CN104429159A - 近似单位功率因数、寿命长、成本低的led灯改进系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本文所公开的各种实施例涉及低成本、高品质改进型LED(发光二极管)灯装置，其工作功率范围广，可取代传统照明装置，例如白炽灯、卤素灯、钠灯或荧光灯等。所公开的实施例包括各种LED灯改进装置，这些改进装置将七个交互系统(例如：LED、LED显示屏、电源接头、灯外壳、透镜/散光罩、输入/输出电线以及LED驱动器)的电子、机械及光学兼容性最大化。LED灯改进装置包括白炽灯、卤素灯、荧光灯和钠灯。这类改进型LED灯的驱动器包括单独的或组合的双级升压—隔离式回扫、单级升压、无光电耦合器隔离式回扫、单级单接地回扫、单级恒定断路时间升降压、单级单接地自供电升降压、伪双级升压—隔离式回扫、伪双级升压—非隔离式回扫、伪双级升压—COT升降压、伪双级升压—SG升降压、串联电路单片、并联电路单片、单单元正极负载压控限流开关(VCLCsw)、单单元负极负载压控限流开关(VCLCsw)、整体反馈串联单片电路、整体反馈并联单片电路、单片多条带、高可靠性串联单片电路、最少元器件串联单片电路、最少元器件并联单片电路、120Vac串联单片电路、简化串联单片电路、简化并联单片电路、单片二极管源反馈并联电路、运算放大器OPAM单片并联电路、二极管栅反馈单片并联电路、电阻器栅反馈单片并联电路、根据一个实施例、图腾柱反馈单片并联电路、单片8针直流芯片以及单片8针交流芯片。

Description

近似单位功率因数、寿命长、成本低的LED灯改进系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月16日提交的第61/576,604号美国临时专利申请(专利名称为“NEAR UNITY POWER FACTOR LONG LIFE LOW COST LED LAMP RETROFITSYSTEM AND METHOD”)以及2012年10月5提交的第61/710,286号美国临时专利申请(专利名称为“NEAR UNITY POWER FACTOR LONG LIFE LOW COST LED LAMPRETROFIT SYSTEM AND METHOD”)的权利，上述专利申请的全部内容通过引用合并入本文。
技术领域
本文所公开的各种实施例涉及低成本、高品质改进型LED(发光二极管)灯装置，其工作功率范围广，可取代传统照明装置，例如白炽灯、卤素灯、钠灯或荧光灯等。
更具体而言，本文所公开的各种实施例涉及一种将七个交互系统的电子、机械以及光学兼容性最大化的LED灯改进装置，七个交互系统，例如：LED、LED显示屏、电源接头、灯外壳、透镜/散光罩、输入/输出电线以及LED驱动器。
背景技术
2.简介
2.1照明需求对比电能资源
根据美国能源信息协会提供的有关美国商业建筑物的数据(2003年，商业建筑物能耗调查，表E3，图4)，在总电能消耗中照明能耗占38％，分别大约是同行业接下来三大能耗分支的三倍，例如供冷(13％)、通风(13％)以及制冷(12％)。
为提供这一能源，每年消耗几亿美元、数亿吨可燃烧的资源，与此同时生态学专家对全球变暖以及绿色能源、绿色产品及节能降耗的必要性提出警告。
若照明能耗的总量及花费能够降低4至10倍，照明行业将不再是能耗“大户”，甚至就国家层面而言，亦是如此。而且所节省的电能可以更高效或更经济地加以利用，满足该行业内众多其他分支的迫切需求。
实现这一目标的解决方案已经存在：立即使用改进型LED灯取代所有现有的传统灯，由于已经证实最新开发LED装置比白炽灯和卤素灯泡更加节能5至10倍，而且相比荧光灯和钠灯，改进型LED灯为更可靠、更紧凑且污染更低的光源。
然而，由于几个下文将阐述的问题，尤其是与潜在可能的“低成本、高品质改进型LED灯”理想装置有关的一些问题，正确完整地实施这些新的LED装置仍有待时日。
本文中公开的所有创新性解决方案的主要目的在于说明，通过将改进型LED灯包含的各个组件的特性最大化，同时优化彼此之间的兼容性，单个高品质灯具可实现每单位降低成本30％至50％，且具备最佳技术参数，例如：效率(Eff)>90％，功率因数(PF)>0.99，谐波失真(A.THD)<10％，元器件数量更少，尺寸小、重量轻，可靠性高，最低使用寿命长达5年。
2.2传统灯具
全球市场现有的主要光源是白炽灯、卤素灯、钠灯、荧光灯和LED灯，相对彼此都有其自身的优缺点。
2.3白炽灯
白炽灯泡、白炽灯或白炽球泡灯(或传统的爱迪生灯泡)是一种电气装置，由通过灯泡的电流将灯丝加热至足够高的温度直至发光，从而产生光。
白炽灯由四个主要组件构成：“透镜-散光罩”型玻璃外壳(或“玻璃泡”)、照明灯丝、灯丝的供电接线系统以及电源接头(将灯丝与交流或直流电源连接)。
白炽灯的灯丝通常为钨丝，使用电流将其加热至白炽状态(接近熔点)，允许光子发射，通过称作“爱迪生螺旋”的标准灯头为其玻璃泡提供机械支持，同时实现灯泡与交流电网的电气连接。
玻璃泡内空气被抽空(真空)，可防止热的灯丝被氧化，通常可将其使用寿命延长至大约1000小时。
玻璃外壳可以为任意大小或者形状，从直径四分之一英寸的透明球到十英寸的半透明(半透明或者乳白色涂层)鸡蛋形状的气球。
灯丝的供电接线系统由两个或多个嵌在玻璃内的穿通接线柱或穿通线组成。某些特殊的装置，例如“三路灯泡”，具有两根灯丝，基座上具有三个导电触点。这些灯丝共用同一个接地点，可以单独或同时点亮。常用功率包括30-70-100w，50-100-150w及100-200-300w，前两个数字指的是单根灯丝的功率，第三个数字指的是两根灯丝的结合功率。
白炽灯的主要优点为：制造成本低，支持多种多样的形状、尺寸和广泛的交流或直流电源电压范围(1.5v-300v)，具备理想的功率因数(PF＝1)，谐波失真较低(A.THD<5％)，全方位(360°)发射自然光(类似于太阳光)，紫外线暴露可忽略不计，与可控硅调光器控制装置兼容，不存在危险废物材料(如铅、汞、镉)污染环境的风险。
这些优点使得这种“爱迪生灯泡”成为100多年来全球第一大电光源。
白炽灯的主要缺点为：与其他照明装置相比，白炽灯效率低(通常1.9-2.6％)，效能低(通常每瓦特12-17流明)，发生机械冲击或振动时十分脆弱且非常高温(100w时温度高于100℃)。
由于这些局限性和/或不足，在许多应用中这种白炽灯已经被其他各种电灯取代，如卤素灯、钠灯、荧光灯、紧凑型荧光灯(CFL)和发光二极管(LED)。
“一些管辖区，如欧盟，已通过法律禁止使用，强制采用更为节能的照明设备取代白炽灯，从而逐步淘汰白炽灯的使用。”(资料来源：维基百科-“白炽灯泡”。)
2.4卤素灯
卤素灯又称卤钨灯或石英碘灯，也是一种白炽灯，并非采用真空来延迟灯丝氧化，而是添加少量的碘、溴等卤素，与钨丝结合，产生卤素循环的化学反应，将蒸发的钨再沉积至灯丝上，以此延长其使用寿命，保证灯壳清亮。
与类似功率和寿命的标准充气灯相比，这一过程让卤素灯可以在更高的温度下工作，产生更多的可见光。
卤素灯由与白炽灯相同的四大主要组件组成，另外玻璃壳内添加有卤素气体。
泛光卤素灯外部由灯壳遮盖，内部覆有银色涂层(反光杯)，只朝一个方向聚焦光线，约为120度角，光线经透明或乳白色前透镜/散光罩发射出去。
卤素灯的优点与白炽灯相似，但具有比白炽灯更高的效率(2.6-3.5％)和效能(18-24流明/瓦特)，另外，卤素灯的尺寸更小，功率范围更高，使其适用于高亮度投影机和照明中更紧凑的光学系统，这让卤素灯成为酒店、剧院、赌场、飞机、船泊和汽车的首选光源。
卤素灯的主要缺点也与白炽灯相似，此外，卤素灯产生更多的热量和紫外线辐射，需要为玻璃外壳添加特殊涂层，为终端用户将这种辐射水平降低至非危险水平。
“1999至2006年卤素灯用于时代广场水晶球。然而，自2007年起，这些卤素灯已被LED灯取代。当水晶球落至底部时年份数字由卤素灯照亮，2009年落球仪式最后一次使用卤素灯照明。时代广场网站上宣布2010年落球仪式的年份数字将使用LED灯。”(资料来源：维基百科-卤素灯。)
2.5钠气灯
钠气灯是一种气体放电灯，采用低压钠(LPS)或高压钠(HPS)技术产生光。
低压钠灯(LPS)是目前为止最高效的光源，外层真空玻璃外壳包围内部放电管，实现隔热，但其特殊的黄灯外观使其仅限应用于户外照明中，如路灯和停车场。
高压钠灯(HPS)具有更大的光谱范围，但效率比其他灯具更低。
钠气灯的主要优点是：效率(22-30％)和效能(150-200流明/瓦特)非常高，而且可以在非常高的功率范围(400W-1kW)内工作。
钠气灯的主要缺点是：黄色灯光使其仅限适用于户外应用，预热/启动时间长(几分钟)，需要镇流器装置(某些灯泡类型)，尺寸大，热损耗大，易碎性(不抗机械冲击或振动)且制造成本更高。
钠灯的“黄色灯光”明显改变了周围物体的原色(即一辆红色汽车在此灯光下呈现为橘色)，然而，对于具有天文观测台的城市(如加利福尼亚圣何塞)来说，这种灯为理想灯，由于使用与卤素灯的黄光谱相匹配的选定滤光器很容易将这种灯光遮挡住，旨在获得较暗的天空和更加明亮的星体视野。
然而，现在超高亮度LED可以实现同样的效果，必要时可更精确地控制其发射光谱(或色温度)，以增加天文台滤光器的效率，且不一定只是黄光谱，也可为其他光谱，提供更加自然的光线。
此时，低压钠灯(LPS)仍然是市场上现有的最高效的光源，由于LED灯的效能通常约为100流明/瓦。
然而，除了超高亮度LED的研究仅始于几年之前这一事实之外，全球范围内几乎每月都有新的改进公布于世(在实验水平下已出现超过220流明/瓦的LED灯)，且具备LED灯的所有其他特点，例如：使用寿命更长，制造成本更低，更紧凑，抗振动的强韧性，尺寸更小，热损耗更低，无需镇流器，即时启动，可精确控制光谱，功率可以达到2-3kW且不会增加装置温度，这些都是改进型LED灯的优点，足以淘汰钠灯。(资料来源：维基百科-钠气灯。)
2.6荧光灯
荧光灯或荧光灯管是一种气体放电灯，在存在惰性气体的情况下利用电流激发汞蒸汽，产生紫外光，引起涂覆在内部的萤光粉涂层发生萤光反应，因而产生可见光。
荧光灯由和卤素灯相同的组件构成，一个不同之处在于其透镜-散光罩玻璃外壳通常是涂覆有乳白色磷光物质的长玻璃管，且填充的不是用卤素而是氖。实际上，照明灯丝分成两个独立的灯丝，位于灯管外壳的两端。这两个灯丝的供电接线系统由每个灯丝的两根导线以及电源接头组成，电源接头将灯丝与交流或直流电源连接，包括两个塑料帽，每个塑料帽拥有两个接线柱，位于玻璃管的两端。
另外，荧光灯外部采用更复杂的交流供电固定装置，包括两个额外的装置：“镇流器”和“启辉器”，镇流器通常为大阻抗线圈，用于限制灯具的工作电流，启辉器本质上是一个电压控制开关，当开关接线柱两端电压高于预先设定的阈值时，该开关自动“闭合(ON)”；当开关接线柱两端电压低于预先设定的阈值时，该开关自动“断开(OFF)”。
通过两个独立的电路为荧光灯镇流器提供交流电压。a)，第一个电路包括第一根灯丝的一个接线柱、镇流器和第二根灯丝的一个接线柱，串联连接，及b)，第二个电路包括启辉器，与灯丝的其余两个接线柱串联连接。
简而言之，当荧光灯的四个接线柱接通高压(100–240Vac)交流电源时，启辉器开关短暂“闭合”，闭合两个灯丝的交流电路，灯丝发热，为触发“点火装置”提供必要的条件，与灯丝的其余两个接线柱串联连接，可让灯具内气体导电并从交流电压源吸收与镇流器等值的电流。例如，如果交流电压为120V，而荧光灯功率为60W，必须计算镇流器阻抗，将电流限制于I＝P/V＝60/120＝0.5A。
一旦灯具点火完毕，启辉器上的电压立即减小，启辉器开关“断开”，将灯丝电路与交流电压源断开。然而，此时灯具电流让灯丝保持发热，因此无需再“闭合”启辉器开关。
换言之，为了发生点火，启辉器开关闭合-断开几次，通过两个灯丝，闭合和断开镇流器交流电路，每次启辉器开关“断开”(电流断路)时，镇流器(电感)将产生非常高的电压尖峰(超过1kV，无“负载”)且灯具不吸收任何来自交流电压的电流。最终，几次闭合-断开循环之后，灯具到达点火状态，0.5A电流穿过灯具，不再发生电流中断，于是镇流器不再产生高压尖峰(灯具成为60W的“负载”)，启辉器开关保持“断开”状态直至下一次，灯泡首先与交流电压源断开，然后再与交流电压重新连接。
由于30多年来，全球以飞利浦、通用电气和欧司朗·塞尔凡尼亚为首的很多公司一直供应具有标准尺寸的荧光灯和充足的灯具固定装置、交流电源接头、灯头以及接线电路，适用于几大标准功率范围，可轻松更换灯具、镇流器和启辉器。例如，在一个实施例中，如本说明书下文详述，本说明书提供一种快速、方便且安全地实施“采用标准交流供电固定装置的改进型LED荧光灯的方式”，如同所有其他解决方案所建议，无需修改接线电路。
一种特殊的荧光灯是CFL(紧凑型荧光灯)，其采用直径更小的玻璃管外壳，形状为螺旋形(称作“卷纹灯泡”)，旨在取代传统的白炽灯，其通过标准的爱迪生螺旋交流电源接头与电源线相连。
与白炽灯和卤素灯相比，荧光灯的主要优点是：效率更高(9-11％)，效能更高(50-100流明/瓦)且热损耗更低。
这些优点足以让荧光灯成为室内应用中最常用的光源，例如商业建筑物、写字楼和工业场所。
荧光灯具备很多缺点，例如：整个照明系统(包括灯具、镇流器、启辉器以及交流供电固定装置)成本较高；功率因数低(0.5–0.7)，因此需要功率因数校正电路；谐波失真水平高(A.THD 60-120％)，造成不良的无线电干扰；若开关频繁闭合-断开，使用寿命将缩短；启动时间较长(1-3秒)；存在紫外辐射；相对于标准室内温度(24℃)而言，若环境温度过高(35–60℃)或过低(低于0℃)，效率会降低或发生故障；尺寸相对较大，形状相对复杂；存在闪烁效应(频闪效应)；与可控硅调光器不兼容；由于其中有毒物质，例如点火和发光过程所使用的荧光粉和汞，因此存在处理/回收问题。
由于这些不足之处，荧光灯正逐步被更加可靠、更高效、更紧凑且污染更小的装置所取代，例如LED灯。(资料来源：维基百科-“荧光灯”，“紧凑型荧光灯”。)
2.7LED灯
LED灯(或LED灯泡)是一种固态(半导体)灯，采用发光二极管(LED)作为光源。
LED灯是小巧、紧凑且非常高效的照明装置，以串联或并联电路(条带或列线)连接，可在很大功率范围内提供可见光，从50mW至1kW以上。
LED灯为复杂装置，若正确选择并专门设计LED灯的每个主要组件，尤其是LED驱动电路，那么相比所有传统灯具而言，LED灯则能够达到更高的性能，以此解决目前市场现有的唯一一种特殊传统灯具的主要缺陷。
最关键的参数，例如：使用寿命、效率、功率因数、谐波失真、调光因数、利用系数和闪烁效应几乎完全取决于LED驱动电路的结构和电气性能。例如，在各个实施例中，本说明书提供改进型LED灯的“LED驱动器”。
由于改进型LED灯及其LED驱动电路代表本说明书的主题，而且对一种具体的LED灯相对于传统灯具和/或其他LED灯的优点做出公允的对比性陈述，这需要非常复杂的市场分析研究，因此将在本说明书下文将提供几种传统的“改进型LED灯”和“LED灯驱动器”的详细描述。
3.改进型LED灯
根据定义，谈及取代，“改进型灯”应当具有与每一种特定的传统灯具极为相似的实体、光分布、亮度、尺寸以及电源接头连接。
由于在全球市场中，存在成百上千种不同类型的白炽灯、卤素灯、钠灯和荧光灯，其工作功率范围为1W-1kW，而且具有各种尺寸和形状，从几英尺长的荧光灯管到直径四分之一英寸的闪光打火机的球形灯泡，因此，很显然仅仅“一种改进型LED灯”不可能取代所有现有的传统灯具。
在过去的五年里，改进型LED灯正在成功地取代几乎所有传统照明装置，而且发达国家政府也正鼓励并支持这一行动。
这些改进型LED灯立即取代传统灯具所涉及的主要问题是其单位成本更高，如果改进型LED灯的使用寿命可以充分延长(5-10年)，则终端用户能够从每月节省的电费花销中收回额外成本，那么这一不足就可以得到弥补。
不幸的是，由于改进型LED灯包含LED驱动电路，而LED驱动电路包含不可靠的大型元器件，例如，高压电解质电容器和振荡线圈，这些改进型LED灯的使用寿命保守估计约为2年，这一点迫使制造商为其产品提供5年寿命保证，只要不是一天使用产品超过4-8个小时。
因此，现在全球大部分能源管理公司正竭力解决这些问题，要么将改进型LED灯的单位成本降低至与所要取代的传统灯具相同的水平，这一举措可被认为是“经济的营销策略”；要么充分延长改进型LED灯的使用寿命，抵消其额外成本，这一举措可被认为是“高科技营销策略”。
3.1实施
高品质改进型LED灯应当轻松、可操作地取代每一种传统灯具，应与其所要取代的传统灯具的物理尺寸、电源接头、光强度和光品质尽可能相一致。
此外，最近推出的“智能控制系统”需要或将需要更复杂的照明系统，其具备以“遥控反馈”方式通过计算机控制的能力，其中每个改进型LED灯提供各自在特定环境中的瞬时状态数据(通过传感器获得)，例如温度、湿度、户外光线、周边运动、电流消耗对比光强度等参数的数据，随后计算机相应地控制每个节点或灯具，以“开关方式”实现更佳的光分布并避免某些区域“过热”或者以“调光方式”适当地调整一些区域的光强度和/或光色。
现在这种智能控制系统可以实现而且不难实现，比以前更加容易，由于所有改进型LED灯均包含驱动器电子板，用于控制LED电流，即使电源电压和环境温度的变化范围很大，而且由于过去十年之间输入/输出数据通信所使用的数字元件的成本已大幅下降，因此，如果出于“遥控反馈”目的将“遥控反馈”电路添加至“智能LED驱动器”板和“输入/输出数据电线连接器系统”中或者将“无线通信系统”添加至“改进型智能LED灯”装置中，那么升级的改进型灯具的单位成本将不会显著增加。在各个实施例中，例如，本说明书在一种改进型LED灯(如结合图20所描述)中提供遥控和反馈，其包含一个微控制器和温度传感器。
由于较低的单位成本是大容量市场的一个强制性要求，也是本说明书的一个重要主题，因此以下对每种改进型LED灯的描述将包括与每种特定的改进型灯具的制造和/或运行过程成本有关的引用。
就此而论，例如高效率、高效能以及高功率因数等特点不仅代表每种特定的改进型LED灯的“最先进的”特性，而且代表其经济优势，由于若按10年(或者超过10万小时不间歇运行)期间节省50-90％的电能计算，“近似单位功率因数、寿命长、成本低的改进型LED灯”可以节省相当于其总成本数倍的大量资金，相当于每运行一小时节省每千瓦成本0.15美元。
也就是说，在至少五年时间内，终端用户将完全收回所购买的每个改进型LED灯的成本并赢得额外的现金利润，即使现在改进型LED灯的成本比具有相同的工作功率范围的传统灯具昂贵3-5倍。
就电费而言，众所周知，高效节能灯泡省钱，因为只要电表(计量器)显示的度数(千瓦时)的越少，就相同的光品质和时间段而言，显然(美国太平洋天然气和电力公司的)电费单会更便宜。然而，自从几年前美国太平洋天然气和电力公司引进了“智能电表”，“低功率因数电器设备”的电费已经大幅度增加(对于使用功率因数＝0.6的消费者而言增加高达40％)，因此，从现在开始，只有“近似单位功率因数”的设备将拥有在月电费单中“没有额外费用”的益处，知道这一点的终端用户并不是很多。
美国太平洋天然气和电力公司(PG&E)已经在一个网络教育出版物上对加利福尼亚州这种新的用电计费方式加以确认。
“功率因数调整”主要针对超过400千瓦的较大型客户，对所消耗的较大比例的无功功率收取适当费用。在美国太平洋天然气和电力公司，我们在整个月度计费期内平均功率因数。”(http://www.pge.com/includes/docs/pdfs/mybusiness/customerservice/energystatus/powerquality/understanding.pdf)
这看似是“多收费用”，实际上非常公平，由于每个电气设备若要吸收60瓦功率，功率因数系数按0.6计算，电力公司(美国太平洋天然气和电力公司)必须输送100VA“无功功率”，即使终端用户并未使用40VA这一差额“无功功率”，但是由电力供应商的高功率变压器、继电器和配线系统转换为“过热”。
解决这些问题的最佳解决方式是在每个改进型LED灯的驱动电路中添加一个功率因数校正(PFC)子电路，同时保证升级的驱动器的尺寸和成本均不会明显增加。
因此，在本专利申请中提出的所有LED驱动器的创新性解决方案均采用近似单位(0.95–0.99)功率因数改进型LED灯，其中功率因数校正(PFC)子电路的成本低于整个灯具成本的5％，同时具有更少的元器件数量和更小的尺寸。
3.2改进型白炽灯
一种改进型白炽灯，如本申请下文结合图1中所示的实施例所述，例如，应当全方位(360度角)发射光线，功率范围2瓦(代替5-10瓦传统灯具)至10瓦(代替40-100瓦传统的爱迪生灯泡)，应当具备相同的电源灯头或者相同尺寸的“爱迪生螺旋”交流电源接头以及同样的物理形状，以便能够轻松、可操作地取代任何传统的白炽灯泡。
美国能源部(DOE)推荐居民区采用功率因数最小0.7的改进型灯具，商业和工业照明部分采用功率因数最小0.9的改进型灯具。
然而，由于一方面，改进型低功率LED灯的元器件总成本比“钨灯丝”更加昂贵，另一方面，这种小尺寸灯泡内的可用内部空间太小，无法使用高品质LED驱动电路，因此大多数大型制造商，例如飞利浦、通用电气、Lights of America等，已向市场推出成千上万种功率因数十分不佳(0.5–0.75)的改进型LED灯。
自从三年多前，声誉良好的半导体公司，例如美国德州仪器公司(TI)、飞利浦、美国电源集成公司(Power Integrations)、美国凌力尔特公司(Linear Technology)、艾尔瓦特(iWatt)、美国安森美公司(ONSEMI)、飞兆半导体公司(Fairchild)等，每月都会推出新的具有0.9以上功率因数的LED驱动电路解决方案，然而，要么因为其解决方案在现阶段依然过于昂贵，要么因为驱动电路的尺寸过大，无法安装于灯具内部有限的可用空间中，因此目前这些解决方案无一被大产量改进型LED灯制造商所采用。
3.3改进型卤素(泛光)灯
一种改进型泛光卤素灯，如本申请下文结合图2中所示的实施例所述，例如，应当具有更大的尺寸，工作功率范围为10-14瓦，具有同样的“爱迪生螺旋”交流电源接头，应当只朝一个方向聚焦光线(泛光)，角度约为120度。
用于更大功率的卤素灯泡的改进型LED灯具有充足的内部可用空间，可以添加功率因数校正电路板，然而，考虑到现有卤素灯泡的低廉成本，大产量制造商几乎不可能以富有竞争力的单位成本制造高品质改进型灯具，除非LED和/或LED驱动电路板的成本大幅降低。
3.4改进型荧光灯
一种改进型荧光灯，如本申请下文结合图3中所示的实施例所述，例如，应当为管状灯管，具备精确地相同的尺寸，同样的传统的两个接头——交流电源接头，在灯具两端对称联接，以便与飞利浦、通用电气和喜万年国际照明集团(Sylvania)的标准供电固定装置相匹配，工作功率范围为16–24瓦，可实现至少与60-80瓦荧光灯同样的光强度。
就这一特殊的改进型灯具而言，LED灯具备显著优势。尽管荧光灯的灯光角度为360°，但是这些灯具的固定装置贴墙安装，因此近50％的照明能力被浪费掉了，除非该固定装置中包含高品质反光镜(反光板)，将光线引导回至正确的方向。LED的120度灯光角度让这种改进型灯具能够实现同样的光强度和更好的光品质(日光)，将光线引导至正确的方向，功耗仅15瓦，可取代60瓦的传统荧光灯，无需使用又大又昂贵的亮白固定装置或反光板，如本申请下文结合改进型LED灯的实施例(涉及一种T8改进型灯具的LED显示屏)所述。
这种特定的改进型灯具另一个优点在于被取代灯具(包括其又大又昂贵的固定装置、镇流器和启辉器)的尺寸和成本为“更高性能、更高成本的”LED灯提供了可能，但是不幸的是，由于功率因数校正电路(通常由15-30个元器件组成)所需的驱动器电路板造成额外成本和额外尺寸，市场上现有的大多数新的T8改进型LED荧光灯的功率因数低于0.9(其中一些功率因数甚至低于0.7)。
3.5其他改进型灯具
其他改进型LED灯，如本申请下文结合图4中所示的实施例所述，例如，可用于取代极小型灯泡、大型街道照明钠灯或巨大照明面板，因此在这类应用中，建议将改进型LED灯具设计为“紧凑型光引擎”元件，即具有球形或立方体形整体结构，让许多元件能够以串联和/或并联电路相互连接，类似于使用成百上千个白炽灯泡的传统照明面板。
理想地，一个“紧凑型光引擎”应当只包括两个元器件，即LED阵列模块和硅微芯片，直接与LED连接。
一些全球行业“先锋”，例如Exclara、超科(Supertex)、首尔半导体公司(SeoulSemiconductor)和一些其他公司已经推出一项新技术，其无需使用“传统LED驱动器”所采用的电容和线圈，且可实现“单片LED驱动器”(高度集成)解决方案，近似单位功率因数以及超过90％的效率。
这项新技术可能是极低成本但极高品质改进型LED灯的“正确解决方案”的关键。
因此，本说明书提供几种升级改进型LED白炽灯、卤素灯、钠灯以及荧光灯的创新性解决方案，其中包括传统的LED驱动器以及单片LED驱动器。
4.改进型LED灯的主要组件
为了在本说明书中提出的所有照明装置之间进行一个公平且更容易的质量成本对比，类似于本申请中呈现的实施例，市场现有的所有改进型LED灯包括同样的七个主要组件，如下：LED、LED显示屏、电源接头系统、外壳、透镜/散光罩、LED驱动器以及LED驱动器的输入/输出电线系统，尽管有些灯具可能看似组件更少，由于其中两个或多个元器件集成至一个组件中，能够同时执行2-3种特定改进型LED灯照明作业所需要的功能。
改进型LED灯的性能、质量及使用寿命取决于其各个组件的物理结构、电气性能、可靠性以及寿命，还取决于这些组件之间相互协调的能力，以实现每种特定改进型灯具的质价比特性最优化。
4.1LED与LED阵列
这些LED基本上是单色发光二极管或非线性半导体器件，自三十多年前起已作为“微小的单色光源”在业内应用，能够发出几种颜色，例如红色(或红外线)、绿色、黄色和橘色，主要应用于电子设备、音响、玩具、红外遥控及其它低功率照明应用的显示面板中。
由于其功耗小(20-100mW)、成本低，当时不需要“高效率、高功率因数LED驱动器”，由于低功率/低成本运算放大器就可以提供“恒压恒流”LED，可实现10-20年的电路使用寿命。
在过去十年之间，自蓝光LED最终发明之后，很快这些器件的应用领域已大幅增加，由于以任意比例结合红、绿、蓝(“RGB”)色可以轻松获得可见光谱(从红外光到紫外光，包括“白光”)中的任何其他“特定颜色”光，为目前用于小型及超大型电视/显示器/广告屏幕的高效率“彩色视频显示”提供了必要条件，如本申请下文结合RGB型改进型LED灯的实施例所述。
在过去五年之间，一些大产量制造商，例如，科锐(CREE)、美国流明(Lumileds)、日亚(Nichia)以及很多其他公司，已迅速发展“超高亮度白光LED”技术，“超高亮度白光LED”技术由蓝光LED技术发展而来，这些制造商提供各种各样的LED装置，工作功率范围广泛，从每单位50mW至5W以上，能够以串联和/或并联电路(类似于传统二极管矩阵电路)轻松连接，而且很容易应用于低功率(1-50W)及高功率(100W-1kW)改进型LED灯中，就类似的照明功率而言，相比白炽灯或卤素灯，改进型LED灯从交流电网吸收的电能少5-10。
在这一功率范围，尤其是对一些较为严格的应用而言，例如飞机、船泊、街道和商业照明系统，很显然，低功率、低成本运算放大器无法胜任这一工作，因此迫切需要更为复杂的“高可靠性、高性能、长使用寿命的LED灯”驱动电路，可实现100W至1kW的工作频率范围的驱动电路。
50mW LED需要最大20mA的恒定电流，在更大电流(100mA至5A)LED出现之后，现在50mA LED单位成本非常低廉。更大电流LED提供这一优势：任意指定功率的改进型LED灯具可以采用数量更少的LED。在同一功率范围内，100个50mW LED的成本现在低于5个1W LED，但是由于5个LED可以单条串联连接，只需要单个恒流源装置保证其电流恒定，而100个小功率LED可能需要20个恒流源装置(以同样的结构方式，每条5个LED)，大多数设计者更倾向于使用那5个更昂贵的较高功率LED。南亚制造商更倾向于使用低成本、低功率LED，仅仅单个T8改进型荧光灯中使用成百上千个这种LED，连接成20-30根条带，而且每根条带使用低成本镇流电阻器，而非恒流源装置。这一解决方案只适用于降低改进型灯具的单位成本，然而这种灯具寿命超过两年的可能性极低，如本申请下文结合图24中所示的实施例所述。
现在很多LED制造商提供所谓的“LED阵列”、“6V LED”、“20V LED”或“50V LED”，实际上，它们是两个、六个、十五个或更多个LED在薄铝板上安装在一起，彼此非常靠近，然后采用生产力极高且极具成本效益的技术，以串联和/或并联电路彼此相连，这种技术允许印刷电路沉积在“氧化铝”基板上，这一技术同时解决了使用多于一个LED的改进型LED灯具制造过程中的热传递和电绝缘问题，如本申请下文结合图4与20中所示的实施例所述。
与传统灯具相比，LED的主要优势在于：更加紧凑、尺寸更小、重量更轻、效率更高、效能更高、热损耗更低、抗机械冲击和振动性能高、寿命更长、精确控制光谱、无紫外线和x射线辐射并且不存在处理/回收问题。
LED特性的主要不足在于非线性方面，即，当LED接线端子上的电压从0V增加至2.8V时，LED几乎不吸收电流，当电压升高至2.8V到3.3V之间时，LED开始快速吸收越来越多的电流。最终，如果LED电流增加超过其推荐极限值，即使电压仅增加0.1–0.2V(且不限制LED的电流)，LED可能面临不可逆转的损坏(或者可能直接“爆炸”)。
其他不足在于LED需要经过整流的交流电流，这需要相对复杂而又昂贵的功率因数校正电路，随着环境温度变化，LED电流量显著改变，当LED连接成并联条带时，LED需镇流电阻器或恒流源平衡每根条带的电流。当LED条带上的电压仅低于2.8V-3.3V临界值零点几伏时，LED完全不亮，造成恼人的“闪烁”效应，尤其是使用调光器时。
综上所述，LED具有很强的潜力成为未来理想的照明光源，最终将取代所有现有的传统灯具，但是因为一些不足之处，这些极其紧凑而高效的装置未能成为预期的高效而可靠的改进型灯具，除非它和其他六个组件“完全协调”，将下文在各种示例的组合排列中加以讨论。
4.2LED显示屏
LED显示屏基本上是单个或多个LED的机械支撑，这些LED以串联或并联电路组合的形式彼此相连接，从灯具的物理结构、可用内部空间、光线方向、调光功能以及特定改进型LED灯具内包含的每个特定LED显示屏的光线均匀分布等方面入手，提供最优的实施方案或最大亮度。
需要对LED显示屏结构以及LED之间的电气连接进行设计，以便实现最大亮度，可使用或不用反光镜，而且光线必须对称分布在整个LED显示屏表面上，调光器可降低最大输入电压，当最大输入电压降低时，LED条带逐一关掉，直至全部关掉。
目前采用或者可以采用的LED显示屏结构主要有四种，例如：
a)立体LED显示屏，用于改进型LED白炽灯，其必须获得全方向光源和对称分布的光，以防输入峰值的振幅降低，如本申请下文结合图5与图6中所示的实施例所述，
b)圆盘形平板LED显示屏，用于改进型LED卤素(泛光)灯，如本申请下文结合图2中所示的实施例所述，其可提供点光源和对称分布的光线，以防输入电压峰值的振幅降低，如本申请下文结合图6中所示的实施例所述，
c)矩形平板LED显示屏，用于改进型LED荧光(泛光)灯，如本申请下文结合图3中所示的实施例所述，其可提供在几英尺长的透明灯管上均匀分布的光线，而且光线必须在灯管上保持对称分布，以防输入电压峰值的振幅降低，如本申请下文结合图5中所示的实施例所述，以及
d)微型平板LED矩阵，用于改进型单片光引擎LED灯，如本申请下文结合图4中所示的实施例所述，其可提供均匀、对称分布的光线，以防输入电压的振幅降低，如本申请下文结合图7中所示的实施例所述。
4.3电源接头
对于任何改进型灯具而言，电源接头是一个组件，终端用户可通过其快速而可操作地更换一直使用至更换当天的已淘汰的传统灯具，将新灯具连接到危险的高压电网标准终端时，无需任何专业电工和/或冒险进行“临时拼凑”。
因此，大部分改进型LED灯具配备有同上所述的完全一样的电源接头，适用于每一种标准功率和尺寸的白炽灯、卤素灯、钠灯和荧光灯，方便更换。
4.4外壳
和传统灯具的外壳相比，改进型LED灯外壳具有显著的经济优势，因为LED无需真空或惰性气体发光，所以灯具外壳无需由玻璃制成，由于玻璃比塑料或铝更沉重、更易碎且更昂贵。
灯外壳为改进型灯具的所有其它组件提供机械支撑和环境保护(防雨、防潮和防尘)，可以将灯外壳做成一个透明的塑料球，取代透镜/散光罩，或者可以用铝制成，也用作LED显示屏和降低LED工作温度并使其保持高效的散热器。
如果灯外壳由铝或其它金属制成，则需要采取有效的预防措施，确保灯外壳和直接与交流电网相连的任何电气组件(LED、LED显示屏，LED驱动器、电源接头、接线供电电路)之间存在2kV-4kV绝缘体材料，以保护终端用户免遭触电危险,如下文结合非绝缘式驱动器的实施例所述，例如，以单片驱动器为例。
4.5透镜/散光罩
现有改进型LED灯的透镜/散光罩具有不同尺寸、形状和透明度等级(透明、半透明、乳白色、滤光片、放大镜条纹等)，尽可能遵循传统灯具的精确外观，便于更换，以便为众多终端用户提供至少相同的光强度、光品质和光谱，由于一些不同的原因，终端用户可能对特定灯具类型存在强烈的偏好。
市场上现有的一些LED配置有一个小型放大镜，添加在其塑料壳内，可增加其亮度，但是减小其光锥角度至大约90°。
就一些户外应用而言，透镜/散光罩装置必须与改进型LED灯具外壳密封(防水)连接，以保证灯具的高可靠性，抵抗雨、灰尘或任何其他能够损坏改进型LED灯具电路的有害因素。
4.6输入/输出电气线路系统
LED驱动器的输入/输出电气线路系统中包括三个主要电路，如下：
a)LED驱动器供电电路，包括两根或多根电线，与直流源(如汽车电池)、高压交流电源(如120V-240V电网)相连或者和50-60Hz的电源变压器相连。
b)LED供电电路，根据LED驱动器和LED显示屏电路的结构，其可能也包括两根或多根电线。
c)遥控反馈接线电路，包括两根或多根电线，连接于LED驱动电路和“输入/输出数据连接器”之间，LED驱动电路应包括传感器和能够交换输入/输出数据的微控制器系统，“输入/输出数据连接器”将改进型LED灯与外部计算机系统连接或直接连接至网络。
目前，现在已经存在可用“智能遥控电路”，通过此“智能遥控电路”，终端用户可以通过网络打开/关闭或甚至调节自己公寓所有灯光的亮度，甚至可在外国旅行期间进行该操作。
4.7LED驱动器
目前,在全球市场上充斥着数百种不同的LED驱动电路结构，每种电路结构采用不同的电路拓扑并具备不同的优势，例如：成本更低、尺寸更小、元器件数量更少、效率更高、功率因数更高，更少泛音(噪音)，离线(90-240Vac供电范围)功能、大范围调光功能，然而，每种电路结构都有一些局限或不足。
大体上，可将这些设备分成两大类，例如：a)镇流器LED驱动器，b)交换式电源供应器(SMPS)LED驱动器，以及c)单片LED驱动器。如果一个桥式整流器进行交流/直流转换，所有的这些驱动器都可用作DC/DC和AC/DC LED驱动电路。
镇流器LED驱动器是最简单且最具性价比的驱动器，仅包含一个电阻器或者一个简单的恒流源(CCS)电路，与一个或者更多LED串联连接。
目前，交换式电源供应器(SMPS)LED驱动器是LED照明行业内最常用的装置，其采用传统的(30多年)脉宽调制(PWM)转换器控制方法，基于能够储存电能的线圈和电容器，成为目前所有大型能源管理公司在全球市场提倡的产品，例如德州仪器(TI)、飞利浦(Phillips)、美国美信(Maxim)、意法半导体(ST Micro)、东芝(Toshiba)、仙童公司(Fairchild)、安森美(ONSEMI)、电源集成公司(Power Integrations)、升特公司(Semtech)、凌力尔特(Linear Technology)等。
单片LED驱动器提供一种独特的控制方法，无需使用线圈和电容器，可实现非常紧凑、极具性价比且支持高度集成的驱动电路解决方案，几大行业“先锋”最近在市场上推出这种驱动器，例如Exclara、首尔半导体公司、三星电子、超科(Supertex)等。
由于上述三种控制方法均支持多种不同的电路拓扑应用，相对彼此而言，这些电路拓扑应用具备各自的优点和不足之处，交换式电源供应器LED驱动器及单片LED驱动器均是本说明书的重要主题，下文将详细描述几种很多颇享声誉的能源管理公司在市场上推广的LED驱动电路解决方案。
5.简单镇流器LED驱动电路
5.1电阻镇流器LED驱动器
在一些低功率区段且稳定(恒定)电压DC/DC应用中，在室温(23°-25℃)下工作的LED驱动电路可以极为简单、极具性价比，仅包含“一个电阻器”(成本不到0.01美元)，与单个LED或LED条带串联连接，作为“镇流器电路”，用于将LED的电流限制于安全水平，通常不高于LED最大额定参数的80％，以便保证“安全限度”，应对LED各元件之间的电流/电压规格变化(LED的规格耐受)，同时应对环境温度和/或电源电压脉动的小额变化。
举一个简单的例子来说，在一个由12V直流汽车电池提供供电电压的应用中，每个LED的电压需要为3.2V，最大平均电流(Imax)为20mA(16mA为Imax的80％)，最“简单的驱动器”是电阻器与三个LED组成的“条带”(一列串联装置)串联连接，三个LED所需电压3.2V x 3＝9.6V，其中电阻器阻值为：12V–9.6V＝2.4V/0.016A＝150Ohms，系统效率为：Eff＝9.6/12＝80％。
为获得“更多光线”，多条包含三个LED、一个约为150Ohms的镇流电阻器的条带可以并联连接，在理想且稳定的环境条件下，如果这一特定系统的显著低效率可以忽略，那么电阻器可以成为最简单、最低廉的驱动器，用于旨在取代汽车行业所使用的传统白炽灯或卤素灯泡的改进型LED灯中。
然而，在现实情形中，上述这一简单解决方案存在诸多缺点，由于它无法为LED提供抗波动保护，以抵抗输入电压(汽车电池电压可能在9V至15V之间波动)或环境温度(夏冬季节)的较大波动，另外，所供应电能中很大比例在镇流电阻器上以热能形式损失掉，因此将整个改进型LED灯的效率降低至80％，或者甚至更低。
因此，为了克服这些缺陷，需要更为复杂的LED驱动电路，即使输入电压和/或环境温度大幅波动时，LED驱动电路应当依然能够将LED的电流和电压维持在精确的预设限值内，这样在电能转化为光能的过程中可以实现最高效率。
5.2恒流源LED驱动器
即使环境温度大幅波动时，恒流源(“CCS”)LED驱动器依然可以确保通过LED条带的电流安全，然而，当输入电压增加至一个明显高于LED条带阈值电压的数值时，这一电压差会增加恒流源装置上的热损耗，因而将降低驱动器的效率。另一方面，当系统输入电压低于LED条带的阈值电压时，即使持续很短的时间(脉动)，那期间整个LED条带将熄灭，造成恼人的闪烁(频闪)效应。
综上所述,恒流源装置非常有效，强烈建议仅在输入电压相当稳定(小幅脉动)且接近LED条带的阈值电压的直流电路中使用。
然而，市场上已经存在非常低廉的恒流源LED驱动器，甚至用于交流电路(通过桥式整流器)，然而其效率、功率因数及A.THD参数性能不佳是这类驱动器成为全球市场理想的“低成本、高性能”LED驱动器的巨大障碍。
6.6.交换式电源供应器(SMPS)LED驱动器
SMPS LED驱动器采用传统的脉宽调制(PWM)升压、降压、升降压或回扫变压器变换器电路拓扑，其包括能够存储和转换电能的电抗组件，如电感和电容器以及集成电路、晶体管、二极管和电阻器。
SMPS驱动器的主要不足在于它们依赖笨重且不可靠的电抗组件，例如振荡线圈和电解质电容器，用于转换和存储电能，还依赖电磁干扰(低通量)滤波器所需要的滤波线圈和高压电容器，滤波器阻止SMPS转换器产生的高频噪声穿透电网。
在较高温度下(改进型LED灯具内部预期会出现较高温度)，电解质电容器的寿命相对短暂(大约2年)，而且因为环境温度和湿度因素，高频线圈或变压器(回扫)隔离和/或磁芯特征可能会显著改变，使得整个改进型LED灯装置的使用寿命低至2-3年。
6.1DC/DC交换式电源供应器LED驱动器
通过采用由控制电路(半导体)和振荡电感(线圈)组成的脉宽调制转换器，DC/DC交换式电源供应器LED驱动器能够克服在传统方式中所有镇流器LED驱动器的不足，其中，振荡电感能够以高频率恒定输出电压脉冲的形式定期存储并输送电能至负载(LEDs)上，负载(LEDs)两端连接有存储电能的电容器，以便保持LED无闪烁照明。现代脉宽调制控制器集成电路(ICs)可以控制其输出电压，因此，即使系统输入电压低于或高出LED条带的阈值电压十倍，LED条带上的电压保持恒定且仅稍稍高于LED条带的阈值电压，可避免闪烁并将系统效率最大化。
6.2恒压恒流LED驱动器
恒压恒流(“CVCC”)LED驱动器同时采用脉宽调制转换器和恒流源装置，可最高程度地保证LED电压和电流参数的稳定性并将改进型LED灯的使用寿命延长至每个组件允许的最长时间，尤其是大部分SMPD LED驱动器中所使用的不可靠的高压电解质电容器的寿命。
为了实现超可靠的恒压恒流LED驱动器解决方案，推荐将包含MOSFET缓冲晶体管(有运算放大器(OPAM)反馈)的传统恒流源电路与每个LED条带串联，以实现改进型LED灯的长使用寿命。举两个好的例子，由美国美信公司提供的MAX16834LED驱动芯片和由凌力尔特公司提供的LT3756LED驱动芯片，它们能够提供这种最先进的恒压恒流电路实施方案，其通过采用额外的外部MOSFET缓冲器作为恒流源，由内部的运算放大器控制，然而这种保护适用于仅有一个LED条带。对于超过三个条带的场合，这一非常可靠的运算放大器-MOSFET-恒流源电路变得过于昂贵，因此，设计师们更倾向于采用由更高功率且更昂贵的LED组成的单条条带，而非采用更便宜的LED连接成多条条带。因此，在各个实施例中，例如，本说明书提供一种恒压恒流LED驱动器，如本申请下文结合图8与图9中所示的实施例所述。
改进型DC/DC SMPS LED灯的最高效率取决于每条条带上的LED数量以及LED驱动器所采用的脉宽调制电路拓扑。对于同一功率区段而言，单条条带上串联的LED越多，电压阈值越高，则整个电路的电流将越低。低电流意味着低热量，也就意味着低损耗和更高效率。然而，上述四种传统的脉宽调制电路拓扑具备其自身特定的优缺点，如下：
6.3升压拓扑
升压电路拓扑可实现最简单(元器件数量更少)、最高效(通常，Eff＝90-95％)且最低廉的功率因数校正电路或脉宽调制LED驱动器实施方案，具有以下两个主要缺点：
a)未在输入和输出电路之间提供隔离，以及
b)其输出电压始终高于其最大输入电压。
就用于汽车电池的改进型LED灯的LED驱动器而言，如上所述，其输入电压为10-15V，升压电路最小17Vdc的安全恒定输出为由5个LED(假设为3.2V/LED，16V/5LEDs)串联而成的条带供电，因此，驱动器的缓冲器上仅剩下1V。由于LED电流与恒流源缓冲器的电流相等，则“输出电路效率”(LED–恒流源)即为：Eff＝16/17＝0.94。假如选择更高的输出电压，则必须以3.2V增量增加，添加一个、两个LED，相对于LED条带最大电压，保持“富余电压”不高于1V，以便维持系统良好的效率。在高功率/高效率升压驱动器系统中，此“富余电压”必须降低至0.1V(采用低值感测电阻器技术)，实现整个升压系统效率在0.94左右，由于5％的供给能量由升压电感(线圈)、MOSFET开关、控制器集成电路以及电路上包含的其他15-20个元件以热能损耗。
6.4降压拓朴
降压电路拓朴相当高效(通常，Eff＝85-90％)且具有成本效益，降压电路拓朴也支持电路具备更少元件数量，其存在两大主要缺点：
a)未在输入和输出电路之间提供隔离，而且，如果转换器的缓冲器在“短路”情况下失效，高压直流电源与接地之间存在流经LED条带的直流电流，这一电流可能损坏LED，且
b)其输出电压始终低于其最小输入电压。
就用于汽车电池的改进型LED灯的LED驱动器而言，如上所述，其输入电压为10-15V，降压电路最大9Vdc的安全恒定输出电压过低，无法为具有3个LED(3x 3.2V＝9.6V，因此LED都不会发光)的条带供电，因此，在这种情况下只能使用仅有2个LED(3.2V x 2＝6.4V)的条带，则压差为9V–6.4V＝2.6V，这意味着“LED条带-恒流源输出电路”的效率仅为71％，这是不可接受的。
因此，在任何设计中，降压输出电压必须设置为尽可能接近两个LED的条带的阈值电压(6.4V)，为了保证相同的LED总数和改进型LED灯的照明功率，必须添加多条LED条带，这将增加电路的总电流，因而整个系统的效率会降低。
6.5升降压拓扑
升降压电路拓扑支持高于、等于或低于其输入电压值的输出电压，它克服了上述缺点其中的一些，工作效率良好(通常，85-90)且元器件数量更少。
SEPIC(单端初级电感)转换器是一种特殊的升降压电路，在输入和输出之间存在非反相输出耦合能，经由一个串联电容传输至次级SEPIC电感，这将增加该电路的复杂性，但其支持“单接地”结构，无需对负载两端的电流或电压进行差值或光电耦合感测。
升降压拓扑存在三个主要缺点：
a)未在输入和输出电路之间提供隔离，
b)需要复杂的输出V/I参数的压差感测方法(并非针对于SEPIC)，由于相对于其输入电路，其输出电路具有不同的基准零电压。
c)当以CCM(连续导通模式)模式工作时，在交流应用中，它需要一个特殊的“恒定断路时间”控制器集成电路和一个额外的功率因数校正电路。
6.6回扫拓扑
回扫电路拓扑是唯一一种经由其双线圈回扫变压器在其输入和输出电路之间提供完全隔离的电路，支持高于、等于或低于其输入电压值的输出电压。
回扫电路的不足在于：更加昂贵；元器件数更多；尺寸更大；效率更低(通常75-85％，使用昂贵元器件时可达90％)；两个独立接地，需要一个复杂的差动电流/电压感测电路和一个额外的光耦合电路，以便控制LED相对于绝缘接地的电流和电压参数的瞬时值并确保电路使用寿命长。
综上所述，回扫电路的主要优点在于输入(交流电网)和输出(LED)电路的“完全隔离”，对于改进型LED灯为“金属外壳”且终端用户可能存在触电风险隐患的场合，该电路成为最优选择。
而且，全球大部分改进型LED灯的供应商解决了这个问题，具体做法为采用升压或升降压拓扑，使用塑料或玻璃外壳和/或使用2kV-4kV绝缘材料插入LED灯具(输出)和LED显示屏(或者铝散热器)之间，这一解决方案允许使用更加高效且更具成本效益的LED驱动器。
6.7AC/DC SMPS LED驱动器
AC/DC SMPS LED驱动器采用同上所述的同样的三个主要电路拓扑，但比DC/DCSMPS LED驱动器更加昂贵、更加复杂，由于在交直流转换系统中，需要一个额外的PFC(功率因数校正)子电路，这让元器件数量增加30-50％，从而增加AC/DC LED驱动器的尺寸和成本，取决于所选择的拓扑结构，即“双级”或“单级”。
6.8双级LED驱动器
双级SMPS LED驱动器系统是“最先进的拓扑”，其中，在近似单位功率因数下，第一级AC/DC功率因数校正子电路(通常为升压拓扑)将未经调节的输入交流电压转换成预稳的直流输出电压，接下来的第二级DC/DC脉宽调制子电路(升压、升降压或回扫)将输入的预稳直流电压转换成稳定的直流输出电压，同时精确控制LED条带的电流值。相对于单级解决方案，除了其他40-60个成本较低的元器件之外，双级系统使用两个集成电路(功率因数校正和脉宽调制)控制器，两个MOSFET缓冲器和两个振荡电感，从而大幅增加其成本和尺寸。
6.9单级SMPS LED驱动器
单级SMPS LED驱动器系统是“具有成本效益的拓扑”，其中，唯一一个子电路同时执行功率因数校正和脉宽调制两个功能，它只采用一个集成电路，一个MOSFET缓冲晶体管和一个振荡电感，与双级拓扑相比，电路元器件数量、尺寸及成本节约20-50％，性能更低。
下文将更详细地介绍SMPS LED驱动器的优缺点。
7.单片LED驱动电路
应当认识到，单片LED驱动器可视为“未来理想的LED驱动器”，因为它们能将30–100个元件的SMPS LED驱动电路减少至只有“一个固态元件”，即减少到仅有一个微芯片，其能够以非常安全可靠的恒压恒流方式驱动LED条带，在交流电路中也具有一流性能，如Eff>95％，PF>0.99以及A.THD<5％。
还有一些理由让设计者们尽力开发并将这一全新的技术尽快推广进入全球市场，那就是，其极其小型化(微型表面贴装芯片，可安装于任何小型灯具内，甚至可安装于LED或LED阵列组件内部)以及其“几乎无限的使用寿命”，最终将解决SMPS驱动器目前面临的主要问题。
传统的单体LED驱动器主要缺陷在于利用系数更低，闪烁系数更高，而且对于任何给定的电源电压值，它都依赖于每个LED条带具体的LED数目。
然而，考虑到一方面，这一新技术问世时间很短，另一方面这些装置提供无尽的潜在优势，这一新技术有机会让单片LED驱动器成为未来“单片改进型LED灯具”，具有一流性能并且成本低于当今传统爱迪生灯泡的制造成本。
因此，本说明书只提供十个SMPS LED驱动器实施例和二十个单片LED驱动器实施例。
下文将更详细地介绍单片LED驱动器的优缺点。
8.LED驱动器比较标准
为了对每种特定的LED驱动器的质价比进行一个公允的评价，对比全球成百上千个能源管理产品制造商所提供的其他驱动器，首先建议将它们分成“相似驱动器组”，然后设置适当的比较标准。
除了上述非常传统的升压、降压、升降压和隔离式、非隔离式(单接地)回扫拓扑，还有很多其他的选择可供设计师们使用，通过选择如下工作模式：连续模式、非连续模式或者临界导通模式，以固定频率、恒定导通时间可变频率或恒定断路时间可变频率方式执行，以便提高或优化驱动器的性能、尺寸和成本，因此，在如此热门的市场中进行直接比较并不容易，这一市场在全球几乎每月都提出“革命性发明”。
电路设计师在做出选择时面临无尽的复杂性，考虑到高功率LED驱动器行业仅拥有5年富有竞争性的历史，得出如下常识性结论：
a)目前，现有市场中不存在得到证实的“理想的改进型LED灯”。
b)可能有很多其他的方式设计LED驱动电路，且尚有极大的改进空间。
c)公平地评价一个新的LED驱动电路的质量的唯一方式是把它与几种现有的解决方案进行比较，采用同样的工作功率范围并采用与能源管理行业顶尖专家提供的相同(或类似)的拓扑。
公平的比较应当基于至少14个关键数据，以“元器件及性能图表”方式排列，提供有关每种LED驱动器的尺寸、质量及成本特性的充足信息，如下：
1)元器件数量部分，包括昂贵元器件数量(在括号里)，表明系统复杂性并为电路的尺寸和成本提供指示。
2)集成电路部分，包括昂贵的光电耦合器(在括号里)，表明特定设计所需的控制器芯片的数量。
3)晶体管部分，包括昂贵的FET晶体管(在括号里)，表明特定设计所需的晶体管的数量。
4)二极管部分，包括更昂贵的电桥、肖特基和快速恢复二极管(在括号里)，表明特定设计所需的二极管的数量。
5)电容器部分，包括不可靠、笨重而昂贵的电解质电容器(在括号里)，表明特定设计所需的电容器的数量。
6)电感部分，包括不可靠、笨重而昂贵的变压器(在括号里)，表明特定设计所需的线圈的数量。
7)电阻器部分，包括更多昂贵的较大尺寸高功率电流感测电阻器(在括号里)，表明特定设计所需的电阻器的数量。
8)效率部分表明驱动器帮助终端用户收回成本的品质，和其它驱动器相比，提供更多的光且每月的电费更少。
9)功率因数表明从国家电网和环境中耗散的过热热量。
10)A.THD表明从国家电网和环境中减少的污染程度(无线电噪声)。
11)LED条带恒流源部分表明一个特定的LED驱动器能够以非常安全的CVCC(恒压恒流)工作模式控制多少LED条带。
12)电路板尺寸部分表明驱动器是否适合小型或平板型改进型灯泡，可以是超大(EL)、大(L)、中等(M)、小(S)和极小(VS)。
13)总成本部分表明驱动器元器件和劳动力的相对成本，估计为非常高(VH)、高(H)、中(M)、低(L)和极低(VL)。
12)使用寿命部分表明驱动器的预估寿命，一天24小时工作情况下，以年(yrs)为单位测量其组件的寿命，也表明了终端用户可能部分或者全额收回所支付的更高成本价格的希望度，由于终端客户需为这一极其高效但非常脆弱的改进型LED灯具支付更高成本价格(即重要特点和销售卖点)。
因此，本说明书详细描述了领先的LED驱动器设计者们多年创造的这一相关技术。
因为LED驱动器是所有改进型LED灯的关键性组件，所以在各种实施例中，本说明书提供了创新性的LED驱动系统，与全球市场现有的大部分高品质LED驱动器相比，其特色在于元器件数量少，尺寸更小，成本更低，使用寿命更长并且电气性能更高。
为了让现有市场所需的每一种改进型LED灯均实现这一目标，本文描述的LED驱动器实施例提供一种具体的拓扑，如双级或单级升压、升降压或回扫拓扑，当然，采用固定或可变频率技术方法，优化高品质/低成本的LED驱动器设计所涉及的所有参数。
同样地，提供了几种旨在提供高品质、低成本单片LED驱动器的创新性电路实施例，包含于本说明书中。
为了对本文介绍的每一种改进或创新性系统的价值、重要性和/或即时需要进行一个公允的评估，将根据上述14个关键因素充分描述并对比性地介绍每种实施例，其中，一种非常相似的高品质LED驱动器解决方案，由在全球能源管理行业颇享声誉的公司，例如：美国德州仪器公司、飞兆半导体公司、美国电源集成公司、美国美信、首尔半导体公司、美国凌力尔特公司、英特锡尔、Exclara、超科等，在数据表、应用手册或技术杂志中发布。
9.相关技术-SMPS LED驱动器
9.1双级离线升压-回扫隔离式SMPS–德州仪器
2008年12月份出版的题为“PR883:A300-W,Universal Input,Isolated PFC PowerSupply for LCD TV Applications”的德州仪器(TI)出版物“SLUU341B”中公开了一个适合本说明书背景的双级离线升压-回扫电路示例，其能够为高达12A的负载提供24V恒定输出电压，其电能质量符合能源之星标准和IEC标准且性能优良。它实现了最先进的双级电路控制方法，其包括，作为初级的升压预调节器(用于在输入电压离线(85-265Vrms)范围内保证近似单位功率因数)和作为次级的LLC谐振DC-DC隔离式回扫转换器。该控制系统设计需要五个集成电路，例如，用于初级的UCC28061，用于次级的UCC25600和两个光电耦合器H11AV1A-M，利用TL431AIDBV作为基准电压，以及用于额外的回扫转换器的UCC2813D-4，为整个系统提供偏压电源。
在如下所示的元器件及性能图表中显示了上述SMPS电路的最重要数据，这些数据收集自上述引用的TI出版物的表1(第2页)和表4(第19、20、31页)。
下面表1总结了SMPS电路的性能规格以及每一类别的元器件数量，分别收集自上述引用的TI出版物的表1(第2页)和表4(第19、20、31页)。
这种双级SMPS电路的主要优点在于提供输入/输出电路隔离，而且初级(升压)将未调节的交流输入电压转换成稳定(390V)的直流电压，因此次级(回扫)将始终拥有足够高的输入电压值，为其负载输送精确调节的稳定直流电压，脉动极小。
这种电路的主要缺点在于：
a.元器件数量过多。
b.集成电路过多、过于昂贵。
c.昂贵的UIF二极管过多。
d.笨重而不可靠的电解质电容器过多。
e.笨重、不可靠且昂贵的电感过多。
f.驱动器电路板尺寸极大，不允许其应用至小尺寸装置中。
g.解决方案成本很高，不适合中小工作功率范围的改进型LED灯具的预期成本。
相比之下，所公开的各种实施例提供几种能够解决上述所有不足的解决方案，包括一个创新性双级系统实施例和四个“伪双级”系统实施例，能够实现类似的性能(Eff>87％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将元器件数量、尺寸及成本降低40-60％。
9.2双级SEPIC/降压LED驱动器–Supertex
Supertex,Inc.的“HV9931DB2v1”芯片演示文稿文件夹中显示了一个适合所公开实施例背景的双级SEPIC/降压LED驱动器电路示例，其关于“LED Driver Demo Board Input230VAC//Output 350mA,40V”，可为14W负载提供高达40V的恒定输出电压，性能极好。它实现了品质相当好的双级电路控制方法，其包括作为初级的升降压(SEPIC)预调节器(用于在200-265Vrms的输入电压范围内保证近似单位功率因数)和作为次级的非隔离式限流恒定断路时间(COT)降压转换器，以连续导通模式(CCM)工作。此控制系统设计仅需要一个MOSFET晶体管和控制器集成电路，HV9931LG同时用于初级和次级，拥有高达30％的电感电流脉动。
如下表2所示的元器件及性能图表中显示了上述的LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自HV9931LG芯片演示文稿文件夹。
这一特殊转换器电路的主要优点在于它仅使用一个MOSFET晶体管和一个集成电路来控制两级，不使用电解质电容器，无需光电耦合器和差压传感电压放大器，使用SEPIC升降压结构，让该控制器集成电路能够感测LED相对于公共接地点的电流。
此电路的主要缺点在于：
a)输入和输出电路之间没有隔离。
b)元器件数量过多。
c)线圈过多、过于笨重
d)UIF二极管过多、过于昂贵。
e)电感存在高电流脉动。
f)中等尺寸驱动器电路板，无法在非常小型的改进型LED灯上使用。
g)对于小功率范围的改进型灯具而言成本相对较高。
h)SEPIC电容器(E31)非常笨重、昂贵，在高频交流电流下，可能导致不稳定，随着时间的推移，可能缩短改进型LED灯的使用寿命。
本说明书提供几个可以克服上述缺点的实施例，包括一个创新性双级系统实施例和四个“伪双级”系统实施例，能够实现类似的性能(Eff>87％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将元器件数量、尺寸及成本降低25-30％。
9.3升压单级离线LED驱动器-英特锡尔
2009年2月12日出版的题为“White LED Driver Circuits for Off-Line Applications usingStandard PWM Controllers”的英特锡尔应用手册AN1387.0中说明和描述了一个适合本说明书背景的升压单级LED驱动器电路示例，其中涉及其专有ISL6445IAZ-TK集成电路(IC)的使用，其集成电路能够以三种不同的拓扑工作，例如，单级升压、单级(SEPIC)升降压和单级回扫LED驱动电路。在上述引用的英特锡尔出版物中的图12中说明了这种单级升压LED驱动器应用。该出版物中的Detailed Boost Converter Schematic(第11页)是一种非常传统的电路，采用ISL6445IAZ-TK芯片作为脉宽调制/功率因数校正控制器，并采用次级双运算放大器LM358(德州仪器)芯片，用于差动地控制LED上的电压和电流，对比高精度、微功率并联电压参照芯片LM4041(德州仪器)。此电路能够实现近似单位功率因数，以临界导通模式(CrCM)工作，当输入电压为90-120Vac(日本和美国)时，可提供250Vdc的输出电压，设计用于高功率LED显示屏，每根条带使用50个以上的LED，它需要一个额外的运算放大器，用于保证每根额外的LED条带的电流恒定。
下面表3总结了此LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自ISL6445IAZ-TK芯片演示文稿文件夹。
这一特定单级升压转换器电路的主要优点在于它提供高于所有其他拓扑的效率，在高功率应用中这是非常重要的特点。
此电路的主要缺点在于：
a)输入/输出电路之间没有隔离。
b)对于单级升压转换器而言元器件太多。
b)三个集成电路，而非一个集成电路。
c)ISL6445IAZ-TK芯片供电电路过大且过于昂贵，在于一个高压串联稳压器，其包括一个高压(350V)晶体管，一个稳压二极管和四个电阻器。
d)需要不可靠的电解质电容器。
e)恒流源只用于一个LED条带。
f)输入为120伏交流电时，每条带最低50个LED灯。
本说明书中的各种实施例提供几种可解决上述所有不足的解决方案，包括一个创新性单级升压系统实施例，能够实现更佳的性能(Eff>93％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将元器件数量、尺寸及成本降低15-20％。
9.4升降压单级LED驱动器-Supertex对比UTC
Supertex,Inc.的“HV9921”芯片演示文稿文件夹中显示了一个适合本说明书背景的低成本、升降压单级LED驱动器电路示例，关于其最少元器件数量“3-Pin Switch-Mode LEDDriver IC”，即使在交流输入电压超大幅(85-264Vrms)波动的情况下，依然能够为LED条带提供20mA的恒定输出电流。这曾是最简单、成本最低的DC/DC LED驱动器，然而，由于它采用COT(恒定断路时间变频)工作模式，在AC/DC应用中，它的功率因数和A.THD参数存在严重问题。为了解决HV9921芯片在交流应用中存在的功率因数和A.THD问题，Supertex已推荐采用低成本、无源功率因数校正解决方案，其包括一个精确计算的LC滤波器(一个线圈两个电容器)，最终，Supertex已推出其升级的如上所述的芯片HV9931LG，该芯片能够以双级拓扑提供近似单位功率因数(PF＝0.98)。
中国设计师们立即跟进这一成本十分低廉的解决方案，推出了类似的解决方案，其采用新一代价格实惠的八针COT驱动器芯片的功能，这种芯片包括QXMD提供的QX9910和UCT提供的UCT4390。
UCT在UCT4390芯片数据表中发布了变速恒定时间单级升降压LED驱动电路，该电路在交流应用中具有相当好的性能，它采用一个传统的“填谷滤波器”无源功率因数校正电路。该电路包括两个电容器，它们串联连接在电源桥式整流器输出端，第一整流二极管连接在它们之间，还有两个额外的整流二极管，从第一整流二极管的正极和负极连接到桥式整流器的正、负输出端，这样，这些电容器拥有串联充电电路和并联放电电路。由于两个等值电容器串联连接的等效电容为单个电容器的一半，而并联连接时其等效电容为单个电容器的两倍，因此功率因素显著提升(典型功率因素为0.85-0.9)，尤其是如果交流供电电路中采用额外的低通量(或EMI)滤波器，该滤波器由一个双线圈和两个电容器组成。
下面表4总结了上述LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自UTC4390芯片演示文稿文件夹。
这一特定的恒定断路时间LED驱动电路的主要优点在于：元件数量少，中型尺寸电路板，制造总成本低，这些优点让中国成为整个南亚市场第一大改进型LED荧光灯供应商和全球市场的主要竞争对手。
此电路的主要缺点在于：
a)由于其电解质电容器，因此使用寿命很短。
b)输入和输出电路之间没有隔离。
c)笨重而不可靠的电解质电容器过多。
d)需要2-3个EMI滤波器来实现功率因数＝0.9。
e)LED条带上没有电压控制。
f)通过第二FET晶体管为集成电路控制器供电。
g)笨重的线圈和电容器增加电路板尺寸。
h)相比其他解决方案，其性能相对较低。
本说明书提供几种能够克服上述缺点的实施例，其中包括一些创新性、低成本COTLED驱动电路实施例，与填谷滤波器一起使用和/或在低成本、高功率因数(PF＝0.99)双级改进型LED灯驱动电路实施例中用作次级DC/DC转换器的实施例。
9.6升降压单级LED驱动器–PI
美国电源集成公司(PI)于2011年12月8日发布的设计实例报告“Constant Current<2％Regulation)Non-Isolated Buck-Boost,Power Factor Corrected 18W LED Driver UsingLinkSwitch–PH LNK419EG”中显示了一个适合本说明书背景的升降压单级LED驱动电路示例。
交流电压范围在90-265V之间时，此驱动电路能够提供200V电压和90mA电流+/-30％直流输出脉动。
LNK419EG控制器芯片包括MOSFET缓冲器，能够限制转换器输出电流，维持近似单位功率因数，不使用光电耦合器和运算放大器来感测输出电流，而是采用一个包含11个元器件的反馈电路，其中包括一个电压并联稳压器芯片LMV431AIMF，一个高压晶体管FMMT560，2个二极管，5个电阻器和2个电容器。
下面表5总结了上述LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自LNK419EG芯片演示文稿文件夹。
这种特定的升降压转换器电路的主要优点在于：控制器芯片LNK419EG包括大而昂贵的MOSFET缓冲器，能够控制输出电流，同时维持近似单位功率因数，不使用昂贵的光电耦合器和运算放大器进行电流反馈，而是采用成本更低的无源元器件和双极型晶体管。
此电路的主要缺点在于：
a)输入和输出电路之间没有隔离。
b)电流反馈需要过多元器件(11)。
c)晶体管随温度变化会不稳定。
d)输出电流的电流脉动高(30％)。
e)UIF二极管过多、过于昂贵。
f)对于小功率范围的改进型灯具而言成本相对较高。
本说明书提供几种可解决上述不足的实施例，包括一个单级、单接地升降压系统实施例，能够实现更佳的性能(Eff>88％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将元器件数量、尺寸及成本降低20-35％。
9.3回扫单级非隔离式LED驱动器-英特锡尔
2009年2月12日出版的题为“White LED Driver Circuits for Off-Line Applicationsusing Standard PWM Controllers”的英特锡尔应用手册AN1387.0中说明和描述了一个适合本说明书背景的回扫单级LED驱动电路示例，其中涉及其专有ISL6445IAZ-TK集成电路(IC)的使用，该集成电路能够以三种不同的拓扑工作，例如，单级升压、单级(SEPIC)升降压和单级回扫LED驱动电路。在上述引用的英特锡尔出版物中的图14中说明了这种单级非隔离式回扫LED驱动器应用。该出版物中的“Detailed Flyback ConverterSchematic”(第13页)是一种非常传统的电路，采用和上述英特锡尔升压转换器相同的组件，分别是，ISL6445IAZ-TK芯片，作为脉宽调制/功率因数校正控制器，以及双运算放大器LM358芯片，用于差动地控制LED上的电压和电流，对比高精度、微功率并联电压参照芯片LM4041。与升压电路的主要差异在于回扫电感是一个双线圈变压器，因此，将一个包含三个元器件的传统缓冲电路(包括一个二极管、一个电阻器和一个电容器)添加至MOSFET缓冲器(Q1)的漏极电路中，实现高压限制。
此电路能够实现近似单位功率因数，以临界导通模式(CrCM)工作，可提供通常低于输入AC电压(90-260Vac)的输出电压，有能力为包含一个或多个串联LED的LED条带供电，需要一个额外的运算放大器，用于保证每根额外的LED条带的电流恒定。
下面表6总结了上述回扫LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自ISL6445IAZ-TK芯片演示文稿文件夹。
这一特定的单级非隔离式回扫转换器电路的主要优点在于它通过LM358中包含的两个运算放大器对LED电流和电压进行非常安全、准确的控制，而且，尽管环境温度大幅变化，LM4041电压并联稳压器可提供精确基准电压。
此电路的主要缺点在于：
a)输入/输出电路之间没有隔离。
b)对于单级升压转换器而言元器件过多。
b)三个集成电路，而非一个集成电路。
c)用于控制器芯片供电的元器件(6)过多。
d)需要笨重而不可靠的电解质电容器。
e)恒流源只用于一个LED条带。
f)比其他类似的拓扑解决方案成本更高。
本说明书提供几个可解决上述不足的实施例，包括一个创新性非隔离式和隔离式单级LED驱动器系统实施例，能够实现更佳的性能(Eff>88％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LM4041LED驱动器解决方案相比，将元件数量、尺寸及成本降低30-50％。
9.7回扫单级隔离式LED驱动器-飞兆半导体公司
题为“Design Guide for Single-Stage Flyback AC-DC Converter Using FL6961for LEDLighting”的飞兆半导体公司应用手册AN-9737中显示了一个适合本说明书背景的回扫单级隔离式LED驱动电路示例，其中介绍了一种16.8W已校正功率因数的LED驱动器，提供24V/0.7A的输出，具有软启动和恒压恒流反馈特点，可实现对LED条带的V/I参数非常精确(逐周期)、可靠的控制。
为确保良好的功率因数同时控制LED的最大电压和电流，FL6961控制器芯片以恒定导通时间(可变断路时间)和CrCM(临界导通模式，在非连续操作模式和连续操作模式之间)模式工作。FL6961芯片的电源电压通过添加在回扫变压器上的附加绕组获得，其输出电压/电流反馈为传统电路，其中使用KA358双重误差放大器、KA431电压并联稳压器(作为基准电压)以及FOD817光电耦合器，以实现输入/输出电路隔离。
下面表7总结了上述LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自LNK419EG芯片演示文稿文件夹。
这种特定的回扫转换器电路的主要优点在于：仅采用一个芯片控制输出电流和电压，同时维持近似单位功率因数；采用精确可靠的电压并联稳压器和运算放大器进行电压和电流反馈；采用光电耦合器，实现输入/输出电路隔离。
此电路的主要缺点在于：
a)元器件数量多。
b)V/I反馈电路昂贵。
c)比其他隔离式回扫解决方案成本更高。
d)恒流源只用于一个LED条带。
e)比双级解决方案的输出电压脉动更大。
本说明书提供几个可解决上述不足的实施例，包括一个单级隔离式回扫和双级多列LED驱动器系统实施例，能够实现更佳的性能(Eff>85％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将组件数量、尺寸及成本降低20-35％。
9.8回扫单级隔离式LED驱动器-PI
美国电源集成公司(PI)题为“Reference Design Reports for s High Efficiency(>81％),High Power Factor(>0.9)TRIAC Dimmable 7W LED Driver Using LinkSwitch–PHLNK403EG”的RDR-193应用中显示了一个适合本说明书背景的回扫单级隔离式LED驱动电路示例，其中介绍了一种7W已校正功率因数的LED驱动器，输入电压在90-265VAC范围内时，它提供21V/0.33A的输出。
LNK403EG控制器芯片以CCM(连续导通模式)工作，其输出电流稳定度完全从回扫变压器的初级端感测，无需采用昂贵的光电耦合器，运算放大器和电压并联稳压器，它们通常与回扫变压器的次级端相连。
下面表8总结了上述LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自LNK403EG芯片演示文稿文件夹。
这种特定的回扫转换器电路的主要优点在于：仅采用一个芯片控制输出电流和电压，同时维持近似单位功率因数；控制器芯片中包含MOSFET缓冲器，用于从回扫变压器的初级端感测LED电流，实现输入/输出电路隔离且无需采用昂贵的传统电流反馈电路。
此电路的主要缺点在于：
a)元器件数量多。
b)电解质电容器过多(5)。
c)缓冲电路需要一个超快二极管。
d)比其他隔离式回扫解决方案成本更高。
e)相对其高成本而言，效率和功率因数较低。
f)恒流源只用于一个LED条带。
g)比双级解决方案的输出电压脉动更大。
本说明书提供几个可解决上述不足的实施例，包括一个单级隔离式回扫和双级多列LED驱动器系统实施例，能够实现更佳的性能(Eff>88％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将元器件数量、尺寸及成本降低20-25％。
9.9回扫单级隔离式LED驱动器-LT
美国凌力尔特公司(LT)的题为“LT3799Offline Isolate Flyback LED Driver with PFC”的演示手册DC1744A中显示了一个适合本说明书背景的回扫单级隔离式LED驱动电路示例，其中介绍了一种已校正功率因数的LED驱动器，能够为LED显示屏提供4-100W的功率，输入电压范围为90-265VAC。
LT3799控制器芯片以临界导通模式(CrCM，介于非连续操作模式和连续操作模式之间，类似于上述的飞兆FL6961)工作，确保良好的功率因数，同时完全从回扫变压器的初级端控制输出电流稳定度(类似于PI的LNK403EG)，无需采用昂贵的光电耦合器，运算放大器和电压并联稳压器，它们通常连接在回扫变压器的次级端。
下面表9总结了上述LED驱动电路的最重要数据，这些数据收集自LT3799芯片演示文稿文件夹。
这种特定的回扫转换器电路的主要优点在于：仅采用一个芯片控制输出电流和电压，同时维持近似单位功率因数；从回扫变压器的初级端感测LED电流，无需采用昂贵的传统误差放大器反馈电路和光电耦合器来实现输入/输出电路隔离，仅采用一个电解质电容器。
此电路的主要缺点在于：
a)LT的驱动器解决方案和元器件非常昂贵。
b)相对其极高成本而言，效率和功率因数较低。
c)恒流源只用于一个LED条带。
d)比双级解决方案的输出电压脉动更大。
本说明书提供几个可解决上述不足的实施例，包括一个单级隔离式回扫和双级多列LED驱动器系统实施例，能够实现更佳的性能(Eff>88％，PF>0.99％，A.THD<10％)，同时，与这一特定的LED驱动器解决方案相比，将元器件数量、尺寸及成本降低20-25％。
10.相关技术-单片LED驱动器
10.1低损耗可控电子管
一篇题为“Low Dissipation Electron Valve For Controlling Energy Delivered To A LoadAnd Method Therefore”的专利于1997年1月28日公开，其专利公开号为US Pat.No.5,598,093，其发明人Beniamin Acatrinei(本说明书的作者)提出了一种新颖的控制电能从交流发电机传输至负载的方法，其利用一种新颖且用途极其广泛的“电子管”的功能，这一“电子管”称作“Benistor”，这一名称源自其“电网封锁(Blockade of Electrical Network)”功能，可发展成为一种独创的的“SSCVCC”(自切换恒压恒流)工作模式。
不同于之前发明的固态电子管，如“晶体管”和“闸流晶体管”(SCR–硅控整流器),Benistor能够控制经整流的大功率交流正弦波并以线性、切换和/或SSCVCC工作方式将适当的电源输送至任何类型的负载(包括LED)，无需外部驱动电路(类似于晶体管)，而且内部不会损耗大量能源(类似于闸流晶体管)。
通过使用这一新颖的SSCVCC工作模式，Benistor无需线圈和电容器，大部分传统AC/DC、DC/DC转换器以及在直接连接于桥式整流器(“BR”)和负载之间的电路中采用了线圈和电容器。Benistor为其负载输送一个连续(通过切换为接通(ON))或者中断(通过切换为断路(OFF))的直流供电，这样，即使其输入电源(BR输出)电压大幅波动时，依然可保持负载上的电压处于预设的限值内。
Benistor也能够以线性方式工作，将负载电流保持在预设的限值内，尽管这一工作方式不如自切换方式高效。
为了能够执行这一复杂的SSCVCC工作模式，“传统的”Benistor依赖七个输入/输出端子，如：
a)“Vin”(电压输出)输入功率端子，与BR的正输出端相连，
b)“CE”(公用电极)端子，与BR的负输出端(或接地“GND”)相连接，
c)“Vout”(电压输出)输出功率端子，连接于负载端，与CE端子接合，
d)“ON-OFF”电压控制输入端子，当Vin<Von-off时，闭合Vin和Vout之间的内部开关，在Vin>Von-off时，断开Vin和Vout之间的内部开关
e)“OFF-ON”电压控制输入端子，执行相同的自切换工作，但是相对于ON-OFF输入端子，其反相。
f)“CC+”电压控制输入端子，“正相位”输出，当施加在“CC+”端子上的电压值增加时，Vout输送的电流相应增加，以及
g)“CC-”端子，与CC+操作反相。
这一用途极其广泛的器件有其自己的电气符号，类似于电子管和多端晶体管器件，其无需外部元件，仅在其端子上施加固定或可变直流电压，能够像晶体管、闸流晶体管、运算放大器、窗口比较器、CCS(恒流源)和VCS(电压控制开关)一样工作，当然，类似于传统的复杂晶体管电路，可实现“Benistors复杂电路”，在这种电路中两个或者多个Benistors能够以很多种结构连接，如串联、并联、磁镜位形、图腾柱和推拉式结构等。
尽管Benistor内部方框电路原理图似乎非常复杂，尤其是因为其拥有七个端子，最少元器件的Benistor可以拥有三个端子(就像一个晶体管)并且内部只有两个晶体管电路，看起来非常类似于传统闸流晶体管的等效电路(即NPN型和PNP型晶体管相互耦合，基极-集电极)，一个不同之处在于NPN型晶体管的基极在“空置”(未连接)，支持很多其他方式将两个晶体管与外电路相连接，当然，可提供许多其他应用。
因其极其简单且极富多功能性，1998年7月6日，Benistor荣获《电子设计杂志》(一个颇具声誉的技术刊物)的“封面专题报道”奖，该刊物将Benistor称之为“第四元件”，它是在过去一百年里，继其他三个“电子管”(如真空电子管、晶体管和闸流晶体管)问世之后全球电子行业出现的“第四元件”。
不幸的是，那时不存在“超高亮度白光LED”和“改进型LED灯”应用，无法证实Benistor的特殊功能。
因此，根据本说明书，提供几个采用Benistor概念的实施例，以便实现低成本，小尺寸，不使用线圈和电容器，最终无需采用外部元器件单片LED驱动器，“芯片”可能成为未来“理想的”改进型LED灯的主要组件。
10.2为照明装置提供交流线路功率的系统-Exclara
名称为“Apparatus,Method And System For Providing AC Line Power To LightingDevices”的专利申请于2010年12月9日发布，其美国专利申请号为：No.2010/0308739A1(发明人：Shteynberg et.al.，代理人：Exclara,Inc.)，其中说明了几种LED驱动转换器电路，这些电路不包含电抗元件，仅包含固态元件，例如晶体管和电阻器，可以最终集成至“驱动器芯片”中的元器件。
Exclara,Inc.是LED照明行业内积极的“先锋”之一，其很大一部分产品开发过程都是致力于完全弃用不可靠、笨重而又昂贵的电抗元件，如线圈和电容器，把“单片LED驱动器”器件作为目标，这种器件可以在硅标准加工厂中快速实施且极具成本效益，可实现减小改进型LED灯的尺寸和成本，更重要的是，增加了这些高效装置的最大使用寿命，由于这种固态器件具有“使用寿命几乎无限长”的特点，然而，电解质电容器会“变干”，使得整个LED灯的使用寿命仅为2年(每天24小时使用的情况下)。
上述专利申请公开说明书中所提供的实施例中说明了一个固态“控制器”电路，其特点在于具有相对复杂的方框电路原理图，其中包括一个激活或停用几个“开关驱动器”器件的“数字逻辑电路”，“开关驱动器”器件在主控制器电路之外，以特定次序接通或者断开包含在经整流的交流供电电路中的几根LED条带，其特定次序由几个其他的子电路决定，例如：A/D转换器、同步信号发生器、Vcc发电机、过压检测器、欠压检测器、上电复位、存储子电路以及建立时间序列的时钟子电路，确保每个开关驱动器在精确时间分别接通或断开其指定的LED条带。
每个开关驱动器配备有一个功率MOSFET晶体管，MOSFET晶体管由一个快速驱动器在其栅极处控制，该快速驱动器包括一个比较器和一个推挽式缓冲器，旨在增加换流速度并随之减少开关渡越时间内每个开关驱动器的功率MOSFET晶体管的损耗。
最后，按照上述专利申请公开说明书的图22中示出的一系列说明，通过将几个电压和电流传感器输入与内部基准电压和/或存在于存储子电路的逻辑数据相比较，控制器电路按如下方式逐步连接LED条带，当整桥式整流器提供的电压值达到其峰值(即，美国使用的120Vrms输电线达到170V)，所有的LED条带将串联连接，当交流电源电压达到其一半值时，只有一半LED条带将被连接。最终，当交流电源电压衰减至20-30V时，只有一个LED条带将与输电线连接。
这样，控制器能够用4步或者更多步限制LED电流，所以改进型LED灯装置的电流波形将看似像个“金字塔”，即，一个方波置于另一个方波之上的4个或者更多个“方波”，其取决于多少个开关驱动器拥有一个特定的控制器芯片，而且，由于LED电流随着交流电源电压值成正比增加，根据美国能源部和能源之星的最新指令，该驱动器的功率因数参数可以达到0.9以上。
改进型LED灯制造商Everlight(www.everlight.com)在题为“Everlight HV LEDsDriving Note”的文章中介绍了第一个LED驱动器芯片——由Exclara引入市场的“EXC100”，“Everlight HV LEDs Driving Note”中提供了示意图、电气规格及装置的电流、电压波形，其中说明了工作功率范围在4-10W内的改进型LED灯只使用三个LED条带。
下面表10总结了有关Exclara的单片LED驱动芯片EXC100的最重要数据，这些数据收集自Everlight的网站。
这种特定的单片LED转换器电路的主要优点在于：性能高，元器件数量更少(10)，尺寸非常小，成本极低且使用寿命在5年以上。
与传统的SMPS驱动器解决方案进行简单的比较，EXC100芯片的成本是1.39美元/件，LT3799的成本是2.70美元/件，LT3799芯片需要40个额外的元器件而且需要劳动力加工其驱动器电路板，最终，使用EXC100的改进型LED灯极有可能比另一种驱动器电路延长2-3年的使用寿命。
此电路的主要缺点在于：
a)芯片的内部结构非常复杂。
b)因为存在很多A/D接地，高达40引脚封装。
c)九个外接电阻器。
d)电流波形为方波，而非正弦波。
e)设计实施运算非常复杂。
f)低功率时以及使用调光器时可见闪烁。
本说明书提供几个可解决上述不足的实施例，其中包括几个单片LED驱动器系统实施例，与这一特定的单片LED驱动器解决方案相比，这些实施例能够实现更佳的性能(Eff＝93％,PF＝0.996％,A.THD＝6％)，同时，将元器件数量减少为仅有“一个元器件”，因此，是一个尺寸更小的芯片，仅具有8引脚封装，内部结构极其简单，制造成本更低。
10.2用于改进型荧光照明装置的线性LED驱动器
高电压模拟和混合集成电路(IC)领域公认的领导者Supertex,Inc.于2012年4月3日发布了一个题为“New Sequential,Linear LED Drivers From Supertex Ideal ForFluorescent Tube Lighting Retrofits”的新闻发布演示文稿，推出了CL8800和CL8801，顺序线性LED驱动器，设计用于驱动长串的固态低成本、低电流LED，以取代荧光灯管、白炽灯泡和紧凑型荧光灯灯泡。这两个集成电路都将驱动器电路元件数量减到最少，除集成电路之外，仅需要四或六个电阻器和一个二极管电桥。
CL8800设计用于230VAC输入，CL8801设计用于120VAC输入，两者的外电路中都无需线圈和电容器，只需要四个额外的元件进行暂态保护，甚至无需使用典型的电磁干扰滤波器，因为两个集成电路不使用高频开关电流技术，只使用多级线性稳压器。
如上所示，在CL800数据表文件夹中展示的几个原理图说明了超科新的单片LED驱动器芯片的引脚结构、功能性及LED条带设计计算数据几乎与Exclara的EXC100控制器芯片相同。
如下表11总结了收集自超科CL8800芯片的数据表的最重要数据。
表11中显示的性能看起来比表10中显示的Exclara的性能稍微更好一点，而且单位成本更高(2.38美元)。然而，由于Supertex Inc.尚未发布任何专利申请，而且外观上，CL8800电路看起来与EXC100电路几乎完全相同，这一新的单片LED驱动器解决方案更可能与上面陈述的Exclara EXC100控制器芯片拥有非常相似的优缺点。
11.结论
目前，全球市场已经存在数百种可取代所有传统的白炽灯、卤素灯、荧光灯和钠灯的改进型LED灯。但是，因为与这些新装置相关的成本质量对比及使用寿命问题，一些新的改进型解决方案将需要一些时间才能快速取代传统灯具。
电源管理行业专家几乎一致同意LED是未来的“理想光源”。但是和钠灯没有“钠”就无法提供“明亮而高效的灯光”类似，没有LED驱动器，改进型LED灯无法提供“高品质的光”，而且，考虑到该装置的质价比问题，全球电源管理行业专家提出了数百种不同的概念、观点和解决方案。
一方面，我们有美国和欧洲专家提出的“高质量、高可靠性但高成本的LED驱动器”，另一方面，我们有南亚专家提出的“合理质量、可靠性较低但成本非常低廉的LED驱动器”，因此，市场上尚不存在“理想装置”，逻辑上“理想装置”只能是“低成本、高性能、寿命长的改进型LED灯”装置，实际上这是本说明书的主题。
如上所述，SMPS LED驱动器和单片LED驱动器拥有一些优点，但是也拥有很多缺点，因此，本说明书中包括几个涉及新型LED驱动系统的实施例，无论它们是否使用线圈和电容器。
因此，迫切需要低成本、高品质的改进型LED灯，拥有更少、更小甚至没有电解质电容器；拥有更少、更小甚至没有线圈，效率更高，功率因数更高，谐波失真低，总制造成本更低，实现安全，快速和简单地取代所有现有过时的传统灯具，这样可帮助终端用户受益，实现光线更多、电费账单更低廉、使用寿命更长并且购买每一个改进型LED灯的总成本更低。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，其通过新颖的内部恒压恒流控制和/或光显示系统，该装置能够显着增加其工作时间，具有近似单位功率因数、谐波失真低、效率高、元器件更少、尺寸小、重量轻和成本低等特点。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的白炽灯，无需修改其标准机电固定装置，同时提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的卤素灯，无需修改其标准机电固定装置，同时提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的荧光灯，无需修改其标准机电固定装置，同时提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的钠灯，无需修改其标准机电固定装置，同时提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了在中等和高功率范围内实现最佳性能，通过采用一个创新性的双级LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了在中等和高功率范围内实现最佳性能以及一些终端用户所需要的“隔离”，通过采用一个创新性的双级升压-回扫LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了在中等和高功率范围内实现最佳性能并以不提供“隔离”(若一些终端用户不需要“隔离”)的方式减少元器件数量、尺寸和单位成本，通过采用一个创新性的单级升压LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了减少元器件数量、尺寸和单位成本并且提供一些终端用户所需要的“隔离”，通过采用一个创新性的无光电耦合器隔离式回扫LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了以不提供“隔离”(若一些终端用户不需要“隔离”)的方式减少LED输入电压、元器件数量、尺寸和单位成本，通过采用一个创新性的单级单接地回扫LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了减少LED输入电压、元器件数量、尺寸和单位成本，通过采用一个创新性的单级非隔离式升降压LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了减少LED输入电压、元器件数量、尺寸和单位成本，通过采用一个创新性的伪双级LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
在另一个实施例中，提供了一种新的改进型LED灯装置，该装置能够取代任何传统的电灯，无需修改其标准机电固定装置，同时，为了以不采用电抗元件(如线圈和电容器)的方式减少并将元器件数量(仅含一个芯片)、尺寸和单位成本降至最低而且同时将灯具的功率因数和效率参数维持在“最先进”水平，通过采用一个创新性的单片LED驱动电路系统，该装置可提供更长的工作寿命并在效率、功率因数以及总谐波失真参数方面提供更佳的光质量。
按照本文大体描述的公开实施例，提供了一种近似单位功率因数、寿命长、成本低的LED灯具改进系统及方法，其基本上包括改进型LED灯元件和几种其他的创新性控制系统，创新性控制系统为该创新装置赋予必要的功能，使其具备“顶尖级”性能，同时具有元件数量少、重量轻、尺寸小及成本低等特点。
除了上述系统及方法，本申请的教导中，例如本公开的文本(如权利要求和/或详细说明)和/或附图中，还提出并描述了其他几种方法和/或系统和/或程序产品方面。
上述是一个概述，因此可能包括简化、概括、包含和/或细节遗漏；因此，本领域技术人员应当认识到本概述仅是说明性的，不以任何方式限制。将在此处提出的教导中揭示这些装置和/或过程和/或本文描述的其他主题的其他方面、特点和优点。
在一个或多个不同的方面，相关系统包括但不限于电路和/或编程，用于影响本文提及的方法的一些方面；电路和/或编程几乎可以是硬件、软件和/或固件的任何组合配置，以影响本文提及的方法的一些方面，其取决于系统设计师的设计选择。除了上述系统及方法，本申请的教导中，例如本公开的文本(如权利要求和/或详细说明)和/或附图中，还提出并描述了其他几种不同的方法和/或系统方面。
上述的概述仅是说明性的，不以任何方式限制。除了上述的说明性方面、实施例和特点，通过参考附图和下文的详细描述，其他方面、实施例和特点将变得显而易见。
所公开的实施例提供在本文中示出和描述的创新性元器件、结构、排列、组合和改进。通过下列描述结合附图，所公开实施例的新颖特点将变得显而易见。然而，应当明白附图仅用作说明用途，不应视为定义所附要求保护的主题的范围或限制。
将在下文的描述中提出所公开实施例的其他特点，这些描述将在某种程度上让这些特点变得显而易见，或者可以通过实践或计算机模拟本申请提供的电路来了解它们。
应当明白上述整体概述和下文详细描述仅为示例性和解释性的，并非限制于所要求保护的主题。
本申请包含的附图帮助进一步了解近似单位功率因数、寿命长、成本低的LED改进系统和方法的各种实施例，附图并入并构成本说明书的一部分。另外，附图和说明性实施例以及描述一起用于解释所要求保护的主题的原理。
附图说明
图1为一种根据一个实施例的传统白炽灯的改进型可调光LED灯。
图2为一种根据一个实施例的传统泛光/卤素灯的改进型可调光LED灯。
图3为一种根据一个实施例的传统荧光灯的改进型可调光LED灯。
图4为一种根据一个实施例的改进型单片可调光LED灯。
图5为一种根据多个实施例的适用于矩形LED显示屏的可调光LED电路系统，其中显示了六种不同的LED连接结构。
图6为一种根据多个实施例的适用于圆形(圆盘)LED显示屏的可调光LED电路系统，其中显示了十二种不同的LED连接结构。
图7为一种根据多个实施例的可调光LED阵列显示器，其中显示了九种不同的LED连接结构。
图8为一种根据一个实施例的双级升压隔离式回扫多列LED驱动器。
图9为一种根据一个实施例的单级升压多列LED驱动器。
图10为一种根据一个实施例的无光电耦合器隔离式回扫LED驱动器。
图11为一种根据一个实施例的单级单接地回扫LED驱动器。
图12为一种根据一个实施例的单级恒定断路时间升降压LED驱动器。
图13为一种根据一个实施例的单级单接地自供电升降压LED驱动器。
图14为一种根据一个实施例的伪双级升压隔离式回扫LED驱动器。
图15为一种根据一个实施例的伪双级升压非隔离式回扫LED驱动器。
图16为一种根据一个实施例的伪双级升压恒定断路时间升降压LED驱动器。
图17为一种根据一个实施例的伪双级升压SG升降压LED驱动器。
图18a为一种根据一个实施例的单片LED驱动器——串联电路方法。
图18b为从如图18a所示的串联电路单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
图19a为一种根据一个实施例的单片LED驱动器——并联电路方法。
图19b为从如图19a所示的Benistor单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
图20为一种根据一个实施例的单单元正极负载电压控制限流开关(VCLCsw)LED驱动电路。
图21为一种根据一个实施例的单单元负极负载电压控制限流开关(VCLCsw)LED驱动电路。
图22a为一种根据一个实施例的单片LED驱动器——整体反馈串联电路方法的简化示图。
图22b为从如图22a所示的Benistor单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
图23a为根据一个实施例的单片LED驱动器——整体反馈并联电路方法的简化示图。
图23b为从如图23a所示的单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
图24为一种根据一个实施例的单片多条带LED驱动器——串联电路。
图25为一种根据一个实施例的单片LED驱动器——高可靠性串联电路。
图26a为一种根据一个实施例的单片LED驱动器——最少元器件串联电路的简化示图。
图26b为从如图26a所示的单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
图27a为一种根据一个实施例的单片LED驱动器——最少元器件并联电路的简化示图。
图27b为从如图27a所示的单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
图28为一种根据一个实施例的120Vac串联电路单片LED驱动器。
图29为一种根据一个实施例的LED阵列和驱动器芯片实施系统——简化串联电路。
图30为一种根据一个实施例的LED阵列和驱动器芯片实施系统——简化并联电路。
图31示出了一种根据一个实施例的单片LED驱动器——二极管源反馈并联电路。
图32示出了一种根据一个实施例的单片LED驱动器——运算放大器(OPAM)电流反馈并联电路。
图33示出了一种根据一个实施例的单片LED驱动器——二极管栅极反馈并联电路。
图34示出了一种根据一个实施例的单片LED驱动器——电阻器栅极反馈并联电路。
图35示出了一种根据一个实施例的单片LED驱动器——图腾柱反馈并联电路。
图36示出了一种根据一个实施例的8针直流芯片单片LED驱动器。
图37示出了一种根据一个实施例的8针交流芯片单片LED驱动器。
图38为一种经典Benistor实施例的方框原理图。
图39A为正极OFF/ON Benistor实施例的电气符号设计。
图39B为负极ON/OFF Benistor实施例的电气符号设计。
图39C为万能线性Benistor实施例的电气符号设计。
图39D为经典Benistor实施例的电气符号设计。
图39E为双向OFF/ON Benistor实施例的电气符号设计。
图39F为三端Benistor实施例的电气符号设计。
图40A为线性Benistor的电压时间比的图形说明。
图40B为OFF/ON Benistor的电压时间比的图形说明。
图40C为ON/OFF Benistor的电压时间比的图形说明。
图40D为OFF/ON/OFF组合Benistor的电压时间比的图形说明。
图40E为ON/OFF/ON组合Benistor的电压时间比的图形说明。
图40F为OFF/ON/LINEAR组合Benistor的电压时间比的图形说明。
图40G为ON/OFF/LINEAR组合Benistor的电压时间比的图形说明。
图40H为OFF/ON/OFF/LINEAR组合Benistor的电压时间比的图形说明。
图40I为ON/OFF/ON/LINEAR组合Benistor的电压时间比的图形说明。
图40J为切换Benistor的电压时间比的图形说明。
具体实施方式
以下将结合附图进行说明，所述附图构成说明书的一部分。附图中，类似的符号通常识别为类似的元件，除非上下文另有所指。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非限定的。可以采用其他实施例，而且可以做出其他更改，但不得背离此处介绍的主题的精神或范围。
一般来说，本领域的技术人员还应当意识到本文描述的各个方面可以通过各种不同的硬件、软件、固件和/或它们的任意组合单独和/或共同地实施，这些不同的方面都可以看作是各种类型的“电路图”的组成部分。因此，本文使用的“电路图”包括但不限于，至少有一个分立电路的电路图，至少有一个集成电路的电路图，至少有一个专用集成电路的电路图。本领域的技术人员应当意识到本申请所描述的主题能够以模拟或数字或者它们的某种组合的方式加以实现。
12.LED灯改进装置实施例的描述
传统白炽灯的改进型可调光LED灯
实施例1
图1示出了白炽灯的可调光LED灯改进装置的一个实施例。
如本文中具体体现，改进型LED灯(1)包括灯外壳(2)，标准的“爱迪生螺旋”交流电源接头(3)，透镜/散光罩(4)，LED显示屏板(5)，一个或者多个LED(6)，LED驱动器电路板(7)，驱动器电源线电路系统(8)和LED电源线电路系统(9)。
如本文中进一步具体体现，改进型LED灯(1)的外壳(2)与交流电源接头(3)机械固定，该接头拥有两个电气接线柱通过交流电源线(8)与驱动器电路板(7)相连接。LED驱动器电路板(7)通过两根或多根LED电源线(9)与LED(6)电气连接，LED(6)与LED显示屏板(5)机械固定。
改进型LED白炽灯(1)可能包括其他用于遥控装置或智能反馈控制应用的电线，因此，为了提示这一接线电路系统，LED驱动器电源线电路系统(8)、LED电源线电路系统(9)和其他电气控制电线电路系统一起可共同称作输入/输出(“I/O”)电气线路系统。
如本文中其他具体体现，改进型LED灯(1)还包括透镜/散光罩(4)，该透镜/散光罩(4)可以和灯外壳(即一个玻璃或塑料球)制成“一体”或者可以制成独立构件，与改进型灯(1)外壳(2)机械固定。
因为此特定实施例(如图1所示)设计用于取代传统的白炽灯，LED显示屏板(5)具有立体结构，基本形状有八角形、六边形、圆柱形或三角形，旨在允许LED灯(6)提供在所有方向(360度或全方向)都近乎均匀的光线，尽管事实上市场上现有的LED灯通常只有120度灯光角度。
另外，如果透镜/散光罩(4)是立体的，即透明或乳白色的光学棱镜，能够将LED(6)产生的全方向光分解为120度灯光角度的光线，那么，即使LED显示屏板为平板(市场上已有二维圆盘、矩形或方形LED阵列)，LED(6)依然可以实现360°的灯光角度。
交流电源接头(3)、透镜/扩散罩(4)和改进型灯具(1)的所有内部元器件的机械支撑是灯外壳，通常由玻璃、塑料或者铝制成。如果灯外壳(2)为金属材料，那么它也可以用做LED(6)和驱动器电路板(7)上包含的大功率元器件的散热器，并在它们之间使用高压绝缘材料作为预防措施，为终端用户消除潜在的触电危险。若采用玻璃或塑料灯外壳(2)，那么在一些特定的机械设计中可以不采用透镜/散光罩(4)元件。
LED显示屏(5)为LED(6)提供机械支撑，为电气连接和热吸收(散热器)提供隔离。
交流电源接头(3)通常是一个传统的“爱迪生螺旋”连接头，支持全兼容性并且可轻松取代传统的白炽(爱迪生)灯泡。具体地，根据改进型灯(1)的尺寸或特定的机械设计，电源接头(3)可能拥有两个以上的连接和/或不同的结构，以便轻松更换任何灯泡。
透镜/散光罩(4)是保护罩，允许LED(6)光线射出，但是不允许水或者其他物质进入，以避免最终损坏改进型灯(1)的内部电路。根据改进型灯(1)的结构和/或电气性能，透镜/散光罩(4)可以由透明或半透明的玻璃或塑料材料制成。在特定情况下，透镜/散光罩(4)可由透明材料制成，其上涂覆含有基底的涂层，基底包含荧光粉或者传统荧光灯或显像管涂层中采用的其他物质，以便短时间“存储光线”，从而减少闪烁现象，当LED驱动器电路板(7)设计用于为LED(6)提供未经滤波的(脉冲)或高脉动直流电压时，可能发生闪烁现象。
LED驱动器电路板(7)是一种AC/DC转换器和电源接头，为LED(6)提供恒定电压和/或恒定电流。在具体情况中，根据每一种具体改进型灯具的目标性能、尺寸和单位成本，该LED驱动器电路板(7)原理图拓扑结构、复杂性和尺寸可能非常不同。
下文将在本说明书的其他部分中完整地描述几种具有不同拓扑结构和工作模式的LED驱动电路。
实施例2
传统卤素灯的改进型可调光LED灯
图2示出了传统泛光/卤素灯的可调光LED灯改进装置的一个实施例。
如本文中具体体现，改进型LED灯(11)包括灯外壳(12)，标准的交流电源接头(13)，透镜/散光罩(14)，LED显示屏板(15)，一个或者多个LED(16)，LED驱动器电路板(17)，驱动器电源线电路系统(18)和LED电源线电路系统(19)。
如本文中进一步具体体现，改进型LED灯(11)的外壳(12)与交流电源接头(13)机械固定，该接头拥有两个电气接线柱通过交流电源线(18)与驱动器电路板(17)相连接。LED驱动器电路板(17)通过两根或多根LED电源线(19)与LED(16)电气连接，LED(16)与LED显示屏板(15)机械固定。
如本文中其他具体体现，改进型LED灯(11)还包括透镜/散光罩(14)，该透镜/散光罩(14)可以和改进型灯(11)外壳(12)机械固定。
因为此特定实施例(如图2所示)设计用于取代传统的泛光/卤素灯，通过其内部的一个反光镜将其光线聚焦至单一方向，光线角度120度，与市场上现有的大部分LED类似，改进型LED泛光/卤素灯(11)的LED显示屏板(15)拥有二维结构，形状有圆盘形、八边形、六角形、矩形或者三角形。
除了二维形状的LED驱动器电路板(17)，还有立体形状的LED显示屏板(15)，如图2所示的改进型LED泛光/卤素灯(11)中包括的所有其他组件，例如外壳(12)、交流电源接头(13)、透镜/散光罩(14)、LED驱动器电路板(17)、驱动器电源线(18)和LED电源线(19)，它们的描述类似于上文对如图1所示的改进型LED白炽灯(1)的描述。
实施例3
传统荧光灯的改进型可调光LED灯
图3示出了传统荧光灯的可调光LED灯改进装置的一个实施例。
如本文中具体体现，改进型LED荧光灯(21)包括灯外壳(22)，第一标准交流电源接头(23)(包括一个未连接接线柱(31)和一个已连接接线柱(32))，透镜/散光罩(24)，LED显示屏板(25)，几个LED(26)，LED驱动器电路板(27)，驱动器电源线电路系统(28)，LED电源线电路系统(29)以及第二标准交流电源接头(30)(包括一个未连接接线柱(33)和一个已连接接线柱(34))。
如本文中进一步具体体现，在这一具体的实施例中，外壳(22)和透镜/散光罩(24)可以作为一个单一的玻璃或塑料管表现为一体，与传统荧光灯管的外形和尺寸尽可能接近，以便轻松地在标准固定装置中更换灯管。在一些情况下，外壳(22)可以是独立的金属件，用作改进型荧光灯(21)的机械支撑，同时作为散热器与LED(26)的背部相连，还代替LED显示屏板(25)，同时，透镜/散光罩(24)可以是独立的透明或半透明塑料件，位于LED(26)的正面(照明侧)，与外壳(22)机械固定。
如本文中其他具体体现，外壳(22)或者外壳(22)和透镜/散光罩(24)，改进型LED荧光灯(21)的管组件在一端与第一交流电源接头(23)机械固定，在另一端与第二交流电源接头(30)机械固定。
如本文中其他具体体现，两个接线柱中仅有一个与两个标准的交流电源接头相固定，接线柱通过交流电源线(28)与LED驱动器电路板(27)相连，分别地，接线柱(32)固定于外壳(22)的一端，接线柱(34)固定于灯管外壳(22)的另一端。为了更便捷、更轻松地在其传统(飞利浦)固定装置中更换荧光灯泡，而无需断开并修改现有的镇流器和启辉器接线子电路(即，从国家范围来讲，对于数以亿计的荧光灯泡更换而言，安排授权电工做这项工作需要大量时间和金钱)，已连接接线柱必须要么是上述的两个接线柱(32、34)，(均)位于LED显示屏板(25)的下方，或者是(均)位于LED显示屏板(25)的上方的另外两个接线柱(31、33)。这样，通过“轻弹”改进型LED荧光灯(21)，以便让两个已连接接线柱包含在镇流器电路中，启辉器自动被排除在灯具电路之外(即，LED灯没有灯丝)，而镇流器可以保留在电路中(作为电线或者滤波器)，由于在未定期接收到由“启辉器”装置发出的ON-OFF脉冲的情况下镇流器不会损坏LED驱动器。若朝相反方向轻弹改进型LED灯(21)，两个已连接接线柱连接在启辉器电路中，而镇流器保持“空置”(未连接)，因此，也不会对改进型LED灯(21)或其相关电路造成任何损坏。未连接接线柱(31和33)固定于标准交流接头(23)上，目的仅为保证与标准荧光灯的固定装置的完全机械兼容性。LED驱动器电路板(27)通过两根或多根LED电源线(29)与LED(26)相连，LED(26)与LED显示屏板(25)机械固定(或结合)，因此可实现良好的热接触和高压电气隔离。
因为此特定实施例(如图3所示)设计用于取代传统的荧光灯，LED显示屏板(25)具有长矩形结构，与传统的荧光灯相似，以便在改进型灯(21)的整个空间内提供均匀分布的光线。
下面将在本说明书的一个单独章节中介绍一个非常重要的方面，关于每个LED(26)的具体位置以及通过LED电源线(29)和驱动器电路板(27)相连的电气连接，关于调光器控制对比改进型LED荧光灯(21)内部的光线均匀分布。
除了长管状灯外壳(22)和透镜/散光罩(24)组件形状、LED显示屏板(25)的长矩形形状以及上述的标准交流接头(23)的机械/电气固定装置兼容性问题之外，对图3所示的改进型LED荧光灯(21)中包含的所有其他元器件的描述与上文对改进型LED白炽灯(1)的描述相似。
LED驱动器电路板(27)及其相关的LED电源线(29)可呈现很多种非常不同的结构，如本专利申请下文单独章节中所描述。
实施例4
改进型单片可调光LED灯
图4示出了传统灯具和/或可调光“光引擎”的单片可调光LED灯改进装置的一个实施例，其中一个单片LED驱动器芯片在一个单片LED阵列系统中体现。
如本文中具体体现，改进型单片可调光LED灯(41)包括外壳(42)、包含透镜/散光罩(43)的LED显示屏板，LED(44)组件、LED驱动器芯片(45)和交流或直流电源接头(46)。
如本文中进一步具体体现，在这一具体的实施例中，外壳(42)为一个整体部件或由半导体芯片封装制造工艺中采用的特殊合金制成的“模制砖”，其提供电气隔离，实现内外部热耗散，这样“模制砖”内部的所有发热元件均可由外部散热器降温，散热器结合或机械固定于该“模制砖”的外表面的任意部分。
如本文中其他具体体现，在该“模制砖”外壳(42)内部LED驱动器芯片(45)具体体现为LED阵列(44)(或者逐个引脚与LED阵列相连)，在该“模制砖”外壳外部，LED驱动器芯片(45)与交流或直流电源接头(46)连接。
如本文中其他具体体现，外部交流或直流电源接头(46)可呈现很多种不同的物理结构，旨在方便更换任何现有传统灯泡，而且LED显示屏板、透镜/散光罩(43)也可以具有很多种不同的物理结构，它可以是一片晶片(LED阵列)，与LED(44)一起。
将在本说明书下文单独章节中介绍LED驱动器芯片(45)的内部电路结构。
本具体实施例的主要目的在于提供一种高效、尺寸小、成本低的紧凑型(一体)照明装置，类似于传统的白炽灯泡，该照明装置支持与交流电网并联或串联连接，而且由于其高度集成的驱动器芯片(45)改进，改进型LED灯(41)支持全自动生产工艺，为快速、超大批量、低成本生产提供所有必要的条件。
因此，图4所示的改进型LED灯(41)在本说明书下文部分可能被称作“极致照明装置”(“ULD”)或“极致光引擎”(“ULE”)。
13.LED显示屏实施例描述
实施例5
矩形LED显示屏的可调光LED电路系统
图5示出了矩形LED显示屏的可调光LED电路系统的一个实施例，目标应用为改进型荧光灯的照明显示。
如本文中具体体现，此特定实施例的矩形LED显示电路主体包含48个LED，用48个小方块表示。填充颜色的小方块表示“发光LED”，空白小方块表示“不发光LED”。
如本文中进一步具体体现，48个LED的显示屏被分成6块显示板，第一块为显示板“I”，最后一块为显示板“VI”，其中发光LED的数量以8个LED逐板递增。
如本文中其他具体体现，6种不同的显示板配置表明，无论同时有8个、16个、24个、32个、40个或48个LED全部发光，总是存在一个“对称LED连接排列”(“SLCA”)，其中光线在显示屏的整个空间上均匀分布。
在LED电路中引入调光器的情况中这种SLCA十分必要，不仅可以降低LED电流，而且可以将LED的交流或直流输入电压降低至低于两个或多个LED串联连接时每根条带所需的最小阈值的水平。
本专利申请下文单独章节中将描述几种能够控制SLCA的LED驱动器的结构。
实施例6
圆形LED显示屏的可调光LED电路系统
图6示出了圆形(圆盘)LED显示屏的可调光LED电路系统的一个实施例，目标应用为改进型泛光卤素灯的照明显示。
如本文中具体体现，此特定实施例的圆形(圆盘)LED显示电路主体包含48个LED，用48个小圆形表示。填充颜色的圆圈表示“发光LED”，空白圆圈表示“不发光LED”。
如本文中进一步具体体现，48个LED的显示屏被分成12块显示板，第一块为显示板“a)”，最后一块为显示板“l)”，其中发光LED的数量以4个LED逐板递增。
如本文中其他具体体现，12种不同的显示板配置表明，无论同时有4个、8个、12个、16个、24个、20个、24个、28个、32个、36个、40个、44个或48个LED全部发光，总是存在一个“对称LED连接排列”(“SLCA”)，其中光线在显示屏的整个空间上均匀分布。
前文在矩形LED显示板(如图5所示)的描述中已经描述了有关SLCA及其兼容的LED驱动器的细节。
实施例7
可调光LED阵列显示系统
图7示出了方形LED显示屏的可调光LED阵列显示系统的一个实施例，目标应用为街道或停车场改进型灯具的照明显示，其中包括一个或多个LED阵列装置。
如本文中具体体现，此特定实施例的方形LED显示电路主体包含36个LED，用36个小方块表示。填充颜色的小方块表示“发光LED”，空白小方块表示“不发光LED”。
如本文中进一步具体体现，36个LED的显示屏被分成9块显示板，第一块为显示板“a)”，最后一块为显示板“i)”，其中发光LED的数量以4个LED逐板递增。
如本文中其他具体体现，9种不同的显示板配置表明，无论同时有4个、8个、12个、16个、20个、24个、28个、32个或36个LED全部发光，总是存在一个“对称LED连接排列”(“SLCA”)，其中光线在显示屏的整个空间上均匀分布。
前文在矩形LED显示板(如图5所示)的描述中已经描述了有关SLCA及其兼容的LED驱动器的细节。
14.SMPS驱动器实施例的描述
简介
本说明书的此实施例描述部分包括十(10)个SMPS转换器电路解决方案实施例。在相关技术部分，这些实施例可代替上述所有其它类似的拓扑SMPS LED驱动器解决方案。这些特定LED驱动器实施例可通过其所采用的几种新颖的控制方法和/或新颖的子电路系统得以实现，通过这些手段可实现高品质电参数和合适的LED灯改进装置的长使用寿命。因此，每个特定的LED驱动器系统配置合适的其他元件和/或特定的改进型LED灯所包含的光机电系统，如：灯外壳、电源接头、LED、LED显示屏、透镜/散光罩和输入/输出电气线路系统。
由于“低总制造成本”(包括元器件成本)也是本说明书的一个非常重要的主题，如上所述，SMPS LED驱动电路中最昂贵的元器件是线圈、电解质电容器、MOSFET或大功率晶体管、快速恢复二极管和集成电路控制器芯片。本说明书中提出的每一个SMPS电路实施例包含所采用特定拓扑允许的最少元器件数，同时，为了提供“性能高，元器件少”的LED驱动器解决方案，采用了几种新颖的方法、技术和/或创新性子电路系统，如“自供电升降压”或“伪双级”设计方法。
此外，因为SMPS转换器最重要的元器件是其主要PWM/PFC控制器芯片，通常其每单位成本是0.55-2.6美元，该说明书中提到的所有SMPS电路实施例的设计均须满足这样的前提，即能够高效安全地使用全球SMPS行业使用的最流行、最可靠和最具成本效益的PWM控制器芯片，如20多年前由尤尼特德公司(现在的德州仪器)推出的UC3842，现在每年所有的电源管理半导体公司销售超过五亿件UC3842，其价格合理，在0.12美元(南亚)和0.17美元(美国安森美半导体)之间。在全球范围内，这一实惠的价格每年为大产量改进型LED灯制造商节省数百万美元的预算，因而，终端用户购买改进型灯具所支付的单价更低。
实施例8
双级隔离式升压-回扫多列LED驱动器
图8示出了一个双级隔离式升压-回扫多列LED驱动器的实施例。
元器件连接的描述
如本文中具体体现，双级隔离式升压-回扫多列LED驱动电路包括一个交直流转换器子电路，该子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出与输入接地(55)端子连接，其正输出通过第一滤波电容器Cf1(54)与输入接地(55)相连接并直接和脉冲输入电压VPin(101)相连接，脉冲输入电压VPin为五端子升压功率因数校正子电路PFC-b(100)的第一端子。
PFC-b(100)子电路具有预稳的直流电压输出VDCpr(102)第二端子，随后是与VDCpr(102)相连接的升压反馈输入FBb(103)第三端子，随后是零电压第四端子，其与(55)相连接，随后是集成电路电压输入第五端子Vic(117)。
双线圈升压电感Lb(110)的第一线圈在一端与VPin(10)相连接并且另一端与输出升压二极管Dob(111)的正极相连接。Lb(110)的第二线圈一端与接地(55)连接且另一端与电源二极管Dvcc(115)的正极连接。Dob(111)的正极还与升压MOSFET晶体管Mb(112)的漏极连接并且其负极与VDCpr(102)输出端子连接。Mb(112)的源极与(55)连接，其栅极与一个四端子功率因数校正器集成电路PFCic(113)的驱动输出端子“DRV”连接。
PFCic(113)的其他三个端子是与(55)连接的“GND”端子，接下来是与FBb(103)端子连接的“FB”端子以及与Dvcc(115)的负极连接的“Vcc”端子。Rst(114)的另一端子还与Dvcc(115)的负极连接并通过输入电压电容器Cvcc(116)和(55)连接。VDCpr(102)输出端子通过第二个滤波电容器Cf2(190)与输入接地(55)连接，同时VDCpr(102)输出端子直接与直流电压输入VDCin(201)连接，VDCin是六端子回扫脉宽调制子电路PWM-f(200)的第一端子。PWM-f(200)子电路具有一个直流电压输出VDCo(202)第二端子，接下来是反馈输入FBf(203)第三端子，接下来是与输入接地(55)连接的零电压第四端子，接下来是和输出接地(65)连接的第五端子，输出接地(65)与输入接地(55)隔离，接下来是输入电压Vic(117)第六端子。
PWM-f(200)子电路包括双线圈回扫变压器TRf(210)，其第一线圈在一端与VDCin(201)连接，另一端与回扫MOSFET晶体管Mf(212)的漏极连接。TRf(210)的第二线圈一端与(65)连接，另一端与回扫输出二极管Dof(211)的正极连接。Mf(212)的源极与(55)连接，其栅极与第二四端子脉冲宽度调制器集成电路PWMic(213)的第二驱动输出端子“DRV”连接。PWMic(213)第二端子是与(55)连接的“GND”，接下来是与FBf(203)连接的第三端子“FB”，接下来是通过Vic(117)与Dvcc(115)负极连接的第四端子“Vcc”。Dof(211)的负极通过第三滤波电容器Cf3(290)与“65”连接并直接通过VDCo(202)与电压输入Vsi(301)连接，Vsi(301)是五端子LED显示屏(300)子电路的第一端子。
LED显示屏(300)子电路还拥有一个Vd+(302)第二端子，接下来是一个Vd-(303)第三端子，接下来是LED电流Iled(304)第四端子和接下来的基准电压(406)第五端子。LED显示屏(300)子电路包括三列相同的LED子电路，例如：第一列LED LEDc1(310)，LEDc1(310)包括几个以串联电路互连的LED，其中第一个LED的正极与Vsi(301)端子连接，最后一个LED的负极与第一二极管Dl1+(321)的正极连接，Dl1+(321)的负极与Vd+(302)连接，最后一个LED的负极还与第二二极管Dl1-(322)的负极相连，Dl1-(322)的正极与Vd-(303)连接，Dl1-(322)的负极还通过恒流源器件CCS1(331)与Iled(304)端子连接，CCS1(331)拥有一个与Vref(406)连接的第三控制端子。第二列LED LEDc2(311)，其包括几个以串联电路互连的LED，其中第一个LED的正极与Vsi(301)端子连接，最后一个LED的负极与第一二极管Dl2+(323)的正极连接，Dl2+(323)的负极与Vd+(302)连接，最后一个LED的负极还与第二二极管Dl2-(324)的负极相连，Dl2-(324)的正极与Vd-(303)连接，Dl2-(324)的负极还通过恒流源器件CCS2(332)与Iled(304)端子连接，CCS2(332)拥有一个与Vref(406)连接的第三控制端子。第三列或最后一列(“z”)LED LEDcz(312)，其包括几个以串联电路互连的LED，其中第一个LED的正极与Vsi(301)端子连接，最后一个LED的负极与第一二极管Dlz+(325)的正极连接，Dlz+(325)的负极与Vd+(302)连接，最后一个LED的负极还与第二二极管Dlz-(326)的负极相连，Dlz-(326)的正极与Vd-(303)连接，Dlz-(326)的负极还通过恒流源器件CCSz(333)与Iled(304)端子连接，CCSz(333)拥有一个与Vref(406)连接的第三控制端子。LED显示屏(300)的第一端子Vsi(301)还与一个七端子恒压恒流控制子电路CVCC(400)的第一端子Vmax(401)连接。
CVCC(400)子电路还具有第二端子Vdif+(402)与Vd+(302)连接。第三端子Vdif-(403)与Vd-(303)连接。第四端子Imax(404)直接与Iled(304)连接并且通过一个LED电流感测电阻器Rsled(360)与输出接地(65)连接。紧接着第六端子Vref(406)的第五端子Ctrl(405)与LED显示屏(300)子电路的Vref(406)端子连接。第七端子与输出接地(65)连接。CVCC(400)子电路包括第一集电极开路运算放大器A1(410)，A1(410)拥有一个与Vmax(401)连接的输入。基准阈值电压Vref1在另一个输入端连接并且其输出与Ctrl(405)连接。第二集电极开路运算放大器A2(411)的一个输入与Vdif+(402)连接且另一个输入与Vdif-(403)连接。其输出与Ctrl(405)连接。第三集电极开路运算放大器A3(412)的一个输入与Imax(404)连接，基准阈值电压Vref2在另一个输入端连接，并且其输出与Ctrl(405)连接。Vmax(401)端子还通过限流电阻器Rvref(422)与基准电压(稳压)二极管VR(421)的负极连接。第一基准电压电阻器Rr1(423)的一个端子与VR(422)的负极连接，另一个端子与Vref(406)连接并与第二基准电压电阻器Rr2(424)的一个端子连接。Rr2(424)的另一端子和VR(422)的正极一起连接到输出接地(65)。
四端子光电耦合OC(450)装置在外部与CVCC(400)子电路连接，其包括拥有正极和负极的二端子LED以及拥有发射极和集电极的二端子NPN型晶体管。LED的正极与Vref(406)连接，负极与Ctrl(405)连接。发射极与输入接地(55)连接，集电极与FBf(203)连接。
方框电路原理图的描述
如本文中具体体现，一个双级隔离式升压-回扫多列LED驱动器系统实施例，除了包括一个传统交直流转换器电路(传统交直流转换器电路包括交流发电机Vac(51)、低通滤波器EMI(52)、桥式整流器BR(53)以及电容器CF1(54))，还包括代表整个驱动器系统的第一级的功率因数校正升压PFC-b(100)第一子电路、脉宽调制回扫PWM-f(200)第二子电路，LED显示屏(300)第三子电路和恒压恒流CVCC(400)第四子电路，第二、第三和第四子电路一起代表整个驱动器系统的第二级。
“传统”输入交直流转换器的描述
如本文中具体体现，该传统交直流转换器电路经过桥式整流器BR(53)提供电容器CF1(54)两端的未经调节的直流电压，BR(53)负输出端子与输入接地(55)连接，其正输出端子与PFC-b(100)子电路的VPin(101)输入端子连接。配置EMI(52)滤波器以允许(低阻抗)低频率(通常50Hz-60Hz)电流轻松地从Vac发电机传递至PFC-b(100)子电路并阻止LED驱动电路内产生的(高阻抗)高频率(通常20kHz-200kHz)电流回到Vac(51)发电机(即交流电网)。第一滤波电容器Cf1(54)具有较低值(10nF–200nF)，可过滤高频电流，而且另一方面，第一滤波电容器没有造成会降低整个系统功率因数系数的显著的低频电流失真。
第一级–PFC升压转换器的描述
如本文中进一步具体体现，作为整个LED驱动器实施例的“第一级”，PFC-b(100)子电路是初始功能块，设计用于将预稳的直流输入电压以近似单位功率因数输送至其他子电路。这实现电能在交流发电机Vac(51)和LED显示屏(300)之间的最优传输，LED显示屏(300)是整个驱动电路的“负载”。因为LED需要通常存储于大容值(容量)电容器(10uF到1000uF)中的直流电压，PFC-b(100)子电路的主要功能是将预稳电压传输至一个相对较大容值的电容器两端，让整个LED驱动电路电流的波形尽可能接近交流发电机(51)的相位和波形，即经整流的正弦波，不论每一个其他子电路的电流波形如何。为此，该PFC-b(100)是一个升压转换器子电路，其拥有经整流的正弦波脉冲电压，在其VPin(101)输入，并通过其VDCpr(102)输出端子传输预稳的直流电压，与零电压输入接地(55)端子相比，其传输的预稳直流电压比输入电压峰值更高。
升压电感Lb(110)通过MOSFET开关Mb(112)从VPin(101)与输入接地(55)连接。升压电感Lb(110)通过快速恢复二极管Dob(111)在第二滤波电容器Cf2(190)两端产生一个更高的输出电压。这是由Mb(112)缓冲器增强、由功率因数校正集成电路PFCic(113)产生的高频ON-OFF切换脉冲的结果，PFCic(113)产生驱动方波脉冲经由其DRV端子传输至Mb(112)的栅极。
输出电压值由PFCic(113)控制器经由其FB端子感测，FB端子通过FBb(103)端子与VDCpr(102)连接。PFCic(113)通过相应减少其驱动脉冲的接通(ON)时间，即降低升压电感Lb(110)的平均电流来限制VDCpr上的最高电压。PFCic(113)启动供电电压由大阻值启动电阻器Rst(114)保证，相对于与输入接地(55)连接的PFCic(113)的零电压端子GND，该启动电阻器向PFCic(113)供电端子Vcc提供一小部分VPin(101)电压。一旦Mb(112)开关迫使Lb(110)振荡，Lb(110)的次级线圈就通过Dvcc(115)和Cvcc(116)传输更大的供电电流。
PFC-b(100)子电路十分简单，可实现成本极低的控制器电路，控制器电路可以是传统的功率因数校正电路或成本极低的脉冲调制集成电路，例如最常用的UC384x系列中采用的控制器。
第二级-回扫(200)的描述
如本文中具体体现，PWM-f(200)子电路代表本说明书LED驱动电路主体的“第二级”。PWM-f(200)是第二功能块，设计用于将直流电源以恒压恒流(“CVCC”)方式传输至LED显示屏(300)子电路，恒压恒流方式为LED装置提供最大的安全性和最长的使用寿命。LED显示屏(300)代表整个系统的主要负载。为此，PWM-f(200)为回扫转换器子电路，具有预稳直流电压，在其VDCin(201)端子输入。PWM-f(200)通过其VDCo(202)输出端子提供稳定的直流电压，相对于零电压输出接地(65)端子而言，其输出电压值通常远低于输入电压值。
回扫变压器TRf(210)的初级线圈通过MOSFET开关Mf(212)从VDCin(201)与输入接地(55)连接。回扫变压器TRf(210)通过次级线圈和快速恢复二极管Dof(211)在第三滤波电容器Cf3(290)两端产生更低的稳定直流电压。这是由Mf(212)缓冲器增强、由脉宽调制集成电路PWMic(213)产生的高频ON-OFF切换脉冲的结果，PWMic(213)产生驱动方波脉冲，经由其DRV端子传输至Mf(212)的栅极。
输出电压值由PWMic(213)控制器经由其FB端子感测，FB端子通过PWM-f(200)子电路的FBb(103)端子与光电耦合器装置OC(450)的发热输出端子连接。PFCic(113)通过相应地减少或增加其驱动脉冲的接通(ON)时间，即通过逐周期控制回扫变压器Lf(210)初级线圈的平均电流来限制和/或调节VDCo(202)处的输出电压。PWMic(213)在其Vcc端子上的供电电压是经由Vic(117)端子从前一控制器PFCic(113)Vcc供电端子获得，与其相对的零电压端子GND也与输入接地(55)连接。PFC-b(100)子电路十分简单，可实现成本极低的控制器电路，例如最常用的UC384x系列中采用的控制器。
LED显示屏(300)与CVCC(400)区块的描述
如本文中进一步具体体现，LED显示屏(300)子电路包括三列LED及其保护电路，保护电路可通过CVCC(400)子电路向PWMic(213)控制器提供快速校正反馈。CVCC(400)子电路包括三个运算放大器，三个运算放大器的输出一起与光电耦合器(450)装置的输入相连接，光电耦合器(450)装置的输出与PWM-f(200)回扫子电路的反馈输入FBf(203)相连接。
因此，PWM-f(200)回扫子电路通过其VDCo(202)端子提供的输入电压同时在LED显示屏(300)的Vsl(301)端子处和CVCC(400)控制子电路的Vmax(401)输入端子处输入，然后通过运算放大器A1(410)反馈调节，A1(410)拥有一个稳定的基准电压Vref1，用于比较。
A3(412)运算放大器反馈通过Imax(404)端子感测感测电阻器Rsled(360)两端的校正电压并将其与第二基准电压Vref2比较，以此校正LED显示屏(300)的电流。运算放大器A2(411)执行特定的反馈功能，与LED显示屏(300)的内部保护电路高度相关。
如本文中其他具体体现，内部的LED显示屏(300)子电路包括三列LED和一个保护电路，保护电路包括三个恒流源和6个二极管，它们用于保证每列LED的电流恒定。此外，它还为“不平衡的LED列”提供非常简单且极具成本效益的保护。当一个或多个LED受损或者在电压和电流规格方面与其他LED不一致时，该保护电路提供特别保护。由于所有列LED的保护电路相同，为了简化此子电路的描述，将只充分描述前两列LED：LEDc1(310)和LED(311)的保护电路。考虑到很多(“z”)列LED可以采用相同的控制方法。
LEDc1列包含几个串联连接的LED。第一个LED的正极与正极供电端子Vsl(301)相连接。最后一个LED的负极通过恒流源器件CCS1(331)与Iled(304)端子连接。恒流源器件CCS1(331)被施加从CVCC(400)子电路获得的恒定偏置电压。恒定电压从VDCo(202)通过Rvref(422)和VR(421)产生并通过Rr1(423)、Rr2(424)和Vref(406)端子传输。
Iled(304)端子通过Rsled(360)感测电阻器将整个LED显示屏(300)的电流传输至输出接地(65)端子上。第一二极管D1+(321)的正极与LEDc1(310)的最后一个LED的负极相连接，第一二极管D1+(321)的负极与Vd+(302)端子连接。第二二极管D1-(322)与Vd-(303)端子连接。对于LEDc2(311)列而言类似，第一个LED的正极也与正极供电端子Vsl(301)相连接，最后一个LED的负极也通过恒流源器件CCS1(331)与Iled(304)端子连接，恒流源器件CCS1(331)被施加通过Vref(406)端子获得的恒定偏置电压。第一二极管D1+(321)的正极与LEDc2(311)的最后一个LED的负极相连接，第一二极管D1+(321)的负极与Vd+(302)端子连接。第二二极管D1-(322)与Vd-(303)端子连接。Vd+(302)和Vd-(303)端子与A2(411)的两个输入端子相连接。这代表着一个差分误差放大器，当Vd+(302)和Vd-(303)之间的电压差大于预设的限值的任意时候，该差分误差放大器能够通过光电耦合器OC(450)和反馈端子FBf(203)关闭PWMic(213)传输至Mf(212)缓冲器栅极的驱动脉冲。
在正常工作条件下，如果LEDc1(310)列的所有LED以及LEDc2(311)列的所有LED拥有同样的电压、电流规格，和/或所有的LED均无损坏，那么Vd+(302)和Vd-(303)端子之间的电压应当为0。然而，一旦这两列任意一列中的一个LED出现故障，差分输入误差放大器A2(411)的输入端将出现差压。这一误差电压将导致PWMic(213)的输出驱动脉冲被关闭，以防止改进型LED灯电路发生故障或进一步损坏。
或者，可利用误差放大器A2(411)反馈，不关闭整个PWM-f(200)回扫子电路，仅关闭损坏的LED列。这可以通过关闭恒流源(CCS)电路的偏置电源得以实现，恒流源(CCS)电路将该列与Iled(304)端子连接。这样，损坏的LED列无法造成更进一步的损坏，由于它实际上已完全从LED显示屏(300)电路完全断开。
这种损坏或不一致性的感测技术具有能够根据需要实现对很多列LED进行非常精确控制的优点。在大型照明系统中这一点尤其有利，由于该感测技术不采用昂贵的运算放大器。该感测技术而是每个LED列仅采用两个成本极低的硅二极管，嵌入LED显示屏电路以及一个四线巴斯反馈电路，该反馈电路与LED驱动器CVCC部分相连接，以保证LED的电路保护和长使用寿命。
另外，可以添加两根额外的电线，与其中一个LED驱动器交流电源串联连接，通过外部继电器或开关实现遥控。
与相关技术相比，此双级隔离式升压-回扫多列LED驱动器系统实施例提供一个卓越的双级LED驱动器解决方案，可提供更高品质、更少元器件数量，因此，电路板尺寸更小，成本更低很多，如下表12中总结：
双级SMPS实施例电路系统的主要优点在于提供输入/输出电路隔离以及第一级(升压)将未经调节的交流输入电压转换成稳定的(390V)直流电压。因此，第二级(回扫)将总是提供足够高效的输入电压值，将精确调节的直流电压输送至其负载，与可以在单级转换器中获得的电压相比，该电压比具有更小很多的脉动和更少闪烁。
此外，作为本说明书的主题，该双级LED驱动器实施例为类似的双级驱动解决方案提供更少元件数量、更小尺寸、更低制造成本，相当或甚至更高的电气性能。最重要的是，通过在每个LED条带中包括一个恒流源(CCS)，该双级LED驱动器实施例提供非常安全可靠的CVCC控制解决方案。通过保护LED免受电源电压和/或环境温度的任何不可预见和/或快速的变化，该实施例显著增加改进型LED灯的工作寿命(长达5年)。
一个重要说明，和TI解决方案相比，超科解决方案的元器件数量显著降低，因为它不提供I/O线路隔离(为避免使用光电耦合器和误差放大器)，在某些细分市场，这一特性为强制性的要求。
实施例9
单级升压多列LED驱动器
图9示出了一个单级升压多列LED驱动器的实施例。
连接的描述
如本文具体体现，单级升压多列LED驱动电路包括交直流转换器子电路，该交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)，桥式整流器BR(53)的负输出与接地(55)端子连接，其正输出通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)连接。
双线圈升压电感Lb(110)的初级线圈在一端与桥式整流器BR(53)的正输出连接，另一端同时与升压输出二极管Dob(111)的正级以及MOSFET晶体管Mb(112)的漏极相连接。Lb(110)的次级线圈一端与接地(55)连接且另一端与电源二极管Dvcc(115)的正极连接。电源二极管Dvcc(115)的负极通过一个启动电阻器Rst(114)与BR(53)的正输出连接并通过电源电容器Cvcc(116)与接地(55)连接。
八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的第一端子“Vcc”与Dvcc(115)的负极连接。第二端子“DRV”通过栅极电阻器Rg(121)与Mb(112)的栅极连接，Mb(112)的源极和接地(55)连接。第三端子“Is”通过第一电压斜升电阻器Vr1(126)与电压斜升NPN型晶体管Qvr(125)的发射极连接。第四端子“GND”与接地(55)连接。第五端子“Osc”直接与Qvr(125)的基极连接并通过计时电容器Ct(124)与接地(55)连接。第六端子“Vref”(406)通过电容器Cr(122)与接地(55)连接，同时通过定时电阻器Rt(123)与Osc端子连接，并直接与Qvr(125)的集电极连接。第七端子“Comp”与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子“FB”与Cc(130)的另一个端子连接。
软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)包括第一软启动二极管Dss1(142)，该二极管的正极以及第二软启动二极管Dss2(143)的负极一起与PWMic的Comp端子(120)连接。Dss1(142)的负极和Dss2(143)的正极一起通过软启动电容器Css(141)与PWMic(120)的FB端子连接。PWMic(120)的FB端子也通过第一反馈电阻器Rfb1(128)与升压输出二极管Dob(111)的负极连接，并通过第二反馈电阻器Rfb2(129)与接地(55)连接。Dob(111)的负极也通过第二滤波电容器Cf2(190)与接地(55)连接，同时直接与电压输入Vsi(301)连接。
五端子LED显示屏(300)子电路的第一端子也与Dob(111)的负极连接。LED显示屏(300)子电路的第二端子Vd+(302)与控制稳压二极管Dzctrl(434)的负极连接，并与PNP型控制晶体管Qctrl(431)的发射极连接，该PNP型控制晶体管的集电极和Dzctrl(434)的正极一起通过电阻器(433)与PWMic(120)的Is端子连接。第三端子Vd-(303)通过电阻器(432)与Qctrl(431)的基极连接。第四端子(304)通过一个电流感测电阻器Rsled(360)与接地连接并通过电阻器Rvr2(127)与PWMic(120)的Is端子连接。第五端子(406)与PWMic(120)的Vref端子连接。
LED显示屏(300)子电路包括三列完全相同的LED子电路。该子电路包括第一列LED LEDc1(310)，其中包括几个LED以串联电路连接，其中第一LED的正极与Vsi(301)端子连接，最后一个LED的负极与第一二极管Dl1+(321)的正极连接。第一二极管Dl1+(321)的负极与Vd+(302)连接，并与第二二极管Dl1-(322)的负极连接。二极管Dl1-(322)的正极和Vd-(303)连接，并与第一NPN型晶体管(343)的集电极连接。第一NPN型晶体管(343)的发射极通过第一电阻器(344)与Iled(304)连接，其基极直接与第二NPN型晶体管(342)的集电极连接，并通过第二电阻器(341)与Vref(406)连接。第二NPN型晶体管(242)的发射极与Iled(304)连接，其基极与第一NPN型晶体管(343)的发射极连接。
第二列LED LEDc1(311)包括几个LED以串联电路连接，其中第一LED的正极与Vsi(301)端子连接，最后一个LED的负极与第一二极管Dl2+(323)的正极连接。第一二极管Dl2+(323)的负极与Vd+(302)连接，并与第二二极管Dl2-(324)的负极连接。第二二极管Dl2-(324)的正极和Vd-(303)连接，第二二极管Dl2-(324)并与第一NPN型晶体管(347)的集电极连接。第一NPN型晶体管(347)的发射极通过第一电阻器(348)与Iled(304)连接，其基极直接与第二NPN型晶体管(346)的集电极连接，并通过第二电阻器(345)与Vref(406)连接。第二NPN型晶体管(246)的发射极与Iled(304)连接，其基极与第一NPN型晶体管(347)的发射极连接。
第三列或最后一列(“z”)LED LEDcz(312)包括几个LED以串联电路连接，其中第一LED的正极与Vsi(301)端子连接，最后一个LED的负极与第一二极管Dlz+(325)的正极连接。第一二极管Dlz+(325)的负极与Vd+(302)连接，其正极与第二二极管Dlz-(326)的负极连接。第二二极管Dlz-(326)的正极和Vd-(303)连接，其负极与第一NPN型晶体管(351)的集电极连接。第一NPN型晶体管(351)的发射极通过第一电阻器(352)与Iled(304)连接，其基极直接与第二NPN型晶体管(350)的集电极连接，并通过第二电阻器(349)与Vref(406)连接。第二NPN型晶体管(250)的发射极与Iled(304)连接，其基极与第一NPN型晶体管(351)的发射极连接。
方框电路原理图的描述
如本文中进一步具体体现，单级升压多列LED驱动器系统包括传统的交直流转换器子电路、功率因数校正(“PFC”)子电路和LED显示屏(300)子电路。
PFC升压的描述
传统交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)、低通滤波器EMI(52)、桥式整流器BR(53)和电容器CF1(54)。传统交直流转换器子电路通过桥式整流器BR(53)提供电容器CF1(54)两端的未经调节的直流电压。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子与PFC子电路的升压电感Lb(110)初级线圈的一个端子相连接。配置EMI(52)滤波器以允许(低阻抗)低频率(通常50Hz-60Hz)电流轻松地从Vac发电机传递至PFC-b(100)子电路并阻止LED驱动电路内产生的(高阻抗)高频率(通常20kHz-200kHz)电流回到Vac(51)发电机(即交流电网)。第一滤波电容器Cf1(54)具有较低值(10nF–200nF)，可过滤高频电流，而且另一方面，第一滤波电容器没有造成会降低整个系统功率因数系数的显著的低频电流失真。
如本文中其他具体体现，配置PFC子电路为LED显示屏(300)子电路提供直流稳压输入电压，这实现电能在交流发电机Vac(51)和LED显示屏(300)之间的最优传输。LED显示屏(300)为整个系统的“负载”。因为LED需要通常存储于大容值(容量)电容器(10uF到1000uF)中的直流电压，PFC-b(100)子电路的主要功能是为一个相对较大容值的电容器两端提供稳定电压，让整个LED驱动电路电流的波形尽可能接近交流发电机(51)的相位和波形，即经整流的正弦波，不论每一个其他子电路的电流波形如何。
为此，该PFC子电路是一个升压转换器，其拥有经整流的正弦波脉冲电压作为输入电源电压，并向LED显示屏(300)电源输入Vsl(301)端子传输一个稳定直流电压，并提供与零电压输入接地(55)端子相比，比输入电压峰值更高的输出电压。升压电感Lb(110)的初级线圈通过MOSFET开关Mb(112)从BR(53)的正输出端子与接地(55)连接。升压电感Lb(110)通过快速恢复二极管Dob(111)在第二滤波电容器Cf2(190)两端产生更高的输出电压，这是由Mb(112)缓冲器增强、由脉宽调制集成电路PWMic(120)产生的高频ON-OFF切换脉冲的结果。PWMic(120)产生驱动方波脉冲通过其DRV端子和栅极电阻器Rg(121)传输至Mb(112)的栅极。输出电压值由PWMic(120)控制器的FB端子感测，FB端子通过Rfb1(128)与PFC子电路输出FBb(103)连接，并通过Rfb2(129)与接地(55)连接。
SSOVC子电路的描述
PWMic(120)反馈电压补偿由连接在FB端子和Comp端子之间的补偿电容器Cc(130)完成，补偿电容器Cc(130)与软启动过电压控制(SSOVC)(140)子电路并联连接，软启动过电压控制(SSOVC)(140)包括两个二极管Dss1(142)和Dss2(143)以及电容器Css(141)。这一简单的电路提供更快、更稳定的补偿，由于这些二极管的电压阈值和电流非线性，其允许使用更大值电容器，而不会降低FB输入的敏感性，PFCic(113)通过相应减少其驱动脉冲的接通(ON)时间，即降低升压电感Lb(110)的平均电流来限制VBb(103)输出上的最高电压。
UC3842传统操作的描述
PWMic(120)启动供电电压由大阻值启动电阻器Rst(114)保证，相对于与接地(55)连接的零电压端子GND，该启动电阻器向PWMic(120)的供电端子Vcc提供一小部分VPin(101)电压。一旦Mb(112)开关迫使Lb(110)振荡，Lb(110)的次级线圈就通过Dvcc(115)和Cvcc(116)传输更大的供电电流。Rt(123)电阻器与Ct(124)电容器确定PWMic(120)的工作频率，电容器Cr(122)提高Vref端子的稳定性。晶体管Qvr(125)与电阻分压器Rvr1(126)及Rvr2(127)一起在PWMic(120)的Is端子生成电压斜升信号，以限制输出信号占空比处于预设限值之内并允许控制器在电压模式下工作。
PFC-b子电路十分简单，可实现成本极低的控制器电路，例如最常用的UC384x系列中采用的控制器。
LED显示屏(300)的描述
如本文中具体体现，LED显示屏(300)子电路包括三列LED及其保护电路，保护电路可向PWMic(120)控制器提供快速校正反馈。Vsl(301)端子处输入的电源电压由PWMic(120)的FB端子按照分压器Rfb1(128)及Rfb2(129)确定的比例控制。PWMic(120)在其电流感测Is端子接收通过Rvr2(127)在感测电阻器Rsled(360)两端已校正的电压的一小部分，以此校正LED显示屏(300)的电流。Vref2。该子电路包括Qctrl(431)、Dzctrl(434)和两个电阻器(432)与(433)，其执行特定的反馈功能，与LED显示屏(300)的内部保护电路高度相关。
如本文中其他具体体现，内部的LED显示屏(300)子电路包括三列LED和一个保护电路，保护电路包括三个恒流源和6个二极管，这些二极管保证每列LED的电流恒定。此外，它还为“不平衡的LED列”提供非常简单且极具成本效益的保护，当一个或多个LED受损或者在电压和电流规格方面与其他LED不一致时，该保护电路提供特别保护。由于所有列LED的保护电路相同，为了简化此子电路的描述，将只充分描述前两列LED：LEDc1(310)和LEDc2(311)的保护电路，考虑到很多(“z”)列LED可以采用相同的控制方法。
LEDc1列包含几个串联连接的LED。第一个LED的正极与正极输入端子Vsl(301)相连接，最后一个LED的负极通过恒流源器件CCS1(331)与Iled(304)端子连接，恒流源器件CCS1(331)被施加从PWMic(120)控制器芯片的Vref端子获得的恒定偏置电压。Iled(304)端子通过Rsled(360)感测电阻器将整个LED显示屏(300)的电流传输至接地(55)端子上。第一二极管D1+(321)的正极与LEDc1(310)的最后一个LED的负极相连接，第一二极管D1+(321)的负极与Vd+(302)端子连接，第二二极管D1-(322)与Vd-(303)连接。
对于LEDc2(311)列而言类似，第一个LED的正极也与正极输入端子Vsl(301)相连接，最后一个LED的负极也通过恒流源器件CCS1(331)与Iled(304)端子连接，恒流源器件被施加从Vref(406)端子获得的恒定偏置电压。第一二极管D1+(321)的正极与LEDc2(311)的最后一个LED的负极相连接，第一二极管D1+(321)的负极与Vd+(302)端子连接，第二二极管D1-(322)与Vd-(303)连接。Vd+(302)通过Dzctrl(434)及电阻器(433)与PWMic(120)的电流感测Is端子连接，以减小控制器的驱动信号占空比，并在Vd+电压值超过Dzctrl(434)稳压二极管标称电压的任意时刻，降低FBb(103)上的输出电压。
晶体管Qctrl(431)充当一个差分误差放大器，其发射极与Vd+(302)连接，其基极通过晶体管(432)与Vd-(303)连接，其集电极与PWMic(120)的电流感测Is端子连接。在正常工作条件下，如果LEDc1(310)列的所有LED以及LEDc2(311)列的所有LED拥有同样的电压、电流规格，和/或所有的LED均无损坏，那么Vd+(302)和Vd-(303)端子之间的电压应当为0。但是，一旦这两列中任何一个LED发生故障，Qctrl(432)的基极和发射极之间将出现差压，如果这一电压高于预设值，那么Qctrl(431)晶体管的集电极端子将增加在PWMic(120)的Is端子的电压，最终该控制器芯片的驱动信号将被关闭，以防止改进型LED灯具电路发生故障或进一步损坏。
或者，可以利用Qctrl(431)晶体管的反馈，不关闭PWMic(120)控制器芯片，仅关闭损坏的LED列，可通过关闭恒流源(CCS)电路的偏置电源得以实现，恒流源(CCS)电路将该列与Iled(304)端子连接，这样，损坏的LED列无法造成更进一步的损坏，由于它实际上已完全从LED显示屏(300)电路完全断开。
这种损坏或不一致性的感测技术具有能够根据需要实现对很多列LED进行非常精确控制的优点，大型照明系统中不采用昂贵的运算放大器，而是每个LED列仅采用两个成本极低的硅二极管，嵌入LED显示屏电路以及一个四线巴斯反馈电路，该反馈电路与LED驱动器CVCC部分相连接，以保证LED的电路保护和长使用寿命。
另外，可以添加两根额外的电线，与其中一个LED驱动器交流电源串联连接，通过外部继电器或开关实现遥控。
与相关技术相比，此实施例提供一个卓越的双级LED驱动器解决方案，可提供更高品质、更少元器件数量，电路板尺寸更小、使用寿命更长、成本更低很多，如下表13中总结：
对比相关技术，此单级离线升压LED驱动器电路实施例的主要优点在于元器件数量更少、尺寸更小、性能更高、成本更低。此外，三个LED条带恒流源(CCS)允许采用这种更加可靠的LED驱动电路系统解决方案的改进型LED灯具备更高输出功率和更长使用寿命。
实施例10
无光电耦合器隔离式回扫LED驱动器
图10示出了无光电耦合器隔离式回扫LED驱动电路的一个实施例。
连接的描述
如本文中具体体现，无光电耦合器隔离式回扫LED驱动电路(200)包括直流电压源VDCin(201)，VDCin(201)通过一个三线圈回扫变压器Trf(210)的初级线圈为MOSFET晶体管Mf(212)的漏极供电。除了一个初级线圈之外，变压器Trf(210)拥有一个小电流次级线圈和一个大电流次级线圈。
缓冲电路SnC(220)包括与整流二极管Dsn(222)串联的稳压二极管Dzsn(221)，其中Dzsn(221)的负极与VDCin(201)连接，Dsn(222)的正极与Mf(212)的漏极连接。Mf(212)的漏极与Trf(210)初级线圈的两端连接。Trf(210)的小电流线圈一端与输入接地端子(55)连接，另一端与反馈二极管Dvfb(251)的正极连接，反馈二极管Dvfb(251)的负极通过反馈电容器Cvfb(252)与(55)连接。Trf(210)的大电流次级线圈一端与输出接地(65)连接，另一端与回扫二极管Df(211)的正极连接，回扫二极管Df(211)的负极通过滤波电容器Cf3(290)与输出接地(65)连接，并通过一列几个LED串联连接的LEDc1(310)并列。
Mf(212)的源极通过感测电阻器(232)与输入接地(55)相连，其栅极通过栅极电阻器(231)与八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的驱动端子相连接。PWMic(120)的第二端子Vcc与直流电源端子Vic(117)连接。第三端子Is通过电阻器Isf(241)与Mf(212)的漏极相连，通过电容器(242)与输入接地(55)相连接。第四端子“GND”与输入接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。FB端子还通过第一反馈电阻Rfb1(128)与Dvfb(251)的负极相连接，并通过第二反馈电阻Rfb2(129)与(55)相连接。四端子VFCFB子电路(260)的第一端子Vsin与Dvfb(251)的负极相连接。第二端子Ctrl与PWMic(120)的Comp端子相连接。第三端子Vrin与PWMic(120)的Vref端子连接。第四端子与输入接地(55)相连。
回扫转换器的描述
如本文中进一步具体体现，PWM-f(200)主电路是一个传统的低成本、高性能隔离式直流回扫转换器，其使用UC3842控制器，还可以在离线交流电路中在PFC升压转换器之后用作“第二级”子电路。
此回扫转换器系统中包含的两个新颖的子电路，如：SSOVC(140)(软启动和过电压控制)和VFCFB(电压跟随器电流反馈)，显著提高UC3842(120)芯片的性能和控制能力，同时减少整个系统的元器件数量、尺寸和成本。
如本文中其他具体体现，UC3842控制器芯片以其非常传统的CCM(连续导通模式)工作，向MOSFET缓冲晶体管Mf(212)传输PWM驱动信号，Mf(212)通过回扫变压器TRf(210)生成两个输出供电电压。两个输出供电电压为：a)大电流供电电压，经二极管Df(211)整流并经由电容器Cf3(200)滤波，为LED条带(310)供电，以及b)小电流反馈供电电压信号，经二极管Dffb(251)整流并经由电容器Cvfb(252)集成，通过两个电阻分压器Rfb1(128)及Rfb2(129)以及补偿电容器Cc(130)输送至控制器芯片(120)FB输入。
转换器工作频率由电阻器Rt(123)和电容器Ct(124)在控制器集成电路(120)的Osc端子上设定。电容器Cr(122)对5V精确基准电压进行滤波，5V精确基准电压由控制器(120)通过Vref输出提供。感测电阻器(232)连接于Mf(212)源极端子和输入接地(55)之间，控制器(120)的Is输入从感测电阻器(232)上采集的电流尖峰反馈信号由一个简单的电流尖峰滤波器子电路IsF(240)进行滤波，IsF(240)包括电阻器(241)与电容器(242)。
计算感测电阻器(232)的阻值，以此限制MOSFET缓冲器(212)，进而限制TRf(210)初级线圈峰值电流，使其低于危险限值，此危险限值会导致Trf(210)次级线圈的最大电流可能损坏LED。
在之前实施例的描述的升压转换器部分中介绍了两个二极管和一个低值电容器SSOVC(140)子电路，它执行同样的软启动和过电压控制工作，提高了PWM芯片(120)反馈控制能力。
VFCFB(260)子电路包括稳压二极管Dzvf(264)，其负极与电容器Cvfb(252)的发热(非接地)端子相连，其正通过第一电阻器Rvf-(263)同时与PNP晶体管(261)的基极以及输入接地(55)相连接，并通过第二电阻器Rvf+(262)与控制芯片(120)的Vref输出相连接。PNP型晶体管(261)的集电极与输入电路接地(55)相连，其发射极与控制器芯片(120)的Comp端子相连。
这一简单而成本低廉的VFCFB(260)电路无需使用复杂而昂贵的电路，通常在隔离式回扫转换器电路的负载电流反馈中使用复杂而昂贵的电路，如光电耦合器、误差放大器、并联电压基准、电阻器和电容器。
使用该电路的方法基于以下的考虑：
a)LED条带上的回扫输出电压通过在回扫变压器的低电流次级线圈采集的电压反馈信号来感测并保持恒定；
b)由感测电阻器(232)限制TRf(210)的最大电流；
c)转换器设计的计算数据中预计了环境温度中的电压和电流的变化范围；
d)总之，可能发生的唯一不可预测的事件是负载条带上的一个或者多个LED出现短路故障(即，接近于零电阻和接近于两端的电压)，这将导致输出电压下降，接着电压反馈感测电路中出现成比例的电压下降，这将迫使控制器集成电路(120)增加脉波占空比，以便“补偿”和增加输出电压，最终将导致剩余工作的LED(310)、回扫变压器(210)和MOSFET缓冲器(212)出现不可逆转的损坏。
仅在这种不可预知的情况下，VFCFB子电路进行如下操作：
a)计算稳压二极管(264)阈值电压以及与Rvf+(262)和Rvf-(263)电阻分压器产生的电压，在反馈电压在预先设定的范围内时，Qvf(261)基极的电压值将高于控制器芯片(120)的Comp端子上的电压值，这样，阻塞Qvf(261)晶体管，使其发射极-集电极电流接近于零；并且，
b)当基准电压值显著下降时，确认负载条带中的一个或者多个LED发生故障，Qvf(262)基极上的电压则会相应下降，其发射极-集电极电流将增加，控制器芯片(120)Comp端子上的电压值将减少，保持控制器(120)输出驱动信号处于低占空比，因而将输出电流限制在较低水平，保护电路的高电流部分的所有元器件。
该VFCFB(260)电路基本上是一个“初级端电流感测电路”，采用和在相关技术中所采用所有其他电路不同的感测方法。
该实施例不与相关技术解决方案相比较，因为它只代表一个低成本直流隔离式回扫驱动器，需要“第一级PFC升压”，以便实现在离线交流LED驱动器部分运作。
实施例11
单级单接地回扫LED驱动器
图11示出了一个单级单接地回扫LED驱动电路的实施例。此驱动电路包括很多类似于前文提出的其他实施例的元件。因此，本实施例的描述将更加简短，仅关注本系统实施例提供的新元件。
连接的描述
如本文具体体现，单级单接地回扫LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子与第一滤波电容器Cf1(54)相连接。
从桥式整流器BR(53)的输出端子通过一个三线圈回扫变压器Trf(210)的初级线圈为MOSFET晶体管Mf(212)的漏极供电，除了初级线圈之外，变压器Trf(210)还拥有一小电流次级线圈和一个大电流次级线圈。
缓冲电路SnC(140)与回扫变压器(210)的初级线圈并联连接。
Trf(210)的小电流线圈一端与接地(55)连接，另一端与供电二极管(115)的正极连接，供电二极管(115)的负极通过滤波电容器(116)与(55)连接。
Trf(210)的大电流次级线圈一端与接地(55)连接，另一端与回扫输出二极管Df(211)的正极连接，回扫二极管Df(211)的负极通过滤波电容器Cf3(290)与接地(55)连接，并通过并联，Trf(210)为一列(条带)几个LED串联连接的LEDc1(310)供电，LEDc1(310)通过电流感测电阻器Rsled(360)与接地(55)连接。
Mf(212)的源极与接地(55)相连，其栅极通过栅极电阻器(231)与八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的驱动端子相连接。
PWMic(120)的第二端子Vcc与供电二极管(115)的负极连接。第三端子Is通过电阻器Rvr2(127)与接地(55)相连，并通过另一个电阻器Rvr1(126)与电压斜升NPN型晶体管Qvr(55)的发射极相连。第四端子“GND”与系统接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与接地(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与电容器Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。
FB端子还通过第一反馈电阻Rfb1(128)与Dvfb(251)的负极相连接，并通过第二反馈电阻Rfb2(129)与(55)相连接。
电压斜升NPN型晶体管Qvr的集电极与Vref端子连接，其基极与PWMic(120)的OSC端子连接。
运算放大器A3(412)的一个输入端子通过Rsled(360)与接地(55)相连接，另一个输入端子通过第一分压电阻器(142)与接地(55)，并通过第二分压电阻器与PWMic(120)的Vref端子相连接，A3(412)的输出与PWMic(120)的Comp端子相连接。
传统无源交直流转换器的描述
传统交直流转换器电路包括交流发电机Vac(51)、低通滤波器EMI(52)、桥式整流器BR(53)和电容器Cf1(54)。传统交直流转换器电路通过桥式整流器BR(53)提供电容器Cf1(54)两端的未经调节的直流电压，桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
设计EMI(52)滤波器以允许(低阻抗)低频率(通常50Hz-60Hz)电流轻松地从Vac发电机传递至PFC-b(100)子电路并阻止LED驱动电路内产生的(高阻抗)高频率(通常20kHz-200kHz)电流回到Vac(51)发电机(即回到交流电网)。
第一滤波电容器Cf1(54)具有较低值(10nF–200nF)，可过滤高频电流，而且另一方面，第一滤波电容器没有造成会降低整个系统功率因数系数的显著的低频电流失真。
回扫转换器的描述
如本文中进一步具体体现，PWM-f(200)主电路是一个传统的低成本、高性能非隔离式回扫转换器，其最大程度地利用低成本UC3842集成电路的能力，该集成电路同时用作PFC控制器和PWM控制器，让系统能够作为单级单接地离线交流LED驱动器工作。
SnC(140)传统缓冲电路的功能和重要性也已在上文描述。
NPN型晶体管Qvr以传统模式工作，通过Rvr1(126)和Rvr2(127)电阻器将从Osc端子采集的一小部分电压斜升信号传输至PWMic(120)的Is端子，以此将控制器的驱动信号的占空比降低至预设限值之内。
输出电压控制也以传统方式执行，其中回扫变压器TRf(210)的小电流次级线圈提供的电压被用作PWMic(120)的供电电压，同时被用作电压反馈信号，由PWMic(120)的FB端子通过非常精确的分压电阻器Rfb1(128)及Rfb2(129)采集。
已在上文描述的两个新颖的软启动和过电压控制补偿子电路SSOVC(140)保证非常快速、可靠的补偿功能，因此，如果系统的所有其他子电路以及设计师选择的工作模式(CrCM)均提供支持的话，那么成本非常低廉的PWM芯片如UC3842也可以作为非常高品质的PFC控制器。
运算放大器A3(412)也执行一个常规功能，通过Rsled在LEDc1(310)条带的一个输入上感测LEDc1(310)条带的电流，将其与PWMic(120)的Vref端子提供的精确恒定的超温基准电压相比较。当LEDc1(310)电流高于预设限值时，A3(412)输出降低PWMic(120)的Comp端子上的电压值，PWMic(120)相应地降低其驱动脉冲的占空比，直至LED电流降至预设限值之内。
对于成本更低、尺寸更小的应用，可用低成本NPN型晶体管代替运算放大器A3(412)，或者通过Rsled(232)将Rvr2与接地(55)相连接，因此，PWMic(120)的Is输入端子可以控制其输出电流。然而，控制精度无法到达同样的质量。
如本文中具体体现，在此离线交流回扫结构中，UC3842控制器芯片以恒定频率临界导通操作模式(CrCM)工作。这一理想的拓扑结构让系统能够以恒压恒流(CVCC)方式非常精确地控制LEDc1(310)负载上的电压和电流，同时在控制器芯片(120)反馈和补偿子电路提供恒定信号期间，转换器的功率因数保持在0.99以上。
UC3842是最常用、最可靠的PWM控制器集成电路之一。在这一特定电路中，该UC3842PWM控制器集成电路的优点在于接收SSOVC(140)子电路获得的非常稳定的负载电压反馈以及低成本、高品质的运算放大器获得的非常稳定的负载电流反馈。因此，在质量和可靠性方面，该单级单接地回扫LED驱动电路可以与全球电源管理行业中享有声誉的公司提供的任何类似的LED驱动器解决方案竞争。
与相关技术相比，本实施例提供一个卓越的单级单接地离线交流回扫LED驱动器解决方案，可提供更高品质、更少元器件数量，电路板尺寸更小、使用寿命更长、成本更低很多，如下表14中总结：
对比相关技术，此单级离线非隔离式转换器电路实施例的主要优势在于元器件数量更少、尺寸更小、性能更高、成本更低。另外，所采用的控制器芯片UC 3842是全球行业内最具成本效益的好质量PWM芯片。
实施例12
单级恒定断路时间升降压LED驱动器
图12示出了一个单级恒定断路时间升降压LED驱动电路的实施例。
连接的描述
如本文具体体现，单级恒定断路时间升降压LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
桥式整流器BR(53)的输出端子通过一列LED负载LEDc1(310)为MOSFET晶体管Mbb(512)的漏极供电，LEDc1(310)与双线圈升降压变压器Lbb(510)的初级线圈并联连接，变压器Lbb(510)拥有一个大电流初级线圈和一个小电流次级线圈。
Lbb(510)的小电流次级线圈一端与接地(55)连接，另一端与供电二极管(116)的正极连接，供电二极管(116)的负极通过滤波电容器(115)与(55)连接。
Mbb(512)的源极通过感测电阻器(532)与接地(55)相连，其栅极通过栅极电阻器(531)与八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的驱动端子相连接。
PWMic(120)的第二端子Vcc与供电二极管(116)的负极连接。第三端子Is通过电流尖峰滤波器子电路IsF(240)与接地(55)相连，IsF(240)可操作地与感测电阻器(532)相连接。第四端子“GND”与系统接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与接地(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与电容器Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。
FB端子还通过第一反馈电阻器Rfb1(128)与电压感测晶体管Qvs(521)的集电极相连接，并通过第二反馈电阻器Rfb2(129)与接地(55)相连接。
电压感测PNP型晶体管Qvs(521)与连接于其基极发射极结两端的电压感测电阻器Rvs(523)以及稳压二极管一起构成一个差压感测子电路DVs(520)，其中，稳压二极管的正极与Qvs(521)的基极相连接，其负极与Mbb(512)的漏极相连接。
升降压二极管Dbb(511)的正极与Mbb(512)的漏极相连，其负极与桥式整流器(53)的正输出相连。
升降压电容器Cbb(514)与LEDc1(310)两端相连。
启动电阻器(Rst)从BR(53)的正输出连接到PWMic控制器(120)的Vcc端子。
传统的包含两个电容器、三个二极管和一个电阻器的填谷滤波器子电路VF-PCf(20)可操作性地与BR(53)输出端子的两端相连。
恒定断路时间NPN型晶体管Qcot(541)的发射极与接地(55)连接，其基极通过电阻器Rcot(542)与DRV端子相连接，集电极与PWMic(120)的Osc端子相连接。
传统无源交直流转换器的描述
传统交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)、低通滤波器EMI(52)、桥式整流器BR(53)和电容器Cf1(54)。传统交直流转换器子电路通过桥式整流器BR(53)提供电容器Cf1(54)两端的未经调节的直流电压。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
设计EMI(52)滤波器以允许(低阻抗)低频率(通常50Hz-60Hz)电流轻松地从Vac发电机传递至PFC-b(100)子电路并阻止LED驱动电路内产生的(高阻抗)高频率(通常20kHz-200kHz)电流回到Vac(51)发电机(即回到交流电网)。
第一滤波电容器Cf1(54)具有较低值(10nF–200nF)，可过滤高频电流，而且另一方面，第一滤波电容器没有造成会降低整个系统功率因数系数的显著的低频电流失真。
恒定断路时间(COT)升降压转换器的描述
如本文中进一步具体体现，此LED驱动电路作为高品质恒定断路时间(COT)升降压转换器工作，不采用昂贵的传统COT集成电路，而是采用极具成本效益的PWM芯片，例如UC3842，这种芯片原本并非设计用于这种工作模式，这得益于两大显著的改进：
第一个显著改进在于，连接成本低廉的NPN型晶体管，作为接地(55)和PWMic(120)的Osc端子之间的开关，NPN型晶体管由PWMic(120)的DRV输出端子控制，因此，根据电压或电流感测信号，每次PWMic(120)输出处于其高态时，Qcot(541)晶体管为振荡器定时电容器Ct(124)放电，迫使输出驱动脉冲信号获得一个以传统PWM方式控制的恒定断开时间，不管其暂时的接通(ON)时间。
第二个显著改进在于更快速、更稳定的SSOVC(140)补偿子电路，其允许UC3842芯片像专为COT操作模式设计的昂贵的芯片那样高效稳定的操作。
其他额外的低成本子电路，如取代复杂而昂贵的PFC升压转换器的填谷滤波器(20)，取代另一种昂贵的包括光电耦合器、运算放大器和电压并联稳压器的电压反馈电路的DVs(520)，让该解决方案成为低成本市场的理想解决方案，尤其是低功率(1W-9W)改进型LED灯，其中，具有成本效益的填谷滤波器可以实现0.9以上的功率因数并满足能源之星的要求。
本实施例提供一个具有成本效益的单级恒定断路时间升降压LED驱动器解决方案，能够实现更低成本，甚至能够与南亚LED驱动器提供商竞争，同时提供卓越的性能和更长的使用寿命，如下面表15总结：
对比相关技术，此单级COT升降压LED转换器电路实施例的主要优势在于：提供恒压恒流(CVCC)，可增加其使用寿命；由于不直接从高压直流源为芯片供电，其效率更高；由于采用具有成本效益的控制器集成电路且仅采用一个MOSFET晶体管，其成本更低。
实施例13
单级单接地自供电升降压LED驱动器
图13示出了一个单级单接地自供电升降压LED驱动电路的实施例。
连接的描述
如本文具体体现，单级单接地自供电升降压LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
桥式整流器BR(53)的正输出通过升降压线圈Lbb(510)为MOSFET晶体管Mbb(512)的漏极供电。
Mbb(512)的源极与桥式整流器BR(53)的负输出端子相连接。
第一升降压二极管Dbb1(511)其正极与Mbb(512)漏极相连接，其负极通过第一升降压电容器Cbb1(514)与桥式整流器BR(53)的正输出相连，并通过第二升降压电容器Cbb2(515)与接地(55)相连接。
第二升降压二极管其负极与桥式整流器BR(53)的正输出相连，其正极与接地(55)相连接。
启动电阻器Rst(114)从桥式整流器BR(53)的负端子与接地(55)相连接。
Mbb(512)通过接地隔离变压器GS(520)的次级线圈在其栅源端子两端接收驱动信号，GS(520)的初级线圈的一端与GND(55)相连接，另一端通过驱动电容器Cdrv(522)与八端子控制器芯片PWMic(120)的驱动端相连接。
PWMic(120)的第二端子Vcc与Dbb1(511)的负极连接。第三端子Is通过电阻器Rvr2(127)与接地(55)相连，并通过另一个电阻器Rvr1(126)与电压斜升NPN型晶体管Qvr(125)的发射极相连。第四端子“GND”与系统接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与接地(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与电容器Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。
FB端子还通过第一反馈电阻Rfb1(128)与Dbb1(511)的负极相连接，并通过第二反馈电阻Rfb2(129)与(55)相连接。
电压斜升NPN型晶体管Qvr的集电极与Vref端子连接，其基极与PWMic(120)的OSC端子连接。
一列包含几个LED的LEDc1(310)直接与Cbb1的负极连接，并通过电流感测电阻器Rsled(360)与接地(360)连接。
运算放大器A3(412)的一个输入端子通过Rsled(360)与接地(55)相连接，另一个输入端子与基准电压Vref 2相连接，A3(412)的输出与PWMic(120)的Comp端子相连接。
“单接地-自供电”问题的描述
如本文中进一步具体体现，传统的升降压电路，支持仅只一个芯片(即单级拓扑结构)将较高电压转换成较低电压，随后利用这一较低电压为自身供电，并且能够带负载拥有相同的基准零电压(或接地)，历史上设计这样一个电路的可能性看起来是不可能的。因此，全球的设计师们提出效率更低和/或更为复杂的拓扑结构，例如降压或SEPIC拓扑结构，支持控制器集成电路实现对负载的瞬时电压或电流的直接(即无光电耦合器)电压反馈。
在传统升降压拓扑中实现这样的单接地自供电的主要问题在于，这样的系统需要一个额外的直流电压(如一个电池)为控制器芯片提供启动电源，与大容量电容器和大电流电阻性负载并联，这需要一个功率过大、效率低的与主电源电压相连接的“启动电阻器”。
举一个简单的例子，对于功率为6W升降压拓扑，它具有一个6V/1A的电阻性负载，要在负载端产生这一电压并“启动”一个在“点火”后能够维持其自供电的PWM芯片，以标准的120伏供电计算，启动电阻器的功率损耗应该是120V-6v x 1A＝114W。此外，负载两端的一个200uF的大容量电容器将最低需要20-50A的启动电流，这种情况进一步阻碍了这种方法。即使最终“点火”之后启动电阻器通过高电压可编程开关与电路断开连接，这也是事实。这是因为在那样的功率范围，启动电阻器的尺寸将比整个转换器电路板尺寸更大。
启动方法和步骤的描述
因此，本实施例中使用的方法包括一个“两步启动”法，其中除了PWMic(120)控制器和升降压电感(Lbb)，还有六个额外的部分，如启动电阻器Rst(114)，第一升降压二极管Dbb1(511)，第二升降压二极管Dbb2(516)，第一升降压电容器Cbb1(514)，第二升降压电容器Cbb2(514)以及负载LEDc1(310)，用于在传统升降压拓扑电路中实现“单接地-自供电”目标。
如本文中其他具体体现，作为本说明书的主题，当单级单接地自供电升降压LED驱动电路与交流线路相连接时，连接于桥式整流器BR(53)的负极端子和接地(55)之间的小功率(0.25W)启动电阻器Rst(114)将关闭由高压桥式整流器(53)的正输出端子输出的电流，其电路中还包括如下几个元器件,如升降压电感Lbb(510)、第一升降压二极管Dbb1(511)、PWMic(120)的Vcc和GND供电端子以及接地(55)。
在PWMic(120)所需的大约9V启动的启动电压出现在低容值(1uF-10uf)第二升降压电容器Cbb2(515)和PWMic(120)供电端子两端之前，除非芯片所需的启动电流低于1mA，并联电路中没有其他大电流，因为反馈电阻器Rfb1具有极大阻值(超过100k)，而且此电路中不包括大容量电容器Cbb1(514)，第二升降压二极管Dbb2(516)极性反向，MOSFET缓冲器Mbb(512)断开(Off)，而且负载LEDc1(310)不是电阻器，而是一根由四个或者更多个LED组成的条带，在条带两端的电压升高至12V以上之前几乎不吸收电流。
主操作的描述
一旦PWMic(120)获得其所需的9伏供电电压并开始振荡，MOSFET缓冲器Mbb通过接地隔离变压器GS(520)在其栅极接收到一个PWM信号并激活升降压电感Lbb(510)，该Lbb通过第一升降压二极管Dbb1为大容量电容器Cbb1提供直流电压并通过第二升降压二极管Dbb2(516)为第二升降压电容器Cbb2(515)和PWMic(120)控制器芯片提供直流电压。
仅在Cbb1(514)两端的电压上升至12V以上之后，LEDc1(310)负载开始吸收电流，从此时开始，PWMic(120)维持其供电并直接控制自身的供电电压以及LEDc1(310)最大电压。
如之前的实施例中所描述，运算放大器A3(412)提供非常精确的电流反馈，然而，系统可以不采用它，对质量不会有太大影响。
为实现近似单位功率因数，PWMic(120)电路设置为CrCM(临界导通模式)操作模式，系统操作的其余部分为传统而可靠的。
“单接地”优势的描述
如本文中具体体现，针对传统升降压拓扑的主要问题，此LED驱动器电路提出了革命性的一步，即，系统接地不再是桥式整流器BR(53)的负极端子。相比之下,本公开实施例通过GS(520)接地隔离变压器将MOSFET缓冲晶体管Mbb(512)和BR(53)负极端子分离开来。现在，系统接地变成和LEDc1(310)负载以及控制器芯片(120)的GND端子一样的0V基准电压。此举显著提高了PWMic(120)芯片对LEDc1(310)的电压和电流参数的控制能力，其通过允许直接、非常可靠的CVCC控制并且不采用昂贵、笨重且更为缓慢的反馈光电耦合器、运算放大器、并联电压稳压器和几个额外的元器件(如电阻器、电容器和二极管)，具有不同的接地和/或及基准零电压的反馈电路通常采用这些元器件。
“自供电”的其他优势的描述
此新颖的“单接地、自供电”拓扑结构的其他优势在于PWMic(120)芯不再以传统方式供电，即通过采用添加到升降压电感上的次级线圈和一个简单的整流电源电路供电，而是直接由LEDc1(310)负载的直流供电电压供电，LEDc1(310)与升降压电感Lbb(510)和主要升降压电容器Cbb 2(515)并联。同时，此举具备其他三个优点：
a)无需额外的供电电路，包括次级线圈、整流器二极管和电解质电容器的供电电路；
b)直接从大容量输出电容器获得稳健而可靠的供电；及
c)消除了出现闪烁的风险。使用外部调光器控制时，闪烁更经常，因为在调光器长时间断路(OFF)期间供电电压不足，控制器芯片可能会停止和重启其操作。之所以消除了出现闪烁的风险，首先因为其大容量电容器有足够的存储资源，能够维持充电更长时间，其次因为LEDc1(310)条带阈值(即大约每个LED 3V)不会让大容量输出电容器完全放电，即使当不存在交流供电电压几分钟时。
针对本实施例，无需与相关技术的对比图表，因为此解决方案的优势非常明显。
实施例14
伪双级升压—隔离式回扫LED驱动器
图14示出了一个伪双级升压隔离式回扫LED驱动电路的实施例。
交直流转换器连接的描述
如本文具体体现，伪双级升压隔离式回扫LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
升压转换器连接的描述
升压线圈Lb(110)从桥式整流器BR的正输出与升压MOSFET晶体管Mb(112)的漏极相连接，同时与升压二极管Db(111)的正级相连接，Db(111)的负极通过第二滤波电容器Cf2(190)与接地(55)相连接。
升压MOSFET晶体管Mb(112)的源极与接地(55)相连接，其栅极通过栅极电阻器Rg(121)与八端子控制器芯片PWMic(120)的驱动端子(DRV)相连接。
回扫转换器连接的描述
如本文中具体体现，隔离式回扫LED驱动电路(200)包括直流电压源VDCin(201)，VDCin(201)通过三线圈回扫变压器Trf(210)的初级线圈为MOSFET晶体管Mf(212)的漏极供电，除了初级线圈之外，变压器Trf(210)还拥有一个小电流次级线圈和一个大电流次级线圈。
缓冲电路SnC(220)包括与整流二极管Dsn(222)串联的稳压二极管Dzsn(221)，其中Dzsn(221)的负极与VDCin(201)连接，Dsn(222)的正极与Mf(212)的漏极连接，Mf(212)连接于Trf(210)的初级线圈两端。
Trf(210)的小电流线圈一端与输入接地端子(55)连接，另一端与反馈二极管Dvfb(251)的正极连接，反馈二极管Dvfb(251)的负极通过反馈电容器Cvfb(252)与(55)连接。
Trf(210)的大电流次级线圈一端与输出接地(65)连接，另一端与回扫二极管Df(211)的正极连接，回扫二极管Df(211)的负极通过滤波电容器Cf3(290)与输出接地(65)连接，并通过一列几个LED串联连接的LEDc1(310)并联。
Mf(212)的源极通过感测电阻器(232)与输入接地(55)相连，其栅极通过栅极电阻器(231)与八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的驱动端子相连接。PWMic(120)的第二端子Vcc与直流电源端子Vic(117)连接。第三端子Is通过电阻器Isf(241)与Mf(212)的漏极相连，通过电容器(242)与输入接地(55)相连接。第四端子“GND”与输入接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接，第八端子FB与Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。FB端子还通过第一反馈电阻器Rfb1(128)与Dvfb(251)的负极相连接，并通过第二反馈电阻器Rfb2(129)与(55)相连接。
四端子VFCFB子电路(260)的第一端子Vsin与Dvfb(251)的负极相连接。第二端子Ctrl与PWMic(120)的Comp端子相连接。第三端子Vrin与PWMic(120)的Vref端子连接。第四端子与输入接地(55)相连。
伪双级升压回扫系统描述
升压线圈Lb(110)、升压二极管Db(111)、升压晶体管Mb(112)和第二滤波电容器Cf2(190)与上文结合如图8“双级升压-隔离式回扫多列LED驱动器实施例”所示的实施例部分所描述的升压线圈Lb(110)、升压二极管Dob(111)、升压晶体管Mb(112)和第二滤波电容器Cf2(190)元件执行相同的功能，如上文完整描述。
本实施例的PWM-f(200)回扫转换器电路的原理图已经得到执行，其在功能上与上文结合图10“无光电耦合器隔离式回扫LED驱动器”所讨论的实施例相同。图10的实施例说明了一种仅使用一个控制器芯片和两个MOSFET缓冲晶体管控制双级转换器电路的革新性方法所具备的优势。
如本文进一步具体体现，伪双级升压-隔离式LED驱动电路仅使用一个控制器芯片和两个缓冲开关晶体管，可实现与传统的双级转换器电路类似的性能，即功率因数、效率和低输出电压脉动。当配置升压电感(或线圈)和回扫电感时，可以获得如下优点，可增加第二滤波电容器Cf2两端的输出直流电压，使其总是高于交流输入的峰值电压，而且电压足够低，不会超过2个转换器电路中使用的高压开关晶体管和二极管的最大电压。
双级之间应用了“主从”控制方法，其中，“主”是回扫变换器，任何负载瞬时电流需求的时候，在反馈中进行补偿，“从”是升压转换器，相应地补偿其输出电压。
因为两个转换器在输出功率方面同相，当LEDc1(310)负载需要更高的电流的时候，对于相同的输入功率而言，Cf2(190)两端的电压应当减少。但是，一旦PWMic(120)控制器芯片电压增加其驱动脉冲占空比，以增加LEDc1(310)负载的回扫输出电流，更大的占空比将通过Mb(112)和Lb(110)成比例增加Cf2(190)两端的电压。该步骤将为第二滤波电容器Cf2两端提供几乎恒定的电压。
通过设计CrCM(临界导通模式)操作模式的线圈，无论负载的电流存在多大波动，该系统将具有近似单位功率因数。
该革新性改进减少元器件数量、尺寸以及LED驱动器成本达大约35-40％，同样具备笨重而昂贵的双级拓扑的主要优势，尤其是“低脉动输出电压”，因而，使用这种驱动器的改进型LED灯闪烁更少。
针对本实施例，无需与相关技术的对比图表，因为此解决方案的优势不言而喻。
实施例15
伪双级升压非隔离式回扫LED驱动器
图15示出了一个伪双级升压非隔离式回扫LED驱动电路的实施例。
交直流转换器连接的描述
如本文具体体现，伪双级升压非隔离式回扫LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
升压转换器连接的描述
升压线圈Lb(110)从桥式整流器BR(54)的正输出与第一升压二极管Db(111)的正极相连接，Db(111)的负极通过第二滤波电容器Cf2(190)与接地(55)相连接。升压线圈Lb(110)并与第二升压二极管Db2(601)的正极相连接，Db2(601)的负极与回扫MOSFET缓冲晶体管Mf(212)的漏极相连接，缓冲晶体管Mf(212)驱动非隔离式回扫转换器。
回扫转换器连接的描述
第一升压二极管Db(111)的负极通过三线圈回扫变压器Trf(210)的初级线圈为MOSFET晶体管Mf(212)的漏极供电，除了初级线圈之外，变压器Trf(210)还拥有一个小电流次级线圈和一个大电流次级线圈。
缓冲电路SnC(140)与回扫变压器(210)的初级线圈并联连接。
Trf(210)的小电流线圈一端与接地(55)连接，另一端与供电二极管(115)的正极连接，供电二极管(115)的负极通过滤波电容器(116)与(55)连接。
Trf(210)的大电流次级线圈一端与接地(55)连接，另一端与回扫输出二极管Df(211)的正极连接，回扫二极管Df(211)的负极通过滤波电容器Cf3(290)与接地(55)连接，并通过并联，Trf(210)为一列(条带)几个LED串联连接的LEDc1(310)供电，LEDc1(310)通过电流感测电阻器Rsled(360)与接地(55)连接。
Mf(212)的源极与接地(55)相连，其栅极通过栅极电阻器(231)与八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的驱动端子相连接。
PWMic(120)的第二端子Vcc与供电二极管(115)的负极连接。第三端子Is通过电阻器Rvr2(127)与接地(55)相连，并通过另一个电阻器Rvr1(126)与电压斜升NPN型晶体管Qvr(55)的发射极相连。第四端子“GND”与系统接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与接地(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与接地(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与电容器Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。
FB端子还通过第一反馈电阻Rfb1(128)与Dvfb(251)的负极相连接，并通过第二反馈电阻Rfb2(129)与(55)相连接。
电压斜升NPN型晶体管Qvr的集电极与Vref端子连接，其基极与PWMic(120)的OSC端子连接。
运算放大器A3(412)的一个输入端子通过Rsled(360)与接地(55)相连接，另一个输入端子通过第一分压电阻器(142)与接地(55)，并通过第二分压电阻器与PWMic(120)的Vref端子相连接，A3(412)的输出与PWMic(120)的Comp端子相连接。
伪双级升压非隔离式回扫系统描述
升压线圈Lb(110)、升压二极管Db(111)和第二滤波电容器Cf2(190)与上文结合图8“双级升压-隔离式回扫多列LED驱动器实施例”所示的实施例所描述的的升压线圈Lb(110)、升压二极管Dob(111)和第二滤波电容器Cf2(190)元件执行相同的功能，如上文完整描述。
本实施例的非隔离式回扫转换器电路的原理图已经得到执行，在功能上与上文结合图11“单级单接地回扫LED驱动器实施例”所讨论的实施例相同，其中更好地说明了一种仅使用一个控制器芯片和两个MOSFET缓冲晶体管控制双级转换器电路的革新性方法所具备的优势。
如本文进一步具体体现，伪双级升压-隔离式回扫LED驱动电路仅使用一个控制器芯片和一个缓冲开关晶体管，通过第二升压二极管Db2(601)可实现与传统的双级转换器电路类似的性能，即功率因数、效率和低输出电压脉动，当配置升压电感(或线圈)和回扫电感时，可增加第二滤波电容器Cf2两端的输出直流电压，使其总是高于交流输入的峰值电压，而且电压足够低，不会超过2个转换器电路中使用的高压开关晶体管和二极管的最大电压。
此伪双级转换器的功能性已在之前的实施例部分完全描述。
唯一的差别在于MOSFET缓冲晶体管被更加低廉、尺寸更小而且耗损更低的二极管取代。
与前一个实施例相似，无需与相关技术的对比图表，因为此解决方案的优势非常明显。
实施例16
伪双级升压—COT升降压LED驱动器
图16示出了一个伪双级升压恒定断路时间升降压LED驱动电路的实施例。
交直流转换器连接的描述
如本文具体体现，伪双级升压恒定断路时间升降压LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与接地(55)相连接。
连接的描述
如本文进一步具体体现，伪双级升压恒定断路时间升降压LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路，包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与(55)相连接。
MOSFET升压缓冲晶体管Mb(112)的漏极由桥式整流器BR(53)的正输出通过升压电感Lb(110)的初级线圈供电，Lb(110)也与升压二极管Db(111)的正极相连，升压二极管Db(111)的负极通过第二滤波电容器Cf2(190)与接地连接。
Mb(112)的源极与接地(55)相连接，其栅极通过栅极电阻器Rg(121)与控制器芯片PWMic(120)的驱动端子相连接。
升压电感Lb(110)次级线圈的一个端子与接地(55)相连接，其另一端子与电源二极管Dvcc(115)的正极连接，Dvcc(115)的负极通过电源电容器Cvcc(116)与接地连接，其负极还通过一个启动电阻器Rst(114)与桥式整流器的正输出连接，同时其负极还与八端子控制器芯片PWMic(120)的Vcc端子相连接。
升降压MOSFET晶体管Mbb(512)的漏极由升压二极管Db(111)的负极通过升降压线圈Lbb(510)供电，Lbb(510)与一列LED负载LEDc1(310)串联连接。
Mbb(512)的源极通过感测电阻器(532)与接地(55)相连，其栅极通过栅极电阻器(531)与八端子脉宽调制集成电路PWMic(120)的驱动端子相连接。
PWMic(120)的第二端子Vcc与供电二极管(115)的负极连接。第三端子Is通过包括一个电阻器和一个电容器的电流尖峰滤波器子电路Isf(240)与接地(55)相连，Isf(240)可操作地与感测电阻器(532)相连接。第四端子“GND”与系统接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与接地(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与电容器Cc(130)的另一个端子连接。
两端子软启动过电压控制子电路(SSOVC)(140)连接在FB与Comp两个端子上。
FB端子还通过第一反馈电阻器Rfb1(128)与电压感测晶体管Qvs(521)的集电极相连接，并通过第二反馈电阻器Rfb2(129)与接地(55)相连接。
电压感测PNP型晶体管Qvs(521)与连接于其基极发射极结两端的电压感测电阻器Rvs(523)以及稳压二极管一起构成一个差压感测子电路DVs(520)，其中，稳压二极管的正极与Qvs(521)的基极相连接，其负极与Mbb(512)的漏极相连接。
升降压二极管Dbb(511)的正极与Mbb(512)的漏极相连，其负极与桥式整流器(111)负极的正输出相连。
升降压电容器Cbb(514)与LEDc1(310)两端相连。
恒定断路时间NPN型晶体管Qcot(540)的发射极与接地(55)连接，其基极通过电阻器Rcot(542)与DRV端子相连接，集电极与PWMic(120)的Osc端子相连接。
伪双级升压非隔离式回扫系统描述
升压线圈Lb(110)、升压二极管Db(111)、升压晶体管Mb(112)和第二滤波电容器Cf2(190)与上文结合如图8“双级升压-隔离式回扫多列LED驱动器实施例”所示的实施例所描述的升压线圈Lb(110)、升压晶体管Mb(112)、升压二极管Dob(111)和第二滤波电容器Cf2(190)元件执行相同的功能，如上文完整描述。
本实施例的COT升降压转换器电路的原理图已经得到执行，在功能上与上文图12“单级恒定断路时间升降压LED驱动器实施例”所示的实施例相同，其中更好地说明了一种仅使用一个控制器芯片和两个MOSFET缓冲晶体管控制双级转换器电路的革新性方法所具备的优势。
此伪双级转换器的方法和功能性已在之前的实施例部分完全描述。
唯一的差别在于无源填谷滤波器子电路VF-PCf(20)被更高性能的有源PFC电路取代，有源PFC电路包括升压线圈Lb(110)、升压二极管Db(111)、升压晶体管Mb(112)和第二滤波电容器Cf2(190)。
与前一个实施例相似，无需与相关技术的对比图表，因为此解决方案的优势非常明显。
实施例17
伪双级升压单接地自供电升降压LED驱动器
图17示出了一个伪双级升压单接地自供电升降压LED驱动电路的实施例。
连接的描述
如本文具体体现，伪双级升压单接地自供电升降压LED驱动电路包括交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括交流发电机Vac(51)，低通滤波器EMI(52)(其输入与Vac(51)连接，输出与桥式整流器BR(53)交流输入连接)。桥式整流器BR(53)的负输出端子与接地(55)相连接，其正输出端子通过第一滤波电容器Cf1(54)与(55)相连接。
升压线圈Lb(110)一端与桥式整流器BR(53)的正极输出相连接，另一端与第一升压二极管Db(111)的正极相连接并与第二升压二极管Db2(119)的正极连接。
Db(111)的负极与升降压线圈Lbb(510)的第一端子相连接，并与第二升降压二极管Dbb2(516)的负极相连接，还与第一升降压电容器Cbb1(514)的第一端子相连接。
Dbb2的正极与接地(55)连接。
Cbb1(514)的另一端子与第一升降压二极管的负极相连接，第一升降压二极管的正极与Lbb(510)的第二端子以及晶体管Mbb(512)的漏极相连接。
第二升降压电容器Cbb2连接于Dbb1(511)的负极和接地(55)之间。
第二升压二极管Db2(119)的负极与Mbb(512)的漏极相连接，其正极与Db(111)的正极以及Lb(110)的第二端子相连接。启动电阻器连接于BR(53)的负极端子和接地(55)之间。
Lbb(510)的第二端子与第一升降压二极管Dbb(511)的正极以及MOSFET晶体管Mbb(512)的漏极相连接。
MOSFET晶体管Mbb(512)的源极与BR(53)的负极端子相连接并通过接地隔离变压器GS(520)的次级线圈在其栅源极端子两端接收驱动信号。
GS(520)的初级线圈一端与接地(55)相连接，另一端通过驱动电容器Cdrv(522)与八端子控制器芯片PWMic(120)的驱动端子相连接。
PWMic(120)的第二端子Vcc与Dbb1(511)的负极连接。第三端子Is通过电阻器Rvr2(127)与接地(55)相连，并通过另一个电阻器Rvr1(126)与电压斜升NPN型晶体管Qvr(125)的发射极相连。第四端子“GND”与系统接地(55)连接。第五端子Osc通过电容器Ct(124)与接地(55)相连接。第六端子Vref通过电阻器Rt(123)与Osc连接，通过电容器Cr(122)与(55)相连接。第七端子Comp与补偿电容器Cc(130)的一个端子连接。第八端子FB与电容器Cc(130)的另一个端子连接。
FB端子还通过第一反馈电阻器Rfb1(128)与Dbb1(511)的负极相连接，并通过第二反馈电阻器Rfb2(129)与接地(55)相连接。
电压斜升NPN型晶体管Qvr的集电极与Vref端子连接，其基极与PWMic(120)的OSC端子连接。
一列包含几个LED的LEDc1(310)直接与Cbb1的负极连接，并通过电流感测电阻器Rsled(360)与接地(55)连接。
“单接地-自供电”问题的描述
如本文中进一步具体体现，传统的升降压电路，支持仅只一个芯片(即单级拓扑结构)将较高电压转换成较低电压，随后利用这一较低电压为自身供电，并且能够带负载拥有相同的基准零电压(或接地)，历史上设计这样一个电路的可能性看起来是不可能的。因此，全球的设计师们提出效率更低和/或更为复杂的拓扑结构，例如降压或SEPIC拓扑结构，支持控制器集成电路实现对负载的瞬时电压或电流的直接(即无光电耦合器)电压反馈。
在传统升降压拓扑中实现这样的单接地自供电的主要问题在于，这样的系统需要一个额外的直流电压(如一个电池)为控制器芯片提供启动电源，与大容量电容器和大电流电阻性负载并联，这需要一个功率过大且效率低的与主电源电压相连接的“启动电阻器”。
举一个简单的例子，对于功率为6W升降压拓扑，它具有一个6V/1A的电阻性负载，要在负载端产生这一电压并“启动”一个在“点火”后能够维持其自供电的PWM芯片，以标准的120伏供电计算，启动电阻器的功率损耗应该是120V-6v x 1A＝114W。此外，负载两端的一个200uF的大容量电容器将最低需要20-50A的启动电流，这种情况进一步阻碍了这种方法。即使最终“点火”之后启动电阻器通过高电压可编程开关与电路断开连接，这也是事实。这是因为在那样的功率范围，启动电阻器的尺寸将比整个转换器电路板尺寸更大。
启动方法和步骤的描述
因此，本实施例中使用的方法包括一个“两步启动”法，其中除了PWMic(120)控制器和升降压电感(Lbb)，还有六个额外的部分，如启动电阻器Rst(114)，第一升降压二极管Dbb1(511)，第二升降压二极管Dbb2(516)，第一升降压电容器Cbb1(514)，第二升降压电容器Cbb2(514)以及负载LEDc1(310)，用于在传统升降压拓扑电路中实现“单接地-自供电目标。”
如本文中其他具体体现，作为本发明的主题，当单级单接地自供电升降压LED驱动电路与交流线路相连接时，连接于桥式整流器BR(53)的负极端子和接地(55)之间的小功率(0.25W)启动电阻器Rst(114)将关闭由高压桥式整流器(53)的正输出端子输出的电流，其电路中还包括如下几个元器件,如升降压电感Lbb(510)、第一升降压二极管Dbb1(511)、PWMic(120)的Vcc和GND供电端子以及接地(55)。
伪双级升压单接地升降压系统描述
升压转换器操作模式已在上文结合图8“双级升压-隔离式回扫多列LED驱动器实施例”所示的实施例中完整描述，在本实施例电路中Db2(119)代替MOSFET升压缓冲晶体管Mb(112)。
本实施例的单接地升降压转换器电路的原理图已经得到执行，在功能上与上文结合图13“单级单接地自供电升降压LED驱动器实施例”所示的实施例相同，其中更好地说明了一种仅使用一个控制器芯片和一个MOSFET缓冲晶体管控制双级转换器电路的革新性方法所具备的优势。
此伪双级转换器的方法和功能性以及单接地自供电创新性技术已在之前的实施例描述中完全描述。
针对本实施例，无需与相关技术的对比图表，因为这些解决方案的元器件数量、尺寸、性能及成本优势不言而喻。
15.单片LED驱动器实施例的描述
简介
本说明书中此实施例描述部分包括二十个(20)固态(“单片”)LED驱动电路解决方案实施例，通过这些特定的LED驱动器实施例中所采用的几种新颖的控制方法和/或新颖的子电路系统，这些实施例可以取代在上文相关技术部分所描述的所有其他类似的拓扑驱动器解决方案。
在电源管理半导体行业，还没有一个全球顶级制造商真正参与这一崭新而极具前途的LED驱动器技术中，除了三星电子、首尔半导体公司、Exclara、超科以及其他一些“先锋”，他们以不同的展示名称宣传他们的产品，例如交流LED灯、固态LED灯、单芯片LED灯或序列LED驱动器，所有的这些名称都不够清晰(例如SMPS LED灯可以被称为交流LED灯、单芯片LED灯、固态LED灯)并且/或者没有对这个新装置的用途和最终目标详尽无遗地加以描述，还可称为紧凑型LED灯、小型LED灯或一体LED灯。
因此，根据本说明书，使用术语“单片”，因为对于一个最终可能成为非常微型、成本极低的照明设备的装置而言，这一术语更加通用、更具代表性，这种装置只有两个供电端子和一个传统的螺旋交流接头，类似于现存的爱迪生灯泡，只要实现高品质照明，没有人在意其中采用了什么技术。
和所有传统灯泡一样，LED装置不能直接接入120-240Vac的标准电力线路，也不能接入12Vdc汽车电池，因为它们是半导体(固态)装置，需要精确限制的电流，典型的氮化镓(GaN)LED装置电压为2.8V–3.5V。因为这个问题，改进型LED灯可能包括一个或多个并联或串联连接的LED，以便和它们的电源兼容，LED灯也是“二极管”，在交流系统中工作时需要一个整流电路。
考虑到LED装置需要精确的电流/电压控制，需要将一个“电源接头”安全地接入未经调节的直流或交流电源线路中，并且如此处简介中所描述，这些接头可以是镇流器、SMPS或单片驱动器装置，每个装置都有各自特定的优缺点。
单片驱动器的目的和设计问题代表本专利申请书章节的主题，相对而言，例如笨重的线圈和电容器之类的传统器件显然不在讨论之列，因为按照定义，“单片”意味着“一体”，“一体”这一术语目前用于“全定制设计”芯片，和“混合”芯片相对，“混合”芯片不能称作“单片”，而是称作“多芯片模组”(MCM)。
线圈和电容器是已知的唯一能够存储并将未经调节的有压电线转化成恒压和/或恒流供电线的电抗元件。除了30多年前发明的闸流晶体管(SCR，可控硅整流器)以及1997和1999年在两个美国专利和技术杂志(参见相关技术)中介绍的Benistor，目前没有设计专用于把120-240Vac供电线降低为4-20Vdc的电源的单片装置，以便适合一个或多个LED装置串联连接。
然而，使用“电容式电荷泵”电路和/或其他复杂的数字电压控制开关系统的很多其他复杂的顺序开关系统也可以高效地执行此电压转换，但是在很多情况下，非常复杂的系统可靠性更低，且更昂贵。
因此，在本说明书的这一章节中，此处提到的一些实施例将基于Benistor高效控制从交流或直流电源到负载的电能传输的概念，其中的一些实施例还将更进一步揭示专门用于控制这些非常高效但也非常脆弱的非线性LED装置的创新性方法和/或创新性系统。
下文提出的所有理论型或实用型实施例都具有一个最终目标：将“极致照明装置”制造为成本低廉的单块芯片，使其能够嵌入改进型LED阵列晶片灯具中，通过两根电线直接与标准的50-60Hz,120V-240V交流线路相连，效率超过90％，功率因数超过0.99并且A.THD低于10％。
实施例18
单片LED驱动器——串联电路方法
图18a示出了四个Benistor串联单片LED驱动器方框电路原理图的一个实施例。图18b示出了图18a所示的Benistor单片LED驱动器获得的一系列电流/电压图。
在描述其余的包含Benistor元件的实施例之前，本说明书现在先简要介绍一下，此部分下文图38-40论述一个Benistor装置实施例的内部结构和功能。
元器件连接的描述
如本文具体体现，此单片LED驱动电路包括最少元器件的交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)和四Benistor LED驱动电路，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负极与接地(53)连接，四Benistor LED驱动电路包括：
(a)第一八端子Benistor Sw1(601)，其包括：
-第一正极“A”端子，与Vin相连接；
-第二负极“K”端子，与LED第一列LEDc1(721)的正极相连接；
-第三电压感测“Vs”端子，与SW1(601)的正极A端子相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(613)的正极端子相连接，直流电压电源(613)的负极端子与Sw1的“ZVR”端子相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(614)的正极端子相连，直流电压电源(614)的负极端子与Sw1的“ZVR”端子相连；
-第六电流设置端子“Cc”，与LEDc1(721)的负极以及第一电流感测电阻器Rc1(722)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与第二八端子Benistor Sw2(602)的反馈端子相连接；以及
-第八基准零电压端子“ZVR”，与Rc1(722)的第二端子相连接。
(a)第二八端子Benistor Sw2(602)，其包括：
-第一正极“A”端子，与Vin相连接；
-第二负极“K”端子，与Rc1(722)的第二端子以及LED第二列LEDc2(722)的正极相连接；
-第三电压感测“Vs”端子，与SW2(602)的正极A端子相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(623)的正极端子相连接，直流电压电源(623)的负极端子与Sw2的“ZVR”端子相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(624)的正极端子相连，直流电压电源(624)的负极端子与Sw2的“ZVR”端子相连；
-第六电流设置端子“Cc”，与LEDc2(731)的负极以及第二电流感测电阻器Rc2(732)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与第三八端子Benistor Sw3(603)的反馈端子相连接；以及
-第八基准零电压端子“ZVR”，与Rc2(732)的第二端子相连接。
(c)第三八端子Benistor Sw3(603)，其包括：
-第一正极“A”端子，与Vin相连接；
-第二负极“K”端子，与LED第三列LEDc3(741)的正极相连接；
-第三电压感测“Vs”端子，与SW3(603)的正极A端子相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(633)的正极端子相连接，直流电压电源(633)的负极端子与Sw3的“ZVR”端子相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(634)的正极端子相连，直流电压电源(634)的负极端子与Sw3的“ZVR”端子相连；
-第六电流设置端子“Cc”，与LEDc3(741)的负极以及第一电流感测电阻器Rc3(742)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与第四八端子Benistor Sw4(604)的反馈端子相连接；以及
-第八基准零电压端子“ZVR”，与Rc3(742)的第二端子相连接。
(d)第四八端子Benistor Sw4(604)，其包括：
-第一正极“A”端子，与Vin相连接；
-第二负极“K”端子，与LED第三列LEDc4(751)的正极相连接；
-第三电压感测“Vs”端子，与SW4(604)的正极A端子相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(643)的正极端子相连接，直流电压电源(643)的负极端子与Sw4的“ZVR”端子相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(644)的正极端子相连，直流电压电源(644)的负极端子与Sw4的“ZVR”端子相连；
-第六电流设置端子“Cc”，与LEDc4(751)的负极以及第四电流感测电阻器Rc4(752)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与第三八端子Benistor Sw2(603)的反馈端子相连接；以及
-第八基准零电压端子“ZVR”，与Rc4(752)的第四端子以及系统接地(55)相连接。
Benistor功能的描述
如本文中其他具体体现，Benistor是一个多端子可控电子管(例如五极真空管或六极管等旧的真空电子管的一种升级的单片固态版)，这一特殊结构具有8个端子，例如：
1)A(正极或Vin)电源输入端子，通常与电源输出连接；
2)K(负极或电压输出)电源输出端子，通常与负载连接；
3)Vs端子，感测正极、负极或系统任何其他节点的电压；
4)Von低功率输入端子，仅用于在Vs电压值高于施加在Von端子上的电压值时，激活(闭合)正极和负极之间的内部开关；
5)Voff低功率输入端子，仅用于在Vs电压值高于施加在Voff端子上的电压值时，断开(OFF)正极和负极之间的内部开关；
6)Cc低功率输入端子，迫使Benistor的正负极(“AK”)接合点线性操作并降低外部电路电流，与Cc端子上施加的电压增加值成比例，因此，逐渐地，当Cc端子上施加的电压为0V时，AK接合点上没有电阻(0ohms)，允许负载所需的最大电流，当Cc端子上施加的电压为1V或者更高时，AK接合点上电阻无限大(10Mohms)，限制负载的电流接近为0；
7)FB低功率反馈端子，通常与其他Benistor反馈端子相连接，旨在“平稳地同步”ON-OFF开关操作，以便避免电路主电流的缺口并防止增加不必要的噪音，以及增加A.THD参数，A.THD参数增加将导致整个系统的功率因数参数降低；以及
8)“ZVR”低电流基准零电压端子，通常与系统接地连接，但是在某些情况下，通过在其电路中插入一个电阻器，它可以用于迫使Benistor成为一个恒流同步器(“CCS”)。
LED驱动器功能描述
如本文中具体体现，以CVCC(恒压恒流)方式，一个四Benistors串联LED驱动电路(如图18a所示)可以控制一个由四根LED条带组成的120-240Vac改进型LED灯的照明显示屏，使其非常高效并近似单位功率因数，在自开关操作模式下(即，Benistors不需要外部元器件，如生成周期性ON-OFF振荡的线圈或电容器)，迫使改进型LED灯的主电流遵循一个正弦波图形，与电源电压图形形状同相(实现PF>0.99)，如图18b中所示，电流/电压图形，E部分。
一方面，通过正确设置施加于每个Benistor(613到643)的Von和Voff电压控制输入端子上的每个直流电压源的电压值，为四根LED条带提供正确的电压，以此来实现该性能。另一方面，通过为每个Benistor的电流控制输入端子选择正确的电流感测电阻器(Rc1到Rc4)阻值，来限制每个LED条带的电流使其符合预设的限值，以此来实现该性能。
如图18b，D部分的图形所示，供电输入交流电压(120vrms意味着峰值170)从零增加到大约33V期间，只有第四Benistor Sw4(604)接通，允许一个增加的电流通过第四LED列LEDc4(651)(由11个3V/LED阈值的LED组成)，直到电流达到预设限值，然后LEDc4(651)条带的电流由第四Benistor Sw4(604)的Cc端子限制，直至电源电压增加到大约66V，达到下一根10个LED的条带，LEDc3(741)的阈值电压，此时Sw4(604)和Sw3(603)反馈FB端子允许从第四Benistor至第三Benistor的控制转移，即，Sw4(604)断开和Sw3(603)接通，从此刻起直至电源电压达到99V，Cc电流控制端子限制LEDc4(651)和LEDc3(741)这两根LED条带的电流，使其达到第三电流感测电阻器Rc3(742)的电阻值确定的更高值。
这样，当交流电源电压达到其170v峰值的时候，只有第一Benistor Sw1(601)接通并且其Cc端子限制所有四个条带的电流低至适合于5W、10W或100W改进型LED灯的预设值。
当电压开始下降，返回至零时，该过程逆转进行，仅在Benistors平稳地在彼此之间转移控制，只有一个Benistor接通，所有其他Benistor均断开时，存在短暂的渡越时间。
每个条带LED的数量计算正确时，该系统的效率可以超过96％，毫无疑问将取代该行业所有现有的SMPS LED驱动器拓扑。
从最佳性能、元器件数量减少至“单个芯片驱动器”、体积小、几乎无限的使用寿命、嵌入LED阵列模块的可能性以及这种驱动器制造成本低廉这些方面考虑，显然这些装置极有可能成为未来“极致改造型LED灯”。
实施例19
单片LED驱动器——并联电路方法
图19a示出了四个Benistor并联单片LED驱动器方框电路原理图的一个实施例。图19b示出了图19a所示的Benistor单片LED驱动器获得的一系列电流/电压图。
元器件连接的描述
如本文具体体现，单片LED驱动电路包括最少元器件的交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)和四Benistor LED驱动电路，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负极输出端子与接地(53)连接。
四Benistor LED驱动子电路包括：
(a)第一八端子Benistor Sw1(601)，其包括：
-第一正极“A”端子，与LED第一列LEDc1(721)的负极相连接，LEDc1(721)的正极与Vin相连接；
-第二负极“K”端子，与第一电流感测电阻器Rc1(722)相连，Rc1(722)的另一端子与接地(55)相连；
-第三电压感测“Vs”端子，与Vin相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(613)的正极端子相连接，直流电压电源(613)的负极端子与接地(55)相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(614)的正极端子相连接，直流电压电源(614)的负极端子与接地(55)相连；
-第六电流设置端子“Cc”，也与Rc1(722)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与第二八端子Benistor Sw2(602)的反馈端子相连接；以及
-第八基准零电压端子“ZVR”，与接地(55)相连接。
(b)第二八端子Benistor Sw2(602)，其包括：
-第一正极“A”端子，与LED第二列LEDc2(731)的负极相连接，LEDc2(731)的正极与LEDc1(721)的负极相连接；
-第二负极“K”端子，与第二电流感测电阻器Rc2(722)相连，Rc2(722)的另一端子与接地(55)相连；
-第三电压感测“Vs”端子，与Vin相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(623)的正极端子相连接，直流电压电源(623)的负极端子与接地(55)相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(624)的正极端子相连接，直流电压电源(624)的负极端子与接地(55)相连；
-第六电流设置端子“Cc”，也与Rc2(732)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与Sw1(601)的FB端子相连接；并且
-第八基准零电压端子“ZVR”，与接地(55)相连接。
(c)第三八端子Benistor Sw3(603)，其包括：
-第一正极“A”端子，与LED第三列LEDc3(741)的负极相连接，LEDc3(741)的正极与LEDc2(731)的负极相连接；
-第二负极“K”端子，与第三电流感测电阻器Rc3(742)相连，Rc3(742)的另一端子与接地(55)相连；
-第三电压感测“Vs”端子，与Vin相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(633)的正极端子相连接，直流电压电源(633)的负极端子与接地(55)相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(634)的正极端子相连接，直流电压电源(634)的负极端子与接地(55)相连；
-第六电流设置端子“Cc”，也与Rc3(742)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与Sw2(602)的FB端子相连接；并且
-第八基准零电压端子“ZVR”，与接地(55)相连接。
(d)第四八端子Benistor Sw4(604)，其包括：
-第一正极“A”端子，与LED第四列LEDc4(751)的负极相连接，LEDc4(751)的正极与LEDc3(741)的负极相连接；
-第二负极“K”端子，与第四电流感测电阻器Rc4(752)相连，Rc4(752)的另一端子与接地(55)相连；
-第三电压感测“Vs”端子，与Vin相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(643)的正极端子相连接，直流电压电源(643)的负极端子与接地(55)相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(644)的正极端子相连接，直流电压电源(644)的负极端子与接地(55)相连；
-第六电流设置端子“Cc”，也与Rc4(752)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”，与Sw3(603)的FB端子相连接；并且
-第八基准零电压端子“ZVR”，与接地(55)相连接。
上文已结合图18a描述了Benistor的功能。
LED驱动器功能描述
如本文中具体体现，根据本说明书，以CVCC(恒压恒流)方式，四Benistors并联LED驱动电路(如图19a所示)可以控制一个由四根LED条带组成的120-240Vac改进型LED灯的照明显示屏，使其非常高效并近似单位功率因数，在自开关操作模式下(即，Benistors不需要外部元器件，如生成周期性ON-OFF振荡的线圈或电容器)，迫使改进型LED灯的主电流遵循一个正弦波图形，与电源电压图形形状同相(实现PF>0.99)，如图18b中所示，电流/电压图形，E部分。
一方面，通过正确设置施加于每个Benistor(613到643)的Von和Voff电压控制输入端子上的每个直流电压源的电压值，为四根LED条带提供正确的电压，以此来实现该性能。另一方面，通过为每个Benistor的电流控制输入端子选择正确的电流感测电阻器(Rc1到Rc4)阻值，来限制每个LED条带的电流使其符合预设的限值，以此来实现该性能。
如图19b，D部分的图形所示，并联电路的工作原理非常相似，但是与上文图18所述的串联电路相位相反，即，当电源电压增加时，Sw1(601)第一个接通，Sw4(604)最后一个接通，控制所有4个LED条带的电压和电流。
实施例20
单单元正极负载压控限流开关(VCLCsw)LED驱动器
图20示出了单单元正极负载压控限流(VCLC)开关LED驱动电路的一个实施例。
元器件连接的描述
如本文具体体现，此单单元正极负载压控限流(VCLC)开关LED驱动电路包括最少元器件的交直流转换器子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)和八端子压控限流开关VCLCsw(601)子电路，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负输出端子与接地(53)连接。
在一个实施例中，八端子压控限流开关VCLCsw(601)子电路包括：
-第一正极“A”(651)端子，通过LED列LEDc1(721)可操作地与Vin相连接；
-第二负极“K”(658)端子，与电阻器Rc1(722)第一端子相连，Rc1(722)的另一端子与接地(55)相连；
-第三电压感测“Vs”(562)端子，直接与Vin相连接；
-第四电压设置端子“Von”，与直流电压电源(633)的正极端子相连接，直流电压电源(633)的负极端子与接地(55)相连；
-第五电压设置端子“Voff”，与直流电压电源(614)的正极端子相连接，直流电压电源(614)的负极端子与接地(55)相连；
-第六电流设置端子“Cc”，也与Rc1(722)的第一端子相连；
-第七反馈端子“FB”未连接；并且
-第八基准零电压端子“ZVR”，与接地(55)相连接。
内部，VCLCsw(601)包括：
-MOSFET缓冲BUF(661)，其漏极与A(651)相连接，其源极与K(658)相连接，其栅极与微型控制器uC(666)相连接；
-第一比较器V1(662)，一个输入端子与Von(653)相连，另一个输入端子与Vs(652)相连，其输出端子与uC(666)相连接；
-第二比较器V2(663)，一个输入端子与Voff(654)相连，另一个输入端子与Vs(652)相连，其输出端子与uC(666)相连接；
-运算放大器C(665)，一个输入端子与Cc(657)相连，另一个输入端子与uC(666)相连，其输出端子也与uC(666)相连接；
-并联电压基准电压BGVR，其正极与“ZVR”(655)相连接，负极与uC(666)相连接；并且
-温度感测器Ts(667)与uC(666)相连接。
电路功能描述
如本文进一步具体体现，本系统实施例代表一种特定的电路拓扑，元器件层次的电路拓扑，使用Benistor符号的方框电路原理图，如图19a“单片LED驱动器-并联电路方法实施例”所示，其可以精确控制一个LED条带的电压和电流。
在这个特定电路中，VCLCsw(601)的操作由uC(666)微控制器控制，uC(666)微控制器驱动MOSFET缓冲BUF(661)。
根据时时从其模拟传感器获得的复杂信号确定的适当程序，如V1(662)和V2(663)感测的Vin上的瞬时电压值，运算放大器C(665)感测的LED瞬时电流以及Ts(667)感测的环境温度。
BGVR(664)为整个系统提供基准电压，确保操作精度和可靠性。
VCLCsw(601)只代表一个单元，只能控制一个LED条带。
复杂的照明系统可以使用4、8、16或64个类似的单元，不仅可以控制条带级的LED，也可以“逐个LED”地控制，提高效率至97％以上(使用越多的单元，整个系统的效率越高)，uC(666)还执行其他功能，如I/O数字数据反馈，可支持远程控制的和大型建筑物、工作室或影院灯具的快速调节。
实施例21
单单元负极负载压控限流开关(VCLCsw)LED驱动器
图21示出了单单元负极负载压控限流(VCLC)开关LED驱动电路的一个实施例。
元器件连接的描述
如本文具体体现，此单单元负极负载压控限流(VCLC)开关LED驱动电路包括最少元器件的交直流转换器子电路和六端子压控限流开关VCLCsw(601)子电路，其中,交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正输出端子Vin上提供未经滤波的直流脉冲电压，其负极输出端子与接地(53)连接。
六端子压控限流开关VCLCsw(601)子电路包括：
-第一正极“A”(651)端子，与Vin相连接；
-第二负极“K”(658)端子，通过LED列LEDc1(721)与电阻器Rc1(722)第一端子相连，Rc1(722)的另一端子与接地(55)相连；
-第三电压感测“Von”(653)端子，与Vin相连接；
第四电压设置端子“Voff”(654)，与稳压二极管Dv1(686)的正极相连，其负极通过电阻器Rvr1(687)与Vin相连接；
-第五电流设置端子“Cc”，也与Rc1(722)的第一端子相连；并且
-第六基准零电压端子“ZVR”，与接地(55)相连接。
内部，VCLCsw(601)包括：
-MOSFET缓冲BUF1(681)，其漏极与A(651)相连接，其源极与K(658)相连接，其栅极与第二稳压二极管Vlim1(683)的负极，Vlim1(683)的正极与“ZVR”(655)端子相连接；
-ON电阻器Ron1连接于BUF(661)栅极和Von(653)端子之间；
-电压晶体管Qv1(685)，其基极与Voff(653)端子相连接，其集电极与BUF(681)栅极相连接，其发射极与“ZVR”(655)相连接；并且
-电流晶体管(684)，其基极与Cc(657)端子相连接，其集电极与BUF(681)栅极相连接，其发射极与“ZVR”(655)相连接。
电路功能描述
如本文进一步具体体现，本系统实施例代表一种特定的电路拓扑，元器件级的电路拓扑，使用Benistor符号的方框电路原理图，如图18a“单片LED驱动器-串联电路方法实施例”所示，其可以同时控制一个LED条带的电压和电流。
在这一特定电路中，Ron 1(682)为BUF1(681)的栅极供电，保持缓冲器接通(ON)直至Vin达到高于Dv1(686)阈值的数值时，Qv1(685)将其断开。
尽管Vin电压值和Ron1(682)电流波动巨大，Vlim1(683)保持BUF1(681)栅极电压恒定。
Rc1(722)两端的电压高于0.6V时，Qc1(684)通过降低其栅极电压线性地控制BUF1(681)的输出电流。
该VCLCsw(601)控制器的这一不同拓扑代表一个成本极为低廉的Benistor单元的另一特定版本。
像这样的五个或更多个单元串联或者并联足以驱动高达20w的改进型LED灯。
实施例22
单片LED驱动器-整体反馈串联电路
图22a示出了单片LED驱动器-整体反馈串联电路的一个实施例。图22b示出了图22a所示的单片LED驱动器获得的一系列电流/电压图。
元器件连接的描述
如本文具体体现，这一元器件数量少、成本低的单片LED驱动电路包括最少元器件的交直流转换器子电路和包括四个仅有电流控制的VCLCsw单元的子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正极输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负极输出端子与接地(53)连接，其中
a)第一VCLCsw单元包括：
-第一MOSFET缓冲器BUF1(681)，其漏极与Vin相连接，其源极与LED条带LEDc1(721)的正极相连接，其栅极与稳压二极管Vlim1(683)的负极相连接；
-NPN型晶体管Qc1(684)，其基极与LEDc1(721)的负极以及电流电阻器Rc1(722)的第一端子相连接，其发射极与Rc1(722)的另一个端子以及Vlim1(683)的正极相连接，其集电极与BUF1(681)的栅极相连接；并且
-ON电阻器Ron1(682)从Vin连接到BUF1(681)的栅极。
(b)第二VCLCsw单元包括：
-第二MOSFET缓冲器BUF2(691)，其漏极与Vin相连接，其源极与第二LED条带LEDc2(721)的正极以及Rc1(722)的第二端子相连接，其栅极与第二稳压二极管Vlim2(693)的负极相连接；
-第二NPN型晶体管Qc2(694)，其基极与LEDc2(731)的负极以及第二电流电阻器Rc2(732)的第一端子相连接，其发射极与Rc2(732)的另一个端子以及Vlim2(693)的正极相连接，其集电极与BUF2(691)的栅极相连接；并且
-第二ON电阻器Ron2(692)从Vin连接到BUF2(691)的栅极。
(c)第三VCLCsw单元包括：
-第三MOSFET缓冲器BUF3(701)，其漏极与Vin相连接，其源极与第三LED条带LEDc3(741)的正极以及Rc2(732)的第二端子相连接，其栅极与第三稳压二极管Vlim3(703)的负极相连接；
-第三NPN型晶体管Qc3(701)，其基极与LEDc3(741)的负极以及第三电流电阻器Rc3(742)的第一端子相连接，其发射极与Rc3(742)的另一个端子以及Vlim3(703)的正极相连接，其集电极与BUF3(701)的栅极相连接；并且
-第三ON电阻器Ron3(702)从Vin连接到BUF3(701)的栅极。
(d)第四VCLCsw单元包括：
-第四MOSFET缓冲器BUF4(711)，其漏极与Vin相连接，其源极与第四LED条带LEDc4(751)的正极以及Rc3(742)的第二端子相连接，其栅极与第三稳压二极管Vlim4(713)的负极相连接；
-第四NPN型晶体管Qc4(714)，其基极与LEDc4(751)的负极以及第四电流电阻器Rc4(752)的第一端子相连接，其发射极与Rc4(752)的另一个端子以及Vlim4(713)的正极相连接，其集电极与BUF4(711)的栅极相连接；并且
-第四ON电阻器Ron4(712)从Vin连接到BUF4(711)的栅极。
电路功能描述
如本文进一步具体体现，本系统实施例说明了四条带LED驱动器的电路，其中采用了四个相同的VCLCsw单元(类似于图21中所示的电路)，在该电路中只有电流控制，所以去掉了Voff晶体管Qv1(685)及其附加的稳压二极管Dv1(686)。
这些实施例揭示了VCLCsw单元以“图腾柱”结构连接所产生的反馈的优点，允许每一个更高一级的缓冲晶体管平稳地断开更低一级的缓冲晶体管。
在本实施例中，电压控制通过电流控制晶体管自动获得，当LED中的电流增加时，电流控制晶体管降低缓冲器栅极的电压。
一个12W改进型LED灯具样品已经得到实施，其完全按照这一特定的具有六个相同单元的拓扑结构。该驱动器的主电流波形如图22b所示。
即使是这一元器件数量非常少且成本极低的电路，基准测试结果也已显示功率因数非常好，0.96以上。
实施例23
单片LED驱动器-整体反馈并联电路
图23a示出了一个单片LED驱动器-整体反馈并联电路的实施例，该电路中包括四个VCLCsw单元，采用同样简单的晶体管-稳压二极管电压控制，如图21所示，并且撤掉了电流控制晶体管，仅采用反馈电流控制。图23b为从如图23a所示的Benistor单片LED驱动器中获得的一系列的电流/电压图。
如本文具体体现，这一元器件数量少、成本低的单片LED驱动电路包括:一个最少元器件的交直流转换器子电路和一个包含四个并联连接的VCLCsw单元的子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正极输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负极输出端子与接地(53)连接，其中
(a)第一VCLCsw单元包括：
-第一MOSFET缓冲器BUF1(681)，其漏极与LED条带LEDc1(721)的负极相连接，LEDc1(721)的正极与Vin相连接，其源极与电流电阻器Rc1(722)的第一端子相连接，其栅极与稳压二极管Vlim1(683)的负极相连接，Vlim1(683)的正极与与接地(55)相连；
-电压控制NPN型晶体管Qv1(685)，其基极与第一稳压二极管Dv1(686)的正极相连接，Dv1(686)的负极通过电阻器Rvr1(687)与LEDc1(721)的负极相连接，其发射极与接地(55)相连，其集电极与BUF1(681)的栅极相连接；并且
-ON电阻器Ron1(682)，从LEDc1(721)的负极连接到BUF1(681)的栅极。
(b)第二VCLCsw单元包括：
-第二MOSFET缓冲器BUF2(691)，其漏极与与LED条带LEDc2(731)的负极相连接，LEDc2(731)的正极与LEDc1(721)的负极相连接，其源极与Rc1(722)的第二端子以及第二电流电阻器Rc2(732)的第一端子相连，BUF2(691)的栅极与第二稳压二极管Vlim2(693)的负极相连接，Vlim2(693)的正极与接地(55)相连。
-第二电压控制NPN型晶体管Qv2(695)，其基极与第二稳压二极管Dv2(696)的正极相连接，Dv2(696)的负极通过电阻器Rvr2(697)与LEDc2(731)的负极相连接，其发射极与接地(55)相连，其集电极与BUF2(691)的栅极相连接；并且
-第二ON电阻器Ron2(692)，从LEDc2(731)的负极连接到BUF2(691)的栅极。
(c)第三VCLCsw单元包括：
-第三MOSFET缓冲器BUF3(701)，其漏极与与LED条带LEDc3(741)的负极相连接，LEDc3(741)的正极与LEDc2(731)的负极相连接，其源极与Rc2(732)的第二端子以及第三电流电阻器Rc3(742)的第一端子相连，BUF3(701)的栅极与第三稳压二极管Vlim3(703)的负极相连接，Vlim3(703)的正极与接地(55)相连；
-第三电压控制NPN型晶体管Qv3(705)，其基极与第三稳压二极管Dv3(706)的正极相连接，Dv3(706)的负极通过电阻器Rvr3(707)与LEDc3(741)的负极相连接，其发射极与接地(55)相连，其集电极与BUF3(701)的栅极相连接；并且
-第三ON电阻器Ron3(6702)，从LEDc3(741)的负极连接到BUF3(701)的栅极。
(d)第四VCLCsw单元包括：
-第四MOSFET缓冲器BUF4(711)，其漏极与LED条带LEDc4(751)的负极相连接，LEDc4(751)的正极与LEDc3(741)的负极相连接，其源极与第三电流电阻器Rc3(742)的第一端子相连，其栅极与第四稳压二极管Vlim4(713)的负极相连接，Vlim4(713)的正极与接地(55)相连；
-第四电压控制NPN型晶体管Qv4(715)，其基极与第四稳压二极管Dv4(713)的正极相连接，Dv4(713)的负极通过电阻器Rvr4(717)与LEDc4(751)的负极相连接，其发射极与接地(55)相连，其集电极与BUF4(711)的栅极相连接；并且
-第四ON电阻器Ron4(712)，从LEDc4(751)的负极连接到BUF4(711)的栅极。
电路功能描述
如本文进一步具体体现，本系统实施例说明了四条带LED驱动器的电路，其中采用了四个相同的VCLCsw单元(类似于图21中所示的电路)，在该电路中只提供电压控制，所以去掉了电流控制晶体管Qc1(684)。通过直接将反馈电阻器嵌入四个缓冲MOSFET晶体管的每个源极，以串联电路连接，电路起始于驱动桥式整流器BR(53)旁边的第一LED条带的单元，截止于驱动接地(55)附近的最后一根LED条带的单元，以此实现电流控制功能。
应当认识到，如本说明书通篇使用的，就本实施例电路的原理图拓扑而言，“串联”这一术语并不是指缓冲晶体管彼此之间的相对位置，因为在所有的电路中，无论使用什么方法，缓冲器表现为彼此“并联”，只有“正极负载”和“负极负载”版本表现为它们之间唯一的区别。
更确切的说，在该组实施例中，术语“串联”指的是“Vlim(n)”稳压二极管串联连接，或以“图腾柱”结构连接，以便设置每个缓冲器栅极电压逐步增加，来确保每个栅极的“恒定电压”，与每个缓冲器需要驱动的LED条带的数量增加成比例，操作模式为CVCC模式。
在本说明书下文实施例26：“单片LED驱动器-最少元器件串联电路实施例”的描述中这一方面将更加明显，其中，电压控制稳压二极管Vlim1到Vlim4表现为明显的“串联连接”结构，相对接地而言，BUF4栅极仅有30V，而BUF1栅极大约140V，因为它驱动4个LED条带，每个条带拥有大约33V的阈值。
另一方面，采用“并联方法”的电路中，所有缓冲器的栅极电压相同，所以所有栅极都可以“并联”连接，仅一个稳压二极管就可以确保它们的电压稳定。
这些实施例揭示了正极负载VCLCsw单元产生电流反馈的优点，该VCLCsw单元拥有直接施加于缓冲MOSFET晶体管源极的电流反馈。这用非常简单的方法避免使用一个额外的电流控制晶体管并简化经典的Benistor拓扑结构。
感测电阻器的“图腾柱”结构，从更靠近桥式整流器的Benistor单元开始，到接地旁的Benistor单元结束，直接在缓冲器级实现非常好的电流反馈，允许缓冲晶体管平稳的切断下一级缓冲器，为了实现超过0.99的功率因数，正确计算每个条带的LED数量以及每个感测电阻器的阻值是关键。
因为LED对电流比对电压更敏感，而且MOSFET晶体管不受温度变化的影响，尤其是“室内改进型LED灯”应用(即，合理的温度范围内，15–40℃)实现非常好的反馈电流时，可以不采用每个单元电路中包含的三个电压控制元器件，如Qv(n)、Dv(n)和Rv(n)，以便减少元器件数量、尺寸和整个电路的成本(一些应用中整个电路可能包括3-60个Benistor单元)，且不会让驱动器系统面临LED条带失控的高风险。
一个14W改进型LED灯样品已经得到实施，其采用这一特定拓扑结构，拥有五个相同的单元，其中的三个电压控制/保护元器件被去掉。
根据这种特定的“正极负载多单元缓冲电阻器源反馈五Benistor单元LED驱动器”的每个感测/反馈电阻器电流/电压值波形，电流/电压图形可能存在三种不同的形状，如：
a)“平顶正弦波”，如图27b“单片LED驱动器–最少元器件并联电路实施例”所示，其特点在于峰值电流极低、功率因数0.95和A.THD 18％，
b)“阶梯正弦波”，如本实施例图23b所示，其特点在于功率因数0.97和A.THD 10％及，
c)“光滑正弦波”，如图19b“单片LED驱动器–并联电路方法实施例”所示，其特点在于功率因数0.996和A.THD 4.7％，
下文其他实施例的描述中将提供更多有关效率和其他参数及特点的详细信息。
一个重要说明，从这里开始，为了在这个已经十分复杂的专利申请书中节省篇幅，除非在绝对必要时将描述实施例元器件之间的连接，否则，描述将简化为只是引用上文已充分描述的类似实施例的陈述。
实施例24
单片多条带LED驱动器-串联电路
图24示出了单片多条带LED驱动器-串联电路实施例的一个实施例。所说明的实施例包括四个使用相同的简单拓扑结构的Benistor单元，如结合图22“单片LED驱动器-整体反馈串联电路方法实施例”所描述的拓扑结构，并且去除了电流控制晶体管，仅采用反馈电流控制。
如本文中具体体现，图24中具体体现的这一电路与图22：“单片LED驱动器-整体反馈串联电路方法实施例”所示的实施例具有相同的拓扑结构，仅有一个不同之处在于只使用一个电流控制NPN型晶体管，如Qc1(684)，在该电路中，有2、3或4NPN型晶体管，如Q1A(684)、Q1B(688)、Q1C(689)和Q1D(690)，它们的发射极和集电极全部都连接于稳压二极管Vlim1(683)两端，用于在LED电流增加的时候，降低BUF1(681)栅极的电压。
在一个实施例中，可以使用多个电流控制晶体管，所有的LED制造商强烈建议不要并联连接LED条带，除非每根条带连接至少一个镇流电阻器，以平衡每个单元之间始终存在小额电压差。
然而，由于在高品质LED驱动器中，一些供应商(参见相关技术)更倾向于采用非常昂贵的元器件，例如使用一个并联电压稳压器、一个运算放大器和一个MOSFET缓冲器作为每个LED条带的“恒流同步器”(CCS)，旨在无限地增加一个特定改进型LED灯的“潜在使用寿命”，在此特定实施例中，揭示了一个“低成本解决方案”，其采用几个成本低廉的发挥同等作用的NPN晶体管(“2N2222”经典的NPN型晶体管，在大产量市场中，其成本不到1c/单位)，这些NPN晶体管输出并联，并且每个晶体管基极通过一个单独的感测电阻器与很多(数量根据特定应用的需要)LED列串联连接，通过采用这种低成本的“多电流控制输入Benistor”系统，可为改进型LED灯提供“更长久的潜在使用寿命”，而不是每个LED条带使用一个“完整的Benistor单元”。
实施例25
单片LED驱动器-高可靠性串联电路
图25示出了单片LED驱动器-高可靠性串联电路实施例的一个实施例。
如本文中具体体现，图25中具体体现的这一电路采用四个相同的Benistor单元，其拓扑结构即为结合图21：“单片LED驱动器-整体反馈串联电路方法实施例”所描述的串联方法拓扑结构，不同之处在于并非仅有一个电流控制NPN型晶体管，如Qc1(684)，而是采用一个更复杂、更昂贵的CVCC系统，其中包括每个Benistor单元使用的两个运算放大器，用于增加“户外改进型LED灯具”的反馈精度和可靠性，由于“户外改进型LED灯”可能需要面临由于冬季到夏季季节变换而总是会发生的巨大温度变化。
这一更加可靠同时也更加昂贵的CVCC系统包括一个经典的电流反馈运算放大器(OPAM)电路，通过感测电阻器感测每根LED条带的电流，以及一个经典的电压OPAM电路，感测LED条带上的电压，其输出和四个Benistor单元中的每个Benistor单元的缓冲晶体管的栅极相连接。
这一特定实施例代表一种非常可靠的串联方法Benistor电路版本，其中，运算放大器中无需独立电源，而是和LED条带一起，通过运行每个单元的MOSFET缓冲晶体管供电。
实施例26
单片LED驱动器-最少元器件串联电路
图26示出了单片LED驱动器-整体反馈并联电路的一个实施例。所说明的实施例包括四个Benistor单元。
元器件连接的描述
如本文具体体现，一个最少元器件的LED驱动电路包括：一个最少元器件的交直流转换器子电路和一个最少元器件的包括四Benistor单元的单片转换器子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正极输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负极与接地(53)连接，四Benistor单元包括：
(a)第一Benistor单元包括：
-第一MOSFET缓冲器BUF1(681)，其漏极与Vin相连接，其源极与LED条带LEDc1(721)的正极相连接，其栅极与稳压二极管Vlim1(683)的负极相连接；
-ON电阻器Ron1(682)从Vin连接到BUF1(681)的栅极。
(b)第二Benistor单元包括：
-第二MOSFET缓冲器BUF2(691)，其漏极与Vin相连接，其源极与Ledc1(721)的负极以及第二LED条带LEDc2(731)的正极相连接，其栅极与Vlim1(693)的正极和第二稳压二极管Vlim2(693)的负极相连接；
-第二ON电阻器Ron2(692)从Vin连接到BUF2(691)的栅极。
(c)第三Benistor单元包括：
-第三MOSFET缓冲器BUF3(701)，其漏极与Vin相连接，其源极与Ledc2(731)的负极以及第三LED条带LEDc3(741)的正极相连接，其栅极与Vlim2(693)的正极和第三稳压二极管Vlim3(703)的负极相连接；及
-第三ON电阻器Ron3(702)从Vin连接到BUF3(701)的栅极。
(d)第四Benistor单元包括：
-第四MOSFET缓冲器BUF4(711)，其漏极与Vin相连接，其源极与Ledc3(741)的负极以及第四LED条带LEDc2(721)的正极相连接，LEDc2(721)的负极通过感测电阻器Rc4(752)与接地相连接，其栅极与Vlim3(703)的正极以及第二稳压二极管Vlim4(713)的负极相连接，Vlim4(713)的正极通过电压控制电阻器Rvc(753)与接地(55)连接；及
-第四ON电阻器Ron4(712)从Vin连接到BUF4(711)的栅极。
电路功能描述
如本文进一步具体体现，本系统实施例说明了一个四条带LED驱动器的电路，其中采用了四个最少元器件的Benistor单元。
“串联方法”这一名称源于，为了保证系统的恒压特性，需要从接地(55)到每个缓冲晶体管栅极之间串联连接几个稳压二极管(或电压并联稳压器)，这样每个MOSFET缓冲器作为LED列控制和感测电阻器Rc4(752)的恒流源(CCS)。
如原理图所示，BUF4作为CCS，根据LEDc4(751)的栅极电压，通过Vlim4(713)和电流电阻器Rc4(752)以经典的负反馈方式限制LEDc4(751)电流，当LEDc4(751)内的电流增加时，Rc4(752)上的电压应当增加，然而，当Rc4(752)两端的电压增加过多时，缓冲器BUF4(711)栅源极电压将降低，将导致其输出电流降低，降低Rc4(762)两端的电压，所以稳压二极管Vlim4(713)为LEDc4(751)条带的两端提供稳定的输出电压和输出电流。
按照同样的步骤，BUF1(681)作为全部四根LED条带的CVCC控制器，如果LED电流因为任何原因(环境温度的变化和/或更高输入电源电压)增加，Rc4两端的电压将增加，四个串联的稳压二极管将不允许这样的情况发生。
除此简单且具有成本效益的CVCC转换器方式，该“图腾柱”结构允许在各Benistors单元之间添加一个额外的负反馈，即，当Vin增加足够多时，BUF3(701)开始拥有增加的输出电流，随后将计算BUF3(701)的栅极电压，允许BUF3(701)拥有比BUF4(711)更大的电流，以实现灯具电流逐步增加并成正弦波，以便实现最大的功率因数，BUF3将在Rc4(752)两端产生更高足够多的电压来断开BUF4(711)，为此，在这一特定电路中，不再需要Voff晶体管或比较器。换句话说，这看似非常简单的原理图实际上是一个非常复杂而可靠的“四Benistors串联方法LED驱动器”系统。
实施例27
单片LED驱动器-最少元器件并联电路
图27a示出了单片LED驱动器-整体反馈并联电路的一个实施例。图27b示出了图27a所示的Benistor单片LED驱动器获得的一系列电流/电压图。
元器件连接的描述
如本文具体体现，一个最少元器件的LED驱动电路包括一个最少元器件的交直流转换器子电路和一个最少元器件的包括四Benistor单元的单片转换器子电路，交直流转换器子电路包括桥式整流器BR(53)，桥式整流器BR与交流发电机Vac(51)可操作地连接，为其正极输出端子Vin上提供一个未经滤波的直流脉冲电压，其负极与接地(53)连接。四Benistor单元包括：
(a)第一Benistor单元包括：
-第一MOSFET缓冲器BUF1(681)，其漏极与第一LED条带LEDc1(721)的负极相连接(LEDc1(721)的正极与Vin相连接)，其源极与第一感测电阻器Rc1(722)的第一端子相连，其栅极与稳压二极管Vlim4(713)的负极相连接，Vlim4(713)的正极与接地(55)连接；及
-ON电阻器Ron1(682)从Vin连接到BUF1(681)的栅极以及Vlim4(713)的负极。
(b)第二Benistor单元包括：
-第二MOSFET缓冲器BUF2(681)，其漏极与第二LED条带LEDc2(731)的负极相连接(LEDc2(731)的正极与LEDc1(721)的负极相连接)，其源极与Rc1(722)的第二端子以及第一感测电阻器Rc1(722)的第一端子相连接，BUF1(681)栅极与稳压二极管Vlim4(713)的负极相连接。
(c)第三Benistor单元包括：
-第三MOSFET缓冲器BUF3(701)，其漏极与第三LED条带LEDc3(741)的负极相连接(LEDc3(741)的正极与LEDc2(731)的负极相连接)，其源极与第二感测电阻器Rc2(732)的第二端子以及第三感测电阻器(742)的第一端子相连接，BUF1(701)栅极与Vlim4(713)的负极相连接。
(d)第四Benistor单元包括：
-第四MOSFET缓冲器BUF4(711)，其漏极与第四LED条带LEDc4(751)的负极相连接(LEDc4(751)的正极与LEDc3(741)的负极相连接)，其源极与第三感测电阻器Rc3(742)的第二端子以及第四感测电阻器Rc4(752)的第一端子相连接，Rc4(752)的另一端子与接地(55％)连接，BUF3(701)栅极与稳压二极管Vlim4(713)的负极相连接。
电路功能描述
如本文进一步具体体现，本系统实施例说明了一个四条带LED驱动器的电路，其中采用了四个最少元器件的Benistor单元并联的方法。
“并联方法”这一名称源自，所有MOSFET缓冲器的栅极都可以并联通过电压源供电，相对于系统接地具有同样的电压值，在一些应用中，所有的栅极可以一起连接到唯一电压源的输出，通过唯一的稳压二极管或并联电压稳压器保持该输出稳定。
该特定电路实施例与图23：“单片LED驱动器-整体反馈并联电路方法实施例”中阐述的电路实施例非常相似，其已经通过从每个benistor单元中去掉三个电压控制元器件，如Qv(n)、Dv(n)和Rv(n)，将该实施例的元器件数量减少到最少，在该电路中，基于“整体反馈”，每个缓冲器自动断开前一个工作的缓冲器，以此按照与之前阐述的串联电路实施例相同的方式执行Voff功能，因此，在任何时候，当一个缓冲器接通的时候，所有其他缓冲器断开，除了存在短暂的渡越时间，目标是让其渡越时间平稳过渡，避免改进型LED灯主电流的缺口，因为主电流的缺口将增加A.THD并降低功率因数。
如原理图所示，所有缓冲器充当恒流源，所有缓冲器的感测电阻器串联连接，由于当其栅极由同一个的电压源供电时，更大的的感测电阻器意味着更低的电流，显然，BUF4(711)只有一个接地(55)的感测电阻器，将传输最大的电流，而BUF1(681)拥有四个串联感测电阻器接地(55)，将传输最低的电流至每个电路中的LED条带。
如图23：“单片LED驱动器-整体反馈并联电路方法实施例-b)电流/电压图”说明，随着Vin增加，需要四步让LED灯达最大照明，具体如下：
1.BUF1(681)是第一个开始获得一个漏源极电流的缓冲器，让第一条带LEDc1(721)发光，因为其漏极有更少数量的LED，其电流是最低的，因为其源极包括四个电阻器。
2.BUF2(691)是第二个获得漏源极电流的缓冲器，一旦Vin达到与两根LED条带阈值相等的值时，LEDc1(721)和LEDc2(731)两根条带发光，因为在其漏极拥有三个电阻器，BUF2(691)将获得更高的漏源极电流，随着其电流和电源电压增加，BUF1(681)栅源极电压和电流减少，当BUF2到达其最大电流的时候，BUF1完全断开。
作为这一过程的一个非常重要的部分，如图23b所示，BUF1(681)电流衰减的角度“v”需要与BUF2(691)电流增加的角度“z”完全相匹配，这样改进型灯具的电流“Ivac”不会减少，而是平稳地增加到下一级，遵循其电圧波形的形状，以实现一个近似单位功率因数性能。
3.BUF3(701)是第三个获得漏源极电流的缓冲器，因为上述提到的同样的原因，其拥有比之前的缓冲器更高的电流，最终将断开BUF1(681)和BUF2(691)，让三根LED条带发光，并将其电流增加至最大预设电压值，最大预设电压值由其源极电路中包括的两个电流电阻器的阻值确定。
4.BUF4(711)是最后一个让所有四根LED条带发光的缓冲器，其按照和其他缓冲器相同的过程，将增加LED条带的电流，让改进型灯具的亮度达到最大规格。
综上所述，这看似非常简单的电路实际上是一个非常复杂而可靠的“四Benistors并联方法LED驱动器”系统。
实施例28
120Vac串联电路单片LED驱动器
图28示出了120Vac串联电路单片LED驱动电路的一个实施例。
如本文中具体体现，这一电路采用与结合图22：“单片LED驱动器-整体反馈串联电路方法实施例”所描述的拓扑相同的拓扑结构，差别在于它包含6个Benistor单元。图示所说明的实施例显示6个Benistor单元串联电路能够以单片结构轻松构建，像一个“八元件驱动器”，包括一个标准的14针芯片，一个桥式整流器和六个低成本的电阻器。
实施例29
LED阵列与驱动芯片嵌入式系统简化串联电路实施例
图29示出了LED阵列与驱动芯片嵌入式系统简化串联电路的一个实施例。
如本文中具体体现，一个包含正极和负极两端子的单片照明串联电路(900)，拥有一个正极供电端子A(901)和一个负供电端子K(902)，包括：
-第一LED(903)，其正极和单片照明串联电路(900)的正极供电端子A(901)相连接，LED(903)的负极与第二LED(904)的正极相连接，第二LED(904)的负极和第三LED(905)的正极相连，第三LED(905)的负极和第四LED(906)的正极相连接，第四LED(906)的负极通过电流感测电阻器Rc1(914)与负极供电端子K(902)相连接；
-四源极-单漏极MOSFET缓冲器BUF1(911)，其漏极与正极供电端子A(901)相连接，其第一源极与第一LED(903)的负极相连接，其第二源极与第二LED(904)的负极相连接，其第三源极与第三LED(905)的负极相连接，其第四源极与第四LED(906)的负极相连接，其栅极通过一个ON电阻器Ron1(912)与正极端子A(901)相连接，并与电流控制NPN型晶体管Qc1(913)的集电极相连接；
-Qc1的基极与第四LED(906)的负极相连接，其发射极与负极端子K(902)相连接。
如本文中具体体现，该电路采用和结合图22：“单片LED驱动器-整体反馈串联电路方法实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一的不同在于它使用单个单漏极、四源极MOSFET晶体管，而不是4个MOSFET晶体管。
该实施例附图显示4个Benistor单元串联电路能够以单片结构轻松构建，作为一个“四LED照明单元”，装入一个仅有二个端子的组件中，确切的说，就像一个LED。
实施例30
LED阵列与驱动芯片嵌入式系统简化并联电路实施例
图30示出了LED阵列与驱动芯片嵌入式系统简化并联电路的一个实施例。
如本文中具体体现，一个包含正极和负极两端子的单片照明串联电路(900)，拥有一个正极供电端子A(901)和一个负极供电端子K(902)，包括：
-第一LED(903)，其正极和单片照明串联电路(900)的正极供电端子A(901)相连接，LED(903)的负极与第二LED(904)的正极相连接，第二LED(904)的负极和第三LED(905)的正极相连，第三LED(905)的负极和第四LED(906)的正极相连接，第四LED(906)的负极与四漏极-单源极MOSFET缓冲器(921)的第四漏极相连接；及
-四漏极-单源极MOSFET缓冲器BUF1(921)，其源极与负极端子K(902)相连接，其第一漏极与第一LED(903)的负极相连接，其第二漏极与第二LED(904)的负极相连接，其第三漏极与第三LED(905)的负极相连接，其第四漏极与第四LED(906)的负极相连接，其栅极通过一个ON电阻器Ron1(922)与正极端子A(901)相连接，并与稳压二极管Vlim1(923)的负极相连接，Vlim1(923)的正极与负极端子K(902)相连接；
如本文中具体体现，该电路采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一的不同在于它使用单个单漏极、四源极MOSFET晶体管，而不是4个MOSFET晶体管。
该实施例附图显示4个Benistor单元串联电路能够以单片结构轻松构建，作为一个“四LED照明单元”，装入一个仅有二个端子的组件中，确切的说，就像一个LED。
实施例31
单片LED驱动器-二极管源反馈并联电路实施例
图31示出了单片LED驱动器-二极管源反馈并联电路的一个实施例。
如本文中具体体现，该电路采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一的不同在于它仅在第四缓冲器的源极和接地(55)之间使用唯一一个电流电阻器，用整流二极管代替其他缓冲器源极之间连接的另外三个电阻器，该整流二极管的正极与第一缓冲器相连，其负极与第四缓冲器相连接。此系统的优点在于缓冲器之间的切换时间更快，因此增加了系统效率。
实施例32
单片LED驱动器-运算放大器(OPAM)电流反馈并联电路实施例
图32示出了单片LED驱动器-运算放大器(OPAM)电流反馈并联电路的一个实施例。此图示所说明的电路实施例采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，不同之处在于它采用OPAM反馈进行电流控制，还采用额外的MOSFET晶体管作为恒流源，为OPAM供电。此系统的优点在于缓冲器电流控制更加精确。
实施例33
单片LED驱动器-二极管栅极反馈并联电路实施例
图33示出了单片LED驱动器-二极管栅极反馈并联电路的一个实施例。此图示所说明的电路实施例采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一不同之处在于缓冲器的栅极并未连接在一起，而是通过一个电阻器从Vin为第四缓冲器的栅极供电，通过三个二极管为其他栅极供电，这样第四缓冲器的栅极电压高于第一缓冲器的栅极电压。
实施例34
单片LED驱动器-电阻器栅极反馈并联电路实施例
图34示出了单片LED驱动器-电阻器栅极反馈并联电路的一个实施例。此图示所说明的电路实施例采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一不同之处在于缓冲器的栅极并未连接在一起，而是通过一个电阻器从Vin为第四缓冲器的栅极供电，通过三个电阻器为其他栅极供电，这样第四缓冲器的栅极电压高于第一缓冲器的栅极电压。
实施例35
单片LED驱动器-“图腾柱”反馈并联电路实施例
图35示出了单片LED驱动器-“图腾柱”反馈并联电路的一个实施例。此图示所说明的电路实施例采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一不同之处在于采用两个以图腾柱结构连接的MOSFET晶体管，而非一个，以增加每个单元的缓冲器控制功率。
实施例36
单片LED驱动器–8针直流芯片实施例
图36示出了8针直流芯片单片LED驱动器的一个实施例。此图示所说明的电路实施例采用和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例相同的拓扑结构，唯一不同之处在于缓冲器的栅极并未连接在一起，而是通过一个电阻器从Vin为第四缓冲器的栅极供电，通过三个电阻器为其他栅极供电，这样第四缓冲器的栅极电压高于第一缓冲器的栅极电压。此实施例附图显示5个Benistor单元并联电路能够以单片结构轻松构建，作为一个“三元件LED驱动器”，包括一个标准的8针芯片，一个桥式整流器和一个低成本的电阻器。
实施例37
单片LED驱动器–8针交流芯片实施例
图37示出了8针交流芯片单片LED驱动器的一个实施例。此图示所说明的电路实施例和结合图27：“单片LED驱动器-最少元器件并联电路实施例”所描述的实施例具有相同的拓扑结构，唯一不同之处在于缓冲器的栅极并未连接在一起，而是通过一个电阻器从Vin为第四缓冲器的栅极供电，通过三个电阻器为其他栅极供电，这样第四缓冲器的栅极电压高于第一缓冲器的栅极电压。
此外，缓冲器源极之间的电流电阻器被二极管取代，以提高换流速度和效率。
此实施例附图显示5个Benistor单元并联电路能够以单片结构轻松构建，实现终极目标：“单元件LED驱动器”，作为一个标准的8针芯片，一端与LED显示屏连接，另一端直接与交流线路连接。
16.Benister器件的描述
图38-40描述了Benistor器件的一个实施例，本文描述各种单片LED驱动电路的实施例中可能采用Benistor器件。为全面介绍Benistor器件，该主题申请书的发明者Beniamin Acatrinei引用了美国专利第5,598,093号。将美国专利第5,598,093号的全部公开内容引入本文作为参考。
Benistor是一个可控电子管。更具体地说，Benistor是一个多电极可控电子管，电压从电源输入并输出到负载时，它能够单独或者同时控制脉冲波的电流值、最大电压和/或电压有效值。该可控电子管结合真空管的命令电极的大数值和大阻抗、晶体管的灵活性以及闸流晶体管(SCR)的自开关操作模式。
现在转至图38，其为一种经典Benistor实施例的方框原理图。图38说明了Benistor的方框原理图，通常被指定为参考编号1010。Benistor 1010由电源控制器1011，电流分离器1012，电流控制器1013以及电压阈值控制器1014组成。
如本文中具体体现，电源控制器1011与VIN电极1001连接，VIN电极1001与整流桥1022的正极相连。整流桥1022的负极与接地1029相连。整流桥1022的另外两个端子与交流电源1021相连。电源控制器1011还与VOUT电极1002相连，VOUT电极1002与电阻性负载1023相连，负载1023与接地1029相连。电源控制器1011在内部与电流分离器1012相连。
电流分离器1012外部通过开关选择器(SS)电极1006与开关1024相连。外部开关1024的另一个连接与接地1029相连。电流分离器1012内部与电流控制器1013以及电压控制器1014相连。
电流控制器1013外部通过非反相cc电极1005与第一电压基准源1025的正极相连，通过反相cc电极1004与第二基准电压源1025的正极相连，并通过公用电极(CE)1003与接地1029相连。基准电压源1025与1026的负极都与接地1029相连。
电压阈值控制器1014内部与VIN电极1001相连，并与连接接地1029的公用电极(CE)1003相连。电压阈值控制器1014外部通过有效电压控制OFF/ON电极1007与第三基准电压源1027的正极相连，并通过最大电压控制ON/OFF电极1008与第四基准电压源1028相连。基准电压源1027、1028的负极都与接地1029相连。
如本文中进一步具体体现，在VIN电极1001输入的功率脉冲波产生两个电流，“Ivtc”(电压阈值控制器)和“Ipc”(电源控制器)。Ivtc的值非常小，随着时间的推移几乎恒定，用于产生内部基准电压。Ipc依次分成2个电流：一个更大电流ILOAD(或负载电流)，一个更小电流IIN(或内部电流)。ILOAD是元件内部的最大电流，在外部由负载的电阻值(欧姆定律)限制，在内部由电流控制器1013限制。内部电流IIN值取决于电源控制器1011和电流分离器1012的内部结构。如果电源控制器1011采用FET技术，IIN在几微安之间变化；如果电源控制器采用双极技术，IIN在几毫安培之间变化。
如本文中具体体现，电源控制器1011充当整个组件的缓冲器，由一个或多个晶体管(双极性、达林顿、MOS、FET或混合晶体管)或SCR组成。在“ON”状态下，电源控制器1011充当零电阻开关，在“OFF”状态下，电源控制器1011阻值无穷大。电源控制器1011也是一个动态电阻，从零到无穷大线性变化。该功能块的换流速度、导热率和最大内部功耗也是非常重要的参数。
电流分离器1012为电压控制器1014和电流控制器1013同时或单独控制电源控制器1011提供条件并防止反向电流进入电源控制器1011、电流控制器1013以及电压阈值控制器1014。电流分离器1012还通过开关选择器SS电极1006控制电源控制器1011的工作时间/周期。电子开关、双极、FET或MOS晶体管、整流二极管、稳压二极管等可以执行这些功能。
电流控制器1013的功能是为电源控制器1011提供从零到电源控制器1011元器件接受的限值的电流线性变化。电流控制器1013作为电源控制器1011的电压/电流转换器。相对于作为基准零电压的公用电极1003，在反向电流控制电极4处输入的电压与通过VOUT电极1002输出至负载的电流间接成正比。相对于作为基准零电压的公用电极1003，在非反向电流控制电极1005处输入的电压与通过VOUT电极1002输出至负载的电流直接成正比。
包含电流控制器1013的元器件可以是双极、FET或混合晶体管，恒流源、运算放大器、整流二极管、稳压二极管等；然而电压巨幅波动时这些元器件必须保持内部电流恒定，而且这些元器件必须提供线性阈值，在这些元器件之前，电源控制器1011将以线性模式操作，在这些元器件之后，即使电流控制电极1006上的输入电压进一步增加，电源控制器1011将保持输出电流为零。该线性阈值取决于用于电流控制器1013所采用的元器件的表现。但是，该线性阈值少于一伏是理想的情况，当电流控制电极6作为另一个电极的基准时，此理想的线性阈值将尽可能接近零，从而提高输出电压的精度。一旦通过上述线性阈值，电流控制器1013为电源控制器1011在切换操作模式下工作提供条件，并且一个方波发生器成为电流控制器电极1006的输入源。在这样的情况下，随着与线性阈值相关的方波振幅的增加，电源控制器1011的输出的转换速率也将增加。
如本文中进一步具体体现，电压阈值控制器1014充当一个窗口比较器，OFF/ON电极1007和ON/OFF电极1008作为基准电压输入，VIN电极1001作为比较电压输入。输出负载1023可以是一个电子开关或一个电流分离电路。电压阈值控制器1014可能包括晶体管、双极、MOS、FET或混合晶体管的整体结构(元器件)，或者2个或者更多个比较器、运算放大器等的polyblock结构(装置)。OFF/ON电极1007或ON/OFF电极1008之间的比较以及VIN电极1001(通过电流分离器1012)为电源控制器1011“断开”或“接通”提供条件。当电源控制器1011切换成“OFF(断开)”状态的时候，VOUT电极1002的输出电流为零，当切换到“ON(接通)”状态的时候，VOUT电极1002的输出电流受到负载的电阻值限制或者通过电流分离器1012受到电流控制器1011限制。1007输入直流基准电压(公用电极1003作为基准零电压)，当VIN电极1001上的瞬时电压值低于OFF/ON电极1007上的基准电压时，电源控制器1011切换成“OFF”状态。相反地，当VIN电极1001上的瞬时电压值高于OFF/ON电极1007上的基准电压时，电源控制器1011切换成“ON”状态。换言之，在功率波的一个完整的周期期间，OFF/ON电极1007上的基准输入电压值是0<V(off-on)<VIN(最大)，电源控制器1011将先“OFF”，然后“ON”，然后再次“OFF”。
基于这样的比较，Benistor充当“OFF/ON”操作模式中的自开关可控电子管。VOUT电极1002至电阻性负载上的输出电压波形如图40B所示，并反映OFF/ON电极1007上的各种基准电压(零到VIN(最大)。若用于与VIN电极进行比较的电极是ON/OFF电极，ON/OFF电极输入一个直流基准电压(公用电极3作为基准零电压)，当VIN电极1001上的瞬时电压值小于ON/OFF电极1008上的基准电压时，电源控制器1011切换到“ON”状态。相反地，当VIN电极1001上的瞬时电压值高于ON/OFF电极1008上的基准电压时，电源控制器1011切换到“OFF”状态。换言之，在功率波的一个完整的周期期间，ON/OFF电极1008上的基准输入电压值是0<V(off-on)<VIN(最大)，电源控制器1011将先“ON”，然后“OFF”，然后再次“ON”。基于这样的比较，Benistor充当“ON/OFF”操作模式中的自开关可控电子管。VOUT电极1002至电阻性负载上的输出电压波形如图40C所示，并反映ON/OFF电极1008上的各种基准电压，零到VIN(最大)。
为解释当两个电压控制电极同时输入两个不同的基准电压时Benistor的自开关操作模式，将提供窗口比较器操作模式综述。窗口比较器，也称为“双端比较器”，是一个检测输入电压是否在两个指定电压限值之间的电路，称为窗口。这通常可以通过逻辑结合来自反相比较器和非反相比较器的输出来实现。输入电平高于窗口上基准电压(VUL)或者低于窗口下基准电压(VLL)时，电路的输出为最大值。若输入电压的电平是在VLL和VUL之间的窗口之内，输出电压为零。概括地说：规则1：VLL<VIN<VUL时，VOUT＝0。规则2：当VIN<VLL或者VIN>VUL时，VOUT＝VMAX。
基于上述的规则1和规则2，与VUL和VLL的基准电压输入相比，窗口比较器的输出状况可以预期为，VIN上的瞬时电压的任意组合，和接地(零电压)或者电路中的最大电压(VMAX)相比，输出状况可以预期为基准电源VUL和VLL的任意组合。
在第一特定条件(A)中，从整流桥开始的VIN跳闸是一个从零到最大电压并回到零的循环脉冲，这些参数定义如下--0<VIN<VMAX,VLL<VUL<VMAX和0<VLL<VUL(高电平电压小于VMAX，但是大于低电平电压，且低电平电压大于零)-五种可能情况如下：
情形1：0<VIN<VLL。在这种情形下，VIN在窗口之外。因此，基于上述规则2，窗口比较器的输出将为VMAX，逻辑状态是“HI”。
情形2：VLL<VIN<VUL。在这种情形下，VIN在窗口之内。因此，基于上述规则1，窗口比较器的输出将为零电压，逻辑状态是“LO”。
情形3：VUL<VIN<VMAX。在这种情形下，IN V在窗口之外。因此，基于上述规则2，窗口比较器的输出将为VMAX，逻辑状态是“HI”。
情形4：VLL<VIN<VUL。在这种情形下，VIN又在窗口之内。因此，基于上述规则1，窗口比较器的输出将为零电压，逻辑状态是“LO”。
情况5：0<VIN<VLL。在这种情形下，VIN在窗口之外。因此，基于上述规则2，窗口比较器的输出将为VMAX，逻辑状态是“HI”。
概括起来，输入波的每个周期VOUT拥有五种交替的逻辑状态。这些逻辑状态是：HI至LO至HI至LO至HI。
除了上述的状态(A)，还有可能存在其他四种特殊状态：(B)VLL＝0。状态(B)，当低电平电压为零(VLL电极接地)，上述情形1和情形5不可能。因此，每周期，VOUT只有三个交替的逻辑状态，即LO-HI-LO。(C)VUL＝VMAX。在状态(C)，当高电平电压等于最大电压时，上述情形3不可能发生。因此，每周期VOUT有三个交替的逻辑状态，即HI至LO至LO至HI，等于HI至LO至HI。(D)VLL>VUL(包括VLL＝VMAX以及VUL＝0)在状态(D)，低电平电极电压值高于高电平电极电压值，不存在可能的窗口，情形2和情形4不可能。因此，在整个逻辑周期，VOUT只有一个输出状态：即HI。(E)VLL＝VUL(或者VLL＝0并且VUL＝VMAX)。在状态(E)，当低电平电压等于高电平电压时，窗口包含零至VMAX。因此，上述提到的情形1、3和5不可能，在整个逻辑周期，VOUT只有一种输出状态：即LO。
基于窗口比较器的这些操作规则以及向电流分离器1012(作为一个电子开关或电流分离器电路)的输出，两种逻辑状态(HI和LO)将转化为电源控制器1011的“ON”或者“OFF”命令。电源控制器1011的结构决定电流分离器1012以何种方式将来自电压阈值控制器1014的逻辑状态(HI或LO)转换成电源控制器1011充当电子开关的所需的电压和/或电流形式。当逻辑状态为HI时，该开关状态可能是ON，当逻辑状态是LO时，该转换状态可能是OFF，反之亦然，取决于开关的内部结构。
如果电压阈值控制器1014包括一个窗口比较器，上述的条件a可总结如下：输入波的每个周期VOUT将拥有五种交替的逻辑状态，即LO至HI至LO至HI至LO。而且，对于并联窗口比较器电压与时间输出图而言，所有其他具体情形将反相。
如本文中具体体现，作为可控电子管，Benistor能够单独或者同时控制输出电压(OFF/ON模式)、最大输出电压(ON/OFF模式)以及输出电流(线性模式)。考虑到OFF/ON电极1007、高电平输入、ON/OFF电极8以及窗口比较器的低电平输入，这些操作模式存在九种可能的情况：
1.线性模式(参见图40A)；
2.OFF/ON模式(参见图40B)；
3.ON/OFF模式(参见图40C)；
4.OFF/ON和ON/OFF同时操作，OFF占主导地位(参见图40D)；
5.ON/OFF和OFF/ON同时操作，ON占主导地位(参见图40E)；
6.OFF/ON和线性(参见图40F)；
7.ON/OFF和线性(参见图40G)；
8.OFF/ON和ON/OFF以及线性，OFF占主导地位(参见图40H)；
9.ON/OFF和OFF/ON以及线性，ON占主导地位(参见图40I)；
使用2个或者多个窗口比较器并联或者串联，可能将一个功率脉冲波切割成和所使用的窗口比较器数量相同的不同部分。也可以通过在Benistor 1010的控制电极上采用变量基准电压输入，而非固定的基准电压输入来增加功率脉冲波内部产生的不同部分的数量。
基于图38原理图的四个功能块1011、1012、1013和1014并结合基本的八个电极，Benistor存在无限种实施例。有时候，通过在一个特定实施例的原理图中包括一个可以提供多于一个功能块的功能的元器件，这四个功能块中的两个可能重叠。尽管不可能全面详尽地描述本发明的可控电子管，为了更好地了解上述的可控电子管，下方将描述大量的实施例大体上说明本发明的Benistor 10的可能性。
图39A至39F说明Benistor的六种变体的电路符号。图39A说明了“经典的”Benistor，其拥有8个电极：一个电压输入“VIN”电极1001、一个电压输出“VOUT”电极1002、一个公用“CE”电极1003、一个反相电流控制“cc”1004、一个非反相电流控制电极“cc”1005、一个开关选择器控制电极“SS”1006、一个高效的电压自开关控制电极“OFF/ON”1007和一个最大电压自开关控制电极“ON/OFF”1008。这些图形显示，Benistor同时和/或单独地控制输出电流或电压，并且不同电极的位置表明它们各自的功能。换句话说，在示意图中，仅仅Benistor的符号以及各电极的位置就将说明每个电极的特定功能。
图39B说明了一个“反相经典的”Benistor，没有非反相电流控制输入电极“cc”1005。
图39C显示一个“双OFF/ON”Benistor的符号，增加一个“OFF/ON”(1009)电极代替“SS”电极1006。
图39D显示一个“正向OFF/ON”Benistor。该实施例可以只包括“OFF/ON”电极1007，用于控制电压。在“VIN”电极1001上放一个箭头象征只有一个正向电流被接受作为电源输入。
图39E显示一个“负向ON/OFF”Benistor。该实施例只包括“ON/OFF”电极1008，用于控制电压。在“VIN”电极1001上放一个箭头象征只有一个负向电流被接受作为电源输入。
图39F显示一个“反相通用”Benistor。该实施例只包括“cc”电极1001。"VIN"电极1001上未放置箭头表明任何电流，无论正向负向，均可作为电源输入。输入电压电极1001，“VIN”从可变(脉冲)电源输入全部功率(电压和电流)。而且VIN电极1001处的电压和电流输入提供瞬时值，用于内部比较和/或切换操作。该电极面临最大幅度的电压和电流波动，高达该元件的限值，必须在内部为其提供反向电流保护。
电压输出电极1002“VOUT”在VIN电极1001为负载提供一部分或者全部功率输入。VOUT 1002的输出电流与电流控制“cc”电极1006上输入的电压值间接成正比；“VOUT”1002的输出有效电压值与“OFF/ON”电极1007上输入的电压值间接成正比；“VOUT”1002的最大电压值与“ON/OFF”电极1008上输入的电压值相等。“VOUT”电极1002与“VIN”电极1001面临几乎相同的电压和电流波动，必须提供反向电流保护。
公用电极1003“CE”向接地输送所有内部控制小电流的累积值并代表输入到三个控制电极的基准源电压值的“零基准”。当“CE”1003不接地时，它自身可以成为一个控制电极，用作非零基准。在这种情况下“CE”1003面临大幅电压波动，必须在外部为其提供反向电流保护。
通过输入一个固定或可变电压，有效电压控制电极1007“OFF/ON”控制“VOUT”电极1002上输出的有效电压值，不会影响“VIN”电极1001上输入的功率波的最大电压值。电压控制电极1007的阻抗必须足够大，以便产生可以忽略不计的输入电流；其在内部必须至少承受与“VIN”电极1001相同的电压波动；必须在内部为其提供反向电流保护。当“VIN”电极1001上的瞬时电压值低于“OFF/ON”电极1007上的基准电压，“VOUT”电极1002上将没有电压输出；当“VIN”电极1001上的瞬时电压值高于“OFF/ON”电极1007上的基准电压，“VOUT”电极1002上将输出预定的有效电压。
通过输入一个电压值，“ON/OFF”电极1008将“VOUT”电极1002上的最大电压值限制为与“ON/OFF”电极1008上输入的相同的基准电压。“ON/OFF”电极1008的阻抗必须足够大，以便提供可以忽略不计的输入电流；其在内部必须至少承受与“VIN”电极1001相同的电压波动；必须在内部为其提供反向电流保护。当“VIN”电极1001上的瞬时电压值低于“ON/OFF”电极1008上的基准电压，“VOUT”电极1002上将输出预定电压；当“VIN”电极1001上的瞬时电压值高于“ON/OFF”电极1005上的基准电压，“VOUT”电极1002上将没有电压输出。
通过输入一个固定或可变电压，反相电流控制电极1004“cc”控制输出(负载)电流。在“cc”电极1004上输入一个介于0和预设电压(小于1伏)之间的线性增加的电压，将让输出电流从预设最大值线性降低为零，即使“cc”电极1004上的电压继续增加，输出电流将维持为零。“cc”电极1004具备大阻抗，在内部承受至少与“VIN”电极1001相同的波动。(其电流可忽略不计。)必须在内部为“cc”电极1004提供反向电流保护。
通过输入一个固定或可变电压，非反相电流控制电极1005“cc”控制输出(负载)电流。在“cc”电极1005上输入一个介于0和预设电压(小于1伏)之间的线性增加的电压，将让输出电流从零线性增加为预设最大值，即使“cc”电极1005上的电压继续增加，输出电流将维持为最大值。“cc”电极1005具备大阻抗，在内部承受至少与“VIN”电极1001相同的电压波动。(其电流可忽略不计。)必须也在内部为“cc”电极1005提供反向电流保护。
开关选择器电极1006“SS”确定Benistor的工作时间/周期---即，在功率脉冲周期内，当Benistor以自切换操作模式工作时，“ON”“OFF”次数比。“SS”电极1006仅有两种位置：(1)“未接地”(未连接至接地)或者(2)接地(连接至接地)取决于所选择的位置，工作时间/周期将主要为“ON”或主要为“OFF”。
如前所述，有关Benistor器件的更多细节可以查阅以引用的方式并入本文的美国第5,598,093号专利。现在描述转至讨论上文的实施例18-37。
本说明书提到的和/或任何申请资料表中所罗列的上述所有的美国专利、美国专利申请公开说明书、美国专利申请书、外国专利、外国专利申请书以及非专利出版物均以引用的方式并入本文，以不与本文相矛盾为前提。
本领域的技术人员应当意识到本文描述的元器件(例如操作)、装置、物体以及与它们相关的论述被用作例子，旨在澄清概念，并且考虑了各种结构修改。因此，如本文所使用，所提出的具体范例以及附带的论述旨在代表其更加普遍的类别。笼统地讲，所使用的任何具体范例旨在代表其所属的类别，而且未包含的具体元器件(例如操作)、装置和物体不应当受到限制。
就本文所使用的大量复数和/或单数词语而言，本领域的技术人员可以将复数词语转变为单数词语和/或将单数词语转变为复数词语，只要其适合上下文和/或申请书。为了简要起见，各种单/复数置换未在本文明确提出。
本申请所描述的主题有时说明包含在其他不同组件中或者与其他不同组件相连接的不同组件。应当意识到所描述的这些结构仅为示例性的，事实上，可以实施很多其他能够实现相同的功能的结构。在概念意义上，实现同一功能的组件的任意布置都是有效“关联”的，从而实现所期望的功能。因此，本文中任何两个组合在一起实现某一特定功能的组件都可以视为“相关联”，从而实现所期望的功能，不论其结构或中间组件如何。同样地，任意两个如此关联的组件也可以视为“可操作地相连”或者“可操作地连接”以实现预期功能，而且任意两个可以如此关联的组件也可以视为“可操作地互相连接”以实现预期功能。“可操作地互相连接”的具体实例包括但不限于物理连接和/或物理交互组件，和/或无线互联和/或无线交互组件，和/或逻辑交互和/或逻辑交互组件。
在某些情况下,本说明书的一个或者多个元器件可能提及“配置为”、“可配置为”、“可操作/有效”、“适合于”、“能够”、“符合”等。本领域的技术人员应当认识到“配置为”通常可以包括活动状态的元器件和/或非活动状态的元器件和/或备用状态的元器件，除非文中另有规定。
在说明和描述本说明书中所描述的主题的特定方面时，本领域的技术人员显然会认识到，在不脱离本说明书所描述的主题及其更广泛方面的情况下，可以基于本说明书中的教导做出更改和修改，因此，所附权利要求将根据本说明书中所描述的主题的主旨和范围在其权利要求范围内包含所有这些更改和修改。一般地说，本领域的技术人员将理解本说明书中，尤其是在所附权利要求中(如，所附权利要求的主体部分)所使用的术语通常为“公开性”术语(例如，术语“包括”应该理解为“包括但不限于”，术语“具有”应该理解为“至少具有”，术语“包含”应该理解为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果想要表达“特定数目”的说明性权利要求表述，则会在权利要求中明确地表述这种意图，并且如果没有这种表述，则不存在这种意图。例如，为了帮助理解，下面所附的权利要求可能会包括使用说明性的语句“至少一个”和“一个或多个”来进行权利要求的表述。然而，即使在同一权利要求包括说明性语句“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”之类的不定冠词(例如“一”和/或“一个”通常应当解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)时，对这种语句的使用也不应当解释为暗示使用不定冠词“一”或“一个”进行说明性权利要求表述时，不定冠词“一”或“一个”将任何包含这种说明性权利要求表述的特定权利要求限制为仅包含一个这种表述的权利要求。对于用于说明性权利要求表述的定冠词的使用，以上结论同样成立。此外，即使明确表述了“特定数目”的说明性权利要求表述，本领域的技术人员仍然应当意识到，这种表述通常应当解释为表示至少一个所表述的数目(例如，在没有其他修改的情况下，直接表述“两个表述”通常表示至少两个表述，或表示两个或更多表述)。而且，在那些使用类似于“A、B和C等其中至少一个”的惯用语的情况中，这样的语句通常意在让本领域的技术人员理解该惯用语(如：“一个至少包含A、B和C等其中的一个的系统”将包括而不局限于仅包括A，仅包括B，仅包括C，包括A和B，包括A和C，包括B和C和/或包括A、B和C的系统)。在那些使用类似于“A、B和C等其中至少一个”的惯用语的情况中，这样的语句通常意在让本领域的技术人员理解该惯用语(如：一个至少具有A、B和C等其中的一个的系统将包括而不局限于仅具有A，仅具有B，仅具有C，具有A和B，具有A和C，具有B和C和/或具有A、B和C的系统)。本领域的技术人员还应当理解，无论在描述、权利要求或附图中，连接两个或多个选择性术语的转折性词语和/或短语应当理解为考虑包含两个术语其中之一、包含两个术语之中任意一个或同时包含两个术语这几种可能性，除非文中另有规定。例如，短语“A或B”通常应理解为包含“A”或“B”或“A和B”三种可能性。
就所附权利要求而言，本领域的技术人员应当意识到其中叙述的操作通常可以按照任何顺序执行。而且，尽管各种操作流程按照一定顺序呈现，但是应当明白各种操作可以按照与所说明的顺序不同的顺序执行或者同时执行。这种交替排序的示例可能包括重叠、交叉、中断、重新排序、递增、预备、补充、同时、反向或其他不同的排序，除非上下文另有所指。另外，诸如“对……的反应”、“与…有关”之类的术语或其他过去时态的形容词通常并非要排除这类变体，除非上下文另有所指。
本领域的技术人员应当意识到在该领域内十分常见的是实施装置和/或过程和/或系统，随后采用工程或其他实践将这些已实施的装置和/或过程和/或系统集成至更为综合的装置和/或过程和/或系统中。也就是说，本文描述的装置和/或过程和/或系统至少有一部分可以通过相当数量的试验集成至其他装置和/或过程和/或系统中。

Claims (106)

1.一种双级升压隔离式回扫发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成第一滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该第一滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升压转换器子电路，其包括输入，与AC/DC转换器子电路的输出可操作性相连，接收未经调节的DC电压，转换未经调节的直流DC电压并为第二滤波电容器两端提供预稳的DC电压，其中，第二滤波电容器具有一个选定值，用来保持输出上的低脉动DC电压；
隔离式回扫转换器，其包括电源输入子电路，与升压转换器子电路的输出可操作地相连，接收第二滤波电容器两端的预稳DC电压，还包括低功率反馈输入，与隔离式光电耦合器装置的输出可操作地相连，隔离式回扫转换器将预稳DC电压转换成其输出上的恒压恒流DC电压；
LED显示屏子电路，其包括输入，与隔离式回扫转换器子电路的输出可操作地相连，LED显示屏子电路通过至少一个恒流源器件为至少一个LED供电。该恒流源器件具有基准电压输入以及电压/电流感测和保护子电路，其与至少一个LED相连接，该LED显示屏子电路具有电压/电流误差感测输出；及
恒压恒流控制子电路，与LED显示屏子电路可操作地相连，其包括基准电压，为至少一个恒流源器件和至少一个误差放大器的基准电压输入供电，恒压恒流控制子电路与隔离式回扫子电路的电压和电流输出以及电压/电流感测和保护子电路的输出可操作地相连，恒压恒流控制子电路的一个输出与隔离光电耦合器装置的输入相连，通过回扫子电路关闭反馈回路并确保为至少一个LED提供隔离的恒压恒流DC电源。
2.如权利要求1的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，为至少一个LED供电；
四线电路，在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
3.如权利要求1或2的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
4.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求1的双级升压隔离式回扫LED驱动电路；
根据权利要求2的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求3的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
5.如权利要求4的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
6.如权利要求5的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
7.一种单级升压发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成第一滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该第一滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选择值；
升压转换器子电路，其包括输入，与AC/DC转换器子电路的输出可操作性相连，接收未经调节的DC电压，转换未经调节的DC电压并为第二滤波电容器两端提供预稳的DC电压，其中，第二滤波电容器具有一个选定值，用来保持输出上的低脉动DC电压；
脉宽调制子电路，其包括输入，与升压转换器子电路可操作性相连，脉宽调制子电路与电压斜升信号相连，以限制输出信号占空比处于预设限值之内；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；
LED显示屏子电路，其包括输入，与脉宽调制子电路可操作地相连，LED显示屏子电路通过至少一个恒流源器件为至少一个LED供电。该恒流源器件具有一个基准电压输入以及一个电压/电流感测和保护子电路，其与至少一个LED相连接，该LED显示屏子电路具有一个电压/电流误差感测输出；及
恒压恒流控制子电路，与LED显示屏子电路以及脉宽调制子电路可操作地相连，其中，电压/电流感测和保护子电路向至少一个晶体管输出差分误差电压，晶体管配置为差分误差放大器，与脉宽调制子电路相连，并且一个恒定电流与脉宽调制子电路相连，以便通过脉宽调制子电路关闭反馈回路并确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源。
8.如权利要求7的LED驱动电路，包括LED驱动器电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
9.如权利要求7或8的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
10.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求7的单级升压LED驱动电路；
根据权利要求8的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求9的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
11.如权利要求10的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
12.如权利要求11的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
13.一种无光电耦合器隔离式回扫发光二极管LED驱动器电路，包括：
三线圈回扫变压器，其包括初级线圈、小电流二级线圈和大电流二级线圈，初级线圈接收来自DC电压源的直流DC输入电压，将DC输入电压与晶体管的漏极相连接，大电流二级线圈一端接地，另一端与回扫二极管的正极相连接，其中，回扫二极管的负极与至少一个LED相连接；
缓冲电路，与该变压器的初级线圈以及晶体管的漏极可操作地相连接，缓冲电路与DC输入电压相连接；
脉宽调制子电路，其输出与晶体管的栅极相连接，其输入和感测电阻器相连接，感测电阻器和晶体管的源极串联连接，其中脉宽调制子电路向晶体管的栅极传输脉宽调制驱动信号，晶体管通过回扫变压器产生两种输出供电电压，一个大电流供电电压，经回扫二极管稳压并经滤波电容器滤波，用于为至少一个LED供电；一个小电流反馈供电电压信号，经反馈二极管稳压并通过电阻分压器网络和补偿电容器经由集成电容器整合至脉宽调制子电路的反馈输入；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；及
电压跟随器电流反馈子电路，与脉宽调制子电路相连接，其中，电压跟随器电流反馈子电路的控制输入与脉宽调制子电路的补偿输出相连接，并与软启动过电压控制子电路相连接，电压跟随器电流反馈子电路的一个输入与反馈二极管的负极以及一个集成电容器相连接，其中该反馈二极管的正极与小电流二级线圈的一端相连接。
14.如权利要求13的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
15.如权利要求13或14的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
16.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求13的无光电耦合器隔离式回扫LED驱动电路；
根据权利要求14的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求15的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
17.如权利要求16的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
19.如权利要求17的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
20.一种单级单接地回扫发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成第一滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该第一滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
三线圈回扫变压器，其包括初级线圈、小电流二级线圈和大电流二级线圈，初级线圈接收从第一滤波电容器至晶体管漏极的未经调节的DC电压，大电流二级线圈一端接地，另一端通过回扫二极管与第二滤波电容器相连接，其中，回扫二极管的负极与至少一个LED相连接；
缓冲电路，与该变压器的初级线圈以及晶体管的漏极可操作地相连接，缓冲电路与DC输入电压相连接；
脉宽调制子电路，其一个输入通过限流电阻器与第一滤波电容器相连接，其输出与晶体管的栅极相连接，其一个输入和感测电阻器相连接，感测电阻器和晶体管的源极串联连接，其中脉宽调制子电路向晶体管的栅极传输脉宽调制驱动信号，晶体管通过回扫变压器产生两种输出供电电压，一个大电流供电电压，经回扫二极管稳压并经第二滤波电容器滤波，用于为至少一个LED供电；一个小电流反馈供电电压信号，经反馈二极管稳压并通过电阻分压器网络和补偿电容器经由集成电容器整合至脉宽调制子电路的反馈输入；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；及
运算放大器，用于感测通过至少一个LED的电流，因此当通过至少一个LED的电流高于预设限值时，运算放大器输出降低脉宽调制子电路的补偿输入端子上的电压值，以降低脉宽调制驱动信号脉冲的占空比，直至通过至少一个LED的电流降至预设限值之内。
21.如权利要求20的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
22.如权利要求20或21的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
23.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求20的单级单接地回扫LED驱动电路；
根据权利要求21的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求22的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
24.如权利要求23的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
25.如权利要求24的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
26.一种单级恒定断路时间升降压发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升降压转换器，其包括双线圈升降压变压器，双线圈升降压变压器包括初级线圈和次级线圈，初级线圈一端与第一滤波电容器相连接，接收来自滤波电容器的未经调节的DC电压，另一端与至少一个LED相连接并且还通过升降压电容器与晶体管的漏极相连接，次级线圈一端接地，另一端与电源二极管的正极相连接；
脉宽调制子电路，其一个输入通过限流电阻器与第一滤波电容器相连接，其输出与晶体管的栅极相连接，其另一个输入和感测电阻器相连接，感测电阻器和晶体管的源极串联连接，其中脉宽调制子电路向晶体管的栅极传输脉宽调制驱动信号，晶体管通过升降压变压器的初级线圈产生一个输出供电电压，用于为至少一个LED供电；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；及
晶体管，其作为开关连接于接地和脉宽调制子电路的振荡端子之间，其与振荡器定时电容器并联，其中，该晶体管由脉宽调制驱动信号控制，因此，当脉宽调制驱动信号处于其高态时，晶体管为振荡器定时电容器放电，迫使脉宽调制驱动信号获得恒定断路(off)时间，不管其暂时的接通(on)时间如何。
27.如权利要求26的LED驱动电路，其包括填谷滤波器，填谷滤波器连接于滤波电容器和接地之间。
28.如权利要求26或27的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
29.如权利要求26、27或28的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
30.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求26或27的单级恒定断路时间升降压LED驱动电路；
根据权利要求29的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求30的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
31.如权利要求30的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
32.如权利要求31的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
33.一种单级单接地自供电升降压发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升降压转换器，其包括升降压型单电感，升降压型单电感包括一个线圈，线圈一端与滤波电容器相连接，接收来自滤波电容器的未经调节的DC电压，另一端与晶体管的漏极相连接并通过第一升降压二极管与第一升降压电容器相连接，其中第一升降压电容器与至少一个LED以及第二升降压电容器和第二升降压二极管相连接，第二升降压二极管正极与滤波电容器以及线圈的另一端相连接，第二升降压二极管负极与第一升降压电容器相连接；
脉宽调制子电路，其一个输入与第一滤波电容器相连接；
接地隔离变压器，其初级线圈与脉宽调制子电路的脉宽调制输出相连接，其次级线圈与晶体管的栅极相连接，其中，次级线圈向晶体管的栅极施加脉宽调制驱动信号；及
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；
其中，当脉宽调制子电路接收其所需要的电源电压并开始振荡时，晶体管的栅极从接地隔离变压器的次级线圈接收脉宽调制信号并激活升降压型电感，升降压型电感通过升降压二极管向升降压电容器提供DC电压。
34.如权利要求34的LED驱动器，其包括运算放大器，用于感测通过至少一个LED的电流，因此当通过至少一个LED的电流高于预设限值时，运算放大器输出降低脉宽调制子电路的补偿输入端子上的电压值，以降低脉宽调制驱动信号脉冲的占空比，直至通过至少一个LED的电流降至预设限值之内。
35.如权利要求33或34的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
36.如权利要求33、34或35的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
37.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求33或34的单级单接地自供电升降压LED驱动电路；
根据权利要求35的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求36的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
38.如权利要求37的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
39.如权利要求38的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
40.一种伪双级升压隔离式回扫发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成第一滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该第一滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升压转换器，其包括线圈，线圈一端与第一滤波电容器相连接，接收来自第一滤波电容器的未经调节的DC电压，另一端与第一晶体管的漏极相连接，并通过升压二极管与第二滤波电容器相连接；
三线圈回扫变压器，其包括初级线圈、小电流二级线圈和大电流二级线圈，初级线圈接收来自第二滤波电容器的直流DC输入电压，将DC输入电压与第二晶体管的漏极相连接，大电流二级线圈一端接地，另一端通过回扫二极管与第三滤波电容器相连接，其中，回扫二极管的负极与至少一个LED相连接；
缓冲电路，与该变压器的初级线圈以及第二晶体管的漏极可操作地相连接，缓冲电路与DC输入电压相连接；
脉宽调制子电路，其输出与第一及第二晶体管的栅极相连接，其输入和感测电阻器相连接，感测电阻器和第二晶体管的源极串联连接，其中脉宽调制子电路向第一及第二晶体管的栅极传输脉宽调制驱动信号，其中，第二晶体管通过回扫变压器产生两种输出供电电压，一个大电流供电电压，经回扫二极管稳压并经第三滤波电容器滤波，用于为至少一个LED供电；一个小电流反馈供电电压信号，经反馈二极管稳压并通过电阻分压器网络和补偿电容器经由集成电容器整合至脉宽调制子电路的反馈输入；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；及
电压跟随器电流反馈子电路，与脉宽调制子电路相连接，其中，电压跟随器电流反馈子电路的控制输入与脉宽调制子电路的补偿输出相连接，并与软启动过电压控制子电路相连接，电压跟随器电流反馈子电路的一个输入与反馈二极管的负极以及一个集成电容器相连接，其中该反馈二极管的正极与小电流二级线圈的一端相连接。
41.如权利要求40的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
42.如权利要求40或41的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
43.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求40的伪双级升压隔离式回扫LED驱动电路；
根据权利要求41的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求42的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
44.如权利要求43的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
45.如权利要求44的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
46.一种伪双级升压非隔离式回扫发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成第一滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该第一滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升压转换器，其包括线圈，线圈一端与第一滤波电容器相连接，接收来自第一滤波电容器的未经调节的DC电压，另一端通过第一升压二极管与第二滤波电容器相连接，并通过第二升压二极管与晶体管的漏极相连接；
三线圈回扫变压器，其包括初级线圈、小电流二级线圈和大电流二级线圈，初级线圈接收来自第二滤波电容器的直流DC输入电压，将DC输入电压与晶体管的漏极相连接，大电流二级线圈一端接地，另一端通过回扫二极管与第三滤波电容器相连接，其中，回扫二极管的负极与至少一个LED相连接；
缓冲电路，与该变压器的初级线圈以及第二晶体管的漏极可操作地相连接，缓冲电路与DC输入电压相连接；
脉宽调制子电路，其输出与晶体管的栅极相连接，其输入和感测电阻器相连接，感测电阻器和晶体管的源极串联连接，其中脉宽调制子电路向晶体管的栅极传输脉宽调制驱动信号，其中，该晶体管通过回扫变压器产生两种输出供电电压，一个大电流供电电压，经回扫二极管稳压并经第三滤波电容器滤波，用于为至少一个LED供电；一个小电流反馈供电电压信号，经反馈二极管稳压并通过电阻分压器网络和补偿电容器经由集成电容器整合至脉宽调制子电路的反馈输入；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；及
运算放大器，用于感测通过至少一个LED的电流，因此当通过至少一个LED的电流高于预设限值时，运算放大器输出降低脉宽调制子电路的补偿输入端子上的电压值，以降低脉宽调制驱动信号脉冲的占空比，直至通过至少一个LED的电流降至预设限值之内。
47.如权利要求46的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
48.如权利要求46或48的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
49.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求46的伪双级升压非隔离式回扫LED驱动电路；
根据权利要求47的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求48的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
50.如权利要求46的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
51.如权利要求50的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
52.一种伪双级升压恒定断路时间升降压发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成第一滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该第一滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升降压转换器，其包括初级线圈和次级线圈，初级线圈一端与第一滤波电容器相连接，接收来自第一滤波电容器的未经调节的DC电压，初级线圈另一端与第一晶体管的漏极相连接，并通过升压二极管与第二滤波电容器相连接，其中升压二极管的负极通过升降压线圈与至少一个LED相连接并且还通过升降压电容器与第二晶体管的漏极相连接，其次级线圈一端接地，另一端与电源二极管的正极相连接；
脉宽调制子电路，其一个输入与电源二极管的负极相连接，其输出与第一及第二晶体管的栅极相连接，其另一个输入和感测电阻器相连接，感测电阻器和第二晶体管的源极串联连接，其中脉宽调制子电路向第一及第二晶体管的栅极传输脉宽调制驱动信号，晶体管通过升降压变压器的初级线圈产生一个输出供电电压，用于为至少一个LED供电；
软启动过电压控制子电路，其通过补偿电容器与脉宽调制子电路可操作地相连，以补偿反馈电压；及
晶体管，其作为开关连接于接地和脉宽调制子电路的振荡端子之间，其与振荡器定时电容器并联，其中，该晶体管由脉宽调制驱动信号控制，因此，当脉宽调制驱动信号处于其高态时，晶体管为振荡器定时电容器放电，迫使脉宽调制驱动信号获得恒定断路(off)时间，不管其暂时的接通(on)时间如何。
53.如权利要求5的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
54.如权利要求52或53的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
55.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求52的伪双级升压恒定断路时间升降压LED驱动电路；
根据权利要求53的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求54的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
56.如权利要求55的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
57.如权利要求56的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
58.一种伪双级升压单接地升降压发光二极管LED驱动电路，包括：
AC/DC转换器子电路，其包括通过滤波器与交流AC电源相连接的桥式整流器，AC/DC转换器子电路将在输入接收的AC电压转化成滤波电容器两端未经调节的直流DC电压，其中该滤波电容器具有一个不会显著影响该驱动电路的功率因数的选定值；
升压转换器子电路，其包括初级升压线圈，初级升压线圈一端与滤波电容器相连接，接收来自滤波电容器的未经调节的DC电压，初级升压线圈另一端通过第一升压二极管与第一升降压线圈相连接，并通过第二升压二极管与晶体管的漏极相连接，第一升降压线圈一端通过第一升降压二极管与第一升降压电容器相连接，并与晶体管的漏极相连接，第一升降压线圈另一端与第二升降压二极管的负极相连接，第二升降压二极管的正极接地，其中第一升降压电容器与第二升降压电容器以及至少一个LED相连接；
脉宽调制子电路，其一个输入与第一及第二升降压电容器相连接；及
接地隔离变压器，其初级线圈与脉宽调制子电路的脉宽调制输出相连接，其次级线圈与晶体管的栅极相连接，其中，次级线圈向晶体管的栅极施加脉宽调制驱动信号；
其中，当脉宽调制子电路接收其所需要的电源电压并开始振荡时，晶体管的栅极从接地隔离变压器的次级线圈接收脉宽调制信号并激活升降压型电感，升降压型电感通过升降压二极管向升降压电容器提供DC电压。
59.如权利要求58的LED驱动器，其包括运算放大器，用于感测通过至少一个LED的电流，因此当通过至少一个LED的电流高于预设限值时，运算放大器输出降低脉宽调制子电路的补偿输入端子上的电压值，以降低脉宽调制驱动信号脉冲的占空比，直至通过至少一个LED的电流降至预设限值之内。
60.如权利要求58或59的LED驱动电路，包括LED驱动电路的电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
61.如权利要求58、59或60的LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
62.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求58的伪双级升压单接地升降压LED驱动电路；
根据权利要求59的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求60的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
63.如权利要求62的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
64.如权利要求63的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
65.一种串联单片发光二极管LED驱动电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
至少一个Benistor单元子电路，其包括：
正极A端子，与Vin相连接；
负极K端子，与第一LED列的正极相连接；
电压感测Vs端子，与正极A端子相连接；
基准零电压端子ZVR，与第一电流感测电阻器的第二端子相连接；
电压设置端子Von，与直流电压源的正极端子相连接，直流电压源的负极端子与ZVR端子相连；
电压设置端子Voff，与直流电压源的正极端子相连接，直流电压源的负极端子与ZVR端子相连；
电流设置端子Cc，与LED列的负极以及第一电流感测电阻器的第一端子相连；
反馈端子FB，用于与第二八端子开关Benistor的反馈端子相连接。
66.如权利要求65的串联单片LED驱动电路，包括：
三个附加Benistor单元子电路，其中每个Benistor单元子电路的反馈端子FB相连；
第二、第三及第四LED列连接如下：
第二LED列与第一LED列串联连接，其连接于第二Benistor单元的负极端子K和电流设置端子Cc之间；
第三LED列与第二LED列串联连接，其连接于第三Benistor单元的负极端子K和电流设置端子Cc之间；
第四LED列与第三LED列串联连接，其连接于第四Benistor单元的负极端子K和电流设置端子Cc之间；
67.如权利要求65或66的串联单片LED驱动电路，其包括电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将串联单片LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED列供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED列提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个串联单片LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
68.如权利要求65、66或67的串联单片LED驱动电路，包括LED显示屏，该LED显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
69.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求65或66的串联单片LED驱动电路；
根据权利要求67的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求68的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
70.如权利要求69的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
71.如权利要求70的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
72.一种并联单片发光二极管LED驱动电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
至少一个Benistor单元子电路，其包括：
正极A端子，与第一列LED的负极相连接，第一列LED的正极与Vin相连接；
负极K端子，与第一电流感测电阻器相连，第一电流感测电阻器的另一端子接地。
电压感测Vs端子，与Vin相连接；
电压设置端子Von，与直流电压源的正极端子相连接，直流电压源的负极端子接地；
电压设置端子Voff，与直流电压源的正极端子相连接，直流电压源的负极端子接地；
电流设置端子Cc，也与电流感测电阻器的第一端子相连接；
反馈端子FB，用于与第二Benistor单元的反馈端子相连接；及
基准零电压端子ZVR，与接地相连接。
73.如权利要求72的并联单片LED驱动电路，包括：
三个附加Benistor单元子电路，其中每个Benistor单元子电路的反馈端子FB相连；及
第二、第三及第四LED列连接如下：
第二Benistor单元的正极A端子与第二列LED的负极相连接，第二列LED的正极与Vin相连接；
第三Benistor单元的正极A端子与第三列LED的负极相连接，第三列LED的正极与Vin相连接；
第四Benistor单元的正极A端子与第四列LED的负极相连接，第四列LED的正极与Vin相连接；
74.如权利要求72或73的并联单片LED驱动电路，其包括电气线路系统，该电气线路系统包括：
双线电路，用于将并联单片LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED列供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED列提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个并联单片LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
75.如权利要求72、73或74的并联单片LED驱动电路，包括LED显示屏，该LED显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
76.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求72或73的并联单片LED驱动电路；
根据权利要求74的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求75的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
77.如权利要求76的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
78.如权利要求77的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
79.一种单单元正极负载压控限流开关(VCLCsw)发光二极管LED驱动电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
单单元子电路，其包括：
正极A端子，其通过一列LED与Vin可操作地相连接；
负极K端子，与电阻器的第一端子相连，电阻器的另一端子接地。
电压感测Vs端子，直接与Vin相连接；
电压设置端子Von，与直流电压源的正极端子相连接，直流电压源的负极端子接地；
电压设置端子Voff，与直流电压源的正极端子相连接，直流电压源的负极端子接地；
电流设置端子Cc，也与电阻器的第一端子相连接；
反馈端子FB，未连接；
基准零电压端子ZVR，与接地相连接。
80.如权利要求79的单单元正极负载VCLCsw LED驱动电路，其中单单元子电路包括：
MOSFET缓冲BUF，其漏极与A相连接，其源极与K相连接，其栅极与微型控制器uC相连接；
第一比较器V1，其一个输入端子与Von相连，另一个输入端子与Vs相连，其输出端子与uC相连接；
第二比较器V2，其一个输入端子与Voff相连，另一个输入端子与Vs相连，其输出端子与uC相连接；
运算放大器C，其一个输入端子与Cc相连，另一个输入端子与uC相连，其输出端子也与uC相连接；
并联电压基准电压BGVR，其正极与ZVR相连接，其负极与uC相连接；及
温度感测器Ts，其与uC相连接。
81.如权利要求79或80的单单元正极负载VCLCsw LED驱动电路，其包括电气线路系统，该电气线路系统包括：
双线电路，用于将单单元正极负载VCLCsw LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED列供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED列提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个并联单片LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
82.如权利要求79、80或81的单单元正极负载VCLCsw LED驱动电路，包括LED显示屏，该LED显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
83.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求79或80的单单元正极负载VCLCsw LED驱动电路；
根据权利要求81的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求82的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
84.如权利要求83的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
85.如权利要求84的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
86.一种单单元负极负载压控限流开关(VCLCsw)发光二极管LED驱动电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
单单元子电路，其包括：
正极A端子，其与Vin相连接；
负极K端子，其通过一列LED与第一电阻器的第一端子相连，第一电阻器的另一端子接地；
电压设置端子Von，其与Vin相连接；
电压设置端子Voff，其与稳压二极管的正极相连，稳压二极管的负极通过第二电阻器与Vin相连接；
电流设置端子Cc，其也与第一电阻器的第一端子相连接；及
基准零电压端子ZVR，其与接地相连接。
87.如权利要求86的单单元负极负载VCLCsw LED驱动电路，其中单单元子电路包括：
MOSFET缓冲BUF1，其漏极与A相连接，其源极与K相连接，其栅极与第二稳压二极管Vlim1的负极，Vlim1的正极与ZVR端子相连接；
ON电阻器，其连接于BUF栅极和Von端子之间；
电压晶体管Qv1，其基极与Voff端子相连接，其集电极与BUF栅极相连接，其发射极与ZVR端子相连接；
电流晶体管，其基极与Cc端子相连接，其集电极与BUF栅极相连接，其发射极与ZVR端子相连接。
88.如权利要求86或87的单单元负极负载VCLCsw LED驱动电路，其包括电气线路系统，该电气线路系统包括：
双线电路，用于将单单元正极负载VCLCsw LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED列供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED列提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个并联单片LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
89.如权利要求86、87或88的单单元负极负载VCLCsw LED驱动电路，包括LED显示屏，该LED显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
90.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求86或87的单单元负极负载VCLCsw LED驱动电路；
根据权利要求88的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求89的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
91.如权利要求90的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
92.如权利要求91的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
93.一种串联压控限流开关(VCLCsw)发光二极管LED驱动电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
至少两个串联单元子电路，其中第一单元子电路包括：
第一MOSFET缓冲器BUF1，其漏极与Vin相连接，其源极与第一LED条带LEDc1的正极相连接，其栅极与第一稳压二极管Vlim1的负极相连接；
NPN型晶体管Qc1，其基极与第一LED条带LEDc1的负极以及电流电阻器Rc1的第一端子相连接，其发射极与电流电阻器Rc1的另一个端子以及Vlim1的正极相连接，其集电极与MOSFET缓冲器BUF1的栅极相连接；
ON电阻器Ron1，其从Vin连接到MOSFET BUF1的栅极；及
其中，第二单元子电路包括：
第二MOSFET缓冲器BUF2，其漏极与Vin相连接，其源极与第二LED条带LEDc2的正极以及Rc1的第二端子相连接，其栅极与第二稳压二极管Vlim2的负极相连接；
第二NPN型晶体管Qc2，其基极与第二LED条带LEDc2的负极以及第二电流电阻器Rc2的第一端子相连接，其发射极与第二电流电阻器Rc2的另一个端子以及Vlim2的正极相连接，其集电极与第二MOSFET缓冲器BUF2的栅极相连接；及
第二ON电阻器Ron2，其从Vin连接到MOSFET BUF2的栅极。
94.如权利要求93的串联VCLCsw LED驱动电路，其包括电气线路系统,该电气线路系统包括：
双线电路，用于将串联VCLCsw LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED列供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED列提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个并联单片LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
95.如权利要求93或94的串联VCLCsw LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
96.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求93的串联VCLCsw LED驱动电路；
根据权利要求94的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求95的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
97.如权利要求96的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
98.如权利要求97的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
99.一种并联压控限流开关(VCLCsw)发光二极管LED驱动电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
至少两个并联单元子电路，其中第一单元子电路包括：
第一MOSFET缓冲器BUF1，其漏极与第一LED条带LEDc1的负极相连接，LEDc1的正极与Vin相连接，其源极与第一电流电阻器Rc1的第一端子相连接，其栅极与第一稳压二极管Vlim1的负极相连接，Vlim1的正极接地；
电压控制NPN型晶体管Qv1，其基极与第二稳压二极管Dv1的正极相连接，Dv1的正极通过第一电阻器Rv1与第一LED条带LEDc1的负极相连接，其发射极接地，其集电极与第一MOSFET缓冲器BUF1的栅极相连接；及
ON电阻器Ron1，其从第一LED条带LEDc1的负极连接到第一MOSFET缓冲器BUF1的栅极；及
其中，第二单元子电路包括：
第二MOSFET缓冲器BUF2，其漏极与第二LED条带LEDc2的负极相连接，LEDc2的正极与第一LED条带LEDc1的负极相连接，其源极与第一电流感测电阻器Rc1的第二端子以及第二电流感测电阻器Rc2的第一端子相连接，第二MOSFET缓冲器BUF2的栅极与第三稳压二极管Vlim2的负极相连接，第三稳压二极管Vlim2的正极接地；
第二电压控制NPN型晶体管Qv2，其基极与第四稳压二极管Dv2的正极相连接，Dv2的正极通过电阻器Rv2与第二LED条带LEDc2的负极相连接，其发射极接地，其集电极与第二MOSFET缓冲器BUF2的栅极相连接；及
第二ON电阻器Ron2，其从第二LED条带LEDc2的负极连接到第二MOSFET缓冲器BUF2的栅极。
100.如权利要求99的并联VCLCsw LED驱动电路，其包括电气线路系统，该电气线路系统包括：
双线电路，用于将并联VCLCsw LED驱动电路与AC电源相连接；
双线电路，用于为至少一个LED列供电；
四线电路，用于在反馈中确保为至少一个LED列提供恒压恒流DC电源；及
双线电路，与至少一个并联单片LED驱动器电源线串联，通过从任何一个继电器和开关选择的外部元件实现远程启动/停止操作。
101.如权利要求99或100的并联VCLCsw LED驱动电路，包括LED显示屏，该显示屏包括：
LED板，其上容纳多个LED并使LED能够全方位发光；
其中LED板由导热金属制成，传输来自LED的热量；及
其中，LED板上涂覆隔离氧化层，容纳电路元件。
102.一种传统灯的改进型发光二极管LED灯装置，该装置包括：
根据权利要求99的并联VCLCsw LED驱动电路；
根据权利要求100的LED驱动电路的电气线路系统；
根据权利要求101的LED显示屏；
多个LED，用于将从AC电源吸收的电能转换成光能；
AC电源接头，与AC电源相连接；及
透镜，用于透射多个LED产生的光线。
103.如权利要求102的改进型LED灯装置，其中，构造LED灯用于改进白炽灯、卤素灯、荧光灯、钠灯及其组合之中的一种传统灯。
104.如权利要求103的改进型LED灯装置，其中，多个LED为可调光LED。
105.如权利要求93的串联VCLCsw LED驱动电路，其包括2、3或4个NPN型晶体管，它们的发射极和集电极全部都连接于第一稳压二极管Vlim1的两端，用于在LED电流增加时，降低第一MOSFET缓冲BUF1栅极的电压。
106.如权利要求86的单单元负极负载VCLCsw LED驱动电路，其中单单元子电路包括一个恒压恒流CVCC系统，该CVCC系统包括：
至少一个第二子电路单元，与第一子电路单元串联；及
每个单元子电路具有两个运算放大器，用于提供反馈回路。
107.一种单片发光二极管LED驱动整体反馈并联电路，包括：
交直流转换器子电路，其包括桥式整流器，与交流电压源可操作地连接，用于为其正极输出端子Vin上提供相对于其接地的负极输出端子的未经滤波的直流DC；及
至少一个Benister单元子电路，其包括：
第一MOSFET缓冲器BUF1，其漏极与第一LED条带LEDc1的负极相连接(LEDc1的正极与Vin相连接)，其源极与第一感测电阻器Rc1的第一端子相连，其栅极与稳压二极管Vlim4的负极相连接，Vlim4的正极接地；及
ON电阻器Ron1，其从第一MOSFET缓冲器BUF1的栅极连接到稳压二极管Vlim4的负极。
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