用于照明驅動器電路的輔助電源的制作方法
【專利摘要】公開了用于將輔助電力供給至照明驅動器電路的技術。輔助電源可以用于例如將輔助電力提供給驅動LED串的電流源。在一些實施例中，LED串被有效地用作串聯電阻器以對提供輔助電壓Vaux的電容器充電。一旦電容器被充電到給定閾值，LED串就可以與電容器斷開連接，并且通過所述LED串的電流旁路所述輔助供給電路。因此，電流源提供通過LED串的電流，電流進而可以被有選擇地饋送到輔助電源以將輔助電力提供回電流源或將輔助電力提供給另外電路。
【專利說明】用于照明驅動器電路的輔助電源
[0001] 相關申請 本申請要求于2012年1月20日提交的美國臨時申請No. 61/588,838的優先權，通過 對該臨時申請的整體進行引用而將其合并于此。
【技術領域】
[0002] 本申請涉及照明驅動器電路，并且更具體地涉及用于照明驅動器電路(諸如非隔 離恒定電流LED驅動器）的輔助電源。
【背景技術】
[0003] 將輔助電流源提供給照明驅動器電路可能牽涉提供一個或更多個低電壓DC電 源。線性電壓調節器可以提供這些輔助低電壓DC供給電壓。這樣的輔助源牽涉大量不尋 常的挑戰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004] 圖la示出用于包括將輔助電力提供給LED驅動器的其它電路的線性調節器的LED 照明系統的電路設計。
[0005] 圖lb示出具有輔助電源的LED驅動器的另一電路設計。
[0006] 圖2a示出根據本發明一個實施例所實現的利用輔助電源中的LED電流的LED驅 動器的電路設計。
[0007] 圖2b示出根據本發明另一實施例所實現的利用輔助電源中的LED電流的LED驅 動器的電路設計。
[0008] 圖2c圖解根據本發明一個實施例的借助n個電流源IS1至ISn對n個LED串供 電的具有n個通道的多通道LED驅動器。
[0009] 圖2d示出作為時間的函數的圖2a_圖2c的Vaux的曲線圖(假設ILED和Iaux是 恒定電流，這在幾乎所有與實際應用有關的情況下是良好的近似)。
[0010] 圖2e圖解根據本發明一個實施例的對LED串LEDl-LEDn供電并且包括提供輔助 電壓的兩個輔助供給的具有n個通道的多通道LED驅動器。
[0011]圖2f圖解根據本發明一個實施例的將電力從多個LED串提供給輔助供給的多通 道LED驅動器。
[0012] 圖2g圖解根據本發明一個實施例的將電力從多個LED串提供給輔助供給的多通 道LED驅動器，其中，輔助供給內的開關可以被獨立地控制。
[0013] 圖3示出根據本發明一個實施例所實現的利用輔助電源中的LED電流的LED驅動 器的替換電路設計。
[0014] 圖4示出根據本發明一個實施例所實現的包括LED的多個串聯子組的LED驅動器 的替換電路設計。
[0015] 圖5a示出根據本發明一個實施例所實現的將升壓轉換器用作電流源的LED驅動 器的電路設計。
[0016] 圖5b示出根據本發明一個實施例所實現的將降壓轉換器用作電流源的LED驅動 器的電路設計。
[0017] 圖6a示出根據本發明一個實施例的在沒有線路同步的情況下具有多個LED串和 輔助電源的特定LED驅動器電路。
[0018] 圖6b示出根據本發明一個實施例的在線路同步的情況下具有多個LED串和輔助 電源的特定LED驅動器電路。
【具體實施方式】
[0019] 公開了用于將輔助電力供給至照明驅動器電路的技術。輔助電源可以用于例如將 輔助電力提供給驅動LED串的電流源。在一些示例實施例中，LED串有效地用作串聯電阻 器，以對提供輔助電壓Vaux的電容器充電。在這樣的情況下，進入到串聯電阻（LED串）的 電力是無損電力（如其在將常規線性調節器的情況下那樣)，因為LED無論如何都需要被供 電以提供光。一旦V aux電容器被充電到輔助電力源的標稱電壓，LED串就可以與電容器斷 開連接，并且通過LED串的電流旁路輔助電源電路。因此，電流源提供通過LED串的電流， 電流進而可以被饋送到輔助電源，以將輔助電力提供回電流源，和/或將輔助電力提供給 其它電路。在輔助電源內存在足夠的電荷之后，開關可以將輔助電源與LED電流斷開連接。 驅動器可以從AC或DC輸入被供電。根據本公開，大量配置和變形將是明顯的。
[0020] 概述 如先前所指出那樣，在照明驅動器電路中提供輔助源牽涉大量不尋常的挑戰。例如，即 使線性調節器歸因于其操作性質而將是理想組件，典型地用于提供這樣的輔助源的線性調 節器中所耗散電力也可能產生顯著的電力損耗。更詳細地，照明驅動器電路可能要求內部 電力源來提供其自身的功能。照明驅動器電路可以包括例如LED驅動器、用于熒光照明系 統的電子鎮流器、白熾照明電路、用以控制其它照明電路或其它合適的照明電路的器件。在 LED驅動器的情形下，內部電力源將簡單地對將恒定電流供給至LED串的核心功能供電。現 代驅動器同樣可以合并有附加能力(諸如通信、亮度和色彩控制)。無論功能如何，為了針對 整個驅動器實現高效率，高效率的輔助電力源是期望的。圖la示出用于包括將輔助電力提 供給LED驅動器的其它電路的線性調節器的LED照明系統的電路設計。如可見那樣，在該 特定示例中，電路的輸入級包括AC源101，其將信號提供給電壓整流器102,電壓整流器102 連接到電容器103。在其它實施例中，AC輸入級在DC供給驅動器的情況下可能是不必要的。 在該示例中，輸入級將電壓Vin提供給電流源110,電流源110提供通過LED串111的恒定 電流。在一些實施例中，電流源110可以是將電流提供給LED的開關模式轉換器或線性 調節器。在該示例中，輸入級還連接到線性調節器，線性調節器表現為可變串聯電阻，將期 望的輸出Vaux提供給其它電路，所述其它電路可以包括LED驅動器的控制電路(微控制器 電路，電力級的控制件、與光管理系統/整體控制系統/構建自動化系統的通信部件、其它 通常電路等)。圖lb示出用于基于實現線性電壓調節器的非隔離恒定電流LED驅動器的LED 照明系統的電路設計。如可見那樣，AC源101將信號提供給電壓整流器102和輔助電源，電 壓整流器102連接到電容器103。輔助電源是線性電壓調節器，包括電容器104和109、齊 納二極管106、二極管107、電阻器105和晶體管108。晶體管108的輸出將輔助電流I aux和 輔助電壓vaux提供給電流源110。該設計中的恒定電流源110僅要求單個輔助供給電壓，并 且提供通過LED串111的恒定電流。跨線性調節器的電壓降乘以控制電路所汲取的輔助電 流確定所耗散并且因此損耗在線性調節器中的的電力。尤其是在具有高輸入電壓的應用中 (例如使干線電力驅動器斷開)，所耗散的電力可能是大量的，并且可能減小LED驅動器的整 體效率和/或熱性能。如果圖lb所示的電路的輸入電容器103大，則電容器上的紋波電壓 將是小的。在此情況下，電容器電壓V in將接近峰值線路電壓(例如，對于120Vac線路而言標 稱地為170V)。假設輔助電源必須提供等于大約5V的輔助電壓V aux以及等于大約20mA的 輔助電流Iaux，則理想線性調節器中的所耗散的電力將是（V in - VaJ *Iaux = (170V-5V) *20mA =3.3W。考慮到所提供的輔助電力僅為5V*20mA = 0.1W，這是顯著的電力損耗。在另一驅 動器設計中，圖lb所示的電路的輸入電容器103小，從而整流器102的電壓輸出V in以正弦 形狀在0V與170V之間變化。因此，輔助電源中的平均電力損耗并不如在更大電容器的情 況下那樣大，但仍然是顯著的。為了緩解線性調節器的缺點，可以使用基于(單機)開關模式 電力轉換器的輔助電源。然而，由于開關模式電源通常比線性調節器更復雜，因此它們可能 要求附加的設計努力、印刷電路板上的更多空間，并且同時，它們可能將復雜度、潛在的EMI 問題以及附加的成本加入到產品。
[0021] 因此，并且根據本發明實施例，公開用于通過利用現有LED串電流來對輔助電源 進行饋送來更有效率地將輔助電力提供給恒定電流LED驅動器的電子器件的技術。根據一 些實施例，所述技術可以通常利用相對于常規技術更少的組件來提供輔助電力而被實現， 因此與單機輔助開關模式電源相比還增加了成本效率以及可制造性。根據一個特定實施 例，無需磁性元件，并且僅加入兩個電力組件：開關和二極管，以將輔助電力提供給所給定 的LED驅動器電路。然而，除了非隔離恒定電流LED驅動器之外的實施例也可以受益于在 此所提供的技術，如根據本公開將領會的那樣。
[0022] 可以使用大量電路設計來實現利用LED串電流來創建輔助供給電壓Vaux的原理， 如根據本公開將領會的那樣。在利用開關實現的一些示例情況下，如果V aux落在第一閾值 電壓之下，則開關控制件關斷開關，并且Vaux電容器被LED串電流充電。只要開關打開，V aux 就上升。然而，隨著Vaux達到第二閾值電壓，開關控制件閉合開關。因此，LED串電流旁路輔 助電源電路。阻斷二極管可以用于有效地將輔助供給與主電力路徑斷開連接。
[0023] 電路架構 圖2a圖解根據本發明一個實施例的利用LED電流來對輔助電源進行饋送的電路設計。 如可見那樣，該特定示例實施例包括AC電壓源201、整流器202、輸入電容器203、LED串 209、恒定電流源208和輔助電源電路。輔助電源電路包括電容器204、控制器205、二極管 206以及由控制器205控制的開關207。這種利用LED電流來對輔助電源進行饋送的技術 是有效的，因為LED驅動器無論如何都必須控制并且提供該LED電流。在替換實施例中，電 力源可以是DC電壓源、電池或任何另外合適的電力源。
[0024] 在操作中，通過LED串209的電流被用于創建饋送到恒定電流源208中的輔助電 壓。更詳細地，并且在進一步參照圖2a的情況下，在整流器202的輸出處的電壓標記為V in， 在二極管206的輸出處的輔助電壓標記為Vaux，通過LED串209的電流標記為，并且從 輔助電源電路提供給電流源208的輔助電流標記為I aux。控制器205連接到二極管206的 輸出，在這里控制器205可以監控位于電容器204、控制器205和二極管206的節點處的輔 助電壓vaux。如果Vaux落在所確定的閾值電壓Vthl之下，則控制器205關斷開關207。當開 關207為斷開時，電容器204被流出電流源208并且流過二極管206的LED電流充電。只 要開關207打開，Vaux就上升。隨著V aux達到第二閾值電壓Vth2，控制器205閉合開關207， 并且LED電流旁路二極管206和電容器204,這有效地將輔助供給與主電力路徑斷開連接。 二極管206阻斷電流從電容器204流回到電流源208的輸出節點和開關207中。無論開關 207是打開還是閉合，輔助電流I aux都被供給至電流源208。
[0025] 即使恒定電流源208具有低效率(如在作為線性調節器的實現中那樣)，該特定示 例實現也非常有效率。電壓V in - Vaux中的一些將被看作跨LED，并且將不轉變為損耗電力， 這將是具有純線性調節器設想的情況。此外，由于充當開關207的晶體管典型地是常閉器 件，因此無需啟動電路。根據一些實施例，對于輔助電源而言無需單個高電壓器件，這將成 本保持得低。使電流源208更有效率的任何設計努力(例如通過使用開關模式設想)將相似 地使輔助電源更有效率。為了避免開關207中的電力損耗，開關動作可以足夠地快速。特 別是，如果在LED串電流中人們要求非常小(例如〈1%幅度的改變)，則可能要求具有十分快 速動態響應的電流源，否則LED電流并且潛在地LED源所生成的光可能示出調制。假設相 當恒定的LED串電流和輔助電流Iaux，那么調制將在頻率上是恒定的。如將領會那樣， '恒定'通常提及不改變或另外地對于給定應用而言僅在可接受的容限內改變的電流。
[0026] 為了確保甚至在電流源展現差的動態響應的情況下也將感知不到閃爍，電容器 204可以保持足夠小以確保開關207的開關頻率在人眼能夠檢測的頻率之上(例如，fFliekOT =80Hz或更高)。在開關207的斷開狀態期間，傳送到電容器204 (C2(l4)的電荷是：Q# = (I咖_ (在此之后被提及為等式1)，其中T。^是開關207處于斷開狀態下的時間 持續。在開關207的導通狀態期間，從電容器204傳送的電荷是：Qm = Iaux*Tm (在此之后 被提及為等式2)，其中Tm是開關207處于導通狀態的時間持續。等式1和2假設和 Iaux是恒定電流，并且控制器205所消耗的電流是可忽略的，這兩者在與實際應用有關的幾 乎所有情況下都是良好的近似。在穩定狀態下，電容器電壓在下電壓閾值V thl與上電壓閾 值Vth2之間振蕩，因此電容器204的電壓擺動是Vth2 - Vthl。在穩定狀態下，在開關的導通 狀態和斷開狀態期間的電氣電荷是相等的A# = Qm = C2(l4*(Vth2 - Vthl)(在此之后被提及 為等式3)，其中'是電容器204的值。開關207的開關頻率是f2(l7 = lATm + Tj。該 頻率與Vaux上的電壓紋波的頻率是相同的(人們也可以參照用于圖解的圖2d)。開關周期T 被定義為l/f 2OT，并且由以下等式給出：
【權利要求】
1. 一種照明驅動器電路，包括： 電流源，被配置為控制通過至少一個照明元件的電流；以及 輔助電源，被配置為有選擇地接收電流，從而利用電流對所述輔助電源充電，并且將輔 助電力提供給次級電路。
2. 如權利要求1所述的照明驅動器電路，其中，所述次級電路包括所述電流源、驅動器 控制電路和/或電機中的至少一個。
3. 如權利要求1所述的照明驅動器電路，其中，所述輔助電源包括： 電容器； 至少一個二極管，其陽極被連接以接收電流，并且其陰極被連接到所述電容器；以及 第一開關，連接到所述二極管的所述陽極，并且當所述第一開關閉合時，其防止所述輔 助電源接收電流。
4. 如權利要求3所述的照明驅動器電路，還包括：線性電壓調節器，連接在所述二極管 的所述陰極與所述次級電路之間。
5. 如權利要求3所述的照明驅動器電路，還包括：控制器，被配置為基于在所述二極管 的所述陰極處的電壓來控制所述第一開關。
6. 如權利要求5所述的照明驅動器電路，其中，所述第一開關是常閉開關，并且所述控 制器被配置為：當在所述二極管的所述陰極上的電壓達到上閾值電壓值時，閉合所述第一 開關，并且當在所述二極管的所述陰極上的電壓落在下閾值電壓值之下時，打開所述第一 開關。
7. 如權利要求5所述的照明驅動器電路，還包括：第二開關，位于所述電容器與所述次 級電路之間。
8. 如權利要求7所述的照明驅動器電路，其中，所述第二開關是常閉開關，并且所述控 制器被配置為：當所述二極管的所述陰極上的電壓達到上閾值電壓值時，閉合所述第二開 關。
9. 如權利要求8所述的照明驅動器電路，其中，所述第二開關被配置為貫穿在達到所 述上閾值電壓值之后的其余電路操作時間保持閉合。
10. 如權利要求1所述的照明驅動器電路，其中，所述電流源包括升壓轉換器和/或降 壓轉換器中的至少一個。
11. 如權利要求1所述的照明驅動器電路，還包括至少一個照明元件，其中，所述至少 一個照明元件包括LED串。
12. 如權利要求1所述的照明驅動器電路，還包括至少一個照明元件，其中，所述至少 一個照明元件包括多個LED ;并且還包括與所述LED的子組并聯連接的至少一個常閉開關。
13. -種在照明電路中創建輔助電力的方法，包括： 利用電流源來控制通過至少一個照明元件的電流； 有選擇地將通過所述至少一個照明元件的電流引導到輔助電源，從而利用電流對所述 輔助電源充電；以及 將輔助電力從所述輔助電源提供給次級電路。
14. 如權利要求13所述的方法，其中，有選擇地引導電流包括：將通過二極管的電流引 導到將所述二極管的陰極與所述次級電路的電容器和輔助電力輸入連接的節點。
15. 如權利要求14所述的方法，還包括：使用至少一個線性電壓調節器來減少所述二 極管的所述陰極與所述次級電路之間的電壓紋波。
16. 如權利要求14所述的方法，其中，有選擇地引導電流包括：控制第一開關以當所述 電容器上的電壓達到上閾值電壓時防止所述輔助電源接收電流，并且當所述電容器上的電 壓落在下閾值電壓之下時允許所述輔助電源接收電流。
17. 如權利要求16所述的方法，其中，有選擇地引導電流還包括：通過維持位于所述電 容器與所述次級電路之間的第二開關打開直到所述電容器上的電壓達到所述上閾值電壓 并且當達到所述上閾值電壓時閉合所述第二開關來在啟動時對所述電容器充電。
18. 如權利要求16所述的方法，其中，所述第一開關與在所述電流源的輸入處的電壓 同步。
19. 如權利要求16所述的方法，其中，所述第一開關的狀況被傳送到所述照明驅動器 電路的控制電路。
20. 如權利要求19所述的方法，其中，當控制所述照明驅動器時，所述照明驅動器電路 的所述控制電路考慮跨所述輔助電源的電壓降。
21. 如權利要求13所述的方法，其中，所述次級電路包括所述電流源、驅動器控制電路 和/或電機中的至少一個。
22. -種LED驅動器系統，包括： 多個LED串； 多個電流源，被配置為將電流供給至LED串中的每一個；以及 至少一個輔助電源，被配置為有選擇地從LED串中的至少一個接收電流，并且進一步 被配置為在所述LED驅動器電路的啟動之后將輔助電力供給到至少一個次級電路。
23. 如權利要求22所述的系統，其中，所述輔助電源進一步被配置為：通過測量位于所 述輔助電源內的電容器的電壓電平并且基于所述電容器的電壓電平控制位于所述輔助電 源內的至少一個開關，來將輔助電力供給至所述至少一個次級電路。
24. 如權利要求23所述的系統，其中，所述至少一個輔助電源被配置為有選擇地從所 有所述多個LED串接收電流。
25. 如權利要求23所述的系統，其中，所述次級電路是與所述多個電流源通信的驅動 器控制電路，并且還包括輔助控制器，所述輔助控制器在與所述驅動器控制電路通信的所 述輔助電源內，并且被配置為操作所述至少一個開關。
【文檔編號】H05B33/08GK104335680SQ201380015253
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年1月21日 優先權日:2012年1月20日
【發明者】B.西澤格, C.科爾曼 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司