一种LED照明设备包括辅助电源，其将功率提供给LED照明设备的控制电路，控制电路接收来自照明设备的发光二极管(LED)串的端子的输入，该输入具有比连接照明设备的线电压实质上低的电压。该端子可以在LED串内，或者可以为串的末端。线性调节器可以根据串中的多个LED两端的压降来操作，使得被辅助电源浪费的能量最小化。在其他设计中，辅助电源可以仅在需要时与LED串断续地串联。断续连接可用于在提供给LED串的电压较低时正向偏置LED串的一部分，增加了总体的亮度。
多个串联的发光二极管，其中，所述串联的发光二极管耦合在输入电压源和与所述输入电压源相关联的输入电压返回之间；
开关功率转换器，具有磁性存储元件和开关元件，所述开关元件用于控制通过所述多个串联的发光二极管提供的电流；以及控制电路，用于控制所述开关功率转换器的所述开关元件，其中，通过从所述多个串联的发光二极管的端子生成的电源电压来提供所述控制电路的电源输入，所述电源电压的电压实质上小于所述输入电压源的电压；
开关电路，与所述多个串联的发光二极管和所述输入电压源串联耦合，其中所述开关电路交替地导致电流从所述多个串联的发光二极管的端子向处于第一开关状态的所述输入电压返回供应以及向处于第二开关状态的所述控制电路的电源输入供应；以及第二多个串联的发光二极管，其耦合在所述开关电路和所述输入电压返回之间，其中，所述开关电路交替地将电流提供给所述第二多个串联的发光二极管和所述电源输入。
2.根据权利要求1所述的照明电路，其中，所述开关电路包括：
开关，用于断续地将所述多个串联的发光二极管耦合至所述第一开关状态的输入电压返回；以及
二极管，耦合在所述多个串联的发光二极管与所述控制电路的电源输入之间。
3.根据权利要求1所述的照明电路，还包括：比较电路，用于通过比较所述电源电压与阈值电压来控制所述开关电路，其中，所述比较电路响应于所述电源电压的幅度小于所述阈值电压的幅度而设置所述第二开关状态。
4.根据权利要求1所述的照明电路，其中，所述多个串联的发光二极管耦合在所述输入电压源与所述输入电压返回之间，所述多个串联的发光二极管的端子是将所述多个串联的发光二极管的第一子集和所述多个串联的发光二极管的第二子集连接的端子，所述第一子集将所述输入电压源耦合至所述端子，所述第二子集将所述端子耦合至所述输入电压返回。
5.根据权利要求4所述的照明电路，其中，所述端子直接耦合至所述控制电路的电源输入，通过所述多个串联的发光二极管的第二子集两端的压降来确定所述电源电压。
6.根据权利要求4所述的照明电路，还包括开关电路，用于断续地在所述控制电路的电源输入与所述输入电压返回之间耦合所述端子。
7.根据权利要求6所述的照明电路，其中，通过电流控制器来控制所述开关电路，所述控制器控制提供给所述多个串联的发光二极管的电流，并且其中所述开关电路在所述多个串联的发光二极管两端提供的电压小于正向偏置所述多个串联的发光二极管的第一子集和第二子集所需的电压时将所述端子耦合至所述控制电路的电源输入，从而通过所述开关电路断续地传导电流以正向偏置所述多个串联的发光二极管的第一子集。
8.一种生成电路的辅助电源的方法，所述电路控制功率从输入电压源到照明设备的传送，所述照明设备包括多个串联的发光二极管，所述方法包括：控制从所述输入电压源对磁性能量存储元件的充电以及对所述磁性能量存储元件的放电，以施加存储在所述磁性能量存储元件中的能量，从而提供所述多个串联的发光二极管两端的电压，其中通过控制耦合至所述磁性能量存储元件的开关电路的控制电路来执行所述控制；以及生成从所述多个串联的发光二极管的端子提供给所述控制电路的电源输入的电源电压，所述电源电压的电压实质上小于所述多个串联的发光二极管两端提供的电压；其中所述生成包括交替地导致电流从所述多个串联的发光二极管的端子向处于第一开关状态的所述输入电压返回供应以及向处于第二开关状态的所述控制电路的电源输入供应；并且其中所述生成还交替地将所述多个串联的发光二极管的端子耦合至处于第三开关状态的第二多个串联的发光二极管。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述生成还包括：
响应于所述电源电压的幅度小于所述阈值电压的幅度，设置所述第二开关状态。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个串联的发光二极管耦合在所述输入电压源与输入电压返回之间，所述多个串联的发光二极管的端子是连接所述多个串联的发光二极管的第一子集和所述多个串联的发光二极管的第二子集的端子，所述第一子集将所述输入电压源耦合至所述端子，所述第二子集将所述端子耦合至所述输入电压返回。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述端子直接耦合至所述控制电路的电源输入，其中通过所述多个串联的发光二极管的第二子集两端的压降来确定所述电源电压。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：在所述控制电路的电源输入与所述输入电压返回之间断续地耦合所述端子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制对向所述多个串联的发光二极管提供的电流进行控制，并且其中当所述多个串联的发光二极管两端提供的电压小于正向偏置所述多个串联的发光二极管的第一子集和第二子集所需的电压时，所述断续地耦合在所述控制电路的电源输入之间耦合所述端子。
LED(发光二极管)串驱动的可控电源
技术领域
[0001] 本发明总的来说涉及诸如包括在发光二极管(LED)灯内的照明设备电源，并且特别地，涉及用于从控制电路控制的LED串供电的LED照明设备电源的控制电路。
背景技术
[0002] 照明控制和电源集成电路(IC)通常用于电子系统和可替换消费照明设备，例如替代传统白炽灯泡的发光二极管(LED)和紧凑型荧光灯(CFL)。
[0003] 为了从典型的AC电源线电压为LED照明设备供电，AC电源线电压必须设法减小到照射设备中的LED所要求的相对较低的电压。实现减小的一种方式是串联LED以形成串，然后从较大的电源电压供电。较大的电源电压通常从开关功率转换器提供，该开关功率转换器控制提供给LED串的电流并且通常还执行一些电压转换到提供给LED串的中间电压。操作开关电源的控制电路通常还要求电源电压远小于AC线电压的电压。电源电压通常由线性电源生成。根据典型的线性电源生成控制器电源电压浪费能量并且为电路添加了一些复杂度。
[0004] 因此，期望提供具有改进的能量效率和/或降低复杂度的LED照明设备。
发明内容
[0005] 一种用于控制提供给一个或多个照明设备的功率的控制电路、一种用于控制这种电路的集成电路(“IC”)以及一种操作电路的方法提供了改进的效率、降低的复杂度和/或LED照明设备中的其他优势。
[0006] 电路包括开关功率转换器，其具有磁性存储元件以及用于控制从线电压输入源提供给发光二极管(LED)的一个或多个串的电流的开关元件。电路向控制电路提供功率，控制电路从LED串的端子(其可以是LED串内的端子或者LED串末端的端子)控制开关功率转换器的开关元件。该端子具有实质上小于输入电压源的电压的电压，使得LED串提供从AC线源的电压到控制电路的电源输入的至少一部分的压降。
[0007] 本发明的前述和其他目的、特征和优势将从以下更具体的附图所示的本发明优选实施例的详细描述中变得明显。
附图说明
[0008] 图1是示出示例性照明电路的框图。
[0009] 图2是示出可用于图1的照明电路的辅助电源电路的简化示意图。
[0010] 图3是示出可用于图1的照明电路的另一辅助电源电路的简化示意图。
[0011] 图4是示出图3的辅助电源电路内的信号的信号波形图。
[0012] 图5至图7是示出可用于图1的照明电路的其他辅助电源电路的简化示意图。
[0013] 图8是示出并入图7的辅助电源20E的照明电路内的信号的时序图。
具体实施方式
[0014] 本公开揭示了用于供电和控制串联的发光二极管(LED)的串的电路和方法，其中，用于控制包括LED的照明设备内的开关电源的控制电路的辅助功率从LED串自身提供。在具体实施例中，发光二极管(LED)的串被封装以替代白炽灯。从照明设备内的LED串的端子(其可以是LED串内的端子或者LED串末端的端子)提供或生成电源电压。由于从端子提供的电压充分大于从开关电源的输入处的整流AC线电压提供的电压，所以保存了否则会在产生辅助电源电压的过程中浪费的能量。
[0015] 现在参照图1，示出了示例性照明电路5。电感器L1提供磁性存储元件，来自所述存储元件的能量被从整流线电压源+VS提供至第一照明设备LD1和第二照明设备LD2。整流线电压源+VS通过电容器CRECT被滤波以去除高频噪声，并且从连接至电路(该电路通过调光器或直接耦合至AC线电压电路)的桥式整流器BR1提供。在所示实施例中，照明设备LD1和LD2是照明设备LD1中串联的发光二极管(LED)D1A-D1Z和照明设备LD2中串联的LED D2A-D2Z的串。照明电路5使用升压转换器拓扑来提供通过照明设备LD1和LD2中的一个或两个的电流ILED。照明设备LD1和LD2两端的电压分别被电容器C1和C2平滑。在充电阶段期间，开关晶体管N1被激活以通过传导电流经过电感器L1来在电感器L1中存储能量。晶体管N1通过控制器电路14来激活，根据输入电源电压+Vs来操作控制器电路14。在电感器L1中的能量达到适当水平时，控制器电路14使晶体管N1去激活，从而根据串控制电路22是否允许电流从照明设备LD1和LD2返回到地，而导致升压反激式传导(boost flyback conduction)通过二极管D1以及照明设备LD1和LD2内的LED串中的一个或两个。电感器L1中的能量水平可以通过经过电感器L1的电流来确定，该电流可以通过检测提供给控制器电路14的感应电阻器Rs两端的电压来确定。在串控制电路22和控制器电路14之间提供的同步信号可以直接耦合，或者通过耦合电容器或变压器隔离，并且可以源自串控制电路22或控制器电路14处。
[0016] 集成电路(IC)10包括控制器电路14以操作开关晶体管N1，该开关晶体管N1示为在IC 10的外部，但是其可替换地包括在IC 10内。控制器电路14可以是脉宽调制器或者能够通过激活开关晶体管N1控制从电感器L1传送的能量的量的其他适当的控制器。可以根据调光值DIM来控制该值，调光值可以通过集成电路10内部或外部的源来提供并且可以可替换地或组合地通过调光检测电路12来可选地确定，调光检测电路12检测控制得到电源电压+Vs的线电压的调光器的调光水平。电压感应电路16可以设置为进一步向控制器电路14通知电源电压+Vs的幅度。辅助电源20向集成电路10的内部电路(具体地，控制器电路14，其仅需要生成充足的输出电压摆动以完全接通开关晶体管N1)提供辅助电源电压VDD。在本文给出的实例中示出了从由照明设备LD1内的LED D1A-D1Z形成的LED串的端子产生辅助电源电压VDD的各种电路。如图所示，端子可以是LED串内或者LED串的末端的端子。端子处的电压具有比电容器C1两端的电压(例如，40V)实质上低的电压(例如，12V-15V)，使得节省了能量，而不消耗否则会通过将辅助电源电压VDD调节为较低电压而浪费的功率。
[0017] 现在参照图2，示出了示例性辅助电源电路20A和相关联的拓扑。辅助电源电路20A为通过齐纳二极管Z1提供的线性调节器的形式，其中齐纳二极管Z1具有齐纳电压，使得在输出端处产生用于辅助电源电压VDD的期望12V-15V的值。滤波电容器C3被设置为从辅助电源电压VDD中去除高频分量。在辅助电源电路20A中，传导通过LED D1A-D1Z的所有电流ILED经过连接至辅助电源电压VDD的一个负载或者经过齐纳二极管Z1。然而，在所示拓扑中提高了效率，因为在LED D1A-D1Z两端，而不是通过诸如电阻器或晶体管的损耗器件，来提供从电源输入到齐纳二极管Z1的阴极的压降(或对LED进行点亮)。
[0018] 现在参照图3，示出了另一示例性辅助电源电路20B和相关联的拓扑。辅助电源电路20B为滞后调节器的形式，其交替地分流通过开关S1的电流ILED，除了从触发器30提供的控制信号/charge在被解除断言(de-assert)时指示辅助电源电压VDD的值下降到由比较器K1检测的较低阈值电压VLOW以下时。比较器K1具有输出，该输出在断言(assert)时设置触发器30以重置控制信号/charge，使得开关S1断开直到触发器30被比较器K2的指示辅助电源电压VDD上升到较高阈值电压VHIGH之上的输出所重置为止。图4示出了操作期间辅助电源电路20B内的信号。当开关S1处于断开开关状态时(这发生在滤波电容器C3两端的电压在图4所示的时间T0处落到低于阈值电压VLOW时)，电流ILED被引导通过二极管D2来对滤波电容器C3充电，直到滤波电容器C3两端的电压在时间T1处上升到较高阈值电压VHIGH以上，使得开关S1被设置为闭合开关状态。比较器K1和触发器30由此进行操作，以通过可交替地改变S1的开关状态来控制开关S1，从而调节辅助电源电压VDD。较低阈值电压VLOW和较高阈值电压VHIGH的示例性值分别为12V和15V。在辅助电源电路20B中，效率被提高到甚至比图2的辅助电源电路20A更大的程度，这是因为LED D1A-D1Z和辅助电源20B两端的所有的压降对滤波电容器C3充电或者点亮LED D1A-D1Z。
[0019] 现在参照图5，示出了另一示例性辅助电源电路20C和相关联的拓扑。辅助电源电路20C类似于图3的辅助电源电路20B，其中，辅助电源电路20C为滞后调节器的形式。因此，下面只描述差异。辅助电源电路20C根据串控制电路22C的内部状态，交替地分流电流ILED通过开关S1或通过另一开关S2，串控制电路22C在照明设备LD2被激活时，断言控制信号illume以导通开关S2，使电流ILED通过照明设备LD2，并且交替地断言控制信号shunt以将电流ILED引导至地。根据照明设备LD2所需的强度的量，控制信号illume可以仅在周期的一部分内被激活。如在图3的辅助电源电路20B中，当控制信号charge表示辅助电源电压VDD的值下降到由比较器K1检测的较低阈值电压VLOW以下以及直到滤波电容器C3两端的电压上升到由比较器K2检测的较高阈值电压VHIGH以上时，辅助电源电路20C断言控制信号charge，使得串控制电路22C解除断言控制信号shunt和控制信号illume以便通过二极管D2对滤波电容器C3充电。控制信号shunt和控制信号illume的解除断言可以同步，使得如果控制信号illume仅将在周期的一部分中被断言并且控制信号charge已经被断言时，辅助电源电路20C响应于控制信号charge延迟动作，使得在对滤波电容器C3充电的同时仅控制信号shunt被解除断言。照明设备LD2例如可以是琥珀色LED串，其通常与照明设备LD1相比在较低的强度下进行操作，并且被设置为“软化”从照明设备LD1提供的光。
[0020] 现在参照图6，示出了另一示例性辅助电源电路20D以及相关联的拓扑。辅助电源电路20D直接从照明设备LD1的端子提供辅助电源电压VDD，滤波电容器C3从中过滤任何高频噪声。选择由LED D1A-D1Z形成的LED串的端子以提供辅助电源电压VDD的所需值，其在该实例中从四个LED D1W、D1X、D1Y和D1Z两端的压降来提供，这对于通常用于照明的LED来说将产生12V和14V之间的辅助电源电压VDD。
[0021] 现在参照图7，示出了另一示例性辅助电源电路20E和相关联的拓扑。辅助电源电路20E类似于图6的辅助电源电路20D，除了辅助电源电路20E还包括类似于图3所示辅助电源电路20B所提供的滞后调节器。因此，下面仅描述差异。在示例性辅助电源电路20E中，并非在不对滤波电容器C3充电时将电流ILED分流通过开关，示例性辅助电源电路20E仅在滤波电容器C3要求充电时使用控制信号charge来激活开关S2，从而仅在辅助电源电压VDD下降到由比较器K1检测的较低阈值电压VLOW以下时破坏电流ILED。激活开关S2的效果是从LED D1W、D1X、D1Y和D1Z转移电流，这趋于在对滤波电容器C3充电的同时降低这些LED的强度。然而，逻辑OR门OR1可以可选地设置为同步触发器30的激活，使得控制信号charge仅在控制信号sync不被断言时被断言。可从图1的电压感应电路16提供的控制信号sync具有图8所示的波形，并且当电容器C1两端的电压可下降到如下电压时仅在激活周期的末端处不激活，在该电压处照明设备LD1内的LED串可能失去正向偏置，即在时间t1和t2之间，然后在时间t3处再次开始)。因此，滤波电容器C3的充电甚至可有利地用于照明设备LD1产生的强度。在图8所示实例中，电压Vdim是提供给图1的桥式整流器BR1的前沿切割调光电压，但是控制信号sync还可以利用用于后沿切割调光器输出的AC线电压VLINE的半周期的开始进行定时，或者用于其中AC线电压VLINE被直接提供给桥式整流器BR1的应用的AC线电压VLINE的半周期的开始和/或末端处进行定时，或者当图1的调光检测器12检测到电压Vdim没有切割(100％强度)时进行定时。控制信号sync可以基于输入电压波形(Vdim或VLINE)的特定定时或电压电平来激活。
[0022] 虽然参考优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行前述和其他形式以及细节的变化。
