具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光LED.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210511039.0	申请日：	2012.12.04
公开号：	CN103857127A	公开日：	2014.06.11
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效 IPC(主分类):H05B 37/02申请日:20121204\|\|\|公开
IPC分类号：	H05B37/02	主分类号：	H05B37/02
申请人：	通用电气公司
发明人：	黄俊华; 朱逸民
地址：	美国纽约州
优先权：
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	张金金;李浩
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

本发明涉及具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光LED。用于LED灯的驱动器电路包括第一级，其配置成接收AC输入电力并且产生调节的DC电压。线性电流调节器耦合于该第一级并且配置成调节供应给LED灯的灯电流。反馈电路耦合于该第一级并且配置成监测调节的DC电压并且操作该第一级以使该调节的DC电压保持在大体上恒定的电压。该驱动器电路还包括电压降监测并且包括耦合于该反馈电路的电压降监测电路。该电压降监测电路配置成调整该第一级产生的大体上恒定的电压。该电压降监测电路监测线性电流调节器的电压降并且在电压降增加时使该大体上恒定的电压减小。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于LED灯的驱动器电路，所述驱动器电路包括：
第一级，其配置成接收AC输入电力并且产生调节的DC电压；
线性电流调节器，其耦合于所述第一级并且配置成调节灯电流；
反馈电路，其耦合于所述第一级，其中所述反馈电路配置成监测所述调节的DC电压并且操作所述第一级以使所述调节的DC电压保持在大体上恒定的电压；以及
电压降监测电路，其耦合于所述反馈电路并且配置成调整所述大体上恒定的电压，其中所述电压降监测电路监测所述线性电流调节器的电压降并且在所述电压降增加时使所述大体上恒定的电压减小。

2.  如权利要求1所述的驱动器电路，其中所述电压监测电路配置成在所述电压降超出阈值电压时使所述大体上恒定的电压减小，并且在所述电压降在所述阈值电压以下时不使所述大体上恒定的电压减小。

3.  如权利要求2所述的驱动器电路，其中所述电压降监测电路包括齐纳二极管。

4.  如权利要求1所述的驱动器电路，其中所述第一级包括桥式二极管电路。

5.  如权利要求1所述的驱动器电路，其中所述第一级配置成使所述驱动器电路的功率因数保持为一或接近一。

6.  如权利要求1所述的驱动器电路，其中所述线性电流调节器包括第一和第二晶体管，并且其中所述第一晶体管控制所述灯电流，所述第二晶体管控制所述第一晶体管的基极电流，并且所述灯电流经由电阻器耦合于所述第二晶体管的基极。

7.  如权利要求1所述的驱动器电路，其中所述AC输入电力包括调光信号，并且所述驱动器电路包括调光控制器，其中所述调光控制器耦合于所述AC输入电压并且适应于操作所述线性电流调节器使得所述灯电流对应于所述调光信号。

8.  如权利要求7所述的驱动器电路，其中所述调光控制器的控制输出耦合于所述线性电流调节器，并且其中所述调光控制器监测所述调光信号并且所述控制输出包括DC电压，其与所述调光信号指示的调光水平成反比例。

9.  如权利要求8所述的驱动器电路，其中所述调光控制器通过一个或多个串联连接的二极管耦合于所述线性电流调节器。

10.  一种电气照明装置，包括：
驱动器电路，其配置成接收AC输入电力并且产生灯电流；以及
LED灯，其耦合于所述灯电流，其中所述驱动器电路包括：
第一级，其耦合于所述AC输入电力并且配置成产生调节的DC电压；
线性电流调节器，其耦合于所述第一级与所述LED灯之间，所述线性电流调节器配置成将所述灯电流调节成大体上恒定的量；
反馈电路，其耦合于所述第一级，其中所述反馈电路配置成监测所述调节的DC电压并且操作所述第一级使得所述调节的DC电压保持在大体上恒定的电压；以及
电压降监测电路，其耦合于所述反馈电路并且配置成调整所述大体上恒定的电压，
其中所述电压降监测电路监测所述线性电流调节器的电压降并且当所述电压降增加时使所述大体上恒定的电压减小。

11.  如权利要求10所述的电气照明装置，其中所述LED灯包括采用串-并联组设置而耦合的一个或多个LED二极管。

12.  如权利要求10所述的电气照明装置，其中所述电压降监测电路适应于在所述电压降超出阈值电压时使所述大体上恒定的电压减小。

13.  如权利要求12所述的电气照明装置，其中所述电压降监测电路包括齐纳二极管。

14.  如权利要求10所述的电气照明装置，其中所述第一级配置成使所述驱动器电路的功率因数保持为一或接近一。

15.  如权利要求10所述的电气照明装置，其中所述第一级包括反激式功率转换器。

16.  如权利要求10所述的电气照明装置，其中所述AC输入电力包括调光信号，所述驱动器电路包括调光控制器，并且
其中所述调光控制器耦合于所述AC输入电压并且适应于操作所述线性电流调节器以与所述调光信号有关地调整所述灯电流。

17.  一种用于操作LED驱动器电路的方法，所述方法包括：
使用第一功率级将AC输入电力转换成DC输出电压；
从所述DC输出电压形成反馈信号；
使用所述反馈信号来调节所述DC输出电压；
将所述DC输出电压提供给LED灯；
使用线性电流源来调节灯电流；
监测所述线性电流源的电压降；以及
在所述电压降超出阈值电压时调节所述反馈信号以使所述DC输出电压减小。

18.  如权利要求17所述的方法，包括：
监测所述AC输入电力中的调光信号；以及
至少部分基于所述调光信号调整所述灯电流。

19.  如权利要求18所述的方法，进一步包括：
形成DC调光电压，其对应于所述调光信号指示的调光水平；以及
与所述DC调光电压有关地调整所述灯电流。

20.  如权利要求19所述的方法，其中所述DC调光电压的幅值与所述灯电流成反比例。

说明书

说明书具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光LED
技术领域
本公开的方面大体上涉及LED光源，并且更具体地涉及用于LED灯的驱动电路。
背景技术
发光二极管（LED）是由半导体材料（典型地，砷化镓）构造的光源。与其他二极管类似，通过用各种杂质掺杂半导体形成p-n结来形成LED。当施加电流时，载流子流入该结，其中带正电荷的空穴与带负电荷的电子结合从而使电子落到较低能级由此释放能量为可见或红外光。在所有二极管中那样，电流容易从器件的正掺杂的p侧流到负掺杂的n侧但相反的方向却不行。因此LED典型地由直流（DC）电源驱动。
在照明应用中使用多个个体LED或LED元件来构造LED灯组件或LED灯是常见的。将多个LED元件并入单个LED灯组件提供许多优势，例如提高的光输出以及适度故障模式。该适度故障因为个体元件典型地在不同的时间失效而实现，所以光输出由于个体元件失效而随时间逐渐降级。通过使个体LED元件串联或成串连接，可以用更高的电压和更低的电流水平驱动LED灯组件，从而在驱动器设计中提供灵活性并且在驱动器电路中允许有更大的效率。通过具有多串LED，其中这些串并联连接，有时称为串-并联组设置，LED灯组件可以变得更能容错同时保持串联连接组件的其他益处。
在许多LED应用中，例如交通照明或家庭照明应用中，驱动器电路由本地可用AC电力网供电。这些应用通常通过相位角调光方法提供调光功能性，其中通过在正弦波中的不同的角度触发电流传导而修改AC输入电力，由此减少该输入电力中包含的电力的量。在这些应用中，AC电网电力信号（其可以是相位角调光电力信号），由LED驱动器电路转换成DC电力并且被LED驱动器电路调节使得LED灯具产生稳定的亮度。然而，尽管在输入电力中有任何相位控制调光，典型的LED驱动器中包含的电力调节有效地去除了相位控制调光并且以恒定的亮度操作LED灯。因此，为了保持调光性能，特定的调光检测和电力控制电路必须包括在LED驱动器中，从而导致更高的驱动器成本和更大的驱动器尺寸。
用于驱动LED灯的典型的驱动电路分成两类：单级和多级，在多级中，双级或两级驱动器最常见。每个类型具有其特定的优势和劣势集合。单级驱动电路成本较低、尺寸较小并且可以提供高的驱动器效率。然而，单级驱动器面临功率因数和LED纹波电流之间权衡。单级驱动器还具有比多级驱动器差的调光性能。双级和其他多级驱动器具有优秀的调光性能并且可以实现高的功率因数同时仍保持低的纹波电流。然而，多级和双级驱动器比单级驱动器制造成本更高、尺寸更大并且具有更低的总驱动器效率。
因此，提供解决上文指出的问题中的至少一些的LED驱动器电路将是可取的。
发明内容
如本文描述的，示范性实施例克服上文的或本领域内已知的其他劣势中的一个或多个。
示范性实施例的一个方面涉及用于LED灯的驱动器电路。在一个实施例中，该驱动器电路包括第一级，其配置成接收AC输入电力并且产生调节的DC电压。线性电流调节器耦合于该第一级并且配置成调节供应给LED灯的灯电流。反馈电路耦合于该第一级并且配置成监测调节的DC电压并且操作该第一级以使该调节的DC电压保持在大体上恒定的电压。该驱动器电路还包括电压降监测并且包括耦合于该反馈电路的电压降监测电路。该电压降监测电路配置成调整该第一级产生的大体上恒定的电压。该电压降监测电路监测线性电流调节器的电压降并且在电压降增加时使该大体上恒定的电压减小。
示范性实施例的另一个方面涉及电气照明装置。在一个实施例中，该电气照明电路包括：驱动器电路，其配置成接收AC输入电力并且产生灯电流；和LED灯，其耦合于该灯电流。该驱动器电路包括第一级，其配置成接收AC输入电力并且产生调节的DC电压。线性电流调节器耦合于该第一级并且配置成调节供应给LED灯的灯电流。反馈电路耦合于该第一级并且配置成监测调节的DC电压并且操作该第一级以使该调节的DC电压保持在大体上恒定的电压。该驱动器电路还包括电压降监测并且包括耦合于该反馈电路的电压降监测电路。该电压降监测电路配置成调整该第一级产生的大体上恒定的电压。该电压降监测电路监测线性电流调节器的电压降并且当电压降增加时使该大体上恒定的电压减小。
示范性实施例的另一个方面涉及用于操作LED驱动器电路的方法，其中第一功率级用于将AC输入电力转换成DC输出电压。在一个实施例中，从该DC输出电压形成反馈信号，其用于将该DC输出电压调节在大体上恒定的电压。该DC输出电压提供给LED灯并且线性电流源用于调节灯电流。监测线性电流源的电压降并且调节反馈信号以在电压降超出阈值电压时使DC输出电压减小。
示范性实施例的这些和其他方面与优势将从与附图结合考虑的下列详细说明变得明显。然而，要理解这些图仅设计用于图示目的并且不作为本发明的限制的限定，本发明的限制应该参考附上的权利要求。本发明的另外的方面和优势将在之后的说明中阐述，并且部分将从说明中显而易见，或可通过本发明的实践而获悉。此外，本发明的方面和优势可通过在附上的权利要求中特别指出的工具和组合来实现和获得。
附图说明
附图图示本公开的目前优选的实施例，并且与上文给出的一般说明和下文给出的详细说明一起，起到解释本公开的原理的作用。如在整个图中示出的，类似的标号指示类似或对应的部件。
图1图示根据本技术的一个实施例的示范性LED驱动器电路的功能框图。
图2图示包含本公开的方面的示范性功率转换级的示意图。
图3图示包含本公开的方面的示范性调光检测电路的示意图。
图4图示具有包含本公开的方面的调光功能性的示范性线性恒定电流调节器的示意图。
图5图示根据本技术的一个实施例的示范性LED驱动器电路的功能框图。
图6图示包含本公开的方面的示范性反馈电路的示意图。
图7图示根据本技术的一个实施例的带有电压降监测地驱动LED灯的示范性方法的流程图。
图8图示包含本公开的方面的对LED灯调光的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考图1，可以看到有根据本公开的一个实施例的一个半级LED驱动器系统100的功能框图。应用该LED驱动器系统100（其在一个实施例中包括一个半级驱动器）来提供电力给LED灯或灯组件106，其包括一个或多个发光二极管元件。LED驱动器系统100的输入电力由输入电力源或信号102（例如本地电力网或其他适合的AC电力源）供应。适合于输入电力102的典型的电网电力可以是在大约50至60赫兹的大约110伏均方根（Vrms）至大约250Vrms。该输入电力信号102还可由调光控制器供应，在该情况下输入电力信号102可包括例如正向相位控制调光信号、反向相位控制调光等的相位控制调光信号，或在期望调光时使输入电力减小的其他适合的AC调光信号。第一级104耦合于输入电力信号102并且配置成输出电压调节的电力114，其可经由输出端131和132供应给LED灯组件106。该第一级104是有源功率转换电路，其包括例如桥式二极管等AC-DC转换电路，用于将大体上正弦输入电力信号102转换成全波或半波整流DC信号。在某些实施例中，该第一级104还包括开关转换器，其配置成提供功率因数校正并且采用第一级的DC输出电压的形式调节该电压调节的电力114。LED灯106从电压调节的电力114接收电流，其通过线性电流调节器108被返回。
在一个实施例中，示范性LED驱动器系统100还包括调光检测电路110，其配置成监测输入电压122并且生成与输入电力信号102的相位角调光水平指示的调光水平成比例的调光信号120。该调光信号120被线性电流调节器或控制电路108接收，其相应地调整灯电流116来实现来自LED灯106的期望的调光的光输出。为了保持恒定的光输出，灯电流116保持在恒定值，然而，由于环境和其他因素，跨LED灯106的电压降可能变化。当跨LED灯106的电压下降时，跨线性电流调节器108的电压降成比例地增加。在线性调节器的情况下，与开关调节器相比，线性调节器耗散的功率与跨调节器的电压降和通过调节器的电流成比例。从而，当跨线性电流调节器108的电压降增加时，耗散的功率成比例地增加。相似地，当由输入电力信号102指示的需要的调光水平低时，跨线性电流调节器108的电压降将增加，从而进一步使线性电流调节器108耗散的功率增加。线性电流调节器108中耗散的任何功率无法用于产生光。从而，尽可能多地减少由线性电流调节器耗散的功率，这是可取的。
在一个实施例中，为了有助于减少浪费的功率，线性电流调节器108在跨线性电流调节器108的电压降超出阈值量时生成电压降信号118。该电压降信号118提供给第一级104，在这里它用于降低电压调节的电力114或DC输出电压，以便减少由线性电流调节器108耗散的功率。
现在参考图2，可以看到有示范性功率转换级200的示意图的图示，该示范性功率转换级200提供将AC输入电力（例如在上文关于图1描述的AC输入电力信号102）转换成调节的DC电压的部件。功率转换级200通过熔断器F201在输入连接器CON1的输入端1和2（一般称为供应端脚和返回端脚2）接收输入电力，熔断器F201用于保护电力转换级200免遭浪涌或可引起过多电流流入电力转换级200的其他异常。包括输入滤波器220来修整输入电力并且防止功率转换级200内形成的谐波和开关噪声通过输入连接器CON1被传送回至输入电力。该输入滤波器220包括与连接器CON1的输入端1&2并联连接的电容器C210并且后跟一对电感器L201和L202，每个分别与输入连接器CON1的供应端脚1和输入连接器CON1的返回端脚2串联连接。每个电感器L201、L202分别与电阻器R201和R202并联连接。
桥式二极管电路BD1用于将AC电力转换成全波整流DC电力并且跨DC电力并联连接的电容器C201提供一定初始滤波以有助于平滑该桥式二极管电路BD1产生的全波整流信号。反激转换器（一般由标号222指示）将桥式二极管BD1产生的整流DC电力转换并且调节成在输出端V+和V-处的大体上恒定的电压V201。该反激转换器222通过具有一次绕组T201-1和二次绕组T201-2的变压器T201将电力从一次侧传递到二次或输出侧。二极管D201对输出电力整流并且与输出电压V201并联连接的滤波电容器C208提供输出电压V201的滤波和平滑。串联连接的电阻器R216和电容器C207与二极管D201并联连接以在变压器T201的输出侧T201-2上提供另外的修整。一次侧T201-1中的电力由开关装置Q201控制，集成控制电路U201通过驱动电阻器R213对开关装置Q201进行占空比调制。在图2中示出的示范性实施例中，开关装置Q201图示为n-沟道金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）。备选地，可有利地采用其他类型的开关装置。开关装置Q201的漏极通过二极管D202和电阻器R212连接回到桥式二极管BD1的正输出来保护开关装置Q201免于过多电压并且在开关装置Q201未导通时提供电流循环路径。电容器C206还与R212并联耦合。
在示范性反激调节器222中，输出电压V201由集成电路U201调节，集成电路U201在该实施例中包括许多标准功率因数校正（PFC）控制器集成电路中的一个。集成电路U201或PFC控制器调节开关装置Q201的占空比使得功率转换级200的功率因数接近一并且使DC电压V201保持在大体上恒定的值。PFC控制器U201通过电阻器R203和R204以及滤波电容器C202和C205在脚8上接收运行电力。运行电力还通过二极管D203和电阻器R211从变压器T201的三次绕组T201-3提供给PFC控制器U201。变压器T201（其在一个实施例中是反激变压器）的三次绕组T201-3用于通过限流电阻器R215和并联连接的滤波电容器C209提供零交叉检测信号（ZCD）给PFC控制器U201的脚5。电流感测电阻器R208串联耦合于开关装置Q201和电路接地224之间并且在PFC控制器U201的脚4处提供电流感测信号。通过使从输入电力抽取的电流与输入电力的电压保持同相而实现高的功率因数。为了实现此，PFC控制器U201通过PFC控制器U201的脚4处的乘数输入而感测输入电力的电压。在示范性反激变压器222中，通过电阻器R205和R206在从桥式二极管BD1输出的全波整流DC电压处感测输入电压，并且用并联连接的电阻器R207和电容器C204对其滤波以在PFC控制器U201的脚4处形成乘数输入信号。
通过使用电阻器分压器网络R208、R209来实现电压V201的调节以将输出电压V201馈送回至PFC控制器U201的脚1处暴露的运算放大器（op-amp）型补偿电路的求和节点。这形成反馈控制环，其起到将输出电压V201调节在大体上恒定的水平的作用。控制环的稳定性由积分控制实现，该积分控制由在求和节点226和PFC控制器U201的补偿输入脚2之间连接的电容器C203形成。该反馈控制环允许PFC控制器U201调制开关装置Q201的占空比使得根据节点226处的反馈信号使输出电压V201保持在大体上恒定的水平。从而通过调整施加于节点226的反馈信号而调节输出电压V201处的电压。如将在下文更详细论述的，该功能性可以用于根据期望调整输出电压V201来减少LED驱动器系统（例如上文描述的LED驱动器系统100）的其他部分中耗散的功率。
现在参考图3，可以看到有示范性调光检测电路300，其包含比较器电路，用于生成对应于由输入电压信号V302指示的调光水平的DC调光信号V303。该调光信号检测电路300图示用于生成指示相位角调光信号的调光水平的DC调光信号V303的部件的示例。在示范性调光检测电路300中，输入电压信号V302是整流的输入电力信号，例如由在上文参考图2描述的桥式整流器电路BD1产生的信号。在许多应用中，例如LED照明改造成较早的白炽灯照明灯具的应用中，输入电力（例如图1的输入电力信号102）可包括如本领域内已知的相位角调光信号。该相位角调光信号可以具有任何适当的类型，例如正向相位角控制或反向相位角控制调光。当输入电力是相位角调光信号时，调光信号V303将是全波整流相位角调光信号。比较器A301用于通过电阻器R305提供充电信号给充电电容器C301但电阻器R306提供放电路径。运行电压源V301提供运行电力给比较器A301并且还用于经由由电阻器R304和R303形成的电阻器分压器网络而对比较器A301的非倒相输入产生参考电压。输入电压信号V302经由由电阻器R301和R302形成的第二电阻器分压器网络施加于比较器A301的倒相输入。从而，DC调光信号V303与由输入电压信号V302指示的调光水平相反地变化，即，当需要明亮的光输出时，DC调光信号V303是低电压并且反之亦然。
现在参考图4，可以看到有线性电流调节电路400的示范性实施例，其可用于将流过LED灯组件LA401的电流调节在由调光信号V303控制的大体上恒定的量。该线性电流调节电路400图示根据DC调光信号V303将通过LED灯组件LA401的电流调节在大体上恒定的量的一个示例。灯电流由电压源V201供应，例如上文描述的功率转换电路200。备选地，其他电压调节电路可以用于提供电压源V201，也称为调节电压。
在一个实施例中，电流调节电路400（也称为控制器）包括一对晶体管Q401和Q402，其中晶体管Q401的集电极从LED灯组件LA401接收电流使得晶体管Q402控制流过LED灯组件的电流。运行电压V401通过电阻器R403供应电流给晶体管Q402的基极。电阻器R405耦合于控制晶体管Q402的发射极和电路接地402之间使得流过控制晶体管Q402的电流的增加使发射极404处的电压提升。第二晶体管Q401耦合于控制晶体管Q402的基极406与电路接地402之间，且晶体管Q401的基极或控制端通过电阻器R406耦合于控制晶体管Q402的发射极。DC调光信号V303，例如由上文描述的示范性调光检测电路300生成的DC调光信号V303，通过电阻器R402和一对串联连接的二极管D401和D402而施加于晶体管Q401的基极。
线性电流调节电路400的运行可以通过首先假设电阻器R406短路并且通过去除二极管D401来去除DC调光信号而理解。这使DC调光电路400降为线性电路，其中灯电流ILED可以计算为ILED=0.7伏/R405Ω，其中0.7伏是控制晶体管Q402的基极-发射极电压降并且符号Ω指示每个电阻器以欧姆计的电阻值。现在，关注全线性电流调节电路400，其包括二极管D401和电阻器R406，灯电流可以计算为ILED=（0.7v-VR406）/R405Ω，其中VR406是跨电阻器R406的电压。从而，灯电流ILED随着DC调光信号V303升高而下降。在某些实施例中，电阻器R405具有低的电阻，例如几欧姆，并且电阻器R406和电阻器R402是相对大的，例如几千欧姆。跨电阻器R406的电压可以估算为：VR406=V303*R406 Ω/（R402Ω+R406Ω）并且灯电流可以估算为：ILED=（0.7- V303*R406 Ω）/（R406Ω+R402Ω）/R405Ω，从而得到灯电流，其是DC调光信号V303的线性函数。在示范性电路400中，两个二极管D401和D402与DC调光信号V303串联耦合来改进调光曲线。每个二极管D401和D402，具有大约0.7伏的电压降，因此DC调光信号V303不影响线性电流调节电路400直到DC调光信号V303超出大约1.4伏。例如，利用在上文在图3和4中图示的示范性电路，灯电流在AC调光信号V302具有小于大约144度的剩余角时线性减小。剩余角指的是相位角调光信号正传送电力给负载的正弦周期的部分。
图5图示使用电压降监测来减少功率耗散同时保持稳定的LED光输出和调光功能性的一个半级LED驱动器电路500的功能框图。该示范性LED驱动器电路500包括第一级电压调节器504，其具有输入526和输出514。该第一级504配置成将输入526上的AC输入电力502转换成输出514上的调节的DC电压。在某些实施例中，该第一级504包括PFC控制器，其配置成使从输入电力502抽取的电流与输入电力502的电压保持同相，使得驱动器电路500的功率因数保持为一或接近一。LED灯或灯组件506在输出514上接收来自第一级504的调节的DC电压。线性电流控制器508串联耦合于LED灯组件506与第一级504的返回520之间来使灯电流516（其是流过LED灯的电流）保持在大体上恒定的量。输出514上的DC电压由调节器510调节，调节器510也称为反馈控制电路，其接收反馈信号522并且经由控制信号524操作第一级504使得输出514上的DC电压保持在大约恒定的电压。该调节器510从求和器512接收反馈信号，该求和器512将输出514上的DC电压与由电压降感测电路528从线性电流调节器518的电压降形成的电压降信号534组合。如上文描述的，由线性电流调节器508耗散的功率与跨调节器508的电压降518成比例。电压监测电路528在跨电流调节器508的电压降518超出阈值量时产生电压降信号534。当该电压降信号534在求和器512中添加到输出514上的DC电压时，它修改反馈信号使得将输出514上的DC电压调节在较低值。采用该方式，电压降监测或感测电路528与求和器512一起起到减少线性电流调节器508中的功率耗散的作用。为了适应需要调光功能性的应用，一个半级LED驱动器电路500包括调光检测电路536，其接收输入电力信号532并且产生与由输入电力信号532指示的调光水平成比例的调光信号530。该调光信号530由线性电流调节器508接收，在这里该线性电流调节器508用于相应地调整灯电流516。
驱动具有恒定电流的LED灯来保持稳定的灯输出，这是可取的。然而，跨LED的正向电压降由于环境和制造因素而变化。例如，LED的正向电压降随着温度增加而减小。描述的线性电流调节器508通过随LED的电压降相反地改变其电压降而操作。这意味着当温度升高时，LED电压降将下降并且线性电流调节器508将增加其电压降以便保持恒定电流。使用电压降监测，电压监测电路528用于将电压降信号534反馈回电压调节器510，这进而降低了电流调节器508中耗散的功率的量。线性电流调节器508上该增加的电压降导致增加的耗散功率。下文的表1提供一些代表值来图示不采用电压降监测来如本文描述的那样降低电流调节器中的功率耗散的驱动电路中耗散的功率。参考表1，在该示例中，输出514上的DC电压近似为14伏并且期望的LED电流近似为0.5安培。如在表1中看到的，当LED电压降是11伏时，线性电流调节器508耗散了1.5瓦。当LED电压上升时，由线性电流调节器508耗散的功率下降。从而，当LED电压近似为13伏时，线性电流调节器508中耗散的功率是0.5瓦。

表2提供包括上文描述的新颖的电压降监测方法的LED驱动器电路500的代表值。如在表2中看到的，当LED电压是近似12伏或近似12伏以上时，电流调节器508的电压降在阈值电压以下并且电压监测电路528未生成任何电压降信号。当LED电压降到近似12伏以下时，例如降到11伏，电流调节器508的电压降超出阈值电压并且电压监测电路528开始生成电压降信号，其促使以较低值、例如大约13伏调节输出514上的第一级电压。减少输出514上的第一级电压导致线性电流调节器508中耗散的功率成比例地下降，其在该示例中是大约1瓦。

现在参考图6，可以看到有用于产生如可用于操作第一级电压调节器（例如上文描述的第一级504）的控制信号524的示范性反馈控制电路510和求和器512。LED灯D600接收DC电压612，其产生通过灯的电流，其由电流调节晶体管Q402（例如在上文参考图4描述的控制晶体管Q402）调节。电阻器分压器网络（其包括在DC电力612与电路接地614之间串联连接的电阻器R603和R604），形成电压反馈616，其通过电阻器R602耦合于反馈控制电路510。齐纳二极管Z601耦合于电流调节器晶体管Q402与求和器512之间使得当跨电流调节器晶体管Q402的电压降超出该齐纳二极管D601的击穿电压时，电压降信号施加于电路节点616，在这里它通过电阻器R602添加到电压反馈。运算放大型A601接收参考电压V601并且产生调节或控制信号524。在示范性反馈控制电路510中由与串联连接的电阻器R601和电容器C602并联耦合的电容器C601提供稳定和优化。
图7图示包含本文描述的电压降监测技术的方面的用于驱动LED灯的示范性方法的流程图。在一个实施例中，该方法使用一个半级驱动器电路，其包括第一级，用于将AC输入电力转换702成DC输出电力。从该DC输出电压形成704反馈信号，并且该反馈信号用于将DC输出电压的电压调节706在对应于反馈信号的大体上恒定的电压。在某些实施例中，第一级包括功率因数校正，用于将由第一级抽取的电流与输入电力的电压保持同相使得LED驱动器的功率因数为一或接近一。向LED灯（例如LED灯）提供708 DC输出电力。在一个实施例中，该LED灯可以包括采用串-并联组设置的多个LED元件或其他适合的LED灯。LED灯电流（即，流过LED灯的电流）由线性电流源（在本文中也称为线性电流调节器）保持710在大体上恒定的量。该线性电流源中耗散的功率与灯电流和跨该线性电流源的电压降成比例。因为该功率未用于产生光，它基本上是被浪费的能量。因此尽可能多地降低由线性电流源耗散的功率，这是可取的。线性电流源功率的降低可以通过监测712跨线性电流源的电压降而实现。当电压降超出714阈值电压时，电压降信号用于调整716在上文形成704的反馈信号。如上文描述的，增加反馈信号将降低DC输出电压被调节成的电压。调整的反馈信号然后用于将DC输出电压调节706在基本较低的电压。
图8图示示出用于在图7中图示的示范性LED驱动方法700中包括调光功能性的方法800的流程图。在某些实施例中，AC输入电力包括调光信号，例如正向或反向相位控制调光信号。为了实现调光功能性，监测802 AC输入电力中的调光信号。该调光信号被转换以形成806调光电压，大体上是DC调光电压，其中调光信号的电压对应于输入调光信号。DC调光电压用于调整由线性电流源提供的灯电流的量。
从而，尽管已经示出、描述并且指出如应用于本发明的示范性实施例的本发明的基本新颖特征，将理解本领域内技术人员可在图示的装置的形式和细节上以及它们的操作上做出各种省略和替代以及变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，明确地规定采用大致上相同的方式执行大致上相同的功能来获得相同的结果的那些元件所有组合在本发明的范围内。此外，应该认识到连同本发明的任何公开的形式或实施例示出和/或描述的结构和/或元件可作为设计选择的一般内容包含在任何其他公开的或描述的或建议的形式或实施例中。因此意在仅如在此附上的权利要求的范围指示的那样来限制。

资源描述

《具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光LED.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光LED.pdf（19页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103857127 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103857127 A (21)申请号 201210511039.0 (22)申请日 2012.12.04 H05B 37/02(2006.01) (71)申请人通用电气公司地址美国纽约州 (72)发明人黄俊华朱逸民 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人张金金李浩 (54) 发明名称具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光 LED (57) 摘要本发明涉及具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光 LED。用于 LED 灯的驱动器电路包括第。

2、一级，其配置成接收 AC 输入电力并且产生调节的DC电压。线性电流调节器耦合于该第一级并且配置成调节供应给 LED 灯的灯电流。反馈电路耦合于该第一级并且配置成监测调节的 DC 电压并且操作该第一级以使该调节的 DC 电压保持在大体上恒定的电压。该驱动器电路还包括电压降监测并且包括耦合于该反馈电路的电压降监测电路。该电压降监测电路配置成调整该第一级产生的大体上恒定的电压。该电压降监测电路监测线性电流调节器的电压降并且在电压降增加时使该大体上恒定的电压减小。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 8 页附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (。

3、12)发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图8页 (10)申请公布号 CN 103857127 A CN 103857127 A 1/2 页 2 1. 一种用于 LED 灯的驱动器电路，所述驱动器电路包括：第一级，其配置成接收 AC 输入电力并且产生调节的 DC 电压；线性电流调节器，其耦合于所述第一级并且配置成调节灯电流；反馈电路，其耦合于所述第一级，其中所述反馈电路配置成监测所述调节的 DC 电压并且操作所述第一级以使所述调节的 DC 电压保持在大体上恒定的电压；以及电压降监测电路，其耦合于所述反馈电路并且配置成调整所述大体上恒定的电压，其中所述。

4、电压降监测电路监测所述线性电流调节器的电压降并且在所述电压降增加时使所述大体上恒定的电压减小。 2. 如权利要求 1 所述的驱动器电路，其中所述电压监测电路配置成在所述电压降超出阈值电压时使所述大体上恒定的电压减小，并且在所述电压降在所述阈值电压以下时不使所述大体上恒定的电压减小。 3. 如权利要求 2 所述的驱动器电路，其中所述电压降监测电路包括齐纳二极管。 4. 如权利要求 1 所述的驱动器电路，其中所述第一级包括桥式二极管电路。 5. 如权利要求 1 所述的驱动器电路，其中所述第一级配置成使所述驱动器电路的功率因数保持为一或接近一。 6. 如权利要求 1 所述的驱动器电。

5、路，其中所述线性电流调节器包括第一和第二晶体管，并且其中所述第一晶体管控制所述灯电流，所述第二晶体管控制所述第一晶体管的基极电流，并且所述灯电流经由电阻器耦合于所述第二晶体管的基极。 7. 如权利要求 1 所述的驱动器电路，其中所述 AC 输入电力包括调光信号，并且所述驱动器电路包括调光控制器，其中所述调光控制器耦合于所述 AC 输入电压并且适应于操作所述线性电流调节器使得所述灯电流对应于所述调光信号。 8. 如权利要求 7 所述的驱动器电路，其中所述调光控制器的控制输出耦合于所述线性电流调节器，并且其中所述调光控制器监测所述调光信号并且所述控制输出包括 DC 电压。

6、，其与所述调光信号指示的调光水平成反比例。 9. 如权利要求 8 所述的驱动器电路，其中所述调光控制器通过一个或多个串联连接的二极管耦合于所述线性电流调节器。 10. 一种电气照明装置，包括：驱动器电路，其配置成接收 AC 输入电力并且产生灯电流；以及 LED 灯，其耦合于所述灯电流，其中所述驱动器电路包括：第一级，其耦合于所述 AC 输入电力并且配置成产生调节的 DC 电压；线性电流调节器，其耦合于所述第一级与所述 LED 灯之间，所述线性电流调节器配置成将所述灯电流调节成大体上恒定的量；反馈电路，其耦合于所述第一级，其中所述反馈电路配置成监测所。

7、述调节的 DC 电压并且操作所述第一级使得所述调节的 DC 电压保持在大体上恒定的电压；以及电压降监测电路，其耦合于所述反馈电路并且配置成调整所述大体上恒定的电压，其中所述电压降监测电路监测所述线性电流调节器的电压降并且当所述电压降增加时使所述大体上恒定的电压减小。 11. 如权利要求 10 所述的电气照明装置，其中所述 LED 灯包括采用串 - 并联组设置而耦合的一个或多个 LED 二极管。权利要求书 CN 103857127 A 2 2/2 页 3 12. 如权利要求 10 所述的电气照明装置，其中所述电压降监测电路适应于在所述电压降超出阈值电压时使所述大体。

8、上恒定的电压减小。 13. 如权利要求 12 所述的电气照明装置，其中所述电压降监测电路包括齐纳二极管。 14. 如权利要求 10 所述的电气照明装置，其中所述第一级配置成使所述驱动器电路的功率因数保持为一或接近一。 15. 如权利要求 10 所述的电气照明装置，其中所述第一级包括反激式功率转换器。 16. 如权利要求 10 所述的电气照明装置，其中所述 AC 输入电力包括调光信号，所述驱动器电路包括调光控制器，并且其中所述调光控制器耦合于所述 AC 输入电压并且适应于操作所述线性电流调节器以与所述调光信号有关地调整所述灯电流。 17. 一种用于操作 LED 驱动器电路的方。

9、法，所述方法包括：使用第一功率级将 AC 输入电力转换成 DC 输出电压；从所述 DC 输出电压形成反馈信号；使用所述反馈信号来调节所述 DC 输出电压；将所述 DC 输出电压提供给 LED 灯；使用线性电流源来调节灯电流；监测所述线性电流源的电压降；以及在所述电压降超出阈值电压时调节所述反馈信号以使所述 DC 输出电压减小。 18. 如权利要求 17 所述的方法，包括：监测所述 AC 输入电力中的调光信号；以及至少部分基于所述调光信号调整所述灯电流。 19. 如权利要求 18 所述的方法，进一步包括：形成 DC 调光电压，其对应于所述调光信。

10、号指示的调光水平；以及与所述 DC 调光电压有关地调整所述灯电流。 20. 如权利要求 19 所述的方法，其中所述 DC 调光电压的幅值与所述灯电流成反比例。权利要求书 CN 103857127 A 3 1/8 页 4 具有恒定电压外加恒定电流驱动电路的可调光 LED 技术领域 0001 本公开的方面大体上涉及 LED 光源，并且更具体地涉及用于 LED 灯的驱动电路。背景技术 0002 发光二极管（LED）是由半导体材料（典型地，砷化镓）构造的光源。与其他二极管类似，通过用各种杂质掺杂半导体形成p-n结来形成LED。当施加电流时，载流子流入该结，其中。

11、带正电荷的空穴与带负电荷的电子结合从而使电子落到较低能级由此释放能量为可见或红外光。在所有二极管中那样，电流容易从器件的正掺杂的 p 侧流到负掺杂的 n 侧但相反的方向却不行。因此 LED 典型地由直流（DC）电源驱动。 0003 在照明应用中使用多个个体LED或LED元件来构造LED灯组件或LED灯是常见的。将多个LED元件并入单个LED灯组件提供许多优势，例如提高的光输出以及适度故障模式。该适度故障因为个体元件典型地在不同的时间失效而实现，所以光输出由于个体元件失效而随时间逐渐降级。通过使个体 LED 元件串联或成串连接，可以用更高的电压和更低的电流水平驱动 LED。

12、灯组件，从而在驱动器设计中提供灵活性并且在驱动器电路中允许有更大的效率。通过具有多串 LED，其中这些串并联连接，有时称为串 - 并联组设置， LED 灯组件可以变得更能容错同时保持串联连接组件的其他益处。 0004 在许多 LED 应用中，例如交通照明或家庭照明应用中，驱动器电路由本地可用 AC 电力网供电。这些应用通常通过相位角调光方法提供调光功能性，其中通过在正弦波中的不同的角度触发电流传导而修改 AC 输入电力，由此减少该输入电力中包含的电力的量。在这些应用中， AC 电网电力信号（其可以是相位角调光电力信号），由 LED 驱动器电路转换成 DC 电力并且。

13、被 LED 驱动器电路调节使得 LED 灯具产生稳定的亮度。然而，尽管在输入电力中有任何相位控制调光，典型的 LED 驱动器中包含的电力调节有效地去除了相位控制调光并且以恒定的亮度操作 LED 灯。因此，为了保持调光性能，特定的调光检测和电力控制电路必须包括在 LED 驱动器中，从而导致更高的驱动器成本和更大的驱动器尺寸。 0005 用于驱动 LED 灯的典型的驱动电路分成两类：单级和多级，在多级中，双级或两级驱动器最常见。每个类型具有其特定的优势和劣势集合。单级驱动电路成本较低、尺寸较小并且可以提供高的驱动器效率。然而，单级驱动器面临功率因数和 LED 纹波电。

14、流之间权衡。单级驱动器还具有比多级驱动器差的调光性能。双级和其他多级驱动器具有优秀的调光性能并且可以实现高的功率因数同时仍保持低的纹波电流。然而，多级和双级驱动器比单级驱动器制造成本更高、尺寸更大并且具有更低的总驱动器效率。 0006 因此，提供解决上文指出的问题中的至少一些的 LED 驱动器电路将是可取的。发明内容 0007 如本文描述的，示范性实施例克服上文的或本领域内已知的其他劣势中的一个或多个。 0008 示范性实施例的一个方面涉及用于 LED 灯的驱动器电路。在一个实施例中，该驱说明书 CN 103857127 A 4 2/8 页 5 动器电路包括第一级，。

15、其配置成接收 AC 输入电力并且产生调节的 DC 电压。线性电流调节器耦合于该第一级并且配置成调节供应给 LED 灯的灯电流。反馈电路耦合于该第一级并且配置成监测调节的DC电压并且操作该第一级以使该调节的DC电压保持在大体上恒定的电压。该驱动器电路还包括电压降监测并且包括耦合于该反馈电路的电压降监测电路。该电压降监测电路配置成调整该第一级产生的大体上恒定的电压。该电压降监测电路监测线性电流调节器的电压降并且在电压降增加时使该大体上恒定的电压减小。 0009 示范性实施例的另一个方面涉及电气照明装置。在一个实施例中，该电气照明电路包括：驱动器电路，其配置成接收 AC 输入电。

16、力并且产生灯电流；和 LED 灯，其耦合于该灯电流。该驱动器电路包括第一级，其配置成接收 AC 输入电力并且产生调节的 DC 电压。线性电流调节器耦合于该第一级并且配置成调节供应给 LED 灯的灯电流。反馈电路耦合于该第一级并且配置成监测调节的DC电压并且操作该第一级以使该调节的DC电压保持在大体上恒定的电压。该驱动器电路还包括电压降监测并且包括耦合于该反馈电路的电压降监测电路。该电压降监测电路配置成调整该第一级产生的大体上恒定的电压。该电压降监测电路监测线性电流调节器的电压降并且当电压降增加时使该大体上恒定的电压减小。 0010 示范性实施例的另一个方面涉及用于操作 L。

17、ED 驱动器电路的方法，其中第一功率级用于将 AC 输入电力转换成 DC 输出电压。在一个实施例中，从该 DC 输出电压形成反馈信号，其用于将该 DC 输出电压调节在大体上恒定的电压。该 DC 输出电压提供给 LED 灯并且线性电流源用于调节灯电流。监测线性电流源的电压降并且调节反馈信号以在电压降超出阈值电压时使 DC 输出电压减小。 0011 示范性实施例的这些和其他方面与优势将从与附图结合考虑的下列详细说明变得明显。然而，要理解这些图仅设计用于图示目的并且不作为本发明的限制的限定，本发明的限制应该参考附上的权利要求。本发明的另外的方面和优势将在之后的说明中阐述，。

18、并且部分将从说明中显而易见，或可通过本发明的实践而获悉。此外，本发明的方面和优势可通过在附上的权利要求中特别指出的工具和组合来实现和获得。附图说明 0012 附图图示本公开的目前优选的实施例，并且与上文给出的一般说明和下文给出的详细说明一起，起到解释本公开的原理的作用。如在整个图中示出的，类似的标号指示类似或对应的部件。 0013 图 1 图示根据本技术的一个实施例的示范性 LED 驱动器电路的功能框图。 0014 图 2 图示包含本公开的方面的示范性功率转换级的示意图。 0015 图 3 图示包含本公开的方面的示范性调光检测电路的示意图。 0016 图 4 图示具有包。

19、含本公开的方面的调光功能性的示范性线性恒定电流调节器的示意图。 0017 图 5 图示根据本技术的一个实施例的示范性 LED 驱动器电路的功能框图。 0018 图 6 图示包含本公开的方面的示范性反馈电路的示意图。 0019 图7图示根据本技术的一个实施例的带有电压降监测地驱动LED灯的示范性方法的流程图。 0020 图 8 图示包含本公开的方面的对 LED 灯调光的方法的流程图。说明书 CN 103857127 A 5 3/8 页 6 具体实施方式 0021 现在参考图 1，可以看到有根据本公开的一个实施例的一个半级 LED 驱动器系统 100 的功能框图。应用该 LED 驱动器。

20、系统 100（其在一个实施例中包括一个半级驱动器）来提供电力给 LED 灯或灯组件 106，其包括一个或多个发光二极管元件。LED 驱动器系统 100 的输入电力由输入电力源或信号 102 （例如本地电力网或其他适合的 AC 电力源）供应。适合于输入电力 102 的典型的电网电力可以是在大约 50 至 60 赫兹的大约 110 伏均方根（Vrms）至大约 250Vrms。该输入电力信号 102 还可由调光控制器供应，在该情况下输入电力信号 102 可包括例如正向相位控制调光信号、反向相位控制调光等的相位控制调光信号，或在期望调光时使输入电力减小的其他适合的AC调光信号。。

21、第一级104耦合于输入电力信号102 并且配置成输出电压调节的电力 114，其可经由输出端 131 和 132 供应给 LED 灯组件 106。该第一级104是有源功率转换电路，其包括例如桥式二极管等AC-DC转换电路，用于将大体上正弦输入电力信号 102 转换成全波或半波整流 DC 信号。在某些实施例中，该第一级 104 还包括开关转换器，其配置成提供功率因数校正并且采用第一级的 DC 输出电压的形式调节该电压调节的电力 114。LED 灯 106 从电压调节的电力 114 接收电流，其通过线性电流调节器 108 被返回。 0022 在一个实施例中，示范性 LED 驱动。

22、器系统 100 还包括调光检测电路 110，其配置成监测输入电压122并且生成与输入电力信号102的相位角调光水平指示的调光水平成比例的调光信号120。该调光信号120被线性电流调节器或控制电路108接收，其相应地调整灯电流 116 来实现来自 LED 灯 106 的期望的调光的光输出。为了保持恒定的光输出，灯电流 116 保持在恒定值，然而，由于环境和其他因素，跨 LED 灯 106 的电压降可能变化。当跨 LED 灯 106 的电压下降时，跨线性电流调节器 108 的电压降成比例地增加。在线性调节器的情况下，与开关调节器相比，线性调节器耗散的功率与跨调节器的电压。

23、降和通过调节器的电流成比例。从而，当跨线性电流调节器 108 的电压降增加时，耗散的功率成比例地增加。相似地，当由输入电力信号102指示的需要的调光水平低时，跨线性电流调节器108的电压降将增加，从而进一步使线性电流调节器 108 耗散的功率增加。线性电流调节器 108 中耗散的任何功率无法用于产生光。从而，尽可能多地减少由线性电流调节器耗散的功率，这是可取的。 0023 在一个实施例中，为了有助于减少浪费的功率，线性电流调节器 108 在跨线性电流调节器 108 的电压降超出阈值量时生成电压降信号 118。该电压降信号 118 提供给第一级104，在这里它。

24、用于降低电压调节的电力114或DC输出电压，以便减少由线性电流调节器 108 耗散的功率。 0024 现在参考图 2，可以看到有示范性功率转换级 200 的示意图的图示，该示范性功率转换级 200 提供将 AC 输入电力（例如在上文关于图 1 描述的 AC 输入电力信号 102）转换成调节的 DC 电压的部件。功率转换级 200 通过熔断器 F201 在输入连接器 CON1 的输入端 1 和 2（一般称为供应端脚和返回端脚 2）接收输入电力，熔断器 F201 用于保护电力转换级 200 免遭浪涌或可引起过多电流流入电力转换级 200 的其他异常。包括输入滤波器 220 来修。

25、整输入电力并且防止功率转换级 200 内形成的谐波和开关噪声通过输入连接器 CON1 被传送回至输入电力。该输入滤波器 220 包括与连接器 CON1 的输入端 1&2 并联连接的电容说明书 CN 103857127 A 6 4/8 页 7 器C210并且后跟一对电感器L201和L202，每个分别与输入连接器CON1的供应端脚1和输入连接器 CON1 的返回端脚 2 串联连接。每个电感器 L201、 L202 分别与电阻器 R201 和 R202 并联连接。 0025 桥式二极管电路 BD1 用于将 AC 电力转换成全波整流 DC 电力并且跨 DC 电力并联连接的电容器 C201。

26、提供一定初始滤波以有助于平滑该桥式二极管电路 BD1 产生的全波整流信号。反激转换器（一般由标号 222 指示）将桥式二极管 BD1 产生的整流 DC 电力转换并且调节成在输出端 V+ 和 V- 处的大体上恒定的电压 V201。该反激转换器 222 通过具有一次绕组 T201-1 和二次绕组 T201-2 的变压器 T201 将电力从一次侧传递到二次或输出侧。二极管 D201 对输出电力整流并且与输出电压 V201 并联连接的滤波电容器 C208 提供输出电压 V201 的滤波和平滑。串联连接的电阻器 R216 和电容器 C207 与二极管 D201 并联连接以在变压器 T2。

27、01 的输出侧 T201-2 上提供另外的修整。一次侧 T201-1 中的电力由开关装置 Q201 控制，集成控制电路 U201 通过驱动电阻器 R213 对开关装置 Q201 进行占空比调制。在图 2 中示出的示范性实施例中，开关装置 Q201 图示为 n- 沟道金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）。备选地，可有利地采用其他类型的开关装置。开关装置 Q201 的漏极通过二极管 D202和电阻器R212连接回到桥式二极管BD1的正输出来保护开关装置Q201免于过多电压并且在开关装置 Q201 未导通时提供电流循环路径。电容器 C206 还与 R212 并联耦合。 0026 在。

28、示范性反激调节器222中，输出电压V201由集成电路U201调节，集成电路U201 在该实施例中包括许多标准功率因数校正（PFC）控制器集成电路中的一个。集成电路 U201 或 PFC 控制器调节开关装置 Q201 的占空比使得功率转换级 200 的功率因数接近一并且使 DC 电压 V201 保持在大体上恒定的值。PFC 控制器 U201 通过电阻器 R203 和 R204 以及滤波电容器 C202 和 C205 在脚 8 上接收运行电力。运行电力还通过二极管 D203 和电阻器 R211 从变压器 T201 的三次绕组 T201-3 提供给 PFC 控制器 U201。变压器 T20。

29、1（其在一个实施例中是反激变压器）的三次绕组 T201-3 用于通过限流电阻器 R215 和并联连接的滤波电容器 C209 提供零交叉检测信号（ZCD）给 PFC 控制器 U201 的脚 5。电流感测电阻器 R208 串联耦合于开关装置 Q201 和电路接地 224 之间并且在 PFC 控制器 U201 的脚 4 处提供电流感测信号。通过使从输入电力抽取的电流与输入电力的电压保持同相而实现高的功率因数。为了实现此， PFC 控制器 U201 通过 PFC 控制器 U201 的脚 4 处的乘数输入而感测输入电力的电压。在示范性反激变压器 222 中，通过电阻器 R205 和。

30、R206 在从桥式二极管 BD1 输出的全波整流 DC 电压处感测输入电压，并且用并联连接的电阻器 R207 和电容器 C204 对其滤波以在 PFC 控制器 U201 的脚 4 处形成乘数输入信号。 0027 通过使用电阻器分压器网络 R208、 R209 来实现电压 V201 的调节以将输出电压 V201 馈送回至 PFC 控制器 U201 的脚 1 处暴露的运算放大器（op-amp）型补偿电路的求和节点。这形成反馈控制环，其起到将输出电压 V201 调节在大体上恒定的水平的作用。控制环的稳定性由积分控制实现，该积分控制由在求和节点 226 和 PFC 控制器 U201 。

31、的补偿输入脚 2 之间连接的电容器 C203 形成。该反馈控制环允许 PFC 控制器 U201 调制开关装置 Q201 的占空比使得根据节点 226 处的反馈信号使输出电压 V201 保持在大体上恒定的水平。从而通过调整施加于节点 226 的反馈信号而调节输出电压 V201 处的电压。如将在下文更详细论述的，该功能性可以用于根据期望调整输出电压 V201 来减少 LED 驱动器系统（例如上文描述的 LED 驱动器系统 100）的其他部分中耗散的功率。说明书 CN 103857127 A 7 5/8 页 8 0028 现在参考图 3，可以看到有示范性调光检测电路 300，。

32、其包含比较器电路，用于生成对应于由输入电压信号V302指示的调光水平的DC调光信号V303。该调光信号检测电路 300 图示用于生成指示相位角调光信号的调光水平的 DC 调光信号 V303 的部件的示例。在示范性调光检测电路 300 中，输入电压信号 V302 是整流的输入电力信号，例如由在上文参考图 2 描述的桥式整流器电路 BD1 产生的信号。在许多应用中，例如 LED 照明改造成较早的白炽灯照明灯具的应用中，输入电力（例如图 1 的输入电力信号 102）可包括如本领域内已知的相位角调光信号。该相位角调光信号可以具有任何适当的类型，例如正向相位角控制或反向相位。

33、角控制调光。当输入电力是相位角调光信号时，调光信号 V303 将是全波整流相位角调光信号。比较器 A301 用于通过电阻器 R305 提供充电信号给充电电容器 C301 但电阻器 R306 提供放电路径。运行电压源 V301 提供运行电力给比较器 A301 并且还用于经由由电阻器 R304 和 R303 形成的电阻器分压器网络而对比较器 A301 的非倒相输入产生参考电压。输入电压信号 V302 经由由电阻器 R301 和 R302 形成的第二电阻器分压器网络施加于比较器 A301 的倒相输入。从而， DC 调光信号 V303 与由输入电压信号 V302 指示的调光水平相反地变化。

34、，即，当需要明亮的光输出时， DC 调光信号 V303 是低电压并且反之亦然。 0029 现在参考图 4，可以看到有线性电流调节电路 400 的示范性实施例，其可用于将流过 LED 灯组件 LA401 的电流调节在由调光信号 V303 控制的大体上恒定的量。该线性电流调节电路 400 图示根据 DC 调光信号 V303 将通过 LED 灯组件 LA401 的电流调节在大体上恒定的量的一个示例。灯电流由电压源 V201 供应，例如上文描述的功率转换电路 200。备选地，其他电压调节电路可以用于提供电压源 V201，也称为调节电压。 0030 在一个实施例中，电流调节电路。

35、400（也称为控制器）包括一对晶体管 Q401 和 Q402，其中晶体管 Q401 的集电极从 LED 灯组件 LA401 接收电流使得晶体管 Q402 控制流过 LED 灯组件的电流。运行电压 V401 通过电阻器 R403 供应电流给晶体管 Q402 的基极。电阻器 R405 耦合于控制晶体管 Q402 的发射极和电路接地 402 之间使得流过控制晶体管 Q402 的电流的增加使发射极 404 处的电压提升。第二晶体管 Q401 耦合于控制晶体管 Q402 的基极 406 与电路接地 402 之间，且晶体管 Q401 的基极或控制端通过电阻器 R406 耦合于控制晶体管 Q402。

36、的发射极。DC 调光信号 V303，例如由上文描述的示范性调光检测电路 300 生成的 DC 调光信号 V303，通过电阻器 R402 和一对串联连接的二极管 D401 和 D402 而施加于晶体管 Q401 的基极。 0031 线性电流调节电路 400 的运行可以通过首先假设电阻器 R406 短路并且通过去除二极管 D401 来去除 DC 调光信号而理解。这使 DC 调光电路 400 降为线性电路，其中灯电流 ILED可以计算为ILED=0.7伏/R405，其中0.7伏是控制晶体管Q402的基极-发射极电压降并且符号指示每个电阻器以欧姆计的电阻值。现在，关注全线性电流调。

37、节电路400，其包括二极管 D401 和电阻器 R406，灯电流可以计算为 ILED= （0.7v-VR406） /R405，其中 VR406是跨电阻器 R406 的电压。从而，灯电流 ILED随着 DC 调光信号 V303 升高而下降。在某些实施例中，电阻器 R405 具有低的电阻，例如几欧姆，并且电阻器 R406 和电阻器 R402 是相对大的，例如几千欧姆。跨电阻器 R406 的电压可以估算为： VR406=V303*R406 /（R402+R406）并且灯电流可以估算为： ILED=（0.7- V303*R406 ） /（R406+R402） /R405，。

38、从而得到灯电流，其是 DC 调光信号 V303 的线性函数。在示范性电路 400 中，两个二极管 D401 和 D402 与 DC 调光信号 V303 串联耦合来改进调光曲线。每个二极管 D401 和 D402，具有大约说明书 CN 103857127 A 8 6/8 页 9 0.7 伏的电压降，因此 DC 调光信号 V303 不影响线性电流调节电路 400 直到 DC 调光信号 V303 超出大约 1.4 伏。例如，利用在上文在图 3 和 4 中图示的示范性电路，灯电流在 AC 调光信号 V302 具有小于大约 144 度的剩余角时线性减小。剩余角指的是相位角调光信号正。

39、传送电力给负载的正弦周期的部分。 0032 图5图示使用电压降监测来减少功率耗散同时保持稳定的LED光输出和调光功能性的一个半级 LED 驱动器电路 500 的功能框图。该示范性 LED 驱动器电路 500 包括第一级电压调节器 504，其具有输入 526 和输出 514。该第一级 504 配置成将输入 526 上的 AC 输入电力 502 转换成输出 514 上的调节的 DC 电压。在某些实施例中，该第一级 504 包括 PFC 控制器，其配置成使从输入电力502抽取的电流与输入电力502的电压保持同相，使得驱动器电路 500 的功率因数保持为一或接近一。LED 灯或灯组件。

40、 506 在输出 514 上接收来自第一级 504 的调节的 DC 电压。线性电流控制器 508 串联耦合于 LED 灯组件 506 与第一级 504 的返回 520 之间来使灯电流 516（其是流过 LED 灯的电流）保持在大体上恒定的量。输出 514 上的 DC 电压由调节器 510 调节，调节器 510 也称为反馈控制电路，其接收反馈信号 522 并且经由控制信号 524 操作第一级 504 使得输出 514 上的 DC 电压保持在大约恒定的电压。该调节器 510 从求和器 512 接收反馈信号，该求和器 512 将输出 514 上的 DC 电压与由电压降感测电路 528 。

41、从线性电流调节器 518 的电压降形成的电压降信号 534 组合。如上文描述的，由线性电流调节器 508 耗散的功率与跨调节器 508 的电压降 518 成比例。电压监测电路 528 在跨电流调节器 508 的电压降 518 超出阈值量时产生电压降信号 534。当该电压降信号 534 在求和器 512 中添加到输出 514 上的 DC 电压时，它修改反馈信号使得将输出 514 上的 DC 电压调节在较低值。采用该方式，电压降监测或感测电路 528 与求和器 512 一起起到减少线性电流调节器 508 中的功率耗散的作用。为了适应需要调光功能性的应用，一个半级LED驱动器电路5。

42、00包括调光检测电路536，其接收输入电力信号532并且产生与由输入电力信号 532 指示的调光水平成比例的调光信号 530。该调光信号 530 由线性电流调节器 508 接收，在这里该线性电流调节器 508 用于相应地调整灯电流 516。 0033 驱动具有恒定电流的 LED 灯来保持稳定的灯输出，这是可取的。然而，跨 LED 的正向电压降由于环境和制造因素而变化。例如， LED 的正向电压降随着温度增加而减小。描述的线性电流调节器 508 通过随 LED 的电压降相反地改变其电压降而操作。这意味着当温度升高时， LED 电压降将下降并且线性电流调节器 508 将增加其电压。

43、降以便保持恒定电流。使用电压降监测，电压监测电路 528 用于将电压降信号 534 反馈回电压调节器 510，这进而降低了电流调节器 508 中耗散的功率的量。线性电流调节器 508 上该增加的电压降导致增加的耗散功率。下文的表 1 提供一些代表值来图示不采用电压降监测来如本文描述的那样降低电流调节器中的功率耗散的驱动电路中耗散的功率。参考表 1，在该示例中，输出 514 上的 DC 电压近似为 14 伏并且期望的 LED 电流近似为 0.5 安培。如在表 1 中看到的，当 LED 电压降是 11 伏时，线性电流调节器 508 耗散了 1.5 瓦。当 LED 电压上升时，。

44、由线性电流调节器 508 耗散的功率下降。从而，当 LED 电压近似为 13 伏时，线性电流调节器 508 中耗散的功率是 0.5 瓦。说明书 CN 103857127 A 9 7/8 页 10 0034 表 2 提供包括上文描述的新颖的电压降监测方法的 LED 驱动器电路 500 的代表值。如在表 2 中看到的，当 LED 电压是近似 12 伏或近似 12 伏以上时，电流调节器 508 的电压降在阈值电压以下并且电压监测电路 528 未生成任何电压降信号。当 LED 电压降到近似 12 伏以下时，例如降到 11 伏，电流调节器 508 的电压降超出阈值电压并且电压。

45、监测电路 528 开始生成电压降信号，其促使以较低值、例如大约 13 伏调节输出 514 上的第一级电压。减少输出 514 上的第一级电压导致线性电流调节器 508 中耗散的功率成比例地下降，其在该示例中是大约 1 瓦。 0035 现在参考图 6，可以看到有用于产生如可用于操作第一级电压调节器（例如上文描述的第一级 504）的控制信号 524 的示范性反馈控制电路 510 和求和器 512。LED 灯 D600 接收 DC 电压 612，其产生通过灯的电流，其由电流调节晶体管 Q402 （例如在上文参考图 4 描述的控制晶体管 Q402）调节。电阻器分压器网络（其。

46、包括在 DC 电力 612 与电路接地 614 之间串联连接的电阻器 R603 和 R604），形成电压反馈 616，其通过电阻器 R602 耦合于反馈控制电路 510。齐纳二极管 Z601 耦合于电流调节器晶体管 Q402 与求和器 512 之间使得当跨电流调节器晶体管 Q402 的电压降超出该齐纳二极管 D601 的击穿电压时，电压降信号施加于电路节点616，在这里它通过电阻器R602添加到电压反馈。运算放大型A601接收参考电压V601并且产生调节或控制信号524。在示范性反馈控制电路510中由与串联连接的电阻器 R601 和电容器 C602 并联耦合的电容器。

47、C601 提供稳定和优化。 0036 图7图示包含本文描述的电压降监测技术的方面的用于驱动LED灯的示范性方法的流程图。在一个实施例中，该方法使用一个半级驱动器电路，其包括第一级，用于将 AC 输入电力转换 702 成 DC 输出电力。从该 DC 输出电压形成 704 反馈信号，并且该反馈信号用于将 DC 输出电压的电压调节 706 在对应于反馈信号的大体上恒定的电压。在某些实施例中，第一级包括功率因数校正，用于将由第一级抽取的电流与输入电力的电压保持同相使得 LED 驱动器的功率因数为一或接近一。向 LED 灯（例如 LED 灯）提供 708 DC 输出电力。在一。

48、个实施例中，该LED灯可以包括采用串-并联组设置的多个LED元件或其他适合的LED 说明书 CN 103857127 A 10 8/8 页 11 灯。LED 灯电流（即，流过 LED 灯的电流）由线性电流源（在本文中也称为线性电流调节器）保持 710 在大体上恒定的量。该线性电流源中耗散的功率与灯电流和跨该线性电流源的电压降成比例。因为该功率未用于产生光，它基本上是被浪费的能量。因此尽可能多地降低由线性电流源耗散的功率，这是可取的。线性电流源功率的降低可以通过监测 712 跨线性电流源的电压降而实现。当电压降超出 714 阈值电压时，电压降信号用于调整 716 在上。

49、文形成 704 的反馈信号。如上文描述的，增加反馈信号将降低 DC 输出电压被调节成的电压。调整的反馈信号然后用于将 DC 输出电压调节 706 在基本较低的电压。 0037 图 8 图示示出用于在图 7 中图示的示范性 LED 驱动方法 700 中包括调光功能性的方法 800 的流程图。在某些实施例中， AC 输入电力包括调光信号，例如正向或反向相位控制调光信号。为了实现调光功能性，监测 802 AC 输入电力中的调光信号。该调光信号被转换以形成806调光电压，大体上是DC调光电压，其中调光信号的电压对应于输入调光信号。 DC 调光电压用于调整由线性电流源提供的灯电流的量。 0038 从而，尽管已经示出、描述并且指出如应用于本发明的示范性实施例的本发明的基本新颖特征，将理解本领域内技术人员可在图示的装置的形式和细节上以及它们的操作上做出各种省略和替代以及变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，明确地规定采用大致上相同的方式执行大致上相同的功能来获得相同的结果的那些元件所有组合在本发明的范围内。此外，应该认识到连同本发明的任何公开的形式或实施例示出和 / 或描述的结构和 /。

展开阅读全文