CN105027682B

CN105027682B - Led照明装置的控制电路

Info

Publication number: CN105027682B
Application number: CN201480011042.3A
Authority: CN
Inventors: 金容根; 李相永; 安基哲
Original assignee: Silicon Works Co Ltd
Current assignee: LX Semicon Co Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN105027682A; KR20140107838A; US9480113B2; US20160007418A1; WO2014133335A1; KR101552823B1

Abstract

本发明公开了一种LED照明装置的控制电路，所述LED照明装置包括多个LED通道，包括：电流控制电路，配置为根据整流电压提供对应于LED通道依次发光的电流通道；残留电压缓冲电路，配置为对应于最后发光的LED通道，当所述整流电压上升至预设值从而出现残留电压时对残留电压进行缓冲。

Description

LED照明装置的控制电路

技术领域

本申请涉及一种LED照明装置，尤其是涉及一种具有电压缓冲功能的LED照明装置的控制电路。

背景技术

从近期照明装置的发展趋势来看，LED照明装置通常作为一种节能的光源。

高亮度的LED照明装置在很多方面都区别于其它光源，诸如：能源消耗、使用寿命、照明质量。

然而，因为由恒定电流驱动的LED的特性，所以使用LED作为光源的照明装置可能需要加装额外的电路。

为了解决上述技术问题，已经采用的照明装置包括交流直接式照明装置(ACdirect-type lighting apparatus)。

通常，交流直接式LED照明装置的设计原理是：通过对商业用电进行整流获得整流电压,利用该整流电压来驱动LED。

由于交流直接式LED照明装置不用电感器和电容器而直接采用整流电压作为输入电压，所以交流直接式LED照明装置具有令人满意的功率系数。

LED照明装置中的每个LED可设计为在，例如2.8V或3.8V的电压下工作。根据不同的情形，LED照明装置可设计为大量串联的LED利用整流电压来发光。

LED照明装置可配置为，根据整流电压的上升/下降，LED在每个通道上依次打开/关闭。

LED照明装置可以在各种环境下被驱动。特别地，由于使用LED照明装置区域内不稳定的功率特性或能源系统环境，LED照明装置可以由高于设计数值的电压进行驱动。

即，LED照明装置可以在应用了等于或大于LED工作电压的过压的状态下被驱动。在这种情况下，在所有LED都发光的状态下，过压会产生过流。

过流可能会影响LED照明装置的电流控制电路。在严重的情况下，电流控制电路的部件可能会因为故障或者热应力损坏。尤其是，包括电流控制电路的集成电路芯片可能会因此受到损坏。

近期市场对于高负载LED照明装置的需求越来越大。在高负载LED照明装置中，过压的影响可能会更大。而且，零件的故障或损坏可能会降低高负载LED照明装置的使用寿命和可靠性。

发明内容

本发明的各种实施例涉及一种LED照明装置的控制电路，即使由于电力系统环境及不稳定的功率特性而导致施加了高于设计值的电压，所述控制电路也能够保证用于控制LED发光的电流控制电路的稳定电流。

本申请的各种实施例涉及一种LED照明装置的控制电路，即使由于电力系统环境及不稳定的功率特性而导致施加了高于设计值的电压，所述控制电路也能够对包含在整流电压中的残留电压进行缓冲。

本发明的各种实施例涉及的LED照明装置的控制电路，即使由于电力系统环境及不稳定的功率特性而导致施加了高于设计值的电压，所述控制电路也能够吸收包含在整流电压中等于或大于预设值的残留电压，从而避免在集成电路芯片中发生由残留电压导致的发热。

在一个实施例中，包括多个LED通道的LED照明装置的控制电路包括：电流控制电路，配置为根据整流电压提供对应于LED通道依次发光的电流通道；残留电压缓冲电路，配置为对应于最后发光的LED通道，当所述整流电压上升至预设值从而出现残留电压时对残留电压进行缓冲。

按照本发明，尽管由于电力系统环境或不稳定的功率特性而造成LED照明装置被超过设计值的电压所驱动，控制电路可以保证电流控制电路的稳定电流，从而避免由于残留电压引起的故障或热应力而造成零件损坏。由此，具有提高产品的可靠性的效果。

此外，尽管由于电力系统环境或不稳定的功率特性而造成LED照明装置被超过设计值的电压所驱动，控制电路可以在集成电路芯片的外部执行对应于过压的电压缓冲，从而避免由于残留电压引起集成电路芯片的发热。

此外，尽管由于电力系统环境或不稳定的功率特性而造成LED照明装置被超过设计值的电压所驱动，控制电路可以在集成电路芯片外部吸收等于或大于整流电压并且包含在整流电压中的残留电压，从而保证电流控制电路的稳定运行。这样，控制电路可以阻止由于故障或热应力对产品造成可靠性的降低。

此外，当LED照明装置设计为大功率时，控制电路可以解决LED照明装置被大于设计值的电压驱动时可能产生的发热问题。

附图说明

图1是根据本发明实施例的LED照明装置的控制电路的电路示意图；

图2是描述图1所示实施例的操作的波形示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的实施例进行更详细的描述。然而，本说明书描述了不同形式的实施例，这不应当理解为仅限于这些实施例。本发明所提供实施例的目的是使得本说明书的描述更加具体和完整，并且将充分地传达技术方案，使本领域技术人员能够理解。在整个说明书中，在各个附图及实施例中，相同的部件用相同的标记表示。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

本发明的实施例公开了一种电路，其即使在电源系统环境或不稳定功率特性导致LED照明装置被高于设计值的电压驱动的情况下，也能保证电流控制电路的稳定电流。

图1所示的实施例可以利用整流电压发光，并且实现发光的电流管理。

参见图1，本发明的具体方案包括：灯10、供电单元、电流控制电路14和残留电压缓冲电路16。所述供电单元能够将通过对商业用电进行转化而获得的整流电压提供给灯10，并且电流控制电路14能够给灯10的每个LED通道提供发光的电流通道。

灯10可以包括被分割为多个LED通道的LED。通过从供电单元提供的整流电压的上升/下降，包括在灯10中的LED可以实现每个LED通道的依次的开/关。

如图1所示，灯10包括4个LED通道，即LED1、LED2、LED3、LED4。其中LED1至LED4每个LED通道包括一个或多个LED。以下为了方便描述，一个或多个LED只使用一个标号进行表示。

所述供电单元可以配置为对外部引入的交流电压进行整流，并输出整流电压。

所述供电单元包括可以提供交流电压的交流电源VAC以及配置为对交流电压进行整流并输出整流电压的整流电路12。

所述交流电源VAC包括商业电源。

所述整流电路12会将交流电源VAC的正弦波交流电压进行全波整流，并且输出整流电压。如图2所示，整流电压可以具有电压在商业交流电压的每半个周期会上升或下降的纹波。以本发明的具体实施例来说，整流电压的升降可以表示整流电压纹波的升降。

所述电流控制电路14可以为LED1通道至LED4通道的发光执行电流管理。

所述电流控制电路14配置为通过一端接地的感测电阻RS为电流管理提供电流通道。

根据本发明的实施方式，灯10的LED通道LED1至LED4会根据整流电压的升/降而依次开/关。

当整流电压上升到依次达到LED1通道至LED4通道的发光电压时，所述电流控制电路14为LED1通道至LED4通道提供发光电流通道。

LED通道LED4发光时的发光电压V4可定义为所有LED通道LED1至LED4均发光的电压。LED通道LED3发光时的发光电压V3可定义为LED通道LED1至LED3发光的电压。LED通道LED2发光时的发光电压V2可定义为LED通道LED1和LED2发光的电压。LED通道LED1发光时的发光电压V1可定义为仅有LED通道LED1发光的电压。

所述电流控制电路14可通过感测电阻Rs接收感测电压。所述感测电压会根据灯10每个LED通道的发光状态形成的不同电流通道而改变。这样，恒定的电流就可以作为每个LED通道的电流流入感测电阻RS。

电流控制电路14包括多个开关电路31至34和基准电压供给单元20。多个开关电路31至34可以分别为LED通道LED1至LED4提供电流通道，并且基准电压供给单元20可以提供基准电压VREF1至VREF4。

基准电压供应单元20设置为根据生产者的目的提供不同电平的基准电压VREF1～VREF4。

基准电压供应单元20可以包括多个串联在一起的电阻，以便接收恒定电压，并且通过电阻器之间的各个节点之间，输出不同电平的基准电压VREF1～VREF4。在另一种实施例中，基准电压供应单元20可以包括独立的供电电源，用于提供具有不同电平的基准电压VREF1～VREF4。

在具有不同电平的基准电压VREF1～VREF4之中，基准电压VREF1的电平最低，基准电压VREF4的电平最高。所述电平可按照基准电压等级VREF1～VREF4逐渐增高。

基准电压VREF1具有在LED通道LED2发光时断开开关电路31的电平。更具体地说，基准电压VREF1设置为比感测电压更低，所述感测电压由LED通道LED2的发光电压V2在感测电阻Rs中形成。

基准电压VREF2具有在LED通道LED3发光时断开开关电路32的电平。更具体地说，基准电压VREF2设置为比感测电压更低，所述感测电压由LED通道LED3的发光电压V3在感测电阻Rs中形成。

基准电压VREF3具有在LED通道LED4发光时断开开关电路33的电平。更具体地说，基准电压VREF3设置为比感测电压更低，所述感测电压由LED通道LED4的发光电压V4在感测电阻Rs中形成。

基准电压VREF4可以设置为使得感测电阻Rs中形成的电流变成在整流电压的上限区域中的恒定电流。

开关电路31至34共同连接到提供感测电压的电流感测电阻Rs，从而执行电流管理并形成电流通道。

开关电路31至34将感测电阻Rs的感测电压和基准电压供给单元20的基准电压VERF1至VERF4进行比较，形成用于打开灯10的选择性电流通道。

当开关电路31至34连接到远离应用整流电压的位置的LED通道LED1至4时，每个开关电路31至34可以接收高电平基准电压。

每个开关电路31至34可以包括比较器50和开关元件，所述开关元件包括NMOS晶体管52。

包括在每个开关电路31至34中的比较器50可以包括：配置为接收基准电压的正输入端(+)；配置为接收感测电压的负输入端(-)；配置为输出基准电压和感测电压的比较结果的输出端。

根据施加在栅极上的比较器50的输出，每个开关电路31至34中包括的NMOS晶体管52执行开关操作。

残留电压缓冲电路16，可以在设置包括电流控制电路14的集成电路芯片的外部，串联在最晚发光的LED通道LED4的电流通道上。

基于上述结构，当施加过压时，所述残留电压缓冲电路16根据包含在整流电压中的残留电压对从LED通道LED4流到电流控制电路14的电流进行限制。

即，残留电压缓冲电路16可以串联在LED通道LED4的电流通道上，根据过压状态的残留电压，通过执行电压缓冲来控制过流(over current)流入到电流控制电路14中。残留电压缓冲电路16可通过电压吸收(voltage absorption)进行电压缓冲。

所述残留电压缓冲电路16串联设置在LED通道LED4的电流通道上，并且通过在过压状态下吸收包含在整流电压中的等于或大于预设值的残留电压进行电压缓冲。

残留电压缓冲电路16包括检测单元和开关单元。所述检测单元会提供对应于残留电压的上升的检测电压。根据检测电压的情况，开关单元会在电流控制电路14和最晚发光的LED4通道之间执行电流控制。

包括在残留电压缓冲电路16中的开关单元包括用于根据检测电压控制电流流动的功率场效应管(以下简称为晶体管Qz)。

所述检测单元包括检测电阻Rg1、分压电阻Rg2和齐纳二极管ZD。所述检测电阻Rg1可以并联连接到所述LED通道LED4，并且所述分压电阻Rg2和所述齐纳二极管ZD可并联连接到所述检测电阻Rg1上。所述分压电阻Rg2用于对检测电阻Rg1上的电压进行分压，并将分出的电压施加到残留电压缓冲电路16的开关单元的栅极上。通过将电压抑制为预定的数值，所述齐纳二极管ZD可以将施加到残留电压缓冲电路16的开关单元的栅极上的电压数值均匀，并且将流过LED的电流限制为恒定电流，从而吸收残留电压。

齐纳二极管ZD可配置为具有对应于恒定电流的3V至50V的击穿电压。

在具有上述结构的残留电压缓冲电路16中，所述齐纳二极管ZD根据正常的整流电压可用作恒定电压。因此，残留电压缓冲电路16通过打开的晶体管Qz吸收LED通道LED4和电流控制电路14的开关电路34的NMOS晶体管52之间的残留电压，从而保证正常的电压应用及电流流动。

首先，下面将参照图2对处于施加正常整流电压状态下的LED照明装置的操作进行描述。

当整流电压在初始状态下时，开关电路31至34可以维持导通状态，因为施加在正输入端(+)的基准电压VREF1～VREF4高于施加在负输入端(-)的感测电阻Rs的感测电压。

然后，当整流电压上升至发光电压V1时，灯10的LED通道LED1会发光。然后，灯10的LED通道LED1发光时，连接到LED通道LED1的电流控制电路14的开关电路31可以提供电流通道。

当整流电压达到发光电压V1从而LED通道LED1发光并且通过开关电路31形成电流通道时，感测电阻Rs的感测电压的电平会上升。然而，由于感测电压的电平为低，所以开关电路31至34的导通状态不会改变。

然后，当整流电压连续上升至发光电压V2时，灯10的LED通道LED2会发光。当灯10的LED通道LED2发光时，连接到LED通道LED2的电流控制电路14的开关电路32可以提供电流通道。此时，LED通道LED1可以保持为发光状态。

当整流电压达到发光电压V2从而LED通道LED2发光并且通过开关电路32形成电路通道时，感测电阻Rs的感测电压的电平会提升。此时，感测电压的电平可以大于基准电压VREF1。这样，开关电路31的NMOS晶体管52可以被比较器50的输出所关闭。即，开关电路31被关闭，开关电路32可以提供对应于LED通道LED2的发光的选择性电流通道。

然后，当整流电压连续上升至发光电压V3时，灯10的LED通道LED3会发光。然后，当当灯10的LED通道LED3发光时，连接至LED通道LED3的电流控制电路14的开关电路33可以提供电流通道。此时，LED通道LED1和LED2也可以保持发光状态。

当整流电压达到发光电压V3从而LED通道LED3发光并且通过开关电路33形成电流通道时，感测电阻Rs的感测电压的电平会提升。此时，感测电压的电平可以比基准电压VREF2高。这样，开关电路32的NMOS晶体管52可能会被比较器50的输出所关闭。即，开关电路32被关闭，并且开关电路33可以提供对应于LED通道LED3发光的选择性电流通道。

然后，当整流电压连续上升至发光电压V4时，灯10的LED通道LED4会发光。当灯10的LED通道LED4发光时，连接到LED通道LED4的电流控制电路14的开关电路34可以提供电流通道。此时，LED通道LED1至LED3也会保持发光状态。

当整流电压达到发光电压V4从而LED通道LED4发光并且通过开关电路34形成电流通道时，感测电阻Rs的感测电压的电平会提升。此时，感测电压的电平会比基准电压VREF3高。这样，开关电路33的NMOS晶体管52可以被比较器50的输出所关闭。即，开关电路33被关闭，并且开关电路34可以提供对应于LED通道LED4的选择性电流通道。

随后，尽管整流电压连续上升，但是开关电路34仍会保持为导通状态，从而感测电阻Rs中形成的电流成为恒定电流。

当LED通道LED1至LED4响应于整流电压的上升而依次发光时，对应于发光状态的电流通道的电流会阶梯式增长，如图2所示。即，由于电流控制电路14执行恒定电流管理，所以对应于每个LED通道发光的电流可以保持为恒定电平。当发光的LED通道的数量增加时，响应于这一增加，电流通道上的电流电平可以上升。

在如前所述整流电压上升至上限电平之后，整流电压开始下降。

当整流电压下降至发光电压V4以下时，灯10的LED通道LED4会关闭。

当LED通道LED4通道关闭时，灯10会利用LED3、LED2和LED1保持发光状态。从而可以通过连接到LED通道LED3的开关电路33形成电流通道。

随后，当整流电压依次下降至发光电压V3、发光电压V2、发光电压V1以下时，灯10的LED通道LED3、LED2、LED1依次关闭。

当灯10的LED通道LED3、LED2、LED1依次关闭时，所述电流控制电路14将切换负并提供由开关电路33、32、31形成的选择性的电流通道。此外，响应于LED通道LED1至LED4的关闭状态，所述电流通道上的电流电平可以阶梯式下降。

在上述具体方案中，LED照明装置可以由一个比设计值更高的电压(以下简称为过压)驱动。

即，本发明的具体实施例可以由过压驱动，并且过压状态中的整流电压可以包括等于或大于预设值的残留电压。

在本发明的具体实施例中，假设整流电压的纹波的最大值设计为220V。在此种情况下，过压状态的整流电压的波形的最大值可以超过250V。

这样，当过压状态下被驱动的整流电压逐步上升时，LED通道LED1至LED4可以根据整流电压的电平依次发光。

即使当LED通道LED4最后发光时，过压状态下的整流电压可以上升并超过驱动员LED通道LED4的设计值，即220V。

施加于LED通道LED4的电压可以被检测电阻Rg1检测并被分压电阻Rg2分压，并且作为齐纳二极管ZD反向偏置电压被传送。

所述齐纳二极管ZD可以具有30V至50V范围的击穿电压，并在通过检测电阻Rg1和分压电阻Rg2传送的电压达到击穿电压之前提供稳定电压，从而保证晶体管QZ的正常开启状态。

当施加于LED通道LED4的整流电压进入过压状态以致传输至齐纳二极管ZD的电压超过击穿电压时，齐纳二极管ZD可以根据等于或大于设计值的残留电压减少检测电压，从而使得晶体管Qz的栅极电压不再增加。即，当齐纳二极管ZD的有限的检测电压被施加至晶体管Qz的栅极时，尽管残留电压在增加，漏源电压可以增加从而使得残留电压下降。

更具体的说，当齐纳二极管ZD限制的电压被施加于晶体管Qz的栅极时，晶体管Qz的电流不再增加，而是保持恒定。这样，当对应于图2所示残留电压Vds被施加于晶体管Qz的源极和漏极之间时，晶体管Qz可以吸收残留电压Vds。由于残留电压Vds在晶体管Qz的源极和漏极之间被吸收，所以在电流控制电路14中，过压不会施加到形成最后发光的LED4电路通道的集成电路芯片的开关元件上。

当施加到最后发光的LED通道LED4上的整流电压上升至等于或大于预设值的过压时，残留电压缓冲电路16可以缓冲残留电压，从而确保电流控制电路14能正常工作。

因此，可以避免过压状态下的整流电压引起的残留电压施加到包括电流控制电路14的集成电路芯片上。在过压状态下，包括在整流电压中的残留电压可以在集成电路芯片的外部被吸收和缓冲。

考虑到残留电压造成的发热情况，晶体管Qz可以采用能够稳定控制发热的功率场效应管FET(Field Effect Transistor)。

如上所述，即使由于电力系统环境或不稳定的功率特性LED照明装置由高于设计值的过压驱动，本发明的实施例可以根据残留功率执行电压缓冲，从而避免在电流控制电路中发热。

因此，本发明的实施例可以避免过压引起LED照明装置控制电路的损坏或热应力从而导致零件损坏。作为结果，可以提高产品的使用寿命和可靠性。

特别是，当LED照明装置设计为具有大功率时，本发明的实施例可以有效的解决因实际电压超过设计值造成的发热问题。

Claims

1.一种LED照明装置的控制电路，所述LED照明装置包括多个LED通道，包括：

电流控制电路，配置为根据整流电压提供对应于LED通道依次发光的电流通道；和

残留电压缓冲电路，配置为对应于最后发光的LED通道，当所述整流电压上升至预设值从而出现残留电压时对残留电压进行缓冲；

所述残留电压缓冲电路包括：

残留电压检测单元，配置为提供对应于残留电压上升的检测电压；和

开关单元，配置为根据所述检测电压对残留电压进行缓冲。

2.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述电流控制电路连接至提供对应于所述电流通道的电流流动的感测电压的感测电阻，并且响应于所述感测电压以及LED通道发光状态的变化，提供电流通道。

3.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述电流控制电路响应于LED通道的依次发光而执行恒定电流管理。

4.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述电流控制电路响应LED通道的发光状态而提供不同电平的基准电压，将对应于电流通道上电流的感测电压与基准电压进行比较，提供对应于LED通道发光状态的变化的电流通道。

5.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述残留电压缓冲电路设置在包括所述电流控制电路的集成电路芯片的外部。

6.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述残留电压缓冲装置能够响应于所述残留电压对施加到最晚发光的LED通道的电流通道的残留电压进行吸收。

7.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述残留电压检测单元包括齐纳二极管。

8.根据权利要求7所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述齐纳二极管的击穿电压为3V至50V。

9.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述残留电压检测单元包括：

检测电阻，与最晚发光的LED通道并联连接；和

齐纳二极管，配置为接收检测电阻的电压，并且响应于残留电压的上升提供检测电压。

10.根据权利要求1所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述开关单元包括功率场效应管，所述功率场效应管根据所述检测电压吸收残留电压。

11.根据权利要求10所述的LED照明装置的控制电路，其特征在于：所述残留电压检测单元增加功率场效应管的漏源电压，并使得残留电压下降。