光源驅動電路和用於控制led光源的控制器的製作方法
2023-08-06 07:10:51
專利名稱：光源驅動電路和用於控制led光源的控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光源驅動技術領域，尤其是涉及一種光源驅動電路和用於控制LED光源的控制器。
背景技術：
發光二極體(LED)可以用於很多應用，例如普通照明。LED相比傳統光源，例如螢光燈和白熾燈，提供了一些優勢。比如，LED具有顯著的低功耗。不像傳統光源，例如將相當大一部分加熱金屬燈絲的電流轉化為足夠高的溫度從而發光的白熾燈，而LED幾乎不發熱，並使用少部分能量以產生相等流明的光。例如，在燈泡應用中，LED光源可以消耗低於7瓦以產生與白熾燈光源消耗大約60瓦相比相同的亮度。此外，LED的使用壽命可以達到超過50，000小時，這比白熾燈泡的平均壽命例如 5000小時和螢光燈的平均壽命例如15，000小時要長得多。此外，與白熾燈或螢光燈不同，LED不含汞或任意其他的有害物質，也不產生紫外(UV)線輻射。LED的使用大大改善了環境並節省能源。通常，AC/DC變換器將AC輸入電壓轉換為DC電壓，以驅動LED。圖I說明了用於驅動光源,例如LED陣列108的典型驅動電路100的示例。光源驅動電路100包括橋式整流器104和與橋式整流器104耦合的電解電容CBlM，橋式整流器104用於將交流電壓整流為整流後的交流電壓，電解電容Cbim用於對整流後的交流電壓進行濾波以產生基本恆定的直流電壓Vin。光源驅動電路100還包括開關模式的DC/DC變換器122，該變換器122將直流電壓Vin變換為電容116上的直流電壓VOUT以驅動LED陣列108。在操作中，控制器118產生0N/0FF信號以交替地完全接通和斷開開關106，從而控制用於LED陣列108的電力。但是，開關106的接通和斷開會產生電磁幹擾(EMI)噪音，從而需要電磁幹擾濾波器130來抑制電力線上的噪音。進一步，開關模式的DC/DC變換器122通常包括例如電感112 (或變壓器)以及電容116的體積較大的元件。EMI濾波器和電感(或變壓器)以及電容通常尺寸較大，因此很難將這些元件放入現在常用的照明裝置中。
發明內容
根據本發明的實施例提供了一種用於驅動光源，例如發光二極體(LED)光源的電路和用於控制LED光源的控制器。本發明提供了一種光源驅動電路，該光源驅動電路包括發光二極體(LED)光源；把交流電壓轉為直流電壓的AC/DC變換器；以及DC/DC線性整流器，用於若指示所述直流電壓的信號處於預設範圍之內，則所述DC/DC線性整流器根據第一電壓參考值調節流經所述LED光源的電流，若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述DC/DC線性整流器根據第二電壓參考值調節流經所述LED光源的電流，其中，所述第二電壓參考值小於所述第一電壓參考值。
本發明還提供了一種用於控制LED光源的控制器，所述LED光源接收直流電壓，所述控制器包括與所述LED光源串聯的開關和放大器。放大器用於若指示所述直流電壓的信號處於預設範圍之內，則所述放大器通過將指示流經所述LED光源的電流的監測信號與第一電壓參考值進行比較以線性控制所述開關；若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述放大器通過將所述監測信號與第二電壓參考值進行比較以線性控制所述開關，且所述第二電壓參考值小於所述第一次電壓參考值。本發明還提供了一種用於控制LED光源的控制器，所述LED光源接收直流電壓，所述LED光源包括第一部分LED和第二部分LED，其特徵在於，若指示所述直流電壓的信號位於預設範圍內，則所述控制器導通第一部分LED並關閉第二部分LED ;若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述控制器同時導通所述第一部分LED和所述第二部分LED。根據本發明的光源驅動電路能夠適用於不同國家和地區的交流輸入電壓。此外，相比傳統AC/DC變換器與開關模式DC/DC變換器配合工作，根據本發明的DC/DC線性整流 器不會產生電磁波幹擾(EMI)噪音，從而也不需要電磁波幹擾濾波器。另外，也不需要傳統開關模式DC/DC變換器中的如電感等體積較大的電路元件。
以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目的、具體結構特徵和優點，其中相同的數字表示相同的部分，其中圖I所示為一種傳統的光源驅動電路的示例；圖2所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路；圖3所示為根據本發明另一個實施例的光源驅動電路；圖4所示為根據本發明又一個實施例的光源驅動電路。
具體實施例方式以下將對本發明的實施例給出詳細的參考。儘管本發明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發明並不僅僅只局限於這些實施方式。相反，本發明涵蓋後附權利要求所定義的發明精神和發明範圍內的所有替代物、變體和等同物。另外，為了更好的說明本發明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對於大家熟知的方法、手續、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明的主旨。根據本發明的實施例提供了用於驅動一個或多個光源，比如發光二極體(LED)光源的電路。根據本發明的光源驅動電路能夠適用於不同國家和地區的交流輸入電壓。此外，相比傳統AC/DC變換器與開關模式DC/DC變換器配合工作，根據本發明實施例的DC/DC線性整流器不會產生電磁波幹擾(EMI)噪音，從而也不需要電磁波幹擾濾波器。另外，也不需要傳統開關模式DC/DC變換器中的如電感等體積較大的電路元件。圖2所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路200。在圖2的實施例中，光源驅動電路200包括接收交流輸入電壓並輸出直流電壓Vin的AC/DC變換器211，和接收直流電壓Vin並控制流經光源的電流的DC/DC線性整流器213。作為示例，圖2中的光源包括LED陣列210，該LED陣列210具有多個LED串。該光源可以為其他類型的光源。在圖2的實施例中，AC/DC變換器211包括整流器(如包括4個二極體的橋式整流器204)和電容CB，用於將來自交流電源202的交流電壓Vac變換為直流電壓VIN。該直流電壓Vin基本恆定。如果指示直流電壓Vin的信號VSEN處於預設範圍內，DC/DC線性整流器213可用來根據第一電壓參考值調節流經LED陣列210的電流；如果指示直流電壓Vin的信號VSEN超出預設範圍，DC/DC線性整流器213可用來根據第二電壓參考值調節流經LED陣列210的電流，其中第二電壓參考值小於該第一電壓參考值。在圖2的實施例中，DC/DC線性整流器213包括與AC/DC變換器211耦合的比較器222和放大器206。比較器222將信號VSEN與預設參考信號REF2進行比較。放大器206根據第一電壓參考值或第二電壓參考值線性地控制與LED陣列210串聯的開關Ql。具體而言，在圖2的實施例中，比較器222通過第一分壓器與AC/DC變換器211耦合。該第一分壓器包括串聯連接的電阻Rll和R12。比較器222的同相輸入端接收來自第一分壓器的信號VSEN。信號VSEN指示直流電壓VIN。比較器222的反相輸入端接收預設參考信號REF2。比較器222比較信號VSEN和預設參考信號REF2並產生輸出信號以控制開 關Q2。開關Q2與第二分壓器耦合。該第二分壓器耦合在參考電壓REFl和地之間，包括串聯的電阻R13、R14和R15。在圖2的實施例中，開關Q2耦合於電阻R15和地之間。放大器206的同相輸入端與電阻R13、R14之間的普通節點耦合，用來接收電壓參考信號ADJ。放大器206的反相輸入端與電流監測器(如與LED陣列210串聯的監測電阻Rs)耦合，用來接收指示流經LED陣列210的電流的監測信號220。放大器206比較監測信號220和電壓參考信號ADJ，輸出誤差信號以線性地控制開關Ql。操作中，在一個實施例裡，如果光源驅動電路200接收第一交流輸入電壓VAa (如交流liov)，AC/DC變換器211產生直流電壓VIN。直流電壓Vin與交流輸入電壓Vaci的峰值電壓Vpi近似相等。信號VSEN由第一分壓器提供，電壓值為VP1*R12/(R11+R12)且小於參考信號REF2的電壓值。因此，比較器222的輸出為第一狀態(如低電平)，從而使開關Q2斷開。如果開關Q2斷開，電壓參考信號ADJ的電壓為第一電壓參考值REF1*(R14+R15)/(R13+R14+R15)。放大器206線性地控制開關Ql以調節LED陣列210的電流，直到監測信號220的電壓值與電壓參考信號ADJ的電壓值(第一電壓參考值)基本相等。但是，在一個實施例中，如果光源驅動電路200接收第二交流輸入電壓VAe2 (如交流220V) ,AC/DC變換器211產生直流電壓VIN。直流電壓Vin與交流輸入電壓Vac2的峰值電壓Vp2近似相等。信號VSEN由第一分壓器提供，電壓值為VP2*R12/(R11+R12)且大於參考信號REF2的電壓值。因此，比較器222的輸出為第二狀態(如高電平)，從而使開關Q2接通。如果開關Q2接通，電壓參考信號ADJ的電壓為第二電壓參考值REF1*R14/(R13+R14)。放大器206線性地控制開關Ql以調節LED陣列210的電流，直到監測信號220的電壓值與電壓參考信號ADJ的電壓值(第二電壓參考值)基本相等。如前所述，如果交流輸入電壓為VAa，指示該交流輸入電壓的信號VSEN處於預設範圍內(比如信號VSEN的電壓值小於參考信號REF2的電壓值)，DC/DC線性整流器213根據第一電壓參考值調節流經LED陣列210的電流。該第一電壓參考值例如為電壓參考信號ADJ的電壓值REF1*(R14+R15)/(R13+R14+R15)。如果交流輸入電壓為Vac2，指示該交流輸入電壓的信號VSEN超出預設範圍(比如信號VSEN的電壓值大於參考信號REF2的電壓值)，DC/DC線性整流器213根據第二電壓參考值調節流經LED陣列210的電流。該第二電壓參考值例如為電壓參考信號ADJ的電壓值REF1*R14/(R13+R14)。在一個實施例中，參考信號REF2的電壓值大於VP1*R12/(R11+R12)且小於VP2*R12/(R11+R12)。因此，如果光源驅動電路200接收交流輸入電壓\C2,電壓參考值會自動減小到REF1*R14/ (R13+R14)，從而LED陣列210的電力也隨之減小，避免光源驅動電路200因為接收到相對較高的交流輸入電壓而損壞。圖3所不為根據本發明一個實施例的光源驅動電路300。圖3中與圖2編號相同的部件具有類似的功能。與驅動電路200類似，光源驅動電路300包括用於比較信號VSEN和預設參考信號REF2的比較器222，和用於線性地控制與LED陣列210串聯的開關Ql的放大器206。在圖3的實施例中，信號VSEN指示由AC/DC變換器211產生的直流電壓VIN。信號VSEN由第一分壓器產生。該第一分壓器包括串聯的電阻Rll和R12。比較器222的輸出與開關Q3耦合。開關Q3與第二分壓器串聯。在圖3的實施例中，第二分壓器耦合於參考信號REFl和地之間。第二分壓器包括串聯的電阻R23和R24。放大器206通過比較監測信號220和電壓參考信號ADJ來線性地控制開關Ql。該監測信號220指示流經LED陣列210的電流。電壓參考信號ADJ來自電阻R23和R24之間的普通節點。監測信號220來自 與LED陣列210串聯的電流監測器，比如監測電阻Rs。操作中，在一個實施例裡，如果光源驅動電路300接收第二交流輸入電壓\C2 (如交流220V)，AC/DC變換器211產生直流電壓VIN，直流電壓Vin與交流輸入電壓Vac2的峰值電壓Vp2近似相等。由第一分壓器提供的信號VSEN的電壓值為VP2*R12/(R11+R12)，且大於參考信號REF2的電壓值。因此，比較器222的輸出為第二狀態(如高電平)，從而使開關Q2接通。如果開關Q2接通，電壓參考信號ADJ的電壓值為REF1*R24/(R23+R24)，即第一電壓參考值。放大器206線性地控制開關Ql以調節LED陣列210的電流，直到監測信號220的電壓值與電壓參考信號ADJ的電壓值基本相等。但是，在一個實施例中，如果光源驅動電路300接收第一交流輸入電壓VAa (如交流110V)，AC/DC變換器211產生直流電壓Vin，直流電壓Vin與交流輸入電壓VAa的峰值電壓Vpi近似相等。由第一分壓器提供的信號VSEN的電壓值為VP1*R12/(R11+R12)，且小於參考信號REF2的電壓值。因此，比較器222的輸出為第一狀態(如低電平)，從而使開關Q2斷開。如果開關Q2斷開，電壓參考信號ADJ的電壓值被上拉到REFl的電壓，即第二電壓參考值。在一個實施例中，放大器206輸出高電平，完全接通開關Ql。如前所述，如果交流輸入電壓為VAe2，指示該交流輸入電壓的信號VSEN超出預設範圍(比如信號VSEN的電壓值大於參考信號REF2的電壓值)，DC/DC線性整流器213根據第一電壓參考值線性地控制開關Ql以調節流經LED陣列210的電流。該第一電壓參考值例如為電壓參考信號ADJ的電壓值REF1*R24/(R23+R24)。在一個實施例中，如果交流輸入電壓為VAa，指示該交流輸入電壓的信號VSEN處於預設範圍內(比如信號VSEN的電壓值小於參考信號REF2的電壓值)，DC/DC線性整流器213使得開關Ql完全接通，從而使LED陣列210上的電壓最大。圖4所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路400。圖4中與圖2、圖3編號相同的部件具有類似的功能。在圖4的實施例中，光源驅動電路400包括接收交流輸入電壓並輸出直流電壓Vin的AC/DC變換器211，和接收直流電壓Vin並控制流經LED光源210的電流的DC/DC線性整流器413。在圖4的實施例中，LED光源210包括第一部分LED 411和第二部分LED 412。第一部分LED 411包括與AC/DC變換器211耦合的多個LED串。第二部分LED 412包括與第一部分LED411的LED串串聯耦合的多個LED串。AC/DC變換器211包括整流器(如包括4個二極體的橋式整流器204)和電容Cb，用於將來自交流電源202的交流電壓Va。變換為基本恆定的直流電壓VIN。在一個實施例中，若指示直流電壓Vin的信號VSEN位於預設範圍內(比如小於預設參考信號REF3)，DC/DC線性整流器413可用來導通LED光源的第一部分LED 411並關閉LED光源的第二部分LED 412 ;若指示直流電壓Vin的信號VSEN超出預設範圍內(比如大於預設參考信號REF3)，DC/DC線性整流器413可用來同時導通LED光源的第一部分LED 411和LED光源的第二部分LED 412。在圖4的實施例中，DC/DC線性整流器413包括比較器430。比較器430與AC/DC變換器211耦合，比較信號VSEN和預設參考信號REF3。比較器430的反相輸入端通過包括串聯電阻R31、R32的分壓器與AC/DC變換器211耦合，用來接收電阻R31、R32之間的普通節點上產生的信號VSEN。比較器430的同相輸入端接收參考信號REF3。DC/DC線性整流器413還包括用於控制第一開關Q6的第一放大器410，和用於控制第二開關Q7的第二放大器 420。開關Q6耦合於LED陣列210的第一部分LED411和地之間。第二開關Q7耦合於LED陣列210的第二部分LED 412和地之間。在一個實施例中，開關Q6和Q7具有相反的導通狀態，例如，開關Q6接通時開關Q7斷開，反之亦然。此外，在圖4的實施例中，DC/DC線性整流器413還包括一對具有相反的導通狀態的開關Q4和Q5。例如，開關Q4接通時開關Q5斷開，反之亦然。開關Q4耦合於開關Q6和地之間。開關Q5與開關Q4、Q7耦合，並與比較器430的輸出端I禹合。操作中，如果指示直流電壓Vin的信號VSEN超出預設範圍(比如信號VSEN大於預設參考信號REF3)，比較器430的輸出為第一狀態(如低電平)，從而使開關Q5斷開。此時開關Q4接通，放大器410的輸出被連接到地，開關Q6斷開。放大器420通過比較監測信號220和電壓參考信號REF4，線性地控制開關Q7以調節流經LED陣列210的第一部分LED411和第二部分LED 412的電流。其中，監測信號220指示流經LED陣列210的第一部分LED 411和第二部分LED 412的電流。但是，如果指示直流電壓Vin的信號VSEN位於預設範圍內(比如信號VSEN小於預設參考信號REF3)，比較器430的輸出為第二狀態(如高電平)，從而使開關Q5接通。此時開關Q4斷開，放大器420的輸出被連接到地，開關Q7斷開，從而使LED陣列210的第二部分LED 412關閉。放大器410通過比較監測信號220和電壓參考信號REF4，線性地控制開關Q6以調節流經LED陣列210的第一部分LED 411的電流。此時監測信號220指示流經LED陣列210的第一部分LED 411的電流。如前所述，如果交流輸入電壓\c相對較高，使得信號VSEN大於預設參考信號REF3，LED陣列210的第一部分LED 411和第二部分LED 412均導通，並根據電壓參考信號例如REF4來調節流經LED陣列210的電流。如果交流輸入電壓Va。相對較低，使得信號VSEN小於預設參考信號REF3，僅對LED陣列210中的部分LED供電(如對第一部分LED 411供電而把第二部分LED 412關閉)。因此，根據電壓參考信號REF4調節流經第一部分LED 411的電流。換言之，AC/DC變換器211接收的交流輸入電壓Va。的大小決定了供電(例如，至額定功率)的LED的數量。在圖2、圖3和圖4的實施例中，LED陣列210與AC/DC變換器211耦合，DC/DC線性整流器213、313和413耦合於LED陣列210和地之間。但是，在其他的實施例中，DC/DC線性整流器213、313和413可以與AC/DC變換器211耦合，而LED陣列210耦合於DC/DC線性整流器213、313、413與地之間。因此，根據本發明的實施例提供了用於驅動一個或多個光源(如LED光源)的電路。相比傳統光源驅動電路需要包括體積較大的電感、電容和開關元器件的開關模式DC/DC變換器，根據本發明的光源驅動電路利用DC/DC線性整流器來調節光源的電流。另外，根據本發明實施例的DC/DC線性整流器不產生電磁幹擾(EMI)噪音，因此不需要電磁幹擾濾波器。此外，根據本發明的光源驅動電路可以適用於不同國家和地區的不同的交流輸入電壓。在此使用之措辭和表達都是用於說明而非限制，使用這些措辭和表達並不將在此圖示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在發明範圍之外，在權利要求 的範圍內可能存在各種修改。其它的修改、變體和替換物也可能存在。因此，權利要求旨在涵蓋所有此類等同物。
權利要求
1.ー種光源驅動電路，其特徵在於，所述光源驅動電路包括 發光二極體LED光源； 把交流電壓轉為直流電壓的AC/DC變換器；以及 DC/DC線性整流器，用於若指示所述直流電壓的信號處於預設範圍之內，則所述DC/DC線性整流器根據第一電壓參考值調節流經所述LED光源的電流，若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述DC/DC線性整流器根據第二電壓參考值調節流經所述LED光源的電流，其中，所述第二電壓參考值小於所述第一電壓參考值。
2.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述DC/DC線性整流器包括與所述LED光源串聯的開關，所述光源驅動電路線性地控制所述開關。
3.根據權利要求2所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述DC/DC線性整流器還包括放大器，用於若指示所述直流電壓的所述信號處於所述預設範圍之內，則所述放大器將指示所述電流的監測信號與所述第一電壓參考值進行比較；若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述放大器將所述監測信號與所述第二電壓參考值進行比較。
4.根據權利要求3所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述DC/DC線性整流器還包括比較器，用於將指示所述直流電壓的所述信號與預設參考信號進行比較，所述DC/DC線性整流器根據所述比較器的輸出調節流經所述LED光源的電流。
5.—種用於控制發光二極體LED光源的控制器，所述LED光源接收直流電壓，其特徵在於，所述控制器包括 與所述LED光源串聯的開關； 放大器，用於若指示所述直流電壓的信號處於預設範圍之內，則所述放大器通過將指示流經所述LED光源的電流的監測信號與第一電壓參考值進行比較以線性控制所述開關；若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述放大器通過將所述監測信號與第二電壓參考值進行比較以線性控制所述開關，且所述第二電壓參考值小於所述第一電壓參考值。
6.根據權利要求5所述的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括比較器，用於將指示所述直流電壓的所述信號與預設參考信號進行比較，所述控制器根據所述比較器的輸出調節流經所述LED光源的所述電流。
7.根據權利要求6所述的控制器，其特徵在於，若指示所述直流電壓的所述信號小於所述預設參考信號，則所述放大器將所述監測信號與所述第一電壓參考值進行比較；若指示所述直流電壓的所述信號大於所述預設參考信號，則所述放大器將所述監測信號與所述第二電壓參考值進行比較。
8.一種用於控制發光二極體LED光源的控制器，所述LED光源接收直流電壓，所述LED光源包括第一部分LED和第二部分LED，其特徵在於，若指示所述直流電壓的信號位於預設範圍內，則所述控制器導通第一部分LED並關閉第二部分LED ;若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述控制器同時導通所述第一部分LED和所述第二部分LED。
9.根據權利要求8所述的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括 與所述第一部分LED耦合的第一開關； 與所述第二部分LED耦合的第二開關； 若指示所述直流電壓的所述信號位於所述預設範圍內，則所述控制器線性地控制所述第一開關且斷開所述第二開關， 若指示所述直流電壓的所述信號超出所述預設範圍，則所述控制器斷開所述第一開關併線性地控制所述第二開關。
10.根據權利要求9所述的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括比較器，用於將指示所述直流電壓的所述信號與預設參考信號進行比較，所述控制器根據所述比較器的輸出控制所述第一開關和所述第二開關。
11.根據權利要求9所述的控制器，其特徵在幹，所述控制器還包括放大器，用於通過比較指示流經所述第一部分LED的電流的監測信號和電壓參考值，以線性地控制所述第一開關。
12.根據權利要求9所述的控制器，其特徵在幹，所述控制器還包括放大器，用於通過將指示流經所述第一部分LED和所述第二部分LED的電流的監測信號與電壓參考值進行比較，以線性地控制所述第二開關。
全文摘要
本發明公開了一種光源驅動電路和用於控制LED光源的控制器。該光源驅動電路包括AC/DC變換器和DC/DC線性整流器。AC/DC變換器把輸入的交流電壓轉為直流電壓。如果指示該直流電壓的監測信號處於預設範圍之內，則DC/DC線性整流器根據第一電壓參考值調節流經光源的電流。如果指示該直流電壓的監測信號超出預設範圍，則DC/DC線性整流器根據第二電壓參考值調節流經光源的電流。根據本發明的光源驅動電路能夠適用於不同國家和地區的交流輸入電壓。此外，本發明的DC/DC線性整流器不會產生電磁波幹擾(EMI)噪音，從而也不需要電磁波幹擾濾波器。另外，也不需要傳統開關模式DC/DC變換器中的如電感等體積較大的電路元件。
文檔編號H05B37/02GK102685973SQ20111035674
公開日2012年9月19日 申請日期2011年11月11日 優先權日2010年12月14日
發明者杜珣弤, 林永霖 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司