用于驱动至少一个发光二极管和至少一个荧光灯的电路装置和方法

摘要

一种用于驱动发光二极管(LD5，LD6)和荧光灯(LA)的电路装置包括：主整流器(12)；辅助整流器(14)；逆变器(16)，其具有用于连接荧光灯(LA)的端子；起动装置(D14)，其具有第一端子和第二端子，其中起动装置的第一端子与逆变器(16)的开关之一的控制电极耦合；下拉电路(22)，其具有第一端子和第二端子，其中下拉电路的第一端子与逆变器(16)的输出端耦合；以及起动电容器(C1)，其用于为起动装置(D14)提供能量；其中起动装置(D14)的第二端子和下拉电路(22)的第二端子与辅助整流器(14)的第一输出端子(A13)耦合；起动电容器(C1)耦合在辅助整流器(14)的第一输出端子(A13)和第二输出端子(A14)之间；并且与起动电容器(C1)并联地设置有串联电路，其包括第一端子和第二端子用于至少一个发光二极管(D5，D6)和发光二极管开关(Q3)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于驱动至少一个发光二极管(LED)和至少一个荧光灯的电路装置，该电路装置具有：带有用于连接供电交流电压的第一输入端子和第二输入端子的输入端；具有第一输入端子和第二输入端子以及第一输出端子和第二输出端子的主整流器，其中主整流器的第一输入端子和第二输入端子与用于连接供电交流电压的第一输入端子和第二输入端子耦合；具有第一输入端子和第二输入端子以及第一输出端子和第二输出端子的辅助整流器，其中辅助整流器的第一输入端子和第二输入端子与用于连接供电交流电压的第一输入端子和第二输入端子耦合；逆变器，其包括至少一个由第一开关和第二开关构成的串联电路，其中该串联电路与主整流器的第一输出端子和第二输出端子耦合，并且逆变器的输出端具有至少一个用于连接荧光灯的端子，其中第一开关和第二开关分别具有控制电极、工作电极和参考电极；具有第一端子和第二端子的起动装置，其中该起动装置的第一端子与逆变器的开关之一的控制电极耦合；具有第一端子和第二端子的下拉电路，其中下拉电路的第一端子与逆变器的输出端耦合；以及用于为起动装置提供能量的起动电容器。

此外，本发明涉及一种用于借助这种电路装置驱动至少一个LED和至少一个荧光灯的方法，其中起动装置的第二端子和下拉电路的第二端子与辅助整流器的第一输出端子耦合，其中起动电容器耦合在辅助整流器的第一输出端子和第二输出端子之间，并且其中与起动电容器并联地设置有串联电路，该串联电路包括用于至少一个LED以及LED开关的第一端子和第二端子，其中LED开关具有控制电极、工作电极和参考电极，以及定时环节，其具有定时环节电容器。

背景技术

图1示出了在现有技术中已知的这种电路装置。该电路装置具有带有第一输入端子E1和第二输入端子E2的输入端。通过第一输入端子E1和第二输入端子E2，该电路装置可以借助开关S耦合到电网电压U_N上。该电路装置包括主整流器12，其包括二极管D5、D6、D7、D8。主整流器12的输入端与输入端子E1、E2耦合。此外，该电路装置包括辅助整流器14，其包括二极管D1、D2、D3和D4。辅助整流器14的输入端同样与第一输入端子E1和第二输入端子E2耦合。此外，设置有逆变器16，其在此构建为半桥电路并且包括第一开关Q1和第二开关Q2，它们彼此串联。该串联电路与主整流器12的第一输出端子A11和第二输出端子A12耦合，其中在两个输出端子A11、A12之间提供的电压(通常称作中间回路电压)通过电容器C3来支持。逆变器16的输出端子与荧光灯LA耦合。第一开关Q1和第二开关Q2分别具有控制电极、工作电极和参考电极。两端交流开关元件(DIAC)D14设置为起动装置，该DIAC的一个端子与逆变器16的开关Q2的控制电极耦合。此外，还设置有下拉电路81，其在此通过二极管D10形成，其中二极管D10的一个端子与逆变器16的输出端耦合。最后，设置有起动电容器C1，其通过欧姆电阻R1(第一上拉电阻)来充电，并且用于为起动装置D14提供能量。第二上拉电阻R1在通过闭合开关S耦合电网电压与通过DIAC D14起动逆变器16之间的时间中使得逆变器16处于如下状态：其中使得紧接着在起动之前在其控制电极与起动装置耦合的逆变器开关上存在大于零的电压，以便保证逆变器16的起动。因此，该电阻属于逆变器16的组成部分。

第一LED LD5和第二LED LD6与辅助整流器14的输出端耦合并且可以通过开关晶体管Q3接通和关断。欧姆电阻R9用作限流电阻。

从图1中所示的电路装置的关断状态出发，在接通开关S一次之后LED LD5、LD6被接通，因为同时LED开关Q3的基极通过电阻R8被置于较高的电势并且因此接通LED开关。时间控制通过欧姆电阻R10和电容器C6来进行并且以下用LED关断延迟表示。对此并行地，晶体管Q4的集电极通过欧姆电阻R1与主整流器12的输出端上的高电势相连。晶体管Q4的基极通过包括电阻R3和R4以及电容器C8的定时环节同样与主整流器12的输出端上的高电势相连。由于电容器C8的充电，延迟了晶体管Q4的接通。然而，相应的器件设计为使得在电容器C1上存在足以触发DIAC D14的电压之前Q4变为导通。电容器C1同样通过欧姆电阻R1与主整流器14的输出端A11、A12耦合并且因此同样被充电。由于在电容器C1上存在足够触发DIAC D14的电压(优选为33V或者34V)之前开关晶体管Q4变为导通，所以在该情况中DIAC D14并不触发，因此荧光灯LA保持关断。因此，此外在此所示的由部件R3、R4、R5、C8和Q4构成的组合被称作逆变器起动防止装置19。此外在此重要的是，在装置19活动时起动电容器仅仅部分被放电，优选被放电到大约20V。这通过如下方式来实现：由R3、R4的并联电路的阻抗除以R1的阻抗大致得到晶体管Q4的电流放大。

现在如果开关S短暂关断并且又立即接通，则LED LD5、LD6在前面已描述的过程之后再次开始。现在决定性的是，电容器C1在短暂的关断持续时间期间保持剩余电压，而电容器C8通过电阻R4放电。在重新接通开关S时，因此电容器C1具有相对于电容器C8的电荷优势。这导致电容器C1上的电压升高，使得在晶体管Q4的基极上的电压足以将晶体管Q4导通之前触发DIAC D14。因此，逆变器16被投入运行，由此除了LED之外荧光灯LA也被接通。在逆变器16工作时通过LED关断装置18借助设置于其中的变压器L2(T)的第四绕组耗尽LED开关Q3的基极，由此关断LED LD5、LD6。

图1中所示的、并未提及的器件对于本发明的理解是次要的并因此未明确地说明。图1所示的电路装置基本上具有两个完整的供电装置，第一供电装置用于荧光灯，而在交流电网上并联分支的第二供电装置带有专用全桥整流器，该全桥整流器包括600V二极管以及用于至少一个LED的开关晶体管和串联电阻。LED开关通过上拉电路导电地切换，并且一旦逆变器振荡则被反向作用的电路关断。对此，需要陷波电路，其由半桥激励变换器T上的第四绕组L2(T)以浮置方式来激励。另外三个绕组用于激励逆变器的两个开关。防止逆变器起振由独立的时间电路、上面已提及的逆变器起动防止装置19来进行。

伴随图1的电路装置而出现多个缺点：辅助整流器14是如下整流器，当电路装置要连接到常用的交流电网上时，该整流器必须针对600V来设计。由于在至少一个发光二极管的工作中仅仅在欧姆电阻R9上存在辅助整流器14的几乎整个输出电压，所以该辅助整流器必须针对较大的损耗功率来设计，并且由此显著地降低电路装置的效率。LED开关Q3必须可以在关断状态中(即当逆变器16激活时)截止直到600V。

另一缺点在于存在三个彼此完全独立的时间电路，即由R10和C6构成的LED关断延迟装置、由R1和C1构成的逆变器起动电路以及逆变器起动延迟装置19，它们三个应当共同控制或者-或者过程(Entweder-Oder-Prozess)。只有通过所有相关的部件的精确设计才可以实现该系统的顺利的工作，因此整个电路对部件公差和制造公差极其敏感。

本发明所基于的任务因此在于改进前面所述的电路装置或前面所述的方法，使得可以实现更为有利的效率，可以降低电路对公差的敏感度并且可以使用成本更为低廉的部件来实现。

发明内容

该任务通过具有权利要求1的特征的电路装置以及通过具有权利要求16的特征的方法来解决。

本发明基于如下知识：当起动电容器不再由主整流器来充电而是由辅助整流器来充电时，可以解决上述任务。因此，起动电容器可以耦合在辅助整流器的第一输出端子和第二输出端子之间。此外，与起动电容器并联地设置有串联电路，其包括用于至少一个LED以及LED开关的第一端子和第二端子，其中LED开关具有控制电极、工作电极和参考电极。在此，辅助整流器仅仅针对足够触发起动装置即例如DIAC的电压来设计。在此，出现了与根据现有技术的辅助整流器的情况相比小10倍的电压。就此而言，LED开关可以针对明显更小的截止电压来设计。现有技术中的欧姆电阻R9不再是必需的。此外，时间控制装置可以更为简单地构建：只要LED发光，即在电容器C1上的电压并且由此在起动装置上的电压比起动装置的触发电压小，则荧光灯不能工作。此外还设计了，起动装置的第二端子和下拉电路的第二端子与辅助整流器的第一输出端子耦合。这使得当荧光灯发光时，起动电容器通过下拉电路放电，使得在所述至少一个LED上的电压在其正向电压以下，并且由此所述至少一个LED可靠地关断。

此外，由此不再如现有技术中的情况那样需要两个辅助晶体管，而是一个已经足够。对荧光灯工作有强烈不利影响的、在用于逆变器的开关的激励变压器上的第四绕组同样可以取消。通过与起动电路耦合，可靠地将对驱动LED所需的所有部分电路限制到起动装置的触发电压上。开关逻辑电路与起动电容器上的电压电平以可逆方式明确地连接，仅仅所述至少一个LED的接通被时间控制。由此，可靠地排除了不希望的开关组合。此外，由于时间控制上拉装置的巧妙的连接而取消了电网二极管(在现有技术中的二极管D9)。与用于从LED开关的基极吸取载流子的电路元件一样，同样可以取消上拉电阻R1。

特别优选地，根据本发明的电路装置还包括定时环节，其输入端与输入端的第一输入端子和/或第二输入端子耦合，并且其第一输出端子与LED开关的控制电极耦合，并且其第二输出端子与LED开关的参考电极耦合。该时间控制装置在没有专用晶体管的情况下也能激励已与所述至少一个LED串联设置的LED开关。因此其能够以非常低的开销来实现。

优选地，定时环节在其第一输出端子和第二输出端子之间包括定时环节电容器和第一欧姆电阻的并联电路，其中该定时环节还包括第二欧姆电阻，其耦合在定时环节的输入端和其第一输出端子之间，其中在并联电路上下降的电压与定时环节的输出端耦合。通过第一欧姆电阻与定时环节电容器的并联电路可以保证的是，在LED开关的控制电极上的电压在关断交流电压供给之后下降，而在起动电容器上存储的电荷长时间地保留，因为没有欧姆电阻与该起动电容器并联。第二欧姆电阻将“被分接的”供电交流电压置于用于激励LED开关的水平。

优选地，定时环节还包括第三欧姆电阻，其中第二欧姆电阻耦合在输入端的第一输入端子与定时环节的第一输出端子之间，并且其中第三欧姆电阻耦合在输入端的第二输入端子与定时环节的第一输出端子之间。由此，可以保证所述至少一个LED的可靠接通，而与连接在输入端上的供电交流电压处于哪个相无关。

此外优选的是，在定时环节的两个输出端子之间耦合有第一二极管，该第一二极管定向为使得其防止从定时环节电容器至定时环节的输出端的电流流动。这保证了LED开关的激励仅通过第二欧姆电阻或者第三欧姆电阻进行。即第一二极管负责使载流子不能从定时环节电容器到达LED开关的控制电极。

此外优选的是，在定时环节的两个输出端子之间耦合有欧姆分压器，其抽头与LED开关的控制电极耦合。该分压器用于近似人为地提高在LED开关的控制电极和参考电极之间的电势。在本实施形式的改进方案中可以设计的是，分压器的耦合在定时环节的第一输出端子和LED开关的控制电极之间的部分包括第二二极管，该第二二极管定向为使得其防止从LED开关的控制电极至定时环节的输出端的电流流动。由此实现了，LED开关的控制电极的耗尽仅仅唯一地还由在LED开关的控制电极和参考电极之间的电阻或定时环节的第二输出端子引起(也就是说所述的分压器的下部分)，这对于电路的容差特性是有利的。此外，LED开关的关断被加速，因为尤其是LED开关激励对于定时环节的输入端上的电压降低的反应被数字化。这两者使得当定时环节需要可靠且快速地关断LED开关时，相应地关断LED开关。

已证明为有利的是，根据本发明的电路装置还包括在LED开关的工作电极和定时环节的第一输出端子之间的电耦合装置，其构建为使得其实现LED开关的电流负反馈。由此，实现了如下优点：该LED开关从不处于深度饱和中并且由此略微更快速且尤其更可靠地关断，因为该过程现在与LED开关的存储时间变得无关。关断本身尽管并未变得“更为清晰”，然而与容差有关的时间延迟被最小化。

另一优选的实施形式特征在于，LED开关的工作电极与定时环节的第一输出端子通过第三二极管耦合，该第三二极管定向为使得其用作LED开关的抗饱和二极管。在此保证了LED开关更为快速地关断，即也消除伴随电流负反馈而来的小的缺点，并且因此更为可靠地起动荧光灯。其由此用于稳定起动电容器的电荷优势。

此外优选的是，定时环节和启动电容器基于在可预先给定的边界值以下的、起动电容器的充电状态而设计为：在将供电交流电压施加到该电路装置上之后，在起动电容器上存在足以触发起动装置的电压之前接通LED开关。如果电路装置处于关断状态中，则因此在接通开关S(其尤其例如可以是常用的墙壁开关)之后，首先接通所述至少一个LED。由于LED开关在起动电容器上存在足以触发起动装置的电压之前开始导通，并且由此在起动电容器上的电压被固有地箝位到所述至少一个LED的正向电压和LED开关的工作电压上，所以荧光灯保持关断。

在该上下文中，还优选的是，定时环节和启动电容器基于在可预先给定的边界值之上的、启动电容器的充电状态而设计为：在施加供电交流电压之后，在LED开关的控制电极上存在足以接通LED开关的电压之前触发起动装置。如果已短时工作的根据本发明的电路装置因此被短暂关断并且又被接通，则起动电容器保持相对于定时环节电容器的电荷优势。这二者又被充电，然而其中现在由于起动电容器的电荷优势而在LED开关的控制电极上存在足以接通LED开关的电压之前达到了对于触发起动装置所需的电压。由此，触发了起动装置并且荧光灯投入运行。尽管在LED开关的控制电极与参考电极之间的电压因此增长到使得LED开关处于导通状态中，但LED仍然保持关断，因为所述至少一个LED的供电(该供电为起动电容器上的电压)在触发起动装置之后由于下拉电路而降低为过小的值，该值不足以驱动通过所述至少一个LED和LED开关的电流。

优选地，下拉电路包括欧姆电阻和二极管的串联电路。在此应考虑的是，下拉电阻在此可以针对比现有技术中的上拉电阻更小的电压来设计，并且因此能够成本更为低廉地实现。

在一个优选的实施形式中，在输入端的第一输入端子和辅助整流器的第一输入端子之间耦合有第一电容器，而在输入端的第二输入端子和辅助整流器的第二输入端子之间耦合有第二电容器。它们承担在通过主整流器实现的主供电与通过辅助整流器实现的辅助供电之间的直流隔离的功能以及对通过所述至少一个LED的电流$(I_{\mathrm{LED}}=(C_{L1}/2)*\frac{\delta U_N}{\mathrm{\delta t}})$限流的功能。优选地，在辅助整流器的第一输入端子与第二输入端子之间耦合有第三电容器。该第三电容器用作电磁兼容(EMV)电容器并且与第一电容器和第二电容器串联。因此，在其上仅仅存在非常小的电压，所以适用降低的安全性要求并且第三电容器可以成本非常低廉地实现。第一电容器和第二电容器优选大小相同。

最后优选的是，辅助整流器被设计为在其输出端上提供对应于起动装置的触发电压的最大110％(尤其是最大为35V)的电压。由此，辅助整流器针对现有技术中已知的电路装置中的辅助整流器的电压的一部分来设计。

其他有利的实施形式由从属权利要求中得到。参照根据本发明的电路装置描述的优选实施形式及其优点只要可以应用同样也适用于根据本发明的方法。

附图说明

现在在下面参照附图更为详细地描述了根据本发明的电路装置的实施例。其中：

图1在示意图中示出了在现有技术中已知的用于驱动至少一个LED和至少一个荧光灯的电路装置；

图2在示意图中示出了根据本发明的电路装置；

图3在示意图中示出了下拉电路的一个实施例的结构；

图4在示意性的详细的视图中示出了根据本发明的图2的电路装置的一部分；

图5在示意图中示出了相对于图4的视图修改后的LED开关的激励装置；以及

图6示出了在实现根据图5的LED开关的激励装置的情况下的图2和图4的各种量的时间变化过程。

具体实施方式

以下对于相同或者功能相同的部件继续使用了已参照图1所引入的参考标记。它们由于清楚的原因而未再次介绍。

图2在示意图中示出了根据本发明的电路装置的结构。输入端子E1、E2可以通过开关S与供电交流电压U_N耦合，供电交流电压U_N尤其是电网电压。在此，输入端子E1和E2与主整流器12耦合。输入端子E1还通过电容器C_S1与辅助整流器14的第一输入端子耦合，第二输入端子E2通过第二电容器C_S2与辅助整流器14的第二输入端子耦合。在辅助整流器的两个输入端之间还耦合有X电容C_X1。电容器C_S1、C_S2和C_X1的组合对应于图1中的电容器C_X。主整流器12的输出电压由电容器C₃支持并且提供给逆变器16。逆变器的输出端与荧光灯LA耦合，其中电容器C5设计为触发电容器。此外，主整流器12的输入端子E1、E2与定时环节20的输入端耦合，定时环节20的第一输出端子与LED开关Q3的控制电极耦合，并且其第二输出端子与LED开关Q3的参考电极耦合。如虚线所示，还可以设计定时环节20与LED开关Q3的工作电极耦合。在辅助整流器14的输出端A13和A14之间耦合有起动电容器C1，在该起动电容器中存储有电压U_C1。与起动电容器C1并联地耦合有多个LED的串联电路(其中在此示例地示出LED LD 5和LD 6)，以及耦合有LED开关Q3的工作电极-参考电极区段。此外，电压U_C1存在于DIAC D14的一个端子上，DIAC D14的另一端子与逆变器16的开关的控制电极耦合。包括至少两个未示出的开关的逆变器16的中点通过下拉电路22同样与电压U_C1耦合。

图3示出了下拉电路22一个实施例。该下拉电路包括欧姆电阻R_PD以及二极管D_PD的串联电路。该串联电路一侧耦合在电压U_C1的正极与逆变器的桥电路的中点之间，在该中点上存在电压U_M。

图4在详细的视图中示出了图2的电路装置的一部分。虚线示出了时间控制装置20，其一个输入端与输入端子E1耦合而其另一输入端与输入端子E2耦合。在相应的输入端子和点P_Z之间分别耦合有欧姆电阻R_8a、R_8b。这两个欧姆电阻用于与供电交流电压U_N在接通时处于哪个相无关地保证LED开关Q3的适当的激励。在点P_Z上的电压以下用U_Z表示。

点P_Z通过欧姆电阻R4与电容器C6的并联电路以及二极管D7与地电势相连。二极管D7保证载流子仅通过电阻R_8a、R_8b之一到达LED开关Q3的控制电极，即尤其是没有电容器C6的载流子。此外，分压器与点P_Z耦合，该分压器包括电阻R23和R13，其中分压器的抽头是时间控制装置20的第一输出端子A_Z1，该第一输出端子与LED开关Q3的控制电极耦合。时间控制装置20的第二输出端子A_Z2通过参考电势形成。

图5示出了时间控制装置20的一种可替换的实施形式。在此，在点P_Z与时间控制装置20的第一输出端A_Z1之间代替欧姆电阻R23设置有二极管D23。此外，点P_Z通过二极管D33与LED开关Q3的工作电极(即在此为集电极)耦合。二极管D33用作LED开关Q3的抗饱和二极管。由此保证了LED开关Q3更为快速地关断，并且还因此更为可靠地起动荧光灯LA。该二极管由此用于使起动电容器C1的电荷优势稳定。

图6示出了根据本发明的电路装置的多个量的时间变化过程，其中在时间控制装置20内使用了具有抗饱和二极管D33的变形方案。最上面的变化过程涉及开关S的状态。第二变化过程示出了起动电容器C1上的电压，该电压对应于在DIAC D14上的电压。第三变化过程涉及荧光灯LA并且示出了其接通或者关断状态。第四变化过程表示在点P_Z的电压U_Z。第五变化过程涉及LED开关Q3的开关状态而第六变化过程涉及LEDLD5、LD6的开关状态。

在时刻t₁，开关S1被接通。由此，电容器C1逐渐被充电，电压U_C1升高。以同样的方式通过电阻R_8a，R_8b和二极管D7对电容器C6充电，即电压U_Z同样升高。电压P_Z在时刻t₂达到导致LED开关Q3接通的值。由于对LED和LED开关Q3的工作电极-参考电极区段的串联电路供电的电压U_C1足够高，所以由此接通LED。通过为LED供电，电压U_C1略微下降。重要的是，在时刻t₂电压U_C1已小于DIAC D14的触发电压。如果开关S在时刻t₃关断，则由此也关断LED开关Q3。由此，通过LED的电流流动不再是可能的；LED因此同样被关断。

重要的是，直至时刻t₄在起动电容器C1上的电压U_C1由于缺少欧姆电阻的并联电路和优选通过借助LED开关快速关断LED而几乎保持恒定。而电压U_Z下降，因为定时环节电容器C6通过欧姆电阻R4放电。现在如果在时刻t₄开关S又接通，则起动电容器C1具有相对于定时环节电容器C6的电荷优势。电压U_C1如电压U_Z一样又升高。在时刻t₅，等于在DIAC D14上的电压的电压U_C1大到使得触发DIAC。由此，电压U_C1首先降低大约其峰值的三分之一；逆变器16起动并且荧光灯LA接通。同时，所述的下拉电路活动并且实现将起动电容器C1放电到接近零伏特。尽管在时刻t₆电压U_Z又达到足以接通LED开关Q3的值，然而LED保持关断，因为由于电压U_C1的下降而没有LED的供电可用。如果在时刻t₇开关S又关断，则由此关断荧光灯LA和LED开关Q3。

在时段t₁到t₇的过程期间，示出了如下过程：其中首先LED接通，接着荧光灯LA接通，时刻t₈和t₁₃之间的变化过程示出了如何可以实现在没有先前的对LED LD5、LD6的接通的情况下只接通荧光灯LA。对此，在时刻t₈接通开关S。由于接通，电压U_C1和电压U_Z升高。现在如果在时刻t₉(即在电压U_Z尚不足以将LED开关Q3切换为导通的时刻)已经关断，则首先荧光灯LA以及LED保持关断。在时刻t₉与t₁₀之间，在起动电容器C1上的电压U_C1基本上保持恒定，而电压U_Z由于时间电容器C6通过欧姆电阻R4放电而降低。如果在时刻t₁₀开关S又接通，则电压U_C1和电压U_Z升高。由于起动电容器C1的电荷优势现在在时刻t₁₁达到足以触发DIAC的电压U_C1。由此，逆变器16投入运行，荧光灯LA被接通。尽管直至时刻t₁₂电压U_Z同样增长，使得LED开关Q3接通，然而LED保持关断，因为为LED供电的电压U_C1由于下拉电路的活动而下降到接近零伏特。在时刻t₁₃，开关S又关断，由此荧光灯和LED开关Q3又关断。