发光二极管的驱动器和发光装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发光二极管的驱动器和发光装置，该发光二极管驱动器包括：功率转换电路(102)，包括功率转换开关(1025)；驱动控制器(108)，耦合至所述功率转换电路(102)以控制所述功率转换开关(1025)的导通和关断；导通时间控制电路(110)，耦合至所述驱动控制器(108)以在所述功率转换开关(1025)的导通时间达到阈值时关断所述功率转换开关(1025)。通过使用根据本公开的实施例的发光二极管驱动器和发光装置，可以使得发光二极管和发光装置免受关断后的大电流，从而延长使用寿命。
【专利说明】
发光二极管的驱动器和发光装置
技术领域
[0001]本公开总体涉及电子领域，更具体而言，涉及发光二极管的驱动器和相应的发光
目.0
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
[0003]LED因此通常用于照明或发光装置，并且由驱动器驱动。驱动器例如将市电的交流电压转换为直流电压以用于驱动LED。具体而言，驱动器可以包括用于将交流电转换为直流电的交流到直流转换器、用于将直流电压转换为直流电流的直流到直流转换器和对直流电流进行滤波的滤波器。直流到直流转换器包括受控制器控制的功率转换开关，控制器例如通过脉冲宽度调制(PWM)信号来控制功率转换开关的导通和关断。控制器通常还被配置成感测驱动LED的电流，并且根据驱动电流来关断功率转换开关。
[0004]当驱动器断电时，用于驱动LED的电流下降，使得控制器感测到的电流也下降。控制器此时会试图使得驱动电流恢复到正常水平，例如通过延长功率转换开关的导通时间。当导通时间被过度延长时，所有的功率可能在短时间内被全部施加至LED。这样高的电流可能损坏LED，从而缩短LED和发光装置的使用寿命。
【实用新型内容】
[0005]鉴于上述内容，期望提供一种可以避免关断后被施加至LED的大电流的驱动器以及相应的发光装置。
[0006]总体而言，本公开的实施例涉及一种发光二极管驱动器和发光装置。
[0007]根据第一方面，提供一种发光二极管驱动器，包括:功率转换电路，包括功率转换开关;驱动控制器，耦合至功率转换电路以控制功率转换开关的导通和关断;导通时间控制电路，耦合至驱动控制器以在功率转换开关的导通时间达到阈值时关断功率转换开关。
[0008]根据第二方面，提供一种发光装置，包括:发光二极管；以及根据上述的发光二极管驱动器，该发光二极管驱动器被配置成用于驱动发光二极管。
[0009]通过使用根据本公开的发光二极管驱动器和发光装置，可以避免关断后功率开关导通时间过长而导致被施加至LED的大电流，从而延长驱动器和发光装置使用寿命。
[0010]在一个优选的实施方式中，所述驱动控制器被配置成提供脉冲宽度调制信号以控制所述功率转换开关的导通和关断，所述阈值大于所述发光二极管驱动器正常工作时所述功率转换开关导通的最大时间，且小于所述发光二极管驱动器掉电时导致的所述功率转换开关的导通时间。
[0011]在该实施方式中，导通时间控制电路不会影响发光二极管驱动器的正常工作，但特别针对驱动器掉电/断电时产生的过长开通时间进行保护。
[0012]在一个优选的实施方式中，所述功率转换电路包括:交流到直流转换器，被配置成将交流电压转换为第一直流电压;直流到直流转换器，包括所述功率转换开关并且被配置成在所述功率转换开关导通和断开的高频开关中将所述第一直流电压转换为直流电流，所述直流电流用于驱动所述发光二极管。
[0013]该实施方式提供了功率转换电路的具体结构。
[0014]在一个进一步优选的实施方式中，所述功率转换电路还包括:滤波电路，所述滤波电路被配置成将所述直流电流滤波以用于驱动所述发光二极管。
[0015]在一个进一步优选的实施方式中，所述导通时间控制电路包括:导通时间检测电路，耦合至所述驱动控制器以检测所述功率转换开关的导通时间；以及，关断电路，耦合至所述导通时间检测电路和所述驱动控制器以响应于所述导通时间大于所述阈值使得所述驱动控制器关断所述功率转换开关。
[0016]该实施方式的优点在于提供了导通时间控制电路的具体实现方式。
[0017]在一个优选的实施方式中，所述驱动控制器具有驱动端，连接到所述功率转换开关的控制端，所述导通时间检测电路包括:第一电阻器、第二电阻器、二极管和电容器;其中所述第一电阻器与所述第二电阻器串联耦合在所述驱动控制器的驱动端和接地之间;所述电容器耦合在所述第一电阻器和所述接地之间以用于在所述功率转换开关导通期间进行充电，所述电容器两端的电压表示所述功率转换开关的导通时间；所述关断电路包括电压阈值电路，所述电压阈值电路耦合至所述电容器，用于在所述电容器两端的电压达到阈值后激活以断开所述功率转换开关；以及所述二极管耦合在所述驱动控制器和所述第二电阻器之间以用于在所述功率转换开关关断期间对所述电容器存储的电荷进行放电。
[0018]该实施方式的优点在于，通过RC电路来进行开关的导通时间的检测，实现简单，成本较低。
[0019]在一个优选的实施方式中，所述电压阈值电路包括场效应晶体管和双极晶体管；其中所述场效应晶体管的栅极耦合至所述电容器和所述二极管，所述场效应晶体管的源极耦合至接地，所述场效应晶体管的漏极耦合至所述双极晶体管的基极，使得在所述导通时间大于所述阈值时，所述电容器上的被充电的电压导通所述场效应晶体管；以及所述双极晶体管的发射极被配置成接收电源电压并且所述双极晶体管的集电极耦合至所述驱动控制器，使得在所述场效应晶体管导通时，所述双极晶体管促使所述驱动控制器加速关断所述功率转换开关。
[0020]该实施方式的优点在于提供了电压阈值电路的实现方式，利用场效应晶体管本身的导通电压阈值来对与导通时间相关的电容器电压进行判断，成本较低。
[0021]在一个进一步优选的实施方式中，所述驱动控制器具有电流检测端，所述驱动控制器在所述电流检测端的检测信号增大时缩短所述功率转换开关的导通时间，所述双极晶体管通过向所述驱动控制器的电流检测端注入电流以促使所述驱动控制器加速关断所述功率转换开关。
[0022]该实施方式重用了驱动控制器已有的电流检测端来促使功率转换开关的关断，对各种驱动控制器都具有很好的适用性。
[0023]在一个优选的实施方式中，所述电压阈值电路还包括第三电阻器和第四电阻器；其中所述第三电阻器耦合至所述双极晶体管的基极并且被配置成接收电源电压;所述第四电阻器耦合至所述双极晶体管的发射极并且被配置成接收电源电压。
[0024]该实施方式提供了驱动前述双极晶体管的具体实现方式。
【附图说明】
[0025]通过在所附附图中的本公开的一些实施例的更为详细的描述，本公开的以上和其它的优势、特征和目标将变得更为明显，其中:
[0026]图1是根据本公开的一个实施例的不意图。
【具体实施方式】
[0027]现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。
[0028]如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。
[0029]图1示出了根据本公开的一个实施例的示意图。发光装置100包括LED驱动器和LED104IED驱动器包括功率转换电路102、驱动控制器108和导通时间控制电路110。功率转换电路102包括交流到直流转换器1022、直流到直流转换器1024和滤波器1026。交流到直流转换器1022从交流电源106接收交流电，并且将其转换为第一直流电压信号，转换器1022例如是二极管电桥。直流到直流转换器1024包括功率转换开关1025，并且在驱动控制器108的控制下将所接收的第一直流电压信号转换为直流电流，直流到直流转换器一般是PFC功率因素校正电流，例如降压、升压、升降压、反激转换器。滤波器1026将所接收的直流电流滤波，并且将滤波后的电流提供给LED 104以用于发光，滤波器1026例如是缓冲电容。可以理解，在LED驱动领域，驱动控制器、交流到直流转换器、直流到直流转换器和滤波器是熟知的，因此在此不再赘述。
[0030]驱动控制器108可以通过多种方式控制功率转换开关1025的导通和关断。在一个示例中，驱动控制器108提供PffM信号给功率转换开关1025以控制其导通和关断。由于PffM信号频率通常较高，因此该开关例如可以是由场效应晶体管(MOSFET)制成的高频开关。在一个示例中，功率转换开关1025是NM0S。当PffM信号处于高电平时，功率转换开关1025导通，此时直流到直流转换器1024将所接收的第一直流电压信号存储在能量存储元件中，例如储能电感。当PffM信号处于低电平时，功率转换开关1025关断，此时原先被存储的能量被释放。直流到直流转换器1024的高频切换产生了提供给负载LED 104的直流。可以理解，提供给LED104的功率可以取决于PffM信号的占空比。控制器108具有电流检测端CS，电流检测端CS经由电阻器R5接收驱动电流检测信号，并且根据所检测到的电流信号在控制器的驱动端GD提供低电平以关断功率转换开关1025。例如，当电流较大时，意味着存储的电能较多，那么控制器108将会更早地关断功率转换开关。
[0031]当发光装置掉电时，因发光装置内的储能器件所致，驱动器可能仍操作一段时间。如前所述，当驱动器断电时，用于驱动LED 104的电流下降，使得控制器108感测到的电流也下降。控制器108此时会试图使得驱动电流恢复到正常水平，例如通过延长功率转换开关1025的导通时间。当导通时间被过度延长时，前端剩余的所有的功率可能在短时间内被全部施加至LED 104。这样高的电流可能损坏LED，从而缩短LED和发光装置的使用寿命。
[0032]在本公开的图1的实施例中，通过增加导通时间控制电路110来避免上述问题。如图1所示，导通时间控制电路110耦合至所述驱动控制器108，从而在功率转换开关1025的导通时间达到阈值时关断功率转换开关1025。该阈值时间被设置为大于发光二极管驱动器108正常工作时功率转换开关1025导通的最大时间，并且小于发光二极管驱动器108在掉电时导致的功率转换开关1025的导通时间。
[0033]导通时间控制电路110包括导通时间检测电路和关断电路。导通时间检测电路耦合至驱动控制器108以检测功率转换开关1025的导通时间。关断电路耦合至导通时间检测电路和驱动控制器108以响应于导通时间大于阈值使得驱动控制器108关断功率转换开关1025。例如，在检测电路检测到功率转换开关1025的导通时间超过阈值(这意味着驱动器掉电)时，关断电路促使驱动控制器108发出例如低电平信号以迅速关断功率转换开关1025。在关断功率转换开关1025之后，不再有功率转换的发生，因此没有功率被施加至LED 104。
[0034]在图1的示例中，导通时间检测电路包括电阻器R3、R4、电容器Cl和二极管D1。关断电路包括电阻器Rl和R2、双极晶体管Tl和MOSFET T2。电阻器R3和R4串联在控制器108和接地之间以形成分压电路。电容器Cl耦合在电阻器R3和接地之间。因此，当控制器108的控制端GD输出高电平时，功率转换开关1025导通并且该高电平对电容器Cl充电，电容器Cl两端的电压逐渐上升，并且依赖于该电路的RC时间常数，该电压与功率转换开关1025导通时间指数相关。
[0035]二极管Dl的负极耦合至控制器108的控制端⑶，并且正极耦合至电容器Cl。当控制器108的控制端GD正常操作输出低电平时，电容器Cl存储的电能通过二极管Dl释放。通过设置电阻器R3、R4、电容器CI和二极管DI的值，使得电容器CI的表示导通时间阈值的充电电压对应于导通MOSFET T2的电压，从而在功率转换开关1025的导通时间大于该阈值时，电容器Cl上的被充电的电压导通MOSFET T2。
[0036]关断电路的MOSFET T2的栅极耦合至电容器Cl和二极管Dl，源极耦合至接地，漏极经由电阻器R2耦合至控制器108的电源端子Vcc。双极晶体管Tl的基极耦合至MOSFET T2的漏极，集电极耦合至控制器108的感测端子CS，发射极经由电阻器Rl的电源端子Vcc。在MOSFET T2被导通时，双极晶体管TI的基极接地，从而使得从电源端子Vcc经由关断电路向感测端子CS注入电流，该注入电流促使驱动控制器108通过加速输出低电平来加速关断功率转换开关1025。
[0037]可以理解，上述导通时间控制电路110可以由分立器件形成，但也可以与驱动控制器108集成在集成电路芯片中。备选地，导通时间控制电路110中的一部分也可以集成在驱动控制器108中。还可以理解，图1中所用的各个部件仅是示例，可以根据上面公开的导通时间控制原理设计其它电路结构。
[0038]虽然本公开以具体结构特征和/或方法动作来描述，但是可以理解在所附权利要求书中限定的本公开并不必然限于上述具体特征或动作。而是，上述具体特征和动作仅公开为实施权利要求的示例形式。
【主权项】
1.一种发光二极管驱动器，其特征在于，包括: 功率转换电路(102)，包括功率转换开关(1025); 驱动控制器(108)，耦合至所述功率转换电路(102)以控制所述功率转换开关(1025)的导通和关断； 导通时间控制电路(110)，耦合至所述驱动控制器(108)以在所述功率转换开关(1025)的导通时间达到阈值时关断所述功率转换开关(1025)。2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述驱动控制器(108)被配置成提供脉冲宽度调制信号以控制所述功率转换开关(1025)的导通和关断， 所述阈值大于所述发光二极管驱动器正常工作时所述功率转换开关(1025)导通的最大时间，且小于所述发光二极管驱动器掉电时导致的所述功率转换开关(1025)的导通时间。3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述功率转换电路包括: 交流到直流转换器(1022)，被配置成将交流电压转换为第一直流电压； 直流到直流转换器(1024)，包括所述功率转换开关(1025)并且被配置成在所述功率转换开关(1025)导通和断开的高频开关中将所述第一直流电压转换为直流电流，所述直流电流用于驱动发光二极管。4.根据权利要求3所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述功率转换电路还包括: 滤波电路(1026)，所述滤波电路(1026)被配置成将所述直流电流滤波以用于驱动所述发光二极管。5.根据权利要求2所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述导通时间控制电路(110)包括: 导通时间检测电路，耦合至所述驱动控制器(108)以检测所述功率转换开关(1025)的导通时间；以及 关断电路，耦合至所述导通时间检测电路和所述驱动控制器(108)以响应于所述导通时间大于所述阈值使得所述驱动控制器(108)关断所述功率转换开关(1025)。6.根据权利要求5所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述驱动控制器(108)具有驱动端，连接到所述功率转换开关(1025)的控制端(GD)， 所述导通时间检测电路包括:第一电阻器(R3)、第二电阻器(R4)、二极管(Dl)和电容器(Cl); 其中所述第一电阻器(R3)与所述第二电阻器(R4)串联耦合在所述驱动控制器(108)的控制端(GD)和接地之间； 所述电容器(Cl)耦合在所述第一电阻器(R3)和所述接地之间以用于在所述功率转换开关(1025)导通期间进行充电，所述电容器(Cl)两端的电压表示所述功率转换开关(1025)的导通时间； 所述关断电路包括电压阈值电路，所述电压阈值电路耦合至所述电容器(Cl)，用于在所述电容器(Cl)两端的电压达到阈值后激活以断开所述功率转换开关(1025);以及 所述二极管(Dl)耦合在所述驱动控制器(108)和所述第二电阻器(R4)之间以用于在所述功率转换开关(1025)关断期间对所述电容器存储的电荷进行放电。7.根据权利要求6所述的发光二极管驱动器，其特征在于， 所述电压阈值电路包括场效应晶体管(T2)和双极晶体管(Tl); 其中所述场效应晶体管(Τ2)的栅极耦合至所述电容器(Cl)和所述二极管(Dl)，所述场效应晶体管(Τ2)的源极耦合至接地，所述场效应晶体管(Τ2)的漏极耦合至所述双极晶体管(Tl)的基极，使得在所述导通时间大于所述阈值时，所述电容器(Cl)上的被充电的电压导通所述场效应晶体管(Τ2);以及 所述双极晶体管(Tl)的发射极被配置成接收电源电压并且所述双极晶体管(Tl)的集电极耦合至所述驱动控制器(108)，使得在所述场效应晶体管(Τ2)导通时，所述双极晶体管(Tl)促使所述驱动控制器(108)加速关断所述功率转换开关(1025)。8.根据权利要求7所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述驱动控制器(108)具有电流检测端(CS)，所述驱动控制器(108)在所述电流检测端(CS)的检测信号增大时缩短所述功率转换开关(1025)的导通时间， 所述双极晶体管(Tl)通过向所述驱动控制器(108)的电流检测端(CS)注入电流以促使所述驱动控制器(108)加速关断所述功率转换开关(1025)。9.根据权利要求7所述的发光二极管驱动器，其特征在于，所述限制电路还包括第三电阻器(R2)和第四电阻器(Rl); 其中所述第三电阻器(R2)耦合至所述双极晶体管(Tl)的基极并且被配置成接收电源电压； 所述第四电阻器(Rl)耦合至所述双极晶体管(Tl)的发射极并且被配置成接收电源电压。10.一种发光装置(100)，其特征在于，包括: 发光二极管(104);以及 根据权利要求1-9中任一项所述的发光二极管驱动器，所述发光二极管驱动器被配置成用于驱动所述发光二极管(104)。
【文档编号】H05B33/08GK205566717SQ201620153081
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月29日
【发明人】刘忻, 孙世光
【申请人】飞利浦照明（中国）投资有限公司