CN115802543A - 提供高功率效率的发光二极管驱动装置 - Google Patents

提供高功率效率的发光二极管驱动装置 Download PDF

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CN115802543A CN202210853392.0A CN202210853392A CN115802543A CN 115802543 A CN115802543 A CN 115802543A CN 202210853392 A CN202210853392 A CN 202210853392A CN 115802543 A CN115802543 A CN 115802543A
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Abstract

提供一种发光二极管驱动装置，其提供高功率效率。一种用于驱动发光二极管阵列的发光二极管驱动装置，所述发光二极管阵列可包括至少一个发光二极管，且所述发光二极管驱动装置可包括整流器、发光二极管驱动器，其被配置为通过多个第一节点从所述发光二极管阵列依次汲取发光二极管驱动电流，以及第一开关电路，其通过多个第二节点连接到所述发光二极管阵列，其中，所述第一开关电路可包括多个第一开关，其共同连接到作为所述多个第一节点之一的第一共同节点，并分别连接到所述多个第二节点，以及第一控制器，其控制所述多个第一开关以使所述多个第一开关导通和断开。

Description

提供高功率效率的发光二极管驱动装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年09月13日提交的韩国专利申请No.10-2021-0122075的优先权 和权益，其通过引用合并于此用于所有目的，如同在此完全阐述一样。
技术领域
本公开的技术思想涉及一种发光二极管(light emitting diode：LED)，更具 体地，涉及一种提供高功率效率的发光二极管驱动装置以及包括所述发光二极管驱动装 置的照明设备。
背景技术
作为发光器件的示例，发光二极管(light emitting diode：LED)由于其良好 的电能功耗和小尺寸而被用于各种应用中。从发光二极管发出的光的强度可以取决于通 过其中的电流的大小，并且一种以交流(alternating current：AC)电压作电源的照 明设备可包括用于从交流电压向发光二极管提供适当的电流的组件。因此，可能需要从 交流电源有效地向发光二极管提供电流。另外，尽管所供应交流电压的大小根据环境而 不同，但可能需要照明设备稳定地发光。
发明内容
本公开的技术思想提供一种在各种环境中提供高功率效率的发光二极管(ligh-em itting diode：LED)驱动装置，以及包括所述发光二极管驱动装置的照明设备。
为了达成如上所述的目的，根据本公开的技术思想的一方面，一种用于驱动包括至少一个发光二极管的发光二极管阵列的发光二极管驱动装置可包括整流器，其向所述发光二极管阵列提供从交流电压整流得到电压、发光二极管驱动器，其通过多个第一节 点从所述发光二极管阵列依次汲取发光二极管驱动电流，以及第一开关电路，其通过多 个第二节点连接到所述发光二极管阵列，其中，所述第一开关电路可包括多个第一开关， 其共同连接到作为所述多个第一节点之一的第一共同节点，并分别连接到所述多个第二 节点，以及第一控制器，其被配置为在所述发光二极管驱动器通过作为所述多个第一节 点之一的第一共同节点汲取所述发光二极管驱动电流期间，控制所述多个第一开关以使 所述多个第一开关导通和断开，当所述多个第一开关中的每一个由所述第一控制器导通 时，所述多个第一开关中的每一个被配置为将所述发光二极管驱动电流从所述多个第二 节点中的连接到所述多个第一开关中的每一个的第二节点传递到所述第一共同节点。
根据本公开的示例性实施例，所述发光二极管驱动器可通过所述第一共同节点汲取具有最大大小的所述发光二极管驱动电流。
根据本公开的示例性实施例，当所述交流电压的峰值小于参考值时，所述多个第一开关中的至少一个可始终断开。
根据本公开的示例性实施例，所述多个第一开关可包括第一晶体管，其连接到所述多个第二节点中的一个以及所述第一共同节点，以及第二晶体管，其连接到所述多个 第二节点中的另一个以及所述第一共同节点，其中，当所述第二晶体管导通时，所述发 光二极管驱动电流可传递到所述至少一个发光二极管中的位于所述第一晶体管和所述第 二晶体管分别连接到的第二节点之间的至少一个发光二极管，所述第一控制器可向所述 第一晶体管提供第一控制电压并且向所述第二晶体管提供高于所述第一控制电压的第二 控制电压。
根据本公开的示例性实施例，所述第一控制电压和所述第二控制电压可分别为直流电压。
根据本公开的示例性实施例，所述第一控制器可包括第一放大器，其基于第一参考电压生成所述第一控制电压，以及第二放大器，其基于第二参考电压生成所述第二控 制电压。
根据本公开的示例性实施例，所述第一控制器可包括电阻器，其连接到所述发光二极管阵列，以及至少一个二极管，其与所述电阻器串联，并且所述第一控制电压可为 所述第二控制电压由所述至少一个二极管降压后而获得的电压。
根据本公开的示例性实施例，所述发光二极管驱动器可包括在半导体封装中，并且所述第一开关电路可与所述半导体封装一起安装在印刷电路板中。
根据本公开的示例性实施例，所述发光二极管驱动装置可进一步包括第二开关电路，其通过多个第三节点连接到所述发光二极管阵列，其中，所述第二开关电路可包括 多个第二开关，其共同连接到作为所述多个第一节点之一的第二共同节点，并分别连接 到所述多个第三节点，以及第二控制器，其控制所述多个第二开关以使所述多个第二开 关依次导通和依次断开。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解并且被并入且构成本说明书的一部 分的附图例示本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明构思。
图1为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的框图。
图2为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的电路图。
图3A和图3B为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的操作示例的时序图。
图4为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的电路图。
图5A和图5B为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的操作示例的时序图。
图6为示出根据本公开示例性实施例的开关电路的框图。
图7A至图7E为示出根据本公开示例性实施例的开关电路的示例的电路图。
图8为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的框图。
图9为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的操作示例的时序图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。提供本发明实施例是为了向本领域普通技术人员更完整地说明本发明。由于本发明可以有各种修改并且可以具有各种形式，因此将在附图中示出并详细说明特定施例。然而，这并不意在将本发明限制为特 定公开的形式，应理解为包括在本发明的思想和技术范围内的所有修改、等同物或替代 物。在描述每幅附图时，相似的附图标记用于相同的组件。在附图中，为了本发明的明 确性，结构的尺寸比实际尺寸放大或缩小而图示。
在本申请中使用的术语仅用于描述特定实施例，并不用于限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数表达包括复数表达。在本申请中，“包括”或“具有”等术 语旨在表示存在说明书中所记载的特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合，应 当理解，不排除添加或存在一个或多个其他特征或数字、步骤、操作、组件、部件或其 组合的可能性。
除非另有定义，本文中使用的包括技术或科学术语的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。常用词典中定义的术语应解释为具有与相关技术上下文中的含义一致的含义，除非在本申请中明确定义，否则不应以理想或 过于正式的意义来解释。
图1为示出根据本公开示例性实施例的照明设备10的框图。具体地，图1的框图一起示出向照明设备10提供电力的交流电压源以及照明设备10。照明设备10可以基于从交流电压VAC提供的电力而发光。在一些实施例中，作为非限制性示例，照明设备10可以包 括在用于室内照明、室外照明、便携式照明和车辆照明的灯中。在一些实施例中，照明 设备10可以是独立流通的单元，并且可以具有能够从灯移除的结构。
参照图1，照明设备10可包括整流器11、发光二极管(light emitting diode：LED)阵列12、发光二极管驱动器13以及开关电路14。在一些实施例中，包括在照明设备1 0中的两个或更多个组件可以被包括在一个半导体封装中。例如，整流器11、发光二极管 驱动器13和开关电路14可以被包括在至少一个半导体封装中。在一些实施例中，照明设 备10可以包括印刷电路板(printed circuit board：PCB)，并且至少一个半导体封装 可以安装在印刷电路板上。
整流器11可以对诸如正弦波的交流电压VAC进行整流以生成经整流得到的电压VREC。 例如，整流器11可以对交流电压VAC进行全波(full-wave)整流，并且可以将经整流得到 的电压VREC提供给发光二极管阵列12。在本说明书中，假设整流器11为全波整流器，但本发明的示例性实施例不限于此。
发光二极管阵列12可以包括至少一个发光二极管。例如，发光二极管阵列12可以包括单个发光二极管或由串联的两个或多个发光二极管构成的至少一个发光二极管串。发光二极管阵列12在一些实施例中可以包括具有基本相同色温的多个发光二极管，或者在一些其他实施例中可以包括各自具有两个或更多个不同色温的多个发光二极管。发光二极管阵列12中包括的多个发光二极管串中的每一个可以接收发光二极管驱动电流ILED的至少一部分，并且可以发出具有根据通过其中的电流的大小而确定的强度的光。
发光二极管驱动器13可以从发光二极管阵列12中汲取(drain)发光二极管驱动电流ILED。例如，如图1所示，发光二极管驱动器13可以通过多个第一节点N10汲取发光二极 管驱动电流ILED，从而发光二极管驱动电流ILED可以从整流器11流向发光二极管阵列12。如 稍后将参照图3A等所述，发光二极管驱动器13可以通过多个第一节点N10从发光二极管阵 列12依次汲取发光二极管驱动电流ILED，并且发光二极管驱动电流ILED可以具有追从经整流得到的电压VREC的大小。
开关电路14可以连接在发光二极管阵列12和发光二极管驱动器13之间。例如，如图1所示，开关电路14可以通过多个第一节点N10中的一个(在本说明书中可称为第一共 同节点)连接到发光二极管驱动器13，并且可以通过多个第二节点N20连接到发光二极管 阵列12。如稍后将参照图4等所述，通过连接到发光二极管驱动器13的第一节点(即第一 共同节点)而输出的发光二极管驱动电流ILED可以由开关电路14通过多个第二节点N20中的 至少一个从发光二极管阵列12汲取。因此，照明设备10不仅可以具有如稍后将参照5A所 述的高功率效率，更即使在交流电压VAC的峰值变动时，也可以保持高功率效率，如稍后 将参照5B所述。
在一些实施例中，开关电路14可以独立于发光二极管驱动器13来实现。例如，发光二极管驱动器13可以被包括在半导体封装中，开关电路14可以实现为单独的半导体封装或者两个或更多个半导体封装并与发光二极管驱动器13的半导体封装一起安装在印刷电路板上。因此，开关电路14可以容易地添加到包括发光二极管阵列12和发光二极管驱 动器13的照明设备10或从其移除，并且可根据照明设备10的各种要求(例如，功率效率、 成本和体积等)来选择性地包括开关电路14。结果，可以促进各种类型的照明设备的生 产。在本说明书中，用于驱动发光二极管阵列12的组件，即整流器11、发光二极管驱动 器13和开关电路14，可以统称为发光二极管驱动装置。
图2为示出根据本公开示例性实施例的照明设备20的电路图，并且图3A和图3B为示 出根据本公开示例性实施例的照明设备20的操作示例的时序图。具体地，图2的电路图示 出省略了图1的开关电路14的照明设备20。
参照图2，照明设备20可以包括整流器21、发光二极管阵列22和发光二极管驱动器23。整流器21可以生成从交流电压VAC整流得到的电压VREC。发光二极管阵列22可以接收经整流得到的电压VREC，并且包括彼此串联的第一至第四发光二极管串S1至S4。发光二极管驱动器23可以通过分别对应于第一至四发光二极管串S1至S4的第一节点N11到N14连接到发光二极管阵列22，并且可以汲取发光二极管驱动电流ILED。为此，发光二极管驱动器23 可以包括分别连接到四个的第一节点N11至N14的第一至第四电流源CS21至CS24，并且第 一至第四电流源CS21至CS24可以在启用状态下分别生成第一至第四电流I1至I4。在一些实 施例中，如稍后将描述，第一至第四电流I1至I4可以依次增加或具有相同的大小(I1≤I2≤I3≤I4)。
第一至第四电流源CS21至CS24可以分别根据四个的第一节点N11至N14的电压相互 排他地启用。例如，随着经整流得到的电压VREC增加，第一至第四电流源CS21至CS24可以依次启用，并且当另一个电流源被启用时，之前被启用的电流源可能会被停用。在一些 实施例中，发光二极管驱动器23可以包括用于控制如上所述的第一至第四电流源CS21至CS24的控制电路。
在下文中，将主要描述包括四个发光二极管串的发光二极管阵列和通过四个的第一节点从发光二极管阵列汲取发光二极管驱动电流ILED的发光二极管驱动器，但是本公开的示例性实施例不限于此。例如，发光二极管阵列22可以包括与图2所示的不同数量的发光二极管串，并且发光二极管驱动器23可以通过其数量与发光二极管串的数量对应的节点连接到发光二极管阵列22。此外，在一些实施例中，发光二极管串可以包括与图2中所 示的不同数量的彼此串联的发光二极管。在一些实施例中，图2中所示的一个发光二极管 可以包括彼此并联的两个或更多个发光二极管。在图3A和图3B中，发光二极管电压VLED可 以与在发光二极管驱动电流ILED所流经的复数个发光二极管中生成的电压相对应。
参照图3A，可以将具有第一峰值PK1的经整流得到的电压VREC供给发光二极管阵列2 2，并且第一峰值PK1可以大于如稍后将参照图3B描述的第二峰值PK2(PK1＞PK2)。在时间t11至时间t12的区间以及在时间t17至时间t18的区间，可以仅使第一电流源CS21启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第一电流I1一致，因此，如图3A所示，第一发光二极 管串S1可以发光。在时间t12至时间t13的区间以及在时间t16至时间t17的区间，可以仅 使第二电流源CS22启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第二电流I2一致，因此，如 图3A所示，第一发光二极管串S1和第二发光二极管串S2可以发光。在时间t13至时间t14 的区间以及在时间t15至时间t16的区间，可以仅使第三电流源CS23启用，并且发光二极 管驱动电流ILED可以与第三电流I3一致，因此，如图3A所示，第一发光二极管串S1至第三 发光二极管串S3可以发光。在时间t14至时间t15的区间，可以仅使第四电流源CS24启用， 并且发光二极管驱动电流ILED可以与第四电流I4一致，因此，如图3A所示，第一发光二极 管串S1至第四发光二极管串S4可以发光。
在图3A中，经整流得到的电压VREC和发光二极管电压VLED之间的阴影区域可以对应于 功率损耗，并且随着阴影区域的面积减小，功率效率可以增加。如图3A所示，在经整流得到的电压VREC的绝对斜率较低的时间段，即在时间t13至时间t14的区间以及时间t15至时间t16的区间中，可能会发生较大的功率损耗。在下文中，如稍后将参照图4和图5A所述， 图1的开关电路14可以减少在时间t13至时间t14的区间以及时间t15至时间t16的区间中发生的功率损耗，从而实现高功率效率。
参照图3B，具有小于图3A的第一峰值PK1的第二峰值PK2的经整流得到的电压VREC可 以提供给发光二极管阵列22(PK2<PK1)。提供给照明设备20的交流电压VAC的大小(例如，峰值)可能由于各种因素而变动，因此，提供给发光二极管阵列22的经整流得到的电压VREC的大小也可以变动。在时间t21至时间t22的区间以及在时间t25至时间t26的区间，可以 仅使第一电流源CS21启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第一电流I1一致，因此， 如图3B所示，第一发光二极管串S1可以发光。在时间t22至时间t23的区间以及在时间t24至时间t25的区间，可以仅使第二电流源CS22启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第二电流I2一致， 因此，如图3B所示，第一发光二极管串S1和第二发光二极管串S2可以发光。在时间t23至时间t24 的区间，可以仅使第三电流源CS23启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第三电流I3一致，因 此，如图3B所示，第一发光二极管串S1至第三发光二极管串S3可以发光。
在图3B中，经整流得到的电压VREC和发光二极管电压VLED之间的阴影区域可以对应于功率损 耗，并且随着阴影区域的面积减小，功率效率可以增加。不同于图3A的例示，在图3B中，第四 电流源CS24可能不被启用，因此第四发光二极管串S4可能不发光。此外，如图3B所示， 在时间t23至时间t24的区间，功率损耗可能增加，因此可发生低于图3A的例示的功率效 率。在下文中，如稍后将参照图4和图5B所述，图1的开关电路14可以减少在时间t23至时 间t24的区间中发生的功率损耗，因此即使在经整流得到的电压VREC的大小减小的情况下也 可以实现高功率效率。
图4为示出根据本公开示例性实施例的照明设备40的电路图，并且图5A和图5B为示 出根据本公开示例性实施例的照明设备40的操作示例的时序图。具体地，图4的电路图示 出包括图1的开关电路44的照明设备40。在下文中，在图4、图5A和图5B的描述中，将省略与参照图3A和图3B所述的内容重覆的内容。
参照图4，照明设备40可包括整流器41、发光二极管阵列42、发光二极管驱动器43以及开关电路44。开关电路44可以连接到四个的第一节点N11至N14中的第一节点(即第 一共同节点)N14，并且可以通过四个的第二节点N21至N24连接到发光二极管阵列42。例 如，如图4所示，开关电路44可通过四个的第二节点N21至N24连接到第一至第四发光二极 管串S1至S4中的发光二极管驱动电流ILED最后流过的第四发光二极管串S4，并且第四发光 二极管串S4可以包括彼此串联的第一至第四发光二极管D41至D44。如参照图2所述，在一 些实施例中，第四发光二极管串S4可以包括与图4所示的不同数量的彼此串联的发光二极 管，并且开关电路44可以通过图4所示的不同数量的第二节点连接到第四发光二极管串S4。 在图5A和图5B中，发光二极管电压VLED可以与在发光二极管驱动电流ILED所流经的复数个发光二极管中生成的电压相对应。
参照图5A，可以将具有第一峰值PK1的经整流得到的电压VREC提供给发光二极管阵列42。在时间t31至时间t32的区间以及在时间t43至时间t44的区间，可以仅使第一电流源CS41启 用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第一电流I1一致，因此，如图5A所示，第一发光二极管串S 1可以发光。在时间t32至时间t33的区间以及在时间t42至时间t43的区间，可以仅使第二电流源CS 42启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第二电流I2一致，因此，如图5A所示，第一发光二极 管串S1和第二发光二极管串S2可以发光。在时间t33至时间t34的区间以及在时间t41至时间t42的 区间，可以仅使第三电流源CS43启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第三电流I3一致，因此， 如图5A所示，第一发光二极管串S1至第三发光二极管串S3可以发光。
在时间t34至时间t41的区间，可以仅使第四电流源CS44启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第四电流I4一致。具体地，在时间t34至时间t35的区间以及在时间t40至时间t41的区间， 开关电路44可以使发光二极管驱动电流ILED(即第四电流I4)流经四个的第二节点N21至N24中的连 接到第一发光二极管D41的阴极(cathode)的第二节点N21。因此，如图5A所示，第一至第三 发光二极管串S1至S3和第一发光二极管D41可以发光。在时间t35至时间t36的区间以及在时 间t39至时间t40的区间，开关电路44可以使发光二极管驱动电流ILED流经四个的第二节点N21至N24 中的连接到第二发光二极管D42的阴极的第二节点N22。因此，如图5A所示，第一至第三发光 二极管串S1至S3以及第一发光二极管D41和第二发光二极管D42可以发光。在时间t36至时间 t37的区间以及在时间t38至时间t39的区间，开关电路44可以使发光二极管驱动电流ILED流经四个 的第二节点N21至N24中的连接到第三发光二极管D43的阴极的第二节点N23。因此，如图5A所示， 第一至第三发光二极管串S1至S3和第一至第三发光二极管D41至D43可以发光。在时间t37 至时间t38的区间，开关电路44可以使发光二极管驱动电流ILED流经四个的第二节点N21至N24中的 连接到第四发光二极管D44的阴极的第二节点N24。因此，如图5A所示，第一至第三发光二极 管串S1至S3和第一至第四发光二极管D41至D44(即第四发光二极管串S4)可以发光。
在图5A中，经整流得到的电压VREC和发光二极管驱动电流ILED之间的阴影区域可以对应于功 率损耗，并且随着阴影区域的面积减小，功率效率可以增加。与图3A中的第三发光二极管串S3 发光的区间(即时间t13至时间t16的区间)相比，在图5A中，在第三发光二极管串S3发 光的区间(即时间t33至时间t42的区间)，功率损耗可以显着降低，因此功率效率可以 提高。
参照图5B，可以将具有第二峰值PK2的经整流得到的电压VREC提供给发光二极管阵列42。在时间t51至时间t52的区间以及在时间t59至时间t60的区间，可以仅使第一电流源CS41启 用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第一电流I1一致，因此，如图5B所示，第一发光二极管串S 1可以发光。在时间t52至时间t53的区间以及在时间t58至时间t59的区间，可以仅使第二电流源CS 42启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第二电流I2一致，因此，如图5B所示，第一发光二极 管串S1和第二发光二极管串S2可以发光。在时间t53至时间t54的区间以及在时间t57至时间t58的 区间，可以仅使第三电流源CS43启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第三电流I3一致，因此， 如图5B所示，第一发光二极管串S1至第三发光二极管串S3可以发光。
在时间t54至时间t57的区间，可以仅使第四电流源CS44启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第四电流I4一致。具体地，在时间t54至时间t55的区间以及在时间t56至时间t57的区间， 开关电路44可以使发光二极管驱动电流ILED(即第四电流I4)流经四个的第二节点N21至N24中的连 接到第一发光二极管D41的阴极的第二节点N21。因此，如图5B所示，第一至第三发光二极管串S1 至S3和第一发光二极管D41可以发光。在时间t55至时间t56的区间，开关电路44可以使发光二极管 驱动电流ILED流经四个的第二节点N21至N24中的连接到第二发光二极管D42的阴极的第二节点N22。 因此，如图5B所示，第一至第三发光二极管串S1至S3以及第一发光二极管D41和第二发光二极管D4 2可以发光。
在图5B中，经整流得到的电压VREC和发光二极管驱动电流ILED之间的阴影区域可以对应于功 率损耗，并且随着阴影区域的面积减小，功率效率可以增加。与图3B中的第三发光二极管串S3 发光的区间(即时间t23至时间t24的区间)相比，在图5B中，在第三发光二极管串S3发 光的区间(即时间t53至时间t58的区间)，功率损耗可以显着降低，因此尽管经整流得 到的电压VREC具有减少的大小，但仍可保持或提高功率效率。
图6为示出根据本公开示例性实施例的开关电路60的框图。具体地，图6的框图示出图4的开关电路44的示例。如图6所示，开关电路60可以包括控制器61和多个开关62。 在下文中，将参照图4说明图6。
多个开关62可以共同连接到单个第一节点，也可以分别连接到多个第二节点。例如，如图6所示，多个开关62可以包括连接到第一节点N14并分别连接到四个的第二节点N21至N24的第一至第四开关SW1至SW4。第一至第四开关SW1至SW4中的每一个可以在导通(on)(或接通)状态下电连接(connection)两端，并且可以在断开(off)(或关掉) 状态下电断开(disconnection)两端。在一些实施例中，如稍后将参照图7A至7E所述， 第一至第四开关SW1至SW4中的每一个可以包括至少一个晶体管。如参照图5B所述，当经 整流得到的电压VREC(或交流电压VAC)的峰值小于参考值时，包括第一至第四开关SW1至SW 4中的第四开关SW4的至少一个开关可以始终断开。
控制器61可以生成用于控制多个开关62的多个控制信号。如参照图5A和图5B所述， 在与第一节点N14连接的第四电流源CS44被启用的区间，发光二极管驱动电流ILED(即第四 电流I4)可以根据经整流得到的电压VREC的大小依次流过四个的第二节点N21至N24。为此， 控制器61可以生成第一至第四控制信号CTR1至CTR4，使得第一至第四开关SW1至SW4在适 当的时间导通和断开。在一些实施例中，如稍后将参照图7D和7E所述，不同于图6中所示， 所述第一至第四开关SW1至SW4可以级联(cascade)，并且控制器61也可以生成一个控制 信号。稍后将参照图7A至7E描述控制器61的示例。
图7A至图7E为示出根据本公开示例性实施例的开关电路的示例的电路图。具体地， 图7A至图7E的电路图示出图4的开关电路44的示例。在下文中，将参照图4描述图7A至图7 E，在图7A至图7C的描述中，将省略与参照图4所述的内容重覆的内容。
参照图7A，开关电路70a可以包括控制器71a和多个开关72a。多个开关72a可以包括共同连接到第一节点N14并且分别连接到四个的第二节点N21至N24的第一至第四晶体管M1至M4。尽管在图7A中示出第一至第四晶体管M1至M4是N沟道场效应管(n-channel fiel deffect transistor：NFET)，但本公开的示例性实施例不限于此，多个开关72a可以 包括任何类型的晶体管。例如，多个开关72a也可以包括双极结型(bipolar junction) 晶体管。在一些实施例中，第一至第四晶体管M1至M4可以具有相同的结构。在一些实施 例中，第一至第四晶体管M1至M4可以具有不同的结构。例如，第一晶体管M1可以具有比 第二至第四晶体管M2至M4更小的尺寸。
控制器71a可以包括第一至第四电压源VS1至VS4，并且可以生成分别对应于图6的第一至第四控制信号CTR1至CTR4的第一至第四控制电压VCTR1至VCTR4。第一至第四电压源VS1至VS4中的每一个可以具有生成正直流电压的任意结构。因此，第一至第四控制电压VCTR1至VCTR4可以依次增加(VCTR1<VCTR2<VCTR3<VCTR4)，并且可以分别提供给第一至第四晶体管M1至M 4的控制电极(或栅极)。
当满足以下[数学式1]时，第一晶体管M1可导通，并且发光二极管驱动电流ILED可流经第一晶体管M1。
【数学式1】
VN13>VD41+VCTR1-VTH
在[数学式1]中，VN13为图4的第一节点N13的电压，VD41为第一发光二极管D41的正向 电压，且VTH为第一晶体管M1的阈值电压。
当随着经整流得到的电压VREC增加而满足以下[数学式2]时，第二晶体管M2可以导通，并且发光二极管驱动电流ILED可以流经第二晶体管M2。
【数学式2】
VN13>VD41+VD42+VCTR2-VTH
在[数学式2]中，VD42为第二发光二极管D42的正向电压。此时，第一晶体管M1也可以导通，但第一晶体管M1的栅-源电压VGS1可能小于第二晶体管M2的栅-源电压VGS2(VGS1<VGS2)，因此发光二极管驱动电流ILED的大部分可流经第二晶体管M2。
当随着经整流得到的电压VREC增加而满足以下[数学式3]时，第三晶体管M3可以导通，并且 发光二极管驱动电流ILED可以流经第三晶体管M3。
【数学式3】
VN13>VD41+VD42+VD43+VCTR3-VTH
在[数学式3]中，VD43为第三发光二极管D43的正向电压。此时，第一晶体管M1和第二晶 体管M2也可以导通，但第一晶体管M1和第二晶体管M2的栅-源电压VGS1和VGS2可以小于第三 晶体管M3的栅-源电压(VGS1<VGS2<VGS3)，因此发光二极管驱动电流ILED的大部分可以流经第 三晶体管M3。
当随着经整流得到的电压VREC增加而满足以下[数学式4]时，第四晶体管M4可以导通，并且 发光二极管驱动电流ILED可以流经第四晶体管M4。
【数学式4】
VN13>VD41+VD42+VD43+VD44+VCTR4-VTH
在[数学式4]中，VD44为第四发光二极管D44的正向电压。此时，第一至第三晶体管M1至M3也可以导通，但第一至第三晶体管M1至M3的栅-源电压VGS1、VGS2和VGS3可以小于第四晶体 管M4的栅-源电压VGS4(VGS1<VGS2<VGS3<VGS4)，因此发光二极管驱动电流ILED的大部分可以流经 第四晶体管M4。
参照图7B，开关电路70b可以包括控制器71b和多个开关72b。多个开关72b可以包括共同 连接到第一节点N14并且分别连接到四个的第二节点N21至N24的第一至第四晶体管M1至M4。
类似于图7的控制器71a，控制器71b可以包括第一至第四电压源VS1至VS4，并且还可以包括第一至第四放大器A1至A4。第一至第四放大器A1至A4可以是运算(operational)放大器，并可以包括分别连接到第一至第四电压源VS1至VS4的非反相(non-inverting) 输入，且可以分别包括连接到第一节点N14的反相(inverting)输入。因此，与图7A的 控制器71a相比，图7B的控制器71b可以更敏感地控制第一至第四晶体管M1至M4，并且第 一至第四晶体管M1至M4可以被安全地导通或断开。
参照图7C，开关电路70c可以包括控制器71c和多个开关72c。多个开关72c可以包括共同 连接到第一节点N14并且分别连接到四个的第二节点N21至N24的第一至第四晶体管M1至M4。
控制器71c可以包括电阻器R、第一至第三二极管D1至D3以及齐纳二极管DZ。如图7C所示，电阻器R可以连接到第一节点N13，并且第一至第三二极管D1至D3可以在电阻器R 和齐纳(Zener)二极管DZ之间彼此串联。在一些实施例中，尽管在图7C中示出，第一至 第三二极管D1至D3中的每一个可以包括彼此串联和/或并联的两个或更多个二极管，并且 齐纳二极管DZ可以包括彼此串联和/或并联的两个或更多个齐纳二极管。二极管的数量、 齐纳二极管的数量、二极管的配置和齐纳二极管的配置可以基于所需的第一至第四控制 电压VCTR1至VCTR4而确定。
第一节点N13的电压可以随着经整流得到的电压VREC的增加而增加，因此可以生成依次增加的第一至第四控制电压VCTR1至VCTR4。用于驱动齐纳二极管DZ以及第一至第三二极管D1至D3的电流可以由电阻器R调节。在一些实施例中，不同于图7C中所示，电阻器R可 以连接到比第一节点N13提供更高的电压的节点，诸如图4的第一节点N12或第三发光二极 管串S3的内部节点。
参照图7D，开关电路70b可以包括控制器71b和多个开关72d。多个开关72d可以包括第一至第四晶体管M1至M4以及第一至第三二极管D1至D3。如图7D所示，第一至第四晶 体管M1至M4可以分别连接到四个的第二节点N21至N24，并且第一至第三二极管D1至D3可 以分别连接到第一至第三晶体管M1至M3。例如，第三二极管D3可以具有连接到第三晶体 管M3的源极的阳极(anode)以及连接到第四晶体管M4的源极的阴极(cathode)。
如参照图6所述，多个开关72d可以包括级联的第一至第四开关。例如，第一晶体管M1和第一二极管D1可以对应于第一开关，第二晶体管M2和第二二极管D2可以对应于第二开关，第三晶体管M3和第三二极管D3可以对应于第三开关，并且第四晶体管M4可以对 应于第四开关。因此，如图7D所示，级联的第一至第四开关可以由一个控制信号即控制 电压VCTR控制。
控制器71d可以包括电阻器R和齐纳二极管DZ。如图7D所示，电阻器R可以连接到第一节点N13，并且控制电压VCTR可以对应于连接有电阻器R和齐纳二极管DZ的节点的电压。因此，控制电压VCTR可以对应于齐纳二极管DZ的反向(backward)电压，并具有一定的大 小。在一些实施例中，不同于图7D所示，为了具有适当大小的控制电压VCTR，齐纳二极管D Z可以包括彼此串联和/或并联的两个或更多个齐纳二极管。
第一至第四晶体管M1至M4可以共同接收一定的控制电压VCTR作为栅极电压，相反，可以具有分别通过第一至第三二极管D1至D3依次增加的栅-源电压。因此，ru参照图7A所述，当经整流得到的电压VREC逐渐增加时，第一至第四晶体管M1至M4可以依次相互排他地导通，之后，当经整流得到的电压VREC逐渐减少时，第四至第一晶体管M4至M1可以依次相 互排他地导通。
参照图7E，开关电路70e可以包括控制器71e和多个开关72e。类似于图7D的多个开关72d，多个开关72e可以包括第一至第四晶体管M1至M4和第一至第三二极管D1至D3。
类似于图7D的控制器71d，控制器71e可以包括电阻器R和齐纳二极管DZ，并且还可以包括放大器A。放大器A可以是运算放大器，并且可以包括连接到电阻器R和齐纳二极管DZ的非反相输入以及连接到第一节点N14的反相输入。在本说明书中，电阻器R和齐纳二 极管DZ所连接的节点的电压，即放大器A的非反相输入电压可以被称为参考电压。与图7D 的控制器71d相比，图7E的控制器71e可以更敏感地控制第一至第四晶体管M1至M4，并且 第一至第四晶体管M1至M4可以更准确地被导通或断开。
图8为示出根据本公开示例性实施例的照明设备80的框图。具体地，图8的框图示出包括多个开关电路的照明设备80。在下文中，在图8的描述中，将省略与参照图4所述 的内容重覆的内容。
参照图8，类似于图4的照明设备40，照明设备80可以包括整流器81、发光二极管阵列82、发光二极管驱动器83和第一开关电路84，还可以包括第二开关电路85。发光二 极管驱动器83可以通过四个的第一节点N11至N14从发光二极管阵列82汲取发光二极管驱 动电流ILED。第一开关电路84可以连接到四个的第一节点N11至N14中的第一节点N14(即第 一共同节点)，并且可以通过四个的第二节点N21至N24连接到发光二极管阵列82。如参 照附图所述，第一开关电路84可以通过减少功率损耗来提高功率效率，并且即使在交流 电压VAC的大小变动时，也可以保持或增加功率效率。
照明设备80还可包括第二开关电路85以进一步降低功率损耗。第二开关电路85可以连接到四个的第一节点N11至N14中的第一节点N13(在本说明书中，可称为第二共同节点)，并且可以通过四个的第三节点N31至N34连接到发光二极管阵列82。第二开关电路8 5可以具有与第一开关电路84相同的结构，因此可以使通过第一节点N13汲取的发光二极 管驱动电流ILED流经四个的第三节点N31至N34中的一个。在一些实施例中，照明设备80可 进一步包括至少一个附加的开关电路，其连接在发光二极管驱动器83和发光二极管阵列8 2之间，类似于第一开关电路84和第二开关电路85。稍后将参照图9描述由第二开关电路8 5提高功率效率的操作的示例。
图9为示出根据本公开示例性实施例的照明设备的操作示例的时序图。具体地，图9的时序图示出图8的照明设备80的操作的示例。在下文中，将参照图8说明图9。在图9中，发光二极管电压VLED可以与在发光二极管驱动电流ILED所流经的复数个发光二极管中生成的 电压相对应。
参照图9，可以将具有第一峰值PK1的经整流得到的电压VREC提供给发光二极管阵列 82。在时间t71至时间t72的区间以及在时间t77至时间t78的区间，可以仅使第一电流源C S81启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第一电流I1一致，因此，如图9所示，第一发光二极管串S1可以发光。在时间t72至时间t73的区间以及在时间t76至时间t77的区间，可以 仅使第二电流源CS82启用，并且发光二极管驱动电流ILED可以与第二电流I2一致，因此，如图9所示， 第一发光二极管串S1和第二发光二极管串S2可以发光。
在时间t73至时间t74的区间，第二开关电路85可以使发光二极管驱动电流ILED依次通过第 三发光二极管串S3的第一至第四发光二极管D31至D34。此外，在时间t75至时间t76的区间，第二 开关电路85可以使发光二极管驱动电流ILED依次从第三发光二极管串S3的第四至第一发光二极管D3 4至D31被切断。类似地，在时间t74至时间t75的区间，第一开关电路84可以使发光二极管驱动电 流ILED依次通过第四发光二极管串S4的第一至第四发光二极管D41至D44，然后使发光二极管驱动电 流ILED依次从第四发光二极管串S4的第四至第一发光二极管D44至D41被切断。
与图5A中的从第二发光二极管串S2开始发光的时间到第四发光二极管串S4(即第一发光二极管D41)开始发光的时间的区间(即，时间t32至时间t33的区间以及时间t42 至时间t43的区间)中的功率损耗相比，图9中的从第二发光二极管串S2开始发光的时间 到第四发光二极管串S4(即第一发光二极管D41)开始发光的时间的区间(即，时间t72 至时间t74的区间以及时间t75至时间t77的区间)中的功率损耗可以减少，因此，第二开 关电路85可以提高功率效率。
根据本公开示例性实施例的发光二极管驱动装置和照明设备，可以最小化来自用于驱动发光二极管的交流电压的功率损失，因此可以获得具有高效率的照明设备。
此外，根据本公开示例性实施例的发光二极管驱动装置和照明设备，即使交流电压的峰值变动，也可以驱动最大数量的发光二极管，因此可以保持高功率效率。
另外，根据本公开示例性实施例的发光二极管驱动装置和照明设备，可以容易地添加或去除提供额外功率效率的开关电路，因此可以容易地生产对应于各种要求的照明设备。
在本公开的示例性实施例中可获得的效果不限于上述效果，并且本公开的示例性实施例所属的本领域的普通技术人员可以从以上描述中清楚地得出和理解未陈述的其他效果。换言之，本领域的普通技术人员也可以从本公开的示例性实施例中得出实施本公 开的示例性实施例的非预期效果。
虽然已在此描述了某些示例性实施例和实施方式，但是根据该描述，其它实施例和修改将是明显的。因此，本发明构思不限于这些实施例，而是限于所附权利要求的更 宽范围，并且对于本领域普通技术人员来说，各种显而易见的修改和等同布置将是明显 的。

Claims (11)

1.一种用于驱动发光二极管阵列的发光二极管驱动装置，所述发光二极管阵列包括至少一个发光二极管，且所述发光二极管驱动装置包括：
整流器，其被配置为向所述发光二极管阵列提供从交流电压整流得到的电压；
发光二极管驱动器，其被配置为通过多个第一节点从所述发光二极管阵列依次汲取发光二极管驱动电流；以及
第一开关电路，其通过多个第二节点连接到所述发光二极管阵列，
其中，所述第一开关电路包括：
多个第一开关，其分别连接到所述多个第二节点；以及
第一控制器，其被配置为在所述发光二极管驱动器通过作为所述多个第一节点之一的第一共同节点汲取所述发光二极管驱动电流期间，控制所述多个第一开关以使所述多个第一开关导通和断开，
当所述多个第一开关中的每一个由所述第一控制器导通时，所述多个第一开关中的每一个被配置为将所述发光二极管驱动电流从所述多个第二节点中的连接到所述多个第一开关中的每一个的第二节点传递到所述第一共同节点。
2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述发光二极管驱动器被配置为通过所述第一共同节点汲取具有最大大小的所述发光二极管驱动电流。
3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其中，
当所述交流电压的峰值小于参考值时，所述多个第一开关中的至少一个始终断开。
4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述多个第一开关包括：
第一晶体管，其连接到所述多个第二节点中的一个以及所述第一共同节点；以及
第二晶体管，其连接到所述多个第二节点中的另一个以及所述第一共同节点，
其中，当所述第二晶体管导通时，所述发光二极管驱动电流传递到所述至少一个发光二极管中的位于所述第一晶体管和所述第二晶体管分别连接到的第二节点之间的至少一个发光二极管，
所述第一控制器被配置为向所述第一晶体管提供第一控制电压并且向所述第二晶体管提供高于所述第一控制电压的第二控制电压。
5.根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述第一控制电压和所述第二控制电压分别为直流电压。
6.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述第一控制器包括：
第一放大器，其被配置为基于第一参考电压生成所述第一控制电压；以及
第二放大器，其被配置为基于第二参考电压生成所述第二控制电压。
7.根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述第一控制器包括：
电阻器，其连接到所述发光二极管阵列；以及
至少一个二极管，其与所述电阻器串联，
所述第一控制电压为所述第二控制电压由所述至少一个二极管降压后而获得的电压。
8.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述发光二极管驱动器包括在半导体封装中，并且
所述第一开关电路与所述半导体封装一起安装在印刷电路板中。
9.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，进一步包括：
第二开关电路，其通过多个第三节点连接到所述发光二极管阵列，
其中，所述第二开关电路包括：
多个第二开关，其共同连接到作为所述多个第一节点之一的第二共同节点，并分别连接到所述多个第三节点；以及
第二控制器，其被配置为控制所述多个第二开关以使所述多个第二开关依次导通和依次断开。
10.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述第一控制器被配置为生成控制电压，
所述多个第一开关包括：
二极管，其具有连接到所述第一共同节点的阴极；
第一晶体管，其包括接收所述控制电压的栅极和连接到所述二极管的阳极的源极；以及
第二晶体管，其包括接收所述控制电压的栅极和连接到所述第一共同节点的源极。
11.根据权利要求10所述的发光二极管驱动装置，其中，
所述第一控制器包括放大器，所述放大器被配置为基于参考电压和所述第一共同节点的电压生成所述控制电压。
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