CN105684552A - Led驱动器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

LED驱动器使用电流设置无源组件设置操作电流，并且还使用电压设置无源组件导出可接受电压范围。然后控制电流驱动器以递送电流设置并且监控所提供的电压处于可接受电压范围内。

Description

LED驱动器及驱动方法

技术领域

本发明涉及LED驱动器及驱动方法。

背景技术

在本说明书和权利要求书中，术语“LED”将用于指代有机和无机LED二者，并且本发明可以应用于两种类别。LED是电流驱动的照明单元。使用LED驱动器驱动它们，LED驱动器将期望的电流递送给LED。

所要求的供应电流针对不同照明单元并且针对照明单元的不同配置而不同。最新的LED驱动器设计成具有充足的灵活性使得它们可以用于不同照明单元的广泛范围并且用于众多照明单元的范围。

为了使得能够实现这种灵活性，已知的是使驱动器操作在所谓的“操作窗口”内。操作窗口限定可以由驱动器递送的输出电压和输出电流之间的关系。假定特定照明负载的要求落在该操作窗口内，驱动器能够配置用于与该特定照明负载一同使用，从而给予期望的驱动器灵活性。

可以存在多个标桩（staked）操作窗口，每一个用于相同驱动器架构的不同功率输出版本，使得大量LED单元可以由相同驱动器家族操作。

这意味着驱动器能够用于不同设计且来自不同制造商的LED单元并且用于范围广泛的应用，假定所要求的电流和电压设置适于操作窗口。其还使得照明生成能够在不改变驱动器的情况下升级。

驱动器需要使其输出电流设置成其操作窗口内的期望水平。这可以通过对驱动器编程以递送特定电流而实现。

然而，使得能够针对用户实现较不复杂的接口的可替换方案是使用设置组件提供电流设置，诸如电阻器，其在驱动器外部。该设置电阻器可以例如放置在提供驱动器与LED终端之间的接口的PCB板上，或者电阻器可以集成为连接线缆或连接器单元的部分。

电流设置电阻器（或者其它组件）的值由驱动器测量，其然后可以相应地配置其输出，使得输出电流由电阻值确定。

一旦已经设置电流，由驱动器递送的电压将取决于呈现给它的负载而变化（因为LED是电流驱动的），但是驱动器将维持操作窗口内的该电压。

操作窗口设置的已知使用的一个缺点在于，即使在已经设置电流时，可以由驱动器递送的电压范围非常大，并且因而可能非常不同于源于LED正常起作用时的电压。因而，驱动器可能不能够检测错误条件。

例如，如果驱动器的操作窗口具有大范围，则具有该范围中的低电压的标称操作点的LED可以被驱动直到高得多的电压以及因此大得多的功率，而没有在驱动器侧处检测到任何问题。然后可以以其标称功率的数倍的功率驱动LED，并且其将变热并且可能地可以引起非安全状况。

另一副作用是在以比标称功率高得多的功率进行驱动时，LED将非常快地退化。

当前布置不会使得驱动器能够意识到针对负载的适当电压范围。

发明内容

本发明由权利要求书限定。

根据一方面，提供一种LED驱动器，包括：

用于连接到电流设置无源（passive）组件的电流设置输入；

用于连接到电压或功率设置无源组件的电压设置输入；

用于测量电流设置无源组件的特征值和电压设置无源组件的特征值的测量电路；

控制器；以及

电流驱动器，

其中控制器适配成：

从电流设置特征值导出用于电流驱动器的电流设置；

从电压设置特征值导出可接受电压或功率范围；以及

控制电流驱动器以递送电流设置并且监控输出电压或功率以确定其是否落在可接受范围内。

该LED驱动器利用两个设置组件。它们是无源组件，具有可以测量的特征值。该特征值可以是阻抗，诸如电阻、电容或电感，或者其可以是涉及组件的性能的另一值。例如，特征可以是诸如齐纳二极管之类的组件的阈值。

在一个示例中，组件均为电阻器。这些电阻器取决于特定照明负载来选择，特别地选择阻抗，即电阻值。一个用来确定用于特定负载的期望输出电流（以已知方式）并且另一个用来导出电压或功率操作范围。

对于给定电流，设置电压范围和设置功率范围等同于相同方案。因而，方案可以视为电压设置或功率设置。这在下文称为电压/功率。

这样，LED驱动器可以导出所连接负载的规格。通过限定可接受电压/功率范围，驱动器能够维持有效且安全的负载操作。

驱动器优选地包括具有电流-电压操作窗口的操作窗口驱动器。

可接受电压/功率范围然后可以包括上限和下限，其中上限和下限中的至多一个处于电流-电压窗口的边缘上。因而，一个界限可以处于电流-电压窗口的边缘上，并且另一界限不同于原始窗口。

这样，电压/功率范围小于原本将由驱动器的操作窗口限定的那样。电压/功率范围可以使得可接受电压/功率上限和下限都不处于电流-电压窗口的边缘上。除上限和下限之外，还可以限定标称工作点。

驱动器还可以包括用于从电流设置电阻器值导出电流设置的查找表。替代地，电流设置可以通过算法导出。

可以通过应用第一方程以导出下限以及通过应用第二方程以导出上限来从电压或功率设置电阻器值导出可接受电压/功率范围。例如，上限可以用来指代LED生命终止状况，并且下限可以用来指代短路状况。方程的使用使得能够利用仅几个参数的改变适配函数。可以替代地使用查找表，但是其要求更多努力来实现更新行为。

本发明还提供一种LED驱动器布置，包括：

本发明的LED驱动器；

用于连接到电流设置输入的电流设置无源组件；

用于连接到电压或功率设置输入的电压设置无源组件。

电流设置组件和电压或功率设置组件可以在LED驱动器的制造后可访问，例如使得它们可以简单地连接到驱动器的终端管脚（pin）以导致期望的驱动器配置。这可以通过仪器制造商组合驱动器与照明器以设计总体产品来执行。它们可以在LED的PCB上、在连接器线内、或者在连接器内。

本发明还提供一种照明系统，包括：

本发明的LED驱动器布置；以及

由LED驱动器供电的LED单元，

其中电流设置无源组件具有由LED驱动器使用以确定提供给LED单元的电流水平的特征值，并且电压设置无源组件具有由LED驱动器使用以确定可接受电压范围的特征值。

本发明还提供一种使用电流驱动器驱动LED的方法，包括：

测量电流设置无源组件的特征值；

测量电压设置无源组件的特征值；

从电流设置特征值导出用于电流驱动器的电流设置；

从电压设置特征值导出可接受电压范围；以及

控制电流驱动器以递送电流设置；以及

监控输出电压以确定其是否落在可接受范围内。

附图说明

现在将参照附图详细地描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了LED驱动器的操作窗口的示例；

图2示出了用于使电流设置电阻器值与期望的输出电流相关的表格的示例；

图3示出了依照本发明的到LED驱动器以提供外部信息的外部连接；

图4示出了如何解译不同电压设置电阻器值；

图5示出了由本发明提供的附加信息在驱动器供应负载的方式上的效果；

图6示出了由驱动器使用以向负载递送功率的信息；以及

图7示出了用于测量电阻的电路的示例。

具体实施方式

本发明提供一种LED驱动器，其使用电流设置无源组件来设置操作电流，并且还使用电压或功率设置无源组件来导出可接受电压或功率范围。然后控制电流驱动器以递送电流设置并且监控所提供的电压或功率处于可接受电压范围内。

如上文概述的，已知的是通过设置外部电阻器的值来设置要递送给LED负载的电流。外部电阻器表示LED驱动器的期望输出电流以使得LED能够在LED的指定电流参数内正确起作用。该输出电流设置主要用于操作窗口驱动器。

以下描述是基于使用电流设置电阻器，以及电压设置电阻器来实现本发明。这是用于清楚性，并且可以替代地使用无源组件，诸如电感器或电容器。基本上，可以使用任何组件，针对其可以测量特征值并且该值然后用于提供信息。这可以是阻抗或阈值或者组件的任何其它可测量值。

在图1中示出窗口驱动器的典型操作窗口，其示出了所准许的电流和电压值的区域。对于该任意示例，LED驱动器可以递送100mA和500mA之间的任何负载电流。存在所允许的5-28伏特的电压以及10瓦特的最大功率。最大功率设置限定较高电流和较高电压区域处的区域的曲线部分，并且曲线当然由V（伏特）*I（安培）＜10限定。

为了选择用于期望的对应电流的正确电阻器，可以使用如图2中所示的表格。

所示的表格是针对具有最大电流2000mA的操作窗口。

当测量100,000欧姆以上的电阻器值时，输出限于700mA。这是要防护最大输出电流，并且其还限定默认输出电流，如果没有使用电流设置电阻器的话。

如上文所概述的，尤其针对OLED而言，该操作窗口设置的一个缺点在于，OLED可以被驱动到比预期高得多的功率。例如，具有标称操作点270mA、7.2伏特、1.9瓦特的OLED可以被驱动直到270mA、28伏特以及因而巨大的7.6瓦特，而没有如从驱动器侧看到的任何问题。然而，以其标称功率的四倍驱动的OLED将变热并且可能地可以引起非安全状况以及非常块地退化。

本发明提供一种机制，通过该机制可能让LED驱动器知晓所连接负载是什么规格，使得驱动器能够维持有效且安全的负载操作。

依照本发明，除使用外部设置无源组件（诸如电阻器）导出期望的正确电流之外，使用第二、电压或功率设置无源组件设置电压或功率约束。

将参照电压设置解释本发明，但是将理解到，本发明在概念上与应用于功率设置的情况相同。

如上文提及的，该组件在以下详述的示例中为电阻器，但是这仅仅作为示例。

该电阻器将被标记为R_win以反映在优选示例中其确定电压窗口。

电压设置在最简单的实现中可以表示标称值、最小值或最大值，从其可以限定最大电压，使得限定从操作窗口的下限直到最大值的电压范围。然而，可以替代地使用单个电阻器来限定多个电压触发水平，由此通过使用以下进一步讨论的智能算法来限定具有上限和下限的窗口。

设置电压上界和下界的优点在于，电压值可以对应于所谓的短路触发水平并且最大值可以对应于LED的生命终止（“EOL”）电压。

短路触发水平特别地与有机LED由于有机堆栈内的缺陷所致的故障有关，其中电流不再以均匀分布流动，而是通过单个点。这可能导致高局部功耗和发热。

以与电流设置电阻器相同的方式，电压设置电阻器可以放置在LED上，直接插入在LED驱动器的输出连接器中，或者放置在LED连接器内部或者甚至驱动器内部。

图3示出了驱动器利用电流设置和电压设置电阻器所要求的外部连接的集合的一个示例，并且其中电阻器均在外部。存在五个终端，包括到LED（OLED+，OLED-）的两个连接，连接到电流和电压设置电阻器中的每一个的一端的接地输入（SGND），以及到其它电阻器终端（R_win、R_set）的分离输入。这些使得能够对两个电阻器进行独立电阻测量。电流设置电阻器被示出为30并且电压设置电阻器被示出为32。

最小允许操作电压，也就是说下触发电压，可以限定为：

。

这是基于线性函数，但是还可能具有描述电压触发的更高阶函数。

以类似方式，可以针对电压窗口的最大电压和标称电压限定数学函数。

如上文提及的，限定可以基于短路保护的触发水平。当LED电压在该触发以下时，信道应当切断，因为输出被标识为短路。上触发水平可以针对LED的生命终止（EOL）电压。再次这可以由数学函数限定。

代替简单地用作驱动器中的硬触发，可以创建数学函数以限定预先警告触发，例如LED接近生命终止并且LED应当尽快更换。

在优选示例中，这些多个触发和设置可以从以电压设置电阻器形式的单个信息源导出。

现在将给出一个可能的方程集合的示例。

电流的设置由电流设置电阻器R_set以已知方式实现，例如使用图2的表格。例如，400mALED将与820欧姆的电阻器相关联。

OLED的一个示例的实际操作电压范围利用以下公式计算，其还以一般化形式示出：

标称LED电压

这可以一般化为线性方程：

短路保护（SCP）电压

这可以一般化成线性方程：

生命终止电压

这可以一般化成线性方程：

。

描述这些函数的参数，即 和可以通过数字照明可寻址接口（“DALI”）命令而在软件中改变。

提供以上给出的示例的默认值因而为

。

偏置（offset）和斜率（slope）参数不固定，并且它们可以使用与LED驱动器对接的软件来控制。以这种方式，驱动器非常灵活，并且可以控制成改变公式参数而同时继续在操作中使用电阻器。

用于控制驱动器的软件也可以设计成使得当没有检测到R_set和R_win组件时，操作窗口由内部限定的公式参数来设置。

其可以布置成仅驱动器制造商和/或OEM照明器营造商可以改变这些设置，而不是允许最终终端用户改变设置。

例如，LED驱动器具有三个软件访问权水平。LED驱动器制造商具有完全访问权，仪器制造商具有较低水平的访问权，并且终端用户具有甚至更低水平的访问权。仪器制造商可以选择R_win和R_set值并且将它们连接到LED驱动器以便针对仪器中所驱动的照明单元对LED驱动器进行定制。仪器制造商还可以例如设置最大电流值，并且因此可以定制操作窗口。

图4示出了源自基于以上默认示例的不同电压设置电阻器值的不同触发电压。

列“x折叠堆栈”反映以下事实：典型地从堆栈营造出OLED，以便增加OLED的光输出。每一个堆栈具有典型地3伏特，使得每一个折叠堆栈具有3伏特参考电压。参考电压因而与堆栈中的“折叠”数目成比例。

例如，当驱动器检测到330欧姆的电流设置电阻器（如图2中所示的OLED电流204mA）和600欧姆的电压设置电阻器（标称OLED电压9伏特，短路电压6伏特，生命终止电压指示符21伏特）时，结果为如图5中所示的有效操作窗口。

不需要标称电压来限定电压窗口。然而，其可以例如用于确定标称值（在t=0处）与EOL值之间的差异。这使得能够确定OLED的剩余寿命或已知使用的寿命的指示。

以上线性公式仅仅是示例。跟高阶的数学公式也可能限定触发水平。

当然，因为仅存在所测量的一个参数，所以触发水平和标称值全部相关。然而，函数可以选择成提供短路电压、生命终止电压和标称电压之间的关系的适当总体表示。

图6示出了依照本发明的一个示例的驱动器。驱动器由虚线边界60标示。其包括用于使用如上文解释的电流设置电阻器和电压设置电阻器来设置电流和电压窗口的设置接口62。

接口62接收例如在生产期间设置的内部设置。

利用内部设置，可能校准/细调驱动器的设置以改进驱动器的质量。例如，可以获得输出电流上的窄容差，并且可以减小多信道驱动器中的信道与信道的差异。还可能将输出窗口固定到一个设置，如果驱动器被提供以OLED来作为单个封装的话。然后不需要R_set和R_win组件，并且驱动器的这种版本可以禁用外部设置功能。

接口还接收例如从电阻器值确定的外部设置。接口包括用于测量电流设置电阻器的电阻和电压设置电阻器的电阻的电阻测量电路64。

各种设置信息参数由控制器66使用以控制向LED负载70递送电流的功率递送电路68。从功率递送电路68到处理器66示出电压反馈回路使得电压触发水平由控制器66监控。

在超出触发水平的事件中，可以由控制器66生成警告信号，或者LED的驱动可以暂停。

控制器66提供智能控制系统以用于从内部装置或外部装置搜集针对电流和电压窗口的信息。

电阻测量电路64用于检测外部电阻器的值。如已经针对电流设置电阻器的测量所已知的，可以通过借助于控制器66内部的模拟向数字转换器测量R_set和R_win管脚（参见图3）处的电压来执行电阻的值。

存在使用电流源、用于流电分离的光耦合器、用于衰减或放大的光放大应用等来测量外部连接电阻器的许多方式。可以在驱动器60内使用用于测量电阻值的任何已知方法。

在图7中示出已知测量实现的简单示例。

电路具有高功率线路Vdd和大地之间的两个串联电阻器R1,R2。要测量的电阻R_win或R_set与第二电阻器R2并联。电阻器R2的值是R1的值的数倍高。如果没有连接的外部电阻器，则由控制器的模拟向数字转换器所测量的电压几乎与Vdd相同。保持电容器被示出为C1。

当连接外部电阻器时，电压下降，并且所测量的电压降可以用于导出电阻值。

以上示例利用电阻器进行功率或电压设置。如上文提及的，可以使用其它组件。如果组件的特征值具有与OLED电压的类似温度相关性，则温度补偿构建到可接受电压或功率范围。例如，可以测量齐纳二极管电压，其具有与OLED电压的类似温度相关性。也可以使用负温度系数（NTC）电阻器。组件可以是单个组件或者连接为电路的多个组件。

本发明对于有机和无机LED驱动器是感兴趣的。

本发明利用控制器。控制器可以利用软件和/或硬件以众多方式实现以执行本文讨论的各种功能。处理器仅是控制器的一个示例，其采用可以使用软件（例如微代码）编程以执行所要求的功能的一个或多个微处理器。然而，控制器可以在采用或没有采用处理器的情况下实现，并且也可以实现为执行一些功能的专用硬件和执行其它功能的处理器（例如一个或多个编程的微处理器和相关联的电路）的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以编码有一个或多个程序，其在一个或多个处理器和/或控制器上执行时执行所要求的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或者可以是可输运的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种LED驱动器（60），包括：

用于连接到电流设置无源组件（30）的电流设置输入；

用于连接到电压或功率设置无源组件（32）的电压设置输入；

用于测量电流设置无源组件（30）的特征值和电压或功率设置无源组件（32）的特征值的测量电路；

控制器（66）；以及

电流驱动器（68），

其中控制器（66）适配成：

从电流设置特征值导出用于电流驱动器的电流设置；

从电压或功率设置特征值导出可接受电压或功率范围；以及

控制电流驱动器（68）以递送电流设置并且监控输出电压或功率以确定其是否落在可接受范围内。

2.如权利要求1中要求保护的LED驱动器，其中驱动器包括具有电流-电压操作窗口的操作窗口驱动器。

3.如权利要求2中要求保护的LED驱动器，其中可接受电压/功率范围包括上限和下限，其中上限和下限中的至多一个处于电流-电压窗口的边缘上。

4.如任一项前述权利要求中要求保护的LED驱动器，还包括用于从电流设置特征值导出电流设置的查找表或算法。

5.如任一项前述权利要求中要求保护的LED驱动器，其中控制器（66）适配成通过应用第一方程以导出下限并且通过应用第二方程以导出上限来从电压设置特征值导出可接受电压或功率范围。

6.如权利要求5中要求保护的LED驱动器，其中控制器适配成通过应用第三方程从电压或功率设置特征值导出标称操作电压或功率值。

7.一种LED驱动器布置，包括：

如任一项前述权利要求中要求保护的LED驱动器（60）；

用于连接到电流设置输入的电流设置无源组件（30）；

用于连接到电压或功率设置输入的电压或功率设置无源组件（32）。

8.如权利要求7中要求保护的LED驱动器布置，其中电流设置无源组件和电压或功率设置无源组件在LED驱动器的制造之后可访问。

9.一种照明系统，包括：

如权利要求7或8中要求保护的LED驱动器布置；以及

由LED驱动器供电的LED单元（70），

其中电流设置无源组件具有由LED驱动器使用以确定提供给LED单元的电流水平的特征值，并且电压或功率设置无源组件具有由LED驱动器使用以确定可接受电压或功率范围的特征值。

10.一种使用电流驱动器驱动LED的方法，包括：

测量电流设置无源组件（30）的特征值；

测量电压或功率设置无源组件（32）的特征值；

从电流设置特征值导出用于电流驱动器的电流设置；

从电压或功率设置特征值导出可接受电压或功率范围；以及

控制电流驱动器以递送电流设置；以及

监控输出电压或功率以确定其是否落在可接受范围内。

11.如权利要求10中要求保护的方法，其中驱动器包括具有电流-电压操作窗口的操作窗口驱动器。

12.如权利要求11中要求保护的方法，其中可接受电压或功率范围包括上限和下限，其中上限和下限中的至多一个处于电流-电压窗口的边缘上。

13.如权利要求10到12中任一项中要求保护的方法，还包括从电压或功率设置特征值导出标称操作电压或功率值。

14.如权利要求10到13中任一项中要求保护的方法，包括使用查找表或算法从电流设置特征值导出电流设置。

15.如权利要求10到14中任一项中要求保护的方法，包括通过应用第一方程以导出下限并且通过应用第二方程以导出上限来从电压或功率设置特征值导出可接受电压或功率范围。