具有延長壽命的發(fā)光輸出的led驅(qū)動(dòng)器、照明系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及LED照明、LED驅(qū)動(dòng)器和LED驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在本說明書和權(quán)利要求中，術(shù)語“LED”將用來表示有機(jī)和無機(jī)LED兩者，并且可以將本發(fā)明應(yīng)用于兩種類型。LED是電流驅(qū)動(dòng)的照明單元。使用將期望的電流輸送到LED的LED驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)它們。
[0003]要供應(yīng)的所需電流針對(duì)不同的照明單元以及針對(duì)照明單元的不同配置而變化。最新的LED驅(qū)動(dòng)器被設(shè)計(jì)成具有足夠的靈活性，使其可以用于范圍廣泛的不同照明單元，并且用于多種數(shù)目的照明單元。
[0004]為了使得能夠?qū)崿F(xiàn)這種靈活性，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器而言已知的是在所謂的“操作窗”內(nèi)操作。操作窗限定了可以由驅(qū)動(dòng)器輸送的輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系。假設(shè)特定照明負(fù)載的要求落入該操作窗內(nèi)，則在給定期望的驅(qū)動(dòng)器靈活性的情況下，該驅(qū)動(dòng)器能夠被配置用于與該特定照明負(fù)載一起使用。
[0005]當(dāng)以期望的電流驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，作為結(jié)果得到的電壓可能依賴于LED本身的特性而變化。操作窗意味著對(duì)于每個(gè)給定的電流設(shè)置而言，在到達(dá)準(zhǔn)許的電源的限制之前，存在可以由驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)的最大電壓。
[0006]LED (特別是OLED)的劣化(degradat1n)性狀之一是當(dāng)以恒定的電流驅(qū)動(dòng)時(shí)LED正向電壓在壽命期內(nèi)增大。由于電流在整個(gè)壽命循環(huán)內(nèi)保持相同，所以電壓的增大造成功率的增大。功率的增大造成較高的溫度，其進(jìn)而又將甚至更快地增加LED的劣化。
[0007]為了防止LED的溫度變得過高，所布置的驅(qū)動(dòng)器的壽命終結(jié)(EOL)性狀是在到達(dá)所限定的EOL LED電壓時(shí)關(guān)斷輸出。
[0008]在圖1中示出窗驅(qū)動(dòng)器的典型操作窗，其示出了準(zhǔn)許的電流和電壓值的區(qū)。對(duì)于該任意示例而言，LED驅(qū)動(dòng)器可以輸送在10mA和500mA之間的任何負(fù)載電流。存在5到28伏特的允許電壓和10瓦特的最大功率。最大功率設(shè)置限定了在較高電流和較高電壓區(qū)處的窗邊界的彎曲部分，并且該曲線當(dāng)然由V (伏特)*1 (安培)〈10限定。
[0009]圖1附加地示出了當(dāng)350mA、20伏特的OLED在長時(shí)間段內(nèi)操作時(shí)典型EOL解決方案的性狀。操作點(diǎn)在壽命期內(nèi)從點(diǎn)A經(jīng)過B、C、D、E和F移動(dòng)到點(diǎn)G。當(dāng)操作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)G時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將關(guān)斷該OLED。
[0010]如前所述，特別是針對(duì)OLED的電流EOL實(shí)施方式的缺點(diǎn)是功率的增加，從而造成較高的LED溫度并且由于該溫度的增加而加速LED的劣化。這將更快地增加LED電壓，從而造成甚至更快的功率增加。因此存在加速的老化過程。
[0011 ] 在以上示例中，在壽命期內(nèi)功率從點(diǎn)A處的5.6瓦特改變到點(diǎn)G處的9.8瓦特，這幾乎是初始功率的兩倍。
[0012]圖2示出了當(dāng)使用如圖1中所示的恒定電流方法來控制LED時(shí)，LED的電參數(shù)(電流、電壓和功率輸出)隨時(shí)間推移的線圖。電流保持恒定到壽命終結(jié)。作為由隨功率增大而增加的發(fā)熱所引起的加速老化的結(jié)果，電壓并且因此功率增大不是線性的，而是隨著時(shí)間推移增大得更快。
[0013]因此，如果要最大化壽命，恒定電流控制不是驅(qū)動(dòng)LED的最優(yōu)方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明由權(quán)利要求限定。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種LED驅(qū)動(dòng)器，包括:
電流驅(qū)動(dòng)器；
電壓傳感器，用于感測(cè)LED電壓；以及控制器，用于控制電流驅(qū)動(dòng)器，
其中控制器被適配成:
對(duì)于直到閾值電壓的第一范圍的感測(cè)電壓，操作第一驅(qū)動(dòng)方案，在該第一驅(qū)動(dòng)方案期間施加第一恒定電流；以及
當(dāng)?shù)谝缓愣娏鲗?dǎo)致比閾值電壓更高的感測(cè)電壓時(shí)操作第二驅(qū)動(dòng)方案，在該第二驅(qū)動(dòng)方案期間施加比第一恒定電流更低的電流。
[0016]該驅(qū)動(dòng)器只應(yīng)用恒定電流驅(qū)動(dòng)方案直到到達(dá)閾值電壓。這對(duì)應(yīng)于閾值功率。通過改變至然后允許電流被減小的驅(qū)動(dòng)方案，防止了功率繼續(xù)增大。這減少了發(fā)熱并且因而減緩了 LED的進(jìn)一步劣化?？梢砸赃@種方式延展LED的壽命。
[0017]在第二驅(qū)動(dòng)方案期間，可以將電壓調(diào)節(jié)成在閾值電壓處恒定。以這種方式，由于電流響應(yīng)于持續(xù)的老化而降低，所以功率將隨著時(shí)間推移而減小。
[0018]在另一方法中，在第二驅(qū)動(dòng)方案期間，電流可以在離散值之間階躍，其中階躍發(fā)生在閾值電壓處。這能夠使得可以給予更加穩(wěn)定的控制的滯后得以實(shí)施。電壓被限制到閾值電壓，但是其將隨著LED老化而隨時(shí)間推移步降(step down)和斜升。
[0019]在又另一方法中，在第二驅(qū)動(dòng)方案期間，可以將功率調(diào)節(jié)成恒定。這要求建立電流與電壓之間的關(guān)系。
[0020]假定隨著時(shí)間推移存在電流中的減小，則可以實(shí)施其他的功能，以便停止或減緩將由恒定電流控制造成的電壓中的增大，并且因而減緩或停止可能引起加速老化的功率增大。
[0021]控制器可以包括微處理器或模擬電路或這些的組合。因此，控制可以被實(shí)施在硬件或軟件或這些的組合中。驅(qū)動(dòng)器通常包括具有電流-電壓操作窗的操作窗驅(qū)動(dòng)器。
[0022]本發(fā)明還提供了一種照明系統(tǒng)，包括:
本發(fā)明的LED驅(qū)動(dòng)器布置；以及
由LED驅(qū)動(dòng)器供電的LED單元。
[0023]LED單元可以包括一個(gè)或多個(gè)OLED。
[0024]本發(fā)明還提供了一種使用電流驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)LED的方法，包括:
感測(cè)LED電壓；
對(duì)于直到閾值電壓的第一范圍的感測(cè)電壓，操作第一驅(qū)動(dòng)方案，在該第一驅(qū)動(dòng)方案期間施加第一恒定電流；以及當(dāng)?shù)谝缓愣娏鲗?dǎo)致比閾值電壓更高的感測(cè)電壓時(shí)操作第二驅(qū)動(dòng)方案，在該第二驅(qū)動(dòng)方案期間施加比第一恒定電流更低的電流。
[0025]該方法可以包括當(dāng)電流設(shè)置低于第一恒定電流時(shí)檢測(cè)電壓是否低于閾值(或者是否低于閾值多于固定量)，并且如果是則增大電流設(shè)置。第二驅(qū)動(dòng)方案可能已經(jīng)被發(fā)起，例如，因?yàn)長ED處于冷啟動(dòng)狀態(tài)，而當(dāng)LED變熱時(shí)，可以將電流增大到期望的水平。因此，如果不再需要減小的電流控制，則控制能夠使得電流被增大到期望的電流設(shè)置。以這種方式，如果可能的話，控制可以恢復(fù)到第一驅(qū)動(dòng)方案(其是優(yōu)選的，因?yàn)槠浣o予滿亮度輸出)。
【附圖說明】
[0026]現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，在附圖中:
圖1示出了 LED驅(qū)動(dòng)器的操作窗并且示出了對(duì)于已知的控制方法，設(shè)置如何隨著LED老化隨時(shí)間推移而演化；
圖2示出了對(duì)于圖1的控制，電流、電壓和功率如何隨著時(shí)間推移而演化；
圖3示出了利用非恒定電流的控制方法的第一示例；
圖4示出了利用非恒定電流的控制方法的第二示例；
圖5示出了對(duì)于圖3的控制，電流、電壓和功率如何隨著時(shí)間推移而演化；
圖6示出了利用非恒定電流的控制方法的第三示例；
圖7示出了利用非恒定電流的控制方法的第四示例；
圖8以簡(jiǎn)化的示意形式示出了實(shí)施控制方法的第一方式；
圖9示出了基于降壓轉(zhuǎn)換器架構(gòu)實(shí)施控制方法的第二方式；
圖10更詳細(xì)地示出了同樣基于降壓轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的圖8的控制方法；以及圖11是說明圖4的控制方法的流程圖。
[0027]本發(fā)明提供了 LED驅(qū)動(dòng)器，其中針對(duì)直到閾值電壓的第一范圍的感測(cè)電壓實(shí)施第一恒定電流驅(qū)動(dòng)方案。此后，實(shí)施具有比第一驅(qū)動(dòng)方案的恒定電流更低的電流的第二驅(qū)動(dòng)方案。
[0028]因此，通過減小輸出電流來控制驅(qū)動(dòng)器以在壽命期內(nèi)限制操作電壓，從而限制隨著時(shí)間推移的功率增大和溫度增大。這能夠讓LED的可用壽命得以延展。
[0029]圖3示出了隨著16伏特LED (諸如OLED)老化如何控制該LED的操作點(diǎn)的第一示例。該LED被控制具有被完全調(diào)節(jié)的350mA的輸出電壓，同時(shí)輸出電壓保持低于20伏特，因而這是該LED的EOL電壓。
[0030]在LED壽命的開始處，操作點(diǎn)位于A (16伏特，350mA)處。當(dāng)LED電壓由于劣化而增大時(shí)，其將到達(dá)點(diǎn)B并且稍后到達(dá)點(diǎn)C。
[0031]當(dāng)?shù)竭_(dá)點(diǎn)C時(shí)，控制從先前的固定電流和電壓調(diào)節(jié)方案改變。這過去是用于直到EOL電壓的第一范圍的感測(cè)電壓的第一驅(qū)動(dòng)方案。替代地，逐漸地降低電流以將LED電壓維持在設(shè)定的EOL電壓(在此可以是20伏特(點(diǎn)D))處。這是第二驅(qū)動(dòng)方案。因此，固定的電壓控制取而代之，其隨著器件進(jìn)一步老化而引起電流中的減小(從操作點(diǎn)C到點(diǎn)G)。
[0032]其他實(shí)施方式也是可能的。圖4示出了一種滯后控制以防止由于圖3的示例中的輸出電壓的持續(xù)控制的緣故而可能發(fā)生的LED的不穩(wěn)定性狀。在該示例中，使用0.5伏特的滯后窗。因此，每次一到達(dá)20伏特的EOL電壓，電壓就被減小到19.5伏特并且作為結(jié)果得到的電流被維持在恒定水平直到再次到達(dá)EOL電壓為止。
[0033]控制可以作為控制驅(qū)動(dòng)器設(shè)置的算法被實(shí)施在軟件中。
[0034]該算法應(yīng)當(dāng)能夠在一些情形下實(shí)施電流設(shè)置中的增大。例如，當(dāng)接通老化的、冷的LED并且初始LED電壓上升到EOL觸發(fā)水平(在該示例中為20伏特)以上時(shí)，可以觸發(fā)EOL算法。當(dāng)LED發(fā)熱到穩(wěn)態(tài)點(diǎn)時(shí)，LED電壓再次減小回到該老化LED的標(biāo)稱電壓。
[0035]例如假設(shè)16伏特、350mA的LED已經(jīng)使用了相當(dāng)長的時(shí)間并且由于劣化導(dǎo)致的LED電壓增大已使得LED電壓到達(dá)19.5伏特處于穩(wěn)態(tài)。在接通該冷LED時(shí)，LED電壓臨時(shí)到達(dá)21伏特，并且當(dāng)LED發(fā)熱時(shí)，其將減小回到先前提到的19.5伏特。在這種情況下，EOL算法應(yīng)當(dāng)依據(jù)當(dāng)時(shí)條件既能夠增大又能夠減小電流。當(dāng)電壓增大到EOL觸發(fā)水平以上時(shí)，其應(yīng)當(dāng)如圖4中所示那樣減小電流。然而，當(dāng)LED電流減小并且LED電壓隨后降低(例如，如以上所說明的)時(shí)，該算法應(yīng)當(dāng)能夠增大LED電流，但不超過其最大原始設(shè)置。
[0036]圖5示出在壽命期內(nèi)描繪的LED的電參數(shù)(電流、電壓和功率)的性狀。x軸顯示直到壽命終結(jié)EOL的時(shí)間。通?；诠廨敵鏊絹矶xE0L。取決于規(guī)格，EOL可以是所謂的L70點(diǎn)(光輸出減小到初始值的70%)或者所謂的L50點(diǎn)(光輸出減小到初始值的50%)。
[0037]初始時(shí)間段10示出為恒定電流控制的第一控制方案。在時(shí)間段10結(jié)束時(shí)，到達(dá)設(shè)定的EOL電壓，并且控制切換到第二控制方案，在該示例中該第二控制方案在時(shí)間段12期間是恒定電壓控制(即圖3的版本)。在該時(shí)間期間，電流隨著時(shí)間推移而降低。由于LED的功率未大幅增大(實(shí)際上在該示例中功率在時(shí)間段12期間減小)，所以LED的溫度將不會(huì)增大，從而大幅減小了 LED的劣化。通過減小劣化，大幅增加了 LED的壽命。
[0038]以上方法是基于在到達(dá)設(shè)定的最大電壓時(shí)從恒定電流控制進(jìn)行切換。替換方案是設(shè)定最大功率。圖6中示出作為結(jié)果得到的控制設(shè)置。這些設(shè)置遵循點(diǎn)C與G之間的恒定功率曲線。
[0039]可以使用其他函數(shù)。例如，圖7示出了在已經(jīng)到達(dá)切換