CN101858581A

CN101858581A - 基于发光二极管的照明集成电路

Info

Publication number: CN101858581A
Application number: CN201010170214A
Authority: CN
Inventors: 张汝京
Original assignee: 张汝京
Current assignee: Enraytek Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2010-10-13

Abstract

一种基于发光二极管的照明集成电路。所述基于发光二极管的照明集成电路包括：散热基底；散热基底上的一个或多个发光二极管集成电路芯片；以及，散热基底上的一个或多个照明控制集成电路芯片，所述多个照明控制集成电路芯片分别与所述多个发光二极管集成电路芯片对应连接，对应控制所连接的发光二极管集成电路芯片的照明。所述基于发光二极管的照明集成电路具有较小面积。

Description

基于发光二极管的照明集成电路

技术领域

本发明涉及照明技术，特别涉及基于发光二极管的照明集成电路。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。由于其具有体积小、耗电量低及使用寿命长的优点，已逐渐代替传统光源而被越来越广泛地应用于照明领域。

由于发光二极管为直流驱动，为使其适应交流应用环境，较为常见的方法是先将交流电整流成为直流电，然后供给发光二极管发光。例如，在中国专利申请200510013232.1中就公开了一种较为典型的发光二极管灯的驱动电路，该驱动电路中具有由二极管组成的桥式整流电路。通过该桥式整流电路将交流电转换为直流电，以驱动发光二极管阵列工作。

并且，为达到更稳定的照明效果，需要对流经发光二极管的电流进行精密控制，使得该电流能够尽量恒定。例如，使用线性恒流电路保持流经发光二极管的电流恒定。又例如，中国专利ZL03819789.8使用恒流开关技术提供闭环电流控制电路，以获得更精确的电流控制和更低的功耗。

然而，目前基于发光二极管的照明装置多采用发光二极管管件与相应控制电路的组合。若对于照明的亮度要求较高的话，则相应发光二极管管件的数量也大幅增加。相应地，所述照明装置的面积也大大增加。因此，随着人们对于器件微小化的需求提高，所述发光二极管管件与相应控制电路的组合已不能满足现有需求，有待研发出一种新的发光二极管照明技术。

发明内容

本发明提供一种基于发光二极管的照明集成电路，以满足人们对于器件微小化的需求。

为解决上述问题，本发明基于发光二极管的照明集成电路包括：

散热基底；

散热基底上的一个或多个发光二极管集成电路芯片；

以及，散热基底上的一个或多个照明控制集成电路芯片，所述多个照明控制集成电路芯片分别与所述多个发光二极管集成电路芯片对应连接，对应控制所连接的发光二极管集成电路芯片的照明。

可选地，所述照明控制集成电路芯片在对应连接的发光二极管集成电路芯片的工作电流超过参考值时，对所述工作电流进行限流，直至所述工作电流低于或等于所述参考值，所述参考值对应所述发光二极管集成电路芯片中的发光二极管的最大额定电流。

上述基于发光二极管的照明集成电路以发光二极管集成电路芯片替代发光二极管管件作为光源，因此所述照明集成电路结构的面积相较于现有照明装置大幅减小。

附图说明

图1是本发明基于发光二极管的照明集成电路的一种实施方式示意图；

图2是图1所示照明集成电路的一种详细结构示意图；

图3是图2所示照明集成电路中限流单元的一种实施例示意图；

图4是图2所示照明集成电路的一种实施例的局部电路图。

具体实施方式

参照图1所示，本发明基于发光二极管的照明集成电路的一种实施方式包括：散热基底100，散热基底100上的发光二极管集成电路芯片，其包括发光二极管串21和22，以及散热基底100上的照明控制集成电路芯片，其包括限流单元31和32。发光二极管串21和限流单元31对应连接，发光二极管串22和限流单元32对应连接。限流单元31和32在各自对应连接的发光二极管串21和22的工作电流超过参考值时，对所述工作电流进行限流，直至所述工作电流低于或等于所述参考值，所述参考值对应所述发光二极管串中的发光二极管的最大额定电流。

图1示出的照明集成电路包含一个发光二极管集成电路芯片和一个照明控制集成电路芯片，应可以理解此仅为举例，并非对可集成于散热基底上的发光二极管集成电路芯片和照明控制集成电路芯片的数量加以限制。本领域技术人员可以根据技术需求设置合适的芯片数量。

所述发光二极管串21、22及限流单元31、32可以采用热熔的方法固定于散热基底上，所述散热基底可以选取热导系数高，而热电阻小的材料。根据所述照明集成电路结构制造工艺的不同，还可以将发光二极管串21、22及限流单元31、32分别制成小芯片，再通过外部导线对应连接。或者，也可以将限流单元31、32也集成进发光二极管串21、22中，构成单一芯片。

所述发光二极管集成电路芯片的材料可以为III-V族化合物，所述III-V族化合物可以包括III族的铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)与V族的氮(N)、磷(P)、砷(As)的化合物。例如：氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化铝镓(AlGaN)、磷化铝镓(AlGaP)、磷化铝铟(AlInP)、砷化铝铟(AlInAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化铟镓(InGaP)、氮化铟镓(InGaN)、铝铟镓磷(AlInGaP)、铝铟镓砷(AlInGaAs)中等材料的任意一种或多种的组合。实际采用哪一种材料可根据发光二极管所需光源的颜色来确定。所述照明控制集成电路芯片的材料可以为硅。

对于发光二极管串21、22及限流单元31、32分别制成小芯片，再通过外部导线连接的方式，发光二极管串21、22可以采用氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)等材料制造，而限流单元31、32，就可采用金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)工艺制造。

对于将限流单元31、32也集成进发光二极管串21、22中的方式，发光二极管串21、22的制造工艺不变，而限流单元31、32，就可采用金属半导体场效应管(MESFET)工艺制造。该种方式相对来说可实现更高程度的工艺集成，节省制造成本。

以图2所示的一种详细结构为例，对上述照明集成电路结构进一步说明。参照图2所示，所述照明集成电路包括：

发光二极管串21和发光二极管串22，所述发光二极管串21和发光二极管串22分别由多个发光二极管串接而成，发光二极管串21和发光二极管串22构成桥式整流电路；

以及，限流单元31和限流单元32，限流单元31位于发光二极管串21所在的直流通路的输出端，且与其相邻的发光二极管的负极相连，限流单元32位于发光二极管串22所在的直流通路的输出端，且与其相邻的发光二极管的负极相连。

上述桥式整流电路与交流电源1相连，将交流电源1提供的交流电转换为直流电。由于桥式整流电路本身即由发光二极管构成，因此当任一条直流通路上流通直流电时，该直流通路上的发光二极管就获得直流电驱动而发光。

假设发光二极管串21所在的直流通路上流通直流电，则发光二极管串21中的各个发光二极管获得直流电驱动而发光。由于交流电源1提供的交流电可能会出现波动，当所述交流电的峰值增大时，发光二极管的发光量将增大。而当所述交流电的峰值出现大幅度波动时，发光二极管串21所在的直流通路上的直流电也将大幅度增加，从而产生损坏发光二极管的隐患。此时，由于在所述直流通路的输出端设置有限流单元31，当大幅度增加的直流电超过参考值时，限流单元31会对流经的直流电进行限制，使其减小到参考值以下。

同样地，当发光二极管串22所在直流通路上的直流电出现大幅度增加，且超过参考值时，限流单元32会对流经的直流电进行限制，使其减小到参考值以下。

参照图3所示，假定限流单元31和限流单元32的结构相同，以限流单元31为例，其包括：电流调节单元301和比较单元302。所述电流调节单元301初始不开启对流经的直流电调节的功能，即直流输出等于直流输入。所述比较单元302在所述电流调节单元301输出的直流电超过参考值时，产生启动所述电流调节单元301调节功能的使能信号。此时，所述电流调节单元301在获得所述使能信号后，将流经的直流电调小。当所述电流调节单元301调节后输出的直流电低于或等于参考值时，所述比较单元302停止产生使能信号，则所述电流调节单元301也停止调节功能，即此时直流输出再次等于直流输入。如此周而复始，从而实现对流经的直流电的自动调节。

至于参考值的设定，则可根据直流通路上的发光二极管的最大额定电流来确定。例如，假定发光二极管串21/22中各个发光二极管的最大额定电流相同，均为20毫安(mA)。则所述参考值可以为参考电流，即所述最大额定电流20mA，所述限流单元31/32在流经的直流电超过所述参考电流值时进行限流。或者，所述参考值也可以为参考电压，即所述最大额定电流对应的电压，所述限流单元31/32在流经的直流电对应的电压超过所述参考电压时进行限流。

通过上述对发光二极管照明电路的说明可以发现，经由限流单元31/32在流经的直流电超过参考值时的限流，可以避免所述桥式整流电路的直流通路上的发光二极管在交流电源出现较大幅度波动时而损坏。

以下将通过具体的电路对限流单元进一步举例说明。

图4为图2所示照明集成电路结构的一种实施例的局部电路图，其示出了桥式整流电路的其中一条直流通路的电路结构。参照图4所示，所述直流通路的发光二极管串由60个发光二极管(T₁、T₂......T₅₉、T₆₀)串接而成。在发光二极管T₆₀的负极连接有限流单元。具体地说，所述限流单元包括：限流管M_f、采样电阻R_f以及比较器312。所述限流管M_f为NMOS管，其漏极与所述发光二极管T₆₀的负极相连，源极与所述采样电阻R_f的第一端相连，栅极与所述比较器312的输出端相连。所述采样电阻R_f的第二端接地，用于将流经的直流电I_f转换为采样电压V_f输入至所述比较器312。所述比较器312的第一比较输入端与限流管M_f的源极(所述采样电阻R_f的第一端)相连，第二比较输入端接收参考电压V_ref，输出端初始输出高电平的开启信号，维持限流管M_f开启。其中，所述限流管M_f作为电流调节单元，而所述采样电阻R_f和比较器312则构成比较单元。

当所述发光二极管串所在直流通路上具有直流电I_f时，所述采样电阻R_f的第一端上即具有采样电压V_f(V_f＝I_f×R_f)，所述采样电压V_f输入所述比较器312的第一比较输入端。当V_f＞V_ref时，即显示所述发光二极管串所在直流通路上的直流电I_f已经超过发光二极管串中发光二极管的最大额定电流，所述比较器312输出端输出低电平的使能信号，使得限流管M_f逐渐关闭。则相应地，通过限流管M_f的直流电也逐渐减小。相应地，所述采样电压V_f也逐渐减小。当V_f≤V_ref时，即显示所述发光二极管串所在直流通路上的直流电I_f已经低于或等于发光二极管串中发光二极管的最大额定电流，所述比较器312输出端停止输出低电平的使能信号，转而输出高电平的开启信号，使得限流管M_f逐渐开启。

从以上电路工作过程可以看到，一旦交流电源出现大幅度波动而导致直流通路上的直流电大于发光二极管的最大额定电流时，比较器312就会通过输出低电平的使能信号来控制限流管M_f对流经的直流电I_f进行限制。因此可以推得，上述电路不仅可以应对短时间内交流电源的异常增大对发光二极管的损坏，也可以在交流电源长时间异常增大时，通过限流管M_f始终将直流通路上的直流电限制于发光二极管的最大额定电流下，从而有效地保护发光二极管。

此外，需要说明的是，所述限流管M_f并不局限于NMOS管，也可采用PMOS管和其他具有开关功能的晶体管，只需参考上述说明相应更改比较器312的输出端信号即可。以PMOS管为例，其源极与所述发光二极管T₆₀的负极相连，漏极与所述采样电阻R_f的第一端相连，栅极与比较器312的输出端相连。与当V_f＞V_ref时，比较器312输出高电平的使能信号，而当V_f＜V_ref时，比较器312输出低电平的开启信号。

上述关于限流单元工作过程的实施例为基于图2所示结构的举例。本领域技术人员可以据此理解，限流单元也可位于发光二极管串所在直流通路的输入端。当所述限流单元位于发光二极管串所在直流通路的输入端时，其工作过程也与上述实施例的说明类似。此处就不再对此赘述了。

以上公开了本发明的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本发明的其它方面和实施方式。本发明中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本发明的限定，本发明的真正保护范围和精神应当以权利要求书为准。

Claims

1.一种基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述集成电路结构至少包括：

散热基底；

散热基底上的一个或多个发光二极管集成电路芯片；

2.如权利要求1所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述发光二极管集成电路芯片的材料为III-V族化合物。

3.如权利要求2所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述III-V族化合物包括：GaN、GaAs、GaP、InP、InAs、AlGaAs、AlGaN、AlGaP、AlInP、AlInAs、InGaAs、InGaP、InGaN、AlInGaP、AlInGaAs中的任意一种。

4.如权利要求1所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述照明控制集成电路芯片的材料为硅。

5.如权利要求1所述的基于发光二极管的照明集成电路，所述照明控制集成电路芯片在对应连接的发光二极管集成电路芯片的工作电流超过参考值时，对所述工作电流进行限流，直至所述工作电流低于或等于所述参考值，所述参考值对应所述发光二极管集成电路芯片中的发光二极管的最大额定电流。

6.如权利要求5所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述发光二极管集成电路芯片包括：由多个发光二极管串构成的桥式整流电路，所述发光二极管串由多个发光二极管串接而成；

所述照明控制集成电路芯片包括：分别位于桥式整流电路的两条直流通路的输出端的限流单元，在直流通路上电流超过参考值时，该直流通路上的限流单元对所述电流进行限流，直至所述电流低于或等于参考值，所述参考值与每条直流通路上的发光二极管的最大额定电流对应。

7.如权利要求5所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述发光二极管集成电路芯片包括：由多个发光二极管串构成的桥式整流电路，所述发光二极管串由多个发光二极管串接而成；

所述照明控制集成电路芯片包括：分别位于桥式整流电路的两条直流通路的输入端的限流单元，在直流通路上电流超过参考值时，该直流通路上的限流单元对所述电流进行限流，直至所述电流低于或等于参考值，所述参考值与每条直流通路上的发光二极管的最大额定电流对应。

8.如权利要求6或7所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述限流单元包括电流调节单元和比较单元，其中，

比较单元在电流调节单元输出的直流电超过所述参考值时，向电流调节单元输出使能信号；

电流调节单元基于所述使能信号减小流经的直流电。

9.如权利要求8所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述比较单元在电流调节单元输出的直流电低于或等于所述参考值时，向电流调节单元输出开启信号。

10.如权利要求8所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述参考值为参考电压，所述电流调节单元包括NMOS管，所述比较单元包括比较器和采样电阻，其中，

所述NMOS管的漏极与发光二极管串中相邻发光二极管的负极相连，源极与采样电阻的第一端相连，栅极与比较器的输出端相连；

所述采样电阻的第二端接地；

所述比较器的第一比较输入端与采样电阻的第一端相连，第二比较输入端接收参考电压；所述比较器在采样电阻的第一端上的采样电压超过参考电压时，向NMOS管的栅极输出低电平的使能信号；否则，所述比较器的输出端输出高电平的开启信号。

11.如权利要求8所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述参考值为参考电压，所述电流调节单元包括PMOS管，所述比较单元包括比较器和采样电阻，其中，

所述PMOS管的源极与发光二极管串中相邻发光二极管的负极相连，漏极与采样电阻的第一端相连，栅极与比较器的输出端相连；

所述采样电阻的第二端接地；

所述比较器的第一比较输入端与采样电阻的第一端相连，第二比较输入端接收参考电压；所述比较器在采样电阻的第一端上的采样电压超过参考电压时，向PMOS管的栅极输出高电平的使能信号；否则，所述比较器的输出端输出低电平的开启信号。

12.如权利要求6或7所述的基于发光二极管的照明集成电路，其特征在于，所述参考值为参考电流。