功率器件和用于控制功率器件的输出电流的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月15日提交的韩国专利申请no.2015-0179502的优先权和权益，其全部内容通过引用被整体并入本文。

本公开涉及用于发光二极管(led)的功率器件，并且更加具体地，涉及用于led的功率器件以及控制功率器件的输出电流的方法。

背景技术：

在室内和室外照明设备中使用荧光灯、白炽灯、发光二极管(led)等等。在这些当中，与使用荧光灯的照明设备相比较，使用led的照明设备具有功耗低和半永久性寿命的优点。

使用led的照明设备要求用于供应电压的功率器件。用于led的功率器件转换输入电压，将被转换的电压供应到包括多个led的led阵列，并且然后操作led阵列。

同时，使用led的照明设备可以被不同地应用于家庭、建筑、街灯、演艺厅等等，并且根据应用领域或者消费者的趋势照明设备的要求输出电流可以是不同的。

然而，因为使用led的照明设备的输出电压被事先固定，所以存在照明设备的输出电流不容易被调节的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开的目的是提供一种用于发光二极管(led)的功率器件和用于控制功率器件的输出电流的方法。

根据一个实施例的功率器件包括：转换器，该转换器被配置成转换输入电压并且操作发光二极管(led)阵列；电流检测器，该电流检测器被配置成检测流经led阵列的输出电流；以及控制器，该控制器被配置成将输出电流与基准值进行比较并且控制输出电流，其中控制器包括基准值变化电路，该基准值变化电路被配置成变化基准值。

转换器可以包括开关，并且控制器可以控制开关的接通操作和关断操作。

可以通过开关的接通时间和关断时间来控制输出电流。

可以通过基准值来变化开关的接通时间和关断时间。

控制器可以进一步包括：运算放大器，该运算放大器被配置成对输出电流和基准值执行运算放大；以及比较器，该比较器被配置成将运算放大器的输出值与斜坡发生器的值进行比较，其中根据比较器的输出值可以控制开关的接通操作和关断操作。

基准值变化电路可以包括可变电阻器。

基准值变化电路可以根据通过可变电阻器划分的电压来变化基准值。

基准值变化电路可以进一步包括晶体管。

基准值变化电路可以借助于可变电阻器来变化晶体管的放大值以变化基准值。

晶体管可以是双极结型晶体管(bjt)或者场效应晶体管(fet)。

可变电阻器的一端可以被连接到bjt的基极或者fet的栅极。

可以通过占空比(d)来控制输出电流，占空比(d)是相对于一个时间段(t)的开关的接通时间(ton)。

根据本公开的一个实施例的用于控制功率器件的输出电流的方法，包括：转换输入电压并且操作led阵列；检测流经led阵列的输出电流；以及将输出电流与基准值进行比较并且控制输出电流，其中通过基准值变化电路来变化基准值。

操作可以包括当开关被接通时通过电容器和电感器转换输入电压并且操作led阵列；以及当开关被关断时循环被存储在电感器中的能量以操作led阵列。

控制可以使用比较结果来控制开关的接通操作和关断操作。

附图说明

通过参考附图详细地描述其示例性实施例，对于本领域的技术人员来说，本公开的以上和其他目的、特征以及优点将会变得更加显然。其中：

图1是根据本发明的一个实施例的用于发光二极管(led)的功率器件的图；

图2是图示根据本发明的一个实施例的用于控制用于led的功率器件的输出电流的方法的图；

图3是图示根据开关q201的接通操作和关断操作在电感器l201中的能量变化的曲线图；

图4是图示根据占空比(d)流经led阵列200的输出电流的图；

图5是根据本公开的一个实施例的变化基准值的基准值变化电路的一个示例；

图6是根据本公开的另一实施例的变化基准值的基准值变化电路的另一示例；

图7是晶体管qa的i-v特性曲线图；

图8至图14是图示基准值变化电路的各种实施例的图；

图15是图示根据本公开的一个实施例的基准值变化电路被应用到的用于led的功率器件的图；

图16是图示当在图15中例示的基准值变化电路的可变电阻值被增大时基准值被降低的事实的曲线图；

图17是图示根据本公开的另一实施例的基准值变化电路被应用到的用于led的功率器件的图；以及

图18是图示当通过增大在图17中例示的基准值变化电路的可变电阻值来降低晶体管qa的vbe时vce增大的曲线图。

具体实施方式

本公开可以以各种形式被修改并且可以具有各种实施例，并且因此，在附图中将会图示具体实施例并且在下面的详细描述中将会描述其描述。然而，下面将会公开的实施例不应被理解成将本公开限于特定实施例，并且这些实施例应被解释为包括落入本公开的精神和技术范围内的修改、等效物或者替代。

包括诸如第二、第一等的序数词的术语可以被用于描述各种实施例，但是术语不限制这些构件。这些术语仅被用于区分一个构件与另一构件的目的。例如，第二构件可以被称为第一构件，并且类似地，在没有脱离本公开的范围的情况下第一构件也可以被称为第二构件。术语“和/或”包括与其有关的多个描述的项目的组合或者在与其有关的多个描述的项目中的任何一个项目。

当构件被描述为被“联接”或者“连接”到另一构件时，构件能够被直接地联接或者连接到另一个构件，但是应理解在其间可存在另外的构件。另一方面，当构件被公开为“被直接地联接”或者“被直接地连接”到另一构件时，构件能够被直接地联接或者连接到另一个元件，但是应理解在其间可存在另外的构件。

在此使用的术语不应被理解成限制本公开的技术概念，而是作为其解释。单数形式的表达应被理解为包括复数形式，除非在上下文中另有特定定义。贯穿本公开，术语“包括”和/或“具有”指定特性、数字、步骤、操作、构件、部件或者其组合的存在，但是不排除特性、数字、步骤、操作、构件、部件或者其组合中的一个或者多个的存在或者添加。

除非另有定义，在此使用的包括技术或者科学术语的所有术语具有与本公开属于的本领域的技术人员通常理解的相同的意义。在字典中定义的通用术语应被解释为具有在有关技术的上下文中一致的意义，并且不应被解释为具有理想的或者过分形式化的意义，除非在本申请中另外清楚地定义。

在下文中，将会参考附图详细地描述根据本公开的实施例，并且相同的附图标记将会被给予相同或者相对应的构件，不论其附图标记如何，并且将会省略其重复的描述。

图1是根据本公开的一个实施例的用于发光二极管(led)的功率器件的图，并且图2是图示根据本公开的一个实施例的用于控制用于led的功率器件的输出电流的方法的图。

参考图1和图2，用于led的功率器件100包括转换器110、电流检测器120以及控制器130。

在操作s110中转换器110转换输入电压vin，并且操作led阵列200。在操作s120中电流检测器120检测流经led阵列200的输出电流。此外，在操作s130中控制器130将通过电流检测器120检测到的值与基准值进行比较并且控制输出电流。

在此，电流检测器120可以被连接在led阵列200、转换器110以及控制器130之间。

为了方便描述，将会描述转换器110是降压转换器的示例，但是本公开不限于此。

转换器110包括开关q201、电感器l201以及电容器c201。电感器l201和电容器c201是起低通滤波器的功能的电感器-电容器(lc)滤波器并且用于将直流(dc)供应到led阵列200。同时，当开关q201被接通时，通过转换器110转换输入电压并且将其施加到led阵列200。结果，电流沿着路径p1流经led阵列200和电流检测器120并且然后被存储在电感器l201中。

此外，当开关q201被关断时，被存储在电感器l201中的能量被排出并且然后沿着路径p2通过循环二极管d201被供应到led阵列200。

图3是图示根据开关q201的接通操作和关断操作电感器l201中的能量变化的曲线图。

参考图3，当开关q201被接通时，在横跨电感器l201的两端的电势差与通过从输入电压vin减去被施加到led阵列200的电压vled获得的值相同。此外，当开关q201被关断时，在横跨电感器l201的两端的电势差与被施加到led阵列200的电压vled相同。因为当开关q201被接通时被存储在电感器l201中的能量的数量与当开关q201被关断时从电感器l201排出的能量的数量相同，所以等式1可以被如下地表示。

[等式1]

(vin-vled)ton＝vled×toff

在此，vin是输入电压，vled是在led阵列200的两端之间施加的电压，ton是开关q201被接通期间的时间，并且toff是开关q201被关断期间的时间。

等式1可以被表示为等式2。

[等式2]

vinton-vledton＝vled(t-ton)

在此，t表示一个时间段ton+toff。

此外，等式2可以被表示为等式3。

[等式3]

vled＝vind

在此，d表示ton/t，即，占空比。

因此，在led阵列200的两端之间施加的电压，即，输出电压，可以根据占空比d而变化。这是因为流经led阵列200的输出电流根据占空比(d)而变化。

图4是图示根据占空比(d)流经led阵列的输出电流的图。

参考图4，能够看到输出电流根据占空比(d)变化。

例如，能够看到，随着开关q201被接通期间的时间被延长，与一个时间段t相比较增大了输出电流，然而随着开关q201被接通期间的时间被缩短，与一个时间段(t)相比较减小了输出电流。

这能够通过等式4看出。

[等式4]

在此，vl是在电感器l201的两端之间施加的电压，并且l是电感器l201的电感。等式4可以被导出为等式5。

[等式5]

从上面的等式，能够看到通过等式6表示在被接通的条件下在电感器l201处流动的电流ip，并且通过等式7表示在被关断的条件下在电感器l201处流动的电流ip。

[等式6]

[等式7]

因为在被接通和关断的条件下在电感器l201处流动的电流与通过led阵列200流动的输出电流之间存在相关性，所以占空比(d)可以被调节以控制流经led阵列200的输出电流。

如上所述，根据本公开的一个实施例，通过控制占空比(d)控制流经led阵列200的输出电流。

为此，根据本公开的一个实施例的功率器件100的控制器130控制开关q201的接通操作和关断操作。当控制器130控制开关q201的接通时间和关断时间时，占空比(d)可以变化并且流经led阵列200的输出电流可以被控制。

再次参考图1，控制器130可以包括：基准值变化电路132，该基准值变化电路132被配置成变化基准值；运算放大器134，该运算放大器134被配置成对通过电流检测器120检测到的输出电流和通过基准值变化电路132控制的基准值执行运算放大；以及比较器136，该比较器136被配置成将运算放大器134的输出值f/b与斜坡发生器的值进行比较。此外，可以根据比较器136的输出值gate控制开关q201的接通操作和关断操作。

图5是根据本公开的一个实施例的变化基准值的基准值变化电路的一个示例，并且图6是根据本公开的另一实施例的变化基准值的基准值变化电路的另一示例。

参考图5和图6，基准值变化电路132包括可变电阻器ra。

参考图5，基准值变化电路132可以根据通过可变电阻器ra划分的电压来变化基准值。即，当可变电阻器ra的值被改变时，基准值也可以根据分压原理而被变化。

参考图6，基准值变化电路132可以进一步包括晶体管qa。通过可变电阻器ra可以改变晶体管qa的放大值使得可以变化基准值。为此，可变电阻器ra的一端可以被连接到晶体管qa的基极。将会参考在图7中示出的晶体管qa的i-v特性曲线图详细地对此进行描述。参考图7，当晶体管qa的基极电流被变化时，晶体管qa的vce可以被变化。例如，当基极电流从0.6ma增大到0.8ma时，集电极电流ic可以被增大，并且vce可以被减小。此外，当基极电流从0.6ma减小到0.4ma时，集电极电流ic可以被减小并且vce可以被增大。如上所述，随着晶体管qa的vce被改变，基准值可以被改变。同时，通过可变电阻器ra可以变化晶体管qa的基极电流。在这一点上，电阻器rc可以被用作电流限制电阻器。在此，仅双极结型晶体管(bjt)被例示并且描述，但是本公开不限于此。被应用于基准值变化电路132的晶体管可以是场效应晶体管(fet)。

根据本公开的一个实施例的基准值变化电路可以被不同地修改。图8至图14示出基准值变化电路的各种实施例。

参考图8至图14，基准值变化电路132可以包括可变电阻器ra，并且可以使用通过可变电阻器ra划分的电压、或者通过可变电阻器ra变化晶体管的基极电流或者栅极电流来变化基准值。

特别地，如在图8和图9中所示，可变电阻器ra被串联地连接基准值电源vdd，并且可变电阻器ra的一端被连接到电阻器q的栅极。因此，在晶体管q的漏极和其源极端子之间施加的电压，即，基准值，可以变化。

此外，参考图10至图12，可变电阻器ra被串联地连接基准值电源vdd，并且可变电阻器ra的一端被连接到晶体管qa的基极。因此，在晶体管qa的发射极和其集电极之间施加的电压vce，即，基准值，可以变化。

另外，参考图13，可变电阻器ra的一端被连接到基准值电源vdd，并且电阻器rb和齐纳二极管被并联地连接可变电阻器ra的另一端。因此，基准值可以被变化。

此外，参考图14，可变电阻器ra以及电阻器rb和rc被连接到基准值电源vdd。根据通过可变电阻器ra划分的电压可以变化基准值。

图15是图示根据本公开的一个实施例的基准值变化电路被应用到的用于led的功率器件的图。

参考图15，当开关q201被接通时，通过电容器c201和电感器l201转换输入电压并且然后输入电压操作led阵列200。此外，当开关q201被关断时，被存储在电感器l201中的能量通过循环二极管d201操作led阵列200。

同时，电流检测器r206(还有120)检测在led阵列200处流动的输出电流。

通过电流检测器206(还有120)检测的输出电流被输入到控制器130的运算放大器ic201(还有134)。此外，基准值电源vdd可以经由基准值变化电路132被输入到运算放大器ic201(还有134)。

在此，基准值变化电路132可以包括被串联地连接的电阻器r226和可变电阻器vr201，并且可以根据分压原理通过电阻器r226和可变电阻器vr201来变化被输入到运算放大器ic201(还有134)的基准值。图16是图示当在图15中例示的基准值变化电路的可变电阻值大时降低基准值的事实的曲线图。

通过运算放大器ic201(还有134)的输出值f/b可以输出值gate使得可以通过值gate控制开关q201的接通操作和关断操作。

此外，根据开关q201的接通时间和关断时间可以变化在led阵列200的多个led处流动的输出电流。

图17是图示根据本公开的另一实施例的基准值变化电路被应用到的用于led的功率器件100的图。

参考图17，当开关q201被接通时，通过电容器c201和电感器l201转换输入电压以操作led阵列200。此外，当开关q201被关断时，被存储在电感器l201中的能量通过循环二极管d201操作led阵列200。

同时，电流检测器r206(还有120)检测在led阵列200处流动的输出电流。

通过电流检测器r206(还有120)检测到的输出电流被输入到控制器130的运算放大器ic201(还有134)。此外，基准值电源vdd可以经由基准值变化电路132被输入到运算放大器ic201(即，134)。

在此，基准值变化电路132包括电阻器r226、可变电阻器vr201以及晶体管qa。在这一点上，可变电阻器vr201可以被连接到晶体管qa的基极。当通过可变电阻器vr201变化晶体管qa的基极电流时，可以变化被输入到运算放大器ic201(还有134)的基准值。图18是图示通过增大在图17中例示的基准值变化电路132的可变电阻值来降低晶体管qa的vbe时增大vce的曲线图。

可以通过运算放大器134的输出值f/b输出值gate，使得可以通过值gate控制开关q201的接通操作和关断操作。

此外，根据开关q201的接通时间和关断时间可以变化在led阵列200的多个led处流动的输出电流。

如上所述，根据本公开的实施例，被输入到控制器130的基准值被变化使得开关q201可以被控制成接通或者关断功率器件100。结果，在led阵列200处流动的输出电流可以被控制。

根据本公开的实施例的用于led的功率器件可以控制被施加到led阵列的输出电流。因此，使用led的照明设备的功率效率可以被增大，并且消费者的各种需求可以被满足。

虽然参考优选实施例已经描述本公开，但是本领域的技术人员应理解在没有脱离通过随附的权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下能够必定想到各种替换和修改。