LED驅(qū)動電路及驅(qū)動方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2014年10月20日申請的、序列號為14/518,239的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，特此通過引用的方式將其合并到本文中。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及操作放光二極管(LED)的驅(qū)動電路和驅(qū)動方法。

背景技術(shù)：
通常，LED用作交流(AC)供電的光源需要驅(qū)動器將AC線路功率轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流(DC)功率以保持恒定的光輸出。這種LED驅(qū)動器是自備電源，其具有與LED的電特性(例如，正向電壓和驅(qū)動電流)相匹配的輸出。通常，該驅(qū)動器構(gòu)建在單個PCB上并連接到包括LED陣列的LEDPCB。圖1示出了使用已知的反激變換器拓撲的典型的AC-DCLED驅(qū)動器電路。電路10包括具有帶電(L)端子和中性(N)端子的AC電源12和將AC(例如，正弦)輸入波形轉(zhuǎn)換為DC波形(例如，半波整流波形)的整流器電路14。運行該電路，以便當(dāng)開關(guān)Q1導(dǎo)通時，直接從整流的正弦波提取電流。能量存儲在變壓器T1的初級繞組的磁化電感中。整流二極管D1反向偏置并且由次級電容Cout提供LED電流。當(dāng)Q1斷開時，二極管D1導(dǎo)通并且存儲的能量轉(zhuǎn)移到變壓器T1的次級線圈并到達輸出端?？刂破餍酒琔1(例如，可以是iWatt公司生產(chǎn)的用于AC/DCLED驅(qū)動器的iW3620數(shù)字脈沖寬度調(diào)制(PWM)恒流控制器)通過將與次級輸出電壓和LED電流有關(guān)的信息(該信息由變壓器T1的輔助繞組反映)與恒定參考進行比較并基于該比較調(diào)節(jié)開關(guān)Q1的占空比來調(diào)節(jié)LED電流。如圖1所示的AC-DC驅(qū)動器是復(fù)雜并且龐大的電路。需要設(shè)計合適的電磁干擾濾波器以抑制驅(qū)動器或其他設(shè)備產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。該電路的壽命通常受到該電路中使用的電解電容器限制。另一方面，最近已經(jīng)開發(fā)了多個LED照明產(chǎn)品，其中多個串聯(lián)的LED利用內(nèi)置的LED驅(qū)動電路工作，所述內(nèi)置的LED驅(qū)動電路可以直接利用AC電源工作。內(nèi)置驅(qū)動電路具有被配置為容納在標(biāo)準的AC插座中的AC輸入連接。然而，這種產(chǎn)品的缺點是：AC線路電壓是正弦的，并且低頻ACLED系統(tǒng)通常在整流模式下工作，這導(dǎo)致AC驅(qū)動的LED以兩倍于行頻的速率打開和關(guān)閉。圖2A示意性地示出了這種已知的AC驅(qū)動的LED。在該已知的電路中，橋式整流器BR1將電源V1的AC輸出轉(zhuǎn)換為使串聯(lián)的LED串S1正向偏置的脈動DC電壓，這導(dǎo)致串S1中的所有LED導(dǎo)通，并從而發(fā)光。電阻器R1限制通過LED串S1的電流。圖2B示出了這種AC驅(qū)動的LED的光輸出?？梢钥闯?，全部的關(guān)斷時間大約占40％。在某些情況下，這個百分比的關(guān)斷時間可能會被觀察者看作為閃爍，并且可能會成為某些消費者接受LED照明設(shè)備的障礙。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種克服了前述的AC驅(qū)動的LED照明設(shè)備缺點的LED照明系統(tǒng)和其中的驅(qū)動電路。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過為串聯(lián)的LED串提供驅(qū)動電路獲得，其中所述驅(qū)動電路具有可連接到三相電源的輸入端。因此，根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)構(gòu)成三相驅(qū)動的LED照明設(shè)備。為了進一步改進這種三相驅(qū)動的LED照明設(shè)備的調(diào)節(jié)和效率，在優(yōu)選的實施例中，所述驅(qū)動電路包括換向恒流源。使用這種換向恒流源驅(qū)動串聯(lián)的LED串使LED“可見”的驅(qū)動電壓中的紋波最小化，從而減少了關(guān)斷時間并使發(fā)射光中沒有明顯的閃爍。與傳統(tǒng)電源相比，這種三相電源的尺寸可以非常小。在電路中沒有電磁干擾濾波器。因為電路中沒有使用電解電容器，所以可靠性將更高。因為使用了非常少的部件，所以電路更加環(huán)保。對于如在公共區(qū)域照明設(shè)備、倉庫、農(nóng)業(yè)等使用的高功率電源，該電路非常節(jié)約成本。根據(jù)本發(fā)明，不是在單個印刷電路板上提供整流器電路和驅(qū)動電路，而是使整流器電路位于遠離由其供電的LED的位置。整流器電路產(chǎn)生通過雙線電纜系統(tǒng)(即，單相傳輸系統(tǒng))提供給LED的DC紋波電流。因此，被驅(qū)動的LED位于的單個或多個地點本身不需要為了向該地點或那些地點提供三相功率而配備三電纜系統(tǒng)。只有整流器電路需要連接到三相電源，并且LED通過標(biāo)準的雙線單相傳輸系統(tǒng)連接到整流器電路。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種LED驅(qū)動電路，包括：整流器，其包括適于連接到三相電源以分別從所述三相電源接收三相電流的三個輸入端；所述整流器包括多個二極管，所述多個二極管連接成對所述三相電流進行整流以產(chǎn)生橫跨所述整流器的兩個輸出端的DC電壓；單相功率傳輸系統(tǒng)，其由分別連接到所述整流器的所述兩個輸出端的兩條導(dǎo)線組成，以及多個LED，其在遠離所述整流器的至少一個位置串聯(lián)地跨接所述兩條導(dǎo)線，并且由所述整流器在所述兩個輸出端產(chǎn)生的所述DC電壓驅(qū)動，并且在遠離所述整流器的所述至少一個位置通過所述傳輸系統(tǒng)與所述整流器物理地分離；其中，將所述多個LED劃分為多組LED，所述多組LED中的至少一組LED由第一恒流源驅(qū)動，該第一恒流源包括彼此串聯(lián)的第一場效應(yīng)晶體管(FET)、第一電阻器和雙極晶體管(BJT)，其中：第一場效應(yīng)管的第一端限定該第一恒流源的第一端，并且連接至該至少一組LED的遠離整流器高壓輸出端的一端，第一場效應(yīng)管的第二端連接至第一電阻器的第一端，第一電阻器的第二端連接至雙極晶體管的第一端，并且雙極晶體管的第二端連接至整流器的低壓輸出端；該多組LED中的另一組LED由第二恒流源驅(qū)動，該第二恒流源包括彼此串聯(lián)的第二場效應(yīng)晶體管(FET)和第二電阻器，其中：第二場效應(yīng)管的第一端限定第二恒流源的第一端并且連接至該另一組LED的遠離整流器高壓輸出端的一端，第二場效應(yīng)管的第二端連接至該第二電阻器的第一端，該第二電阻器的第二端連接至該整流器的低壓輸出端，以及該第二場效應(yīng)管和該第二電阻器之間的節(jié)點連接至雙極晶體管的控制柵極；其中該LED驅(qū)動電路還包括恒壓源，該恒壓源包括串聯(lián)的第三電阻器和齊納二極管或可控電壓源以及與該齊納二極管或可控電壓源并聯(lián)的電容，其中：第三電阻器的第一端連接至第一恒流源的第一端，第三電阻器的第二端連接至該齊納二極管的第一端或該可控電壓源的第一端，以及連接至該第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管各自的柵極，以及該齊納二極管的第二端或該可控電壓源的第二端連接至該整流器的低壓輸出端；以及其中，隨著整流器的輸出電壓的升高，當(dāng)通過第二場效應(yīng)管的電流達到整流值時，雙極晶體管關(guān)斷第一場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管根據(jù)整流器的輸出電壓交替導(dǎo)通。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種LED的驅(qū)動方法，包括：將整流器的三個輸入端連接到三相電源以分別在所述三個輸入端從所述三相電源接收三相電流；在所述整流器中，對所述三相電流進行整流以產(chǎn)生橫跨所述整流器的兩個輸出端的DC電壓；將由兩條導(dǎo)線組成的單相功率傳輸系統(tǒng)連接到所述整流器的所述兩個輸出端；以及在遠離所述整流器的至少一個位置，將多個LED串聯(lián)地跨接所述單相功率傳輸系統(tǒng)的所述兩條導(dǎo)線，并且在所述至少一個位置利用由所述整流器產(chǎn)生的所述DC電壓驅(qū)動所述LED，其中通過所述單相功率傳輸系統(tǒng)使所述LED與所述整流器物理地分離；其中，將所述多個LED劃分為多組LED，所述多組LED中的至少一組LED由第一恒流源驅(qū)動，該第一恒流源包括彼此串聯(lián)的第一場效應(yīng)晶體管(FET)、第一電阻器和雙極晶體管(BJT)，其中：第一場效應(yīng)管的第一端限定該第一恒流源的第一端，并且連接至該至少一組LED的遠離整流器高壓輸出端的一端，第一場效應(yīng)管的第二端連接至第一電阻器的第一端，第一電阻器的第二端連接至雙極晶體管的第一端，并且雙極晶體管的第二端連接至整流器的低壓輸出端；該多組LED中的另一組LED由第二恒流源驅(qū)動，該第二恒流源包括彼此串聯(lián)的第二場效應(yīng)晶體管(FET)和第二電阻器，其中：第二場效應(yīng)管的第一端限定第二恒流源的第一端并且連接至該另一組LED的遠離整流器高壓輸出端的一端，第二場效應(yīng)管的第二端連接至該第二電阻器的第一端，該第二電阻器的第二端連接至該整流器的低壓輸出端，以及該第二場效應(yīng)管和該第二電阻器之間的節(jié)點連接至雙極晶體管的控制柵極；其中包括串聯(lián)的第三電阻器和齊納二極管或可控電壓源以及與該齊納二極管或可控電壓源并聯(lián)的電容的恒壓源，其中：第三電阻器的第一端連接至第一恒流源的第一端，第三電阻器的第二端連接至該齊納二極管的第一端或該可控電壓源的第一端，以及連接至該第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管各自的柵極，以及該齊納二極管的第二端或該可控電壓源的第二端連接至該整流器的低壓輸出端；以及其中，隨著整流器的輸出電壓的升高，當(dāng)通過第二場效應(yīng)管的電流達到整流值時，雙極晶體管關(guān)斷第一場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管根據(jù)整流器的輸出電壓交替導(dǎo)通。在本發(fā)明的一個方面，一種發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動電路包括：整流器，其包括適于連接到三相電源以分別從所述三相電源接收三相電流的三個輸入端；所述整流器包括多個二極管，所述多個二極管連接成對所述三相電流進行整流以產(chǎn)生橫跨所述整流器的兩個輸出端的直流(DC)電壓；單相功率傳輸系統(tǒng)，其由分別連接到所述整流器的所述兩個輸出端的兩條導(dǎo)線組成，以及多個LED，其在遠離所述整流器的至少一個位置串聯(lián)地跨接所述兩條導(dǎo)線，并且由所述整流器在所述兩個輸出端產(chǎn)生的所述DC電壓驅(qū)動，并且在遠離所述整流器的所述至少一個位置通過所述傳輸系統(tǒng)與所述整流器物理地分離。在本發(fā)明的另一方面，多個LED包括多組LED，其中每組中的LED串聯(lián)，并且各組LED都在與所述整流器分離的各個不同的遠程位置單獨地跨接單相功率傳輸系統(tǒng)的兩條導(dǎo)線。在本發(fā)明的另一方面，一種用于驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)的方法，包括：將整流器的三個輸入端連接到三相電源以分別在所述三個輸入端從所述三相電源接收三相電流；在所述整流器中，對所述三相電流進行整流以產(chǎn)生橫跨所述整流器的兩個輸出端的DC電壓；將由兩條導(dǎo)線組成的單相功率傳輸系統(tǒng)連接到所述整流器的所述兩個輸出端；以及在遠離所述整流器的至少一個位置，將多個LED串聯(lián)地跨接所述單相傳輸系統(tǒng)的所述兩條導(dǎo)線，并且在所述至少一個位置利用由所述整流器產(chǎn)生的所述DC電壓驅(qū)動所述LED，其中通過所述單相功率傳輸系統(tǒng)使所述LED與所述整流器物理地分離。在本發(fā)明的另一方面，包括將所述多個LED劃分為多組LED，其中每組LED包括多個串聯(lián)的LED；以及在不同程度地遠離所述整流器的各個位置，將每組LED單獨地跨接所述兩條導(dǎo)線。附圖說明附圖僅是舉例說明的目的，而不一定是按照比例來繪制。然而，通過參考下面結(jié)合附圖的詳細描述，可以最好地理解本發(fā)明本身，其中：圖1如上所述，是傳統(tǒng)的AC-DCLED驅(qū)動器的電路圖。圖2A如上所述，是傳統(tǒng)的AC驅(qū)動的LED照明設(shè)備的電路圖。圖2B如上所述，示出了如圖2A所示的AC驅(qū)動的LED照明設(shè)備的光輸出波形。圖3是根據(jù)本發(fā)明的三相驅(qū)動的LED照明設(shè)備的電路圖。圖4示出了圖3的三相驅(qū)動的LED照明設(shè)備的光輸出波形。圖5是本發(fā)明的實施例的電路圖，其中，驅(qū)動電路包括換向恒流源。圖6示出了用于操作圖5所示的電路的整流的三相電壓波形。圖7示出了圖5電路中所示的兩個恒流源中的第一恒流源的電流波形。圖8示出了圖5電路中所示的兩個恒流源中的第二恒流源的電流波形。圖9示出了圖5的電路中的LED串的光輸出波形。圖10示出了提供給圖5所示的電路的相L1的輸入電流波形。圖11是本發(fā)明另一個實施例的具有分級調(diào)光功能的示意性電路圖。圖12示出了圖11的實施例中的可變電壓源中的不同電壓的光輸出波形。圖13是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的既允許以三相模式操作又允許以單相模式操作的示意性電路圖。圖14分別示出了圖13的實施例的三相模式和單相模式的光輸出波形。圖15是根據(jù)本發(fā)明的使用單相傳輸網(wǎng)絡(luò)的配電系統(tǒng)的框圖。具體實施方式圖3是根據(jù)本發(fā)明的三相LED驅(qū)動電路的第一實施例的電路圖。二極管D1至D6形成的三相整流器連接到輸入端，三相電源的三個相L1、L2和L3在所述輸入端提供給驅(qū)動電路。由二極管D1至D6形成的三相整流器將輸入信號L1、L2和L3轉(zhuǎn)換為施加于發(fā)光二極管串S1的DC電壓。電阻器R1限制通過LED串S1的電流。圖3中的LED的光輸出在圖4中以波形示出。如從圖4可以看出的，其中沒有關(guān)斷時間。相反，其中有速率6倍于行頻的紋波。在很多國家，這種閃爍處于理論上不會被感覺到的300或360Hz。圖3所示的電路效率約為85％。然而，因為只有R1用于限制LED串S1的電流，所以線電壓的變化可能導(dǎo)致光輸出的變化。為了提高效率和電流調(diào)整，在根據(jù)圖5所示的發(fā)明的驅(qū)動電路的另一個實施例中，將驅(qū)動的LED串劃分為正向電壓比為8:1的兩個子串，并且提供了兩個分別驅(qū)動LED子串的恒流源。圖5示出的驅(qū)動電路還具有由二極管D1至D6形成的整流器，其連接到具有輸入端L1、L2和L3的三相源。假設(shè)三相源是380V的三相電源，圖6示出了通過圖5的A和B的整流的三相電壓波形。圖5的實施例中的LED串S1由每個LED具有50V的正向電壓的8個串聯(lián)的LED形成。電阻器R3、齊納二極管ZD1和電容C1形成使場效應(yīng)晶體管M1和M2的各個柵極偏壓的恒壓源。由晶體管M1、電阻器R1和雙極晶體管Q1形成的電流源用于驅(qū)動LED串S1。當(dāng)橫跨A和B的電壓上升到超過500V時，包括單個50V的LED的附加LED串S2開始通過由晶體管M2和電阻器R2形成的另一個電流源而導(dǎo)通。隨著橫跨A和B的電壓進一步的升高，通過M2的電流達到整流值，并且晶體管Q1關(guān)斷晶體管M1。圖7和圖8分別示出了晶體管M1和M2的電流波形。應(yīng)當(dāng)注意的是，晶體管M1和M2根據(jù)橫跨A和B的電壓變化而交替導(dǎo)通，從而使功耗最小化。在低電壓時，只導(dǎo)通LED串S1。在高電壓時，導(dǎo)通LED串S1和S2。圖9示出了圖5示出的實施例的光輸出。與圖4中所示出的圖3的實施例的光輸出相比，從圖9可以看出，紋波被最小化到少于8％。效率也提高到95％。圖10示出了L1的輸入電流波形。其他相L2和L3將具有相同的波形，但是將相對于相偏移。在具有這種輸入電流波形的情況下，圖5所示的實施例的功率因數(shù)具有0.95的典型值。圖11示出了用于分級調(diào)光的改進的電路。齊納二極管ZD1由可控電壓源VZ代替。LED電流與VZ的電壓成比例。圖12示出了增加或降低VZ的電壓的效果。該分級調(diào)光特性使該電路適用于傳統(tǒng)的0-10V照明設(shè)備的調(diào)光。圖13示出了可用于三相輸入和單相輸入的電路。在這種情況下，需要將中性輸入連接到電路。將LED串S1進一步劃分為子串S1A和S1B。由晶體管M0、電阻器R0和雙極性晶體管Q0形成的附加電流源用于驅(qū)動LED串S1A。在三相輸入的情況下，該附加電流源永不導(dǎo)通，并且該電路如圖5所描述的電路那樣操作。在只具有單相輸入的情況下，例如，斷開相L2和L3，當(dāng)整流電壓高于200V時，S1A導(dǎo)通。因為單相的峰值輸入電壓不足以導(dǎo)通LED串S1B和S2，所以將只有LED串S1A一直點亮。圖14示出了三相輸入和單相輸入的光波形。應(yīng)當(dāng)注意的是，在單相輸入期間，在LED關(guān)斷時間內(nèi)，光輸出減少并且紋波頻率降低。正常情況下，電路應(yīng)當(dāng)在三相輸入模式下操作。單相操作僅用于三相電源不可用的功率故障情況下。盡管圖13示出的實施例使用了根據(jù)圖11的實施例的可變電壓源VZ進行分級調(diào)光，但是還可以如圖5的實施例那樣，通過用齊納二極管ZD1代替可變電壓源VZ，而使圖13示出的電路被設(shè)計有恒流源。如圖15所示，其中示出的電路的前端(即，整流器電路)可以在物理上與如圖15中的虛線所示的LED電流電路相分離。如圖15所示，那些電路部分可以通過雙線單相傳輸系統(tǒng)彼此物理地分離。通過使整流器電路處于整個系統(tǒng)的前端，例如，位于為數(shù)英里的路燈提供功率的變電站，將三相功率轉(zhuǎn)換為分配給LED(例如，在各個地點照明的路燈)的DC紋波功率。因此，在那些地點的LED電路只需要包含被指定為圖15中的LED電流電路的那部分。在傳輸系統(tǒng)的前端轉(zhuǎn)換三相功率的優(yōu)點是：前述的DC紋波功率只需要兩條導(dǎo)線來進行功率分配，這樣就可使用現(xiàn)有的供電電纜向?qū)嶋H地點的LED提供功率。因此不需要為了使用如本文所描述的三相電源而將現(xiàn)有的或標(biāo)準的雙線單相線纜系統(tǒng)改變?yōu)槿€或四線系統(tǒng)。另外，因為每個LED不需要在本地設(shè)有其自己的整流器電路，所以降低了整個系統(tǒng)的總成本。盡管可以建議所屬領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明作出修改和改變，但是發(fā)明人的意圖是：將在其對本領(lǐng)域作出貢獻的合理和適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)作出的所有修改和改變都體現(xiàn)到本專利要求保護的范圍內(nèi)。