專(zhuān)利名稱(chēng)：Led驅(qū)動(dòng)電路和使用該led驅(qū)動(dòng)電路的led照明組件的制作方法
LED驅(qū)動(dòng)電路和使用該LED驅(qū)動(dòng)電路的LED照明組件發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及LED驅(qū)動(dòng)電路和使用該LED驅(qū)動(dòng)電路的LED照明組件。
背景技術(shù)：
LED(發(fā)光二極管)的特征在于，其具有低電流損耗、長(zhǎng)壽命等，并且其應(yīng)用范圍不僅已擴(kuò)展至顯示設(shè)備，還擴(kuò)展至照明裝置等。LED照明裝置為了達(dá)到要求的亮度經(jīng)常使用多個(gè) LED (例如參見(jiàn) JP-A-2004-327152、JP-A-2006-319172 和 JP-A-2008-104273)。一般使用的照明裝置經(jīng)常采用商業(yè)交流電源，并且考慮例如采用LED照明組件取代例如白熾燈之類(lèi)的一般用途照明組件的情形下，要求LED照明組件也配置成與一般用途的照明組件一樣使用商業(yè)交流電源。此外，在設(shè)法執(zhí)行白熾燈的光控制中，使用相控光控制器(通常稱(chēng)為白熾光控制器)，其中開(kāi)關(guān)元件(例如可控硅元件或三端雙向可控硅元件)在交流電源電壓的某一相位角上導(dǎo)通并由此使通過(guò)對(duì)白熾燈供電控制的光控制能輕易地通過(guò)調(diào)光(volume)元件的簡(jiǎn)單操作來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如參見(jiàn)JP-A-2005461^)。然而已知的是，在通過(guò)使用相控光控制器執(zhí)行低瓦數(shù)白熾燈的光控制器時(shí)，將白熾燈連接于光控制器導(dǎo)致閃爍或閃光的發(fā)生，因此無(wú)法正確執(zhí)行光控制。在設(shè)法對(duì)使用交流電源的LED照明組件執(zhí)行光控制時(shí)，要求LED照明組件能不作任何改變地連接于已有白熾燈的相控光控制器。通過(guò)在僅將照明組件改變成LED照明組件同時(shí)使用已有的相應(yīng)光控制設(shè)備，相比使用白熾燈的情形，功耗可顯著降低。此外，這還能確保兼容性而不需要將光控制設(shè)備改變?yōu)閷?zhuān)門(mén)針對(duì)LED照明組件使用的類(lèi)型，并因此降低了設(shè)備成本。現(xiàn)在，圖16示出能實(shí)現(xiàn)使用交流電源的LED照明組件的光控制的LED照明系統(tǒng)的傳統(tǒng)示例。圖16示出的LED照明系統(tǒng)包括相控光控制器200、具有二極管電橋DBl和限流部分IL的LED驅(qū)動(dòng)電路300以及通過(guò)將數(shù)個(gè)LED串聯(lián)而形成的LED陣列400。相控光控制器200串聯(lián)地連接在作為交流電源的商業(yè)電源100和限流部分IL之間。在相控光控制器200中，可變電阻器Rvar的電阻值設(shè)計(jì)成可變的，并因此三端雙向可控硅元件Tri根據(jù)該電阻值在某一電源相位角上導(dǎo)通。典型地，可變電阻器Rvar以旋鈕或滑塊的形式構(gòu)筑并由此通過(guò)改變旋鈕的轉(zhuǎn)角或滑塊的位置實(shí)現(xiàn)對(duì)照明組件的光控制。此外，在相控光控制器 200中，電容器Ca和電感器L構(gòu)成噪聲抑制電路，該噪聲抑制電路降低從相控光控制器200 反饋回給交流電源線的噪聲。圖17示出光控制器的輸出波形和二極管電橋DBl的輸出波形，它們分別對(duì)應(yīng)于相控光控制器200的0°、45°、90°和135°的相位角。隨著相位角增大，二極管電橋的輸出波形的電壓的平均值減小。在LED照明組件連接于相控光控制器200 的情形下，隨著光控制器的相位角增大，導(dǎo)致的亮度減小。當(dāng)相控光控制器200的相位角增加以致減小LED的結(jié)果亮度時(shí)，如果二極管電橋DBl的輸出電壓變得小于當(dāng)LED陣列400開(kāi)始發(fā)光時(shí)獲得的正向電壓(VF)，則LED陣列400 不再發(fā)光，并且在流過(guò)光控制器的電流中出現(xiàn)急劇減小。由于這種急劇減小，流過(guò)光控制器的電流落到光控制器中的三端雙向可控硅Tri的導(dǎo)通狀態(tài)保持電流的水平之下，因此三端雙向可控硅截止以停止光控制器的輸出并由此帶來(lái)不穩(wěn)定狀態(tài)，該不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致發(fā)生 LED陣列400的亮度閃爍。此外，當(dāng)三端雙向可控硅Tri通過(guò)對(duì)光控制器輸出的相控從截止?fàn)顟B(tài)切換至導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，LED從截止?fàn)顟B(tài)切換至導(dǎo)通狀態(tài)，因此導(dǎo)致LED阻抗的急劇變化。 這可能使減幅振蕩(ring)發(fā)生在在光控制器的輸出電壓邊沿，在那里輸出電壓劇烈變化， 因此三端雙向可控硅Tri被引向擬被截止的不穩(wěn)定狀態(tài)，該不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致亮度閃爍的發(fā)生。因?yàn)榍笆鲈颍谶m于使用相控光控制器的LED照明系統(tǒng)中，當(dāng)LED不發(fā)光時(shí)，使用強(qiáng)制地使保持電流通過(guò)的電流汲取電路來(lái)防止三端雙向可控硅截止。然而在這種情形下，汲取電流全部被轉(zhuǎn)化成熱，這將導(dǎo)致LED照明系統(tǒng)的效率惡化并需要采取散熱措施。在使用傳統(tǒng)白熾燈負(fù)載的情形下，由于鎢燈絲之類(lèi)的燈絲構(gòu)成負(fù)載，即便相控光控制器的三端雙向可控硅從截止?fàn)顟B(tài)切換至導(dǎo)通狀態(tài)，也幾乎不會(huì)發(fā)生阻抗變化，并因此保持低阻狀態(tài)。因此，流過(guò)相控光控制器的電流不存在突然變化，由此只要交流電源具有OV 左右或更高的電壓值就能執(zhí)行穩(wěn)定的光控制操作。此外，在圖16所示的傳統(tǒng)示例的情形下，當(dāng)二極管電橋DBl的輸出電壓低于當(dāng)LED 陣列400開(kāi)始發(fā)光時(shí)獲得的正向電壓(VF)時(shí)，LED截止，并且假設(shè)交流電源處于60Hz的頻率，由于通過(guò)二極管電橋執(zhí)行全波整流，因此LED以?xún)杀队诮涣麟娫搭l率的120Hz頻率反復(fù)地導(dǎo)通/截止。這種LED的導(dǎo)通/截止造成閃爍并當(dāng)用戶(hù)快速移動(dòng)他/她的視線以試圖跟隨體育比賽等中的快速移動(dòng)時(shí)更可能不利地觀察到這種閃爍。在使用白熾燈的情形下，由于燈絲具有0. 1秒數(shù)量級(jí)響應(yīng)速度并因此不響應(yīng)于120Hz的導(dǎo)通/截止操作，因此前述閃爍不會(huì)演變至令人注意的程度。另一方面，在使用LED的情形下，由于其響應(yīng)速度比白熾燈中使用的燈絲高上百萬(wàn)倍或更多倍，因此閃爍容易演變至令人注意的程度。此外，圖18示出在圖16所示的傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)的情形下和白熾燈照明系統(tǒng)的情形下相控光控制器的相位角θ和照明亮度之間的關(guān)系(光控制曲線)。在傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)中，在相位角θ =0° -45°時(shí)不發(fā)生亮度變化，而在θ =45°或更大時(shí)，光量成線性地變化，而在θ =130°時(shí)，LED照明系統(tǒng)熄滅。白熾燈表現(xiàn)出一條曲線，其特征在于光量從θ = 0°開(kāi)始徐徐減小，在θ =50° -100°時(shí)，與傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)的光控制曲線一起變化，而在θ =120° -150°時(shí)，徐徐減小。亮度是通過(guò)人眼對(duì)數(shù)性地觀察到的，并因此光量相對(duì)于相位角θ徐徐減小的特征是在低照度下精密控制光量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，由于它在θ =130°附近急劇變暗，因此120°至150°左右相位角時(shí)的光量相比白熾燈的情形是無(wú)法被精密控制的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供精密控制切換電流和LED電流以維持相控光控制器的保持電流并由此抑制光控制器被引至不穩(wěn)定狀態(tài)以造成亮度閃爍的現(xiàn)象并也能獲得提高的效率的LED驅(qū)動(dòng)電路和LED照明組件。此外，本發(fā)明的另一目的是允許光控制抑制閃爍的發(fā)生并獲得接近白熾燈的光控制曲線，由此不造成不適感。本發(fā)明提供一種能經(jīng)由相控光控制器連接于交流電源并驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載的LED驅(qū)動(dòng)電路。該LED驅(qū)動(dòng)電路包括開(kāi)關(guān)電源部分，其具有開(kāi)關(guān)元件、檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分以及檢測(cè)LED電流的LED電流檢測(cè)部分；第一減法部分，用于從開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出減去一給定值；第一確定部分，其通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定開(kāi)關(guān)電流被限流至的目標(biāo)值；第二減法部分，用于從LED電流檢測(cè)部分的輸出減去一給定值；第二確定部分，其通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算確定LED電流的目標(biāo)值；開(kāi)關(guān)電流限流部分，如果第一減法部分的減法結(jié)果超過(guò)第一確定部分的確定結(jié)果，該開(kāi)關(guān)電流限流部分使開(kāi)關(guān)元件截止以對(duì)開(kāi)關(guān)電流限流；以及LED電流控制部分，其驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制LED電流以使第二減法部分的減法結(jié)果與第二確定部分的確定結(jié)果一致(第一配置)。根據(jù)這種配置，開(kāi)關(guān)電流和LED電流受到精密控制以使保持電流得以維持。這能抑制相控光控制器的電流保持單元被截止從而引發(fā)不穩(wěn)定狀態(tài)的現(xiàn)象，所述不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致LED負(fù)載發(fā)生亮度閃爍，并還能取得增加的效率。此外，在前述第一配置中，開(kāi)關(guān)電源部分可由升壓電路構(gòu)成(第二配置)。這可使施加于LED負(fù)載的正向電壓穩(wěn)定并由此抑制閃爍的發(fā)生。此外，在前述第一配置中，可采用下列配置。即，第一減法部分是獲得開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差的第一誤差放大器，而第一確定部分是獲得開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓和第一偏移電壓之間的差的第二誤差放大器。第二減法部分是獲得LED 電流檢測(cè)部分的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差的第三誤差放大器，而第二確定部分是獲得 LED電流設(shè)定電壓和第二偏移電壓之間的差的第四誤差放大器。開(kāi)關(guān)電流限流部分具有比較器，該比較器將第一誤差放大器的輸出與第二誤差放大器的輸出作比較并基于比較器的輸出來(lái)截止開(kāi)關(guān)元件。LED電流控制部分具有第五誤差放大器，其獲得第三誤差放大器的輸出和第四誤差放大器的輸出之間的差；以及PWM信號(hào)發(fā)生部分，其根據(jù)第五誤差放大器的輸出產(chǎn)生PWM信號(hào)，并基于該P(yáng)WM信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件(第三配置)。此外，在前述第三配置中，可采用下列配置。即，進(jìn)一步提供檢測(cè)整個(gè)電路中的電流的電路電流檢測(cè)部分；以及汲取電流的電流汲取部分。電路電流檢測(cè)部分的輸出被用作基準(zhǔn)電壓，并基于電路電流檢測(cè)部分的輸出，電流汲取部分汲取電流以使整個(gè)電路中的電流保持恒定(第四配置)。根據(jù)這種配置，執(zhí)行控制以使開(kāi)關(guān)電流、LED電流和汲取電流的總和保持恒定，并因此能維持相控光控制器的保持電流。此外，在前述第四配置中，可采用下列配置。S卩，電路電流檢測(cè)部分具有將電路電流轉(zhuǎn)換成電壓的電阻元件以及對(duì)由轉(zhuǎn)換得到的電壓求平均的平均電壓檢測(cè)部分。電流汲取部分汲取電流以使平均電壓檢測(cè)部分具有等于基準(zhǔn)電壓的輸出(第五配置)。這種配置抑制了無(wú)用電流汲取并因此能提供提高的效率。此外，在前述第三配置中，開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓可以是與LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓成比例的電壓。這使開(kāi)關(guān)電流具有與輸入電壓成比例形狀的波形并因此能提供功率因數(shù)改善(第六配置)。此外，在前述第三配置中，LED電流設(shè)定電壓可以是與LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓的平均電壓成比例的電壓(第七配置)。這允許在寬范圍相位角上執(zhí)行光控制。此外，在前述第七配置中，第二偏移電壓可以是與LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓的邊沿電壓成比例的電壓。這可提供接近白熾燈的光控制曲線并因此允許以防止造成不適感的方式來(lái)執(zhí)行光控制。此外，在前述第七配置中，第二偏移電壓可以是對(duì)與LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓的邊沿電壓成比例的電壓求平方而獲得的電壓。這可提供進(jìn)一步接近白熾燈的光控制曲線并因此允許以進(jìn)一步防止造成不適感的方式來(lái)執(zhí)行光控制。本發(fā)明也提供LED照明組件，包括LED驅(qū)動(dòng)電路，其能經(jīng)由相控光控制器連接于交流電源并驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載；以及LED負(fù)載，其連接于LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出側(cè)。該LED驅(qū)動(dòng)電路包括開(kāi)關(guān)電源部分，其具有開(kāi)關(guān)元件、檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分以及檢測(cè)LED 電流的LED電流檢測(cè)部分；第一減法部分，用于從開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出減去一給定值； 第一確定部分，其通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定開(kāi)關(guān)電流被限流至的目標(biāo)值；第二減法部分，用于從LED電流檢測(cè)部分的輸出減去一給定值；第二確定部分，其通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算確定LED電流的目標(biāo)值；開(kāi)關(guān)電流限流部分，如果第一減法部分的減法結(jié)果超過(guò)第一確定部分的確定結(jié)果，該開(kāi)關(guān)電流限流部分使開(kāi)關(guān)元件截止以限制開(kāi)關(guān)電流；以及LED電流控制部分，其驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制LED電流以使第二減法部分的減法結(jié)果與第二確定部分的確定結(jié)果一致。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED照明系統(tǒng)的整個(gè)配置的圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的LED驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)配置示例的圖。圖3是示出振蕩器的一個(gè)配置示例的圖。圖4是示出誤差放大器和比較器的一個(gè)配置示例的圖。圖5是示出誤差放大器的一個(gè)配置示例的圖。圖6是示出在使光控制器的相位角改變的情形下輸入至LED驅(qū)動(dòng)電路的電壓的波形圖。圖7是示出在光控制器的相位角和輸入電壓平均值之間的關(guān)系的曲線圖。圖8是示出產(chǎn)生LED電流設(shè)定電壓和第二偏移電壓的電路的一個(gè)示例的圖。圖9是示出輸入電壓平均值、與邊沿電壓成比例的電壓、兩者間的差值與相位角之間的關(guān)系的曲線圖。圖10是示出白熾燈的光控制曲線和本發(fā)明的光控制曲線的曲線圖。圖11是示出產(chǎn)生LED電流設(shè)定電壓和第二偏移電壓的電路的另一示例的圖。圖12是示出輸入電壓平均值、與邊沿電壓成比例的電壓的平方值、兩者間的差值與相位角之間的關(guān)系的曲線圖。圖13是示出白熾燈的光控制曲線和本發(fā)明的光控制曲線的曲線圖。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的LED驅(qū)動(dòng)電路的另一配置示例的圖。圖15是示出圖14所示的LED驅(qū)動(dòng)電路的特殊配置示例的圖。圖16是示出傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)的示例的圖；圖17是示出在光控制器的相位角變化的情形下光控制器的輸出波形和二極管電橋的輸出波形的圖。圖18是分別示出白熾燈和傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)的光控制曲線的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED照明系統(tǒng)的整個(gè)配置。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)包括商業(yè)電源100、 相控光控制器200、保險(xiǎn)絲F1、過(guò)載保護(hù)元件NR1、二極管電橋DB1、LED驅(qū)動(dòng)電路500以及 LED陣列400。商業(yè)電源100經(jīng)由相控光控制器200和保險(xiǎn)絲Fl連接于二極管電橋DBl，而過(guò)載保護(hù)元件NRl連接在商業(yè)電源100的一端和保險(xiǎn)絲Fl的一端之間。LED驅(qū)動(dòng)電路500 連接于二極管電橋DBl的輸出側(cè)，并且LED陣列400連接于LED驅(qū)動(dòng)電路500的輸出側(cè)。 LED驅(qū)動(dòng)電路500和LED陣列400構(gòu)成LED照明組件，LED照明組件的示例包括LED燈。商業(yè)電源100輸出正弦交流電壓，正弦交流電壓隨著國(guó)家不同而在100V-250V之間變化，并且50Hz或60Hz的頻率用于電源100。當(dāng)交流電壓輸入到相控光控制器200時(shí)， 根據(jù)用于調(diào)光元件的光控制的轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)操作，產(chǎn)生一波形，該波形具有通過(guò)裁去交流電波形的某一相位點(diǎn)而獲得的形狀。通過(guò)二極管電橋DB1，執(zhí)行相控光控制器200輸出波形的全波整流，并且具有兩倍輸入頻率的頻率(在50Hz輸入頻率的情形下為100Hz，在60Hz輸入頻率的情形下為120Hz)的脈動(dòng)波形被輸入到LED驅(qū)動(dòng)電路500的輸入端子TO?，F(xiàn)在，圖2示出LED驅(qū)動(dòng)電路500的一個(gè)配置示例。圖2所示的LED驅(qū)動(dòng)電路500 具有開(kāi)關(guān)電源部分1、LED電流檢測(cè)部分3、開(kāi)關(guān)控制部分4以及輸入端子T0-T5。開(kāi)關(guān)電源部分1由電感器Li、二極管D1、電容器Cl以及作為nMOS晶體管開(kāi)關(guān)元件Ml構(gòu)成以形成升壓電路，并且輸入端子TO的輸入電壓VIN由開(kāi)關(guān)電源部分1升壓。LED陣列400的正向電壓被設(shè)定為輸入電壓的大約兩倍，并且經(jīng)升壓的電壓使電流流過(guò)LED陣列400，并因此LED 陣列400發(fā)光。檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分2連接在開(kāi)關(guān)元件Ml的源極側(cè)和接地點(diǎn)之間， 而檢測(cè)流過(guò)LED的電流的LED電流檢測(cè)部分3連接在LED陣列400的陰極側(cè)和接地點(diǎn)之間。開(kāi)關(guān)控制部分4具有誤差放大器AMP1-AMP5、比較器CMPl和CMP2、RS觸發(fā)器 SRFF1、振蕩器OSl以及與電路AND1。開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分2的輸出電壓IDETl被輸入到誤差放大器AMPl的非反相端子，而施加于輸入端子Tl的基準(zhǔn)電壓SENS被輸入到其反相端子。 此外，施加于輸入端子T2的開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓ILIM被輸入到誤差放大器AMP2的非反相端子，而施加于輸入端子T3的第一偏移電壓VOSl被輸入到其反相端子。誤差放大器 AMPl放大輸入的差并將放大的差輸出至比較器CMPl的非反相端子，并且誤差放大器AMP2 放大輸入之間的差并將放大的差輸出至比較器CMPl的反相端子。比較器CMPl將輸入之間作出的比較結(jié)果輸出至RS觸發(fā)器SRFFl的置位端子。由振蕩器OSl輸出的矩形波信號(hào)被輸入到RS觸發(fā)器SRFFl的復(fù)位端子，并且來(lái)自其&輸出端子的輸出被輸入至與電路ANDl。此外，LED電流檢測(cè)部分3的輸出電壓IDET2被輸入到誤差放大器3的非反相端子，并且施加于輸入端子Tl的基準(zhǔn)電壓SENS被輸入到其反相端子。此外，施加于輸入端子 T4的LED電流設(shè)定電壓ILED被輸入到誤差放大器AMP4的非反相端子，而施加于輸入端子 T5的第二偏移電壓V0S2被輸入到其反相端子。誤差放大器AMP3放大輸入之間的差并將放大的差輸出至誤差放大器AMP5的反相端子，而誤差放大器AMP4放大輸入之間的差并將放大的差輸出至誤差放大器AMP5的非反相端子。誤差放大器AMP5放大誤差放大器AMP3和 AMP4的各輸出電壓之間的差，并將經(jīng)放大的差輸出至比較器CMP2的非反相端子。由振蕩器 QSl輸出的三角波信號(hào)被輸入至比較器CMP2的反相端子。比較器CMP2將在輸入之間作出的比較的結(jié)果輸出至與電路AND1。然后，與電路ANDl的輸出被輸入到開(kāi)關(guān)元件Ml的柵極側(cè)。通過(guò)前述配置，當(dāng)(IDET1-SENS) > (ILIM-V0S1)時(shí)，比較器CMPl的輸出變?yōu)楦唠娖讲⒁虼薘S觸發(fā)器SRFFl被置位，由此與電路ANDl的輸出變?yōu)榈碗娖健Ｓ纱?，開(kāi)關(guān)元件Ml 的柵極變?yōu)榈碗娖讲⒁虼碎_(kāi)關(guān)元件Ml被截止以停止切換。結(jié)果，開(kāi)關(guān)電流受到限流。此外，PWM功能發(fā)生，其中比較器CMP2的輸出脈沖的占空比根據(jù)誤差放大器AMP5 的輸出電平而變化，且因此開(kāi)關(guān)元件Ml的柵極電壓以執(zhí)行反饋從而令(IDET2-SENS)= (ILED-V0S2)的方式受到控制。結(jié)果，LED電流保持恒定。現(xiàn)在，為了相控光控制器200的正常操作，要求電流恒定地流過(guò)以防止包含在相控光控制器200中的三端雙向可控硅截止。在本發(fā)明中，基于輸入電壓VIN適當(dāng)設(shè)定的電壓分別施加于輸入端子T1-T5，以使開(kāi)關(guān)電流和LED電流精密地受到控制以防止包含在相控光控制器200中的三端雙向可控硅截止。這可抑制光控制器被引向不穩(wěn)定狀態(tài)以造成LED 亮度閃爍的現(xiàn)象并能同時(shí)取得增加的效率。典型地，施加于輸入端子T2的開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓ILIM被設(shè)定至給定電壓，并且擬施加于輸入端子T3的第一偏移電壓VOSl被設(shè)定在接地電平。此外，擬施加于輸入端子Tl的基準(zhǔn)電壓SENS被設(shè)定在接地電平。分別施加于輸入端子T4和T5的電壓將在下面說(shuō)明。施加于輸入端子T2的開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓ILIM可被設(shè)定為與輸入電壓VIN成比例的電壓。這使開(kāi)關(guān)電流具有與輸入電壓VIN成比例形狀的波形并因此提供功率因數(shù)改
業(yè)
口 ο此外，還存在的特征是，升壓操作致使電容器Cl存儲(chǔ)能量，并由此使LED陣列400 的電壓施加變得穩(wěn)定，因此閃爍不容易發(fā)生。圖3示出振蕩器OSl的特定配置示例。振蕩器OSl具有端子T6，數(shù)字直流電源電壓DVCC施加于該端子T6 ；端子T7，模擬直流電源電壓AVCC施加于該端子T7 ；端子T8，基準(zhǔn)電壓VREF施加于該端子T8 ；端子T9，基準(zhǔn)電壓VOSCH施加于該端子T9 ；端子T10，基準(zhǔn)電壓V0SCL( < V0SCH)施加于該端子TlO以及輸出端子Tll和T12。振蕩器OSl進(jìn)一步具有恒定電流PMOS晶體管M2、M3和M5，恒電流nMOS晶體管M4和M6以及nMOS晶體管M7。作為其附加，振蕩器OSl具有運(yùn)算放大器AMP、電阻器R、電容器C2、比較器CMP3和CMP4以及 RS觸發(fā)器SRFF2。如果輸出端子Tll的輸出電壓OUT達(dá)到不低于基準(zhǔn)電壓VOSCH( = 3V)的值，則RS 觸發(fā)器SRFF2被置位并因此其。輸出變?yōu)榈碗娖剑虼薾MOS晶體管M7截止并因此恒電流 nMOS晶體管M6導(dǎo)通以使蓄積在電容器C2中的電荷以恒定電流10放電。如果放電的結(jié)果是電容器C2的電壓降低至不高于基準(zhǔn)電壓V0SCL( = IV)的值，則RS觸發(fā)器SRFF 2重置并因此其。輸出變?yōu)楦唠娖?，因此nMOS晶體管M7導(dǎo)通并因此恒電流nMOS晶體管M6截止。 因此，以恒定電流10執(zhí)行對(duì)電容器C2充電的操作以造成恒定頻率下的振蕩。結(jié)果，三角波信號(hào)從輸出端子Tll輸出，并且矩形波信號(hào)從輸出端子T12輸出。三角波信號(hào)被輸入至比較器CMP2的反相輸入，而矩形波信號(hào)被輸入至RS觸發(fā)器SRFFl的重置端子(圖2)。圖4示出誤差放大器AMPl和AMP2的特定配置示例。誤差放大器AMPl是由MOS 晶體管M8-M15、電阻器R1-R5以及電容器C3構(gòu)成的跨導(dǎo)放大器。在誤差放大器AMPl中，開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分輸出電壓IDETl和基準(zhǔn)電壓SENS之間的差被轉(zhuǎn)換成電流的變化，該電流的變化隨后通過(guò)電阻器R4轉(zhuǎn)換成電壓。流過(guò)電阻器R4的電流的變化表示為Δ Il = (2/gm+R2) X (IDET1-SENS)其中g(shù)m = MOS晶體管Mil和M13的跨導(dǎo)，而源自電阻器4的轉(zhuǎn)換的電壓表示為AVl = R4X Δ Il= R4X (2/gm+R2) X (IDET1-SENS)。另一方面，誤差放大器AMP2是由MOS晶體管M16-M23、電阻器R6-R10以及電容器 C4構(gòu)成的跨導(dǎo)放大器。在誤差放大器AMP2中，開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓ILIM和第一偏移電壓VOSl之間的差被轉(zhuǎn)換成電流的變化，該電流的變化隨后通過(guò)電阻器R9轉(zhuǎn)換成電壓。流過(guò)R9的電流的變化被表示為Δ 12 = (2/gm+R7) X (ILIM-V0S1)其中g(shù)m = MOS晶體管M19和M21的跨導(dǎo)，而源自電阻器R9的轉(zhuǎn)換的電壓表示為AV2 = R9X Δ 12= R9X (2/gm+R7) X (ILIM-V0S1)。假設(shè)R3 = R4 = R8 = R9 = RC,且 R2 = R7 = RE,Δ Vl = RCX (2/gm+RE) X (IDET1-SENS)AV2 = RCX (2/gm+RE) X (ILIM-V0S1)并且通過(guò)比較器CMPl在AVl和AV2之間作出比較。在圖2所示的配置中，如果 AVl > AV2,BP (IDET1-SENS) > (ILIM-V0S1)，則比較器CMPl的輸出變?yōu)楦唠娖?，以使開(kāi)關(guān)元件Ml的柵極變?yōu)榈碗娖剑⒂纱藢?duì)開(kāi)關(guān)電流進(jìn)行限流。圖5示出誤差放大器AMP3、AMP4和AMP5的特定配置示例。誤差放大器AMP3是由MOS晶體管M16-M23、電阻器R11-R15以及電容器C5構(gòu)成的跨導(dǎo)放大器。在誤差放大器 AMP3中，LED電流檢測(cè)部分輸出電壓IDET2和基準(zhǔn)電壓SENS之間的差被轉(zhuǎn)換成電流的變化，該電流的變化隨后通過(guò)電阻器R14轉(zhuǎn)換成電壓。流過(guò)電阻器R14的電流的變化表示為Δ 13 = (2/gm+R12) X (IDET2-SENS)其中g(shù)m = MOS晶體管M19和M21的跨導(dǎo)，而源自電阻器R14的轉(zhuǎn)換的電壓表示為AV3 = R14X Δ 13= R14X (2/gm+R12) X (IDET2—SENS)。另一方面，誤差放大器AMP4是由MOS晶體管M24-M31、電阻器R16-R20以及電容器C6構(gòu)成的跨導(dǎo)放大器。在誤差放大器AMP4中，LED電流設(shè)定電壓ILED和第二偏移電壓 V0S2之間的差被轉(zhuǎn)換成電流的變化，該電流的變化隨后通過(guò)電阻器R19轉(zhuǎn)換成電壓。流過(guò)電阻器R19的電流的變化表示為Δ 14 = (2/gm+R17) X (ILED-V0S2)其中g(shù)m = MOS晶體管1127和似9的跨導(dǎo)，而源自電阻器R19的轉(zhuǎn)換的電壓表示為AV4 = R19X Δ 14= R19X (2/gm+R17) X (ILED—V0S2)。假設(shè)R13 = R14 = R18 = R19 = RC,并且 R12 = R17 = RE,貝Ij
AV3 = RCX (2/gm+RE) X (IDET2-SENS)Δ V4 = RCX (2/gm+RE) X (ILED-V0S2)。誤差放大器AMP5由緩沖器BUFl和BUF2、電阻器R21-R24、電容器C7和C8、運(yùn)算放大器AMP6和AMP7構(gòu)成，并放大誤差放大器AMP3和AMP4之間的輸出電壓的差。假設(shè)R21 = R22 = RIN, R23 = R24 = RF,并且 VREF = IV，則輸出電壓 VOUT 表示為VOUT = VREF+ (R23/R21) ( Δ V4- Δ V3)= IV+ (R23/R21) XRCX (2/gm+RE) X ((ILED-VOS》-(IDET2-SENS))。在圖2所示的配置中，通過(guò)升壓開(kāi)關(guān)操作執(zhí)行反饋以使VOUT = VREF,即AV3 = AV4, BP (ILED—V0S2) = (IDET2—SENS)，并因此可控制LED電流以使其保持恒定。如前面結(jié)合圖4和圖5描述的那樣，使用能對(duì)其輸入與GND電平相等或更高電平的信號(hào)的跨導(dǎo)放大器，并由此能夠簡(jiǎn)化電路。接著，下面描述本發(fā)明中執(zhí)行的光控制。圖6示出在相控光控制器200的相位角分別為0°、45°、90°和135°的情形下輸入到LED驅(qū)動(dòng)電路500的電壓的波形。假設(shè)輸入電壓為lOOVrms，電壓峰值Vo為大約141. 4伏，并且在這些相位角下的平均電壓分別具有90. 0V、76. 8V、45. OV和13. 2V的值。相控光控制器的相位角θ和平均電壓具有一定的關(guān)系，表示為平均電壓=Vo(l+cos(θ ))/Ji。圖7繪出相控光控制器的相位角和平均電壓之間的關(guān)系。與平均電壓成比例的電壓作為L(zhǎng)ED電流設(shè)定電壓ILED被輸入至輸入端子T4 (第二偏移電壓V0S2假設(shè)為處于接地電平)，由此獲得與輸入電壓的平均值相稱(chēng)的LED電流，并因此可執(zhí)行LED的光控制以與光控制器的相位角對(duì)應(yīng)。圖10中的虛線表示此情形下獲得光控制曲線。該光控制曲線與圖 18所示的傳統(tǒng)LED照明系統(tǒng)的光控制曲線之間的比較指出，前面描述的情形允許在較寬范圍值的相位角θ上執(zhí)行光控制。為了將與輸入電壓的平均值成比例的電壓作為L(zhǎng)ED電流設(shè)定電壓ILED輸出，采用下面的配置。即，如圖8所示，輸入電壓VIN在電阻器R25和似6 之間分壓，并通過(guò)電容器C9將得到的電壓平滑化。此外，如圖8所示，可在R27和似8之間對(duì)輸入電壓VIN分壓，并基于得到的電壓， 通過(guò)邊沿檢測(cè)電路5和采樣保持電路6產(chǎn)生與輸入電壓波形的上升部分的電壓(邊沿電壓，見(jiàn)圖6)成比例的電壓，該電壓隨后作為第二偏移電壓V0S2輸入至輸入端子T5。邊沿電壓表示為邊沿電壓=VoX sin( θ )，并且與之成比例的電壓表示為AX邊沿電壓=AXVoXsin(e) (Α代表比例常數(shù))。因此，在這種情形下獲得的光控制曲線成比例于(VoX (l+cos(e))/ji)-(AXVoXsin(e))。圖9示出在A = 0. 15且Vo = 141. 4V的情形下，各輸入電壓平均值、與邊沿電壓成比例的電壓、兩者間的差與相位角之間的關(guān)系。此外，圖10中的實(shí)線表示在使用與邊沿電壓成比例的電壓的情形下獲得的光控制曲線。如這里指出的那樣，獲得進(jìn)一步接近白熾燈的光控制曲線所表示的特性的特性。
另外，如圖11所示，可以在采樣保持電路6的輸出側(cè)提供平方電路7以產(chǎn)生一電壓，該電壓是通過(guò)將與輸入電壓波形的邊沿電壓成比例的電壓求平方而獲得的，該電壓隨后作為第二偏移電壓V0S2輸入至輸入端子T5。在這種情形下獲得的光控制曲線成比例于(VoX (l+cos( θ ))/ji)-(AXVoXsin( θ ))2。圖12示出在A2 = 0. 15/141. 4且Vo = 141. 4V的情形下，各輸入電壓平均值、與邊沿電壓成比例的電壓的平方值、兩者間的差與相位角之間的關(guān)系。此外，圖13中的實(shí)線表示在使用與邊沿電壓成比例的電壓的平方值的情形下獲得的光控制曲線。如這里指出的那樣，相比圖10中的實(shí)線表示的光控制曲線，該光控制曲線在其代表大相位角低照度的部分進(jìn)一步接近白熾燈的光控制曲線。如前所述，當(dāng)安裝于白熾燈的已有光控制器時(shí)，本發(fā)明的LED照明組件可提供與白熾燈提供的光控制特性相似的光控制特性，并因此其光控制不會(huì)引起不適感。此外，圖14示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED驅(qū)動(dòng)電路的配置。圖14所示的LED 驅(qū)動(dòng)電路500’具有一種配置，其中電路電流檢測(cè)部分9被插入到接地點(diǎn)和開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分2的一端、LED電流檢測(cè)部分3的一端之間，而電流汲取部分8被插入到輸入電壓線路和電路電流檢測(cè)部分9的一端之間。此外，電路電流檢測(cè)部分9的檢測(cè)信號(hào)作為基準(zhǔn)電壓SENS 輸入至誤差放大器AMP1、AMP3中的每一個(gè)。電路電流檢測(cè)部分9檢測(cè)整個(gè)電路中的電流， 并基于作為檢測(cè)結(jié)果獲得的檢測(cè)信號(hào)，電流汲取部分8汲取一電流以使開(kāi)關(guān)電流、LED電流和汲取電流的總和具有恒定的值。這可抑制包含在相控光控制器200中的三端雙向可控硅被截止以將LED的光發(fā)射引向不穩(wěn)定狀態(tài)的現(xiàn)象。圖15示出LED驅(qū)動(dòng)電路500，的更詳盡配置示例。將電阻器RSW用作開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分2以將流過(guò)開(kāi)關(guān)元件Ml的開(kāi)關(guān)電流轉(zhuǎn)化成一電壓，隨后將該電壓作為開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分輸出電壓IDETl輸入至誤差放大器AMPl。此外，將電阻器RLED用作LED電流檢測(cè)部分 3以將流過(guò)LED陣列400的LED電流轉(zhuǎn)化成一電壓，隨后將該電壓作為L(zhǎng)ED電流檢測(cè)部分輸出電壓IDET2輸入至誤差放大器AMP3。此外，檢測(cè)整個(gè)電路中的電流的電路電流檢測(cè)部分 9由電阻器RSENS和平均電壓檢測(cè)部分10構(gòu)成。電流汲取部分8具有基準(zhǔn)電壓源VREF、誤差放大器AMP8以及nMOS晶體管M2。平均電壓檢測(cè)部分10通過(guò)電阻器RSENS檢測(cè)源自電壓轉(zhuǎn)換的電壓的平均值。誤差放大器AMP8放大由平均電壓檢測(cè)部分10檢測(cè)到的平均電壓和基準(zhǔn)電壓VREF之間的差，并使恒定電流經(jīng)過(guò)nMOS晶體管M2，因此驅(qū)動(dòng)nMOS晶體管M2使具有恒定平均值的電流流過(guò)電阻器RSENS。如此執(zhí)行控制以防止相控光控制器中的三端雙向可控硅截止。由于開(kāi)關(guān)電流是脈動(dòng)電流，因此電阻器RSENS兩端的電壓在與開(kāi)關(guān)同步的周期中增大和減小。然而，由電阻器RSENS檢測(cè)到的電壓通過(guò)平均電壓檢測(cè)部分10被平滑化，因此防止無(wú)用的電流汲取，從而能夠提高LED驅(qū)動(dòng)電路的效率。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)由相控光控制器連接于交流電源并驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載的LED驅(qū)動(dòng)電路，包括 開(kāi)關(guān)電源部分，其具有開(kāi)關(guān)元件、檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分以及檢測(cè)LED電流的LED電流檢測(cè)部分；第一減法部分，所述第一減法部分從所述開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出中減去一給定值； 第一確定部分，所述第一確定部分通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定所述開(kāi)關(guān)電流被限流至的目標(biāo)值；第二減法部分，所述第二減法部分從所述LED電流檢測(cè)部分的輸出中減去一給定值； 第二確定部分，所述第二確定部分通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定所述LED電流的目標(biāo)值；開(kāi)關(guān)電流限流部分，如果所述第一減法部分的減法結(jié)果超出所述第一確定部分的確定結(jié)果，則所述開(kāi)關(guān)電流限流部分使所述開(kāi)關(guān)元件截止以對(duì)開(kāi)關(guān)電流進(jìn)行限流；以及LED電流控制部分，所述LED電流控制部分驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制LED電流以使所述第二減法部分的減法結(jié)果與所述第二確定部分的確定結(jié)果一致。
2.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于， 所述開(kāi)關(guān)電源部分由升壓電路構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第一減法部分是第一誤差放大器，所述第一誤差放大器獲得所述開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差；所述第一確定部分是第二誤差放大器，所述第二誤差放大器獲得開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓和第一偏移電壓之間的差；所述第二減法部分是第三誤差放大器，所述第三誤差放大器獲得所述LED電流檢測(cè)部分的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差；所述第二確定部分是第四誤差放大器，所述第四誤差放大器獲得LED電流設(shè)定電壓和第二偏移電壓之間的差；所述開(kāi)關(guān)電流限流部分具有比較器，所述比較器將所述第一誤差放大器的輸出與所述第二誤差放大器的輸出作比較并基于比較器的輸出來(lái)使開(kāi)關(guān)元件截止；以及LED電流控制部分具有第五誤差放大器，所述第五誤差放大器獲得第三誤差放大器的輸出和第四誤差放大器的輸出之間的差；以及PWM信號(hào)發(fā)生部分，所述PWM信號(hào)發(fā)生部分根據(jù)第五誤差放大器的輸出產(chǎn)生PWM信號(hào)，并基于所述PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件。
4.如權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括 檢測(cè)整個(gè)電路中的電流的電路電流檢測(cè)部分；以及汲取電流的電流汲取部分，其中所述電路電流檢測(cè)部分的輸出作為基準(zhǔn)電壓，并且所述電流汲取部分基于所述電路電流檢測(cè)部分的輸出汲取電流以使整個(gè)電路中的電流變得恒定。
5.如權(quán)利要求4所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述電路電流檢測(cè)部分具有將電路電流轉(zhuǎn)換成電壓的電阻元件以及對(duì)由轉(zhuǎn)換得到的電壓求平均的平均電壓檢測(cè)部分；并且所述電流汲取部分汲取電流以使所述平均電壓檢測(cè)部分具有等于基準(zhǔn)電壓的輸出。
6.如權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)電流限流設(shè)定電壓是與LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓成比例的電壓。
7.如權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述LED電流設(shè)定電壓是與所述LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓的平均電壓成比例的電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第二偏移電壓是與所述LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓的邊沿電壓成比例的電壓。
9.如權(quán)利要求7所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第二偏移電壓是通過(guò)對(duì)與所述LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓的邊沿電壓成比例的電壓求平方而獲得的電壓。
10.一種LED照明組件，包括經(jīng)由相控光控制器連接于交流電源并驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載的LED驅(qū)動(dòng)電路，所述LED驅(qū)動(dòng)電路包括開(kāi)關(guān)電源部分，所述開(kāi)關(guān)電源部分具有開(kāi)關(guān)元件、檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分以及檢測(cè)LED電流的LED電流檢測(cè)部分；第一減法部分，所述第一減法部分從所述開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出中減去一給定值；第一確定部分，所述第一確定部分通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定所述開(kāi)關(guān)電流被限流至的目標(biāo)值；第二減法部分，所述第二減法部分從所述LED電流檢測(cè)部分的輸出中減去一給定值；第二確定部分，所述第二確定部分通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定所述LED電流的目標(biāo)值；開(kāi)關(guān)電流限流部分，如果所述第一減法部分的減法結(jié)果超出所述第一確定部分的確定結(jié)果，則所述開(kāi)關(guān)電流限流部分使所述開(kāi)關(guān)元件截止以對(duì)開(kāi)關(guān)電流進(jìn)行限流；以及LED電流控制部分，所述LED電流控制部分驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制LED電流以使所述第二減法部分的減法結(jié)果與所述第二確定部分的確定結(jié)果一致；以及LED負(fù)載，所述LED負(fù)載連接于所述LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出側(cè)。
全文摘要
提供一種經(jīng)由相控光控制器連接于交流電源并驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載的LED驅(qū)動(dòng)電路。該LED驅(qū)動(dòng)電路包括開(kāi)關(guān)電源部分，其具有開(kāi)關(guān)元件、檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流的開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分以及檢測(cè)LED電流的LED電流檢測(cè)部分；第一減法部分，用于從開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)部分的輸出減去一給定值；第一確定部分，其通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算來(lái)確定開(kāi)關(guān)電流被限流至的目標(biāo)值；第二減法部分，用于從LED電流檢測(cè)部分的輸出減去一給定值；第二確定部分，其通過(guò)對(duì)多個(gè)外部輸入電壓的計(jì)算確定LED電流的目標(biāo)值；開(kāi)關(guān)電流限流部分，如果第一減法部分的減法結(jié)果超過(guò)第一確定部分的確定結(jié)果，該開(kāi)關(guān)電流限流部分使開(kāi)關(guān)元件截止以限制開(kāi)關(guān)電流；以及LED電流控制部分，其驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制LED電流以使第二減法部分的減法結(jié)果與第二確定部分的確定結(jié)果一致。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102378449SQ20111025417
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者和田里浩久, 清水隆行, 金森淳 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社