[發(fā)明專利]LED燈驅(qū)動器及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980120820.1
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN102057751A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·克倫肖;S·德利馬
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H05B33/08
• 分類號: H05B33/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及基于LED的發(fā)光系統(tǒng)及其電源，尤其涉及用于LED燈的驅(qū)動器電路。

背景技術(shù)

如今數(shù)字發(fā)光技術(shù)(即基于半導(dǎo)體光源諸如發(fā)光二極管(LED)的照明)對傳統(tǒng)的熒光燈、HID和白熾燈提供了切實可行的備選。LED技術(shù)中的最新進展以及其許多功能優(yōu)勢(諸如，高能量轉(zhuǎn)換和光效率、耐用性以及較低操作成本)已經(jīng)引起高效并魯棒的全光譜光源的發(fā)展，該全光譜光源支持各種發(fā)光效果。新的高輸出、節(jié)能和超緊湊LED光源將傳統(tǒng)LED的壽命和可靠性優(yōu)勢與更高亮度結(jié)合，從而使得它們特別適合普通照明。

半導(dǎo)體光源(LED)越來越多地用于緊急發(fā)光系統(tǒng)，緊急發(fā)光系統(tǒng)因為電力中斷導(dǎo)致的普通人造發(fā)光設(shè)備中的故障而激活。用于緊急發(fā)光設(shè)備的光源可以由緊急發(fā)光電源供電，該緊急發(fā)光電源使用來自電池、發(fā)電機組、特別保護的干線電源或其他替代能源的能量。國家防火協(xié)會生命安全法規(guī)(NFPA?101節(jié)5-9)要求“用于疏散途徑的緊急發(fā)光設(shè)施……萬一常規(guī)發(fā)光設(shè)備出現(xiàn)故障用于沿疏散路徑提供照明。”

操作LED的電源(這里稱作“LED燈驅(qū)動器”)有別于用來操作氣體放電燈(諸如熒光燈)的稱作鎮(zhèn)流器的電源。鎮(zhèn)流器服務(wù)許多功能，包括：啟動具有高壓點火的氣體放電燈；由于這些燈具有負電壓-電流特性而限制燈電流；以及以適當?shù)碾娏骱碗妷翰僮鳠簟ED的操作有所不同：不需要高壓點火，并且LED串上的總電壓比同光級熒光燈上的總電壓低得多。然而，LED燈驅(qū)動器還必須提供電流限制以及某種程度的電流控制。

LED電流控制提出了兩個問題：(1)電流限制，用于避免熱失控；以及(2)電流調(diào)節(jié)，用于將LED電流保持在特定范圍內(nèi)。由于增加的LED溫度，而可能發(fā)生熱失控。通過LED的電流增加了LED溫度，使得更多的電流通過LED，會進一步增加溫度。要求電流限制來防止由于過熱而產(chǎn)生的熱失控和LED故障。要求電流調(diào)節(jié)來計入LED特性中的變化和/或LED燈驅(qū)動器的輸入電壓中的變化。

用于電流限制和調(diào)節(jié)的許多常規(guī)方法效率不高、復(fù)雜、不可靠和/或昂貴。一種方法是放置無源串聯(lián)阻抗(諸如，電阻器)來與LED陣列串聯(lián)。這種方法簡單但是效率不高，這是由于電阻器發(fā)熱耗散能量。另一種方法使用有源串聯(lián)線性通過元件(諸如，晶體管)來與反饋結(jié)合。這種方法使用了復(fù)雜以及效率不高并且昂貴的線性電流調(diào)節(jié)器。還有另一種方法使用開關(guān)模式調(diào)節(jié)器，該開關(guān)模式調(diào)節(jié)器可以使用反饋，并且相對高效，但是復(fù)雜、昂貴并且不可靠。

使用用于緊急發(fā)光設(shè)備的LED燈驅(qū)動器提出了額外的問題。在緊急情況下，LED燈驅(qū)動器的輸入電壓經(jīng)常由獨立或低壓的電源(諸如，電池或低壓緊急電源)提供。然而，即便LED燈驅(qū)動器的輸入電壓被限制為低壓，LED燈驅(qū)動器也必須產(chǎn)生足夠驅(qū)動串聯(lián)LED串的DC電流。該輸入電壓必須被提高到足夠驅(qū)動LED的電壓。

LED燈驅(qū)動器設(shè)計的一種方法是使用反激拓撲。遺憾地是，反激拓撲具有若干缺陷。第一，反激拓撲只包括一個有源開關(guān)元件，因此只能在一個象限上利用反激變壓器磁芯。第二，反激拓撲進行操作，使得初級繞組和次級繞組以交替的階段傳導(dǎo)電流。在階段一期間，初級繞組傳導(dǎo)電流而次級繞組不傳導(dǎo)電流，該次級繞組在反激變壓器磁場中存儲能量。在階段二期間，該存儲的能量經(jīng)由變壓器芯釋放到次級繞組，使得次級電流流動而初級中沒有電流流動。初級繞組和次級繞組不同時傳導(dǎo)電流。因此，反激拓撲不能是自諧振類型電路，但必須包括另一裝置來控制開關(guān)頻率。第三，反激拓撲的次級繞組具有不連續(xù)的電流，從而限制了對電流限制和調(diào)節(jié)的選擇。

LED燈驅(qū)動器設(shè)計的另一方法是使用具有反饋的脈寬調(diào)制來感測LED陣列電流并且主動控制LED陣列電流。雖然高效，但是這種方法對于許多應(yīng)用而言比較昂貴。因此，期望提供能夠解決至少某些上述劣勢的LED燈驅(qū)動器及方法。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個方面總體上關(guān)注于接收低壓DC電力的LED燈驅(qū)動器，包括：推挽變壓器電路，可操作連接用于接收低壓DC電力并產(chǎn)生變壓器AC電力，該推挽變壓器電路具有響應(yīng)于控制信號的開關(guān)；自諧振控制電路，可操作連接到推挽變壓器電路來生成控制信號；電流控制器，可操作連接用于接收變壓器AC電力并產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電力；以及AC/DC轉(zhuǎn)換器，可操作連接用于接收經(jīng)控制的AC電力并產(chǎn)生高壓DC電力。