CN103814625B - 包括半导体发光二极管的照明设备 - Google Patents

包括半导体发光二极管的照明设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种能够控制LED的电流量并且实现各种电连接的照明设备。施加的驱动电压被分压，比较被分压的电压与参考电压以产生采样信号。对采样信号执行逻辑运算，以产生开关控制信号和电流控制信号。开关控制信号控制被施加驱动电压的LED的电连接。另外，电流控制信号可选择将执行发光操作的LED。通过处理采样信号来设置目标电压，并且使用目标电压来确定将执行发光操作的LED的驱动电流。

Description

包括半导体发光二极管的照明设备
技术领域
本发明的示例实施例总体上涉及使用半导体发光二极管（LED）作为光源的照明设备领域，更具体地，涉及一种使用半导体LED的照明设备，其中，当使用交流（AC）电压驱动多个LED时，可在考虑AC电压幅值波动的情况下启用所有LED发光。
背景技术
近年来，由于半导体发光二极管（LED）的诸如高效、低功率和高亮度的各种特性，导致在许多领域中已经利用半导体LED作为光源。具体地，近年来，采用半导体LED替代传统白炽灯泡或荧光灯的照明系统在照明领域中的使用已经快速增长。
由于使用白炽灯泡或荧光灯作为光源的传统照明设备使用商业的交流（AC）电压发光，因此应该也能够使用AC电压驱动用于照明的半导体LED。
通常，为了使用AC电压驱动半导体LED，电路可被配置成将具有正值和负值的AC电压转换成具有正值的整流电压，并且随着整流电压的幅值波动调节发光半导体LED的数量。
在上述典型的技术中，随着整流电压的幅值波动，多个半导体LED中的一些半导体LED可在延长的发光时间内连续地发光，而只有当整流电压的幅值等于或高于特定值时，剩余的一些半导体LED才发光。因此，构成照明设备的半导体LED可具有不同的发光时间。结果，构成照明设备的半导体LED中的一些半导体LED会比其它半导体LED更早用坏，从而使照明设备的发光状态劣化并且甚至妨碍照明设备的操作。
发明内容
技术问题
因此，提供本发明的示例实施例以基本上消除由于现有技术的限制和缺点导致的一个或更多个问题。
技术方案
本发明的示例实施例提供了一种半导体发光二极管（LED）的照明设备，其中，可在考虑到用于驱动LED的交流（AC）电压的幅值波动的情况下启用所有LED发光。
在一些示例实施例中，一种照明设备包括：整流器，配置成接收AC电并且产生整流电压形式的驱动电压；控制信号发生器，配置成比较驱动电压与预定的参考电压以产生采样信号，并且配置成对采样信号执行逻辑运算以产生开关控制信号和电流控制信号；开关单元，配置成响应于开关控制信号执行导通/截止操作，并且选择性地发送驱动电压；总电流控制器，配置成接收采样信号并且产生作为模拟信号的目标电压；电流控制器，配置成响应于电流控制信号被启用，并且具有多个驱动电流控制器，所述多个驱动电流控制器被配置成接收目标电压并且确定驱动电流；发光单元，连接到电流控制器，并且具有被配置成执行发光操作的多个发光二极管（LED）。
有益效果
根据本发明，随着用于驱动多个LED的AC电压的幅值波动，多个LED之间的电连接关系可合适地改变，使得照明设备中采用的多个LED全部可发光。
根据本发明，多个LED全部可发光，从而防止照明设备中采用的LED中的一些LED长时间内发光并且比其它LED更早劣化。
此外，根据本发明，当必要时，供应到所有LED的总电流可被控制为恒定，或者供应到每个LED的电流可被控制为恒定。
虽然已经详细描述了本发明的示例实施例及其优点，但应该理解，可在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改变、替换和变更。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例实施例，本发明的示例实施例将变得更清楚，其中：
图1是根据本发明的第一示例实施例的使用半导体发光二极管（LED）的照明设备的电路图；
图2是图1的控制信号发生器的电路图；
图3是图1的电流控制器的各个组件的电路图；
图4是图1的总电流控制器的框图；
图5是用于说明根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的曲线图；
图6是用于说明根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的另一个曲线图；
图7是根据本发明的第二示例实施例的使用半导体LED的照明设备的电路图；
图8是根据本发明的第二示例实施例的控制信号发生器的电路图；
图9是根据本发明的第二示例实施例的开关单元的电路图。
具体实施方式
这里公开了本发明的示例实施例。然而，这里公开的具体结构和功能的细节只是出于描述本发明的示例实施例的目的的代表，然而，本发明的示例实施例可用许多替代形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的本发明的示例实施例。
因此，虽然本发明容许有各种修改形式和替代形式，但本发明的具体实施例在附图中以示例方式示出并且将在这里被详细描述。然而，应该理解，不意图将本发明限于所公开的特定形式，但相反地，本发明将涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。在对附图的描述中，类似的标号始终表示类似的元件。
应该理解，尽管这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应该受这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。如这里使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任意和全部组合。
应该理解，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可能存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。应该以类似形式解释用于描述元件之间的关系的其它词语（即，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等）。
这里使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应该理解，当在这里使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语（包括技术术语和科技术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。应该进一步理解，除非这里明确定义，否则术语（诸如，在通用字典中定义的术语）应该被解释为具有与相关领域的背景中它们的意思一致的意思，而不是将理想地或者过于正式地解释它们的意思。
还应该注意，在许多替代实现方式中，在框中注释的功能/动作可不按流程图中注释的次序出现。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两个框实际上可基本上同时地执行，或者这两个框可有时以颠倒的顺序执行。
现在，将参照附图更充分地描述各种示例实施例，在附图中示出一些示例实施例。然而，本发明可用许多不同形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开是彻底和完全的，并且将把本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。另外，由于在考虑到本发明的功能的情况下定义术语，因此根据用户的意图或实践，术语可以变化。因此，术语不应该被理解为限制本发明的技术组件。
实施例1
图1是根据本发明的第一示例实施例的使用半导体LED的照明设备的电路图。
图1示出采用四个LED L1至L4的照明设备的示例。然而，本发明不受LED的数量限制，本领域的技术人员将清楚的是，图1的照明设备可被修改成使用串联连接的至少两个LED或者包括串联或并联连接的多个发光芯片的LED的根据另一个示例实施例的照明设备。
如图1中所示，根据本发明的示例实施例的使用半导体LED的照明设备可包括整流器100、控制信号发生器110、开关单元120、电流控制器130、总电流控制器140和发光单元150。
整流器110可对具有正值和负值的AC电压VAC整流，并且将经整流的AC电压转换成整流电压形式的驱动电压Vin。可采用各种已知的整流电路中的一种（诸如，包括二极管的二极管桥电路）作为整流器100。
控制信号发生器110可接收驱动电压Vin，产生用于控制开关单元120的导通/截止操作的开关控制信号SW1至SW3，产生用于控制电流控制器130的操作的电流控制信号SC1至SC4，产生用于确定目标电压Vt的采样信号COM0至COM3，Vt是总电流控制器140的输出。
开关单元120可包括相互并联连接的多个开关121、122和123，并且响应于开关控制信号SW1至SW3执行导通/截止操作。因此，驱动电压Vin可被选择性地施加到LED L2至L4。
电流控制器130可连接到LED L1至L4中的每个的阴极端子，并且响应于电流控制信号SC1至SC4控制所连接的LED的操作。另外，目标电压Vt可被施加到电流控制器130。可根据所施加的目标电压Vt确定连接到电流控制器130的LED L1至L4的电流量。
为此目的，电流控制器130可包括多个驱动电流控制器131、132、133和134。驱动电流控制器131、132、133和134可相互并联连接。
例如，第一驱动电流控制器131可接收电流控制信号SC1和目标电压Vt。第一驱动电流控制器131可响应于电流控制信号SC1被启用或禁用。当被启用时，第一驱动电流控制器131可允许对应于目标电压Vt的驱动电流流过LED L1。
总电流控制器140可接收控制信号发生器110的采样信号COM0至COM3，并且将采样信号COM0至COM3转换成模拟信号。经转换的模拟信号可以以目标电压Vt的形式被施加到电流控制器130。
发光单元150可包括多个LED L1至L4和多个二极管D1至D3。例如，LED L1可连接在驱动电压Vin和第一驱动电流控制器131之间。另外，剩余的LED L2至L4可连接在开关单元120和驱动电流控制器132、133和134之间。例如，LED L1可被表示为第一发光组，剩余的LED L2至L4可被表示为第二发光组。第一发光组可直接连接到驱动电压Vin并且执行发光操作。相反地，只有当开关单元120的开关121、122和123中的每个处于导通状态时，第二发光组才可接收驱动电压Vin。
图2是图1的控制信号发生器的电路图。
参照图2，控制信号发生器可包括比较单元112和逻辑组合单元114。
比较单元112可接收从整流器100输出的驱动电压Vin，并且比较驱动电压Vin与参考电压VF。可用采样信号COM0至COM3的电平指示比较结果。为此目的，比较单元112可包括在驱动电压Vin和地之间串联连接的多个分压电阻器Rs1至Rs5。另外，来自分压电阻器Rs1至Rs5之间的节点的分压可被施加到比较器1121至1124。分压电阻器Rs1至Rs5之间的节点处的电压可被施加到比较器1121至1124的正输入端子，参考电压VF可被共同施加到比较器1121至1124的负输入端子。
当施加到各个比较器1121至1124的正输入端子的分压电阻器Rs1至Rs5之间的节点处的电压高于施加到比较器1121至1124的负输入端子的参考电压VF时，比较器1121至1124可输出高电平信号。另外，当施加到各个比较器1121至1124的正输入端子的分压电阻器Rs1至Rs5之间的节点处的电压低于施加到比较器1121至1124的负输入端子的参考电压VF时，比较器1121至1124可输出低电平信号。
逻辑组合单元114可包括第一逻辑单元115和第二逻辑单元116。
第一逻辑单元115可接收各个比较器1121至1124输出的采样信号COM0至COM3，对采样信号COM0至COM3执行逻辑组合运算，产生电流控制信号SC1至SC4。电流控制信号SC1至SC4可控制图1的电流控制器130的操作。根据输入和输出的信号，第一逻辑单元115可包括各种逻辑器件的组合。另外，选择信号SEL可被施加到第一逻辑单元115。选择信号SEL可选择将被执行逻辑运算的采样信号。
第二逻辑单元116可接收采样信号COM0至COM3，对采样信号COM0至COM3执行逻辑组合运算，产生开关控制信号SW1至SW3。开关控制信号SW1至SW3中的每个可控制图1的开关单元120。根据输入和输出的信号，第二逻辑单元116可包括各种逻辑器件的组合。另外，选择信号SEL可被施加到第二逻辑单元116。选择信号SEL可选择将被执行逻辑运算的预定采样信号。
第一逻辑单元115和第二逻辑单元116中的每个可包括逻辑器件的组合，可根据输入的采样信号COM0至COM3的相位和电流控制信号SC1至SC4或开关控制信号SW1至SW3的相位不同地选择所述逻辑器件。例如，这两个逻辑单元115和116中的每个可包括可编程逻辑阵列或可编程阵列逻辑。
另外，采样信号的数量可不受具体限制，而可根据输出的开关控制信号的数量和电流控制信号的数量不同地选择。
图3是图1的电流控制器的各个组件的电路图。
图3的电路图示出构成电流控制器的四个驱动电流控制器中的任一个驱动电流控制器。
参照图3，驱动电流控制器可包括线性放大器1301、缓冲器1302、驱动晶体管Qd和检测电阻器Rd。
检测电阻器Rd检测到的电压可被施加到线性放大器1301的负输入端子。另外，目标电压Vt可被施加到线性放大器1301的正输入端子。目标电压Vt可以是图1的总电流控制器140产生的电压。线性放大器1301的输出可被施加到缓冲器1302。缓冲器1302可响应于电流控制信号SC0至SC3被启用或禁用。
术语“启用”是指通过目标元件执行输入/输出（I/O）功能。另外，术语“禁用”是指通过目标元件进入关闭状态或浮置状态，而不执行功能。因此，在禁用模式期间，不会出现信号的处理或发送。下文中，应该如上所述地解释本发明中的启用和禁用的意思。
被启用的缓冲器1302可将线性放大器130的输出发送到驱动晶体管Qd。驱动晶体管Qd可连接在LED L1至L4中的每个的阴极端子和检测电阻器Rd之间。另外，驱动晶体管Qd可响应于被施加到驱动晶体管Qd的栅极端子的缓冲器1302的输出执行导通/截止操作。缓冲器1302可以是被配置成能够响应于电流控制信号SC进行开/关操作的任何装置。因此，可用开关取代缓冲器1302。
当缓冲器1302被启用时，可形成包括驱动晶体管Qd、线性放大器1301和缓冲器1302的负反馈。当检测电阻器Rd的检测电压低于目标电压Vt时，线性放大器1301可输出高电平信号，所述高电平信号可通过缓冲器1302被施加到驱动晶体管Qd的栅极端子。驱动晶体管Qd的栅极-源电压Vgs可由于增大的电压电平而增大。因此，流过检测电阻器Rd的电流量可增大。检测电阻器Rd的检测电压可由于增大的电流量而增大。也就是说，检测电阻器Rd的检测电压可表现出跟随目标电压Vt的特征。
当缓冲器1302被禁用时，缓冲器1302可输出低电平信号或进入浮置状态，使得驱动晶体管Qd可进入截止状态。
结果，没有电流可被供应到驱动电流控制器。
图4是图1的总电流控制器140的框图。
参照图4，总电流控制器140可包括数模转换器（DAC）141，DAC141被配置成接收图2中示出的控制信号发生器110产生的采样信号COM0至COM3，并且根据采样信号COM0至COM3中的每个的状态输出预定目标值。例如，DAC141可接收采样信号COM0至COM3的逻辑值0000至1111，并且响应于逻辑值0000至1111中的每个输出对应于预定目标值的电压。对应于目标值的目标电压Vt可通过缓冲器143被输入到驱动电流控制器131、132、133和134中的每个的线性放大器1301。
另外，尽管图4示出总电流控制器140只输出一个输出，但这只是示例。因此，总电流控制器140可输出对应于被施加目标电压Vt的驱动电流控制器的数量的多个输出。另外，多个输出目标电压Vt可具有不同值。
另外，选择信号SEL可被输入到总电流控制器140。当选择信号SEL被启用时，总电流控制器140可输出不同的目标电压Vt。
图5是示出根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的曲线图。
参照图5，示出驱动电压Vin、流过所有LED的总电流IT的幅值和流过每个LED的电流IL的幅值。
示出整流电压形式的驱动电压Vin的一个周期。这里，驱动电压Vin在0V和峰值电压之间周期性增大和减小。如图5中所示，流过所有LED L1至L4的电流之和（即，总电流IT的幅值）可被控制为恒定。
可如表1中所示控制开关单元120和电流控制器130。
表1[表1]
将参照图1至图3描述根据第一实施例的表1中示出的操作。
简明起见，假设在图2中电阻器Rs5被移除或者具有无形值。因此，假设驱动电压Vin被施加到比较器1124，而没有造成驱动电压Vin的电平下降。
当整流器100输出的驱动电压Vin从0V逐渐增大至等于或高于参考电压VF且小于2VF的值时，比较器1124输出的采样信号COM3可变成高电平信号。剩余的比较器1121、1122和1123输出的采样信号可变成低电平信号。参考电压VF可以是各LED L1或L4可启动发光操作的正向电压。
接收比较单元112的输出的第一逻辑单元115可启用所有电流控制信号SC1至SC4。另外，第二逻辑电路116可启用所有开关控制信号SW1至SW3。因此，开关单元120的所有开关121、122和123可导通，而所有驱动电流控制器131、132、133和134可被启用。
也就是说，在图2中，采样信号COM0至COM3可以以（0001）形式被输入到第一逻辑单元115和第二逻辑单元116。接收采样信号COM0至COM3的第一逻辑电路115可启用所有电流控制信号SC1至SC4。例如，所有电流控制信号SC1至SC4可被启用为高电平。另外，第二逻辑单元116可启用开关控制信号SW1至SW3。因此，第一开关121至第三开关123可导通。所有LED L1至L4可通过导通的开关121、122和123和启用的驱动电流控制器131、132、133和134并联连接。
另外，总电流控制器140的DAC141可接收控制信号发生器110的比较单元112输出的采样信号COM0至COM3的逻辑信号（例如，0001），并且响应于逻辑信号产生对应于预定目标值的目标电压Vt。在这种情况下，目标值可以是等于1/4的总电流IT的值，以恒定地控制总电流IT。
由于上述操作，所有驱动电流控制器131、132、133和134和开关121、122和123可进入导通状态或被启用，由于驱动电流控制器131、132、133和134和开关121、122和123的状态，导致多个LED L1至L4可相互并联电连接。结果，总驱动电流IT可被除以4并且被供应到各个LED L1至L4。
总之，当驱动电压Vin等于或高于参考电压VF时，高电平电流控制信号SC1至SC4可从控制信号发生器110被施加到各个驱动电流控制器131、132、133和134的缓冲器1302，与等于1/4的总驱动电流IT的目标值对应的目标值Vt可从总电流控制器140被施加到各个驱动电流控制器131、132、133和134的线性放大器1301。因此，线性放大器1301可调节驱动晶体管Qd的栅极电压，使得施加到检测电阻器Rd的电压等于目标电压Vt，从而对应于1/4的总驱动电流IT的电流可在驱动晶体管Qd的源极端子和漏极端子之间流动。结果，对应于1/4的总驱动电流IT的电流IL可被分割并且供应到LED L1至L4中的每个。
当整流器100输出的驱动电压Vin的幅值逐渐增大至高于或等于2VF且低于3VF的值时，控制信号发生器110可产生并且输出开关控制信号，LED L1至L4中的两个可通过所述开关控制信号串联连接。也就是说，图2的两个比较器1123和1124可输出高电平信号。
比较器1121至1124输出的采样信号COM0至COM3可以以（0011）形式输出。
另外，接收采样信号COM0至COM3的第一逻辑单元114可启用电流控制信号SC2至SC4。
因此，流过LED L2的电流可被供应到第二驱动电流控制器132，供应到LED L4的电流可被供应到第四驱动电流控制器134。
另外，接收采样信号COM0至COM3的第二逻辑单元116可启用开关控制信号SW2。因此，第二开关122可导通，而剩余的开关121和123可截止。
总电流控制器140可接收（0011）形式的采样信号COM0至COM3。输入的采样信号COM0至COM3可被转换成模拟信号并且作为目标电压Vt输出。目标电压Vt可允许启用的驱动电流控制器142和144的驱动电流IL是1/2的总电流IT。
由于开关单元120和电流控制器130的操作，导致第二开关122可导通，第二驱动电流控制器142和第四驱动电流控制器144可被启用。因此，可形成包括LED L1、二极管D1、LED L2和第二驱动电流控制器142的电流路径，并且可形成包括LED L3、二极管D3、LED L4和第四驱动电流控制器144的另一个电流路径。
结果，总驱动电流IT可被平分并且供应到各个电流路径。
当整流器100输出的驱动电压Vin高于或等于3VF且低于4VF时，控制信号发生器110可产生开关控制信号SW1至SW3并且输出电流控制信号SC1至SC4，LED L1至L4中的三个可通过开关控制信号SW1至SW3串联连接。
控制信号发生器110的比较单元112输出的采样信号COM0至COM3可以以（0111）形式输出。这意味着，采样信号COM0是低电平信号，剩余的采样信号COM1至COM3是高电平信号。
接收采样信号COM0至COM3的第一逻辑单元115可启用电流控制信号SC3。因此，只有第三驱动电流控制器133可被启用，并且剩余的驱动电流控制器131、132和134被禁用。
另外，接收采样信号COM0至COM3的第二逻辑单元116可禁用所有开关控制信号SW1至SW3。因此，开关单元120的所有开关121、122和123可截止。
因此，可形成包括LED L1、二极管D1、LED L2、二极管D2、LED L3和第三驱动电流控制器133的电流路径。因此，图1的三个LED L1、L2和L3可执行发光操作。
此外，总电流控制器140可接收采样信号COM0至COM3并且将采样信号COM0至COM3转换成目标电压Vt。也就是说，总电流控制器140可接收逻辑信号（0111）并且响应于逻辑信号（0111）产生目标电压Vt。由于只有串联连接的三个LED L1、L2和L3响应于产生的目标电压Vt操作，因此产生的目标电压Vt的电平可具有对应于总电流的值。
另外，没有与LED L1、L2和L3串联连接的LED L4可选择性发光。为此目的，外部输入的选择信号SEL可被施加到控制信号发生器110的第一逻辑单元115和第二逻辑单元116。当选择信号SEL被启用时，第一逻辑单元115可启用电流控制信号SC3和SC4。因此，第三驱动电流控制器133和第四驱动电流控制器134可被启用。另外，第二逻辑单元116可接收启用的选择信号SEL，对启用的选择信号SE执行逻辑运算，启用开关控制信号SW1。因此，第一开关120可导通。
因此，可形成包括LED L1、二极管D1、LED L2、二极管D2、LED L3和第三驱动电流控制器133的电流路径，并且可形成包括LED L4和第四驱动电流控制器134的另一个电流路径。
另外，选择信号SEL可被施加到总电流控制器140。除了控制信号发生器110的采样信号COM0至COM3之外，构成总电流控制器140的DAC141还可接收选择信号SEL。当选择信号SEL被启用时，总电流控制器140可产生两种目标电压。例如，使用采样信号COM0至COM3和选择信号SEL，总电流控制器140可处理采样信号COM0至COM3以产生施加到第三驱动电流控制器133的目标电压Vt1，并且产生施加到第四驱动电流控制器134的目标电压Vt2。
施加到第三驱动电流控制器133的目标电压Vt1可被设置对应于与3/4的总驱动电流IT的值，施加到第四驱动电流控制器134的目标电压Vt2可被设置为对应于1/4的总驱动电流IT的值。
当作为整流器100的输出电压的驱动电压Vin是参考电压VF的至少4倍时，控制信号发生器110的比较器1121至1124全部可产生高电平信号。因此，采样信号COM0至COM3可具有逻辑值（1111）。
接收采样信号COM0至COM3的第一逻辑单元115可启用电流控制信号SC4。
因此，第四驱动电流控制器134可被启用。另外，接收采样信号COM0至COM3的第二逻辑单元116可禁用所有开关控制信号。因此，开关单元120的开关121、122和123全部可截止。
因此，在图1中，可形成包括LED L1、二极管D1、LED L2、二极管D2、LED L3、二极管D3、LED L4和第四驱动电流控制器134的电流路径。
另外，总电流控制器140可接收控制信号发生器110的比较单元112输出的采样信号COM0至COM3，并且将采样信号COM0至COM3转换成目标电压Vt，目标电压Vt是模拟信号。目标电压Vt可被施加到第四驱动电流控制器134，第四驱动电流控制器134可驱动对应于总电流驱动电流IT的电流。
参照图5，总电流IT的幅值可以以方波的形式被控制为恒定。即使驱动电压Vin变化，总电流IT也可被合适地分割并且供应到各个LED。流过每个LED的电流可根据驱动电压Vin的电平而变化。在上述情况下，可使供应到各个LED的电力的平均量相等，并且可满足功率因子和临界状况。
图6是示出根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的另一个曲线图。
参照图6，示出驱动电压Vin、流过所有LED的总电流IT的幅值和流过每个LED的电流IL的幅值。
尽管通过恒定地控制总电流IT的幅值来表现参照图5描述的操作的特征，但在图6中，即使开关状况改变，流过每个LED的电流IL的幅值也被控制为恒定，以保持恒定的发光量。
由于开关状况与表1相同，因此将省略对开关状况的描述。另外，相等的电流量流过每个LED，可省略使用采样信号产生目标电压Vt的过程。因此，除了使用总电流控制器140产生目标电压Vt之外，可使用另外的电源电压将目标电压Vt施加到各个驱动电流控制器131、132、133和134。
首先，当整流器100输出的驱动电压Vin从0V逐渐增大至等于或高于参考电压VF且低于2VF的值时，四个LED L1至L4可相互并联连接。
在这种情况下，总电流控制器140可供应目标电压Vt，使得预定的参考电流Iref被供应到驱动电流控制器131、132、133和134中的每个。因此，参考电流Iref可流过每个LED，总电流量可变成4Iref。
随后，当整流器100输出的驱动电压Vin达到等于或高于2VF且低于3VF的值时，包括串联连接的两个LED L1和L2的阵列和包括串联连接的两个LED L3和L4的阵列可彼此并联连接。在这种情况下，总电流控制器140可将目标电压Vt供应到第二驱动电流控制器132和第四驱动电流控制器134。因此，参考电流Iref可流过串联连接的LED L1和L2，并且也流过串联连接的LED L3和L4。因此，总电流量可变成2Iref。
此后，当整流器100输出的驱动电压Vin达到等于或高于3VF且低于4VF的值时，包括串联连接的三个LED L1至L3的阵列可与一个LED L4并联连接。总电流控制器140可将目标电压Vt供应到第三驱动电流控制器133和第四驱动电流控制器134。驱动电流控制器133和134中的每个可驱动参考电流Iref。因此，总电流量可变成2Iref。
此后，当整流器100输出的驱动电压Vin的幅值是4VF或更高时，LEDL1至L4全部可串联连接。总电流控制器140可将目标电压Vt供应到第四驱动电流控制器134。因此，总电流量可变成Iref。
如图6中所示，总电流IT可根据驱动电压Vin的幅值而变化。另外，流过一个LED的电流可一直被控制为恒定。在这种情况下，供应到各个LED的电力的平均量可互不相同。然而，即使各个LED之间的连接关系改变，但是由于各个LED的发光量一直保持恒定，因此照明设备可保持恒定亮度。
实施例2
图7是根据本发明的第二示例实施例的使用半导体LED的照明设备的电路图。
图7示出采用四个LED的照明设备的示例。然而，本发明不受LED数量的限制，LED中的每个可以是通过对至少两个LED的串联连接结构、至少两个LED的并联连接结构、或串联和并联连接结构的混合进行建模而得到的一个LED。
另外，根据本实施例的照明设备可包括整流器200、控制信号发生器210、开关单元220、电流控制器230、总电流控制器240和发光单元250。
整流器200可对具有正值和负值的AC电压整流，并且将AC电压转换成整流电压形式的驱动电压Vin。可以采用各种已知整流电路中的一种（诸如，包括二极管的二极管桥电路）作为整流器200。
控制信号发生器210可检测驱动电压Vin，并且根据检测到的驱动电压Vin的幅值产生采样信号COM0至COM1、开关控制信号SW1至SW3和电流控制信号SC1至SC4。采样信号COM0至COM1可被施加到总电流控制器240，开关控制信号SW1至SW3可被施加到开关单元220。另外，电流控制信号SC1至SC4可分别被施加到电流控制器230的驱动电流控制器231至234。
开关单元220可设置在驱动电压Vin和发光单元250之间。另外，开关单元220可包括多个开关，各开关可响应于开关控制信号SW1至SW3形成短路或开路。
电流控制器230可包括多个驱动电流控制器231、232、233和234。驱动电流控制器231、232、233和234可分别连接到LED L21、L22、L23和L24的阴极端子。电流控制信号SC1至SC4可被施加到驱动电流控制器231、232、233和234。驱动电流控制器231、232、233和234可响应于施加的电流控制信号SC1至SC4被启用或禁用。
例如，当电流控制信号SC1至SC4被启用为高电平时，驱动电流控制器231、232、233和234可具有预定的电流驱动能力并且执行操作。相反地，当电流控制信号SC1至SC4被禁用为低电平时，驱动电流控制器231、232、233和234可进入高阻抗状态或浮置状态，并且不可执行电流驱动操作。另外，目标电压Vt1至Vt4可被施加到驱动电流控制器231、232、233和234。当驱动电流控制器231、232、233和234保持启用时，目标电压Vt1至Vt4可确定驱动照明设备的电流量。
构成电流控制器230的驱动电流控制器231至234可与第一实施例中描述的相同。因此，这里将省略对其的描述。
因此，当电流控制信号SC1至SC4被启用时，缓冲器可被启用并且接收放大器的输出。放大器的输出可通过缓冲器改变晶体管的栅-源电压Vgs。经改变的栅-源电压Vgs可改变驱动电流。改变的驱动电流可流过检测电阻器，检测电阻器检测到的电压可被施加到放大器的负输入端子。检测电阻器检测到的电压可表现出跟随施加到放大器的正输入端子的目标电压的特征。
因此，随着目标电压增大，通过驱动电流控制器231至234中的每个设置的驱动电流也可增大。
总电流控制器240可接收控制信号发生器210的采样信号COM0至COM3。采样信号COM0至COM3可以以数字数据的形式输入。因此，总电流控制器240可执行DAC操作并且产生目标电压Vt1至Vt4。目标电压Vt1至Vt4可被分别输入到驱动电流控制器231、232、233和234。目标电压Vt1至Vt4可具有相同值或不同值。
发光单元250可包括第一LED L21、第二LED L22、第三LED L23和第四LED L24。另外，发光单元250可连接在开关单元220和电流控制器230之间。LED L21、L22、L23和L24的阴极电极可分别连接到驱动电流控制器231、232、233和234。另外，二极管D21、D22和D23可连接在LED L21、L22、L23和L24之间。二极管D21、D22和D23可在LED L21、L22、L23和L24之间具有正向连接关系。例如，当第一LED L21和第二LED L22串联电连接时，连接在两个LED L21和L22之间的二极管D21可通过正向连接结构将电流从第一LED L21供应到第二LED L22。另外，二极管D21、D22、D23和D24可在从开关单元220朝向电流控制器230的电流路径中沿反向方向连接。结果，可防止驱动电压Vin通过开关单元220直接施加到电流控制器230。
图8是根据本发明的第二示例实施例的控制信号发生器210的电路图。
参照图8，控制信号发生器210可包括比较单元211和逻辑组合单元212。
比较单元211可包括多个比较器2110至2115。参考电压VF可被施加到比较器2110至2115中的每个的负输入端子，通过电阻器对驱动电压Vin进行分压而得到的电压可被施加到比较器2110至2115中的每个的正输入端子。因此，两个电阻器可与各路径串联连接，在电阻器之间的节点处检测到的电压可被输入到比较器2110至2115中的每个的正输入端子。
比较器2110至2115可执行比较操作并且产生采样信号COM0至COM5。
例如，当电阻器R21至R26遵从关系R26>R25>R24>R23>R22>R21并且连接到驱动电压Vin的电阻器Ref具有对于每个路径而言相同的预定电阻时，随着驱动电压Vin上升，输出的采样信号COM0至COM5可从（000000）变成（111111）。
另外，可用根据第一实施例的比较单元112替换根据本实施例的比较单元211。根据第一实施例的比较单元112的串联电阻器的数量和比较器的数量可根据输出的采样信号的数量而变化。
比较单元211输出的采样信号COM0至COM5可被供应到总电流控制器240，并且被供应到逻辑组合单元212。
逻辑组合单元212可接收比较单元211输出的采样信号COM0至COM5，并且对采样信号COM0至COM5执行逻辑运算。结果，可产生开关控制信号SW1至SW3和电流控制信号SC1至SC4。
逻辑组合单元212可包括逻辑器件的组合，可根据输入的采样信号COM0至COM5的相位和输出的开关控制信号SW1至SW3或电流控制信号SC1至SC4的相位不同地选择所述逻辑器件。例如，逻辑组合单元212可包括可编程逻辑阵列或可编程阵列逻辑。
另外，采样信号的数量可不受具体限制，而可根据输出的开关控制信号的数量和电流控制信号的数量不同地选择。
图9是根据本发明的第二示例实施例的开关单元220的电路图。
参照图9，开关单元220可包括三个开关221、222和223，开关单元221、222和223中的每个可包括开关QW1至QW3和控制晶体管QS1至QS3。
开关晶体管QW1至QW3和控制晶体管QS1至QS3中的每个可以是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且选择性地具有n导电类型或p导电类型。当开关晶体管QW1至QW3中的每个是n-MOSFET时，n-MOSFET的漏极端子可连接到驱动电压Vin，电阻器RZ1至RZ3可连接在开关晶体管QW1至QW3的漏极端子和栅极端子之间。另外，可在开关晶体管QW1至QW3的栅极端子和源极端子之间设置齐纳二极管DZ1至DZ3。当浪涌电压（瞬态高电压）被施加到齐纳二极管DZ1至DZ3的栅极端子时，齐纳二极管DZ1至DZ3可被箝位至恒定电平。另外，在控制晶体管QS1至QS3断开的情况下，开关晶体管QW1至QW3可使用连接在开关晶体管QW1至QW3的栅极端子和漏极端子之间的电阻器RZ1至RZ3执行开关操作。
控制晶体管QS1至QS3可分别连接在开关晶体管QW1至QW3的栅极端子和地之间，开关控制信号SW1至SW3可被施加到控制晶体管QS1至QS3的栅极端子。
当开关控制信号SW1至SW3被启用为高电平时，控制晶体管QS1至QS3可导通。因此，开关晶体管QW1至QW3的栅极端子可被禁用为低电平。因此，开关晶体管QW1至QW3可截止。
当开关控制信号SW1至SW3被禁用为低电平时，控制晶体管QS1至QS3可截止。另外，由于连接在开关晶体管QW1至QW3的栅极端子和漏极端子之间的电阻器RZ1至RZ3，导致具有预定电平的电压可被施加到开关晶体管QW1至QW3。具体地，由于断开控制晶体管QS1至QS3，导致包括驱动电压Vin和电阻器RZ1至RZ3的电流路径可断开。因此，具有与驱动电压Vin基本相同电平的电压可被施加到开关晶体管QW1至QW3的栅极端子。因此，开关单元220的开关晶体管QW1至QW3可导通。
简明起见，当施加适于导通开关晶体管的开关控制信号的电平时，开关控制信号可被描述为被启用。另外，当施加适于截止开关晶体管的开关控制信号时，开关控制信号可被描述为被禁用。
当开关221、222和223导通时，驱动电压Vin可通过节点N1、N2和N3施加到LED L21、L22、L23和L24。
另外，将参照表2描述根据本实施例的照明设备的操作。
表2[表2]
表2示出图7的照明设备的操作的示例。
最初，开关控制信号SW1可被启用，剩余的开关控制信号可被禁用。因此，只有开关晶体管QW1可导通，第一开关221可进入导通状态。驱动电压Vin可通过开关晶体管QW1被施加到第一节点N1。
另外，第一驱动电流控制器231至第四驱动电流控制器234可响应于施加的电流控制信号SC1至SC4被启用。另外，目标电压Vt1至Vt4可被总电流控制器240施加到第一驱动电流控制器231至第四电流控制器234。目标电压Vt1至Vt4可具有相同的值。
因此，由于导通的第一开关221，导致可形成包括第一节点N1、第一LED L21和第一驱动电流控制器231的电流路径，第一LED L21可执行发光操作。另外，可形成包括第一节点N1、第二LED L22和第二驱动电流控制器232的电流路径，可形成包括第一节点N1、第三LED L23和第三驱动电流控制器233的电流路径，可形成包括第一节点N1、第四LED L24和第四驱动电流控制器234的电流路径。这意味着，各个LED L21至L24相互并联连接并且执行发光操作。
此外，可在各个节点和LED L21至L24之间设置另外的二极管，以切断LED的阳极端子和阴极端子之间的反向电流的流动。
当开关控制信号SW1和SW2被启用时，第一开关221和第二开关222可导通。因此，驱动电压Vin可通过导通的第一开关221施加到第一节点N1，驱动电压Vin可通过导通的第二开关222施加到第二节点N2。另外，启用的电流控制信号SC1至SC4可被施加到第一驱动电流控制器231至第四驱动电流控制器234。因此，第一驱动电流控制器231至第四驱动电流控制器234可被启用。另外，目标电压Vt1至Vt4可被分别施加到驱动电流控制器231至234。目标电压Vt1至Vt4可具有相同值。
因此，可形成包括LED L21和第一驱动电流控制器231的电流路径。驱动电压Vin可从第一节点N1施加到该电流路径，并且驱动电压Vin可从第二节点N2施加到该电流路径。另外，可形成包括LED L22和第二驱动电流控制器232的电流路径。此外，LED L23可从第一节点N1接收驱动电压Vin并且从第二节点N2接收驱动电压Vin。另外，LED L24可从第一节点N1接收驱动电压Vin。
因此，当开关控制信号SW1和SW2被启用并且各个驱动电流控制器231至234被启用时，各个LED L21至L24可执行并行的发光操作。这意味着，LED L21至L24不受其它相邻LED的发光操作影响，而是同时独立地执行发光操作。
二极管D21至D23可设置在LED L21至L24之间。二极管D21至D23可被设置成当在相邻LED的阳极端子和阴极端子之间施加反向偏置时切断反向电流的流动。
当开关控制信号SW2被启用时，第二开关222可导通。因此，驱动电压Vin可被施加到第二节点N2。
另外，电流控制信号SC2和SC4可被启用。因此，第二驱动电流控制器232和第四驱动电流控制器234可被启用。目标电压Vt2和Vt4可被施加到启用的驱动电流控制器232和234。施加的目标电压Vt2和Vt4可具有相同值。
可响应于开关控制信号SW2和电流控制信号SC2和SC4，形成包括第二节点N2、LED L21、二极管D21、LED L22和第二驱动电流控制器232的电流路径。另外，第二节点N2的驱动电压Vin可被施加到该电流路径，可通过施加到第二驱动电流控制器232的目标电压Vt2确定流过该电流路径的电流量。
可与上述电流路径并联地形成包括LED L23、二极管D23、LED L24和第四驱动电流控制器234的电流路径。第二节点N2的驱动电压Vin可被施加到该电流路径，可通过施加到第四驱动电流控制器234的目标电压Vt4确定流过该电流路径的电流量。
可通过两个LED的串联连接结构实现上述操作。另外，可设置彼此并联连接的两个串联连接结构。
另外，当开关控制信号SW3被启用时，第三开关223可导通。因此，驱动电压Vin可通过导通的第三开关223被施加到第三节点N3。
此外，电流控制信号SC3可被启用，并且剩余的电流控制信号可被禁用。因此，只有第四驱动电流控制器234可被启用并且执行电流驱动操作。也就是说，可形成包括LED L21、二极管D21、LED L22、二极管D22、LED L23、二极管D23、LED L24和第四驱动电流控制器234的电流路径。形成的电流路径可包括串联连接的四个LED。可通过施加到第四驱动电流控制器234的目标电压Vt4确定流过该电流路径的电流。
由于上述操作，导致LED可由驱动电流控制器直接且独立地驱动，并且LED可以以各种形式连接，以实现发光操作。
在本实施例中，通过总电流控制器确定的目标电压可被施加到驱动电流控制器。目标电压可确定驱动电流控制器的驱动电流。
如参照图5和图6在第一实施例中描述的，照明设备的总电流量可被设置为恒定，流过各个电流路径的电流可被设置为恒定。因此，可合适地分割功耗，并且每个LED的亮度可被控制为恒定。
如到现在为止说明的那样，在本发明的一个实施例中，随着用于驱动多个LED的AC电压的幅值波动，多个LED之间的电连接关系可合适地改变，使得照明设备中采用的多个LED全部可发光。因此，可防止照明设备中采用的LED中只有一些LED长时间地发光，从而造成这些LED相比于其它LED更早劣化。
另外，当必要时，供应到所有LED的总电流可被控制为恒定，或者供应到每个LED的电流可被控制为恒定。

Claims (14)

1.一种照明设备，包括：
整流器，被配置成接收交流(AC)电并且产生整流电压形式的驱动电压；
控制信号发生器，连接到整流器，并被配置成比较驱动电压与预定的参考电压以产生采样信号，并且配置成对采样信号执行逻辑运算以产生开关控制信号和电流控制信号；
开关单元，连接到整流器和控制信号发生器，并被配置成响应于开关控制信号执行导通/截止操作并且选择性地发送驱动电压；
总电流控制器，连接到控制信号发生器，并被配置成接收采样信号并且产生作为模拟信号的目标电压；
电流控制器，连接到控制信号发生器和总电流控制器，并被配置成响应于电流控制信号被启用，并且具有多个驱动电流控制器，所述多个驱动电流控制器被配置成通过接收到的目标电压信号确定驱动电流；
发光单元，连接到电流控制器，并且具有被配置成执行发光操作的多个发光二极管(LED)。
2.如权利要求1所述的照明设备，其中，发光单元包括：
第一发光组，连接到驱动电压；
第二发光组，连接到开关单元。
3.如权利要求2所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生开关控制信号，使得构成第一发光组的LED与构成第二发光组的LED串联连接。
4.如权利要求3所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生只启用与串联连接的多个LED之中的设置在电路路径末端的LED的阴极端子连接的驱动电流控制器的电流控制信号。
5.如权利要求2所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生开关控制信号，使得构成第一发光组的LED和构成第二发光组的LED接收驱动电压，并且被电流控制器驱动且彼此并联设置。
6.如权利要求5所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生启用与多个LED连接的所有驱动电流控制器的电流控制信号。
7.如权利要求1所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生用于形成多个电流路径的开关控制信号，在所述多个电流路径中，发光单元的多个LED串联连接。
8.如权利要求7所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生只启用与连接到串联连接的多个LED的末端的LED的阴极端子连接的驱动电流控制器的电流控制信号。
9.如权利要求1所述的照明设备，其中，控制信号发生器包括：
比较单元，配置成对驱动电压进行分压并且比较被分压的驱动电压与预定的参考电压以产生采样信号；
逻辑组合单元，配置成对采样信号执行逻辑运算以产生开关控制信号和电流控制信号。
10.如权利要求9所述的照明设备，其中，比较单元包括：
多个串联电阻器，串联连接以对驱动电压进行分压；
多个比较器，配置成比较所述多个串联电阻器之间的各个节点的电压与预定的参考电压，并且产生采样信号。
11.如权利要求1所述的照明设备，其中，驱动电流控制器包括：
驱动晶体管，具有连接到LED的阴极端子的漏极端子；
检测电阻器，具有连接到驱动晶体管的源极端子的源端子；
线性放大器，配置成放大检测电阻器的电压和目标电压之差；
缓冲器，配置成响应于开关控制信号被启用，并且将线性放大器的输出发送到驱动晶体管的栅极端子。
12.如权利要求2所述的照明设备，其中，总电流控制器根据开关控制信号的状态确定目标电压，使得流过所有LED的总电流是恒定的。
13.如权利要求2所述的照明设备，其中，总电流控制器根据控制信号发生器输出的开关控制信号的状态确定目标电压，使得相同的电流流过形成各个电流路径的LED。
14.如权利要求1所述的照明设备，其中，发光单元连接在开关单元和电流控制器之间，并且执行发光操作。
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