专利名称：有机发光二极管功率变换器的制作方法
有机发光二极管功率变换器
背景技术：
本申请涉及人工照明系统。其与有机发光二极管(0LED)共同使用时发现特定的 应用，并且将特定地参照它来描述。然而，要理解的是，其也可应用于使用基于硅的二极管 的应用或者其他无机半导体，并且不一定限制于前述应用。白炽灯在照明工业已发现广泛的成功，满足了广泛的商业需求。然而，白炽灯确实 有一些缺点使它不适合某些应用。例如，灯丝生成大量的热，并且封装灯丝的真空室占据大 量空间。此外，白炽灯丝能容易损坏，因为它们对冲击和震动敏感。因此，使用白炽灯以用 于某些应用是不实用或者不可能的。发光二极管(LED)已证明在常规任务中是对于白炽灯的可行备选，以及能实现白 炽灯不能实现的附加的照明任务。LED有坚固紧凑的结构，这使得它们对于具有空间约束的 应用以及易于受到机械冲击和震动的应用是理想的。由于工业中对空间节省的此类压力，(例如，蜂窝电话，PDA，膝上型电脑，平板显示 器，和诸如此类)，所以越小就越好。即使LED本身小、耐用和耗散相对少的功率，支持LED 的电路仍要求附加的空间。通常，源电流比LED的操作电流大很多。为了限制到LED的电 流，通常使用电阻器通过耗散能量并且生成热来限制电流。因此，需要附加空间为电路组件 提供足够的冷却。在常规的LED支持电路中平面磁的使用也是普遍的。平面磁的实现使用引起电磁 干扰的高频功率变换器。因而使用大滤波器来抑制功率变换器生成的干扰。平面磁中使用 的电感器和滤波器都增加了 LED支持电路的体积。
发明内容
根据一方面，提供一种用于对发光二极管供应功率的功率变换器电路。电压源对 该电路供应功率。第一开关连接到电压源。第二开关也连接到电压源。第二开关相对于电 压源与第一开关并联。第一电容器在第一开关的传导状态期间存储电荷。第二电容器在第 二开关的传导状态期间存储电荷。至少一个发光二极管当从第一和第二开关中的至少一个 接收正向电流时点亮。根据另一方面，提供一种仅由非电感组件组成的用于限制到发光二极管的电流的 AC到DC变换器。电压源对该变换器提供功率。第一开关连接到电压源。第二开关也连接 到电压源。第二开关相对于电压源与第一开关并联。第一电容器在第一开关的传导状态期 间存储电荷。第二电容器在第二开关的传导状态期间存储电荷。至少一个发光二极管当从 第一和第二个开关中的至少一个接收正向电流时点亮。根据另一方面，提供一种仅使用非电感组件来限制到发光二极管的电流的方法。 第一和第二开关相对于电压源以并联关系来放置，以用于对发光二极管提供电流。第一限 流电容器连接在第一开关和电压源之间。第二限流电容器连接在第二开关和电压源之间。 用电流感应电阻器来感应跨发光二极管的电流。
图1示出根据本申请的0LED功率变换器的电路图。图2是根据本申请的、跨晶体管开关的信号的时间上的电压比较。图3是示出根据本申请的、相对于时间的跨发光二极管的电流的图。图4是示出根据本申请的、相对于时间的跨发光二极管的电压的图。
具体实施例方式参照图1，示出用于对LED供应功率的示例AC到DC功率变换器。电压源10供应 对LED 12供电的AC信号。在一个实施例中，电压源10是典型的线电压，例如60Hz 120V rms信号，并且LED是有机LED (0LED)。当然，在不脱离权利要求的范围的情况下，可使用具 有不同值的源。在电力线频率的操作给出在FCC监管频带内不产生干扰的额外优势。第一开关14和第二开关16连接到源10，并且相对于源10互相并联。开关14和 16充当用于传统的电荷泵电路的选通电路(selectivegate)。在一个实施例中，开关14和 16是常规功率M0SFET。能使用薄外形、D包装的M0SFET并且可能安装到电路板的背面以 节省空间。一旦感应到负漏极-源极电压就开启开关14、16。实际上，晶体管开关14和16 在对正的正向电压做出响应的意义上充当二极管。不是利用晶体管的本针导体衬底二极管 (intrinsic body diode)，而是使用晶体管的沟道来提高效率和减少传导损耗。控制电路18感应第二晶体管开关16的漏极-源极电压。在示出的实施例中，晶 体管开关14、16是增强型^^ ￡1。N沟道增强型M0SFET无论何时控制信号应用到其栅极 就传导。当控制电路18感应到跨第二晶体管开关16的负漏极-源极电压时，控制电路将 控制信号应用到第二晶体管开关16的栅极。这引起第二晶体管开关16的沟道传导电流。 控制电路能调节经过误差放大器的电流，该误差放大器经由与LED 12串联放置的小感应 电阻器19来感应输出电流。在一个实施例中，控制电路18包含在低功率集成电路中，该电 路在每沟道1-1000 u W操作，例如微功率逻辑电路。电压比较器20类似地控制第一晶体管14。当感应到跨第一晶体管开关14的负漏 极_源极电压时，电压比较器20将控制信号应用到第一晶体管开关14的栅极，使它传导。 因为该电路布局，晶体管开关14、16交替传导的时期。电压比较器20在与控制电路18的 主从关系中是从属的一方。电压比较器20仅基于第二开关16的操作而对它感应的电压做 出响应。控制电路18不允许开关14、16在相同的时间时期期间都传导。这能在图2中见 到。信号21a是跨第一晶体管开关14的电压，信号21b是跨第二晶体管开关16的互补电 压。如前所述，当一个开关传导时，另一个开关不传导。在一个实施例中，电压比较器20像 控制电路18 —样包含在微功率逻辑电路中。再次参照图1，能量储存在第一限流电容器22和第二限流电容器24中。通过变化 开关14、16的传导时间，将存储的能量输送到输出节点26。如它们的名字所暗示，限流电容 器22、24限制跨发光二极管12的电流流动。限流电容器22、24的电抗确定在输出节点26 看到的电流(Io)。电流Io由发光二极管12和存储电容器28共享。当开关14不传导时， 能释放储存在存储电容器28内的能量来对发光二极管12供电。在一个实施例中，存储电 容器28的值比限流电容器22、24的值大很多。在一个实施例中，电容器22、24、28是陶瓷 电容器。陶瓷电容器薄并且高度耐热，因此它们成为用于包括在其中目标之一是使其尽可
5能薄的电路中的好的候选物。 在一个实施例中，期望的输出电流(I。)是300mA。知道该期望值和输入电压Vin的 rms值，限流电容器22、24的必需阻抗Xc(以欧姆为单位)能通过以下关系来发现 然后，因为电容和阻抗乘信号频率f有关，如果频率已知，则限流电容器22、24的
必需电容值能通过下面关系来发现 因此，在一个实施例中，其中电压源10是在60Hz的120V的典型线电压，并且期望 的输出电流是300mA，则电容器的近似值是14. 73 u F。为限流电容器22、24使用该电容值， 则如图3中所示的电流信号30跨0LED 12发生，并且如图4中所示的电压32跨0LED 12发生。要注意，不使用任何电感或电阻电路组件来调节输出电流无电感器意味着将 不生成电磁干扰，并且因此避免对于电磁屏蔽、过滤或者补偿的需要。而且，不需要担心组 件之间的磁耦合。这简化了变换器。因为电感器相比其他电路元件通常是体积大的，一旦 电路安装到电路板，则消除电感器也节省空间并减小电路的物理外形。在一个实施例中，功 率变换器能包含在垂直外形小于10mm的空间中。如上所述，还已经消除限流电阻组件。通常，能使用电阻器通过耗散热形式的能量 来限制电流。电阻组件通常是由于过热而失效的第一个组件。因此，通过消除限流电阻组 件，能进一步减小变换器的外形，因为不需要很多空间来允许冷却。电感和电阻组件的消除 减小了功率变换器的大小，增加了其可靠性和寿命。本发明已经参照优选实施例来描述。显然，在阅读和理解前述详细描述后，其他人 将想到修改和改变。本发明旨在解释为包括所有此类修改和改变。
权利要求
一种用于对发光二极管供应功率的功率变换器电路，包括电压源(10)；第一开关(14)，连接到所述电压源(10)；第二开关(16)，连接到所述电压源(10)，所述第二开关(16)相对于所述电压源(10)和所述第一开关(14)并联；第一电容器(22)，用于在所述第一开关(14)的传导状态期间储存电荷；第二电容器(24)，用于在所述第二开关(16)的传导状态期间储存电荷；以及，至少一个发光二极管(12)，所述至少一个发光二极管(12)当从所述第一和第二开关(14，16)中的至少一个接收正向电流时点亮。
2.如权利要求1所述的功率变换器电路，进一步包括储存至少来自所述第一电容器(22)的电荷的储能电容器(28)。
3.如权利要求1所述的功率变换器电路，进一步包括与所述发光二极管(12)为串联关系的电流感应电阻器(19)，用于感应和调节通过所 述发光二极管(12)的电流。
4.如权利要求1所述的功率变换器电路，进一步包括 控制所述第二开关(16)的传导状态的控制电路(18)。
5.如权利要求4所述的功率变换器电路，进一步包括感应所述第一开关(14)的源极-漏极电压并基于所述第二开关(16)的传导状态来控 制所述第一开关(14)的传导状态的电压比较器(20)。
6.如权利要求5所述的功率变换器，其中所述电压比较器(20)和所述控制电路(18) 是微功率逻辑电路。
7.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述第一和第二电容器(22，24)限制提供到 所述发光二极管(12)的电流。
8.如权利要求7所述的功率变换器，其中所述第一和第二电容器的值C基于以下关系C=1/2πfXc其中Xc是以欧姆为单位的所述第一和第二电容器(22，24)的阻抗，需要足够限制到所 述发光二极管(12)的电流，并且f是以赫兹为单位的线信号的频率。
9.如权利要求8所述的功率变换器，其中所述第一和第二电容器的阻抗Xc通过以下关 系来发现Xc＝√2Vlm/πIo其中Vin是所述电压源(10)的RMS电压，并且Itl是通过所述发光二极管的期望电流。
10.如权利要求9所述的功率变换器，其中所述第一和第二电容器(22，24)的值近似是 14. 73 μ F0
11.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述发光二极管是有机发光二极管。
12.一种仅由非电感组件组成的用于限制到发光二极管的电流的AC到DC变换器，所述组件包括电压源(10)；第一开关(14)，连接到所述电压源(10)；第二开关(16)，连接到所述电压源(10)，所述第二开关(16)相对于所述电压源(10) 和所述第一开关(14)并联；第一电容器(22)，用于在所述第一开关(14)的传导状态期间储存电荷； 第二电容器(24)，用于在所述第二开关(16)的传导状态期间储存电荷；以及， 至少一个发光二极管(12)，所述至少一个发光二极管(12)当从所述第一和第二开关 (14，16)中的至少一个接收正向电流时点亮。
13.如权利要求12所述的AC到DC变换器，其中所述发光二极管(12)是有机发光二极管。
14.一种仅使用非电感组件来限制到发光二极管的电流的方法，包括相对于电压源(10)以并联关系来放置第一和第二开关(22，24)，以用于对发光二极管 (12)提供电流；在所述第一开关(14)和所述电压源(10)之间连接第一限流电容器(22)； 在所述第二开关(16)和所述电压源(10)之间连接第二限流电容器(22)；并且 用电流感应电阻器(19)来感应跨所述发光二极管(12)的电流。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括用微功率逻辑控制电路(18)控制所述第二开关(16)的传导的时期。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括用微功率逻辑电压比较器(20)控制所述第一开关(14)的传导的时期，该时期与所述 第二开关(16)的传导的时期互补。
17.如权利要求14所述的方法，进一步包括用所述第一和第二限流电容器(22，24)对存储电容器(28)充电； 使所述存储电容器(28)放电，以至少部分地对所述发光二极管(12)供电。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述发光二极管(12)是有机发光二极管。
全文摘要
一种功率变换器电路将AC线信号变换为DC信号，以用于对有机发光二极管供电。所述电路仅使用电容元件来限制到LED的电流。电感和电阻元件不包括在所述电路中来限制电流。没有电感组件消除了电路生成的电磁干扰，并避免电路组件彼此磁耦合。所述电路包括互补MOSFET开关，所述开关交替地传导以将AC线电压变换成DC电流，以用于对LED供电。
文档编号H05B33/08GK101869003SQ200880117890
公开日2010年10月20日 申请日期2008年9月30日 优先权日2007年11月21日
发明者L·R·内罗内 申请人:通用电气公司