CN107135569A - 用于照明装置的控制电路 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于使用LED作为光源的照明装置的控制电路。所述控制电路使用多个LED组中的特定LED组的整流电压的监测结果和输出电压的监测结果来控制驱动电路的驱动电流。

Description

用于照明装置的控制电路

技术领域

本发明涉及一种照明装置，更具体地，涉及一种用于使用LED作为光源的照明装置的控制电路。

背景技术

照明装置被设计为使用能用少量能量就呈现高发光效率的光源，以便减少能耗。在照明装置中使用的光源的代表性示例可以包括LED。LED在诸如能耗、寿命和光质量的各个方面与其它光源不同。

然而，由于LED由电流驱动，因此使用LED作为光源的照明装置需要大量的用于电流驱动的附加电路。为了解决上述问题，已经开发了AC直接型照明装置。

AC直接型照明装置被配置为将AC电压转换成整流电压，并且使用整流电压驱动电流，使得LED发光。由于AC直接型照明装置使用整流电压而不使用电感器和电容器，所以AC直接型照明装置具有令人满意的功率因数。整流电压表示通过对AC电压进行全波整流而获得的电压。

AC直接型照明装置包括一个或多个LED组，并且每个LED组包括一个或多个LED并响应于整流电压的变化而发光。

照明装置被配置为通过利用IC实现的驱动电路形成与LED组的发光相对应的电流路径。

当由于AC电压不稳定而产生具有比设计值更高的峰值的整流电压时，与整流电压的电平相对应的大量驱动电流流过驱动电路的电流路径。结果驱动电路可能由于与具有高峰值的整流电压相对应的驱动电流而过热。

驱动电路的过热可能妨碍照明装置的稳定运行，并且损坏利用IC实现的驱动电路。因此，需要用于照明装置的电流控制，以防止驱动电路由于高的整流电压而过热。

发明内容

各种实施方式针对用于照明装置的控制电路，其能够监测整流电压的峰值，响应于峰值的上升来限制在驱动电路中流动的驱动电流，并且减小利用IC实现的驱动电路的发热，从而保护驱动电路。

此外，各种实施方式针对用于照明装置的控制电路，其能够监测LED组的过剩电压和整流电压的峰值，响应于该峰值和过剩电压的上升来限制在驱动电路中流动的驱动电流，并且减少利用IC实现的驱动电路的发热，从而保护驱动电路。

在一个实施方式中，提供了一种用于照明装置的控制电路，该照明装置包括串联连接的多个LED组，以使用整流电压发光。所述控制电路可以包括：第一监测单元，其被配置为提供监测结果作为第一控制信号，所述监测结果通过监测所述整流电压而获得；第二监测单元，其被配置为提供监测结果作为第二控制信号，所述监测结果通过监测所述LED组中的特定LED组的输出电压而获得；驱动电路，其被配置为通过比较内部参比电压和感测电压来向所述多个LED组中的一个提供用于发光的电流路径，接收通过将所述第一和第二控制信号相加而获得的控制信号，并且通过响应于所述控制信号以调整所述电流路径中的驱动电流量来控制由所述驱动电流产生的热量；以及感测电阻器，其连接至所述电流路径并且配置为提供所述感测电压。

在另一个实施方式中，提供了一种用于照明装置的控制电路，该照明装置包括串联连接的多个LED组，以使用整流电压发光。所述控制电路可以包括：监测单元，被配置为提供监测结果作为控制信号，所述监测结果通过监测所述LED组中的特定LED组的输出电压而获得；驱动电路，被配置为通过比较内部参比电压和感测电压来向所述多个LED组中的一个提供用于发光的电流路径，并且通过响应于所述控制信号以调整所述电流路径中的驱动电流量来控制由所述驱动电流产生的热量；以及感测电阻器，其连接至所述电流路径并且配置为提供所述感测电压。

根据本实施方式，控制电路可以监测整流电压的峰值并且响应于峰值的上升来限制驱动电路的驱动电流。此外，控制电路可以监测LED组的过剩电压并且响应于过剩电压的上升来限制与LED组的发光相对应的驱动电流。因此，控制电路可以通过基于具有高峰值的整流电压的驱动电流来控制利用IC实现的驱动电路的发热。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施方式的用于照明装置的控制电路的方框图。

图2是图1的驱动电路的详细电路图。

图3是表示与单周期整流电压的变化相对应的驱动电流的变化的波形图。

图4是表示具有不同峰值的整流电压的波形图。

图5是表示由具有不同峰值的整流电压形成的过剩电压的波形图。

图6是表示控制信号Vcomp与整流电压的峰值之间的关系的曲线图。

图7是表示驱动电流和整流电压的峰值之间的关系的曲线图。

图8是表示当控制信号Vcomp由第一控制信号决定时的驱动电流的变化的波形图。

图9是表示当控制信号Vcomp由第一和第二控制信号决定时的驱动电流的变化的波形图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。在本说明书和权利要求中使用的术语不限于典型的字典定义，而是必须解释为与本发明的技术思想一致的含义和概念。

在本说明书中描述的实施方式和在附图中示出的配置是本发明的优选实施方式，并且不表示本发明的整个技术思想。因此，可以在提交本申请的时间点提供能够替换实施方式和配置的各种等同物和修改。

参照图1，根据本发明的实施方式的照明装置可以包括电源单元10、照明单元20、驱动电路30、第一监控单元40和第二监控单元50。

电源单元10被配置为提供整流电压Vrec。对于该操作，电源单元100可以包括AC电源VAC和整流器12。AC电源VAC可以包括商用AC电源，并且提供AC电压。整流器12输出通过对AC电源VAC的AC电压进行全波整流而获得的整流电压Vrec。整流器12可以具有典型的桥二极管结构。

由电源单元10提供的整流电压Vrec具有与AC电压的半周期相对应的涟波。在本实施方式中，整流电压Vrec的变化可以被定义为涟波的增加/减少。

照明单元20响应于整流电压Vrec而发光，并且包括LED。包括在照明单元20中的LED可以被划分为多个LED组。图1例示了包括串联连接的四个LED组LED1至LED4的照明单元20。LED组的数目可以根据设计者的意图设置为各种值。

LED组LED1至LED4中的每一个可以包括一个或多个LED或串联、并联或串并联连接的多个LED。

每个LED具有发光电压，并且每个LED组具有与其中包括的LED的数目相对应的水平的发光电压。

LED组LED1发光的电压可以被定义为LED组LED1的发光电压V1，LED组LED1和LED2发光的电压可以被定义为LED组LED2的发光电压V2，LED组LED1至LED3发光的电压可以被定义为LED组LED3的发光电压V3，并且LED组LED1至LED4发光的电压可以被定义为LED组LED4的发光电压V4。

当整流电压Vrec上升时，顺序发光的LED组的数目增加，并且当整流电压Vrec下降时，顺序发光的LED组的数目减少。

驱动电路30通过比较内部参比电压和感测电压来向LED组LED1至LED4中的一个提供用于发光的电流路径，并且对电流路径的驱动电流执行电流调节。

对于该操作，驱动电路30包括端子C1至C4，其连接到包括在照明单元20中包括的LED组LED1至LED4的相应输出端子，并且通过感测电阻器端子Riset连接到感测电阻器Rs。施加到感测电阻器Rs的电压被称为感测电压。驱动电流流过感测电阻器Rs。驱动电路30可以用一个IC制造，并且具有接地端子GND和连接至感测电阻器Rs的感测电阻器端子Riset。

驱动电路30使用感测电阻器Rs的感测电压以提供电流路径。驱动电路30将与流过感测电阻器Rs的驱动电流相对应的感测电压与响应于各个LED组LED1至LED4而内部提供的参比电压进行比较。根据感测电压和参比电压之间的比较结果，驱动电路30可以选择性地在感测电阻器Rs和端子C1至C4之间提供电流路径。

驱动电路30具有用于接收控制信号Vcomp的控制端子Vcompt。驱动电路30接收与稍后描述的第一和第二控制信号之和相对应的控制信号Vcomp，并且响应于控制信号Vcomp通过调整电流路径中的驱动电流Irec的量来控制发热。提供第一控制信号以均匀地保持电力，并且提供第二控制信号以响应于LED组的输出电压的上升而降低电力。

第一监测单元40被配置为监测整流电压Vrec的峰值并输出第一控制信号。对于该操作，第一监测单元40包括用于对整流电压Vrec进行分压的电阻器R11和R12以及用由电阻器R12分压的电压充电的电容器CA。提供电容器CA的充电电压作为第一控制信号。

当整流电压Vrec的峰值上升时，电容器CA的充电电压的电平上升，并且当整流电压Vrec的峰值下降时，电容器CA的充电电压的电平下降。电容器CA提供通过监测先前周期的整流电压的峰值而获得的充电电压作为第一控制信号用于对控制端子Vcompt的电流控制，第一控制信号与当前周期的整流电压相对应。

第二监测单元50提供监测结果作为第二控制信号，该监测结果通过监测LED组LED1至LED4中的特定LED组的过剩电压来获得。

在本实施方式中，第二监测单元50被配置为监测响应于在照明单元20中最终发光的LED组LED4的发光而形成的过剩电压的电平变化，并且输出监测结果作为第二控制信号。

对于该操作，第二监测单元50包括用于对形成在LED组LED4的输出端子处的过剩电压进行分压的电阻器R21和R22以及位于控制端子Vcompt与电阻器R21和R22之间的节点之间的二极管DA。也就是说，提供施加到电阻器R22的电压作为第二控制信号。

在LED组LED4发光之前不形成过剩电压，而是在LED组LED4发光之后具有与“整流电压Vrec-发光电压V4”相对应的电平。当整流电压Vrec的峰值变化时，过剩电压的峰值也变化。也就是说，过剩电压随着比发光电压V4更高的整流电压Vrec的电平变化。第二监测单元50提供监测结果作为第二控制信号，该监测结果是通过基于电流整流电压Vrec监测过剩电压的变化而获得的。

第一监测单元40的第一控制信号和第二监测单元50的第二控制信号通过公共节点施加到驱动电路30的控制端子Vcompt。驱动电路30通过控制端子Vcompt接收与第一和第二控制信号之和相对应的控制信号Vcomp。

第一控制信号被表示为几伏的电平，其表示对在0伏至几百伏的范围内变化的整流电压的监测结果，并且第二控制信号被表示为几伏的电平，其表示对在0V至几十V的范围内变化的过剩电压的监测结果。因此，第二控制信号提供等于或大于发光电压V4的高整流电压Vrec的微小(minute)变化的监测结果。

驱动电路30响应于等于或小于发光电压V4的整流电压Vrec，根据基于第一控制信号的控制信号Vcomp以小规模执行电流控制。此外，驱动电路30响应于比发光电压V4更大的整流电压Vrec，根据通过将第一和第二控制信号相加而获得的控制信号Vcomp以大规模执行电流控制。

在本实施方式中，第二监测单元50被配置成监测LED组LED4的过剩电压。然而，本实施方式不限于此，而是可以做如下修改：考虑到驱动电路30的加热状态，第二监测单元50监测LED组LED2和LED3发光之后的电压变化。

图1的驱动电路30可以参比图2来描述。

驱动电路30包括多个开关电路31至34和参比电压供应单元36。多个开关电路31至34向LED组LED1至LED4提供电流路径，并且参比电压供应单元36提供参比电压VREF1至VREF4。

参比电压供应单元36可以根据设计者的意图被配置为提供具有不同电平的参比电压VREF1至VREF4。参比电压供应单元36可以接收控制信号Vcomp，并且响应于控制信号Vcomp的电平的上升或下降而均匀地升高或降低参比电压VREF1至VREF4的电平。

参比电压供应单元36包括例如串联连接的多个电阻器，并且串联连接的多个电阻器连接到接地端子GND以接收恒定电压。参比电压供应单元36可以被配置为向各个电阻器之间的节点提供具有不同电平的参比电压VREF1至VREF4。在这种情况下，控制信号Vcomp可以被提供到用于输出最高参比电压Vref4的节点，并且控制整个参比电压。与上述配置不同，参比电压供应单元36可以包括独立的电压供应源以提供具有不同电平的参比电压VREF1至VREF4。在这种情况下，控制信号Vcomp可以被单独地或共同地提供给电压供应源，并且控制参比电压。

在具有不同电平的参比电压VREF1至VREF4中，参比电压VREF1具有最低电压电平，并且参比电压VREF4具有最高电压电平。可以按升序设置参比电压VREF1至VREF4的电平。

参比电压VREF1具有用于在LED组LED2发光的时间点断开开关电路31的电平。更具体地，参比电压VREF1可以被设置为比LED组LED2发光的时间点处感测电阻器Rs中形成的感测电压更低的电平。

参比电压VREF2具有用于在LED组LED3发光的时间点断开开关电路32的电平。更具体地，参比电压VREF2可以被设置为比LED组LED3发光的时间点处感测电阻器Rs中形成的感测电压更低的电平。

参比电压VREF3具有用于在LED组LED4发光的时间点断开开关电路33的电平。更具体地，参比电压VREF3可以被设置为比LED组LED4发光的时间点处感测电阻器Rs中形成的感测电压更低的电平。

参比电压VREF4可以设置在整流电压Vrec的上限电平区域中，使得流过感测电阻器Rs的电流变为恒定电流。

开关电路31至34共同连接到用于提供感测电压的感测电阻器Rs，以便执行电流调节并形成电流路径。

开关电路31至34将感测电阻器Rs的感测电压与参比电压供应单元36的参比电压VREF1至VREF4进行比较，并且形成用于照明单元20的发光的电流路径。

当开关电路连接至远离施加了整流电压Vrec的位置的LED组时，每个开关电路31至34接收高电平参比电压。

开关电路31至34分别包括比较器38a至38d和开关元件。开关元件可以分别用NMOS晶体管39a至39d来实现。

各个开关电路31至34的每个比较器38a至38d包括被配置为接收参比电压的正输入端(+)、被配置为接收感测电压的负输入端(-)、以及被配置为输出参比电压和感测电压之间的比较结果的输出端子。

开关电路31至34的NMOS晶体管39a至39d根据施加到其栅极的各个比较器38a至38d的输出执行开关操作。各个NMOS晶体管39a至39d的漏极和各个比较器38a至38d的负输入端子(-)共同连接到感测电阻器Rs。

根据上述配置，感测电阻器Rs可以将感测电压施加到各个比较器38a至38d的输入端子(-)，并且提供与各个开关电路31至34的NMOS晶体管39a至39d相对应的电流路径。

在上述照明装置中，LED组LED1至LED4可以响应于整流电压Vrec的变化而顺序地发光，并且与LED组LED1至LED4的顺序发光相对应的电流路径可以是通过驱动电路30提供。

当整流电压Vrec的峰值保持稳定电平时，图1和2的实施方式可以如图3中所示来操作。

当整流电压Vrec处于初始状态时，开关电路31至34都保持打开状态，因为施加到其正输入端子(+)的参比电压VREF1至VREF4高于跨过感测电阻器Rs的感测电压，该感测电压在被施加到其负输入端子(-)。当整流电压Vrec处于初始状态时，LED组LED1至LED4不发光。

然后，当整流电压Vrec上升以达到发光电压V1时，LED组LED1发光。当照明单元20的LED组LED1发光时，连接到LED组LED1的开关电路31提供用于发光的电流路径。

当整流电压Vrec达到发光电压V1使得LED组LED1发光并且通过开关电路31形成电流路径时，已经增加到预定电平的驱动电流Irec流过由开关电路31形成的电流路径。

然后，当整流电压Vrec上升到发光电压V2时，开关电路31使用在感测电阻器Rs处形成的感测电压执行电流调节操作，并且流过开关电路31的驱动电流保持恒定电流。

当整流电压Vrec达到发光电压V2时，LED组LED2发光。当照明单元20的LED组LED2发光时，连接到LED组LED2的开关电路32提供用于发光的电流路径。

当整流电压Vrec达到发光电压V2使得LED组LED2发光并且通过开关电路32形成电流路径时，感测电阻器Rs的感测电压的电平上升。此时的感测电压的电平高于参比电压VREF1。

因此，开关电路31的NMOS晶体管39a通过比较器38a的输出而关闭。也就是说，开关电路31被关闭，并且开关电路32提供与LED组LED2的发光相对应的电流路径。此时，LED组LED1也保持发光状态，并且流过开关电路32的驱动电流Irec的电平上升。

然后，当整流电压Vrec上升到发光电压V3时，开关电路32使用在感测电阻器Rs处形成的感测电压执行电流调节操作，并且流过开关电路32的驱动电流保持恒定电流。

当整流电压Vrec达到发光电压V3时，LED组LED3发光。当LED组LED3发光时，连接到LED组LED3的开关电路33提供用于发光的电流路径。

当整流电压Vrec达到发光电压V3使得LED组LED3发光并且通过开关电路33形成电流路径时，感测电阻器Rs的感测电压的电平上升。此时的感测电压的电平高于参比电压VREF2。

因此，开关电路32的NMOS晶体管39b通过比较器38b的输出而关闭。也就是说，开关电路32被关闭，开关电路33提供与LED组LED3的发光相对应的电流路径。此时，LED组LED1和LED2也保持发光状态，并且流过开关电路32的驱动电流Irec的电平上升。

然后，当整流电压Vrec上升到发光电压V4时，开关电路33使用在感测电阻器Rs处形成的感测电压执行电流调节操作，并且流过开关电路33的驱动电流保持恒定电流。

然后，当整流电压Vrec连续上升以达到发光电压V4时，LED组LED4发光。当LED组LED4发光时，连接到LED组LED4的开关电路34提供用于发光的电流路径。

当整流电压Vrec达到发光电压V4使得LED组LED4发光并且通过开关电路34形成电流路径时，感测电阻器Rs的感测电压的电平上升。此时的感测电压的电平高于参比电压VREF3。

因此，开关电路33的NMOS晶体管39c通过比较器38c的输出而被关闭。也就是说，开关电路33被关闭，开关电路34提供与LED组LED4的发光相对应的电流路径。此时，LED组LED1至LED3也保持发光状态，并且流过开关电路34的驱动电流Irec的电平上升。

当在LED组LED4发光之后整流电压Vrec上升时，整流电压Vrec可能变为过压。响应于整流电压Vrec的上升，LED组LED3的输出电压也上升。

然后，当整流电压Vrec在上升到峰值之后下降到发光电压V4时，开关电路34使用在感测电阻器Rs处形成的感测电压来执行电流调节操作，并且流过开关电路34的驱动电流保持恒定电流。

然后，当整流电压Vrec减小时，连接到LED组LED4至LED1的开关电路34至31被顺序地关闭，并且LED组LED4至LED1被顺序地关闭。

当整流电压Vrec的峰值从Vrec1上升到Vrec2时，如图4中所示，在LED组LED4的发光之后形成的过剩电压从V41上升到V42，如图5中所示。

当整流电压Vrec的峰值从Vrec1上升到Vrec2时，驱动电路30的电流路径上的电流量随着峰值的上升而增加，并且驱动电路30的发热增加。

根据本实施方式，通过第一监测单元40和第二监测单元50的操作来控制发热的增加。

参照图6，第一监测单元40提供第一控制信号A，其响应于整流电压Vrec的峰值的变化而逐渐增加，并且第二监测单元50提供第二控制信号B，其在LED组LED4发光之后增加到大于第一控制信号A的值。

与第一和第二控制信号A和B之和相对应的控制信号Vcomp被提供给驱动电路30的参比电压供应单元36。当整流电压Vrec高(Vrec2)时，以高电平形成参比电压VREF1至VREF4，并且当整流电压Vrec低(Vrec1)时，以低电平形成参比电压VREF1至VREF4。

将开关电路31至34打开的时间点由已升至高电平的参比电压VREF1至VREF4控制，并且流过开关电路31至34的驱动电流Irec的量减小。也就是说，当整流电压Vrec上升时，驱动电路30的电流路径上的驱动电流Irec的量减小，如图7的Irec_A所示。

特别地，当在LED组LED4的发光之后提供第二控制信号B并且第二控制信号B增加到比第一控制信号A更大的值时，参比电压VREF1至VREF4进一步上升，并且流过开关电路34的驱动电流Irec的量进一步减小。也就是说，响应于比发光电压V4更高的整流电压Vrec的变化，驱动电路30的电流路径上的驱动电流Irec的量减小，如图7的Irec_B所示。

当控制信号Vcomp由第一控制信号A决定时，驱动电流Irec可以响应于单周期整流电压Vrec的变化而减小到驱动电流Irec_A，如图8中所示。此外，当控制信号Vcomp由第一和第二控制信号A和B决定时，驱动电流Irec可以响应于单周期整流电压Vrec的变化而减小到驱动电流Irec_B，如图9中所示。

图8和9表示在比发光电压V4更高的整流电压Vrec处，从驱动电流Irec到驱动电流Irec_B的减小大于从驱动电流Irec到驱动电流Irec_A的减小。

根据本实施方式的用于照明装置的控制电路可以监测整流电压的峰值，并且响应于峰值的上升来限制与LED组的发光相对应的驱动电流。此外，控制电路可以监测LED组的过剩电压，并且响应于过剩电压的上升来限制与LED组的发光相对应的驱动电流。因此，控制电路可以响应于整流电压Vrec的峰值的上升而减小利用IC制造的驱动电路的发热，从而保护驱动电路。

虽然上面已经描述了各种实施方式，但是本领域技术人员将理解，所描述的实施方式仅仅是示例性的。因此，不应基于所描述的实施方式来限制本文所描述的公开内容。

Claims (12)

1.一种用于照明装置的控制电路，该照明装置包括串联连接的多个LED组，以使用整流电压发光，所述控制电路包括：

第一监测单元，其被配置为提供监测结果作为第一控制信号，所述监测结果通过监测所述整流电压而获得；

第二监测单元，其被配置为提供监测结果作为第二控制信号，所述监测结果通过监测所述LED组中的特定LED组的输出电压而获得；

驱动电路，其被配置为通过比较内部参比电压和感测电压来向所述多个LED组中的一个提供用于发光的电流路径，接收通过将所述第一和第二控制信号相加而获得的控制信号，并且通过响应于所述控制信号以调整所述电流路径中的驱动电流量来控制由所述驱动电流产生的热量；以及

感测电阻器，其连接到所述电流路径并且配置为提供所述感测电压。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，提供所述第一控制信号以均匀地保持电力，并且提供所述第二控制信号以响应于LED组的输出电压的上升而降低电力。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述第一监测单元提供监测结果作为所述第一控制信号，所述监测结果通过监测所述整流电压的峰值而获得。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述第一控制信号是通过监测先前周期的整流电压而获得的监测结果。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述第一监测单元包括用通过对所述整流电压分压而获得的电压充电的电容器，并且将所述电容器的充电电压提供为所述第一控制信号。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述第二监测单元提供监测结果作为所述第二控制信号，所述监测结果通过监测最终发光的LED组的过剩电压而获得。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述驱动电路通过响应于所述控制信号的变化而改变所述参比电压的电平来调整驱动电流量。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述驱动电路包括：

参比电压供应单元，被配置为提供具有与各个LED组相对应的不同电平的参比电压，并且响应于所述控制信号的变化而改变所述参比电压的电平；以及

开关电路，被配置为将所述感测电压与用于各个LED组的参比电压进行比较，并且向多个LED组中的一个提供用于发光的电流路径。

9.一种用于照明装置的控制电路，该照明装置包括串联连接的多个LED组，以使用整流电压发光，所述控制电路包括：

监测单元，被配置为提供监测结果作为控制信号，所述监测结果通过监测所述LED组中的特定LED组的输出电压而获得；

驱动电路，被配置为通过比较内部参比电压和感测电压来向所述多个LED组中的一个提供用于发光的电流路径，并且通过响应于所述控制信号以调整所述电流路径中的驱动电流量来控制由所述驱动电流产生的热量；以及

感测电阻器，其连接到所述电流路径并且配置为提供所述感测电压。

10.根据权利要求9所述的控制电路，其中，提供所述控制信号以响应于LED组的输出电压的升高来降低电力。

11.根据权利要求9所述的控制电路，其中，所述监测单元提供监测结果作为所述控制信号，所述监测结果通过监测最终发光的LED组的过剩电压而获得。

12.根据权利要求9所述的控制电路，其中，所述驱动电路通过响应于所述控制信号的变化而改变参比电压的电平来调整所述驱动电流量。