包括半导体发光二极管的照明设备的制作方法
【专利摘要】提供了一种能够控制LED的电流量并且实现各种电连接的照明设备。施加的驱动电压被分压，比较被分压的电压与参考电压以产生采样信号。对采样信号执行逻辑运算，以产生开关控制信号和电流控制信号。开关控制信号控制被施加驱动电压的LED的电连接。另外，电流控制信号可选择将执行发光操作的LED。通过处理采样信号来设置目标电压，并且使用目标电压来确定将执行发光操作的LED的驱动电流。
【专利说明】包括半导体发光二极管的照明设备
【技术领域】
[0001]本发明的示例实施例总体上涉及使用半导体发光二极管(LED)作为光源的照明设备领域，更具体地，涉及一种使用半导体LED的照明设备，其中，当使用交流(AC)电压驱动多个LED时，可在考虑AC电压幅值波动的情况下启用所有LED发光。
【背景技术】
[0002]近年来，由于半导体发光二极管(LED)的诸如高效、低功率和高亮度的各种特性，导致在许多领域中已经利用半导体LED作为光源。具体地，近年来，采用半导体LED替代传统白炽灯泡或荧光灯的照明系统在照明领域中的使用已经快速增长。
[0003]由于使用白炽灯泡或荧光灯作为光源的传统照明设备使用商业的交流(AC)电压发光，因此应该也能够使用AC电压驱动用于照明的半导体LED。
[0004]通常，为了使用AC电压驱动半导体LED，电路可被配置成将具有正值和负值的AC电压转换成具有正值的整流电压，并且随着整流电压的幅值波动调节发光半导体LED的数量。
[0005]在上述典型的技术中，随着整流电压的幅值波动，多个半导体LED中的一些半导体LED可在延长的发光时间内连续地发光，而只有当整流电压的幅值等于或高于特定值时，剩余的一些半导体LED才发光。因此，构成照明设备的半导体LED可具有不同的发光时间。结果，构成照明设备的半导体LED中的一些半导体LED会比其它半导体LED更早用坏，从而使照明设备的发光状态劣化并且甚至妨碍照明设备的操作。
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]因此，提供本发明的示例实施例以基本上消除由于现有技术的限制和缺点导致的一个或更多个问题。
[0008]技术方案
[0009]本发明的示例实施例提供了一种半导体发光二极管(LED)的照明设备，其中，可在考虑到用于驱动LED的交流(AC)电压的幅值波动的情况下启用所有LED发光。
[0010]在一些示例实施例中，一种照明设备包括:整流器，配置成接收AC电并且产生整流电压形式的驱动电压；控制信号发生器，配置成比较驱动电压与预定的参考电压以产生采样信号，并且配置成对采样信号执行逻辑运算以产生开关控制信号和电流控制信号；开关单元，配置成响应于开关控制信号执行导通/截止操作，并且选择性地发送驱动电压；总电流控制器，配置成接收采样信号并且产生作为模拟信号的目标电压；电流控制器，配置成响应于电流控制信号被启用，并且具有多个驱动电流控制器，所述多个驱动电流控制器被配置成接收目标电压并且确定驱动电流；发光单元，连接到电流控制器，并且具有被配置成执行发光操作的多个发光二极管(LED)。
[0011]有益效果[0012]根据本发明，随着用于驱动多个LED的AC电压的幅值波动，多个LED之间的电连接关系可合适地改变，使得照明设备中采用的多个LED全部可发光。
[0013]根据本发明，多个LED全部可发光，从而防止照明设备中采用的LED中的一些LED长时间内发光并且比其它LED更早劣化。
[0014]此外，根据本发明，当必要时，供应到所有LED的总电流可被控制为恒定，或者供应到每个LED的电流可被控制为恒定。
[0015]虽然已经详细描述了本发明的示例实施例及其优点，但应该理解，可在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改变、替换和变更。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过参照附图详细描述本发明的示例实施例，本发明的示例实施例将变得更清楚，其中:
[0017]图1是根据本发明的第一示例实施例的使用半导体发光二极管(LED)的照明设备的电路图；
[0018]图2是图1的控制信号发生器的电路图；
[0019]图3是图1的电流控制器的各个组件的电路图；
[0020]图4是图1的总电流控制器的框图；
[0021]图5是用于说明根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的曲线图；
[0022]图6是用于说明根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的另一个曲线图；
[0023]图7是根据本发明的第二示例实施例的使用半导体LED的照明设备的电路图；
[0024]图8是根据本发明的第二示例实施例的控制信号发生器的电路图；
[0025]图9是根据本发明的第二示例实施例的开关单元的电路图。
【具体实施方式】
[0026]这里公开了本发明的示例实施例。然而，这里公开的具体结构和功能的细节只是出于描述本发明的示例实施例的目的的代表，然而，本发明的示例实施例可用许多替代形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的本发明的示例实施例。
[0027]因此，虽然本发明容许有各种修改形式和替代形式，但本发明的具体实施例在附图中以示例方式示出并且将在这里被详细描述。然而，应该理解，不意图将本发明限于所公开的特定形式，但相反地，本发明将涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。在对附图的描述中，类似的标号始终表示类似的元件。
[0028]应该理解，尽管这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应该受这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。如这里使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任意和全部组
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[0029]应该理解，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可能存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。应该以类似形式解释用于描述元件之间的关系的其它词语(即，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。
[0030]这里使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应该理解，当在这里使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0031]除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。应该进一步理解，除非这里明确定义，否则术语(诸如，在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的背景中它们的意思一致的意思，而不是将理想地或者过于正式地解释它们的意思。
[0032]还应该注意，在许多替代实现方式中，在框中注释的功能/动作可不按流程图中注释的次序出现。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两个框实际上可基本上同时地执行，或者这两个框可有时以颠倒的顺序执行。
[0033]现在，将参照附图更充分地描述各种示例实施例，在附图中示出一些示例实施例。然而，本发明可用许多不同形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开是彻底和完全的，并且将把本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。另外，由于在考虑到本发明的功能的情况下定义术语，因此根据用户的意图或实践，术语可以变化。因此，术语不应该被理解为限制本发明的技术组件。
[0034]实施例1
[0035]图1是根据本发明的第一示例实施例的使用半导体LED的照明设备的电路图。
`[0036]图1示出采用四个LED LI至L4的照明设备的示例。然而，本发明不受LED的数量限制，本领域的技术人员将清楚的是，图1的照明设备可被修改成使用串联连接的至少两个LED或者包括串联或并联连接的多个发光芯片的LED的根据另一个示例实施例的照明设备。
[0037]如图1中所示，根据本发明的示例实施例的使用半导体LED的照明设备可包括整流器100、控制信号发生器110、开关单元120、电流控制器130、总电流控制器140和发光单元 150。
[0038]整流器110可对具有正值和负值的AC电压VAC整流，并且将经整流的AC电压转换成整流电压形式的驱动电压Vin。可采用各种已知的整流电路中的一种(诸如，包括二极管的二极管桥电路)作为整流器100。
[0039]控制信号发生器110可接收驱动电压Vin，产生用于控制开关单元120的导通/截止操作的开关控制信号SWl至SW3，产生用于控制电流控制器130的操作的电流控制信号SCl至SC4，产生用于确定目标电压Vt的采样信号COMO至C0M3，Vt是总电流控制器140的输出。
[0040]开关单元120可包括相互并联连接的多个开关121、122和123，并且响应于开关控制信号SWl至SW3执行导通/截止操作。因此，驱动电压Vin可被选择性地施加到LED L2至L4。[0041 ] 电流控制器130可连接到LED LI至L4中的每个的阴极端子，并且响应于电流控制信号SCl至SC4控制所连接的LED的操作。另外，目标电压Vt可被施加到电流控制器130。可根据所施加的目标电压Vt确定连接到电流控制器130的LED LI至L4的电流量。
[0042]为此目的，电流控制器130可包括多个驱动电流控制器131、132、133和134。驱动电流控制器131、132、133和134可相互并联连接。
[0043]例如，第一驱动电流控制器131可接收电流控制信号SCl和目标电压Vt。第一驱动电流控制器131可响应于电流控制信号SCl被启用或禁用。当被启用时，第一驱动电流控制器131可允许对应于目标电压Vt的驱动电流流过LED LI。
[0044]总电流控制器140可接收控制信号发生器110的采样信号COMO至COM3，并且将采样信号COMO至COM3转换成模拟信号。经转换的模拟信号可以以目标电压Vt的形式被施加到电流控制器130。
[0045]发光单元150可包括多个LED LI至L4和多个二极管Dl至D3。例如，LED LI可连接在驱动电压Vin和第一驱动电流控制器131之间。另外，剩余的LED L2至L4可连接在开关单元120和驱动电流控制器132、133和134之间。例如，LED LI可被表示为第一发光组，剩余的LED L2至L4可被表示为第二发光组。第一发光组可直接连接到驱动电压Vin并且执行发光操作。相反地，只有当开关单元120的开关121、122和123中的每个处于导通状态时，第二发光组才可接收驱动电压Vin。
[0046]图2是图1的控制信号发生器的电路图。
[0047]参照图2，控制信号发生器可包括比较单元112和逻辑组合单元114。
[0048]比较单元112可接收从整流器100输出的驱动电压Vin，并且比较驱动电压Vin与参考电压VF。可用采样信号COMO至COM3的电平指示比较结果。为此目的，比较单元112可包括在驱动电压Vin和地之间串联连接的多个分压电阻器Rsl至Rs5。另外，来自分压电阻器Rsl至Rs5之间的节点的分压可被施加到比较器1121至1124。分压电阻器Rsl至Rs5之间的节点处的电压可被施加到比较器1121至1124的正输入端子，参考电压VF可被共同施加到比较器1121至1124的负输入端子。
[0049]当施加到各个比较器1121至1124的正输入端子的分压电阻器Rsl至Rs5之间的节点处的电压高于施加到比较器1121至1124的负输入端子的参考电压VF时，比较器1121至1124可输出高电平信号。另外，当施加到各个比较器1121至1124的正输入端子的分压电阻器Rsl至Rs5之间的节点处的电压低于施加到比较器1121至1124的负输入端子的参考电压VF时，比较器1121至1124可输出低电平信号。
[0050]逻辑组合单元114可包括第一逻辑单元115和第二逻辑单元116。
[0051]第一逻辑单元115可接收各个比较器1121至1124输出的采样信号COMO至COM3，对采样信号COMO至COM3执行逻辑组合运算，产生电流控制信号SCl至SC4。电流控制信号SCl至SC4可控制图1的电流控制器130的操作。根据输入和输出的信号，第一逻辑单元115可包括各种逻辑器件的组合。另外，选择信号SEL可被施加到第一逻辑单元115。选择信号SEL可选择将被执行逻辑运算的采样信号。
[0052]第二逻辑单元116可接收采样信号COMO至COM3，对采样信号COMO至COM3执行逻辑组合运算，产生开关控制信号SWl至SW3。开关控制信号SWl至SW3中的每个可控制图1的开关单元120。根据输入和输出的信号，第二逻辑单元116可包括各种逻辑器件的组合。另外，选择信号SEL可被施加到第二逻辑单元116。选择信号SEL可选择将被执行逻辑运算的预定采样信号。
[0053]第一逻辑单元115和第二逻辑单元116中的每个可包括逻辑器件的组合，可根据输入的采样信号COMO至COM3的相位和电流控制信号SCl至SC4或开关控制信号SWl至SW3的相位不同地选择所述逻辑器件。例如，这两个逻辑单元115和116中的每个可包括可编程逻辑阵列或可编程阵列逻辑。
[0054]另外，采样信号的数量可不受具体限制，而可根据输出的开关控制信号的数量和电流控制信号的数量不同地选择。
[0055]图3是图1的电流控制器的各个组件的电路图。
[0056]图3的电路图示出构成电流控制器的四个驱动电流控制器中的任一个驱动电流控制器。
[0057]参照图3，驱动电流控制器可包括线性放大器1301、缓冲器1302、驱动晶体管Qd和检测电阻器Rd。
[0058]检测电阻器Rd检测到的电压可被施加到线性放大器1301的负输入端子。另外，目标电压Vt可被施加到线性放大器1301的正输入端子。目标电压Vt可以是图1的总电流控制器140产生的电压。线性放大器1301的输出可被施加到缓冲器1302。缓冲器1302可响应于电流控制信号SCO至SC3被启用或禁用。
[0059]术语“启用”是指通过目标元件执行输入/输出(I/O)功能。另外，术语“禁用”是指通过目标元件进入关闭状态或浮置状态，而不执行功能。因此，在禁用模式期间，不会出现信号的处理或发送。下文中，应该如上所述地解释本发明中的启用和禁用的意思。
[0060]被启用的缓冲器1302可将线性放大器130的输出发送到驱动晶体管Qd。驱动晶体管Qd可连接在LED LI至L4中的每个的阴极端子和检测电阻器Rd之间。另外，驱动晶体管Qd可响应于被施加到驱动晶体管Qd的栅极端子的缓冲器1302的输出执行导通/截止操作。缓冲器1302可以是被配置成能够响应于电流控制信号SC进行开/关操作的任何装置。因此，可用开关取代缓冲器1302。
[0061]当缓冲器1302被启用时，可形成包括驱动晶体管Qd、线性放大器1301和缓冲器1302的负反馈。当检测电阻器Rd的检测电压低于目标电压Vt时，线性放大器1301可输出高电平信号，所述高电平信号可通过缓冲器1302被施加到驱动晶体管Qd的栅极端子。驱动晶体管Qd的栅极-源电压Vgs可由于增大的电压电平而增大。因此，流过检测电阻器Rd的电流量可增大。检测电阻器Rd的检测电压可由于增大的电流量而增大。也就是说，检测电阻器Rd的检测电压可表现出跟随目标电压Vt的特征。
[0062]当缓冲器1302被禁用时，缓冲器1302可输出低电平信号或进入浮置状态，使得驱动晶体管Qd可进入截止状态。
[0063]结果，没有电流可被供应到驱动电流控制器。
[0064]图4是图1的总电流控制器140的框图。
[0065]参照图4，总电流控制器140可包括数模转换器(DAC) 141，DAC141被配置成接收图2中示出的控制信号发生器110产生的采样信号COMO至COM3，并且根据采样信号COMO至COM3中的每个的状态输出预定目标值。例如，DAC141可接收采样信号COMO至COM3的逻辑值0000至1111，并且响应于逻辑值0000至1111中的每个输出对应于预定目标值的电压。对应于目标值的目标电压Vt可通过缓冲器143被输入到驱动电流控制器131、132、133和134中的每个的线性放大器1301。
[0066]另外，尽管图4示出总电流控制器140只输出一个输出，但这只是示例。因此，总电流控制器140可输出对应于被施加目标电压Vt的驱动电流控制器的数量的多个输出。另外，多个输出目标电压Vt可具有不同值。
[0067]另外，选择信号SEL可被输入到总电流控制器140。当选择信号SEL被启用时,总电流控制器140可输出不同的目标电压Vt。
[0068]图5是示出根据本发明的第一示例实施例的图1的照明设备的操作的曲线图。
[0069]参照图5，示出驱动电压Vin、流过所有LED的总电流IT的幅值和流过每个LED的电流IL的幅值。
[0070]示出整流电压形式的驱动电压Vin的一个周期。这里，驱动电压Vin在OV和峰值电压之间周期性增大和减小。如图5中所示，流过所有LED LI至L4的电流之和(即，总电流IT的幅值)可被控制为恒定。
[0071]可如表1中所示控制开关单元120和电流控制器130。
[0072]表1 [表 1]
[0073]
【权利要求】
1.一种照明设备，包括: 整流器，配置成接收交流(AC)电并且产生整流电压形式的驱动电压； 控制信号发生器，配置成比较驱动电压与预定的参考电压以产生采样信号，并且配置成对采样信号执行逻辑运算以产生开关控制信号和电流控制信号； 开关单元，配置成响应于开关控制信号执行导通/截止操作并且选择性地发送驱动电压； 总电流控制器，配置成接收采样信号并且产生作为模拟信号的目标电压； 电流控制器，配置成响应于电流控制信号被启用，并且具有多个驱动电流控制器，所述多个驱动电流控制器被配置成通过接收到的目标电压信号确定驱动电流； 发光单元，连接到电流控制器，并且具有被配置成执行发光操作的多个发光二极管(LED)。
2.如权利要求1所述的照明设备，其中，发光单元包括: 第一发光组，连接到驱动电压； 第二发光组，连接到开关单元。
3.如权利要求2所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生开关控制信号，使得构成第一发光组的LED与构成第二发光组的LED串联连接。
4.如权利要求3所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生只启用与串联连接的多个LED之中的设置在电路路径末端的LED的阴极端子连接的驱动电流控制器的电流控制信号。
5.如权利要求2所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生开关控制信号，使得构成第一发光组的LED和构成第二发光组的LED接收驱动电压，并且被电流控制器驱动且彼此并联设置。
6.如权利要求5所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生启用与多个LED连接的所有驱动电流控制器的电流控制信号。
7.如权利要求1所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生用于形成多个电流路径的开关控制信号，在所述多个电流路径中，发光单元的多个LED串联连接。
8.如权利要求7所述的照明设备，其中，控制信号发生器产生只启用与连接到串联连接的多个LED的末端的LED的阴极端子连接的驱动电流控制器的电流控制信号。
9.如权利要求1所述的照明设备，其中，控制信号发生器包括: 比较单元，配置成对驱动电压进行分压并且比较被分压的驱动电压与预定的参考电压以产生采样信号； 逻辑组合单元，配置成对采样信号执行逻辑运算以产生开关控制信号和电流控制信号。
10.如权利要求9所述的照明设备，其中，比较单元包括: 多个串联电阻器，串联连接以对驱动电压进行分压； 多个比较器，配置成比较所述多个串联电阻器之间的各个节点的电压与预定的参考电压，并且产生米样信号。
11.如权利要求1所述的照明设备，其中，驱动电流控制器包括: 驱动晶体管，具有连接到LED的阴极端子的漏极端子；检测电阻器，具有连接到驱动晶体管的源极端子的源端子； 线性放大器，配置成放大检测电阻器的电压和目标电压之差； 缓冲器，配置成响应于开关控制信号被启用，并且将线性放大器的输出发送到驱动晶体管的栅极端子。
12.如权利要求2所述的照明设备，其中，总电流控制器根据开关控制信号的状态确定目标电压，使得流过所有LED的总电流是恒定的。
13.如权利要求2所述的照明设备，其中，总电流控制器根据控制信号发生器输出的开关控制信号的状态确定目标电压，使得相同的电流流过形成各个电流路径的LED。
14.如权利要求1所述的照明设备，其中，发光单元连接在开关单元和电流控制器之间，并且执 行发光操作。
【文档编号】H05B37/02GK103814625SQ201280045221
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月17日 优先权日:2011年9月16日
【发明者】郑蕙万 申请人:首尔半导体株式会社