专利名称：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的制作方法
技术领域：
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：
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(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。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。有关交直流电源转换供应装置，另有一种称为LLC(电感一电感一电容)架构的现 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。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，亦可应用在直流一直流电源转换的场合。
发明内容
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。本发明的另一目的在于，提出一种驱动LED的方法。本发明的另一目的在于，提出一种控制LED电流的集成电路。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。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
4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。 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。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。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。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。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极管，或用以反馈控制一直流/直 流电压转换器。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。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。
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；图2显示LLC架构的现有技术；图3显示本发明的第一实施例；图4显示本发明应用于LLC架构中的实施例；图5显示二次侧电路32的一个实施例；图6显示二次侧电路32的另一个实施例；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；图8举例显示集成电路320的详细电路结构；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；图10举例显示图9结构的细节；图11举例显示本发明电路的其它变化。图中符号说明
10交直流电源转换供应装置
11一次侧电路
11aLLC架构的一次侧电路
12二次侧电路
13变压器
14桥式整流电路
20LED驱动电路(现有技术)
30LED驱动电路(本发明)
32二次侧电路
320集成电路
3211最小值选择电路
3212过高电压保护电路(0VP)
3213过高电流保护电路(0CP)
3214电压调节电路
322光耦合二极管
325功能电路
40DC/DC电压转换电路
41DC/DC升压控制器
50负载电路
111LLC控制器
CS1，CS2，CSN 电流源
D二极管
EA, EACS1, EALDO, EAOCP, EAOVP
P，P1，P2，PLD0 功率开关
Pcsl，Ql，Q2 晶体管
Rl, R2, Rcsl, Rocp 电阻
误差放大器
具体实施例方式图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；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。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 一次侧电路11a。以下以图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。
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Vref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。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，0CP 3213可侦测变压器13的二次侧电流，当此电流过高时，0CP 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 0VP或0CP的详细电路，容后再举例说明。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) 0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。图8举例显示更具体的电路实施例。图中，误差放大器EAcsl、晶体管Pcsl、电阻 Rcsl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 实施例中，晶体管Pcsl和电阻Rcsl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)EA0VP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)EA0CP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(LD0，LoW-Drop Out circuit)，包含误差放大器EALD0、晶体管PLD0、和电阻Rl、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PLD0、和电阻R1、R2外挂在 集成电路320之外。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。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。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。
权利要求
一种具有交直流直接转换控制功能的LED驱动电路，其特征在于，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，其中该二次侧电路包含至少一个电流源，以对应控制流过LED的电流。
2.如权利要求1所述的具有交直流直接转换控制功能的LED驱动电路，其中，该二次侧 电路包括至少一个电流源，以对应控制流过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。
3.如权利要求1所述的具有交直流直接转换控制功能的LED驱动电路，其中，该LED电 路包括多串LED，各LED串上各有一对应的电压节点，且该二次侧电路包括多个电流源，分别控制对应LED串的电流； 最小值选择电路，选择各LED串上对应节点中电压最低者； 误差放大器，将最小值选择电路的输出与一参考电压比较；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。
4.如权利要求2或3所述的具有交直流直接转换控制功能的LED驱动电路，其中，还包 含光耦合二极管，与该晶体管耦接，以产生光耦合反馈讯号给一次侧电路。
5.如权利要求1所述的具有交直流直接转换控制功能的LED驱动电路，其中，还包含 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。
6.如权利要求5所述的具有交直流直接转换控制功能的LED驱动电路，其中，该电压调 节电路为线性稳压电路。
7.一种交直流直接转换控制LED的方法，其特征在于，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。
8.如权利要求7所述的交直流直接转换控制LED的方法，其中，还包含调节该将二次 侧输出电压，以产生经过调节的稳定电压。
9.一种集成电路，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，而控制一对应的电流。
10.如权利要求9所述的集成电路，其中，该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。
11.如权利要求9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。
12.如权利要求9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/直流电压转换器。
13.如权利要求9所述的集成电路，其中，该电流控制电路为电流源。
14.如权利要求9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。
15.如权利要求9所述的集成电路，其中，还包含电压调节电路，其接收一电压而产生 经过调节的稳定电压。
16.如权利要求9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。
17.如权利要求9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。
全文摘要
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。
文档编号H05B37/02GK101827476SQ20101011929
公开日2010年9月8日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年3月4日
发明者刘景萌, 廖家玮, 罗兰·万·罗伊 申请人:立锜科技股份有限公司