驱动电路和方法技术

驱动电路具有驱动单元(50)，其基于包括第一端子(10a)和第二端子(10b)的输入电压(10)提供用于负载(51)的电流。驱动单元(50)包括线性驱动器，其包括在输入和负载之间的电流调节元件(Q3)，所述元件具有可控电阻特性。与驱动单元(50)和输入电压串联的补偿单元(52)提供补偿电压。这用于根据输入电压和负载的操作条件来控制跨驱动单元的电压。补偿单元(52)包括开关模式功率转换器和作为开关模式功率转换器的能量源的第二电容器(C2)，其中电流调节元件(Q3)、负载(51)和第二电容器(C2)在第一端子(10a)和第二端子(10b)之间串联连接。以这种方式，可以减少驱动单元的操作范围，以减少驱动单元上的功率损耗，并且补偿电压还可以与能量采集系统一起使用，以提高整体系统效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】驱动电路和方法
本专利技术涉及一种用于向负载传送电流的驱动电路。在优选实施例中，它涉及一种接收DC(直流)电压输入并且产生用于向负载应用的DC输出电压的驱动器。
技术介绍
节能是任何系统或设备中最重要的要求之一。为此，在某些应用中，AC(交流)电网被本地DC电网所取代。DC电网的一个优点是，它们为基于LED的照明提供了部署紧凑型的低成本高可靠性的线性驱动器的机会。在实践中，为了降低能耗，LED驱动器中还采用了调光控制技术。需要宽的调光范围以适应不同的操作条件。通常，有不同类别的调光方法，包括模拟调光和脉宽调制(PWM)调光。在模拟调光中，电流幅度调整固有地引起色温变化。在其中LED的颜色至关重要的应用中不推荐使用模拟调光。在PWM调光中，用于驱动LED灯的LED电流的平均量通常基于PWM信号的脉冲宽度和周期来确定。当调光水平降低并且LED电流的导通周期缩短时，人眼可以察觉到光的闪烁。这限制了调光范围(特别是针对最小脉冲宽度的阈值)以实现来自LED设备的可预测和可接受的性能。此外，在低调光水平下，LED驱动器的效率在85％-90％的范围内。已知用于LED调光的各种控制方法来控制颜色移位和闪烁。在一般照明应用(室内和室外照明)中，效率和闪烁的问题比颜色移位问题更为重要。因此，在室内和室外照明应用中可以考虑模拟调光。此外，在使用DC电网(其是本地电网)的应用中，母线电压变化(±2％)通常小于市电AC应用(±15％)，因此针对基于LED的照明可以使用简单的、低成本、高可靠性的线性驱动器，如图1所示。图1所示的驱动电路包括诸如母线电压的DC输入10、LED串12形式的负载、和线性LED驱动器14。线性LED驱动器14提供根据负载而变化的电阻，导致恒定的输出电压。它用作调节设备，使其作用类似于可变电阻器，连续调整分压器网络以保持恒定的输出电压，并且将输入电压和调节电压之差连续地耗散为废热。由于线性调节器的调节电压必须始终低于输入电压，因此效率受到限制，并且输入电压必须足够高，以便始终允许有源设备降低某一电压。线性驱动器可以被放置在源和调节负载之间(串联调节器)，或者可以与负载并联放置(分流调节器)。简单的线性调节器可以例如仅包含齐纳二极管和串联电阻器，而更复杂的调节器包括分离的电压基准级、误差放大器和功率传输元件。发射极跟随级可以用于形成简单的串联电压调节器。图2中示出了在各种DC母线电压下的线性LED驱动器的一个示例的测量的效率轮廓。受驱动的LED装置例如包括两个串联LED的两个并联串的配置，给出20W的LED负载。D轴代表调光水平，E轴代表效率。图2示出了三个不同的输入母线电压：曲线20中的200V，曲线22中的210V和曲线24中的220V，并且图2示出了作为调光水平的函数的效率。从图2清楚的是，线性LED驱动器的效率对输入与输出电压差非常敏感。图3示出了作为调光水平D的函数的、线性LED驱动器的高效操作所需的输入DC电压VDC的性质。随着调光水平的增加(即，沿x轴的％驱动水平的降低)，跨LED和线性驱动器的所需的输入母线电压降低；这是由于LED串电压对LED电流水平的天然依赖。特别地，LED串电压随着LED电流的降低而降低。利用固定的DC电网电压，与更高效的开关模式LED驱动器相比，线性LED驱动器的效率显着下降。可以通过提供如WO2014/080337中公开的自适应DC电网电压来解决线性驱动器的较低效率。该解决方案的问题是整个照明系统的效率数字恶化，因为它们中许多将由于LED特性的变化而未以其最大的效率操作，LED特性的变化是由于从一个批次到另一个批次的制造过程中的变化而引起的。为了避免这个问题，可以采用分仓。然而，这也将不足以顾及到大量灯具之间的温度和老化变化。图4中示出了不同灯具的这种变化的图示，图4示出了针对三个不同灯具L1、L2和L3的电压与调光水平的不同曲线。在大型安装中(其中可以以菊花链模式连接灯具的集合)，每个灯具由于电缆电阻而经受不同的电压输入，并且DC母线从DC控制器开关盒的输出经受100Hz纹波。这些实际问题在所有可能的调光水平下都不会产生针对线性LED驱动器的非常高的效率。因此，需要一种解决方案，该解决方案使得线性LED驱动器能够在全调光范围内(即从100％至10％)以非常高的效率(诸如大于96％)操作，并且不需要使用分仓来表征LED。已知的有源驱动器解决方案需要额定容量的组件，从而需要更高的占用空间和更高的成本。US8710752公开了一种驱动多个LED串的系统，其中确定用于每个串的最佳电流水平。它旨在减少LED驱动器的尺寸。该电路将升压转换器和线性转换器组合。
技术实现思路
基于图2所示的特性，在给定的调光水平下，在跨驱动器和LED的不同电压下，驱动器的效率是不同的。这是因为在该给定的调光水平下，LED串正向电压保持恒定，并且输入电压和LED串正向电压之差被跨线性驱动器施加，这产生功率损耗。差越大，效率越低。因此，不管输入电压如何变化，在给定的调光水平下，实现线性驱动器的最佳效率将是有利的。另外，如图2和图3所示，不同的调光水平需要跨驱动器和LED的不同电压来实现最佳效率，因此无论调光水平如何变化，实现线性驱动器的最佳效率也将是有利的。US20120068626A1公开了电压供应、开关调节器和线性电流调节器与LED负载的级联连接。其中开关调节器是降压转换器，并且向电流调节器提供驱动电压Vdrive，这避免电流调节器中过量功率的显著耗散。在这种现有技术中，降压转换器用于在线性开关上提供电压降以降低其功率损耗。本申请的目的是提供一种替代方案来优化线性开关上的电压降，以减少功率损耗。至少为了解决上述问题，本专利技术由权利要求限定。本专利技术的实施例的一个非常基本的思想是提供在输入端子之间与线性开关和负载串联连接的电容器，并且根据输入电压和跨LED的电压来调节电容器上的电压，以便调节跨线性开关的电压，以使跨线性开关的电压在线性开关的更高效的操作点处。跨LED的电压通常与其操作条件(诸如调光水平、老化和温度)有关。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于向负载递送电流的驱动电路，该驱动电路包括：输入，用于接收输入电压，包括第一端子(10a)和第二端子(10b)；驱动单元，用于从输入电压提供用于负载的电流，其中驱动单元(50)包括线性驱动器，线性驱动器包括在输入和负载之间的电流调节元件(Q3)，所述元件具有可控电阻特性；与驱动单元和输入串联的补偿单元，用于提供补偿电压，从而根据输入电压和负载的操作条件来控制跨驱动单元的电压；其中补偿单元(52)包括开关模式功率转换器和作为开关模式功率转换器的能量源的第二电容器(C2)，其中电流调节元件(Q3)、负载(51)和第二电容器(C2)串联连接在第一端子(10a)和第二端子(10b)之间。这一布置将驱动单元与提供补偿电压的补偿单元组合。根据特定的操作条件和输入电压，补偿电压导致跨驱动器的特定电压，从而跨驱动器的特定电压不再仅由驱动单元确定。以这种方式，可以使驱动电路更高效地操作。例如，不同的输入电压和负载的不同操作条件可以影响驱动电路操纵跨驱动单元的电压，以高效地起作用。输入电压优选为DC电压，并且驱动电路用于递送DC输出电压。然而，本专利技术构思还可以应用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动电路，用于向负载递送电流，所述驱动电路包括：输入(10a,10b)，用于接收输入电压，包括第一端子(10a)和第二端子(10b)；驱动单元(50)，用于从所述输入电压提供用于所述负载的电流，其中所述驱动单元(50)包括线性驱动器，所述线性驱动器包括在所述输入和所述负载之间的电流调节元件(Q3)，所述元件具有可控电阻特性；补偿单元(52)，与所述驱动单元和所述输入串联，用于提供补偿电压，从而根据所述输入电压和所述负载的操作条件来控制跨所述驱动单元的电压；其中所述补偿单元(52)包括开关模式功率转换器和作为所述开关模式功率转换器的能量源的第二电容器(C2)，其中所述电流调节元件(Q3)、所述负载(51)和所述第二电容器(C2)串联连接在所述第一端子(10a)和所述第二端子(10b)之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.27 EP 15161251.2;2014.11.12 IN 5684/CHE/201.一种驱动电路，用于向负载递送电流，所述驱动电路包括：输入(10a,10b)，用于接收输入电压，包括第一端子(10a)和第二端子(10b)；驱动单元(50)，用于从所述输入电压提供用于所述负载的电流，其中所述驱动单元(50)包括线性驱动器，所述线性驱动器包括在所述输入和所述负载之间的电流调节元件(Q3)，所述元件具有可控电阻特性；补偿单元(52)，与所述驱动单元和所述输入串联，用于提供补偿电压，从而根据所述输入电压和所述负载的操作条件来控制跨所述驱动单元的电压；其中所述补偿单元(52)包括开关模式功率转换器和作为所述开关模式功率转换器的能量源的第二电容器(C2)，其中所述电流调节元件(Q3)、所述负载(51)和所述第二电容器(C2)串联连接在所述第一端子(10a)和所述第二端子(10b)之间。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路包括在所述第一端子和所述第二端子之间的第一电容器(C1)。3.根据权利要求1所述的电路，其中所述开关模式功率转换器包括电感式DC-DC升压转换器，其中所述电感式升压转换器包括功率开关(S1)和电感器(L1)，其中所述功率开关适于交替地导通和关断以从所述第二电容器(C2)释放能量，以便将跨所述第二电容器的电压设置为所述补偿电压。4.根据权利要求3所述的电路，其中所述DC-DC升压转换器具有适于通过输出二极管(D4)连接到外部电压供应或所述输入的输出。5.根据前述任一项权利要求所述的电路，其中所述负载的所述操作条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·米什拉，R·潘古罗里，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL