[发明专利]用于LED的操作电路和用于控制LED的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有发光二极管的操作电路以及用于控制发光二极管的方法。

背景技术

例如发光二极管的半导体光源近些年在照明应用中持续受到关注。除其它外原因还在于，无论是在光源的亮度还是在光效率(每瓦特的光功率)方面都获得了决定性的技术创新和极大的进步。还由于发光二极管因其比较长的使用寿命而能够发展为如白炽灯或气体放电灯的传统光源的替代产品。

半导体光源在现有技术中是充分已知的并且在以下被简称为LED(发光二极管)。以下，该概念不仅包括由无机材料制成的发光二极管，还包括由有机材料制成的发光二极管。公知的是，LED的光辐射与流经该LED的电流有关。

因此为了调节亮度而基本上在模块中操作LED，在该模块中，通过LED的电流被调节。

在实践中，为了控制一个或更多个LED的布置而优选采用例如降压转换器(压降或降压变换器)。例如在DE 10 2006 034 371 A1中已知这样一种开关稳压器。其中，控制单元控制一种高频时钟开关(例如功率晶体管)。在开关被接通的状态下，电流流经LED装置以及由此被充电的线圈。线圈暂存的电能在开关被切断的状态下经由LED放电(空载运行阶段)。流经LED装置的电流示出了锯齿形时间曲线：在开关被接通的状态下，LED电流示出了上升沿，而在开关被切断的状态下产生下降沿。LED电流的时间平均值描述流经LED装置的有效电流并且是用于LED亮度的值。通过相应的功率开关的时钟能够调节平均的、有效电流。

现在，操作装置的功能在于调整流经LED的、期望的平均电流并且根据高频接通和切断开关的情况(通常在10千赫兹以上的区域内)而定，将电流随时间变化的波动幅度保持为尽可能低。

较大的电流波动幅度(波纹或波动)尤其在LED中产生不利的影响，因为发射光的光谱可随电流幅度的变化而改变。

为了在操作过程中将发射的光谱保持为尽可能恒定，已知的是，在用于调节亮度的LED中不改变电流幅度，而是采用所谓的PWM(脉宽调节)方法。其中，通过操作装置向LED输送具有(在时间平均值上)恒定电流幅度的低频(通常为范围在100赫兹至1000赫兹的频率)脉冲包。上述高频波动叠加在一个脉冲包内的电流上。现在LED的亮度可通过脉冲包的频率来控制；例如可对LED进行调光，做法是增大多个脉冲包之间的时间间隔。

对该操作装置的实际需求在于，其能够被尽可能灵活多变地使用，例如与实际连接的需要被操作的、作为负载的LED的数量无关。因此，该负载可在例如LED失效时在操作过程中发生变化。

在传统科技中以所谓的‘连续导通模式’或者说不中断操作来操作LED。借助图1a和图1b来详述该方法(现有技术)。

在图1a所示的示例中，描述了一种作为基本电路的、用于操作至少一个LED(或多个串联连接的LED)的降压转换器(降压变换器)，其具有第一开关S1。该操作电路被供以直流电压或整流过的交流电压U0。

在第一开关S1被接通的状态下(在时间段t_on期间)在线圈L1中产生电能，该电能在该第一开关S1被切断的状态下(时间段t_off)经由至少一个LED放电。在图1b中示出了所产生的电流的时间曲线(现有技术)。其中示出了脉宽调节(PWM)的两个脉冲包。对此，放大地示出了一个脉冲包内的电流曲线。出于色彩恒常性(Farbkonstanz)的原因，在一个脉冲包内波纹的振幅应尽可能小。这可通过适当选择接通时间点t0和切断时间点t1来实现。因此，所述时间点能够例如被选择使得在电流低于确定的最小参考值时接通第一开关S1，并且在电流超越最大参考值时切断该开关。然而，该方法具有以下多个缺点：一方面，为了获得尽可能小的波纹，需要快速连续的接通和切断过程。电流的增大(上升沿及下降沿)无法由操作装置来控制，并且被视作是给定的，因为其通过线圈L1的电感以及通过LED的功率损耗来确定。

为了要减少波动(波纹)，须在一个时间段中出现多个切换过程，这不可避免地产生了切换损耗。另一方面，该开关损耗在连续导通模式下特别高。

实际的半导体开关切换的极为迅速，但其并非无限快地切换。在切换过程中消耗的电量越大，切换过程持续的时间越长，并且在切换过程中施加在开关处的功率越大。现在，在持续操作中切换损耗因进行切换过程而特别高，同时施以大量电流。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于至少一个LED的、相对于现有技术改进的操作电路以及一种用于操作至少一个LED的方法，该方法以简单的形式和方式实现保持电流恒定和因而保持LED功率恒定。