具有效率提高功能的led驱动电路的制作方法
具有效率提高功能的led驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于在负载中使用恒流电路的LED灯的驱动电路中的效率提高。连接到AC电源的具有效率提高功能的LED驱动电路包括：整流电路，其对AC电源进线整流；控制电路，其连接到整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，其并联连接到LED负载和恒流电路，并使恒流电路的输出平滑；检测电路，其检测整流电压是否超过预设的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当LED负载导通时LED的电压与在LED负载最初导通的时刻恒流电路的电压之和，其中，当整流电压没有超过所述特定电压值时，控制电路进行控制使整流电路的输出没有任何改变地通过，当整流电压超过所述特定电压值时，控制电路进行控制重复用于阻断整流电路的输出的第一操作以及使整流电路的输出没有任何改变地通过的第二操作。
【专利说明】
具有效率提高功能的LED驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于照明的发光二极管(LED)驱动电路的效率的提高，在所述LED驱动电路的负载侧使用恒流电路。
【背景技术】
[0002]在家中、办公室或工厂中使用的传统白炽灯的功耗大，散热程度大，并且寿命短。对白炽灯的缺点进行补偿的荧光灯与白炽灯相比功耗低，但寿命仍较短。因此，近来，使用与白炽灯相比功耗低且寿命显著增加的LED的发光二极管(LED)照明装置得以广泛使用。
[0003]另外，由于仅当恒定电流流过LED负载时，LED负载处的亮度才均匀，所以在LED驱动电路中重要的是恒定电流流过LED负载。
[0004]然而，在现有技术中主要使用图1所示的开关模式电源(SMPS)方法。SMPS方法是这样的方法:交流(AC)电源10通过整流电路11 (例如，桥接电路)整流，然后在经过SMPS12之后通过电容器C平滑并被供应给LED负载14，并且通过调节通过施加到电阻器Rs的电压而检测负载电流的占空比，与期望的亮度对应的恒定负载电流流过，施加到电阻器Rs的电压被施加到脉宽调制(PWM)驱动单元13，开关SW导通/截止。
[0005]然而，由于使用SMPS方法的LED驱动电路需要具有复杂构造的SMPS 12和PWM驱动单元13，所以在诸如LED灯的小尺寸LED照明设备中，难以在LED灯的窄空间中安装这些电路的组件。具体地讲，这些电路使用脉冲方法来工作。因此，生成多个谐波，另外需要用于抑制由这些谐波导致的电磁波的发射的设备。当然，使用图1的SMPS方法的LED驱动电路可利用电感器L来升压，因此可驱动更多个LED。LED驱动电路的输入电流遵循使用锯齿方法的输入电压，输入电流流动的持续时间增加，并且提高了功率因数。
[0006]此外，在考虑使用SMPS方法的LED驱动设备的问题的另一现有技术中，如图2所示，使用利用恒流电路方法的LED驱动电路，通过安装使用模拟电路方法的恒流电路23来使恒定电流流过LED负载22。由于使用此方法的恒流电路23使用图3所示的简单模拟电路(在图3中使用晶体管，但也可使用运算(OP)放大器)，电路构造简单，并且使用利用模拟电路方法的恒流电路23，从而不再担心由谐波导致的电磁波的生成。
[0007]然而，图2的使用恒流电路方法的LED驱动电路由于LED驱动电路中发生的闪烁而不适合于通用照明设备。
[0008]为了解决图2的LED驱动电路的闪烁问题，如图4所示，根据另一现有技术的使用恒流电路方法的LED驱动电路通过增加电容器C来去除闪烁。
[0009]然而，例如，在图2的使用恒流电路方法的LED驱动电路中，如果输入AC电压20 (Vin)为220Vrms (峰值为约310V)，并且当LED负载22导通时施加到LED负载22的负载电压(输出电压)八为235V，则输入电压Vin和输入电流Iin具有图5的波形。这里，输出电流込等于输入电流Iin，这是因为电路为单回路。
[0010]因此，如果当LED负载22开始导通时施加到恒流源23的电压为5V，则在输入电压Vin等于或大于240V(235V+5V)的区段中LED负载22导通，在这种情况下，作为恒流源23中设定的恒定电流的负载电流L流过LED负载22。
[0011]然而，通常，效率被定义为输出端子处的输出功率1\(=[输出电流込X输出电压Vl])比输入端子处的输入功率Pin(=[输入电流IinX输入电压Vin])。由于图2的驱动电路是单回路，所以流过LED负载22的输出电流込和输入电流Iin为恒定电流，输入电流Iin=输出电流Il。
[0012]在这种情况下，施加到LED负载22的输出电压\恒定为235V，但输入电压Vin的波形描绘出图5的曲线。因此，如果考虑图5利用近似方法计算效率，则效率为约86% (如下面的等式中一样)。即，仅供应的功率的86%用于从LED负载22发射光，并且发生了约14%的功率损失。
[0013]效率=[(Il)X (235+235+235+235)/[(Iin) X (240+260+280+310)]
[0014]= 940/1090 = 86.2%
[0015]尽管在一般照明设备的领域中约86%的效率为高，但在追求节能的LED照明设备中需要具有更高效率的LED驱动设备。
[0016]然而，通常，通过进一步提高比较高的86 %的效率来实现90 %或更高的效率非常困难。
【发明内容】
[0017]本发明提供一种使用新的恒流电路方法的发光二极管(LED)驱动电路，其与使用根据现有技术的恒流电路方法的LED驱动电路相比，进一步提高了效率。
[0018]根据本发明的一方面，提供一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源，所述LED驱动电路包括:整流电路，其对所述AC电源进行整流；控制电路，其连接到所述整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，其并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及检测电路，其检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行用于阻断所述整流电路的输出的第一操作以及使所述整流电路的输出通过的第二操作。
[0019]根据本发明的另一方面，提供一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源，所述LED驱动电路包括:整流电路，其对所述AC电源进行整流；控制电路，其连接到所述整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；限流电路，其连接到所述整流电路的输出并且进行控制仅使等于或小于预定电流的电流流过；电容器，其并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及检测电路，其检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制通过所述限流电路仅使等于或小于预定电流的电流通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行阻断所述限流电路的输出的第一操作以及通过所述限流电路仅使等于或小于所述预定电流的电流通过的第二操作。
[0020]根据本发明的另一方面，提供一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源，所述LED驱动电路包括:整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流；控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，所述电容器并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，所述检测电路向所述控制电路发送根据超过所述特定电压值的程度的控制信号，其中，所述控制电路包括多个限流部分，并且如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路控制全部所述多个限流部分使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路控制与根据超过所述特定电压值的程度的所述控制信号对应的限流部分的数量以通过开关操作阻断所述整流电路的输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是根据现有技术的使用开关电源(SMPS)的发光二极管(LED)驱动电路的示图；
[0022]图2是根据现有技术的使用恒流电路的LED驱动电路的示图；
[0023]图3示出现有技术中所使用的恒流电路的实施方式；
[0024]图4是根据另一现有技术的使用电容器来改善图2的现有技术中生成的闪烁的LED驱动电路的示图；
[0025]图5是示出作为现有技术的图2的输入电压和输入电流的波形的曲线图；
[0026]图6是示出本发明中所使用的输入电压和输入电流的波形的曲线图。
[0027]图7是示出根据本发明的原理的用于简单计算效率的阶梯M形输入电流的波形的曲线图；
[0028]图8是示出根据本发明的原理的用于实现效率的提高的输入电流的占空比的波形的曲线图；
[0029]图9示出将本发明的原理应用于作为现有技术的图4的本发明的第一实施方式；
[0030]图10示出将本发明的原理应用于作为现有技术的图4的本发明的第二实施方式；
[0031]图11示出提高图9的LED驱动电路的本发明的第三实施方式；
[0032]图12是示出图9的LED驱动电路中出现的实际输入电流的波形的曲线图；
[0033]图13是将图9的LED驱动电路的输入电流的波形与图11的LED驱动电路的输入电流的波形进行比较的曲线图；
[0034]图14示出根据本发明的第四实施方式的示意性构造；以及
[0035]图15和图16详细示出图14。
【具体实施方式】
[0036]以下，将通过参照【专利附图】
【附图说明】本发明的示例性实施方式来详细描述本发明。
[0037]首先，将描述根据本发明的提高效率的原理。
[0038]作为现有技术的图2的驱动电路具有图5所示的输入电压和输入电流的波形。下面将描述当图2的驱动电路具有图6所示的输入电流波形(连续的M形图案)时效率的示意值。在这种情况下，如上所述，输入电流Iin =输出电流込。
[0039]为了简单计算由图6所示的输入电流Iin和输出电流込导致的效率提高效果，图6的输入电流Iin和输出电流込的M形图案被简化为图7所示的阶梯M形图案。
[0040]现在，将在下面利用图2的驱动电路中的计算效率的方法来计算根据图7的输入电流Iin和输出电流込的波形的效率。
[0041 ]效率=(10X235+7X235+4X235+1 X 235)/(1X240+7X260+4X280+1 X310)
[0042]= 5170/5650 = 91.5%
[0043]结果，与图2的驱动电路中输入电流和输出电流一致(为1mA)的情况相比，如果驱动电路具有如图6和图7所示的M形输出电流图案(如下所述的图案，其中:随着LED负载导通并且输入电压增大，输入电流逐渐减小，然后随着输入电压经过峰值，输入电流再次增大)，则可获得约5%的效率提闻。
[0044]S卩，如果在LED负载导通的输入电压下,输出电流(输入电流)在与输入电压增大或减小的方向相反的方向上增大或减小，则效率提高。
[0045]然而，当图7所示的阶梯M形图案的输入电流和输出电流图案被构造为在各个区段中具有多个脉冲时，代替各个电流区段(1mA区段、7mA区段、4mA区段和ImA区段)中的均匀电流(10mA、7mA、4mA和ImA)，获得如图8所示的与各个区段中的占空比(被定义为导通时间/截止时间)为100%、70%、40%和10%相同的结果。
[0046]S卩，即使当在LED负载导通的输入电压下的输入电流和输出电流的占空比具有M形图案时，也实现上述效率提高的效果。
[0047]结果，如果使用作为现有技术的图2的恒流电路方法的LED驱动电路被控制，以使得在LED负载导通的输入电压的区段中与输入电压的变化成反比的输入电流流过，则效率显著提高。
[0048]在图6所示的M形图案中，随着恒定输入电流区段(区段B)增大，效率提高降低。然而，可获得比使用图2的恒流电路方法的LED驱动电路提高更多的效率。
[0049]另外，在图6的M形图案中，随着在区段C中由于渐增的输入电压，输入电流的下降斜率变陡，效率提高增加。
[0050]如上，描述了相对于图2的LED驱动电路的实现效率提高效果的输入电流的M形图案。
[0051]然而，当如图4所示，增加电容器C时，由于电容器C的充电/放电，输入电流与输出电流不相同。
[0052]即使当存在电容器C时，由于恒流电路33，所以流过LED负载32的电流恒定，并且施加到LED负载32的电压也恒定。
[0053]结果,无论是如图5所示输入电流恒定的情况,还是如图6所示输入电流具有M形状的情况，输出功率几乎恒定。
[0054]因此，在图4的LED驱动电路中可像图2的LED驱动电路中一样通过输入功率的变化来计算效率。因此，将基于输出电流不根据电容器而变化的假设提供以下描述。
[0055]现在，将参照图9描述本发明的第一实施方式，其中使用图4的恒流电路方法的LED驱动电路被控制以实现具有图8所示的M形占空比的输出电流图案。
[0056]如图9所示，在根据本发明的第一实施方式的LED驱动电路中，如果假设输入交流(AC)电源为220V电源，则如上所述当LED负载42导通时施加到LED负载42的电压(即，LED负载42的端电压)为235V，并且当LED负载42开始导通时施加到恒流源43的电压为5V时，在240V或更大的输入电压Vin下LED负载42导通。
[0057]在检测电路44处安装有齐纳二极管Dz，该齐纳二极管Dz的击穿电压Vz大于当LED负载42开始导通时施加到恒流源43的电压。例如，假设击穿电压Vz = 15V。
[0058]由于在输入电压Vin变为235V+5V = 240V之前(图6的区段A) LED负载42截止，所以比击穿电压Vz小的电压施加到检测电路44的齐纳二极管Dz和电阻器R4，齐纳二极管Dz阻断(block)，OV施加到晶体管TR3的基极，以使得晶体管TR3截止。
[0059]然后，由于整流电路41的输出被电阻器R2和电阻器R3分压的电压施加到晶体管TR2的基极，所以晶体管TR2导通，电流流过PNP晶体管TRl的基极，晶体管TRl处于导通状态，因此处于接通(continuity)状态。
[0060]然而，由于目前输入电压Vin小于240V，所以LED负载42仍未导通，没有电流流过(像图6的区段A中一样)。
[0061]现在，由于在输入电压Vin介于240V到250V之间的区段(图6的区段B)中，t匕15V的击穿电压Vz小的电压仍施加到齐纳二极管Dz和电阻器R4，所以晶体管TRl处于导通状态，输入电压Vin超过240V(240V是LED负载42的导通电压235V和当LED负载42开始导通时施加到恒流电路43的电压5V之和)。因此，LED负载42导通，恒定电流流过(就像图6的区段B中一样)，并在电容器C中积累电荷。
[0062]接下来，如果输入电压Vin开始超过250V(图6的区段C)，则15V或更大的电压开始施加到恒流电路43，并且施加到恒流电路43的电压超过15V(15V是齐纳二极管Dz的击穿电压Vz)。与15V的击穿电压Vz对应的电压施加到齐纳二极管Dz，另一电压施加到电阻器R4,晶体管TR3处于导通状态。
[0063]然后，低电压施加到晶体管TR2的基极。因此，晶体管TR2处于截止状态，没有电流流过晶体管TRl的基极，晶体管TRl处于截止状态。
[0064]然后，电容器C中积累的电荷放电，并且开始被供应给LED负载23。
[0065]现在，如果施加到恒流电路43的电压随着电容器C中积累的电荷减少而减小，则晶体管TRl导通，在电容器C中积累电荷，并且15V(击穿电压Vz)或更大的电压再次施加到恒流电路43。
[0066]然后，重新开始如下过程:晶体管TRl阻断，电容器C中积累的电荷放电并被供应给LED负载42。
[0067]结果，在图9的LED驱动电路中，如果输入电压Vin超过250V，则晶体管TRl重复地导通/截止。该导通/截止重复现象可被称为振荡。
[0068]在这种情况下，随着输入电压Vin增大，电容器C的充电更快地执行(晶体管TRl的导通时间缩短)，并且当电容器C被充电时的电压更高。
[0069]因为当电容器C被充电时的电压更高，所以电容器C中积累的电荷放电并且晶体管TRl再次导通的时间(晶体管TRl的截止时间)进一步延长。
[0070]因此，在输入电压Vin增大的区段中，与晶体管TRl的导通时间/截止时间对应的占空比逐渐减小(就像图8的左侧区段中一样)。
[0071]当然，与此相反，在输入电压Vin减小的区段中，晶体管TRl的占空比逐渐增大(就像图8的右侧区段中一样)。
[0072]结果，利用使用图9的恒流电路方法的LED驱动电路，输入电流图案具有图6、图7和图8所示的M形图案。因此，与作为现有技术的图2相比，效率显著提高。
[0073]在这种情况下，如果击穿电压Vz = 5V，则当输入电压Vin为240V或更大时，LED驱动电路立即进入区段C，而不会经过图6的区段B。
[0074]在图9中，检测电路44检测恒流电路43处的电压。然而，就像图10中一样，在整流电路51的输出端检测电压的实施方式(第二实施方式)也是可以的。当然，在图9中，检测电路44也可检测LED负载42的输入侧的电压。
[0075]现在，将参照图11描述改进图9的LED电路的本发明的第三实施方式。
[0076]在图9的以上操作描述中，在图6的区段C中随着输入电压增大，输入电流线性减小。然而，在实际中，由于内部电容器组件的影响，输入电流的开(on)/关(off)时间存在延迟时间，并且作为使用测量仪器的测量结果，图9的LED驱动电路具有围绕图6的区段C中的直线输入电流图案沿垂直方向振荡的输入电流图案(就像图12中一样)。
[0077]如上所述，在本发明中，因为由于渐增的输入电压导致输入电流的下降斜率变陡，所以效率提闻增加。
[0078]因此，为了进一步提高图9的驱动电路的效率，通过从图12的沿垂直方向上振荡的输入电流图案切去超过1mA(恒定输入电流)的部分(超过虚线的部分)来使平均输入电流曲线在向下方向上进一步降低(就像图13中一样)。这是图11的LED驱动电路。
[0079]现在，将简要描述图11的LED驱动电路的操作。
[0080]在图11的LED驱动电路中，齐纳二极管Dz和电阻器R2构成检测电路65，FET、晶体管TR2、电阻器Rl和R4构成限流电路62。
[0081]在限流电路62中，当晶体管TRl截止时，输入电流IinF超过由电阻器Rl预定的电流(例如，1mA)。即，如果流过电阻器Rl的电流超过10mA，则将使晶体管TR2导通的电压施加到晶体管TR2的基极，如果晶体管TR2导通，则施加到FET的栅极的电压减小，输入电流Iin减小并因此不超过10mA。
[0082]因此，在输入电压介于240V到250V之间的区段B中，晶体管TR3截止。因此，如果晶体管TRl截止，则输入电流Iin作为1mA的恒定电流流动，并在电容器C中积累电荷。
[0083]现在，当LED驱动电路进入输入电压超过250V的区段C时，晶体管TR3导通。因此，晶体管TRl导通，同时，FET截止，没有输入电流Iin流动，在电容器C中积累的电荷向LED负载63放电。
[0084]如果施加到恒流电路64的电压由于电容器C中积累的电荷放电而降低，则晶体管TR3再次截止。因此，晶体管TRl截止，同时，输入电流Iin被供应给LED负载63，在电容器C中再次积累电荷。
[0085]在这种情况下，重新开始如下过程:15V(击穿电压Vz)或更大的电压再次施加到恒流电路23，晶体管TR3再次导通，晶体管TRl导通，FET截止，电容器C中积累的电荷放电并被供应给LED负载63。
[0086]结果，如果输入电压Vin超过250V，则在图11的LED驱动电路中也发生FET重复地导通/截止的振荡。
[0087]在这种情况下，由于输入电流Iin不超过预定的10mA，所以限流电路62实现这样的效果:从图12的振荡区段切去超过1mA的部分(虚线以上的部分)，以使得随着输入电压Vin增大(就像图13中一样)，作为输入电流Iin的平均值的下降曲线的斜率变得更陡，图11的驱动电路的效率更优于图9的驱动电路的效率。
[0088]在图11中，检测电路65连接到恒流电路64的两端。然而，通过修改图11，检测电路可连接到整流电路61的输出端(就像图10中一样)。当然，在图11中，检测电路65可检测在LED负载63的输入侧的电压。
[0089]接下来，根据本发明的第四实施方式的LED驱动电路如图14所示。
[0090]图14的负载端子可被构造为包括预定的LED负载和恒流电路以及并联到所述LED负载和所述恒流电路的电容器。对AC电源进行整流的整流电路可设置在检测电路70的前端。这些元件如先前实施方式中所述，并且为了方便而被省略。当然，在图14中，可在各种实施方式中修改检测电路70的前端和负载端子。
[0091]如相同的图中所示，LED驱动电路可包括检测电路70和控制电路80。这里，检测电路70执行检测整流电压是否超过预定的特定电压值并根据超过所述特定电压值的程度向控制电路80发送控制信号的功能。
[0092]这里，所述预定的特定电压值是比当LED负载导通时施加到LED负载的电压与当LED负载开始导通时施加到恒流电路的电压之和大的值。
[0093]控制电路80可连接到整流电路和检测电路70的输出端。具体地讲，控制电路80可包括多个限流部分82_1至82_n。这里，多个限流部分82_1至82_n可相对于负载彼此彼此并联(如图14所示)。
[0094]另外，控制电路80可包括开关部分81_1至81_n。这里，开关部分81_1至81_n连接到限流部分82_1至82_n并执行限流部分82_1至82_n的导通/截止操作的功能。
[0095]详细地讲，如果作为检测电路70的检测结果，整流电压没有超过所述预定的特定电压值(例如，VI)，则控制电路80执行控制多个限流部分82_1至82_n全部使整流电路91的输出通过的功能，如果整流电压超过所述特定电压值，则控制电路80执行控制与根据超过特定电压值的程度的控制信号对应的数量的限流部分82_1至82_n以通过开关操作阻断整流电路91的输出的功能。
[0096]图15示出在图14的构造中增加整流电路91、使整流电路91的输出平滑的电容器92、LED负载93和恒流电路94的结构的示图。
[0097]如图15所示，检测电路70根据整流电压的大小向开关部分81_1至81_n施加不同的控制信号，开关部分81_1至81_n根据控制信号操作，以使得限流部分82_1至82_n使整流电路91的输出通过或者阻断整流电路91的输出。
[0098]图16示出图15的检测电路70和控制电路80的详细电路构造和连接的示例。
[0099]参照图16，当开关部分Q381_l和Q681_2处于截止状态时，限流部分82_1和82_2使整流电路91的输出(即，输出电流)通过。在当前实施方式中，即，假设限流部分82_1和82_2使整流电路91的输出电流(被限于1mA)通过。因此，通过限流部分82_1和82_2的整个输出电流为20mA。
[0100]当根据分压电阻器Rll和R12的整流电压的大小和齐纳二极管D4的击穿电压等于或大于预定大小Vl时，检测电路70的Q5处于导通状态。
[0101]类似地，当根据分压电阻器Rll和R12的整流电压的大小和齐纳二极管D5的击穿电压等于或大于预定大小V2时，检测电路70的Q8处于导通状态。
[0102]如果随着整流电路91的输出电压增大并达到预定大小VI，则Q5处于导通状态，开关部分Q3(81_l)处于导通状态。此时，假设Q8(81_2)不处于导通状态。
[0103]如果Q3处于导通状态，则第一限流部分82_1阻挡整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于仅留下第二限流部分82_2的影响，所以通过限流部分82_1和82_2的整个输出电流为10mA。
[0104]接下来，如果随着整流电路91的输出电压继续增大并达到另一预定大小V2，则Q8处于导通状态，开关部分Q6(81_2)也处于导通状态，并且如果Q6(81_2)处于导通状态，则第二限流部分82_2阻挡整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于所有限流部分82_1至82_n均阻断输出电流，所以通过限流部分82_1至82_n的电流的大小为0mA。
[0105]与此相反，如果随着整流电路91的输出电压减小并且小于预定大小V2，则Q8处于截止状态，开关部分Q6(81_2)处于截止状态，并且如果Q6(81_2)处于截止状态，则第二限流部分82_2使整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于第二限流部分82_2，导致通过限流部分82_1和82_2的整个电流的大小为10mA。
[0106]另外，如果整流电路91的输出电压进一步减小并且小于预定大小VI，则Q5处于截止状态，开关部分Q3(81_l)处于截止状态，并且如果Q3(81_l)处于截止状态，则第一限流部分82_1也使整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于第一限流部分82_1和第二限流部分82_2，导致通过限流部分82_1和82_2的输出电流为20mA。
[0107]在图16中，示出两个开关部分81_1和81_2以及两个限流部分82_1和82_2。然而，开关部分的数量和限流部分的数量可进一步增加，当使用上述方法执行控制时，如图7所示，供应给LED负载的电流的整个数量可分阶段变化。
[0108]尽管参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明，本领域普通技术人员将理解，在不脱离由以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。
[0109]工业实用性
[0110]如上所述，本发明提供一种使用恒流电路方法的LED驱动电路，其与使用根据现有技术的恒流电路方法的LED驱动电路相比进一步提闻了效率。
【权利要求】
1.一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源,所述LED驱动电路包括: 整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流； 控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出； LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，所述电容器并联连接到彼此串联连接的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及 检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和， 其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行阻断所述整流电路的输出的第一操作以及使所述整流电路的输出通过的第二操作。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输入处执行所述检测操作。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输出处执行所述检测操作。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述LED负载的输入处执行所述检测操作。
5.一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源,所述LED驱动电路包括: 整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流； 控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出； LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；限流电路，所述限流电路连接到所述整流电路的输出，并且控制仅使等于或小于预定电流的电流流过； 电容器，所述电容器并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及 检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和， 其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制通过所述限流电路仅使等于或小于预定电流的电流通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行阻断所述限流电路的输出的第一操作以及通过所述限流电路仅使等于或小于所述预定电流的电流通过的第二操作。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输入处执行所述检测操作。
7.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输出处执行所述检测操作。
8.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述LED负载的输入处执行所述检测操作。
9.一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源,所述LED驱动电路包括: 整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流； 控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出； LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，所述电容器并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及 检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，所述检测电路向所述控制电路发送根据超过所述特定电压值的程度的控制信号， 其中，所述控制电路包括多个限流部分，并且如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路控制全部所述多个限流部分使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路控制与根据超过所述特定电压值的程度的所述控制信号对应的限流部分的数量以通过开关操作阻断所述整流电路的输出。
【文档编号】H05B37/02GK104206021SQ201380013237
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】俞尚佑 申请人:鲁米格伦株式会社
【专利摘要】本发明涉及用于在负载中使用恒流电路的LED灯的驱动电路中的效率提高。连接到AC电源的具有效率提高功能的LED驱动电路包括：整流电路，其对AC电源进线整流；控制电路，其连接到整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，其并联连接到LED负载和恒流电路，并使恒流电路的输出平滑；检测电路，其检测整流电压是否超过预设的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当LED负载导通时LED的电压与在LED负载最初导通的时刻恒流电路的电压之和，其中，当整流电压没有超过所述特定电压值时，控制电路进行控制使整流电路的输出没有任何改变地通过，当整流电压超过所述特定电压值时，控制电路进行控制重复用于阻断整流电路的输出的第一操作以及使整流电路的输出没有任何改变地通过的第二操作。
【专利说明】
具有效率提高功能的LED驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于照明的发光二极管(LED)驱动电路的效率的提高，在所述LED驱动电路的负载侧使用恒流电路。
【背景技术】
[0002]在家中、办公室或工厂中使用的传统白炽灯的功耗大，散热程度大，并且寿命短。对白炽灯的缺点进行补偿的荧光灯与白炽灯相比功耗低，但寿命仍较短。因此，近来，使用与白炽灯相比功耗低且寿命显著增加的LED的发光二极管(LED)照明装置得以广泛使用。
[0003]另外，由于仅当恒定电流流过LED负载时，LED负载处的亮度才均匀，所以在LED驱动电路中重要的是恒定电流流过LED负载。
[0004]然而，在现有技术中主要使用图1所示的开关模式电源(SMPS)方法。SMPS方法是这样的方法:交流(AC)电源10通过整流电路11 (例如，桥接电路)整流，然后在经过SMPS12之后通过电容器C平滑并被供应给LED负载14，并且通过调节通过施加到电阻器Rs的电压而检测负载电流的占空比，与期望的亮度对应的恒定负载电流流过，施加到电阻器Rs的电压被施加到脉宽调制(PWM)驱动单元13，开关SW导通/截止。
[0005]然而，由于使用SMPS方法的LED驱动电路需要具有复杂构造的SMPS 12和PWM驱动单元13，所以在诸如LED灯的小尺寸LED照明设备中，难以在LED灯的窄空间中安装这些电路的组件。具体地讲，这些电路使用脉冲方法来工作。因此，生成多个谐波，另外需要用于抑制由这些谐波导致的电磁波的发射的设备。当然，使用图1的SMPS方法的LED驱动电路可利用电感器L来升压，因此可驱动更多个LED。LED驱动电路的输入电流遵循使用锯齿方法的输入电压，输入电流流动的持续时间增加，并且提高了功率因数。
[0006]此外，在考虑使用SMPS方法的LED驱动设备的问题的另一现有技术中，如图2所示，使用利用恒流电路方法的LED驱动电路，通过安装使用模拟电路方法的恒流电路23来使恒定电流流过LED负载22。由于使用此方法的恒流电路23使用图3所示的简单模拟电路(在图3中使用晶体管，但也可使用运算(OP)放大器)，电路构造简单，并且使用利用模拟电路方法的恒流电路23，从而不再担心由谐波导致的电磁波的生成。
[0007]然而，图2的使用恒流电路方法的LED驱动电路由于LED驱动电路中发生的闪烁而不适合于通用照明设备。
[0008]为了解决图2的LED驱动电路的闪烁问题，如图4所示，根据另一现有技术的使用恒流电路方法的LED驱动电路通过增加电容器C来去除闪烁。
[0009]然而，例如，在图2的使用恒流电路方法的LED驱动电路中，如果输入AC电压20 (Vin)为220Vrms (峰值为约310V)，并且当LED负载22导通时施加到LED负载22的负载电压(输出电压)八为235V，则输入电压Vin和输入电流Iin具有图5的波形。这里，输出电流込等于输入电流Iin，这是因为电路为单回路。
[0010]因此，如果当LED负载22开始导通时施加到恒流源23的电压为5V，则在输入电压Vin等于或大于240V(235V+5V)的区段中LED负载22导通，在这种情况下，作为恒流源23中设定的恒定电流的负载电流L流过LED负载22。
[0011]然而，通常，效率被定义为输出端子处的输出功率1\(=[输出电流込X输出电压Vl])比输入端子处的输入功率Pin(=[输入电流IinX输入电压Vin])。由于图2的驱动电路是单回路，所以流过LED负载22的输出电流込和输入电流Iin为恒定电流，输入电流Iin=输出电流Il。
[0012]在这种情况下，施加到LED负载22的输出电压\恒定为235V，但输入电压Vin的波形描绘出图5的曲线。因此，如果考虑图5利用近似方法计算效率，则效率为约86% (如下面的等式中一样)。即，仅供应的功率的86%用于从LED负载22发射光，并且发生了约14%的功率损失。
[0013]效率=[(Il)X (235+235+235+235)/[(Iin) X (240+260+280+310)]
[0014]= 940/1090 = 86.2%
[0015]尽管在一般照明设备的领域中约86%的效率为高，但在追求节能的LED照明设备中需要具有更高效率的LED驱动设备。
[0016]然而，通常，通过进一步提高比较高的86 %的效率来实现90 %或更高的效率非常困难。
【发明内容】
[0017]本发明提供一种使用新的恒流电路方法的发光二极管(LED)驱动电路，其与使用根据现有技术的恒流电路方法的LED驱动电路相比，进一步提高了效率。
[0018]根据本发明的一方面，提供一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源，所述LED驱动电路包括:整流电路，其对所述AC电源进行整流；控制电路，其连接到所述整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，其并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及检测电路，其检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行用于阻断所述整流电路的输出的第一操作以及使所述整流电路的输出通过的第二操作。
[0019]根据本发明的另一方面，提供一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源，所述LED驱动电路包括:整流电路，其对所述AC电源进行整流；控制电路，其连接到所述整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；限流电路，其连接到所述整流电路的输出并且进行控制仅使等于或小于预定电流的电流流过；电容器，其并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及检测电路，其检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制通过所述限流电路仅使等于或小于预定电流的电流通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行阻断所述限流电路的输出的第一操作以及通过所述限流电路仅使等于或小于所述预定电流的电流通过的第二操作。
[0020]根据本发明的另一方面，提供一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源，所述LED驱动电路包括:整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流；控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出；LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，所述电容器并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，所述检测电路向所述控制电路发送根据超过所述特定电压值的程度的控制信号，其中，所述控制电路包括多个限流部分，并且如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路控制全部所述多个限流部分使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路控制与根据超过所述特定电压值的程度的所述控制信号对应的限流部分的数量以通过开关操作阻断所述整流电路的输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是根据现有技术的使用开关电源(SMPS)的发光二极管(LED)驱动电路的示图；
[0022]图2是根据现有技术的使用恒流电路的LED驱动电路的示图；
[0023]图3示出现有技术中所使用的恒流电路的实施方式；
[0024]图4是根据另一现有技术的使用电容器来改善图2的现有技术中生成的闪烁的LED驱动电路的示图；
[0025]图5是示出作为现有技术的图2的输入电压和输入电流的波形的曲线图；
[0026]图6是示出本发明中所使用的输入电压和输入电流的波形的曲线图。
[0027]图7是示出根据本发明的原理的用于简单计算效率的阶梯M形输入电流的波形的曲线图；
[0028]图8是示出根据本发明的原理的用于实现效率的提高的输入电流的占空比的波形的曲线图；
[0029]图9示出将本发明的原理应用于作为现有技术的图4的本发明的第一实施方式；
[0030]图10示出将本发明的原理应用于作为现有技术的图4的本发明的第二实施方式；
[0031]图11示出提高图9的LED驱动电路的本发明的第三实施方式；
[0032]图12是示出图9的LED驱动电路中出现的实际输入电流的波形的曲线图；
[0033]图13是将图9的LED驱动电路的输入电流的波形与图11的LED驱动电路的输入电流的波形进行比较的曲线图；
[0034]图14示出根据本发明的第四实施方式的示意性构造；以及
[0035]图15和图16详细示出图14。
【具体实施方式】
[0036]以下，将通过参照【专利附图】
【附图说明】本发明的示例性实施方式来详细描述本发明。
[0037]首先，将描述根据本发明的提高效率的原理。
[0038]作为现有技术的图2的驱动电路具有图5所示的输入电压和输入电流的波形。下面将描述当图2的驱动电路具有图6所示的输入电流波形(连续的M形图案)时效率的示意值。在这种情况下，如上所述，输入电流Iin =输出电流込。
[0039]为了简单计算由图6所示的输入电流Iin和输出电流込导致的效率提高效果，图6的输入电流Iin和输出电流込的M形图案被简化为图7所示的阶梯M形图案。
[0040]现在，将在下面利用图2的驱动电路中的计算效率的方法来计算根据图7的输入电流Iin和输出电流込的波形的效率。
[0041 ]效率=(10X235+7X235+4X235+1 X 235)/(1X240+7X260+4X280+1 X310)
[0042]= 5170/5650 = 91.5%
[0043]结果，与图2的驱动电路中输入电流和输出电流一致(为1mA)的情况相比，如果驱动电路具有如图6和图7所示的M形输出电流图案(如下所述的图案，其中:随着LED负载导通并且输入电压增大，输入电流逐渐减小，然后随着输入电压经过峰值，输入电流再次增大)，则可获得约5%的效率提闻。
[0044]S卩，如果在LED负载导通的输入电压下,输出电流(输入电流)在与输入电压增大或减小的方向相反的方向上增大或减小，则效率提高。
[0045]然而，当图7所示的阶梯M形图案的输入电流和输出电流图案被构造为在各个区段中具有多个脉冲时，代替各个电流区段(1mA区段、7mA区段、4mA区段和ImA区段)中的均匀电流(10mA、7mA、4mA和ImA)，获得如图8所示的与各个区段中的占空比(被定义为导通时间/截止时间)为100%、70%、40%和10%相同的结果。
[0046]S卩，即使当在LED负载导通的输入电压下的输入电流和输出电流的占空比具有M形图案时，也实现上述效率提高的效果。
[0047]结果，如果使用作为现有技术的图2的恒流电路方法的LED驱动电路被控制，以使得在LED负载导通的输入电压的区段中与输入电压的变化成反比的输入电流流过，则效率显著提高。
[0048]在图6所示的M形图案中，随着恒定输入电流区段(区段B)增大，效率提高降低。然而，可获得比使用图2的恒流电路方法的LED驱动电路提高更多的效率。
[0049]另外，在图6的M形图案中，随着在区段C中由于渐增的输入电压，输入电流的下降斜率变陡，效率提高增加。
[0050]如上，描述了相对于图2的LED驱动电路的实现效率提高效果的输入电流的M形图案。
[0051]然而，当如图4所示，增加电容器C时，由于电容器C的充电/放电，输入电流与输出电流不相同。
[0052]即使当存在电容器C时，由于恒流电路33，所以流过LED负载32的电流恒定，并且施加到LED负载32的电压也恒定。
[0053]结果,无论是如图5所示输入电流恒定的情况,还是如图6所示输入电流具有M形状的情况，输出功率几乎恒定。
[0054]因此，在图4的LED驱动电路中可像图2的LED驱动电路中一样通过输入功率的变化来计算效率。因此，将基于输出电流不根据电容器而变化的假设提供以下描述。
[0055]现在，将参照图9描述本发明的第一实施方式，其中使用图4的恒流电路方法的LED驱动电路被控制以实现具有图8所示的M形占空比的输出电流图案。
[0056]如图9所示，在根据本发明的第一实施方式的LED驱动电路中，如果假设输入交流(AC)电源为220V电源，则如上所述当LED负载42导通时施加到LED负载42的电压(即，LED负载42的端电压)为235V，并且当LED负载42开始导通时施加到恒流源43的电压为5V时，在240V或更大的输入电压Vin下LED负载42导通。
[0057]在检测电路44处安装有齐纳二极管Dz，该齐纳二极管Dz的击穿电压Vz大于当LED负载42开始导通时施加到恒流源43的电压。例如，假设击穿电压Vz = 15V。
[0058]由于在输入电压Vin变为235V+5V = 240V之前(图6的区段A) LED负载42截止，所以比击穿电压Vz小的电压施加到检测电路44的齐纳二极管Dz和电阻器R4，齐纳二极管Dz阻断(block)，OV施加到晶体管TR3的基极，以使得晶体管TR3截止。
[0059]然后，由于整流电路41的输出被电阻器R2和电阻器R3分压的电压施加到晶体管TR2的基极，所以晶体管TR2导通，电流流过PNP晶体管TRl的基极，晶体管TRl处于导通状态，因此处于接通(continuity)状态。
[0060]然而，由于目前输入电压Vin小于240V，所以LED负载42仍未导通，没有电流流过(像图6的区段A中一样)。
[0061]现在，由于在输入电压Vin介于240V到250V之间的区段(图6的区段B)中，t匕15V的击穿电压Vz小的电压仍施加到齐纳二极管Dz和电阻器R4，所以晶体管TRl处于导通状态，输入电压Vin超过240V(240V是LED负载42的导通电压235V和当LED负载42开始导通时施加到恒流电路43的电压5V之和)。因此，LED负载42导通，恒定电流流过(就像图6的区段B中一样)，并在电容器C中积累电荷。
[0062]接下来，如果输入电压Vin开始超过250V(图6的区段C)，则15V或更大的电压开始施加到恒流电路43，并且施加到恒流电路43的电压超过15V(15V是齐纳二极管Dz的击穿电压Vz)。与15V的击穿电压Vz对应的电压施加到齐纳二极管Dz，另一电压施加到电阻器R4,晶体管TR3处于导通状态。
[0063]然后，低电压施加到晶体管TR2的基极。因此，晶体管TR2处于截止状态，没有电流流过晶体管TRl的基极，晶体管TRl处于截止状态。
[0064]然后，电容器C中积累的电荷放电，并且开始被供应给LED负载23。
[0065]现在，如果施加到恒流电路43的电压随着电容器C中积累的电荷减少而减小，则晶体管TRl导通，在电容器C中积累电荷，并且15V(击穿电压Vz)或更大的电压再次施加到恒流电路43。
[0066]然后，重新开始如下过程:晶体管TRl阻断，电容器C中积累的电荷放电并被供应给LED负载42。
[0067]结果，在图9的LED驱动电路中，如果输入电压Vin超过250V，则晶体管TRl重复地导通/截止。该导通/截止重复现象可被称为振荡。
[0068]在这种情况下，随着输入电压Vin增大，电容器C的充电更快地执行(晶体管TRl的导通时间缩短)，并且当电容器C被充电时的电压更高。
[0069]因为当电容器C被充电时的电压更高，所以电容器C中积累的电荷放电并且晶体管TRl再次导通的时间(晶体管TRl的截止时间)进一步延长。
[0070]因此，在输入电压Vin增大的区段中，与晶体管TRl的导通时间/截止时间对应的占空比逐渐减小(就像图8的左侧区段中一样)。
[0071]当然，与此相反，在输入电压Vin减小的区段中，晶体管TRl的占空比逐渐增大(就像图8的右侧区段中一样)。
[0072]结果，利用使用图9的恒流电路方法的LED驱动电路，输入电流图案具有图6、图7和图8所示的M形图案。因此，与作为现有技术的图2相比，效率显著提高。
[0073]在这种情况下，如果击穿电压Vz = 5V，则当输入电压Vin为240V或更大时，LED驱动电路立即进入区段C，而不会经过图6的区段B。
[0074]在图9中，检测电路44检测恒流电路43处的电压。然而，就像图10中一样，在整流电路51的输出端检测电压的实施方式(第二实施方式)也是可以的。当然，在图9中，检测电路44也可检测LED负载42的输入侧的电压。
[0075]现在，将参照图11描述改进图9的LED电路的本发明的第三实施方式。
[0076]在图9的以上操作描述中，在图6的区段C中随着输入电压增大，输入电流线性减小。然而，在实际中，由于内部电容器组件的影响，输入电流的开(on)/关(off)时间存在延迟时间，并且作为使用测量仪器的测量结果，图9的LED驱动电路具有围绕图6的区段C中的直线输入电流图案沿垂直方向振荡的输入电流图案(就像图12中一样)。
[0077]如上所述，在本发明中，因为由于渐增的输入电压导致输入电流的下降斜率变陡，所以效率提闻增加。
[0078]因此，为了进一步提高图9的驱动电路的效率，通过从图12的沿垂直方向上振荡的输入电流图案切去超过1mA(恒定输入电流)的部分(超过虚线的部分)来使平均输入电流曲线在向下方向上进一步降低(就像图13中一样)。这是图11的LED驱动电路。
[0079]现在，将简要描述图11的LED驱动电路的操作。
[0080]在图11的LED驱动电路中，齐纳二极管Dz和电阻器R2构成检测电路65，FET、晶体管TR2、电阻器Rl和R4构成限流电路62。
[0081]在限流电路62中，当晶体管TRl截止时，输入电流IinF超过由电阻器Rl预定的电流(例如，1mA)。即，如果流过电阻器Rl的电流超过10mA，则将使晶体管TR2导通的电压施加到晶体管TR2的基极，如果晶体管TR2导通，则施加到FET的栅极的电压减小，输入电流Iin减小并因此不超过10mA。
[0082]因此，在输入电压介于240V到250V之间的区段B中，晶体管TR3截止。因此，如果晶体管TRl截止，则输入电流Iin作为1mA的恒定电流流动，并在电容器C中积累电荷。
[0083]现在，当LED驱动电路进入输入电压超过250V的区段C时，晶体管TR3导通。因此，晶体管TRl导通，同时，FET截止，没有输入电流Iin流动，在电容器C中积累的电荷向LED负载63放电。
[0084]如果施加到恒流电路64的电压由于电容器C中积累的电荷放电而降低，则晶体管TR3再次截止。因此，晶体管TRl截止，同时，输入电流Iin被供应给LED负载63，在电容器C中再次积累电荷。
[0085]在这种情况下，重新开始如下过程:15V(击穿电压Vz)或更大的电压再次施加到恒流电路23，晶体管TR3再次导通，晶体管TRl导通，FET截止，电容器C中积累的电荷放电并被供应给LED负载63。
[0086]结果，如果输入电压Vin超过250V，则在图11的LED驱动电路中也发生FET重复地导通/截止的振荡。
[0087]在这种情况下，由于输入电流Iin不超过预定的10mA，所以限流电路62实现这样的效果:从图12的振荡区段切去超过1mA的部分(虚线以上的部分)，以使得随着输入电压Vin增大(就像图13中一样)，作为输入电流Iin的平均值的下降曲线的斜率变得更陡，图11的驱动电路的效率更优于图9的驱动电路的效率。
[0088]在图11中，检测电路65连接到恒流电路64的两端。然而，通过修改图11，检测电路可连接到整流电路61的输出端(就像图10中一样)。当然，在图11中，检测电路65可检测在LED负载63的输入侧的电压。
[0089]接下来，根据本发明的第四实施方式的LED驱动电路如图14所示。
[0090]图14的负载端子可被构造为包括预定的LED负载和恒流电路以及并联到所述LED负载和所述恒流电路的电容器。对AC电源进行整流的整流电路可设置在检测电路70的前端。这些元件如先前实施方式中所述，并且为了方便而被省略。当然，在图14中，可在各种实施方式中修改检测电路70的前端和负载端子。
[0091]如相同的图中所示，LED驱动电路可包括检测电路70和控制电路80。这里，检测电路70执行检测整流电压是否超过预定的特定电压值并根据超过所述特定电压值的程度向控制电路80发送控制信号的功能。
[0092]这里，所述预定的特定电压值是比当LED负载导通时施加到LED负载的电压与当LED负载开始导通时施加到恒流电路的电压之和大的值。
[0093]控制电路80可连接到整流电路和检测电路70的输出端。具体地讲，控制电路80可包括多个限流部分82_1至82_n。这里，多个限流部分82_1至82_n可相对于负载彼此彼此并联(如图14所示)。
[0094]另外，控制电路80可包括开关部分81_1至81_n。这里，开关部分81_1至81_n连接到限流部分82_1至82_n并执行限流部分82_1至82_n的导通/截止操作的功能。
[0095]详细地讲，如果作为检测电路70的检测结果，整流电压没有超过所述预定的特定电压值(例如，VI)，则控制电路80执行控制多个限流部分82_1至82_n全部使整流电路91的输出通过的功能，如果整流电压超过所述特定电压值，则控制电路80执行控制与根据超过特定电压值的程度的控制信号对应的数量的限流部分82_1至82_n以通过开关操作阻断整流电路91的输出的功能。
[0096]图15示出在图14的构造中增加整流电路91、使整流电路91的输出平滑的电容器92、LED负载93和恒流电路94的结构的示图。
[0097]如图15所示，检测电路70根据整流电压的大小向开关部分81_1至81_n施加不同的控制信号，开关部分81_1至81_n根据控制信号操作，以使得限流部分82_1至82_n使整流电路91的输出通过或者阻断整流电路91的输出。
[0098]图16示出图15的检测电路70和控制电路80的详细电路构造和连接的示例。
[0099]参照图16，当开关部分Q381_l和Q681_2处于截止状态时，限流部分82_1和82_2使整流电路91的输出(即，输出电流)通过。在当前实施方式中，即，假设限流部分82_1和82_2使整流电路91的输出电流(被限于1mA)通过。因此，通过限流部分82_1和82_2的整个输出电流为20mA。
[0100]当根据分压电阻器Rll和R12的整流电压的大小和齐纳二极管D4的击穿电压等于或大于预定大小Vl时，检测电路70的Q5处于导通状态。
[0101]类似地，当根据分压电阻器Rll和R12的整流电压的大小和齐纳二极管D5的击穿电压等于或大于预定大小V2时，检测电路70的Q8处于导通状态。
[0102]如果随着整流电路91的输出电压增大并达到预定大小VI，则Q5处于导通状态，开关部分Q3(81_l)处于导通状态。此时，假设Q8(81_2)不处于导通状态。
[0103]如果Q3处于导通状态，则第一限流部分82_1阻挡整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于仅留下第二限流部分82_2的影响，所以通过限流部分82_1和82_2的整个输出电流为10mA。
[0104]接下来，如果随着整流电路91的输出电压继续增大并达到另一预定大小V2，则Q8处于导通状态，开关部分Q6(81_2)也处于导通状态，并且如果Q6(81_2)处于导通状态，则第二限流部分82_2阻挡整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于所有限流部分82_1至82_n均阻断输出电流，所以通过限流部分82_1至82_n的电流的大小为0mA。
[0105]与此相反，如果随着整流电路91的输出电压减小并且小于预定大小V2，则Q8处于截止状态，开关部分Q6(81_2)处于截止状态，并且如果Q6(81_2)处于截止状态，则第二限流部分82_2使整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于第二限流部分82_2，导致通过限流部分82_1和82_2的整个电流的大小为10mA。
[0106]另外，如果整流电路91的输出电压进一步减小并且小于预定大小VI，则Q5处于截止状态，开关部分Q3(81_l)处于截止状态，并且如果Q3(81_l)处于截止状态，则第一限流部分82_1也使整流电路91的输出电流通过。因此，在这种状态下，由于第一限流部分82_1和第二限流部分82_2，导致通过限流部分82_1和82_2的输出电流为20mA。
[0107]在图16中，示出两个开关部分81_1和81_2以及两个限流部分82_1和82_2。然而，开关部分的数量和限流部分的数量可进一步增加，当使用上述方法执行控制时，如图7所示，供应给LED负载的电流的整个数量可分阶段变化。
[0108]尽管参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明，本领域普通技术人员将理解，在不脱离由以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。
[0109]工业实用性
[0110]如上所述，本发明提供一种使用恒流电路方法的LED驱动电路，其与使用根据现有技术的恒流电路方法的LED驱动电路相比进一步提闻了效率。
【权利要求】
1.一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源,所述LED驱动电路包括: 整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流； 控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出； LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，所述电容器并联连接到彼此串联连接的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及 检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和， 其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行阻断所述整流电路的输出的第一操作以及使所述整流电路的输出通过的第二操作。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输入处执行所述检测操作。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输出处执行所述检测操作。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述LED负载的输入处执行所述检测操作。
5.一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源,所述LED驱动电路包括: 整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流； 控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出； LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；限流电路，所述限流电路连接到所述整流电路的输出，并且控制仅使等于或小于预定电流的电流流过； 电容器，所述电容器并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及 检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和， 其中，如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制通过所述限流电路仅使等于或小于预定电流的电流通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路进行控制使得重复地执行阻断所述限流电路的输出的第一操作以及通过所述限流电路仅使等于或小于所述预定电流的电流通过的第二操作。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输入处执行所述检测操作。
7.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述恒流电路的输出处执行所述检测操作。
8.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述检测电路在所述LED负载的输入处执行所述检测操作。
9.一种具有效率提高功能的发光二极管(LED)驱动电路，所述LED驱动电路连接到交流(AC)电源,所述LED驱动电路包括: 整流电路，所述整流电路对所述AC电源进行整流； 控制电路，所述控制电路连接到所述整流电路的输出； LED负载和恒流电路，所述LED负载和所述恒流电路串联连接到所述控制电路的输出；电容器，所述电容器并联连接到彼此串联的所述LED负载和所述恒流电路，所述电容器使所述整流电路的输出平滑；以及 检测电路，所述检测电路检测整流电压是否超过预定的特定电压值，所述特定电压值等于或大于当所述LED负载导通时施加到所述LED负载的电压与在所述LED负载开始导通的时刻施加到所述恒流电路的电压之和，所述检测电路向所述控制电路发送根据超过所述特定电压值的程度的控制信号， 其中，所述控制电路包括多个限流部分，并且如果作为所述检测电路的检测结果，所述整流电压没有超过所述特定电压值，则所述控制电路控制全部所述多个限流部分使所述整流电路的输出通过，如果所述整流电压超过所述特定电压值，则所述控制电路控制与根据超过所述特定电压值的程度的所述控制信号对应的限流部分的数量以通过开关操作阻断所述整流电路的输出。
【文档编号】H05B37/02GK104206021SQ201380013237
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】俞尚佑 申请人:鲁米格伦株式会社
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1