用于led的故障識別的制作方法
【專利說明】用于LED的故障識別
[0001]本發明涉及一種具有根據權利要求1的前序部分的發光二極管的操作電路以及一種根據權利要求4的前序部分的方法。
技術領域
[0002]例如發光二極管的半導體光源近些年在照明應用中持續受到關注。除其它外原因還在于，無論是在光源的亮度還是在光效率(每瓦特的光功率)方面都獲得了決定性的技術創新和極大的進步。還由于發光二極管因其比較長的使用壽命而能夠發展為如白熾燈或氣體放電燈的傳統光源的替代產品。
【背景技術】
[0003]半導體光源在現有技術中是充分已知的并且在以下被簡稱為LED(發光二極管)。以下，該概念不僅包括由無機材料制成的發光二極管，還包括由有機材料制成的發光二極管。公知的是，LED的光輻射與流經該LED的電流有關。
[0004]因此為了調節亮度而基本上在模塊中操作LED，在該模塊中，通過LED的電流被調
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[0005]在實踐中，為了控制一個或更多個LED的布置而優選采用例如降壓轉換器(壓降或降壓變換器)。例如在DE 10 2006 034 371 Al中已知這樣一種開關穩壓器。其中，控制單元控制一種高頻時鐘開關(例如功率晶體管)。在開關被接通的狀態下，電流流經LED裝置以及由此被充電的線圈。線圈暫存的電能在開關被切斷的狀態下經由LED放電(空載運行階段)。流經LED裝置的電流示出了鋸齒形時間曲線:在開關被接通的狀態下，LED電流示出了上升沿，而在開關被切斷的狀態下產生下降沿。LED電流的時間平均值描述流經LED裝置的有效電流并且是用于LED亮度的值。通過相應的功率開關的時鐘能夠調節平均的、有效電流。
[0006]現在，操作裝置的功能在于調整流經LED的、期望的平均電流并且根據高頻接通和切斷開關的情況(通常在10千赫茲以上的區域內)而定，將電流隨時間變化的波動幅度保持為盡可能低。
[0007]較大的電流波動幅度(波紋或波動)尤其在LED中產生不利的影響，因為發射光的光譜可隨電流幅度的變化而改變。
[0008]為了在操作過程中將發射的光譜保持為盡可能恒定，已知的是，在用于調節亮度的LED中不改變電流幅度，而是采用所謂的PffM(脈寬調節)方法。其中，通過操作裝置向LED輸送具有(在時間平均值上)恒定電流幅度的低頻(通常為范圍在100赫茲至1000赫茲的頻率)脈沖包。上述高頻波動疊加在一個脈沖包內的電流上。現在LED的亮度可通過脈沖包的頻率來控制；例如可對LED進行調光，做法是增大多個脈沖包之間的時間間隔。
[0009]對該操作裝置的實際需求在于，其能夠被盡可能靈活多變地使用，例如與實際連接的需要被操作的、作為負載的LED的數量無關。因此，該負載可在例如LED失效時在操作過程中發生變化。
[0010]在傳統科技中以所謂的‘連續導通模式’或者說不中斷操作來操作LED。借助圖1a和圖1b來詳述該方法(現有技術)。
[0011]在圖1a所示的示例中，描述了一種作為基本電路的、用于操作至少一個LED(或多個串聯連接的LED)的降壓轉換器(降壓變換器)，其具有第一開關SI。該操作電路被供以直流電壓或整流過的交流電壓W。
[0012]在第一開關SI被接通的狀態下(在時間段t_on期間)在線圈LI中產生電能，該電能在該第一開關SI被切斷的狀態下(時間段t_off)經由至少一個LED放電。在圖1b中示出了所產生的電流的時間曲線(現有技術)。其中示出了脈寬調節(PWM)的兩個脈沖包。對此，放大地示出了一個脈沖包內的電流曲線。出于色彩恒常性(Farbkonstanz)的原因，在一個脈沖包內波紋的振幅應盡可能小。這可通過適當選擇接通時間點to和切斷時間點tl來實現。因此，所述時間點能夠例如被選擇使得在電流低于確定的最小參考值時接通第一開關SI，并且在電流超越最大參考值時切斷該開關。然而，該方法具有以下多個缺點:一方面，為了獲得盡可能小的波紋，需要快速連續的接通和切斷過程。電流的增大(上升沿及下降沿)無法由操作裝置來控制，并且被視作是給定的，因為其通過線圈LI的電感以及通過LED的功率損耗來確定。
[0013]為了要減少波動(波紋)，須在一個時間段中出現多個切換過程，這不可避免地產生了切換損耗。另一方面，該開關損耗在連續導通模式下特別高。
[0014]實際的半導體開關切換的極為迅速，但其并非無限快地切換。在切換過程中消耗的電量越大，切換過程持續的時間越長，并且在切換過程中施加在開關處的功率越大。現在，在持續操作中切換損耗因進行切換過程而特別高，同時施以大量電流。
【發明內容】
[0015]本發明的任務在于，提供一種用于至少一個LED的、相對于現有技術改進的操作電路以及一種用于操作至少一個LED的方法，該方法以簡單的形式和方式實現保持電流恒定和因而保持LED功率恒定。
[0016]該任務根據本發明通過獨立權利要求的特征來解決。本發明的其它方面以特別有利的方式進一步形成本發明的中心思想。
[0017]根據本發明的第一方面，向用于至少一個LED的操作電路輸送直流電壓或整流過的交流電壓。借助線圈和由控制單元定時的第一開關來供應用于至少一個LED的供電電壓，其中，在接通第一開關時將在切斷第一開關時通過二極管和通過至少一個LED放電的電能暫存在線圈中。
[0018]控制單元能夠在接通第一開關期間監測流經線圈的電流，并且一旦超越規定的第一參考電流，則打開該開關，其中該控制單元隨后執行對該線圈實現退磁的識別，其中在識別到該線圈實現退磁時重新接通該開關，并且其中，當在接通第一開關期間流經該開關的規定的第二參考電流被超越時打開該開關并且隨后在預先確定的間歇時間間隔內禁用對線圈實現退磁的識別(即暫時不執行該識別過程)
[0019]該控制單元監測在接通第一開關的過程中流經該線圈的電流，并且在反復超越規定的第二參考電流的閾值時識別故障。這會導致切斷操作電路。
[0020]在本發明的一個優選的實施方式中，操作電路具有第一傳感器單元和/或第二傳感器單元，該第一傳感器單元產生與流經第一開關的電流有關的第一傳感信號，該第二傳感器單元檢測線圈實現退磁并且產生傳感信號。
[0021]這些傳感信號被輸送至控制單元并被加以處理。
[0022]根據本發明，該控制單元使用第一傳感器單元的信號或第二傳感器單元的信號或者兩個信號的組合以便確定第一開關的接通和/或切斷時間點。
[0023]根據本發明，該控制單元在流經第一開關的電流超越最大參考值時切斷該第一開關并且在流經LED的電流超越最小參考值時，例如當線圈被退磁和/或二極管截止時，在該時間點重新接通該第一開關。
[0024]在本發明的一個優選的實施方式中，第一傳感器單元是測量電阻(分流器)。
[0025]在本發明的另一個實施方式中，第二傳感器單元是以電感方式耦合至線圈的次級繞組或者霍爾傳感器，或者第二傳感器單元識別線圈實現退磁，做法是其借助(歐姆的)分壓器監測第一開關上面的電壓。
[0026]本發明還涉及一種用于控制至少一個LED的方法。
[0027]本發明的其它優選實施方式和進一步改進是其它從屬權利要求的主題。
[0028]以下借助優選實施例參照附圖更詳細地闡述本發明。
[0029]圖1a示出了一個根據已知現有技術的電路布置；
[0030]圖1b示出了具有在圖1a的電路布置(現有技術)中的LED電流的時間曲線的示圖；
[0031]圖2a示出了根據本發明的用于LED的操作電路(降壓)的第一示例；
[0032]圖2b示出了描述在圖2a所示的電路布置中隨時間變化的電流曲線和控制信號的示圖；
[0033]圖3和圖4示出了本發明的【具體實施方式】；
[0034]圖5示出了圖2a中的電路的轉換(升降壓)；
[0035]圖6示出了本發明的另一個具體的實施方式。
[0036]圖1a和圖1b示出了現有技術。
[0037]圖2a中所示的電路布置用于操作至少一個(或多個串聯和/或并聯連接的)LED0在所示示例中，例如將兩個LED串聯連接，當然還可以只有一個或多個LED。LED或者串聯和/或并聯連接的LED以下還被稱作LED段。本發明的一個優勢在于，操作電路與串聯連接的LED的形式和數量極為靈活地匹配。該電路被供以直流電壓U0，該直流電壓當然也可以是整流過的交流電壓。
[0038]LED與線圈LI和第一開關SI串聯連接。從而，該電路布置具有二極管Dl (該二極管Dl與LED和線圈LI并聯連接)以及與LED并聯連接的可選的電容器Cl。
[0039]在第一開關SI被接通的狀態下，電流流經LED以及由此被磁化的線圈SI。在第一開關SI被切斷的狀態下，存儲在線圈的磁場中的電能以電流的形式經由二極管Dl和LED放電。與此同時，在接通該第一開關SI的起始階段，電容器Cl充電。
[0040]在第一開關SI的切斷階段期間(空載運行階段)，電容器Cl放電并且在流經LED段的電流方面發揮作用。在電容器Cl尺寸適合的情況下，這將導致對流經LED的電流平滑。優選采用場效晶體管或者還有雙極晶體管作為第一開關SI。該第一開關SI被高頻接通，通常在