用于负载的驱动器件及用该驱动器件驱动负载的方法.pdf

本发明涉及用于负载(11)特别是LED/OLED单元(12；20，22)的驱动器件，包括与该负载并联的分路开关(30)；用于控制该分路开关(30)的控制单元(14，26)；适合于向至少该控制单元(14，26)供给能量的能量存储元件(40)；与该能量存储元件(40)串联布置的再充电控制电路系统(46)，能量存储元件(40)与再充电控制电路系统(46)的串联后与该分路开关(30)并联，其中所述控制单元(14，26)适合于在所述能量存储元件(40)要被再充电时，激活所述再充电控制电路系统(46)并且断开所述分路开关(30)。本发明还涉及驱动负载(11)的方法。

1.  用于负载(11)的驱动器件，包括：
与该负载(11)并联的分路开关(30)；
用于控制该分路开关(30)的控制单元(14，26)；
适合于向至少该控制单元(14，26)供给能量的能量存储元件(40)；
与该能量存储元件(40)串联布置的再充电控制电路系统(44，46)，能量存储元件(40)与再充电控制电路系统(44，46)串联后与该分路开关(30)并联，其中所述控制单元(14，26)适合于在所述能量存储元件(40)要被再充电时激活所述再充电控制电路系统(46)并断开所述分路开关(30)。

2.  如权利要求1的驱动器件，其中所述再充电控制电路系统(44)是当激活时接通的开关(46)。

3.  如权利要求1的驱动器件，其中所述再充电控制电路系统(44)是DC/DC转换器，所述DC/DC转换器在激活时工作。

4.  如权利要求1～3中任一项的驱动器件，其中所述负载(11)是光单元(12)，特别是LED/OLED单元(20，22)。

5.  如前述任一项权利要求的驱动器件，其中所述能量存储元件(40)包括至少一个电容器(42)。

6.  如前述任一项权利要求的驱动器件，其中电压比较器(58)被提供以用于将该能量存储元件两端的电压与参考值作比较，并用于在该电压降至该参考值之下时产生用于控制单元(14，26)的再充电控制信号。

7.  如前述任一项权利要求的驱动器件，其中所述控制单元(14，26)适合于通过接通和断开所述分路开关(30)来控制通过负载(11，12)的驱动的电流，使得以最大为99.9％的占空比驱动该负载，并且在该负载(11，12)断开时的剩余时间内对所述能量存储元件(40)再充电。

8.  如权利要求7的驱动器件，其中所述控制单元(14，26)适合于监控所述能量存储元件(40，42)两端的电压，并且在所述监控的电压达到预定电平时停止对所述能量存储元件(40，42)的再充电。

9.  如前述任一项权利要求的驱动器件，其中所述控制单元(14，26)适合于具有低于所述负载(11；12；20，22)的正向电压的电源电压。

10.  如前述任一项权利要求的驱动器件，其中所述再充电控制电路系统适合于具有低于所述负载(11；12；20，22)的正向电压的电源电压。

11.  用驱动器件驱动负载的方法，优选地用驱动器件驱动光单元的方法，该驱动器件包括与所述负载(11)并联的分路开关(30)，再充电控制电路系统(44)，与所述再充电控制电路系统串联连接的能量存储元件(40)，所述串联连接与所述分路开关并联，以及用于控制所述分路开关和所述控制开关的控制单元，
为了对所述能量存储元件再充电的目的，所述方法包括步骤：
激活所述再充电控制电路系统(46)；
将所述分路开关(30)从接通切换到断开；
在预定时间段之后和/或当能量存储元件两端的电压达到预定值时，再次接通所述分路开关(30)，并再使所述再充电控制电路系统(46)去激活。

用于负载的驱动器件及用该驱动器件驱动负载的方法
技术领域
本发明涉及用于负载(特别是LED/OLED单元)的驱动器件。本发明还涉及用该驱动器件驱动负载的方法。
背景技术
发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)正日益用于装饰目的或显示应用。为了具有高分辨率和平滑转换，需要大量的光点。在很多这些应用中，电子电路用来控制LED，特别是用来控制LED的状态(接通/断开)。本领域已知的是，该接通/断开条件可以用与对应LED并联耦合的分路开关进行控制。若分路开关接通(闭合)，则LED被分路，因而LED断开。若分路开关断开(打开)，则LED接通，因为驱动电流不流过分路开关。除LED的状态(接通/断开)外，LED的平均亮度或光强度也可以通过根据预定的或可选的占空比切换分路开关进行控制。
在所有这些情况中，控制电路都需要电源来供应必需的能量。这种需求导致要么要有额外的电线来向现场(on-site)控制电路供给电源电压，要么要有从LED的供电中获得功率的电源。在大多数情况下，第二种解决方案都会产生额外的损耗或对LED性能具有不希望有的影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目标是提供一种用于负载的驱动器件以及用该驱动器件驱动负载的方法，借此克服上述缺陷。特别地，这种驱动器件不应当具有向现场控制电路供给电源电压的额外电线，而且应当避免额外的损耗或对负载性能产生影响。
本发明的这些目标和其他目标借助于一种用于负载(优选地为光单元，特别地为LED/OLED单元)的驱动器件来实现，该驱动器件包括：
与该负载并联的分路开关；
用于控制该分路开关的控制单元；
适合于向至少该控制单元供给能量的能量存储元件；以及
与该能量存储元件串联布置的再充电控制电路系统(circuitry)，能量存储元件与再充电控制电路系统串联后与该分路开关并联，其中所述控制单元适合于在所述能量存储元件要被再充电时激活所述再充电控制电路系统并断开所述分路开关。
换句话说，该驱动器件具有它自己的电源，该电源向至少该控制单元供应所需功率。该电源包括适合于存储和供应功率的能量存储元件。然而，用于对该能量存储元件再充电的能量仅在光单元被断开期间的时段内从驱动电流得到。尽管如此，分路开关也被断开以便通过用来对能量存储元件再充电的驱动电流在负载两端产生电压降。为了避免负载被再次接通，能量存储元件和控制单元两端的电压降要低于向负载供电所需的正向电压，优选地使光单元发射光所需的正向电压。
本发明具有的优点是，首先，用于向控制电路供给电源电压的额外的电线不是必需的。其次，所用的向至少控制单元供给电源电压的能量存储元件不会影响负载(优选地为LED)的性能。特别地，光强度不会降低，这是因为用于对存储元件再充电的能量来源于在对应光单元被断开期间的时段内的驱动电流。
在一个优选实施例中，所述再充电控制电路系统包括在激活时接通的控制开关。然而，该再充电控制电路系统也可以包括在激活时工作的DC/DC转换器。
在一个优选实施例中，负载是光单元，优选地是LED/OLED单元。
在一个优选实施例中，能量存储元件包括至少一个电容器。
其优点在于，电容器是廉价且容易实现的部件。
在一个优选实施例中，所述光单元包括一个或多个串联和/或并联耦合的发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)。
本发明的驱动器件在被用于控制发光二极管时是有利的。应当注意，在本申请的上下文中，用语“LED”或“LED单元”指的是LED或OLED，或者串联或并联或串并联混合的LED/OLED元件。
在一个优选实施例中，提供了电压比较器以用于将能量存储元件两端的电压与参考值作比较，并且用于在该电压降至该参考值之下时产生用于控制单元的再充电控制信号。
换句话说，当能量存储元件两端的电压低于预定的参考值时，再充电循环由控制单元启动。因而，再充电循环不与时间有关而是与电压有关。
尽管如此，也可以设计再充电循环使其与时间有关，这意味着对能量存储元件的再充电要以变化或固定的时间模式实施。
然而，应当注意，再充电循环只是在不激活光单元(不发射光)的阶段期间实施。
在一个优选实施例中，串联的两个电阻器并联地耦合到能量存储元件，以向电压比较器供应电压信号。
换句话说，分压器用来产生等效于能量存储元件两端的电压的电压信号。用两个电阻器形成分压器这种解决方案是电压传感器元件的非常廉价而容易的实现方式。
在另一个优选实施例中，所述控制单元适合于通过接通和断开所述分路开关来控制通过光单元的驱动的电流，使得以最大为99.9％的占空比驱动负载，并在该负载断开时的剩余时间内对所述能量存储元件再充电。
如前面已述的，再充电循环可以不依赖于能量存储元件两端的电压而是依赖于时间来实施。然而，这意味着控制单元不许光单元连续接通，光单元连续接通对应的是100％的占空比。相反，最大占空比必须留出时间，在该时间期间光单元被断开并且存储元件可以被再充电。最大为99.9％的占空比足以实现再充电的目的。
为了避免能量存储元件过量充电，与能量存储元件并联地设置Z二极管，作为过充电保护。
替代地，所述控制单元适合于监控所述能量存储元件两端的电压，并在所述监控电压达到预定电平时停止对能量存储元件的再充电。
在一个优选实施例中，所述再充电控制电路系统适合于具有低于负载的正向电压的电源电压。
在一个优选实施例中，所述再充电控制电路系统和所述分路开关以及所述控制信号被设置成容许自动启动驱动器件。
上述目标还借助于一种用驱动器件驱动负载(优选地为光单元)的方法来实现，该驱动器件包括与所述负载并联的分路开关，再充电控制电路系统，与所述再充电控制电路系统串联连接的能量存储元件，所述串联连接与所述分路开关并联，以及用于控制所述分路开关和所述再充电控制电路系统的控制单元，其中为对所述能量存储元件再充电，所述方法包括步骤：
激活所述再充电控制电路系统；
将所述分路开关从接通切换到断开；
在预定时间段之后和/或当能量存储元件两端的电压达到预定值时，再次接通所述分路开关，并再次使所述再充电控制电路系统去激活。
优选地，所述再充电控制电路系统作为控制开关而提供，所述激活步骤包括接通所述开关的步骤，所述去激活步骤包括断开所述开关的步骤。
然而，该再充电控制电路系统还可以作为例如DC/DC转换器而提供，其在激活时工作。
优选地，所述再充电在预定时间模式下实施。
替代地，所述再充电在所述能量存储元件两端的电压降至预定值之下时实施。
优选地，以在没有能量向负载供应时的时间间隔期间执行该再充电的方式，使所述再充电适合于负载的希望的操作间隔。
本发明的方法提供了与上述驱动器件相同的优点，因而避免再重复这些优点。
其他的特征和优点可以从下面的描述及附图获得。
应当理解，上面提到的特征以及下面将要解释的那些特征不仅能用在指出的各种组合中，而且还能用在其他组合中或单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例示于附图中，并将在下面的描述中参照附图更详细地加以说明。
在附图中，图1示出依照本发明的驱动器件的示意框图。
在图1中，驱动器件被示意性地示出，并用附图标记10表示。
具体实施方式
驱动器件10包括负载11，在该实施例中其优选地作为光单元12而提供。该光单元12优选地为LED单元，包括一个或多个LED 20、22。如前面已经提到的，“LED”指的是LED或OLED，或者是串联或并联或串并联混合的LED和/或OLED元件。
串联的LED 20、22用供应电流I1的电流源18驱动。该电流源18不是驱动器件10的一部分。
驱动器件10还包括控制单元14和能量存储单元16。
控制单元14包括控制电路26和与光单元12并联耦合的分路开关30。该分路开关30优选地为诸如晶体管或场效应晶体管的电子开关，其用控制电路26进行控制并用来使光单元12成分路。
若分路开关30打开或断开，则光单元12的两个末端之间没有旁路，从而驱动电流I1可以通过光单元12，结果光单元12发射光。
若分路开关30闭合(接通)，则光单元12的两个末端之间有旁路，结果没有驱动电流通过光单元12。于是，光单元12被断开，不发射光。
另外，控制单元14包括接收外部开关信号DI的数据输入端28。分路开关30和开关46的激活(这将在下面描述)可以基于控制电路26中可获得的内部数据、信号DI以及来自能量存储单元16的其他信号来产生。
很显然，控制电路26需要电源电压，在本实施例中该电源电压用能量存储单元16提供。
控制电路26主要用来控制分路开关30的占空比。分路开关30的占空比即为分路开关30接通和断开状态的比例或频率，其允许分别控制LED20、22的亮度和光强度。用于切换分路开关30的控制信号或者由控制电路26产生，或者由主单元(master unit)产生。在后一种情况下，控制电路26用作开关信号DI’的接收器。
能量存储单元16包括能量存储元件40，其优选地采用一个或多个电容器42的形式。另外，再充电控制电路系统44用去耦二极管48与电容器42串联地耦合，该去耦二极管48作为肖特基二极管49或Z二极管而提供，其连接在电容器42与再充电控制电路系统44之间。在本实施例中，该再充电控制电路系统作为开关46而提供，以下称之为控制开关。然而，该再充电控制电路系统也可以作为DC/DC转换器而提供。
控制开关46、去耦二极管48以及能量存储元件40的串联连接并联地连接到光单元12上，因而也并联地连接到分路开关30。控制开关46可以作为电子开关而提供，优选地为双极晶体管或场效应晶体管。
一般地，操作控制电路26和分路开关30所需的能量由能量存储元件40供应给控制单元14。在能量存储元件40中存储的能量由电流源18在再充电循环期间提供，这将在后面描述。
另外，图1示出了与控制开关46串联、代表电路的寄生电阻的电阻器64。
在图示的该优选实施例中，能量存储单元16包括由两个串联连接的电阻器53和54组成的分压器52。该串联连接52与能量存储元件40并联连接，并用来产生取决于能量存储元件40两端的电压的信号。该电压信号被提供给电压比较器58的第一输入端，该电压比较器58在第二输入端处接收来自参考电压源62的参考电压。电压比较器58的输出被提供给控制电路26。
应当注意，电压比较器58和分压器52不是驱动器件10操作所需的部分。相反，再充电过程也可以仅用控制电路26而不用电压比较器58和分压器52进行控制(例如，如下面第二实施例所述采用固定定时)。
现在，描述驱动器件10的操作，特别是能量存储元件40的充电或再充电：
在发光阶段期间，分路开关30打开(断开)，从而来自电流源18的驱动电流I1通过光单元12，结果光单元12发射光。为了避免电流在发光阶段期间流进能量存储元件，打开控制开关46。另外，控制电路26和开关30、46所需的能量由能量存储元件40供给。
在不发光阶段期间，分路开关30闭合(接通)，从而在光单元12的两个末端之间存在旁路。因而，驱动电流I1不会被驱动进入光单元12，结果光单元12不发射光。
本领域已知的是，特别是为了控制光单元12的亮度，发光阶段和不发光阶段这两个阶段以预定的方式或可选的方式进行交替。发光阶段与不发光阶段之间的比例以及因而分路开关30的断开与接通状态之间的比例称作“占空比”。例如100％的占空比意味着发光阶段为100％，不发光阶段为0％。
为了避免对光单元12产生任何影响，充电或再充电循环优选地在不发光阶段完成。
为了对能量存储元件40充电或再充电，闭合控制开关46，并打开分路开关30。
而且，光单元12(特别是LED 20、22)的阳极电位经由控制开关46和去耦二极管48供应给能量存储元件40。这样，驱动电流I1对能量存储元件40充电，从而能量存储元件两端的电压随时间线性地增长。当该电压高于由电压源62和分压器52确定的参考值时，分路开关30再次闭合，控制开关46打开。
虽然分路开关30已经打开，但是LED 20、22并没有达到发光阶段，这是因为能量存储元件40和控制单元14两端的电压降被选定为使得其低于LED 20、22的正向电压。因而，即使当分路开关30打开时，也不产生不希望有的光输出。
然而，该充电或再充电循环必须在能量存储元件40两端的电压达到相应的正向电压之前停止。这可以通过适当地设定上述参考值来确保。
在图示的该实施例中，当能量存储元件40两端的电压降至某预定参考电压之下时，再充电循环启动。这个比较由比较器58实施，比较器58产生指定给控制电路26的信号。随后，假若光单元12处于不发光阶段，那么再充电循环启动。否则，再充电循环等待着，直至不发光阶段开始。替代地，再充电过程可以在光单元12的发光阶段期间实施，但这会影响光单元的光发射。
例如，当由能量储存16输送的电源电压降至控制单元14的最低电源电压需求之下时，可以在发光阶段应用再充电。
当能量存储元件40两端的电压高于参考值时，停止再充电循环。
由于开关切换有时间延迟，因此将存在与该顺序有关的某种滞后，这将避免电路以无限高频率运行。当然，向比较器添加某种滞后是可能的。
在第二实施例(图中未示出)中，能量存储元件40的再充电过程不是作为电压比较的结果而启动，相反，再充电循环是以固定或可选的时间模式(例如总是在每个不发光阶段期间)启动。为了保护能量存储元件40不被过充电，并且避免达到负载11的正向电压阈值，再充电过程实施很短时间，该短时间基于电路的已知功耗而确定。替代地，Z二极管可以作为过充电保护装置并联地耦合到能量存储元件40。另外，替代地，控制电路26可以适于监控能量存储元件40两端的电压，并且当该电压达到预定值时停止再充电循环。
在该实施例中，必须确保占空比小于100％，例如最大99.9％。在不发光阶段期间，周期的0.1％就足以向能量存储元件40供给必需的能量。
因而，在该实施例中，就其值下降至参考电压之下比较能量存储元件40两端的电压不再是必需的。
所示的驱动器件10可以串联连接地多次提供，如图1示意性示出的。另外，该驱动器件10可以用在其中大量的LED必须单独进行控制的所有类型的LED灯中，例如甚至用不同的LED箱(bin)单独控制每个LED以实现均匀光分布的普通照明。除用作LED驱动器外，本发明的驱动器件还可以在其他情况下用于从电流源获取功率。例如，可以用风扇替代光单元12。采用上述类似的方式，该电路可以从电流源获得其功率，并且控制风扇。即使没有任何负载，该电路也可以使用。在这些情况下，光单元12可以被省略。开关30将在大多数时间闭合，由此允许实现电流I1的低损耗循环。再充电的过程与上面描述的相同。该电路可以用来给LED灯串中的传感器供电。
对所属领域的技术人员而言，显然，该电路的启动可以非常容易地进行操纵。一个可能的实施例如下：当没有施加驱动信号时打开的开关用作分路开关30。该相同类型的开关用于控制开关。当控制电子设备26没有被供电时，来自该控制电子设备26的、用于该控制开关的驱动信号具有高阻抗(例如作为所谓的集电极开路信号或漏极开路信号而提供)。电阻器放置在负载11的正极端子到控制开关的控制输入端之间。当然，其他的实施例也是可以的，例如使用当没有向控制开关30施加驱动信号时闭合的那类开关。在这样的配置下，一旦初始电流从电流源18流出，那么对能量存储元件40的充电就自动启动。当达到最低所需电压电平时，该电路可以进入上述的正常操作。
概括来讲，本发明涉及用单独控制来对串联连接的LED进行LED驱动这样的构思/拓扑。本发明的电路提供了这样的可能性：即从向LED供电的电流源容易且经济地引出额外的现场电子设备所需的电功率。这提供了将电子设备附接到一个或多个LED而不需要额外电源的可能性。本发明的构思还适合于将多个这样的驱动器件进行串联连接。控制电路26可以例如作为微型计算机而提供，控制单元14本身可以包括驱动器、传感器等。