專利名稱：用于led發(fā)光模塊的供電組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED發(fā)光模塊的供電組件，其包括可連接到LED發(fā)光模塊的電源單元以及脈沖串控制單元，該控制器能夠以一個脈沖串頻率對LED發(fā)光模塊的電源(電壓或電流)進行開啟和關(guān)斷開關(guān)以便控制LED發(fā)光模塊的平均光輸出。
LED發(fā)光模塊正越來越多地用于照明物體。它們也用作信號發(fā)光，例如在交通燈中。LED發(fā)光模塊的光輸出可用多種公知的方法進行控制。所述方法之一是控制(變低)經(jīng)過模塊的電流強度。這種方法有其缺點，即在電流強度低于額定電流強度的大約20％時，電流強度和光輸出之間的關(guān)系基本上變?yōu)榉蔷€性，并且模塊的效率變得很不理想。因此，已經(jīng)開始尋找能夠控制光強而維持經(jīng)過模塊的額定電流不變的解決辦法。US5,661,645描述了開頭段落所述LED發(fā)光模塊的電源單元。在所述文件中，脈沖串控制單元安排在電壓源輸出和LED發(fā)光模塊之間，因此模塊的電源可用某種脈沖串頻率進行開啟和關(guān)斷開關(guān)。電壓源持續(xù)處于開狀態(tài)，即使在LED發(fā)光模塊的電源被切斷時也是如此，其結(jié)果是產(chǎn)生了不必要的能量損耗。
本發(fā)明的一個目的是提供一種有效、可靠、廉價和簡單的供電組件，用于改善效能的LED發(fā)光模塊。
這一目的可根據(jù)本發(fā)明而以實現(xiàn)，其中脈沖串控制單元能夠用脈沖串頻率對電源單元進行開啟和關(guān)斷開關(guān)。在這種情況中，該電源單元只在真正提供電流時才處于開啟狀態(tài)，因此減小了熱量的產(chǎn)生和能量的損耗，其結(jié)果是改善了系統(tǒng)的效能。
優(yōu)選地，脈沖串控制單元包括一個能夠在電源單元處于開啟狀態(tài)期間控制脈沖長度的脈沖持續(xù)時間調(diào)制器。這使得平均光輸出能被控制。
優(yōu)選地，電源單元是一個受控恒流源。其優(yōu)點在于，沒有必要在LED模塊中使用另外的測量，例如，提供附加電阻器，來控制經(jīng)過LED的電流。
優(yōu)選地，電源單元是一個提供波紋DC電流或波紋DC電壓的高頻開關(guān)模式電源(smps)，所述電源單元優(yōu)選地包括半橋式變換器、降壓變換器或者回掃變換器。脈沖持續(xù)時間調(diào)制器可優(yōu)選地以脈沖串頻率對變換器進行開啟和關(guān)斷開關(guān)。用此方法，可非常有效地達到希望的效果。此外，變換器的波紋頻率優(yōu)選地是脈沖串頻率的整數(shù)倍，并且波紋DC電壓或波紋DC電流可被同步于脈沖串控制信號，其結(jié)果是降低了系統(tǒng)中所有穩(wěn)定性問題和能量損耗。
出于同樣理由，脈沖串頻率優(yōu)選地是電壓源例如供電組件可連接的主電源頻率(通常為50Hz或60Hz)的整數(shù)倍，并且脈沖串控制信號可被同步于主電源電壓信號。
優(yōu)選地，脈沖串頻率處于50至200Hz或超過20KHz的范圍；更優(yōu)選地，脈沖串頻率為100Hz(如果主電源頻率為50Hz)或120Hz(如果主電源頻率為60Hz)。當(dāng)使用半橋式變換器時，最好選擇盡可能低的與開關(guān)損耗有關(guān)的脈沖串頻率。但是，頻率應(yīng)優(yōu)選地超過人眼可觀測頻率(大約70Hz)，因為LED在較低頻率下產(chǎn)生的閃爍是顯而易見的，而這是令人討厭的。此外，該頻率優(yōu)選地在人的聽覺范圍200Hz至20KHz之外以避免干擾聲音效應(yīng)。
優(yōu)選地，電源單元在開啟狀態(tài)提供給LED發(fā)光模塊的電流是已被選作額定電流的恒定電流，而其導(dǎo)致LED發(fā)光模塊具有最佳的光輸出，因此電源單元可對額定電流強度而被優(yōu)化，這對效能具有良好的效果。
在一優(yōu)選實施例中，脈沖串控制單元連接到一個能夠測量LED發(fā)光模塊的溫度和/或光輸出的傳感器上，所述脈沖串控制單元根據(jù)傳感器所測值能夠控制脈沖長度，在該脈沖長度期間電源單元處于開啟狀態(tài)。由此，模塊的光輸出可在各種情況下保持穩(wěn)定。在另一優(yōu)選實施例中，脈沖的持續(xù)時間可由用戶進行調(diào)整。由此，模塊的光輸出可根據(jù)用戶需要進行變低。
在此公開的供電組件也適合于操作形成顯示單元一部分的LED發(fā)光模塊，例如液晶顯示器(LCD)。
本發(fā)明的這些和其它方面，從參考下文描述的實施例是明顯的。
在附圖中

圖1A示意性地示出了一個與LED發(fā)光模塊連接的供電組件。
圖2示出了一個曲線，其中經(jīng)過LED發(fā)光模塊的電流作為時間的函數(shù)而示出。
圖3示出了圖1所示系統(tǒng)的第一個詳細實例。
圖4示出了圖1所示系統(tǒng)的第二個詳細實例。
如圖1所示，供電組件I包括一個給LED發(fā)光模塊2提供電流的電源單元，優(yōu)選為受控恒流源1.LED發(fā)光模塊2，例如作為LCD背光(back light)，包括多個可并聯(lián)或串聯(lián)連接的發(fā)光二極管(LED)3。該圖示意性地示出了脈沖串控制單元4能夠?qū)⒑懔髟催M行開啟和關(guān)斷開關(guān)。為此目的，脈沖串控制單元4發(fā)出一個脈沖串控制信號5，該脈沖串控制信號由持續(xù)時間為Tpulse的脈沖組成，其用脈沖串頻率fburst開啟受控恒流源1，如圖2所示。脈沖串頻率fburst應(yīng)超過人眼可觀測頻率(大約70Hz)，因為LED發(fā)光模塊在較低頻率產(chǎn)生的閃爍將是很煩擾的(比較顯示管的監(jiān)視器)。但是，脈沖串頻率fburst不應(yīng)超過某一值，因為這會導(dǎo)致大量不必要的開關(guān)損耗，并且此外也可能引起不希望的音頻背景噪聲。
在此實例中，受控恒流源1是一個包括半橋式變換器的高頻開關(guān)模式電源(smps)，該橋式變換器可由脈沖串控制單元進行開啟和關(guān)斷開關(guān)。其它高頻變換器，如降壓變換器、回掃變換器和其它類型的變換器也可適合用作受控恒流源。這樣一種公知的受控制恒流源輸送直流，其電流強度和/或電壓可被控制。這種受控恒流源獨特的特點是其直流是一種波紋直流，其意味著電流強度隨高波紋頻率在最小值6和最大值7之間發(fā)生變化。此最小值6和最大值7的平均就是受控恒流源1的平均直流強度8。此電流強度8優(yōu)選等于選作用于LED發(fā)光模塊2的額定電流的電流值。為了避免額外的開關(guān)損耗，受控恒流源1的波紋信號優(yōu)選同步于脈沖串控制信號。
圖2示出了通過LED發(fā)光模塊2的電流9的平均大小設(shè)定在受控恒流源平均電流8的50％處的情況。這通過將脈沖持續(xù)時間Tpluse設(shè)定在周期長度(fburst)的50％處來實現(xiàn)。通過改變脈沖持續(xù)時間Tpluse，通過LED發(fā)光模塊2的電流9的平均大小可獲得受控恒流源輸送的額定電流的0％至100％之間的任何希望值。為此目的，脈沖串控制單元4提供了一個脈沖持續(xù)時間調(diào)制器。
圖3和圖4示出了供電組件I的優(yōu)選實施例，如圖3所示的供電組件I可連接到AC電壓源如主電源，而如圖4所示的供電組件I可連接到DC電壓源如電池。如同圖1，在圖3和圖4中示出的高頻開關(guān)模式電源包括受控恒流源(開關(guān)模式電流源)1、LED發(fā)光模塊(LEDMODULE)2和脈沖串控制單元(Burst control)4。
脈沖串控制單元4可連接到可由用戶借助總線(Bus)進行設(shè)置的變低裝置(Dim interface)14上。該變低裝置依靠電壓信號(Vdim)能夠控制脈沖串控制單元4的脈沖持續(xù)時間(也指脈沖寬度)Tpulse。
由于LED的光輸出是依賴于溫度的，LED照明單元2可被提供一個監(jiān)視LED照明單元2的溫度(TEMP_OUT)和/或光輸出(OPT_OUT)的傳感器。該傳感器可給脈沖串控制單元4發(fā)送一個電壓信號(分別為VTF和VOF)，所述電壓信號也能夠控制脈沖持續(xù)時間Tpluse。依靠這種反饋可有效地穩(wěn)定住LED發(fā)光模塊2的光輸出。
根據(jù)圖3，受控恒流源以種意義上本質(zhì)是公知的濾波器/整流器(Filter/rect.)10和預(yù)處理裝置(Preconditioner)11來饋給，其由端子L，N和PE連接到例如接地的主電源(110V/60Hz或230V/50Hz)上。在低功率系統(tǒng)(＜25W)的情況中，預(yù)處理裝置可由簡單的能量緩沖器代替。為了排除任何有關(guān)預(yù)處理裝置穩(wěn)定性方面的困難，依靠同步信號(Sync)將脈沖串控制信號同步于主電源電壓信號是重要的。輔助供電(Aux.supply)15為系統(tǒng)的不同部件提供了必要的低壓供電。
根據(jù)圖4，受控恒流源1由DC濾波器(Filter)12和可選的一個DC/DC變換器(DC-DC converter)13來饋給，它們被連接到具有端子L和N的蓄電池或電池組上。
權(quán)利要求
1.一種用于LED發(fā)光模塊的供電組件，包括一個與LED發(fā)光模塊相連接的電源單元和一個能夠用脈沖串頻率(fburst)對LED發(fā)光模塊的電源進行開啟和關(guān)斷開關(guān)以便控制LED發(fā)光模塊平均光輸出的脈沖串控制單元，其特征在于脈沖串控制單元能夠用脈沖串頻率(fburst)對電源進行開啟和關(guān)斷開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1的供電組件，其特征在于脈沖串控制單元包括一個脈沖串持續(xù)時間調(diào)制器，該脈沖串持續(xù)時間調(diào)制器能夠控制脈沖串長度(Tpulse)，在脈沖串長度(Tpulse)期間電源單元是處于開啟狀態(tài)的。
3.如權(quán)利要求1或2的供電組件，其特征在于電源單元是一個受控恒流源。
4.如權(quán)利要求1，2或3的供電組件，其特征在于電源單元是一個提供波紋DC電流或波紋DC電壓的高頻開關(guān)模式電源。
5.如權(quán)利要求4的供電組件，其特征在于脈沖持續(xù)時間調(diào)制器可用脈沖串頻率(fburst)對所述變換器進行開啟和關(guān)斷開關(guān)。
6.如權(quán)利要求4或5的供電組件，其特征在于變換器的波紋頻率是脈沖串頻率(fburst)的整數(shù)倍，并且波紋DC電壓或波紋DC電流可被同步于脈沖串控制信號。
7.如前面權(quán)利要求中任何一項權(quán)利要求的供電組件，其特征在于脈沖串頻率(fburst)是主電源電壓頻率的整數(shù)倍，供電組件可被連接于主電源電壓上，并且脈沖串控制信號可與主電源電壓信號同步。
8.如前面權(quán)利要求中任何一項權(quán)利要求的供電組件，其特征在于脈沖串頻率(fburst)的范圍處于50至200Hz之間或20kHz之上。
9.如前面權(quán)利要求中任何一項權(quán)利要求的供電組件，其特征在于所述脈沖串頻率(fbust)是100或120Hz。
10.如前面權(quán)利要求中任何一項權(quán)利要求的供電組件，其特征在于處于開啟狀態(tài)的電源單元提供給LED發(fā)光模塊的電流是一個已被選作額定電流的恒定電流，并且其導(dǎo)致LED發(fā)光模塊有最佳的光輸出。
全文摘要
用于LED發(fā)光模塊的供電組件,包括一個PWM控制的電流源電源單元,其可與LED發(fā)光模塊相連接,以及一個脈沖串控制單元,其能夠用脈沖串頻率(fburst)對電源單元進行開啟和關(guān)斷開關(guān)以便控制平均光輸出。優(yōu)選地,脈沖串控制單元被提供有脈沖持續(xù)時間調(diào)制器,用于控制脈沖長度(T pluse),電源單元工作于該脈沖長度期間。
文檔編號H05B33/08GK1363198SQ01800162
公開日2002年8月7日 申請日期2001年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月3日
發(fā)明者R·A·A·M·雅各布斯, B·J·E·洪特勒, A·A·M·馬里努斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司