CN103098549B - 直接驱动的led电路和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于直接驱动发光二极管（LED）的***。跨越输入电压耦合LED串并且LED串包括多个单独LED组。多个开关中的每个开关包括与LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号来控制经过关联LED组的电流流。开关保护电路与开关中的至少一个开关关联。开关保护电路被配置用于在关联LED组中的LED的故障的情况下将开关置于导通状态中。

Description

直接驱动的LED电路和方法
相关申请的交叉引用
本发明要求2010年9月10日提交的美国临时申请号61/381,795和2011年9月9日提交的美国申请号13/229,611的优先权，通过引用将两者的全部内容结合于此。
技术领域
本发明涉及照明并且更具体地涉及直接驱动的高效率固态光源电路。
背景技术
包括但不限于发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、聚合物LED（PLED）等的固态光源的发展已经导致在各种照明灯具中使用这样的器件。一般而言，LED是电流驱动的器件，即LED的光输出的亮度可以与向LED供应的电流直接相关。然而经过LED的电流应当限于设计最大值以避免LED的过电流损坏或者故障。通常，单个LED光源在仅2至4伏特操作并且因此需要低电压电源向它们供电。另外，经过LED的电流强依赖于施加的电压并且也依赖于LED的温度。出于这一原因，LED光源由将市电电压（mainvoltage）变换成LED光源可使用的水平并且也控制电流的电路供电。该电路的附加功能是调节从市电电源（mainssupply）汲取的电流以向市电呈现具有低谐波失真的高功率因数负载。
一般而言，可能希望操作多个LED以便实现更高总光输出水平。在这一情况下，LED串可以串联连接并且由能够供应所需电压并且维持所需电流水平的电路供电。这样的电路通常是具有多个部件的一件复杂的电子设备，这些部件包括多个电感器、功率晶体管、大型电解电容器和集成电路。
发明内容
用于驱动多个LED的常规电路遭受多种缺陷。大量所需部件增加成本。一些部件、特别是电容器可能具有对升温的低容限。因此，电路可能在LED本身中的任何LED出故障之前经历故障，因此限制***的寿命。
尽管简单串联电阻器的极为简单的电路是用于向串联LED串供电的廉价方式，但是具有这样的电路可能造成高谐波失真。此外，它可能是低效电路，因为电阻器可能耗散显著功率。
本公开一般涉及一种用于直接驱动LED串的***。通过使用开关电路控制经过LED串的电流而无需使用通常可以在镇流器配置中发现的变压器、直流（DC）到DC转换器、振荡器或者其他能量存储部件，诸如电感器。根据这里公开的实施例的***和方法可以与切相调光器兼容。
可以跨越电源耦合LED串并且LED串可以被配置用于包括单个LED或者串联连接的LED的单独组，其中每个可以与关联开关电路并联耦合。控制器可以控制与每个开关电路关联的开关的导通状态以管理经过LED组的电流流（currentflow）。可以在每组中提供相同或者不同数量的LED，并且LED可以被配置用于以不同颜色输出光，市电来自LED的光混合以提供所需颜色、质量和/或强度的光。开关电路可以被配置用于在LED中的一个或者多个LED的故障的情况下保护以防对开关电路中的开关的损坏并且保护控制器免受来自向控制器施加源电压的损坏。此外，控制器可以被配置用于提供在向LED串供应的电流中建立低谐波失真的一个或者多个控制输出。
根据这里公开的实施例的一种直接驱动的***相比于包括镇流器的配置将用于LED串的操作电子器件减少到较低复杂性、成本、零件计数、大小和能量存储而实现高效率、高功率因数、低谐波失真和保护以防串中的LED的故障。此外，可以在一个或者多个LED的组中提供串中的LED，每组中的LED数量不同和/或LED的发射光谱（例如颜色）不同以实现所需光输出，诸如相关的色温、显色指数、峰值波长或者一些其他光质量参数。与包括典型电路的配置相比也改进温度容限并且因此改进可靠性。根据这里描述的实施例的***或者方法也允许消除涌入（inrush）电流、瞬间光并有能力在常规“切相”调光器电路上操作。
在一个实施例中，提供一种用于驱动发光二极管（LED）的***。该***包括：跨越被配置用于提供输入电压的电压源耦合的LED串，LED串包括多个单独LED组；多个开关电路，开关电路中的每个开关电路包括与LED组中的关联的一个LED组并联耦合的开关以响应于来自控制器电路的控制信号来控制经过关联LED组的电流流；以及与开关中的至少一个开关关联的开关保护电路，该开关保护电路被配置用于在关联LED组中的LED的故障的情况下将开关中的至少一个开关置于导通状态中，其中故障将LED置于断开状态中。
在一个相关实施例中，开关中的至少一个开关可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且开关保护电路可以包括在MOSFET的漏极与栅极之间电耦合的电阻器。在另一相关实施例中，LED组中的至少一个LED组可以包括多个串联连接的LED。在又一相关实施例中，LED组中的第一LED组可以包括第一数量的LED，并且LED组中的第二LED组可以包括第二数量的LED，第一数量不同于第二数量。
在又一相关实施例中，该***还可以包括与开关中的至少一个开关关联的控制器保护电路，该控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路。在又一相关实施例中，控制器保护电路可以包括二极管。在又一相关实施例中，开关中的至少一个开关可以是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且控制信号可以经过二极管耦合到MOSFET的栅极。
在又一相关实施例中，控制器电路可以包括：运算放大器电路，被配置用于比较代表电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整控制信号来维持在电流流与输入电压之间的平衡；电源电路，被配置用于根据输入电压生成直流（DC）电压并且向运算放大器电路的功率输入提供DC电压；以及谐波失真控制电路，被配置用于向功率输入注入输入电压的一部分。
在又一相关实施例中，LED组中的第一LED组可以包括第一数量的LED，并且LED组中的第二LED组可以包括第二数量的LED，第一数量不同于第二数量；并且该***还可以包括与开关中的至少一个开关关联的控制器保护电路，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路；并且控制器电路可以包括：运算放大器电路，被配置用于比较代表电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整控制信号来维持在电流流与输入电压之间的平衡；电源电路，被配置用于根据输入电压生成直流（DC）电压并且向运算放大器电路的功率输入提供DC电压；以及谐波失真控制电路，被配置用于向功率输入注入输入电压的一部分。
在另一实施例中，提供一种驱动LED的方法。该方法包括：跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组；配置多个开关，开关中的每个开关与LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号来控制经过关联LED组的电流流；并且关联开关保护电路与开关中的至少一个开关，开关保护电路被配置用于在关联LED组中的LED的故障的情况下将开关中的至少一个开关置于导通状态中，其中故障将LED置于断开状态中。
在一个相关实施例中，关联可以包括：关联开关保护电路与开关中的至少一个开关，开关保护电路被配置用于在关联LED组中的LED的故障的情况下将开关中的至少一个开关置于导通状态中，其中故障将LED置于断开状态中，并且其中开关中的至少一个开关可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且开关保护电路可以包括在MOSFET的漏极与栅极之间电耦合的电阻器。
在另一相关实施例中，耦合可以包括：跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组，其中单独LED组中的至少一个LED组可以包括多个串联连接的LED。在又一相关实施例中，耦合可以包括：跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组，其中LED组中的第一LED组可以包括第一数量的LED，并且LED组中的第二LED组可以包括第二数量的LED，第一数量不同于第二数量。
在又一相关实施例中，该方法还可以包括：关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路。在又一相关实施例中，关联控制器保护电路可以包括：关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，其中控制器保护电路可以包括二极管。在又一相关实施例中，关联控制器保护电路可以包括：关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，其中开关中的至少一个开关是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且控制信号经过二极管耦合到MOSFET的栅极。
在又一相关实施例中，配置可以包括：配置多个开关，开关中的每个开关与LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号来控制经过关联LED组的电流流，其中控制器电路可以包括：运算放大器电路，用于比较代表电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整控制信号来维持在电流流与输入电压之间的平衡；电源电路，被配置用于根据输入电压生成直流（DC）电压并且向运算放大器电路的功率输入提供DC电压；以及谐波失真控制电路，被配置用于向功率输入注入输入电压的一部分。
在又一相关实施例中，耦合可以包括：跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组，其中LED组中的第一LED组可以包括第一数量的LED，并且LED组中的第二LED组可以包括第二数量的LED，第一数量不同于第二数量；并且该方法还可以包括：关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，其中控制器电路可以包括：运算放大器电路，用于比较代表电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整控制信号来维持在电流流与输入电压之间的平衡；电源电路，被配置用于根据输入电压生成直流（DC）电压并且向运算放大器电路的功率输入提供DC电压；以及谐波失真控制电路，被配置用于向功率输入注入输入电压的一部分。
附图说明
这里公开的前述和其他目的、特征以及优点将从如在附图中图示的、这里公开的特定实施例的下文描述中变得清楚，在附图中，统统参考符号贯穿不同图指代相同部分。附图未必按比例，代之以着重于图示这里公开的原理。
图1是根据这里公开的实施例的***的框图。
图2是根据这里公开的实施例的开关电路的框图。
图3是根据这里公开的实施例的控制器电路的框图。
图4是图示根据这里公开的实施例的LED电路的示意电路图。
图5是与图4中所示电路关联的市电电压和LED电流比对时间的绘图。
图6图示根据这里公开的实施例的***。
图7图示根据这里公开的实施例的另一***。
图8图示根据这里公开的实施例的另一***。
图9-12是根据这里公开的实施例的方法的流程框图。
具体实施方式
如这里描述的实施例驱动一个或者多个固态光源。一个或者多个固态光源可以是但不限于一个或者多个发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）、聚合物发光二极管（PLED）等。尽管实施例在这里可以并且在一些情况下参照LED来描述，但是可以使用任何类型的一个和/或多个固态光源和而未脱离本发明的范围。
图1是包括多个LED组110-1、110-2、…110-n和多个开关电路108-1、108-2、…108-n的***100。每个开关电路与多个LED组110-1、110-2、…110-n中的关联的一个LED组并联耦合。如这里所用，（一个或多个）LED的“组”可以包括串联、并联耦合的多个、即两个或者更多LED、串联LED的并联组合或者单个LED。虽然实施例表示并且附图图示“n”个LED组，但是可以在***中提供任何数量、即一个或者多个LED组而未脱离本发明的范围。
电压源102提供用于驱动多个LED组110-1、110-2、…110-n的电流Iin。可以配置电压源102为市电功率源（例如120VAC，60Hz）或者任何其他类型的交变电流（AC）功率源或者直流（DC）功率源、诸如例如车载电池或者任何其他适当功率源。在电压源102是AC功率源，诸如市电功率的情况下可以提供可选整流器电路104以提供整流的输入电压Vin。整流器电路104可以是任何类型的整流部件或者整流部件组，诸如众所周知的桥式整流器。
跨越多个开关电路108-1、108-2、…108-n并跨越LED组110-1、110-2、…110-n中的（一个或多个）LED提供电压源102。一般而言，多个开关电路108-1、108-2、…108-n中的开关电路中的每个开关电路具有依赖于来自控制器电路106的控制信号和跨越多个LED组110-1、110-2、…110-n中的关联的一个LED组的电压的导通状态。当多个开关电路108-1、108-2、…108-n中的开关电路（例如开关电路108-1）在非导通（即断开）状态中时，电流流过多个LED组110-1、110-2、…110-n中的与其关联的LED组（例如第一LED组110-1），该电流激励该组中的LED，使得它们发射光。当多个开关电路108-1、108-2、…108-n中的开关电路（例如开关电路108-1）在导通（即闭合）状态中时，使电流在多个LED组110-1、110-2、…110-n中的与其关联的LED组（例如第一LED组110-1）周围绕过/分流，因此该组中的LED未被激励并且不发射光。在各种实施例中，多个开关电路108-1、108-2、…108-n中的开关电路和/或执行等同功能的开关可以使电流绕过多个LED组110-1、110-2、…110-n中的关联的（一个或多个）LED组或者分流电流到返回或者执行这些的任何组合。在下文将更完全描述的一些实施例中，多个开关电路108-1、108-2、…108-n响应于跨越关联的多个LED组110-1、110-2、…110-n的变化电压直接断开和闭合，而通过控制信号的变化来附加精细调整控制器电路106提供的电流流。
可以运用可选电流监视器电路112以向控制器电路106提供电流感测输入，使得控制器电路106可以限制经过多个LED组110-1、110-2、…110-n中的LED的总电流以防止在电压源102中的尖峰的情况下的损坏。控制器电路106也可以与主动反馈（activefeedback）组合使用电流感测输入以调节经过多个LED组110-1、110-2、…110-n中的LED的电流流，使得电流流更接近地跟随输入电压。这维持***100中的高功率因数和减少的谐波失真。控制器电路106可以通过调整控制信号来调节电流流。
现在转向图2，提供开关电路108的框图，开关电路108诸如但不限于图1中所示多个开关电路108-1、108-2、…108-n中的开关电路之一。在图2中，开关电路108包括用于跨越关联LED组（例如图1中所示LED组110-n）耦合的开关226、耦合到开关226的可选开关保护电路222和可选控制器保护电路224。开关226可以是能够响应于控制输入，诸如来自控制器电路106的控制信号来改变导通状态的任何类型的开关器件，诸如双极结晶体管（BJT）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）等。例如在开关226是MOSFET的一个实施例中，控制信号可以耦合到MOSFET的栅极，而源极和漏极可以跨越与其关联的LED组耦合。
控制信号可以经过可选控制器保护电路224耦合到开关226。控制器保护电路224被配置用于防止源于从开关226向控制器电路106施加高电压而的对控制器电路106的潜在损坏。控制器保护电路224可以包括将防止经过控制信号路径向控制器电路106施加损坏性电压的任何部件或者部件组合。在一些实施例中，例如控制器保护电路224可以是高电压二极管。
可选开关保护电路222可以耦合到开关226以防止例如在与开关226关联的LED组中的LED之一在断开状态中出故障的情况下源于向开关施加高电压的对开关的潜在损坏。开关保护电路222可以包括将开关226置于导通状态中以防止对开关的损坏的任何部件或者部件组合。在一些实施例中，开关保护电路222例如可以包括一个或者多个电阻器，该一个或者多个电阻器被配置用于如果LED在断开状态中出故障则迫使开关226进入导通状态中。在开关226是MOSFET的实施例中，开关保护电路222例如可以是在MOSFET的栅极与漏极之间耦合的电阻器。
图3是控制器电路106的框图，该控制器电路106包括运算放大器电路336、用于向运算放大器电路336供电的电源电路305、耦合到可选谐波失真控制电路332的电压参考电路330和可选频率稳定电路334。电源电路305可以是已知的DC电源电路配置并且在一些实施例中可以从电压源102直接或者间接供应功率。电压参考电路330被配置用于提供电压，该电压基于电压源102提供的电压的一部分。在一些实施例中，这一部分可以可调整的，因此实现经过LED串的电流的变化并且因此实现***100的平均功率的变化。向谐波失真控制电路332提供这一部分电压，该谐波失真控制电路332将该信号耦合到运算放大器电路336的非反相输入。谐波失真控制电路332也可以向运算放大器电路336的正功率输入提供附加DC分量以补偿电压源102中的电压降，这可以改进***100的功率因数并且减少***100的谐波失真。
监视经过多个LED组110-1、110-2、…110-n中的（一个或多个）LED的电流流的电流监视器电路112（图1中所示）的输出经过频率稳定电路334耦合到运算放大器电路336的反相输入。运算放大器电路336通过调整它向图1中所示的多个开关电路108-1、108-2、…108-n中的（一个或多个）开关电路提供的控制信号来维持在监视的LED电流流与来自电压源102的输入电压之间的平衡。频率稳定电路334调整运算放大器电路336的频率响应以避免不希望的振荡。在一些实施例中，频率稳定电路334可以包括电阻器-电容器（RC）网络，并且电流监视器电路312可以包括电流感测电阻器。
图4是LED电路400的一个实施例的电路图，该LED电路400包括功率源402、整流器电路404、控制器电路406、包括电阻器R50和R51的电流监视器电路412、包括多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n的LED串以及多个开关电路408-1、408-2、408-3…408-n。多个开关电路408-1、408-2、408-3…408-n中的每个关电路与多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组中的关联的一个LED组并联耦合。例如开关电路408-1与LED组410-1并联耦合。功率源402是被配置用于向整流器电路404提供AC电压、例如在60Hz的120VAC的“市电”功率源。整流器电路404包括以众所周知的桥式整流器配置布置的二极管D52、D53、D54和D55连同电容器C52。整流器电路404跨越电容器C52提供整流的输入电压Vin。
控制器电路406包括电源电路405、包括电阻器R52和R53的电压参考电路430、包括电阻器R56的谐波失真控制电路432、包括运算放大器U50的运算放大器电路436以及包括电阻器R55和电容器C51的频率稳定电路434。电源电路405提供用于运算放大器电路436的供应电压。电源电路405包括电阻器R54、齐纳二极管D50、二极管D51、电容器C50和MOSFETM50，该MOSFETM50耦合到整流器电路404的输出并且以已知配置被提供用于跨越电容器C50提供低电压，例如5VDC供应电压，该电容器C50耦合到运算放大器U50的电源输入。
在分压器配置中提供电压参考电路430的电阻器R52和R53而在电阻器R52与电阻器R53之间的接头耦合到运算放大器U50的非反相输入作为电压参考信号。电流监视器电路412的输出，即跨越电阻器R51的电压代表如经过电阻器R51采样的、经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n的电流并且耦合到运算放大器U50的反相输入。频率稳定电路434的输出也耦合到运算放大器U50的反相输入。频率稳定电路434包括电容器C51和电阻器R55，该电阻器R55耦合到运算放大器U50的输出，即控制器电路406的控制信号输出，并且频率稳定电路434运转用于避免控制信号输出中的不希望的振荡。
为了改进电路400的功率因数，谐波失真控制电路432的输出耦合到运算放大器U50的电源输入连同电源电路405的输出。谐波失真控制电路432包括在运算放大器U50的电源输入与在电阻器R53和电阻器R52与运算放大器U50的非反相输入之间的接头之间耦合的电阻器R56。这一配置补偿整流器电路404中的电压降并且改进功率因数。改进的功率因数也可以减少谐波失真。
在图4中，运算放大器电路436维持在如经过电流感测电路412的电阻器R51采样的、经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n的电流与电压参考电路430提供的电压参考信号之间的平衡。可以通过调整电阻器R52的值来调整经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n的均方根（RMS）电流。
多个开关电路408-1、408-2、408-3…408-n中的每个开关电路包括在图4的所示实施例中是MOSFET的关联开关426-1、426-2、426-3…426-n。每个MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n的源极和漏极跨越多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的关联的一个LED组的（一个或多个）LED耦合。因此，当MOSFET开关之一在导通状态中时，经过开关分流经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的与开关关联的LED组的电流，使得该组中的（一个或多个）LED未被激励并且未发射光。当MOSFET开关之一在非导通状态中时，电流流过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的与开关关联的LED组以激励该组中的（一个或多个）LED，因此它们发射光。
为了防止在多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组中的（一个或多个）LED在断开状态中出故障时源于向非导通MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n施加整流的市电电压的损坏，多个开关电路408-1、408-2、408-3…408-n中的每个开关电路包括多个开关保护电路422-1、422-2、422-3…422-n中的关联开关保护电路。在图4中，多个开关保护电路422-1、422-2、422-3…422-n中的开关保护电路包括在关联MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n的漏极与栅极之间耦合的多个电阻器R1a、R2a、R3a…Rna中的关联电阻器以如果多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组中的（一个或多个）LED中的一个或者多个LED断开出故障则将开关置于导通状态中。多个开关电路408-1、408-2、408-3…408-n中的每个开关电路中的更多多个电阻器R1、R2、R3…Rn中的附加电阻器耦合于每个MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n的栅极与源极之间以保证MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n进入非导通状态。
控制电路406的控制信号输出控制MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n中的每个MOSFET开关的导通状态，该控制信号输出在所示实施例中是运算放大器U50的输出。控制器电路406的控制信号输出经过关联控制器保护电路424-1、424-2、424-3…424-n耦合到MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n中的每个MOSFET开关的栅极。在图4中，控制器保护电路424-1、424-2、424-3…424-n包括关联高电压二极管D1、D2、D3…Dn。对于在非导通状态中的MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n中的任何MOSFET开关，关联高电压二极管D1、D2、D3…Dn将被反向偏置，从而允许那些非导通MOSFET开关浮动至多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的关联LED组的较高电压并且由此保护控制器电路406免受该较高电压。选择关联高电压二极管D1、D2、D3…Dn以操纵所需电压。
如图所示，多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组中的每个LED组可以根据所需光输出而包括单个LED或者串联、并联连接的多个LED或者串联LED的并联组合。然而一般而言，为了效率，可以选择多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的组合正向电压降，使得它大于峰值整流输入电压，即整流器电路404的输出。换言之，对于多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组，每个都具相关联正向电压降Vfi和峰值整流输入电压Vinpk：
为了易于说明，这里可以关于图4中在“左”或者“右”的开关426或者LED组讨论电路400的操作。提供名称“左”或者“右”仅为了方便并且并非意味着关于电路配置进行限制。
继续参照图4，在任何给定的瞬时整流输入电压Vin，将有特定MOSFET开关，即MOSFET开关426-2作为例子，对于其而言在左的所有MOSFET开关，在这一例子中为MOSFET开关426-1将在非导通状态中，并且对于其而言在右的所有MOSFET开关、即MOSFET开关426-3至426-n将在导通状态中。因而，在MOSFET开关426-2左侧的、在这一例子中仅为LED组410-1的所有LED组将被激励，并且在在MOSFET开关426-2右侧的、在这一例子中为LED组410-3至410-n的所有LED组将未被激励。
在这一例子中仅为LED组410-1的激励的LED组的组合正向电压降将略少于整流器电路404提供的整流输入电压，并且剩余电压降将跨MOSFET开关426-2和它的关联LED组410-2下降（fall）。这一电压降将不足以在全电流操作关联LED组410-2，因此MOSFET开关426-2将导通电流中的一些电流。由于有跨越MOSFET开关426-2的电压降，所以它左侧的MOSFET开关、即MOSFET开关426-1将具有比MOSFET开关426-2的源极电压高的源极电压。由于所有MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n的栅极经过关联高电压二极管D1、D2、D3…Dn耦合到共同控制线路，所以MOSFET开关426-1的栅极到源极电压将小于MOSFET开关426-2的栅极到源极电压并且它将导通很少电流或者未导通电流。相似情形将应用于在MOSFET开关426-1左侧的所有其他MOSFET开关，但是在这一例子中没有。此外，耦合到非导通MOSFET开关的栅极的高电压二极管、例如D1将被反向偏置，并且栅极到源极电阻器、例如R1将这些MOSFET开关的栅极到源极电压拉向零，从而进一步保证它们为非导通。
MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n还辅助将经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的电流流维持于具体水平。如果经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的电流流低，则在MOSFET开关426-2右侧的MOSFET开关426-3将开始增加它的电阻。这将升高MOSFET开关426-2的源极电压，并且MOSFET开关426-2将开始变成非导通。如果整流的输入电压Vin上升，则电流流将经过LED组410-2增加而经过关联MOSFET开关426-2减少。在某点，在整流的输入电压Vin继续上升时，经过MOSFET开关426-2的电流流将中止，并且电流流控制功能将传向MOSFET开关426-3。如先前描述的那样，控制器电路406也可以通过调整控制信号辅助将经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的电流流维持于具体水平，并且因此通过来自电流监视器电路412的主动反馈维持MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n的导通状态。
在一些实施例中，开关426可以满足使多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的非操作LED组短路和控制电流的双重作用。在其他实施例中，可以通过操作开关426完全接通或者断开并且经过与LED串串联附着的单独传递元件实施电流控制来分离这些功能。
在一些实施例中，多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的组合正向电压降可以不等于或者超过峰值整流输入电压，即所示实施例中的整流器电路404的输出。在这些境况之下，电路400可能不能控制经过多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的电流流并且损坏可能产生。对这一问题的一种解决方案是出于缓冲电压源402中的偶然峰值而在多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的LED组的右端处包括很少或者从未操作的（一个或多个）附加LED（或者其他电阻元件）。然而这一解决方案可能在美观上或者在经济上不合需要。
可以避免使用未点亮的（一个或多个）LED的一个替代实施例省略与开关电路408-n关联的LED组410-n。可以针对未包括偶然瞬时电压的正常峰值整流输入电压Vin选择与剩余开关电路408-1、408-2、408-3…408-n-1关联的LED组410-1、410-2、410-3…410-n-1中的LED数量。开关电路408-n然后可以吸收任何瞬态或者浪涌，因为它的电压现在自由上升而无原本在LED组410-n中的（一个或多个）LED的钳位（clamping）动作。也应当省略（或者在值上增加）开关电路408-n中的漏极-栅极电阻器Rn以消除电压钳位。可能有必要选择用于最后开关426-n的更高电压额定开关，因为瞬态和浪涌可能包含高电压。可以通过选择具有适当正向电压降的（一个或多个）LED来减少与这一操作模式关联的功率损失。使用具有部分欧姆通道电阻的MOSFET开关426-1、426-2、426-3…426-n也将减少对效率的影响。
如先前说明的那样，与多个开关电路408-1、408-2、408-3…408-n中的每个开关电路关联的、多个LED组410-1、410-2、410-3…410-n中的每个LED组中的（一个或多个）LED数量可以变化。在一些实施例中，可以完成这一点以实现从LED串的一端到另一端的更均匀照射。如果有每个开关电路408的固定数量的LED，则照射将对于被“接通”持续最长时间量的那些LED而言最高，那些LED即在串的较高电压端的LED，诸如与开关电路408-1关联的LED组410-1。可以通过从在最高开关电路电压408-1的LED组410-1到在最低开关电路电压408-n的LED组410-n增加每个LED组中的LED数量来实现更均匀照射。
可以在如下频率驱动LED，这些频率上至MOSFET开关426的开关速度和控制器电路406的运算放大器电路436的响应时间施加的限制而不限于市电功率源302的线路频率。
根据这里描述的实施例的电路可以基于其各种电路部件的适当选择而被配置用于用多种输入电压操作。下表1标识在配置图4中所示实施例用于操作中有用的电路部件的一个例子（电阻器值以欧姆为单位）：
表1
构造和测试如图4中所示电路400。图5是用于如测试的该电路的、市电电压510和市电电流520比对时间的绘图500。电路以在90至100%范围中的电效率、99.9%的市电功率因数和少于3%的总谐波失真（THD）操作。电流波形接近地跟踪电压波形的改变，这指示***将与基于三端双向可控硅开关元件（triac）的切相调光器一起工作。
图6-8图示用于根据这里描述的实施例的开关电路配置的可能拓扑的不同实施例。图6-8中所示实施例600、700和800每个分部包括如上文结合图1描述的电压源102、整流器电路104、控制器电路106和电流监视器电路112。
图6中的实施例600包括LED组610-1、610-2、…610-n的串和开关电路608-1、608-2、…608-n的串。在实施例600中，开关电路608-1、608-2、…608-n都连接到向地分流电流的共同返回路径。这一实施可能需要具有更高电压额定值的开关。图7中的实施例700包括LED组710-1、710-2、…710-n的串和开关电路708-1、708-2、…708-n的串。在实施例700中，来自控制器电路106的控制信号从一个开关电路708-1菊链到下一708-2等。图8中的实施例800包括LED组810-1、810-2、…810-n的串和具有菊链返回路径配置的开关电路808-1、808-2、…808-n的串。
图9-12分别是根据这里描述的实施例的方法900、1000、1100和1200的流程框图。可以示出和描述所示流程框图为包括特定步骤序列。然而将理解，步骤序列仅提供如何可以实施这里描述的一般功能的例子。除非另有指明，并非必须以呈现的顺序执行步骤。
跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，步骤901/1001/1101/1201。LED串包括多个单独LED组。在一些实施例中跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组，其中单独LED组中的至少一个LED组包括多个串联连接的LED，步骤905。在一些实施例中，跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组，其中LED组中的第一LED组包括第一数量的LED，并且LED组中的第二LED组包括第二数量的LED，第一数量不同于第二数量，步骤906配置多个开关，步骤902/1002/1102/1202，开关中的每个开关与LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号而控制经过关联LED组的电流流。在一些实施例中，配置多个开关，开关中的每个开关与LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号而控制经过关联LED组的电流流，其中控制器电路包括：运算放大器电路，用于比较代表电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整控制信号来维持在电流流与输入电压之间的平衡；电源电路，被配置用于根据输入电压生成直流（DC）电压并且向运算放大器电路的功率输入提供DC电压；以及谐波失真控制电路，被配置用于向功率输入注入输入电压的一部分，步骤1110。
关联开关保护电路与开关中的至少一个开关，步骤903/1003/1103/1203，开关保护电路被配置用于在关联LED组中的LED的故障的情况下将开关中的至少一个开关置于导通状态中，其中故障将LED置于断开状态中。在一些实施例中，关联开关保护电路与开关中的至少一个开关，开关保护电路被配置用于在关联LED组中的LED的故障的情况下将开关中的至少一个开关置于导通状态中，其中故障将LED置于断开状态，并且其中开关中的至少一个开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且开关保护电路包括在MOSFET的漏极与栅极之间电耦合的电阻器，步骤904。
在一些实施例中，关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，步骤1007。替代地或者附加地，在一些实施例中，关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，其中控制器保护电路包括二极管，步骤1008。替代地或者附加地，在一些实施例中，关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，其中开关中的至少一个开关是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且控制信号经过二极管耦合到MOSFET的栅极，步骤1009。
在一些实施例中，跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，LED串包括多个单独LED组，其中LED组中的第一LED组包括第一数量的LED，并且LED组中的第二LED组包括第二数量的LED，第一数量不同于第二数量，步骤1211。另外，关联控制器保护电路与开关中的至少一个开关，步骤1212，控制器保护电路被配置用于从跨越开关中的至少一个开关施加的电压隔离控制器电路，其中控制器电路包括：运算放大器电路，用于比较代表电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整控制信号来维持在电流流与输入电压之间的平衡；电源电路，被配置用于根据输入电压生成直流（DC）电压并且向运算放大器电路的功率输入提供DC电压；以及谐波失真控制电路，被配置用于向功率输入注入输入电压的一部分。
如这里所用，术语“电路”可以例如单独地或者在任何组合中包括存储可编程电路执行的指令的硬接线电路、可编程电路、状态机电路和/或固件。
如这里所用，在引用量时使用术语“标称（的）”或者“标称（地）”意味着可以从实际量变化的指定或者理论量。
如这里所用术语“耦合”指代通过其用来向“耦合”的单元赋予一个***单元携带的信号的任何连接、耦合、链接等。这样的“耦合”的设备或者信号和设备未必相互直接连接并且可以被可以操纵或者修改这样的修改的中间部件或者设备分离。同样地，如这里关于机械或者物理连接或者耦合所用术语“连接”或者“耦合”是相对术语并且未要求直接物理连接。
除非另有明示，使用词语“基本上”可以解释为包括精确关系、条件、布置、定向和/或其他特性以及它们的如本领域普通技术人员理解的衍生，以到这样的衍生未在本质上影响公开的方法和***的程度。
贯穿本公开的全文，使用冠词“一个”和/或“一种”和/或“该”修饰名词除非另有明示则可以理解为为了方便而使用并且包括一个或不止一个所修饰的名词。术语“包括”和“具有”旨在是包容性的并且意味着可以存在除所列单元之外的附加单元。
通过附图描述和/或以别的方式描绘成与别的某些元件、部件、模块和/或其部分通信、关联和/或以别的某些元件、部件、模块和/或其部分为基础的元件、部件、模块和/或其部分除非另有规定则可以理解为以直接和/或间接方式这样通信、关联和/或基于。
虽然已经相对于方法和***的具体实施例描述了它们，但是它们不限于此。显然，许多修改和变化可以按照上文教导而变得清楚。本领域技术人可以进行这里描述和图示的部分的在细节、材料和布置上的许多附加改变。

Claims (14)

1.一种用于驱动发光二极管（LED）的***，包括：
跨越被配置用于提供输入电压的电压源耦合的LED串，所述LED串包括多个单独LED组；
多个开关电路，所述开关电路中的每个开关电路包括与所述LED组中的关联的一个LED组并联耦合的开关以响应于来自控制器电路的控制信号而控制经过关联LED组的电流流；
与所述开关中的至少一个开关关联的开关保护电路，所述开关保护电路被配置用于在所述关联LED组中的LED的故障的情况下将所述开关中的至少一个开关置于导通状态中，其中所述故障将所述LED置于断开状态中；以及
与所述开关中的至少一个开关关联的控制器保护电路，所述控制器保护电路被配置用于从跨越所述开关中的所述至少一个开关施加的电压隔离所述控制器电路并且包括二极管。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述开关中的至少一个开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，并且所述开关保护电路包括在所述MOSFET的漏极与栅极之间电耦合的电阻器。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述LED组中的至少一个LED组包括多个串联连接的LED。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述LED组中的第一LED组包括第一数量的LED，并且所述LED组中的第二LED组包括第二数量的LED，所述第一数量不同于所述第二数量。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述开关中的所述至少一个开关是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且所述控制信号经过所述二极管耦合到所述MOSFET的栅极。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器电路包括：
运算放大器电路，被配置用于比较代表所述电流流的信号与代表输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整所述控制信号来维持在所述电流流与所述输入电压之间的平衡；
电源电路，被配置用于根据所述输入电压生成直流（DC）电压并且向所述运算放大器电路的功率输入提供所述DC电压；以及
谐波失真控制电路，被配置用于向所述功率输入注入所述输入电压的一部分。
7.根据权利要求1所述的***，其中所述LED组中的第一LED组包括第一数量的LED，并且所述LED组中的第二LED组包括第二数量的LED，所述第一数量不同于所述第二数量；
并且其中所述控制器电路包括：
运算放大器电路，被配置用于比较代表所述电流流的信号与代表所述输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整所述控制信号来维持在所述电流流与所述输入电压之间的平衡；
电源电路，被配置用于根据所述输入电压生成直流（DC）电压并且向所述运算放大器电路的功率输入提供所述DC电压；以及
谐波失真控制电路，被配置用于向所述功率输入注入所述输入电压的一部分。
8.一种驱动LED的方法，包括：
跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，所述LED串包括多个单独LED组；
配置多个开关，所述开关中的每个开关与所述LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号而控制经过关联LED组的电流流；
关联开关保护电路与所述开关中的至少一个开关，所述开关保护电路被配置用于在所述关联LED组中的LED的故障的情况下将所述开关中的所述至少一个开关置于导通状态中，其中所述故障将所述LED置于断开状态中；
关联控制器保护电路与所述开关中的所述至少一个开关，所述控制器保护电路被配置用于从跨越所述开关中的所述至少一个开关施加的电压隔离所述控制器电路，其中所述控制器保护电路包括二极管。
9.根据权利要求8所述的方法，其中关联包括：
关联开关保护电路与所述开关中的至少一个开关，所述开关保护电路被配置用于在所述关联LED组中的LED的故障的情况下将所述开关中的所述至少一个开关置于导通状态中，其中所述故障将所述LED置于断开状态中，并且其中所述开关中的所述至少一个开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，并且所述开关保护电路包括在所述MOSFET的漏极与栅极之间电耦合的电阻器。
10.根据权利要求8所述的方法，其中耦合包括：
跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，所述LED串包括多个单独LED组，其中所述单独LED组中的至少一个LED组包括多个串联连接的LED。
11.根据权利要求8所述的方法，其中耦合包括：
跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，所述LED串包括多个单独LED组，其中所述LED组中的第一LED组包括第一数量的LED，并且所述LED组中的第二LED组包括第二数量的LED，所述第一数量不同于所述第二数量。
12.根据权利要求8所述的方法，其中关联控制器保护电路包括：
关联控制器保护电路与所述开关中的所述至少一个开关，所述控制器保护电路被配置用于从跨越所述开关中的所述至少一个开关施加的电压隔离所述控制器电路，其中所述开关中的所述至少一个开关是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且所述控制信号经过所述二极管耦合到所述MOSFET的栅极。
13.根据权利要求8所述的方法，其中配置包括：
配置多个开关，所述开关中的每个开关与所述LED组中的关联的一个LED组并联耦合用于响应于来自控制器电路的控制信号而控制经过关联LED组的电流流，其中所述控制器电路包括：
运算放大器电路，用于比较代表所述电流流的信号与代表所述输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整所述控制信号来维持在所述电流流与所述输入电压之间的平衡；
电源电路，被配置用于根据所述输入电压生成直流（DC）电压并且向所述运算放大器电路的功率输入提供所述DC电压；以及
谐波失真控制电路，被配置用于向所述功率输入注入所述输入电压的一部分。
14.根据权利要求8所述的方法，其中耦合包括：
跨越被配置用于提供输入电压的电压供应耦合LED串，所述LED串包括多个单独LED组，其中所述LED组中的第一LED组包括第一数量的LED，并且所述LED组中的第二LED组包括第二数量的LED，所述第一数量不同于所述第二数量；
并且其中所述方法还包括：
关联控制器保护电路与所述开关中的所述至少一个开关，所述控制器保护电路被配置用于从跨越所述开关中的所述至少一个开关施加的电压隔离所述控制器电路，其中所述控制器电路包括：
运算放大器电路，用于比较代表所述电流流的信号与代表所述输入电压的参考电压并且通过响应于比较调整所述控制信号来维持在所述电流流与所述输入电压之间的平衡；
电源电路，被配置用于根据所述输入电压生成直流（DC）电压并且向所述运算放大器电路的功率输入提供所述DC电压；以及
谐波失真控制电路，被配置用于向所述功率输入注入所述输入电压的一部分。
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