CN106922050B - Led电压驱动器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED电压驱动器电路。公开了一种发光二极管(LED)电压驱动器电路。根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路包括：向其施加电压的输入端子；接地端子；其一端连接到输入端子并且不同于该一端的另一端连接到接地端子的输入电容器，其中输入电容器利用在施加到输入端子的电压和接地端子的电压之间的电压差充电；和连接到输入电容器和输入端子并且被配置为向LED输出电力的降压转换器电路，其中在输入电容器中充电的电压被供应为降压转换器电路的输入电压。

Description

LED电压驱动器电路
对相关申请的交叉引用
该申请要求在此通过引用以其整体并入其公开的、在2015年12月28日提交的韩国专利申请No.2015-0187466的优先权和利益。
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)电压驱动器电路，并且更加具体地涉及一种向LED提供电压的驱动器电路。
背景技术
近来，在南韩照明工业中，发光二极管(LED)照明已经作为有前景的市场而出现。不仅由于去年的日本大地震和福岛的核电站事故，而且作为一种在发达国家中用于省电的方式，对于LED照明的兴趣已经显著地增加。南韩的LED照明公司在每一个外国国家中积极地实现了相关的认证以抢占海外市场，并且存在将新的LED照明产品引入市场的增长的趋势以及用于替代传统的荧光灯的LED照明需求，该新的LED照明产品被添加了难以利用传统的荧光灯实现的各种功能和灵敏度。
当施加到LED的电压等于或者大于LED的阈值电压时，电流开始流动通过LED使得从那里发射光。使用电池、电源等供应低压直流电(DC)电力以驱动这种LED。
电源主要地被用作用于供应低压DC电力的装置，并且这种电源接收商业交流电(AC)电力、将AC电力转换成预定的DC电力，然后将预定的DC电力转换成LED驱动电力，并且向LED供应LED驱动电力。
当LED由传统电源驱动时，商业AC电力被转换成预定DC电力以驱动LED。
诸如将变压器的输出控制为用于照明LED的恒定电流输出、在LED的输出端子处使用恒定电流电路、使用升压电路和恒定电流电路等的某些方法经常被用作用于控制LED的方法，然而，这种传统控制方法存在功率转换效率降低并且电路复杂的问题。
因此，需要提供一项能够有效率地向LED供应电力的LED电压驱动器电路技术。
发明内容
本发明涉及提供一种向发光二极管(LED)供应电压的驱动器电路。
本发明的技术目的不限于以上公开，并且基于以下描述，对于本领域技术人员而言，未在这里描述的其它目的可以变得清楚。
根据本发明的一个方面，提供一种LED电压驱动器电路，包括：输入端子，向该输入端子施加电压；接地端子；输入电容器，该输入电容器的一端连接到输入端子，并且不同于该一端的另一端连接到接地端子，其中输入电容器利用施加到输入端子的电压和接地端子的电压之间的电压差充电；以及连接到输入电容器和输入端子并且被配置为向LED输出电力的降压(buck)转换器电路，其中在输入电容器中充电的电压被供应为降压转换器电路的输入电压。
附图说明
通过参考附图详细地描述其示例性实施例，对于本领域技术人员而言，本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是示意传统发光二极管(LED)驱动器电路的视图；
图2是示意设置有根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路的LED驱动器电路的视图；
图3到6是用于描述根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路的操作的视图；
图7是示意设置有根据本发明的另一个实施例的LED电压驱动器电路的LED驱动器电路的视图；
图8到11是用于描述根据本发明的另一个实施例的LED电压驱动器电路的操作的视图；
图12是示意设置有根据本发明的再一个实施例的LED电压驱动器电路的LED驱动器电路的视图；以及
图13是用于使用根据本发明的再一个实施例的LED电压驱动器电路驱动LED的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。参考附图和将在下面描述的实施例，本发明的优点和特征和实现它们的方法将变得清楚。然而，本发明可以被以不同的形式体现并且不应该被理解为限制于在这里阐述的实施例。而是，提供了实施例从而本公开是彻底的和完全的，并且向本领域技术人员充分地表达该创造性概念，并且本发明应该仅仅由所附权利要求限定。贯穿本说明书地，相同的附图标记示意相同的构件。
除非另有定义，包括在这里使用的技术和科学术语的所有的术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。应该进一步理解，术语诸如在通常使用的词典中定义的那些不是在理想化的或者过度形式化的意义上解释的，除非特意地在这里被如此定义。
图1是示意传统发光二极管(LED)驱动器电路的视图。
参考图1，传统LED驱动器电路100包括输入电源110、线路滤波器120、整流器130、功率因数校正器(PFC)140、降压转换器150，和LED 160。
输入电源110可以是提供交流电(AC)电压和AC电流的电源。
线路滤波器120是过滤在电力线中包括的各种噪声的滤波器。线路滤波器120可以包括配置有线圈和电容器的低通滤波器。线路滤波器120可以包括过滤在电力线中包括的电磁干扰波的滤波器。
整流器130是将AC电力转换成直流电(DC)电力的电路。整流器130可以包括桥接电路。
PFC 140升高输入电压。例如，输入电源110的100V到200V的电压穿过PFC 140从而可以输出400V的电压。
当PFC 140的输出电压被输入降压转换器150时，降压转换器150将输出电压降低(step down)到LED 160的驱动电压。降压转换器150可以包括降压电路。例如，降压转换器150可以将PFC 140的400V的输出电压降低到20V的LED驱动电压。
当降压转换器150将输入电压400V降低到20V的电压时，占空比(duty ratio)是“20/400＝0.05”。当占空比是0.05时，LED驱动器电路100可能存在以下问题：即使当LED驱动电路100被驱动时，驱动自身是不可能或者效率是非常低的。
本发明的实施例与用于替代降压转换器150的LED电压驱动器电路的发明有关。LED电压驱动器电路包括浮动接地并且具有高于传统降压转换器150的占空比从而在LED驱动控制中的效率能够增加。
图2是示意设置有根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路的LED驱动器电路的视图。
参考图2，LED驱动器电路200可以包括是AC电源的输入电源110、具有桥接二极管电路的整流器130、PFC 140、LED电压驱动器电路210，和LED 160。
因为输入电源110、整流器130，和LED 160与在图1的传统LED驱动器电路100的配置中的那些相同，所以其描述将省略以避免重复。
根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路210可以包括输入端子220、接地端子230、输入电容器Cin，和降压转换器电路215。
从PFC 140输出的电压可以被施加到输入端子220。输入端子220可以连接到输入电容器Cin和降压转换器电路215。
接地端子230可以包括浮动接地。根据本发明的一个实施例，接地端子230可以连接到整流器130的输出端子。
输入电容器Cin可以在输入端子220和接地端子230之间连接。输入电容器Cin的一端可以连接到输入端子220并且另一端可以连接到接地端子230。输入电容器Cin利用施加到输入端子220的电压充电，并且被充电的电力可以被输出为降压转换器电路215的输入电力。
降压转换器电路215可以包括降压开关Q2、降压二极管D2、输出电容器Co、降压电感器L2，和输出端子240。
降压开关Q2可以控制在降压转换器电路中流动的电流。降压开关Q2可以控制从输入电容器Cin输出的电流的流动。降压开关Q2可以包括双极结型晶体管(BJT)或者场效应晶体管(FET)。虽然为了解释方便起见在图2中使用n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但是这仅仅是实例，并且本发明不限于此。
降压二极管D2连接到接地端子230和降压开关Q2的一端。降压二极管D2的p型可以连接到接地端子230并且其n型可以连接到降压开关Q2。降压二极管D2可以防止输入电容器Cin的电力流动到接地端子230。
输出电容器Co的一端连接到接地端子230并且其另一端连接到输出端子240。输出电容器Co可以当降压开关Q2接通(turn on)时利用从输入电容器Cin输入的电力充电，并且当降压开关Q2断开(turn off)时向输出端子240输出充电电力。
降压电感器L2的一端连接到输出端子240和输出电容器Co的结点并且另一端连接到降压开关Q2和降压二极管D2的结点。降压电感器L2可以当降压开关Q2接通时存储从输入电容器Cin提供的电力，并且当降压开关Q2断开时通过输出端子240输出所存储的电力。
PFC 140可以包括PFC电感器L1、PFC二极管D1，和PFC开关Q1。
PFC电感器L1、PFC二极管D1，和PFC开关Q1的一端被连接到一个结点，并且PFC电感器L1的另一端连接到整流器130的输出端子。PFC二极管D1的另一端连接到LED电压驱动器电路210的输入端子220。PFC开关Q1的另一端可以接地。
当PFC开关Q1接收接通控制信号并且接通时，从整流器130输入的电流穿过PFC电感器L1和PFC开关Q1并且流动到接地。这里，由于该电流而在PFC电感器L1中存储能量。
当PFC开关Q1接收断开控制信号并且断开时，在PFC电感器L1中存储的能量被添加到从整流器130输入的电流并且由此可以向PFC二极管D1输入高于整流器130的输出电压的电压。即，当PFC开关Q1断开时，PFC 140可以作为升压电路操作。例如，当输入电源110供应100V的电压时，来自整流器130的最大输出电压可以是141.1V，并且该电压可以被升高大约260V从而PFC 140的输出是400V的电压。
图3到6是用于描述根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路的操作的视图。
参考图3到6，将基于PFC开关Q1和降压开关Q2的接通和断开状态、逐步地并且详细地描述根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路的操作。
首先，参考图3，当PFC开关Q1接通时，整流器130的输出电流310流动通过PFC电感器L1和PFC开关Q1。这里，由于电流310而在PFC电感器L1中存储了能量。
接着，参考图4，当PFC开关Q1断开时，整流器130的输出电流320经由PFC电感器L1和PFC二极管D1流动到LED电压驱动器电路210的输入端子220。这里，在图3的操作期间存储的能量被添加到穿过PFC电感器L1的电流并且因此该电流可以被升压到高于整流器130的输出电压的电压。因此，高于整流器130的输出电压的电压被施加到LED电压驱动器电路210的输入端子220。因为在PFC开关Q1断开时降压开关Q2处于断开状态中，所以所施加的电压和输入电流对输入电容器Cin充电。因为输入电容器Cin的一端连接到接地端子230并且接地端子230连接到整流器130的输出端子，所以与PFC 140的输出电压和整流器130的输出电压之间的电压差相对应的电压可以被施加到输入电容器Cin。
例如，当输入电源110供应100V的AC电压时，从整流器130输出的电压电平可以最大是141.4V并且从PFC 140输出的电压可以是400V。这里，在400V和141.4V之间的大约260V的电压差可以被施加到输入电容器Cin的两端。即，在PFC开关Q1断开并且降压开关Q2断开的状态中，可以以260V对输入电容器Cin充电。
接着，参考图5，当PFC开关Q1接通并且降压开关Q2接通时，PFC 140的输出电压不再被施加到输入电容器Cin并且可以经由降压开关Q2向降压转换器电路提供在输入电容器Cin中充电的电力。输入电容器Cin用作降压转换器电路的输入电源，并且由于在输入电容器Cin中充电的电力，电流330经由降压开关Q2流动通过输出电容器Co和降压电感器L2。相应地，输出电容器Co可以被充电并且能量可以被存储在降压电感器L2中。
接着，参考图6，当PFC开关Q1断开时，阻挡了在输入电容器Cin中充电的电力流动到降压转换器电路侧，并且由于在输出电容器Co中充电的电力和在降压电感器L2中存储的能量，电流340可以流动通过LED 160。由于电流340，LED 160可以发射光。
再次参考图3到6，因为接地端子230用作连接到整流器130的输出端子的浮动接地，所以与PFC 140的输出电压和整流器130的输出电压之间的电压差相对应的电压可以在输入电容器Cin中充电。即，因为输入电容器Cin被充电到低于PFC 140的输出电压的电压，所以占空比可以高于传统LED驱动器电路的占空比。
例如，当输入电源110供应100V的AC电压时，整流器130的最大输出电压是141.4V，PFC 140的输出电压是400V，并且由此输入电容器Cin被充电到大致260V。根据本发明的一个实施例，因为LED驱动电压是20V，所以占空比是“20/260＝0.077”，这高于传统的占空比0.05。因为占空比是高的，所以根据本发明的一个实施例的LED驱动器电路能够具有更好的效率和可操作性。
图7是示意设置有根据本发明的另一个实施例的LED电压驱动器电路的LED驱动器电路的视图。
参考图7，根据本发明的另一个实施例的LED电压驱动器电路410可以包括连接到不同于输入电源110的接地的接地点的接地端子230。与根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路210的不同之处在于接地端子230不被连接到整流器的输出端子132。
图8到11是用于描述根据本发明的另一个实施例的LED电压驱动器电路的操作的视图。
参考图8到11，将在图8到11中逐步地描述LED驱动器电路400的操作。
参考图8，当PFC开关Q1接通时，从整流器130输出的电流510经由PFC电感器L1和PFC开关Q1朝向接地流动。这里，由于电流510，能量被存储在PFC电感器L1中。
参考图9，当PFC开关Q1断开并且降压开关Q2处于断开状态中时，存储在PFC电感器L1中的能量被添加到从整流器130输出的电流520并且从PFC 140输出所添加的电流，并且从PFC 140输出的电流520在输入电容器Cin中流动。输入电容器Cin利用电流520充电。与PFC140的输出电压和连接到接地端子230的浮动接地的电压之间的电压差相对应的电压可以在输入电容器Cin中充电。
参考图10，当降压开关Q2接通时，在输入电容器Cin中充电的电力供应流动通过降压电感器L2和输出电容器Co的电流530。能量被存储在降压电感器L2中并且输出电容器Co利用电流530充电。
参考图11，当降压开关Q2断开时，由于在输出电容器Co和降压电感器L2中存储的能量，电流540流动通过LED 160。
图12是示意设置有根据本发明的再一个实施例的LED电压驱动器电路的LED驱动器电路的视图。
参考图12，设置有根据本发明的再一个实施例的LED电压驱动器电路610的LED驱动器电路600可以包括与在LED电压驱动器电路210和LED电压驱动器电路410中的那些相同的输入电容器Cin、降压二极管D2、降压开关Q2、降压电感器L2，和输出电容器Co，并且可以进一步包括第一开关620和第二开关630。
当第一开关620接通并且第二开关630断开时，LED电压驱动器电路610以与设置有根据本发明的一个实施例的LED电压驱动器电路210的LED驱动器电路200相同的方式操作。当第一开关620断开并且第二开关630接通时，LED电压驱动器电路610以与根据本发明的另一个实施例的LED电压驱动器电路410相同的方式操作。
根据本发明的再一个实施例的LED驱动器电路600根据LED 160的负载接通第一开关620或者第二开关630中的任一个。例如，当LED 160的负载是相对低的时，仅仅第一开关620接通，并且当LED 160的负载是高的时，仅仅第二开关630接通。
图13是用于使用根据本发明的再一个实施例的LED电压驱动器电路驱动LED的方法的流程图。
参考图13，将描述用于使用LED电压驱动器电路驱动LED的方法。
电力被施加到PFC(S100)。向其输入AC电力的整流器的输出可以被输入PFC。
在PFC中包括的PFC开关接通(S110)。LED驱动器电路接通在PFC中包括的PFC开关。当PFC开关接通时，施加到PFC的电力的电流在PFC电感器中流动。
能量被存储于在PFC中包括的PFC电感器中(S120)。当PFC开关接通时，电流在PFC电感器中流动，并且由于该电流电磁能被存储在PFC电感器中。
PFC开关断开并且在LED电压驱动器电路中包括的降压开关断开(S130)。当PFC开关断开时，施加到PFC的电力的电流经由PFC电感器和PFC二极管被提供给LED电压驱动器电路。
在LED电压驱动器电路中包括的输入电容器被充电(S140)。因为降压开关处于断开状态中，所以提供给LED电压驱动器电路的电流朝向输入电容器流动，并且输入电容器利用该电流充电。
降压开关接通(S150)。当降压开关接通时，在输入电容器中充电的能量流动到降压二极管。
在LED电压驱动器电路中包括的输出电容器被充电(S160)。从输入电容器输出的电流流动通过降压电感器和输出电容器，并且输出电容器利用该电流充电。
降压开关断开(S170)。当降压开关断开时，在降压电感器和输出电容器中充电的能量被放电。
电力被提供给LED(S180)。从降压电感器和输出电容器放电的能量作为电流流动到LED。
根据本发明的实施例的LED电压驱动器电路使得能够以高占空比进行切换控制并且具有增强驱动器电路的稳定性和效率的效果。
以上已经参考附图描述了本发明的实施例。本领域技术人员应该理解，在不改变本公开的技术精神或者基本特征时，本发明可以以不同于所公开的实施例的其它形式实现。因此，上述实施例应该仅仅在描述性的意义上考虑而非为了限制。
附图标记
110：输入电源
120：线路滤波器
130：整流器
140：功率因数校正器(PFC)
160：发光二极管(LED)
200：LED驱动器电路
210：LED电压驱动器电路

Claims (9)

1.一种LED电压驱动器电路，包括：
输入端子，向所述输入端子施加电压；
接地端子；
输入电容器，所述输入电容器的一端连接到所述输入端子并且不同于所述一端的另一端连接到所述接地端子，其中所述输入电容器利用施加到所述输入端子的电压和所述接地端子的电压之间的电压差充电；以及
降压转换器电路，所述降压转换器电路连接到所述输入电容器和所述输入端子，并且被配置为向LED输出电力，
其中在所述输入电容器中充电的电压被供应为所述降压转换器电路的输入电压，
其中所述降压转换器电路包括：
输出端子，通过所述输出端子向所述LED输出施加到所述输入端子并且被降低到LED驱动电压的电压；
降压开关，所述降压开关的一端连接到所述输入端子；
降压二极管，所述降压二极管的一端连接到所述接地端子，并且另一端连接到所述降压开关的另一端；
输出电容器，所述输出电容器的一端连接到所述接地端子，并且另一端连接到所述输出端子；以及
降压电感器，所述降压电感器的一端连接到所述输出端子和所述输出电容器的结点，并且另一端连接到所述降压开关和所述降压二极管的结点。
2.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中所述接地端子提供浮动接地作为接地。
3.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中：
所述输入端子接收从功率因数校正器输出的电压；并且
所述接地端子连接到所述功率因数校正器的电力输入端子以提供所述电力输入端子的电压作为接地。
4.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中：
所述接地端子包括：连接到浮动接地的第一开关和连接到向所述输入端子提供电压的功率因数校正器的电力输入端子的第二开关；
当所述第二开关断开时所述第一开关接通，其中所述接地端子提供所述浮动接地作为接地；并且
当所述第一开关断开时所述第二开关接通，其中所述接地端子提供所述功率因数校正器的电力输入端子的电压作为接地。
5.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中所述输入电容器当所述降压开关断开时利用施加到所述输入端子的电压充电，并且当所述降压开关接通时向所述降压转换器电路的输出电容器和降压电感器传送充电的电力。
6.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中所述输出电容器当所述降压开关接通时利用从所述输入电容器接收的电力充电，并且当所述降压开关断开时向所述输出端子输出充电的电力。
7.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中所述降压电感器当所述降压开关接通时存储从所述输入电容器接收的电力，并且当所述降压开关断开时向所述输出端子输出存储的电力。
8.根据权利要求1所述的LED电压驱动器电路，其中当所述降压开关断开时，所述输出端子输出在所述输出电容器和所述降压电感器中存储的电力。
9.一种用于向LED供应电力的LED驱动器电路，包括：
输入电源，向所述输入电源施加AC电力；
整流器，所述整流器将所述施加的AC电力转换成DC电力；
功率因数校正器，所述功率因数校正器升高所述转换的DC电力；以及
LED电压驱动器电路，所述LED电压驱动器电路将所述功率因数校正器中升高的电力降低到LED驱动电压以向所述LED提供LED驱动电压，
其中所述LED电压驱动器电路包括：
输入端子，向所述输入端子施加在所述功率因数校正器中升高的电力；
接地端子；
输入电容器，所述输入电容器的一端连接到所述输入端子并且另一端连接到所述接地端子，其中所述输入电容器利用施加到所述输入端子的电压和所述接地端子的电压之间的电压差充电；以及
降压转换器电路，所述降压转换器电路连接到所述输入电容器和所述输入端子，
其中所述降压转换器电路包括：
输出端子，通过所述输出端子向所述LED输出施加到所述输入端子并且被降低到LED驱动电压的电压；
降压开关，所述降压开关的一端连接到所述输入端子；
降压二极管，所述降压二极管的一端连接到所述接地端子，并且另一端连接到所述降压开关的另一端；
输出电容器，所述输出电容器的一端连接到所述接地端子，并且另一端连接到所述输出端子；以及
降压电感器，所述降压电感器的一端连接到所述输出端子和所述输出电容器的结点，并且另一端连接到所述降压开关和所述降压二极管的结点。
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