半导体光源的驱动系统及半导体照明装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种半导体光源的驱动系统以及一种半导体照明装置。所述驱动系统包括：变压装置，该变压装置包括互相耦合的第一线圈和第二线圈，所述第二线圈用于接收输入电压；开关装置，与所述变压装置的第二线圈串联连接，并且用于控制该第二线圈的储能和释能；输出装置，与所述变压装置的第二线圈并联连接，并且用于向所述半导体光源供电，其中，所述变压装置的第一线圈受第二线圈的感应产生感应信号，用于控制所述开关装置的导通与截止。
【专利说明】半导体光源的驱动系统及半导体照明装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体光源的驱动系统，且更具体来说，涉及一种升降压半导体光源的驱动系统。
【背景技术】
[0002]半导体光源(LED)是第三代半导体材料制作的光源和显示器件，具有耗电量少、寿命长、无污染、色彩丰富、可控性强等特点，是照明光源及光产业的一次革命。随着LED的发展，越来越多的LED照明产品涌入市场。LED的电子驱动部分是LED照明产品中一个不可缺少的组成部分。
[0003]站在LED市场角度，LED照明终端售价仍高于传统灯泡与节能灯，降价已成为扩大市场接受度的关键。
[0004]随着LED颗粒价格的不断下降，电子驱动部分的价格比例越显重要，目前市场上所普及使用的LED驱动线路大都采用IC控制，其主要缺点就是价格成本较高。如果不用IC控制，一般会采用反激式自激震荡线路(Fly-back)，这种线路的效率低，稳定性差，适用输出电压范围窄。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种结构简单，应用范围非常宽，成本低廉的主要针对LED照明产品中的电子驱动线路。本发明使用少量元器件组合形成自激振荡线路，结合升降压线路，构成LED电子驱动器。本发明使用较少元器件实现LED的电子驱动部分，大大减少了元器件数量和成本，使电子驱动部分占LED照明系统中的比例大幅度缩小，并具有效率高，适用的输出电压范围宽的特点。
[0006]本发明实施例提供了一种半导体光源的驱动系统，所述驱动系统包括:变压装置，该变压装置包括互相耦合的第一线圈和第二线圈，所述第二线圈用于接收输入电压；开关装置，与所述变压装置的第二线圈串联连接，并且用于控制该第二线圈的储能和释能；输出装置，与所述变压装置的第二线圈并联连接，并且用于向所述半导体光源供电，其中，所述变压装置的第一线圈受第二线圈的感应产生感应信号，用于控制所述开关装置的导通与截止。
[0007]根据本发明实施例，所述驱动系统还包括:启动装置，用于在初始施加输入电压时启动所述开关装置。
[0008]根据本发明实施例，所述开关装置包括开关和至少一个分立元器件，所述至少一个分立元器件连接在所述第一线圈和所述开关的控制端之间，并且所述感应信号通过所述至少一个分立元器件以控制所述开关。本领域的一般技术人员应该理解，分立元器件是和集成电路相对应的分立的电阻，电容，电感等元器件。根据本发明实施例，所述至少一个分立元器件包括容性元件。
[0009]根据本发明实施例，所述至少一个分立元器件还包括阻性元件，并且所述阻性元件和所述容性元件串联。
[0010]根据本发明实施例，所述启动装置包括串联在一起的阻性元件和单向导通元件，所述阻性元件和所述单向导通元件之间的连接点与所述开关装置的控制端连接。
[0011]根据本发明的另一个实施例，还提供一种半导体照明装置，包括:半导体光源负载；变压装置，该变压装置包括互相耦合的第一线圈和第二线圈，所述第二线圈用于接收输入电压；开关装置，与所述变压装置的第二线圈串联连接，并且用于控制该第二线圈的储能和释能；输出装置，与所述变压装置的第二线圈并联连接，并且用于向所述半导体光源负载供电，其中，所述变压装置的第一线圈受第二线圈的感应产生感应信号，用于控制所述开关装置的导通与截止。
[0012]根据以下参考附图对本发明的描述，本发明的其他目标和效用将变得显而易见，并且读者可全面了解本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是半导体光源的驱动系统示意图。
[0014]图2是根据本发明实施例的半导体光源驱动系统电路图。
[0015]图3A是根据本发明实施例的半导体光源驱动系统启动阶段示意图。
[0016]图3B是根据本发明实施例的半导体光源驱动系统第一储能阶段示意图。
[0017]图3C是根据本发明实施例的半导体光源驱动系统释能阶段的示意图。
[0018]图3D是根据本发明实施例的半导体光源驱动系统第二储能阶段的示意图。
[0019]图4示出了根据本发明实施例的半导体光源驱动系统操作时的电压和电流的波形图。
[0020]在上述附图中,相同附图标记指示相同、相似或相应的元件或功能。
【具体实施方式】
[0021 ] 下文将参照图式通过实施例来详细描述本发明的具体实施例。
[0022]图1是本发明所述半导体光源的驱动系统的示意图。
[0023]图1中，Vin代表输入电压。该输入电压是直流输入电压，可以是经过整流后的直流电压，或者整流且滤波后的直流电压。I代表启动装置，II代表变压装置，III代表开关装置，IV代表输出装置，V代表半导体光源负载。
[0024]所述启动装置I用于在启动时(即，在输入电压Vin初始施加时)使开关装置处于导通状态。所述变压装置II包括互相耦合的第一线圈和第二线圈，所述第二线圈用于接收输入电压并且在所述开关装置III的控制下进行储能和释能。所述第一线圈受所述第二线圈的感应产生感应信号，用于控制所述开关装置III的导通和截止。所述输出装置用于根据所述第二线圈的储能和释能不同地向所述半导体光源供电。
[0025]图2是根据本发明的一个实施例的详细的半导体光源的驱动系统电路图。
[0026]图2中，启动装置I包括串联在一起的第一电阻101和第一二极管102。第一电阻101的第一端与第一电压输入端连接，第一电阻101的第二端与第一二极管102的第二端连接，第一二极管102的第二端与第二电压输入端连接。第二电压输入端可以直接接地。本领域的一般技术人员应该知晓，电阻可以被其他阻性元件所替代，二极管也可被其他单向导通元件(如三极管)所替代。
[0027]变压装置II包括互相耦合的第一线圈201和第二线圈202。第一线圈201和第一电容203以及第二电阻204串联。第一线圈201的第一端与第一电容203的第一端连接，第一电容203的第二端与第二电阻204的第一端连接。第一线圈201的第二端接地。第二线圈202的第一端与第一电压输入端连接。第一线圈201的第一端和第二线圈202的第一端为同名端。所述第二线圈202与所述开关装置串联连接，由此在所述开关装置的控制下进行储能和释能。本领域的一般技术人员应该知晓，电容可以被其他具有容性功能的元件所代替，电阻可以被其他具有阻性功能的元件所代替。
[0028]图2中的开关装置III包括三极管300，其包括基极301，集电极302，和发射极303。在本实施例中，发射极303与第二电压输入端连接。
[0029]开关装置III也可以是MOS管，在这种情况下，MOS管的栅极相当于三极管的基极，源极相当于三极管的集电极，漏极相当于三极管的发射极。
[0030]第二电阻204的第二端与三极管300的基极301相连，并且与第一电阻101的第二端相连。第二线圈202的第二端与三极管300的集电极302相连。
[0031]输出装置IV包括串联在一起的第二二极管401和第二电容402，所述第二二极管401和第二电容402的串联连接和第二线圈202并联。第二二极管401的第一端与第二线圈202的第二端连接，第二二极管401的第二端与第二电容402的第二端连接，第二电容402的第一端与第一电压输入端连接。此外,第二电容402的第一端与半导体光源负载V的第一端连接，第二电容402的第二端与半导体光源负载V的第二端连接。
[0032]半导体光源负载V包括一个或者多个以多种方式连接在一起的半导体光源，例如LED或者OLED等发光光源。
[0033]结合图3A-D，本发明所述的半导体光源驱动系统工作原理说明如下:
[0034]启动阶段，如图3A所示，当本发明所述的半导体光源驱动系统连接到直流输入电压Vin后，Vin通过第一电阻101和三极管300的基极301以及发射极303进行放电产生电流II，使三极管300的集电极302和发射极303导通。Vin通过第二线圈202和三极管300的集电极302和发射极303进行放电产生电流12。此后，本发明所述的半导体光源驱动系统进入第一储能阶段。
[0035]第一储能阶段，如图3B所示，12通过第二线圈202，第二线圈202储能并在其两端产生电压V2，同时第一线圈201受第二线圈202感应产生感应电动势VI，Vl通过第一电容203、第二电阻204和三极管300的基极301及发射极303进行放电产生电流13。13对第一电容203进行充电。第一电容203两端产生图示方向电压V3。随着V3的上升，13下降，并且随之使得三极管300截止。然而，由于流过第二线圈202的电流不能突变，因此该电流通过第二二极管401流动到半导体光源负载，并且使第二线圈202两端电压V2反向。此后，本发明所述的半导体光源驱动系统进入释能阶段，并且半导体光源负载V开始发光。
[0036]释能阶段，如图3C所示，第一线圈201受第二线圈202感应产生的感应电动势Vl同样反向。Vl通过第一二极管102、第二电阻204、第一电容203进行放电产生电流14。三极管300截止。第二线圈202两端电压V2通过第二二极管401与半导体光源负载V进行放电，第二线圈202释能，同时为第二电容402充电产生电压V5。电流14对第一电容203反向充电产生反向电压V4。在第二线圈202两端电压V2下降至低于第二电容402两端电压V5时，停止释能。此后，本发明所述的半导体光源驱动系统进入第二储能阶段。该第二储能阶段与所述第一储能阶段有所不同，在该第二储能阶段中，所述半导体光源负载V发光。
[0037]第二储能阶段，如图3D所示，第二电容402两端电压V5通过半导体光源负载放电，第一电容203两端电压V4通过电阻204、三极管300的基极301和发射极303和第一线圈201进行放电，产生电流15，使三极管300的集电极302和发射极303导通。Vin通过第二线圈202和三极管300的集电极302和发射极303进行放电产生电流12。第二线圈202储能，在其两端产生电压V2。接下来，参考图3B中的变压装置II和开关装置III来继续描述。第一线圈201受第二线圈202感应产生感应电动势VI，Vl通过第一电容203、第二电阻204和三极管300的基极301及发射极303进行放电产生电流13。13对第一电容203进行充电。第一电容203两端产生图示方向电压V3。随着V3的上升，13下降，并且随之使得三极管300截止。然而由于流过第二线圈202的电流不能突变，因此该电流通过第二二极管401流动到半导体光源负载，并且使第二线圈202两端电压V2反向。此后，本发明所述的半导体光源驱动系统再次进入释能阶段。
[0038]然后，本发明所述的半导体光源驱动系统从释能阶段再次进入第二储能阶段，如此循环。
[0039]下面进一步说明三极管300在各阶段的工作情况。
[0040]如图3A所示，在启动阶段，Vin通过第一电阻Rl以及三极管300的基极301和发射极303产生电流II，使三极管300导通并且工作在放大区。
[0041]然后，如图3B所示，在第一储能阶段中，第一线圈201上的感应电动势Vl通过第一电容203、第二电阻204、以及三极管300的基极301和发射极303产生电流13，使三极管300进入饱和区；随着电流13给第一电容203充电使得第一电容203两端电压V3升高，电流13下降，又使二极管300退出饱和区并进入截止区。然而，由于流过第二线圈202的电流12不能突变，因此该电流12通过第二二极管401流动到半导体光源负载，并且使第二线圈202两端电压V2反向。
[0042]接下来，如图3C所示，在释能阶段中，二极管300截止，第一线圈201两端电压随着第二线圈202两端电压的反向而反向，并且通过第二电阻204和第一二极管102对第一电容203进行反向充电。
[0043]然后，如图3D所示，在第二储能阶段，第一线圈201上的感应电动势Vl通过第一电容203、第二电阻204、以及三极管300的基极301和发射极303产生电流13，使三极管300再次进入饱和区，第二线圈202开始储能；然后，随着电流13给第一电容203充电使得第一电容203两端电压V3升高，电流13下降，又使二极管300退出饱和区并进入截止区。
[0044]接下来，再次循环到释能阶段，如此循环第二储能阶段和释能阶段。
[0045]如图4所示，示出了根据本发明实施例的半导体光源驱动系统操作时的电压和电流的波形图。应注意，在图4中没有示出启动阶段的波形图。
[0046]在时刻t0，Vin通过第二线圈202和三极管300的集电极302和发射极303进行放电产生电流12，第二线圈202开始储能；并且第一线圈201感应产生感应电动势VI，Vl通过第一电容203、第二电阻204和三极管300的基极301及发射极303进行放电产生电流13，13对第一电容203进行充电。
[0047]在时刻tl，第一电容203两端电压V3近似等于第一线圈201产生的感应电动势VI，13减小使三极管300截止，然而由于流过第二线圈202的电流12不能突变，因此第二线圈202产生电流1，1流过第二二极管401使半导体光源负载V开始发光，并且电流1逐渐下降，第二线圈202两端电压V2反向，第二线圈202开始释能。
[0048]接下来，在时刻t2，第二电容402两端电压等于第二线圈202两端电压V2，第二线圈202停止释能而由第二电容402向半导体光源负载V供电。另一方面，第一电容203两端电压V4通过电阻204、三极管300的基极301和发射极303和第一线圈201进行放电，产生电流15，使三极管300的集电极302和发射极303导通；Vin通过第二线圈202和三极管300的集电极302和发射极303进行放电产生电流12，第二线圈202开始储能。
[0049]然后，在时刻t3，第一电容203两端电压V3近似等于第一线圈201产生的感应电动势VI，13减小使三极管300截止，然而由于流过第二线圈202的电流12不能突变，因此第二线圈202产生电流Ιο，流过第二二极管401使半导体光源负载V开始发光，并且电流1逐渐下降，第二线圈202两端电压V2反向，第二线圈202开始释能。
[0050]接下来，从时刻t4开始重复t2_t4的工作序列，即t4_t6、t6_t8等重复t2 — t4的工作序列。
[0051]尽管在本发明实施例中采用NPN型三极管来构成开关装置III，然而本发明不限于此，本领域技术人员很容易想到采用PNP型三极管来构成开关装置III并且相应地变化启动装置1、变压装置11、开关装置II1、输出装置IV的连接结构，该变化应被包括在本发明范围之内。
[0052]此外，本领域技术人员也很容易想到采用N型或P型MOS管来构成开关装置并且相应地变化启动装置1、变压装置11、开关装置II1、输出装置IV的连接结构，该变化亦应被包括在本发明范围之内。
[0053]上述实施例只是例示性的，并且不希望它们限制本发明的技术方法。虽然已参照优选实施例详细描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，可在不偏离本发明技术方法的精神和范畴的情况下修改或等同替换本发明的技术方法，这些修改和等同替换也属于本发明权利要求书的保护范畴。
【权利要求】
1.一种半导体光源的驱动系统,包括: 变压装置，该变压装置包括互相耦合的第一线圈和第二线圈，所述第二线圈用于接收输入电压； 开关装置，与所述变压装置的第二线圈串联连接，并且用于控制该第二线圈的储能和释能； 输出装置，与所述变压装置的第二线圈并联连接，并且用于向所述半导体光源供电， 其中，所述变压装置的第一线圈受第二线圈的感应产生感应信号，用于控制所述开关装置的导通与截止。
2.如权利要求1所述的驱动系统，其中，在所述第二线圈释能时由所述第二线圈向所述半导体光源供电并且由所述第二线圈向所述输出装置充电，而在所述第二线圈储能时由该输出装置向所述半导体光源供电。
3.如权利要求1所述的驱动系统，还包括:启动装置，用于在初始施加输入电压时启动所述开关装置。
4.如权利要求1所述的驱动系统，其中，所述开关装置包括开关和至少一个分立元器件，所述至少一个分立元器件连接在所述第一线圈和所述开关的控制端之间，并且所述感应信号通过所述至少一个分立元器件以控制所述开关。
5.如权利要求4所述的驱动系统，其中，所述至少一个分立元器件包括容性元件。
6.如权利要求5所述的驱动系统，所述至少一个分立元器件还包括阻性元件，该阻性元件和所述容性元件串联。
7.如权利要求3所述的驱动系统，所述启动装置包括串联在一起的阻性元件和单向导通元件，所述阻性元件和所述单向导通元件之间的连接点与所述开关装置的控制端连接。
8.一种半导体照明装置，包括: 半导体光源负载； 变压装置，该变压装置包括互相耦合的第一线圈和第二线圈，所述第二线圈用于接收输入电压； 开关装置，与所述变压装置的第二线圈串联连接，并且用于控制该第二线圈的储能和释能； 输出装置，与所述变压装置的第二线圈并联连接，并且用于向所述半导体光源负载供电； 其中，所述变压装置的第一线圈受第二线圈的感应产生感应信号，用于控制所述开关装置的导通与截止。
9.如权利要求8所述的半导体照明装置，其中，所述开关装置包括开关和至少一个分立元器件，所述至少一个分立元器件连接在所述第一线圈和所述开关的控制端之间，并且所述感应信号通过所述至少一个分立元器件以控制所述开关。
10.如权利要求8所述的半导体照明装置，还包括:启动装置，用于在初始施加输入电压时启动所述开关装置。
【文档编号】H05B37/02GK103458559SQ201210181467
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】齐晓明 申请人:欧普照明股份有限公司