发光阵列的制作方法
【专利摘要】一种用于降低发光二极管阵列的电流波纹的设备和方法，该发光二极管阵列具有带有输出电压波纹的单级功率因数校正驱动器，该输出电压波纹通过使用串联连接在单级功率因数校正驱动器和发光二极管阵列之间的线性电流调节器降低，该线性电流调节器根据单级功率因数校正驱动器的输出电压波纹，有源地调节线性电流调节器的等效阻抗。
【专利说明】发光阵列
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求于2013年9月26日提交的美国系列号14/037，909的优先权和权益，其通过参考并入本文。
【技术领域】
[0003]本实用新型涉及一种用于降低AC电源电压驱动的单极功率因数校正驱动器的输出功率波纹的设备和方法，主要地用于提供没有闪烁的发光二极管阵列。
【背景技术】
[0004]发光二极管(LED)是一种照明设备，其将电流转换为光。LED的亮度主要由驱动电流的量值确定。因此，为了获得没有闪烁的稳定发光输出，应该由恒定电流源驱动LED。
[0005]一般的照明产品通常由50或60Hz线路频率的110或220VAC的AC电源电压供电。单极功率因数校正(SSPFC)驱动器一般用来将AC线电压转换为DC电压以驱动这些LED。这是因为SSPFC驱动器是一种获得电压转换和功率因数校正的简单电路。然而，由于功率因数校正，SSPFC的输入功率根据AC电源电压变化。输入功率波纹产生输出电压波纹和输出电流波纹。因此，使用SSPFC驱动器给LED供电直接导致光以两倍的线路频率闪烁。增加SSPFC驱动器的输出电容是一种降低输出功率波纹的直接方法。但是，输出电容器的值受到诸如尺寸、成本和寿命的因素限制。其他解决方案存在，但是这些方案导致效率降低、成本增加以及设计更加复杂。
实用新型内容
[0006]本实用新型的一个实施方式是发光阵列，该发光阵列包括单级功率因数校正驱动器，其将AC电源电压转换成DC以及提供功率校正因数；发光二极管阵列；以及线性电流调节器，其串联连接在单级功率因数校正驱动器和发光二极管阵列之间，以根据单级功率因数校正驱动器的输出电压波纹，有源地调节线性电流调节器的等效阻抗。
[0007]本实用新型的另一实施方式是其中发光阵列还包括谷值电压检测器，其耦接在线性电流调节器和单级功率因数校正驱动器之间，以便将通过线性电流调节器的电压降的谷值反馈至单级功率因数校正驱动器，从而调制单级功率因数校正驱动器的DC输出电压值。线性电流调节器可以是开关模式电流调节器或者有源线性电流调节器，以及发光二极管阵列可以是高电压阵列。
[0008]在本实用新型的另一实施方式中，线性电流调节器包括半导体开关设备和恒定电压控制器。
[0009]在本实用新型的另一实施方式中，单级功率因数校正驱动器在降压拓扑中。
[0010]在本实用新型的另一实施方式中，输出电压波纹的频率大约是输入线路频率的两倍。
[0011]本实用新型的再一实施方式是一种用于降低输出至发光二极管的输出电流波纹的方法，包括^fAC电源电压转换为DC，以及通过单级功率因数校正驱动器提供功率校正因数，其中单级功率因数校正驱动器的输出具有输出电压波纹；以及根据单级功率因数校正驱动器的输出电压波纹，通过串联连接在单级功率因数校正驱动器和发光二极管阵列之间的线性电流调节器调节线性电流调节器的等效阻抗。
[0012]在本实用新型的再一实施方式中，还包括将通过线性电流调节器的电压降的谷值反馈至单级功率因数校正驱动器，以调制单级功率因数校正驱动器的直流输出值。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图仅出于图示目的，并未按照比例绘制。但是，结合附图时，可以通过参照下面的详细描述更好地理解本实用新型，其中:
[0014]图1示出了本实用新型的一个实施方式的总体图；
[0015]图2示出了 LED阵列的V-1特性；
[0016]图3描绘了具有AC和DC元件的电压源并增加了电流源；
[0017]图4A至4D示出了本实用新型的电压源、通过电流源的电压、LED阵列正向电压和LED电流的波形；
[0018]图5是在没有电流源情况下图3的等效电路；
[0019]图6是线性调节 器的最优化电压降的曲线图；
[0020]图7示出了示例性LED的V-1特性；
[0021]图8A和8B示出了不同k值下电路的效率；
[0022]图9和10是示出了需要如何有源地调节通过线性电流调节器的电压以对抗电压波纹变化、从而确保足够用于线性调节器的电压降以进行电流调节的曲线图；
[0023]图11是本实用新型的示例性实施方式；
[0024]图12A示出了在没有线性调节阶段情况下的由SSPFC直接驱动的LED串的电压和电流电平；
[0025]图12B示出了本实用新型的示例性实施方式的电压和电流电平；以及
[0026]图13A和13B示出了本实用新型的实施方式的电压特性，其中即使当变化发生在电压波纹量值时调节发生。
【具体实施方式】
[0027]如图1中所示，较少闪烁的LED驱动器100由SSPFC104、LED阵列106、线性电流调节器108和谷值电压检测器110组成。SSPFC104将AC线路102的电压转换成DC电压，并且还提供功率因数校正。在SSPFC104的输出端，线性电流调节器108与LED阵列106串联。线性电流调节器108根据SSPFC104的输出电压波纹有源地调节其等效阻抗。通过线性电流调节器108的电压降根据SSPFC104的输出电压波纹变化，导致去除LED阵列106输入中的电压波纹。
[0028]为了确保线性电流调节器108具有用于调节的足够电压降以及以最小功率损耗运行，线性电流调节器108上的电压降的谷值通过谷值电压检测器110反馈回SSPFC104，从而使得SSPFC104能够调节其输出电压电平。该反馈回路允许线性电流调节器108的电压降的调节。这种控制方案确保线性电流调节器108在获得电流调节时以最小功率消耗运行。
[0029]更具体地，假设由于SSPFC的足够大的输出电容，SSPFC的输出电压具有在大约两倍的线路频率的波纹，并且假设当SSPFC运行时LED阵列一直导电。在这种情况下，当SSPFC驱动LED阵列时，其输出电压由LED阵列决定，原因在于如图2所示，LED具有非线性V-1特性。因此，当LED阵列导电时，其箝位SSPFC的输出电压。因为SSPFC的输出电压承载电压波纹，所以如图3所示，可以将SSPFC建模成与AC电压源串联的DC电压源。Vrat d。表示平均输出电压，Vout ac表不输出电压波纹。
[0030]为了避免电压波纹被施加到LED阵列，如图3中所示，将恒定电流源(例如，线性电流调节器308)加入与LED阵列306串联。线性电流调节器308有源地调节其等效阻抗以使LED电流恒定，因此，通过线性电流调节器308的电压根据输出电压波纹变化。结果，通过LED阵列306的电压恒定。电压源、通过电流源的电压、LED阵列正向电压和LED电流的随之产生的波形分别如图4A至4D中所示。图4A和4B示出了提出的驱动方法的实质是利用电流源来占据电压源的波纹Vrat a。，从而使得LED的正向电压恒定。实际上，电流源可以通过开关模式电流调节器或者有源线性电流调节器实施。
[0031]输出电压波纹
[0032]输出电压波纹根据串联LED的数量、LED正向电压和平均LED驱动电流变化。可以根据前述变量确定输出电压波纹的数学公式。在用公式表达输出电压波纹的讨论中，忽略图3所示的电流源以简化分析，并且等效电路如图5中所示。当LED正向电压比电流调节器上的电压降高很多时，电流调节器上的功率损耗与LED功率相比是小的。因此，忽略电流调节器上的电压降是允许的。这被允许的原因在于增加恒定电流源并不会影响SSPFC的输出电压波纹很多，因为平均输出功率几乎未变化。
[0033]电压波纹量值和电流波纹量值之间的关系由如图2中所示的V-1曲线表示。为了简化分析，LED的V-1特性由3阶多项式近似得出，该3阶多项式在LED在其操作区域驱动时是有效的:
[0034]
【权利要求】
1.一种发光阵列，包括: 单级功率因数校正驱动器，其用于将AC电源电压转换成DC以及提供功率校正因数，其中单级功率因数校正驱动器的输出具有输出电压波纹； 发光二极管阵列；以及 线性电流调节器，其串联连接在单级功率因数校正驱动器和发光二极管阵列之间，以根据单级功率因数校正驱动器的输出电压波纹，有源地调节线性电流调节器的等效阻抗。
2.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，还包括: 谷值电压检测器，其耦接在线性电流调节器和单级功率因数校正驱动器之间，以便将通过线性电流调节器的电压降的谷值反馈至单级功率因数校正驱动器，从而调制单级功率因数校正驱动器的DC输出电压值。
3.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，所述线性电流调节器是开关模式电流调节器或者有源线性电流调节器。
4.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，所述发光二极管阵列是高电压阵列。
5.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，所述线性电流调节器包括半导体开关设备和恒定电压控制器。
6.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，所述单级功率因数校正驱动器在降压拓扑中。
7.根据权利要求1所述的发光阵列，其特征在于，所述输出电压波纹的频率大约是输入线路频率的两倍。
【文档编号】H05B37/02GK203645863SQ201320657058
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】萧锦华, 梁华兴, 黄兆康, 田博 申请人:惠州元晖光电股份有限公司