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1、(10)申请公布号 CN 103179743 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103179743 A *CN103179743A* (21)申请号 201210417141.4 (22)申请日 2010.02.12 61/157,360 2009.03.04 US 61/223,375 2009.07.06 US 201010119296.0 2010.02.12 H05B 37/02(2006.01) (71)申请人 立锜科技股份有限公司 地址 中国台湾新竹县竹北市 (72)发明人 刘景萌 廖家玮 罗兰万罗伊 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11。
2、219 代理人 陈肖梅 谢丽娜 (54) 发明名称 具有交直流直接转换控制功能的 LED 驱动电 路与相关方法和集成电路 (57) 摘要 本发明提出一种具有交直流直接转换控制功 能的 LED 驱动电路与相关方法和集成电路。所提 出的驱动电路包含 ： 一次侧电路， 其接收经整流 后的交流电力， 该一次侧电路具有至少一功率开 关 ； 与一次侧电路耦接的变压器， 根据一次侧电 路功率开关的操作， 将一次侧电压转换为二次侧 电压， 以供应给一 LED 电路 ； 以及与变压器耦接的 二次侧电路， 其直接控制 LED 电路的电流， 并产生 反馈讯号给一次侧电路， 以控制一次侧电路的功 率开关。 (30)优。
3、先权数据 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103179743 A CN 103179743 A *CN103179743A* 1/1 页 2 1. 一种集成电路， 用以与一 LED 电路耦接以控制 LED 的电流， 其特征在于， 该集成电路 包含 ： 多个 LED 电流控制电路 ； 第一误差放大器， 将反映该多个电流控制电路工作状态的电压之一与一参考电压比 较 ； 以及 第一晶体管， 根据误差放大器的输出，。
4、 而控制一对应的电流， 其中该集成电路既可与变压器的二次侧耦接、 亦可与直流对直流电压转换器的输出耦 接。 2. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 该第一晶体管控制的电流用以控制一光耦合 二极管。 3. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 该第一晶体管控制的电流用以反馈控制一直 流对直流电压转换器。 4. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 该电流控制电路为电流源。 5. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 该电流控制电路为第二误差放大器， 其与外挂 的第二晶体管和电阻构成电流源。 6. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 还包含 ： 电压调节电路， 其接收一电。
5、压而产生 经过调节的稳定电压。 7. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 还包含 ： 第二误差放大器， 其与外挂的第二晶 体管和电阻构成线性稳压电路。 8. 如权利要求 1 所述的集成电路， 其中， 该集成电路包含多个电流控制电路， 且该集成 电路还包含一个最小值选择电路， 选择反映各个电流控制电路工作状态的电压中电压最低 者， 输入第一误差放大器。 权 利 要 求 书 CN 103179743 A 2 1/5 页 3 具有交直流直接转换控制功能的 LED 驱动电路与相关方法 和集成电路 0001 本申请是申请号为 201010119296.0， 发明名称为 “具有交直流直接转换控制功能。
6、 的 LED 驱动电路与相关方法和集成电路” 的专利申请的分案申请。 技术领域 0002 本发明涉及一种具有交直流直接转换控制功能的发光二极管 (LED) 驱动电路与 相关方法， 和相关的集成电路。 背景技术 0003 请参阅图 1， 现有技术从交流电源供应电力来驱动 LED 照明时， 通常需要一个交直 流电源转换供应装置(AC-DC power regulator)10来将交流电转换成直流电压， 再通过LED 驱动电路 20 来控制通过 LED 的电流。交直流电源转换供应装置 10 中除变压器 13 外， 尚包 含一次侧电路 11、 二次侧电路 12、 桥式整流电路 14、 及其它独立元件 。
7、(discretedevice) 如 电容、 二极管等 （未示出） 。二次侧电路 12 侦测输出电压， 并以光耦合方式将侦测结果反馈 回一次侧电路 11 中的开关控制电路 PWM， 以控制一次侧电路 11 内功率开关 P 的操作。 0004 以上现有技术的缺点是， 其先由交直流电源转换供应装置 10 产生调节过的电压， 再由 LED 驱动电路 20 根据该电压来控制 LED 的电流， 因此至少必须使用一次侧电路 11、 二 次侧电路 12、 及 LED 驱动电路 20 三颗集成电路芯片， 在电路上并不经济。 0005 有关交直流电源转换供应装置， 另有一种称为 LLC（电感电感电容） 架构的现。
8、 有技术， 请见图 2 ； 其除了变压器 13 的两个电感外， 另设置了一个电容， 故称为 LLC 架构。 在 LLC 架构的现有技术中， 一次侧电路 11a 与图 1 的现有技术稍有差异， 由 LLC 控制器 111 控制两个功率开关 P1,P2 的操作， 以控制变压器的电压转换， 达成调节电压的目的。虽然整 体架构略有不同， 但使用此种现有技术时， 仍然具有前述问题， 亦即至少必须使用一次侧电 路 11a、 二次侧电路 12、 及 LED 驱动电路 20 三颗集成电路芯片， 在电路上并不经济。 0006 有鉴于此， 本发明即针对上述现有技术的不足， 提出一种具有交直流直接转换控 制功能的 。
9、LED 驱动电路及相关方法。此外， 本发明的集成电路不限于应用在交直流电源转 换的场合， 亦可应用在直流直流电源转换的场合。 发明内容 0007 本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷， 提出一种具有交直流直接转换 控制功能的 LED 驱动电路。 0008 本发明的另一目的在于， 提出一种驱动 LED 的方法。 0009 本发明的另一目的在于， 提出一种控制 LED 电流的集成电路。 0010 为达上述目的， 就其中一个观点言， 本发明提供了一种具有交直流直接转换控制 功能的 LED 驱动电路， 包含 ： 一次侧电路， 其接收经整流后的交流电力， 该一次侧电路具有 至少一功率开关 ； 与一。
10、次侧电路耦接的变压器， 根据一次侧电路功率开关的操作， 将一次侧 说 明 书 CN 103179743 A 3 2/5 页 4 电压转换为二次侧电压， 以供应给一 LED 电路 ； 以及与变压器耦接的二次侧电路， 其直接控 制 LED 电路的电流， 并产生反馈讯号给一次侧电路， 以控制一次侧电路的功率开关。 0011 在一实施例中， 上述 LED 驱动电路的二次侧电路包括 ： 至少一个电流源， 以控制流 过 LED 电路中的电流 ； 误差放大器， 将反映电流源 工作状态的一节点电压与一参考电压比 较 ； 以及一晶体管， 根据误差放大器的输出， 而控制一对应的电流。以该晶体管控制电流可 有多种方。
11、式， 例如， 此晶体管可直接形成可控电流源电路， 或与其它元件一起构成可控电流 源电路， 或输出一可控电压经一串联电阻而控制其电流。 0012 上述 LED 驱动电路可更包含一电压调节电路， 其接收该二次侧电压而产生经过调 节的稳定电压。该电压调节电路例如为线性稳压电路。 0013 就另一个观点言， 本发明提供了一种交直流直接转换控制发光二极管 (LED) 的方 法， 包含 ： 接收经整流后的交流电力 ； 以至少一功率开关控制一变压器的一次侧， 将该整流 后的交流电力转换为该变压器的二次侧输出电压， 供应给一 LED 电路 ； 以至少一个电流源， 控制流过该 LED 电路中的电流 ； 以及反馈。
12、控制该功率开关， 使该至少一个电流源的工作电 压不低于最低正常工作电压。 0014 上述方法中， 可更包含 ： 调节该将二次侧输出电压， 以产生经过调节的稳定电压。 0015 就又另一个观点言， 本发明提供了一种集成电路， 用以与一 LED 电路耦接以控制 LED 的电流， 该集成电路包含 ： 至少一个电流控制电路 ； 第一误差放大器， 将反映该电流控 制电路工作状态的一电压与一参考电压比较 ； 以及第一晶体管， 根据误差放大器的输出， 而 控制一对应的电流。 0016 上述集成电路既可与变压器的二次侧耦接、 亦可与直流直流电压转换器的输出 耦接 ； 该第一晶体管控制的电流可用以控制一光耦合二。
13、极管， 或用以反馈控制一直流直 流电压转换器。 0017 上述集成电路可再将一电压调节电路的全部或部分整合在内， 该 电压调节电路 例如可为一线性稳压电路。 0018 下面通过具体实施例详加说明， 当更容易了解本发明的目的、 技术内容、 特点及其 所达成的功效。 附图说明 0019 图1说明现有技术通过交直流电源转换供应装置10将交流电压转换为直流电压， 再通过 LED 驱动电路 20 提供电力给 LED 电路 ； 0020 图 2 显示 LLC 架构的现有技术 ； 0021 图 3 显示本发明的第一实施例 ； 0022 图 4 显示本发明应用于 LLC 架构中的实施例 ； 0023 图 5 。
14、显示二次侧电路 32 的一个实施例 ； 0024 图 6 显示二次侧电路 32 的另一个实施例 ； 0025 图 7 显示本发明的另一个实施例， 其中在二次侧电路 32 中更包含有电压调节电 路， 以供产生稳定的电压 ； 0026 图 8 举例显示集成电路 320 的详细电路结构 ； 0027 图9显示集成电路320亦可应用于与直流对直流(DC/DC)电压转换电路40耦接 ； 说 明 书 CN 103179743 A 4 3/5 页 5 0028 图 10 举例显示图 9 结构的细节 ； 0029 图 11 举例显示本发明电路的其它变化。 0030 图中符号说明 0031 10 交直流电源转换。
15、供应装置 0032 11 一次侧电路 0033 11a LLC 架构的一次侧电路 0034 12 二次侧电路 0035 13 变压器 0036 14 桥式整流电路 0037 20 LED 驱动电路 （现有技术） 0038 30 LED 驱动电路 （本发明） 0039 32 二次侧电路 0040 320 集成电路 0041 3211 最小值选择电路 0042 3212 过高电压保护电路 (OVP) 0043 3213 过高电流保护电路 (OCP) 0044 3214 电压调节电路 0045 322 光耦合二极管 0046 325 功能电路 0047 40 DC/DC 电压转换电路 0048 41。
16、 DC/DC 升压控制器 0049 50 负载电路 0050 111 LLC 控制器 0051 CS1,CS2,CSN 电流源 0052 D 二极管 0053 EA,EACS1,EALDO,EAOCP,EAOVP 误差放大器 0054 P,P1,P2,PLDO 功率开关 0055 Pcs 1,Q1,Q2 晶体管 0056 R1,R2,Rcs1,Rocp 电阻 具体实施方式 0057 图 3 显示本发明的第一个实施例， 在本实施例中并不需要二次侧电路 12 和 LED 驱 动电路20两颗集成电路芯片。 如图所示， 本实施例的LED驱动电路30包含 ： 一次侧电路11， 其接收经整流后的交流电力 。
17、； 与一次侧电路耦接的变压器 13， 将一次侧电压转换为二次侧 电压， 以供应给负载电路 50 ； 以及与变压器 13 耦接的二次侧电路 32， 其直接控制负载电路 50 的电流， 并产生反馈讯号， 经光耦合方式反馈回一次侧电路 11。负载电路 50 例如为 LED 电路， 但也可为任何需要控制电流的电路。 0058 本发明这种 “交直流直接转换控制” 的概念， 亦可应用于LLC架 构中， 如图4所示， 同样由二次侧电路32直接控制负载电路50的电流， 并产生反馈讯号， 经光耦合方式反馈回 说 明 书 CN 103179743 A 5 4/5 页 6 一次侧电路 11a。 0059 以下以图 。
18、3 架构为例， 说明二次侧电路 32 的详细结构 ； 同样的电路可应用于图 4 的 LLC 架构中， 不另绘图说明。 0060 请参阅图 5， 在本实施例中， 二次侧电路 32 包含集成电路 320、 光耦合二极管 322、 以及二极管 D。当负载电路 50 为多串 LED 时， 集成电路 320 中包含多个电流源 CS1-CSN， 以 对应控制各串LED上的电流。 为使各串LED上的电流受控制， 电流源CS1-CSN的工作电压必 须高于最低正常工作电压。集成电路 320 中另包含最小值选择电路 3211， 自各 LED 串上对 应节点中选择电压最低者， 输入误差放大器 EA， 与参考电压 V。
19、ref 相比较 ； 上述对应节点的 电压反映对应电流源的工作状态。 误差放大器EA的输出控制晶体管Q1， 控制一对应的电流 使光耦合二极管 322 发光。以晶体管 Q1 控制电流可有多种方式， 例如， 此晶体管可直接形 成可控电流源电路， 或与其它元件一起构成可控电流源电路， 或输出一可控电压经一串联 电阻而控制其电流。就串联电阻实施方式而言， 该串联电阻可以内建在集成电路 320 中， 或 外挂在串联电阻之外以便由外部进行设定调整 ； 图中显示为外挂的实施形式。光耦合二极 管 322 所发的光经光耦合机制反馈到一次侧电路中的光敏晶体管 Q2， 使开关控制电路 PWM 根据反馈讯号来控制功率开。
20、关 P 的操作 ( 一般而言， 光耦合二极管 322 和光敏晶体管 Q2 整 合成一元件， 称为光耦合器)。 如此， 通过反馈控制机制， 可使电流源CS1-CSN的工作电压均 高于最低正常工作电压， 亦即电流源CS1-CSN可正常工作而使各串LED上的电流受到控制。 换言之， 本发明的 LED 驱动电路 30 直接控制了负载电路 50 的电流。如果负载电路 50 并非 并联电路而仅具有一条路径 （单一串 LED） ， 则集成电路 320 中仅需设置一个电流源， 且不需 要设置最小值选择电路 3211。 0061 图 6 显示另一个实施例， 在本实施例中， 集成电路 320 内可再包 含过高电压。
21、保 护电路 (OVP,Over Voltage Protection)3212 和过高电流保护电路 (OCP,Over Current Protection)3213。OVP 3212 可自变压器 13 的二次侧输出取分压， 当此分压过高时， OVP 3212 控制晶体管 Q1， 改变反馈讯号， 使变压器 13 二次侧的输出电压下降、 或使整体电路暂 停工作。相似地， OCP 3213 可侦测变压器 13 的二次侧电流， 当此电流过高时， OCP 3213 控 制晶体管Q1， 改变反馈讯号， 使变压器13二次侧的电流下降、 或使整体电路暂停工作。 有关 OVP 或 OCP 的详细电路， 容后再。
22、举例说明。 0062 图 7 显示另一个实施例。由于本发明的 LED 驱动电路 30 的主要目的是供应经过 调节的电流 (regulated current) 给负载电路 50， 因此在前述各实施例中， 变压器 13 的二 次侧输出电压并非调节的主要标的， 而是通过调节电压来保证电流源 CS1-CSN 在最佳工作 状态。但在某些应用中， 也需要提供经过调节的电压 (regulated voltage)。适应此需求， 本实施例中， LED 驱动电路 30 另包含一个电压调节电路 3214， 此电压调节电路 3214 接收变 压器 13 的二次侧输出电压， 产生经过调节的电压， 供应给需要稳定电压。
23、的功能电路 325 使 用 ； 电压调节电路 3214 例如但不限于为线性稳压电路。功能电路 325 例如为调整 LED 亮度 的调光电路(dimming control circuit)， 但亦可为其它任何需要稳定电压的电路。 电压调 节电路 3214 可以 （但非绝对必要） 部分或全部整合在集成电路 320 之内 ； 功能电路 325 亦 然。 0063 图 8 举例显示更具体的电路实施例。图中， 误差放大器 EAcs1、 晶体管 Pcs1、 电阻 Rcs1 构成电流源 CS1， 控制第一串 LED 上的电流 （为简化图面， 其它电流源未详细画出） 。本 说 明 书 CN 10317974。
24、3 A 6 5/5 页 7 实施例中， 晶体管 Pcs1 和电阻 Rcs1 外挂于集成电路 320 之外， 但亦可整合在集成电路 320 之内。放大器 ( 亦可为比较器 )EAOVP 构成过高电压保护电路 3212， 其自变压器 13 的二次 侧输出取分压， 将分压与参考电压 OVP Ref 比较， 并根据比较结果产生讯号控制晶体管 Q1。 放大器(亦可为比较器)EAOCP和电阻Rocp构成过高电流保护电路3213， 其中电阻Rocp可 外挂于集 成电路 320 之外， 以便利自外部设定过高临界电流。变压器 13 的二次侧电流与 电阻 Rocp 的乘积， 与参考电压 OCP Ref 比较， 并。
25、根据比较结果产生讯号控制晶体管 Q1。在 本实施例中， 电压调节电路 3214 为线性稳压电路， 例如为低压降稳压电路 (LDO,Low-Drop Out circuit)， 包含误差放大器 EALDO、 晶体管 PLDO、 和电阻 R1、 R2， 其调节变压器 13 的二 次侧电压， 产生稳定的电压供应给功能电路 325。本实施例中晶体管 PLDO、 和电阻 R1、 R2 外 挂在集成电路 320 之外。 0064 除了可以进行交直流转换并同时控制 LED 电流之外， 本发明尚具有另一优点。以 上实施例中的集成电路 320， 并不限于必须应用在交直流转换电路的二次侧。请参阅图 9， 集成电路。
26、 320 亦可应用于与直流对直流 (DC/DC) 电压转换电路 40 耦接， 以根据 DC/DC 电压 转换电路 40 所产生的电压来控制负载电路 50 的电流。其详细电路结构例如请参阅图 10， DC/DC 电压转换电路 40 例如为升压转换电路， 则根据本发明， 可不必使用光耦合方式而直 接将晶体管 Q1 所产生的反馈讯号传送给 DC/DC 电压转换电路 40 中的 DC/DC 升压控制器 41， 以控制功率开关。因此， 本发明的集成电路 320 具有多用途的优点。 0065 以上已针对较佳实施例来说明本发明， 只是以上所述， 仅为使本领域技术人员易 于了解本发明的内容， 并非用来限定本发。
27、明的权利范围。 在本发明的相同精神下， 本领域技 术人员可以思及各种等效变化。以上各实施例中的电路细节有各种变化方式， 均应属于本 发明的范围。例如请参阅图 11， 误差放大器 EA 可经一反向调节电路 OPinv 而控制晶体管 Q1 ； 如此光耦合二极管 322 可以耦接在晶体管 Q1 的射极而非集极， 等等。凡此种种， 均应包 含在本发明的范围之内。 0066 此外， 同为本发明申请人所申请的第 200610143927.6 号、 第 200710006280.7 号、 美国专利公开案第 US2008/0180386 号专利中的各种安全保护及性能增进方式等技术细 节， 亦能搭配在本发明的电路架构中使用， 凡此种种搭配性组合， 均应包含在本发明的保护 范围之内。 说 明 书 CN 103179743 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103179743 A 8 2/4 页 9 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103179743 A 9 3/4 页 10 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103179743 A 10 4/4 页 11 图 9 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103179743 A 11 。