高效、紧凑和成本高效的方案，其特别地适合与切相调光器组合使用。LED灯的调光曲线由传统灯具的调光行为指导。闪烁或者其他诸如多次触发和相角失真的性能问题都不会发生。

优选地，控制器配置为基于导通时间T_on和最大导通时间T_{on_Max}的比较来确定或调节输出电流，该最大导通时间T_{on_Max}是优选地由控制器内部设置的最大导通时间。换言之，最大导通时间T_{on_Max}可以被认为是确定控制器进入调光模式的导通角或触发角的阈值。在这种情况下，LED驱动器优选地配置为使得在最大导通时间T_{on_Max}处，控制器在正常输入电压处工作。通过改变调光器相位来调节输出端口处的输出电流。

优选地，控制器配置为确定或调节输出电流，以使得如果导通时间T_on小于最大导通时间T_{on_Max}，则输出电流最大化，并且如果导通时间T_on等于最大导通时间T_{on_Max}，则LED驱动器进入其中输出电流小于最高的输出电流的调光模式。

这种调光行为优选地由以下调光曲线实现：

这里，I_o(θ)表示作为相位角的函数的、在输出端口处的输出电流。V_REF表示控制器接收到的参考电压。I_{PK_DIM}表示在调光模式中的峰值电流。V_in-PK表示输入峰值电压。V_out表示输出电压。I_{PK_DIM}定义如下：

这里，L表示功率级的电感器的电感。

优选地，控制器由例如型号KP1061N的集成电路实现。这是控制器的特别紧凑且性价比高的实现。

优选地，功率级实现降压转换器或包括降压转换器。利用降压拓扑结构可实现LED驱动器的高功率因数。

根据本发明的LED灯或灯具包括根据上述实施例的LED驱动器以及连接到LED驱动器的一个或多个LED。优选地，LED灯还包括切相调光器或连接到切相调光器。

附图说明

下面将参考附图解释本发明的优选实施例。

图1是示出包括LED灯和连接到LED灯的切相调光器的系统的框图。

图2是适合于由切相调光器供电的示例性LED驱动器的电路图。

图3是示出图2中例示的LED驱动器的输出电流作为导通角的函数的示图。

具体实施方式

接下来，将结合参考的附图描述本发明的优选的实施例。这里，相同、相似或者有相同或相似效果的元件在图中由相同的附图标记表示。可以省略重复这些元件的描述以防止多余的描述。

图1是示出包括LED灯3和连接到LED灯3的切相调光器2的系统的框图。

切相调光器2配置为通过电力线1接收AC主功率。例如，电力线1可以是常规网络电源的一部分或连接到常规网络电源。切相调光器2配置为在AC周期的一部分期间将LED灯3与AC主电源隔离。切相调光器2可以是正向切相调光器(即切口在零交叉处结束)或反向切相调光器(即切口在零交叉处开始)。

切相调光器接通的相位角，即开始输出非零电压，被称为“触发角”或“导通角”，并且在下文中将表示为α。在AC交流电源的一个正弦周期期间可能存在多个(通常为两个)导通角。这里，切相调光器输出非零电压的、每个周期的时间段表示为“导通时间”T_on。

由切相调光器2修改的AC功率被传递到LED灯3。LED灯3包括LED驱动器20，其配置为将AC功率转换为适合于操作一个或多个LED 10的DC功率。

图2是适合于由切相调光器2供电的示例性LED驱动器20的电路图。

LED驱动器20经由输入端口21和22从切相调光器2接收AC功率。

LED驱动器20包括整流器电路23，该整流器电路23包括二极管桥24和大容量电容器C3，该大容量电容器C3被配置为从AC功率提供未调节(regulated)的DC电压。

LED驱动器20还包括功率级25，功率级25包括如图2所示连接的电感器L2-A、控制器26、二极管D1、电阻器R2、R3、R4、R5、R6、R7以及电容器C4、C5、C6、C7。优选地，功率级25利用能够实现高功率因数的降压拓扑。功率级25包括输出端口27、28，其提供适合于操作LED10的调节功率。

控制器26配置为分析和修改整流的输入波形。控制器26可以是或者包括电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、能够执行代码的处理器或能够提供预期功能的另一合适组件。优选地，控制器26是市场上可买到的IC(“集成电路”)，例如通过型号KP1061N实现。控制器26可以包括七个引脚或者输入/输出。在图2中所示的示例中，控制器26包括按照如图2中示出的1到7的顺序的COMP引脚、GND引脚、VDD引脚、FB引脚、CS引脚、以及两个漏极引脚。COMP引脚表示回路(loop)补偿引脚。VDD引脚表示电源引脚。FB引脚配置为检测电感器的退磁信号和输出电压。CS引脚表示电流检测输入引脚。

如果在输入端口21、22处的输入电压降低，通过切相调光器2输出的导通时间T_on增加。因此，通过控制器26限制最大导通时间T_{on_Max}使得LED灯3进入调光器模式。

LED驱动器20配置为使得在最大接通时间T_{on_Max}处，控制器26以正常输入电压操作。在输出端口27、28处的输出电流通过改变调光器的相位调节。

优选的控制方案进行以下情况区分：

这里，I_o(θ)表示作为相位角θ的函数的在输出端口27、28处的输出电流。V_REF表示控制器26接收到的参考电压。I_{PK_DIM}表示在调光模式中的峰值电流。V_in-PK表示输入峰值电压。V_out表示输出电压。I_{PK_DIM}定义如下：

这里，L表示电感器L2-A的电感，并且R_CS表示用于感测电流的电阻器的电阻。

图3是示出图2中例示的LED驱动器20的输出电流作为导通角α的函数的示图。

在T_on<T_{on_Max}的区域，输出电流最大化。如果在临界导通角处T_on＝T_{on_Max}，则LED灯3进入调光模式。

所描述的解决方案提供了可靠、高效、紧凑且成本高效的LED驱动器20，其适合与切相调光器组合使用。LED灯3的调光曲线由传统灯具的调光行为引导。既不会出现闪烁，也不会出现其他性能问题，例如多次触发和相角失真。

本发明不受基于实施例的描述的限制。相反，本发明包括任何新特征以及特征的任何组合，包括特别是权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或组合本身未在权利要求或示例性实施例中明确指定。

附图标记列表

1 电力线

2 切相调光器

3 LED灯

10 LED

20 LED驱动器

21 输入端口

22 输入端口

23 整流器电路

24 二极管桥

25 功率级

26 控制器

27 输出端口

28 输出端口

L2-A 电感器

D1 二极管

R2、R3、R4、R5、R6、R7 电阻器

C3、C4、C5、C6、C7 电容器

Claims (8)

1.LED驱动器(20)，其用于LED灯(3)或者灯具，包括；

输入端口(21、22)，其配置为将所述LED驱动器(20)连接到AC电源，优选地连接到切相调光器(2)的输出，其中所接收的AC功率具有导通时间T_on，所述导通时间T_on表示AC功率每个周期的非零电压的时间段；

整流器电路(23)，其连接到所述输入端口(21、22)并且配置为将所述输入端口(21、22)提供的AC功率转换为DC功率；

功率级(25)，其连接到所述整流器电路(23)并且配置为将由所述整流器电路(23)提供的所述DC功率转换为具有适合于驱动一个或多个LED(10)的功率因数的DC功率；

输出端口(27、28)，其连接到所述功率级(25)并且配置为输出由所述功率级(25)提供的所述DC功率；其中

所述功率级(25)包括控制器(26)，所述控制器配置为基于所述导通时间T_on调节要提供给所述输出端口(27、28)的输出电流(I_o)。

2.根据权利要求1所述的LED驱动器(20)，其中所述控制器(26)配置为基于所述导通时间T_on和最大导通时间T_{on_Max}的比较来调节所述输出电流(I_o)，所述最大导通时间T_{on_Max}是优选地由所述控制器(26)内部设置的最大导通时间。

3.根据权利要求2所述的LED驱动器(20)，其中所述控制器(26)配置为调节所述输出电流(I_o)，以使得如果所述导通时间T_on小于所述最大导通时间T_{on_Max}，则所述输出电流(I_o)最大化，并且如果所述导通时间T_on等于所述最大导通时间T_{on_Max}，则所述LED驱动器(20)进入其中所述输出电流(I_o)小于最大输出电流的调光模式。

4.根据权利要求3所述的LED驱动器(20)，其中所述控制器(26)配置为根据情况区分来调节所述输出电流(I_o)，

其中I_o(θ)表示作为相位角(θ)的函数的、在所述输出端口(27、28)处的输出电流，V_REF所述表示控制器(26)接收到的参考电压，I_{PK_DIM}表示在所述调光模式中的峰值电流，V_in-PK表示输入峰值电压，V_out表示输出电压，并且I_{PK_DIM}定义为：

其中L表示所述功率级(25)的电感器的电感。

5.根据权利要求1所述的LED驱动器(20)，其中所述控制器(26)通过集成电路实现，优选地所述集成电路的型号为KP1061N。

6.根据权利要求1所述的LED驱动器(20)，其中所述功率级(25)实现降压转换器或者包括降压转换器。

7.LED灯(3)或灯具，其包括根据前述权利要求中任一项所述的LED驱动器(20)和连接到所述LED驱动器(20)的一个或多个LED(10)。

8.根据权利要求7所述的LED灯(3)，其中所述LED灯(3)还包括切相调光器(2)或者连接到切相调光器(2)。

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