用于驅(qū)動多個大功率led單元的系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種用于驅(qū)動多個大功率LED單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單個驅(qū)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(qū)動器包括數(shù)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(xù)時間的檢測和計算，以每一個預(yù)定時間間隔調(diào)整無紋波恒定直流，從而調(diào)整所述無紋波恒定直流。以上的系統(tǒng)實現(xiàn)了一個驅(qū)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(qū)動器的需要。
【專利說明】用于驅(qū)動多個大功率LED單元的系統(tǒng)和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動多個大功率發(fā)光二極管(LED)單元的系統(tǒng)和設(shè)備。所述設(shè)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(shù)】
[0002]本發(fā)明的背景的以下論述旨在有利于理解本發(fā)明。然而應(yīng)理解，該論述并非確認(rèn)或承認(rèn)提及的任何材料截至本申請的 優(yōu)先權(quán)日:在任何權(quán)限中是公開的、已知的或公知常識的一部分。
[0003]傳統(tǒng)照明系統(tǒng)通常具有單獨驅(qū)動系統(tǒng)中使用的燈產(chǎn)品的配置。例如，諸如筒燈的燈產(chǎn)品具有其內(nèi)置電源或鎮(zhèn)流器，其將輸入的AC電源轉(zhuǎn)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(fā)氣體(指的是CFL燈)來點亮筒燈。這種其他燈產(chǎn)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(dāng)在照明系統(tǒng)中引入發(fā)光二極管(LED)時，LED所采用的配置基于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的類似“一個鎮(zhèn)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(nèi)置LED驅(qū)動器或控制器，其將輸入的AC電源轉(zhuǎn)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(tǒng)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(zhuǎn)換為DC電壓和電流，以點亮該特定LED燈單元，SP，照明系統(tǒng)中一連串的10個LED筒燈會相應(yīng)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(shù)。
[0005]圖1和圖2中分別示出現(xiàn)有技術(shù)的LED燈單元和系統(tǒng)。LED燈單元包括經(jīng)由AC輸入端4的AC電源、AC-DC LED驅(qū)動器3、LED光/燈模塊I和散熱器2。
[0006]當(dāng)被連接時，AC電源電流會流向AC-DC LED驅(qū)動器3的輸入。經(jīng)由AC-DC LED驅(qū)動器3中的開關(guān)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(xù)點亮操作，由于AC-DC LED驅(qū)動器3和LED光模塊I上的LED都將產(chǎn)生熱，引入散熱器2對于確保將在點亮操作期間產(chǎn)生的熱從熱源相應(yīng)地引出并耗散掉是重要的。散熱器2必須應(yīng)對從LED光模塊和AC-DC LED驅(qū)動器二者的散熱。結(jié)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(biāo)準(zhǔn)形狀因數(shù)的尺寸的設(shè)計限制，散熱器2達(dá)到其最大散熱能力，這一實現(xiàn)會導(dǎo)致光性能和產(chǎn)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(nèi)置控制器電路3用于點亮，當(dāng)LED光單元處于連續(xù)操作中時，LED和控制器電路都會產(chǎn)生相當(dāng)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(huán)境中，以便為LED和控制器提供冷卻的環(huán)境在其中運行。LED和控制器電路在冷卻的環(huán)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(biāo)準(zhǔn)形狀因數(shù)，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(chǎn)熱源(即，LED燈單元和LED控制器)，散熱器2在產(chǎn)生相當(dāng)大熱量的連續(xù)運行期間通常達(dá)到其最大散熱能力。結(jié)果，這將導(dǎo)致LED光單元的光性能和產(chǎn)品使用壽命的下降。
[0009]?制造具有內(nèi)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(shù)量。而且，散熱器還必須設(shè)計為在存在由于標(biāo)準(zhǔn)形狀因數(shù)的其尺寸的約束的情況下，應(yīng)對從兩個熱源散熱。這進(jìn)一步增加了生產(chǎn)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(zhuǎn)換為DC電壓和電流，就必須解決與安全性相關(guān)的問題。因此，LED光單元必須設(shè)計為使得它們滿足由標(biāo)準(zhǔn)形狀因數(shù)強加的標(biāo)準(zhǔn)安全要求和尺寸限制。
[0011 ] 因此，本發(fā)明的目的是克服或者至少減輕前述的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)和設(shè)備，用以減輕以上的問題，并提供“一個驅(qū)動器對多個大功率LED燈單元”解決方案。為了實現(xiàn)此，系統(tǒng)和設(shè)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(jù)本發(fā)明的第一方案，一種用于驅(qū)動多個大功率LED單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單個驅(qū)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(qū)動器包括數(shù)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(xù)時間的檢測和計算，以每一個預(yù)定時間間隔調(diào)整無紋波恒定直流，從而調(diào)整所述無紋波恒定直流。
[0015]優(yōu)選地，所述單個驅(qū)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(yīng)元件，用于隔離變壓器的次級端處的多個大功率LED。
[0016]優(yōu)選地，所述數(shù)字控制器是專用集成電路(ASIC);所述ASIC進(jìn)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(xù)時間，以調(diào)節(jié)并提供無紋波輸出DC電流。優(yōu)選地將ASIC編程為基于由變壓器的鐵芯釋放能量的持續(xù)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(yōu)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(guān)斷電子開關(guān)。
[0017]優(yōu)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(lián)。
[0018]優(yōu)選地，所述單個驅(qū)動器電連接到用于調(diào)整所述多個大功率LED燈單元的亮度的調(diào)光器電路。所述調(diào)光器電路優(yōu)選地包括電位計、紅外接口、運動傳感器或環(huán)境傳感器。
[0019]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括濾波電容器，其可操作為改變其電容，以在調(diào)整調(diào)光器時保持至少0.9的功率因數(shù)。
[0020]在調(diào)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(nèi)。
[0021 ] 優(yōu)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(hù)電路。
[0022]優(yōu)選地，所述ASIC與有源功率因數(shù)控制器耦合。更優(yōu)選地，所述有源功率因數(shù)控制器包括至少一個電壓跟隨器。在此情況下，所述ASIC優(yōu)選地是14管腳配置，以便控制所述有源功率因數(shù)控制器和無紋波恒定DC電流的調(diào)整。
[0023]優(yōu)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(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括電子開關(guān)，其中，借助根據(jù)以下等式的電壓控制來實現(xiàn)無紋波恒定DC電流:
【權(quán)利要求】
1.一種用于驅(qū)動多個大功率LED單元的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括單個驅(qū)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(qū)動器包括數(shù)字控制器，所述數(shù)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(xù)時間的檢測和計算，以每一個預(yù)定時間間隔調(diào)整所述無紋波恒定直流，從而調(diào)整所述無紋波恒定直流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述單個驅(qū)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(yīng)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(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字控制器是專用集成電路(ASIC);所述ASIC進(jìn)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(xù)時間，以調(diào)節(jié)并提供所述無紋波輸出DC電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，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(xù)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(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，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(guān)斷電子開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，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(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述單個驅(qū)動器電連接到用于調(diào)整所述多個大功率LED燈單元的亮度的調(diào)光器電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求 7所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)光器電路包括電位計、紅外接口、運動傳感器或環(huán)境傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括電容器，所述電容器可操作為改變其電容，以在調(diào)整所述調(diào)光器時保持至少0.9的功率因數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述電位計可操作為工作在O到IOV的電壓內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述變壓器的所述次級端電連接到短路保護(hù)電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述ASIC與有源功率因數(shù)控制器耦合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述有源功率因數(shù)控制器包括至少一個電壓跟隨器。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述ASIC是14管腳配置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括電子開關(guān)，其中，借助根據(jù)以下等式的電壓控制來實現(xiàn)所述無紋波恒定DC電流:

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述單個驅(qū)動器以非隔離配置操作，所述非隔離配置具有根據(jù)以下等式操作于連續(xù)模式的感應(yīng)元件:
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，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(qū)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(jìn)行編程的； 第一電子開關(guān)，可操作為提供第一開關(guān)時間段，以控制功率因數(shù)電壓，所述第一開關(guān)時間段可由所述至少一個IC編程；以及 第二電子開關(guān)，可操作為提供第二開關(guān)時間段，以調(diào)節(jié)流入所述至少一個LED的無紋波恒定DC電流，所述第二開關(guān)時間段可由所述至少一個IC編程。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED驅(qū)動器，其中，所述第一和第二電子開關(guān)是功率MOSFET。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED驅(qū)動器，其中，所述至少一個IC是ASIC。
22.—種設(shè)備，具有輸入端口和多個輸出端口，所述設(shè)備包括: 反極性保護(hù)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(hù)電路，所述多個開路保護(hù)器中的每一個開路保護(hù)器可操作為連接到輸出端口 ； 其中，所述反極性保護(hù)器可操作為在以錯誤極性將負(fù)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(hù)電路可操作為在沒有負(fù)載連接到輸出端口或者負(fù)載擊穿的情況下，形成閉環(huán)串聯(lián)連接。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述反極性保護(hù)器是二極管橋式整流器。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，每一個輸出端口包括相應(yīng)的開路保護(hù)器。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述輸入端口適合于與LED驅(qū)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(fù)載連接。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括根據(jù)權(quán)利要求22到25所述的設(shè)備；其中，根據(jù)權(quán)利要求22到25所述的設(shè)備的所述輸入端口可操作為連接到所述單個驅(qū)動器。
27.一種調(diào)光器電路，用于與LED驅(qū)動器一起使用，所述調(diào)光器電路包括可操作為連接到至少一個調(diào)光控制器的至少一個調(diào)光接口 ；以及可調(diào)整為在所述調(diào)光器電路內(nèi)保持至少.0.9的功率因數(shù)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(yōu)先權(quán)日:2011年11月4日
【發(fā)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