用于負載的驅動器件及用該驅動器件驅動負載的方法

專利名稱：用于負載的驅動器件及用該驅動器件驅動負載的方法
技術領域：
本發明涉及用于負載(特別是LED/OLED單元)的驅動器件。本發 明還涉及用該驅動器件驅動負載的方法。
背景技術：
發光二極管(LED)或有機發光二極管(OLED)正日益用于裝飾目 的或顯示應用。為了具有高分辨率和平滑轉換，需要大量的光點。在很多 這些應用中，電子電路用來控制LED，特別是用來控制LED的狀態(接 通/斷開)。本領域已知的是，該接通/斷開條件可以用與對應LED并聯 耦合的分路開關進行控制。若分路開關接通(閉合)，則LED被分路，因 而LED斷開。若分路開關斷開(打開)，則LED接通，因為驅動電流不 流過分路開關。除LED的狀態(接通/斷開)夕卜，LED的平均亮度或光 強度也可以通過根據預定的或可選的占空比切換分路開關進行控制。
在所有這些情況中，控制電路都需要電源來供應必需的能量。這種需 求導致要么要有額外的電線來向現場(on-site)控制電路供給電源電壓， 要么要有從LED的供電中獲得功率的電源。在大多數情況下，第二種解決 方案都會產生額外的損耗或對LED性能具有不希望有的影響。

發明內容
鑒于上述問題，本發明的 一 個目標是提供 一種用于負載的驅動器件以 及用該驅動器件驅動負載的方法，借此克服上述缺陷。特別地，這種驅動 器件不應當具有向現場控制電路供給電源電壓的額外電線，而且應當避免 額外的損耗或對負載性能產生影響。
本發明的這些目標和其他目標借助于一種用于負載(優選地為光單 元，特別地為LED/OLED單元)的驅動器件來實現，該驅動器件包括
與該負載并聯的分路開關；
用于控制該分路開關的控制單元；
適合于向至少該控制單元供給能量的能量存儲元件；以及 與該能量存儲元件串聯布置的再充電控制電路系統(circuitry),能量存儲元件與再充電控制電路系統串聯后與該分路開關并聯，其中所述控 制單元適合于在所述能量存儲元件要被再充電時激活所述再充電控制電 路系統并斷開所述分路開關。
換句話說，該驅動器件具有它自己的電源，該電源向至少該控制單元 供應所需功率。該電源包括適合于存儲和供應功率的能量存儲元件。然而， 用于對該能量存儲元件再充電的能量僅在光單元被斷開期間的時段內從 驅動電流得到。盡管如此，分路開關也被斷開以便通過用來對能量存儲元 件再充電的驅動電流在負載兩端產生電壓降。為了避免負載被再次接通， 能量存儲元件和控制單元兩端的電壓降要低于向負載供電所需的正向電 壓，優選地使光單元發射光所需的正向電壓。
本發明具有的優點是，首先，用于向控制電路供給電源電壓的額外的 電線不是必需的。其次，所用的向至少控制單元供給電源電壓的能量存儲
元件不會影響負載(優選地為LED)的性能。特別地，光強度不會降低，
這是因為用于對存儲元件再充電的能量來源于在對應光單元被斷開期間
的時段內的驅動電流。
在一個優選實施例中，所述再充電控制電路系統包括在激活時接通的 控制開關。然而，該再充電控制電路系統也可以包括在激活時工作的 DC/DC轉換器。
在一個優選實施例中，負載是光單元，優選地是LED/OLED單元。 在一個優選實施例中，能量存儲元件包括至少一個電容器。 其優點在于，電容器是廉價且容易實現的部件。
在一個優選實施例中，所述光單元包括一個或多個串聯和/或并聯耦 合的發光二極管(LED)或有機發光二極管(OLED)。
本發明的驅動器件在被用于控制發光二極管時是有利的。應當注意， 在本申請的上下文中，用語"LED"或"LED單元"指的是LED或OLED， 或者串聯或并耳關或串并聯混合的LED / OLED元件。
在一個優選實施例中，提供了電壓比較器以用于將能量存儲元件兩端 的電壓與參考值作比較，并且用于在該電壓降至該參考值之下時產生用于 控制單元的再充電控制信號。
換句話說，當能量存儲元件兩端的電壓低于預定的參考值時，再充電 循環由控制單元啟動。因而，再充電循環不與時間有關而是與電壓有關。
盡管如此，也可以設計再充電循環使其與時間有關，這意味著對能量存儲元件的再充電要以變化或固定的時間模式實施。
然而，應當注意，再充電循環只是在不激活光單元(不發射光)的階 段期間實施。
在 一個優選實施例中，串聯的兩個電阻器并聯地耦合到能量存儲元 件，以向電壓比較器供應電壓信號。
換句話說，分壓器用來產生等效于能量存儲元件兩端的電壓的電壓信 號。用兩個電阻器形成分壓器這種解決方案是電壓傳感器元件的非常廉價 而容易的實現方式。
在另一個優選實施例中，所述控制單元適合于通過接通和斷開所述分
路開關來控制通過光單元的驅動的電流，使得以最大為99.9%的占空比驅 動負載，并在該負載斷開時的剩余時間內對所述能量存儲元件再充電。
如前面已述的，再充電循環可以不依賴于能量存儲元件兩端的電壓而 是依賴于時間來實施。然而，這意味著控制單元不許光單元連續接通，光 單元連續接通對應的是100%的占空比。相反，最大占空比必須留出時間，
占空比足以實現再充電的目的。
為了避免能量存儲元件過量充電，與能量存儲元件并聯地設置Z 二極 管，作為過充電保護。
替代地，所述控制單元適合于監控所述能量存儲元件兩端的電壓，并 在所述監控電壓達到預定電平時停止對能量存儲元件的再充電。
在一個優選實施例中，所述再充電控制電路系統適合于具有低于負載 的正向電壓的電源電壓。
在一個優選實施例中，所述再充電控制電路系統和所述分路開關以及 所述控制信號被設置成容許自動啟動驅動器件。
上述目標還借助于一種用驅動器件驅動負載(優選地為光單元)的方 法來實現，該驅動器件包括與所述負載并聯的分路開關，再充電控制電路 系統，與所述再充電控制電路系統串聯連接的能量存儲元件，所述串聯連 接與所述分路開關并聯，以及用于控制所述分路開關和所述再充電控制電 路系統的控制單元，其中為對所述能量存儲元件再充電，所述方法包括步 驟
激活所述再充電控制電路系統； 將所述分路開關從接通切換到斷開；在預定時間段之后和/或當能量存儲元件兩端的電壓達到預定值時， 再次接通所述分路開關，并再次使所述再充電控制電路系統去激活。
優選地，所述再充電控制電路系統作為控制開關而提供，所述激活步 驟包括接通所述開關的步驟，所迷去激活步驟包括斷開所述開關的步驟。
然而，該再充電控制電路系統還可以作為例如DC/DC轉換器而提供， 其在激活時工作。
優選地，所述再充電在預定時間^^莫式下實施。
替代地，所述再充電在所述能量存儲元件兩端的電壓降至預定值之下
時實施。
優選地，以在沒有能量向負載供應時的時間間隔期間執行該再充電的 方式，使所述再充電適合于負載的希望的操作間隔。
本發明的方法提供了與上述驅動器件相同的優點，因而避免再重復這 些優點。
其他的特征和優點可以從下面的描述及附圖獲得。
應當理解，上面提到的特征以及下面將要解釋的那些特征不僅能用在 指出的各種組合中，而且還能用在其他組合中或單獨使用，而不脫離本發 明的范圍。


本發明的實施例示于附圖中，并將在下面的描述中參照附圖更詳細地 力口以"i兌明。
在附圖中，圖1示出依照本發明的驅動器件的示意框圖。 在圖l中，驅動器件被示意性地示出，并用附圖標記10表示。
具體實施例方式
驅動器件10包括負載ll，在該實施例中其優選地作為光單元12而提 供。該光單元12優選地為LED單元，包括一個或多個LED20、 22。如前 面已經提到的，"LED"指的是LED或OLED,或者是串聯或并聯或串并 K混合的LED和/或OLED元件。
串聯的LED20、 22用供應電流I1的電流源18驅動。該電流源18不 是驅動器件IO的一部分。
驅動器件10還包括控制單元14和能量存儲單元16。控制單元14包括控制電路26和與光單元12并聯耦合的分路開關30。 該分路開關30優選地為諸如晶體管或場效應晶體管的電子開關，其用控 制電路26進行控制并用來使光單元12成分路。
若分路開關30打開或斷開，則光單元12的兩個末端之間沒有旁路， 從而驅動電流Il可以通過光單元12,結果光單元12發射光。
若分路開關30閉合(接通)，則光單元12的兩個末端之間有旁路， 結果沒有驅動電流通過光單元12。于是，光單元12被斷開，不發射光。
另夕卜，控制單元14包括接收外部開關信號DI的數據輸入端28。分路 開關30和開關46的激活(這將在下面描述)可以基于控制電路26中可 獲得的內部數據、信號DI以及來自能量存儲單元16的其他信號來產生。
4艮顯然，控制電^各26需要電源電壓，在本實施例中該電源電壓用能 量存儲單元16提供。
控制電路26主要用來控制分路開關30的占空比。分路開關30的占 空比即為分路開關30接通和斷開狀態的比例或頻率，其允許分別控制LED 20、 22的亮度和光強度。用于切換分路開關30的控制信號或者由控制電 路26產生，或者由主單元(masterunit)產生。在后一種情況下，控制電 路26用作開關信號DI'的接收器。
能量存儲單元16包括能量存儲元件40，其優選地采用一個或多個電 容器42的形式。另外，再充電控制電路系統44用去耦二極管48與電容 器42串聯地耦合，該去耦二極管48作為肖特基二極管49或Z 二極管而 提供，其連接在電容器42與再充電控制電路系統44之間。在本實施例中， 該再充電控制電路系統作為開關46而提供，以下稱之為控制開關。然而， 該再充電控制電路系統也可以作為DC/DC轉換器而提供。
控制開關46、去耦二極管48以及能量存儲元件40的串聯連接并聯地 連接到光單元12上，因而也并聯地連接到分路開關30。控制開關46可以 作為電子開關而提供，優選地為雙極晶體管或場效應晶體管。
一般地，操作控制電路26和分路開關30所需的能量由能量存儲元件 40供應給控制單元14。在能量存儲元件40中存儲的能量由電流源18在 再充電循環期間提供，這將在后面描述。
另外，圖1示出了與控制開關46串聯、代表電路的寄生電阻的電阻 器64。
在圖示的該優選實施例中，能量存儲單元16包括由兩個 聯連接的電阻器53和54組成的分壓器52。該串聯連接52與能量存儲元件40并聯 連接，并用來產生取決于能量存儲元件40兩端的電壓的信號。該電壓信 號被提供給電壓比較器58的第一輸入端，該電壓比較器58在第二輸入端 處接收來自參考電壓源62的參考電壓。電壓比較器58的輸出^皮提供給控 制電路26。
應當注意，電壓比較器58和分壓器52不是驅動器件10操作所需的 部分。相反，再充電過程也可以僅用控制電路26而不用電壓比較器58和 分壓器52進行控制(例如，如下面第二實施例所述采用固定定時)。
現在，描述驅動器件10的操作，特別是能量存儲元件40的充電或再 充電
在發光階段期間，分路開關30打開(斷開)，從而來自電流源18的 驅動電流Il通過光單元12,結果光單元12發射光。為了避免電流在發光 階段期間流進能量存儲元件，打開控制開關46。另外，控制電路26和開 關30、 46所需的能量由能量存儲元件40供給。
在不發光階段期間，分路開關30閉合(接通)，從而在光單元12的 兩個末端之間存在旁路。因而，驅動電流Il不會被驅動進入光單元12， 結果光單元12不發射光。
本領域已知的是，特別是為了控制光單元12的亮度，發光階段和不發 光階段這兩個階段以預定的方式或可選的方式進行交替。發光階段與不發
作"占空比"。例如100%的占空比意味著發光階段為100%,不發光階段 為0%。
為了避免對光單元12產生任何影響，充電或再充電循環優選地在不 發光階段完成。
為了對能量存儲元件40充電或再充電，閉合控制開關46,并打開分 路開關30。
而且，光單元12 (特別是LED20、 22)的陽極電位經由控制開關46 和去耦二極管48供應給能量存儲元件40。這樣，驅動電流I1對能量存儲 元件40充電，從而能量存儲元件兩端的電壓隨時間線性地增長。當該電 壓高于由電壓源62和分壓器52確定的參考值時，分路開關30再次閉合， 控制開關46打開。
雖然分路開關30已經打開，但是LED20、 22并沒有達到發光階段，這是因為能量存儲元件40和控制單元14兩端的電壓降被選定為使得其低 于LED20、 22的正向電壓。因而，即使當分路開關30打開時，也不產生 不希望有的光輸出。
然而，該充電或再充電循環必須在能量存儲元件40兩端的電壓達到 相應的正向電壓之前停止。這可以通過適當地設定上述參考值來確保。
在圖示的該實施例中，當能量存儲元件40兩端的電壓降至某預定參 考電壓之下時，再充電循環啟動。這個比較由比較器58實施，比較器58 產生指定給控制電路26的信號。隨后，假若光單元12處于不發光階段， 那么再充電循環啟動。否則，再充電循環等待著，直至不發光階段開始。 替代地，再充電過程可以在光單元12的發光階段期間實施，但這會影響 光單元的光發射。
例如，當由能量儲存16輸送的電源電壓降至控制單元14的最低電源 電壓需求之下時，可以在發光階段應用再充電。
當能量存儲元件40兩端的電壓高于參考值時，停止再充電循環。
由于開關切換有時間延遲，因此將存在與該順序有關的某種滯后，這 將避免電路以無限高頻率運行。當然，向比較器添加某種滯后是可能的。
在第二實施例(圖中未示出)中，能量存儲元件40的再充電過程不 是作為電壓比較的結果而啟動，相反，再充電循環是以固定或可選的時間 模式(例如總是在每個不發光階段期間)啟動。為了保護能量存儲元件40 不被過充電，并且避免達到負載11的正向電壓閾值，再充電過程實施4艮 短時間，該短時間基于電路的已知功耗而確定。替代地，Z二極管可以作 為過充電保護裝置并聯地耦合到能量存儲元件40。另外，替代地，控制電 路26可以適于監控能量存儲元件40兩端的電壓，并且當該電壓達到預定 值時停止再充電循環。
在該實施例中，必須確保占空比小于100%，例如最大99.9%。在不 發光階段期間，周期的0.1%就足以向能量存儲元件40供給必需的能量。
因而，在該實施例中，就其值下降至參考電壓之下比較能量存儲元件 40兩端的電壓不再是必需的。
所示的驅動器件IO可以串聯連接地多次提供，如圖1示意性示出的。 另外，該驅動器件10可以用在其中大量的LED必須單獨進行控制的所有 類型的LED燈中，例如甚至用不同的LED箱(bin)單獨控制每個LED 以實現均勻光分布的普通照明。除用作LED驅動器外，本發明的驅動器件還可以在其他情況下用于從電流源獲取功率。例如，可以用風扇替代光單 元12。采用上述類似的方式，該電路可以從電流源獲得其功率，并且控制
風扇。即使沒有任何負載，該電路也可以使用。在這些情況下，光單元12 可以被省略。開關30將在大多數時間閉合，由此允許實現電流Il的低損 耗循環。再充電的過程與上面描述的相同。該電路可以用來給LED燈串中 的傳感器供電。
對所屬領域的技術人員而言，顯然，該電路的啟動可以非常容易地進 行操縱。 一個可能的實施例如下當沒有施加驅動信號時打開的開關用作 分路開關30。該相同類型的開關用于控制開關。當控制電子設備26沒有 被供電時，來自該控制電子設備26的、用于該控制開關的驅動信號具有 高阻抗(例如作為所謂的集電極開路信號或漏極開路信號而提供)。電阻 器放置在負載11的正極端子到控制開關的控制輸入端之間。當然，其他 的實施例也是可以的，例如使用當沒有向控制開關30施加驅動信號時閉 合的那類開關。在這樣的配置下， 一旦初始電流從電流源18流出，那么 對能量存儲元件40的充電就自動啟動。當達到最低所需電壓電平時，該 電路可以進入上述的正常操作。
概括來講，本發明涉及用單獨控制來對串聯連接的LED進行LED驅 動這樣的構思/拓樸。本發明的電路提供了這樣的可能性即從向LED 供電的電流源容易且經濟地引出額外的現場電子設備所需的電功率。這提 供了將電子設備附接到 一個或多個LED而不需要額外電源的可能性。本發 明的構思還適合于將多個這樣的驅動器件進行串聯連接。控制電路26可 以例如作為微型計算機而提供，控制單元14本身可以包括驅動器、傳感 器等。
權利要求
1.用于負載(11)的驅動器件，包括與該負載(11)并聯的分路開關(30)；用于控制該分路開關(30)的控制單元(14，26)；適合于向至少該控制單元(14，26)供給能量的能量存儲元件(40)；與該能量存儲元件(40)串聯布置的再充電控制電路系統(44，46)，能量存儲元件(40)與再充電控制電路系統(44，46)串聯后與該分路開關(30)并聯，其中所述控制單元(14，26)適合于在所述能量存儲元件(40)要被再充電時激活所述再充電控制電路系統(46)并斷開所述分路開關(30)。
2. 如權利要求1的驅動器件，其中所述再充電控制電路系統(44) 是當激活時接通的開關(46)。
3. 如權利要求1的驅動器件，其中所述再充電控制電路系統(44) 是DC/DC轉換器，所述DC/DC轉換器在激活時工作。
4. 如權利要求i~3中任一項的驅動器件，其中所述負載ni)是光單元(12)，特別是LED/OLED單元(20, 22)。
5. 如前迷任一項權利要求的驅動器件，其中所述能量存儲元件(40) 包括至少一個電容器(42)。
6. 如前述任一項權利要求的驅動器件，其中電壓比較器(58)被提 供以用于將該能量存儲元件兩端的電壓與參考值作比較，并用于在該電壓 降至該參考值之下時產生用于控制單元(14， 26)的再充電控制信號。
7. 如前述任一項權利要求的驅動器件，其中所述控制單元(14， 26) 適合于通過接通和斷開所述分路開關(30)來控制通過負載(11,2)的 驅動的電流,使得以最大為99.9 %的占空比驅動該負載，并且在該負載(U, 12)斷開時的剩余時間內對所述能量存儲元件(40)再充電。
8. 如權利要求7的驅動器件，其中所述控制單元(14, 26)適合于 監控所述能量存儲元件(40， 42)兩端的電壓，并且在所述監控的電壓達 到預定電平時停止對所述能量存儲元件(40， 42)的再充電。
9. 如前述任一項權利要求的驅動器件，其中所述控制單元(14, 26) 適合于具有低于所述負載(11; 12; 20, 22)的正向電壓的電源電壓。
10. 如前迷任一項權利要求的驅動器件，其中所述再充電控制電路系 統適合于具有低于所迷負載(11; 12; 20, 22 )的正向電壓的電源電壓。
11.用驅動器件驅動負載的方法，優選地用驅動器件驅動光單元的方法，該驅動器件包括與所述負載(11)并聯的分路開關(30)，再充電控 制電路系統(44),與所述再充電控制電路系統串聯連接的能量存儲元件 (40),所述串聯連接與所述分路開關并聯，以及用于控制所述分路開關 和所述控制開關的控制單元，為了對所述能量存儲元件再充電的目的，所述方法包括步驟激活所述再充電控制電路系統(46);將所述分路開關(30)從接通切換到斷開；在預定時間段之后和/或當能量存儲元件兩端的電壓達到預定值時， 再次接通所述分路開關(30),并再使所述再充電控制電路系統(46)去激活。
全文摘要
本發明涉及用于負載(11)特別是LED/OLED單元(12；20，22)的驅動器件，包括與該負載并聯的分路開關(30)；用于控制該分路開關(30)的控制單元(14，26)；適合于向至少該控制單元(14，26)供給能量的能量存儲元件(40)；與該能量存儲元件(40)串聯布置的再充電控制電路系統(46)，能量存儲元件(40)與再充電控制電路系統(46)的串聯后與該分路開關(30)并聯，其中所述控制單元(14，26)適合于在所述能量存儲元件(40)要被再充電時，激活所述再充電控制電路系統(46)并且斷開所述分路開關(30)。本發明還涉及驅動負載(11)的方法。
文檔編號H05B33/08GK101690397SQ200880023350
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月30日 優先權日2007年7月2日
發明者H·J·G·拉德馬徹, M·溫特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司