用于驅動多個大功率led單元的系統和設備的制作方法
【專利摘要】一種用于驅動多個大功率LED單元的系統，該系統包括單個驅動器，用于向多個大功率LED燈單元提供無紋波恒定直流，其中，所述單個驅動器包括數字控制器，其可編程為基于對將能量釋放到LED燈單元所花費的持續時間的檢測和計算，以每一個預定時間間隔調整無紋波恒定直流，從而調整所述無紋波恒定直流。以上的系統實現了一個驅動器對多個LED燈單元，從而減輕或消除了每一個LED燈單元附接有一個驅動器的需要。
【專利說明】用于驅動多個大功率LED單元的系統和設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于驅動多個大功率發光二極管(LED)單元的系統和設備。所述設備尤其適合但不限于在諸如筒燈、T5、T8、暗燈槽、H1-Bay燈和MR16燈泡等大功率LED燈單元中使用。
【背景技術】
[0002]本發明的背景的以下論述旨在有利于理解本發明。然而應理解，該論述并非確認或承認提及的任何材料截至本申請的 優先權日:在任何權限中是公開的、已知的或公知常識的一部分。
[0003]傳統照明系統通常具有單獨驅動系統中使用的燈產品的配置。例如，諸如筒燈的燈產品具有其內置電源或鎮流器，其將輸入的AC電源轉換為更高的AC電壓和所需的電流，需要該電壓和電流來提供電力，以便例如點燃和激發氣體(指的是CFL燈)來點亮筒燈。這種其他燈產品的實例包括Τ5、Τ8、暗燈槽、H1-Bay燈、路燈和泛光燈。
[0004]類似地，當在照明系統中引入發光二極管(LED)時，LED所采用的配置基于傳統照明系統的類似“一個鎮流器(控制器)”對“一個燈”的布置。因此，每一個LED燈單元都具有其自己的內置LED驅動器或控制器，其將輸入的AC電源轉換為DC電壓和電流，以點亮LED筒燈。這意味著存在于照明系統中的每一個LED燈單元都具有附帶的專用于該特定LED燈單元的控制器，用以將輸入的AC電源轉換為DC電壓和電流，以點亮該特定LED燈單元，SP，照明系統中一連串的10個LED筒燈會相應地需`要10個LED控制器電路。這些LED控制器增大了每一個燈單元的成本和整體形狀因數。
[0005]圖1和圖2中分別示出現有技術的LED燈單元和系統。LED燈單元包括經由AC輸入端4的AC電源、AC-DC LED驅動器3、LED光/燈模塊I和散熱器2。
[0006]當被連接時，AC電源電流會流向AC-DC LED驅動器3的輸入。經由AC-DC LED驅動器3中的開關模式電源電路對AC電源電流整流，以向LED光模塊I提供所需的DC電壓和電流。對于連續點亮操作，由于AC-DC LED驅動器3和LED光模塊I上的LED都將產生熱，引入散熱器2對于確保將在點亮操作期間產生的熱從熱源相應地引出并耗散掉是重要的。散熱器2必須應對從LED光模塊和AC-DC LED驅動器二者的散熱。結果，如果在點亮操作期間的任何時間，由于針對特定LED照明單元的標準形狀因數的尺寸的設計限制，散熱器2達到其最大散熱能力，這一實現會導致光性能和產品使用壽命的下降。
[0007]上述的配置具有如下幾個缺點:
[0008]?由于每一個LED光單元都需要其自己的內置控制器電路3用于點亮，當LED光單元處于連續操作中時，LED和控制器電路都會產生相當大的熱量。為了減少熱量，必須在每一個LED光單元中提供散熱器，用于從熱源吸熱并將熱量耗散到周圍環境中，以便為LED和控制器提供冷卻的環境在其中運行。LED和控制器電路在冷卻的環境中運行是重要的，因為這會減小功耗，并因此改善效率。然而，由于標準形狀因數，對于每一個LED光單元中的散熱器的尺寸存在限制。由于在每一個LED光單元中存在兩個產熱源(即，LED燈單元和LED控制器)，散熱器2在產生相當大熱量的連續運行期間通常達到其最大散熱能力。結果，這將導致LED光單元的光性能和產品使用壽命的下降。
[0009]?制造具有內置控制器電路和散熱器2的LED光單元通常成本較高，因為它們增加了制造所需的組件數量。而且，散熱器還必須設計為在存在由于標準形狀因數的其尺寸的約束的情況下，應對從兩個熱源散熱。這進一步增加了生產LED光單元的總體成本。
[0010]?由于由控制器電路3在LED光單元中將AC電源轉換為DC電壓和電流，就必須解決與安全性相關的問題。因此，LED光單元必須設計為使得它們滿足由標準形狀因數強加的標準安全要求和尺寸限制。
[0011 ] 因此，本發明的目的是克服或者至少減輕前述的問題。
【發明內容】
[0012]本發明提供了一種系統和設備，用以減輕以上的問題，并提供“一個驅動器對多個大功率LED燈單元”解決方案。為了實現此，系統和設備適于至少提供與指定額定電流小于5%的相對“無紋波”電流。指定額定電流通常在(但不限于)每個燈單元約350mA到700mA。
[0013]另外，所提及的“流”、“連接”指的是電流和電連接，除非另有說明。
[0014]根據本發明的第一方案，一種用于驅動多個大功率LED單元的系統，該系統包括單個驅動器，用于向多個大功率LED燈單元提供無紋波恒定直流，其中，所述單個驅動器包括數字控制器，其可編程為基于對將能量釋放到LED燈單元所花費的持續時間的檢測和計算，以每一個預定時間間隔調整無紋波恒定直流，從而調整所述無紋波恒定直流。
[0015]優選地，所述單個驅動器以隔離的交流反激配置操作，其具有作為變壓器的感應元件，用于隔離變壓器的次級端處的多個大功率LED。
[0016]優選地，所述數字控制器是專用集成電路(ASIC);所述ASIC進一步可操作為檢測并計算由變壓器的鐵芯將能量釋放到多個大功率LED的持續時間，以調節并提供無紋波輸出DC電流。優選地將ASIC編程為基于由變壓器的鐵芯釋放能量的持續時間，以每一個時鐘周期接收反饋作為輸入，以確定下一個時鐘周期的無紋波恒定DC電流的量。更優選地，將所述ASIC編程為以每一個時鐘周期提供電壓波形，以接通或關斷電子開關。
[0017]優選地，多個大功率LED燈單元中的每一個與其他大功率LED燈單元串聯。
[0018]優選地，所述單個驅動器電連接到用于調整所述多個大功率LED燈單元的亮度的調光器電路。所述調光器電路優選地包括電位計、紅外接口、運動傳感器或環境傳感器。
[0019]優選地，所述系統包括濾波電容器，其可操作為改變其電容，以在調整調光器時保持至少0.9的功率因數。
[0020]在調光器是電位計的情況下，所述電位計可操作為工作在O到IOV電壓內。
[0021 ] 優選地，在隔離反激模式中，變壓器的次級端電連接到短路保護電路。
[0022]優選地，所述ASIC與有源功率因數控制器耦合。更優選地，所述有源功率因數控制器包括至少一個電壓跟隨器。在此情況下，所述ASIC優選地是14管腳配置，以便控制所述有源功率因數控制器和無紋波恒定DC電流的調整。
[0023]優選地，每一個大功率LED燈提供有散熱器，散熱器成形并配置為僅從大功率LED散熱。
[0024]優選地，所述系統進一步包括電子開關，其中，借助根據以下等式的電壓控制來實現無紋波恒定DC電流:
【權利要求】
1.一種用于驅動多個大功率LED單元的系統，所述系統包括單個驅動器，用于向多個大功率LED燈單元提供無紋波恒定直流， 其中，所述單個驅動器包括數字控制器，所述數字控制器可編程為基于對將能量釋放到所述LED燈單元所花費的持續時間的檢測和計算，以每一個預定時間間隔調整所述無紋波恒定直流，從而調整所述無紋波恒定直流。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述單個驅動器以隔離的交流反激配置操作，所述隔離的交流反激配置具有作為變壓器的感應元件，用于隔離所述變壓器的次級端處的所述多個大功率LED。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述數字控制器是專用集成電路(ASIC);所述ASIC進一步可操作為檢測并計算由所述變壓器的鐵芯將所述能量釋放到所述多個大功率LED的所述持續時間，以調節并提供所述無紋波輸出DC電流。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述ASIC編程為基于由所述變壓器的所述鐵芯釋放所述能量的所述持續時間，以每一個時鐘周期接收反饋作為輸入，以確定下一個時鐘周期的無紋波恒定DC電流的量。
5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述ASIC編程為以每一個時鐘周期提供電壓波形，以接通或關斷電子開關。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述多個大功率LED燈單元中的每一個大功率LED燈單元與其他大功率LED燈單元串聯。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述單個驅動器電連接到用于調整所述多個大功率LED燈單元的亮度的調光器電路。
8.根據權利要求 7所述的系統，其中，所述調光器電路包括電位計、紅外接口、運動傳感器或環境傳感器。
9.根據權利要求7所述的系統，其中，所述系統包括電容器，所述電容器可操作為改變其電容，以在調整所述調光器時保持至少0.9的功率因數。
10.根據權利要求8所述的系統，其中，所述電位計可操作為工作在O到IOV的電壓內。
11.根據權利要求2所述的系統，其中，所述變壓器的所述次級端電連接到短路保護電路。
12.根據權利要求3所述的系統，其中，所述ASIC與有源功率因數控制器耦合。
13.根據權利要求12所述的系統，其中，所述有源功率因數控制器包括至少一個電壓跟隨器。
14.根據權利要求3所述的系統，其中，所述ASIC是14管腳配置。
15.根據權利要求1所述的系統，其中，每一個大功率LED燈提供有散熱器，所述散熱器成形并配置為僅從所述大功率LED散熱。
16.根據權利要求3所述的系統，其中，所述系統進一步包括電子開關，其中，借助根據以下等式的電壓控制來實現所述無紋波恒定DC電流:
17.根據權利要求1所述的系統，其中，所述單個驅動器以非隔離配置操作，所述非隔離配置具有根據以下等式操作于連續模式的感應元件:
18.根據權利要求17所述的系統，其中，對于滯后控制器配置，Imax和I1的值可以是固定的，并且可以確定Tm和Ttw定時。
19.一種LED驅動器,包括: 至少一個集成電路(1C)，所述IC是可使用硬件描述語言進行編程的； 第一電子開關，可操作為提供第一開關時間段，以控制功率因數電壓，所述第一開關時間段可由所述至少一個IC編程；以及 第二電子開關，可操作為提供第二開關時間段，以調節流入所述至少一個LED的無紋波恒定DC電流，所述第二開關時間段可由所述至少一個IC編程。
20.根據權利要求19所述的LED驅動器，其中，所述第一和第二電子開關是功率MOSFET。
21.根據權利要求19所述的LED驅動器，其中，所述至少一個IC是ASIC。
22.—種設備，具有輸入端口和多個輸出端口，所述設備包括: 反極性保護器，布置為電連接到所述輸入端口和所述多個輸出端口中的每一個輸出端口 ；以及 多個開路保護電路，所述多個開路保護器中的每一個開路保護器可操作為連接到輸出端口 ； 其中，所述反極性保護器可操作為在以錯誤極性將負載連接到任意所述輸出端口的情況下，拒絕極性要求；并且所述開路保護電路可操作為在沒有負載連接到輸出端口或者負載擊穿的情況下，形成閉環串聯連接。
23.根據權利要求22所述的設備，其中，所述反極性保護器是二極管橋式整流器。
24.根據權利要求22所述的設備，其中，每一個輸出端口包括相應的開路保護器。
25.根據權利要求22所述的設備，其中，所述輸入端口適合于與LED驅動器連接，并且每一個所述輸出端口適合于與包括大功率LED燈單元的負載連接。
26.一種根據權利要求6所述的系統，進一步包括根據權利要求22到25所述的設備；其中，根據權利要求22到25所述的設備的所述輸入端口可操作為連接到所述單個驅動器。
27.一種調光器電路，用于與LED驅動器一起使用，所述調光器電路包括可操作為連接到至少一個調光控制器的至少一個調光接口 ；以及可調整為在所述調光器電路內保持至少.0.9的功率因數的電容性元件。
【文檔編號】H05B33/08GK103460803SQ201280017590
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年11月2日 優先權日:2011年11月4日
【發明者】K·F·F·黃, C·B·譚, H·B·譚, A·斯托納, S·T·陳 申請人:豐裕國際電子私人有限公司