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使用高电压驱动发光二极管的装置

阅读：207发布：2021-02-24

IPRDB可以提供使用高电压驱动发光二极管的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种使用高电压驱动发光二极管的装置，包括两个发光二极管驱动电路，和两个可由通用控制器导通或断开的开关装置，以便可将该两个发光二极管驱动电路，以两种不同的结构连接。当输入电压处于从整流的90伏交流电压到整流的140伏交流电压的范围内时，两个开关装置的控制方式是将两个发光二极管驱动电路并联连接。当输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，两个开关装置被控制为将一个发光二极管驱动电路中的发光二极管单元的发光二极管段与另一个发光二极管驱动电路串联连接。，下面是使用高电压驱动发光二极管的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于驱动多个发光二极管的装置，其特征在于，包括：

第一和第二发光二极管驱动电路，每个发光二极管驱动电路包括：

多个发光二极管分为串联连接的多个发光二极管段，包括一领头的发光二极管段和一尾部的发光二极管段，上述多个发光二极管段中的每一个发光二极管段具有正端和负端；

多个电压控制限流元件，上述多个电压控制限流元件中的每一个电压控制限流元件在上述多个发光二极管段中有一个相对应关联的发光二极管段，并且具有第一端子连接到相关联的发光二极管段的负端，第二端子被施加偏置电压，第三端子连接到一公共节点；

一功率损耗减小电路，其正端连接到上述公共节点；和

一电流源，其第一端连接到上述功率损耗减小电路的负端，其第二端连接到地；

第一开关装置，其第一端连接到上述第一发光二极管驱动电路的领头的发光二极管段的正端，其第二端连接到上述第二发光二极管驱动电路的领头的发光二极管段的正端；

第二开关装置，其第一端连接到上述第一发光二极管驱动电路的尾部的发光二极管段的负端，其第二端连接到上述第二发光二极管驱动电路的领头的发光二极管段的正端；

一通用控制器，控制上述第一和第二开关装置和上述第一发光二极管驱动电路的电流源；和一输入电压连接到上述第一发光二极管驱动电路的领头的发光二极管段的正端和上述通用控制器；

其中当上述输入电压在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压之间时，上述第一开关装置导通，上述第二开关装置断开，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第一开关装置断开，上述第二开关装置导通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中上述第二开关装置是二极管。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中上述第一发光二极管驱动电路的电流源具有电流设定电阻器Rset和用于从上述通用控制器接收电流设定信号Vset的节点。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：

一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送用于控制上述第一开关装置的第一开关控制信号；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

一电压比较器，将一电压感测信号与一临界电压进行比较，并输出电压比较信号；

一NAND闸，接收上述第二开关控制信号和上述电压比较信号并输出电压选择信号；和一电压选择器，由上述电压选择信号控制，用于选择一参考电压或接地电压作为上述电流设定信号，以控制上述第一发光二极管驱动电路的电流源。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，其中上述电压感测信号连接到上述峰值电压检测器的输入节点。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，其中上述第二发光二极管驱动电路的电流源具有一连接到地的电流感测电阻器，并且跨在上述电流感测电阻器的电压被反馈到上述通用控制器作为上述电压感测信号。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：

一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送用于控制上述第一开关装置的第一开关控制信号；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

一电压相减器，从一参考电压减去一电压感测信号，并输出相减后的电压；和一电压选择器，由上述第二开关控制信号控制，用于选择上述相减后的电压或上述参考电压作为上述电流设定信号，以控制上述第一发光二极管驱动电路的电流源；

其中上述第二发光二极管驱动电路的电流源具有一连接到地的电流感测电阻器，并且跨在上述电流感测电阻器的电压被反馈到上述通用控制器作为上述电压感测信号。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：

一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送用于控制上述第一开关装置的第一开关控制信号；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

第一电压比较器，将一电压感测信号与一临界电压进行比较并输出第一电压比较信号；

一NAND闸，接收上述第二开关控制信号和上述第一电压比较信号，并输出电压选择信号；

第一电压选择器，由上述电压选择信号控制，用于选择一参考电压或过渡电压作为上述电流设定信号，以控制上述第一发光二极管驱动电路的电流源；

第二电压比较器，比较上述电压感测信号与上述临界电压和上述参考电压之和，并输出第二电压比较信号；

一电压相减器，从上述临界电压和上述参考电压之和减去上述电压感测信号，并输出相减后的电压；和第二电压选择器，由上述第二电压比较信号控制，用于选择上述相减后的电压或一接地电压作为上述过渡电压。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，其中上述电压感测信号连接到上述峰值电压检测器的输入节点。

10.一种用于驱动多个发光二极管的装置，其特征在于，包括：

第一和第二发光二极管驱动电路，每个发光二极管驱动电路包括：

一功率损耗减小电路，其正端连接到上述公共节点；和

一底部电压控制限流元件，其具有第一端子连接到上述功率损耗减小电路的负端，第二端子连接到一控制电压，和第三端子；

一电流源，其第一端连接到上述第一和第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的第三端子，其第二端连接到地；

一通用控制器控制上述第一和第二开关装置和上述电流源，以及提供上述第一和第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；和一输入电压，连接到上述第一发光二极管驱动电路的领头的发光二极管段的正端和上述通用控制器；

其中当上述输入电压在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压之间时，上述第一开关装置导通，上述第二开关装置断开，并且提供给第一和第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压被设定为相同，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第一开关装置断开，上述第二开关装置导通，并且上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压，被设定为大于或等于上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，其中上述第二开关装置是二极管。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，其中上述电流源具有电流设定电阻器Rset和用于接收从上述通用控制器发送的电流设定信号Vset的节点。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送用于控制上述第一开关装置的第一开关控制信号；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

第一电压选择器，由上述第二开关控制信号控制，用于选择一参考电压Vref或参考电压的两倍2Vref作为上述电流设定信号以控制上述电流源；

一电压比较器，将一电压感测信号与一临界电压进行比较，并输出电压比较信号；

一NAND闸，接收上述第二开关控制信号和上述电压比较信号并输出电压选择信号；

一导通电压VON，作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；和第二电压选择器，由上述电压选择信号控制，用于选择上述导通电压VON或一接地电压，作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；

其中当上述输入电压在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压之间时，上述第一开关装置导通，上述第二开关装置断开，上述参考电压的两倍2Vref被选择为上述电流设定信号以控制上述电流源，并且当上述输入电压为整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压时，上述第一开关装置断开，上述第二开关装置导通，并且上述参考电压Vref被选择为上述电流设定信号以控制上述电流源。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，其中上述电压感测信号连接到上述峰值电压检测器的输入节点。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，其中当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间，而且上述电压感测信号小于上述临界电压时，作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压和作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压都被设定为VON，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间，而且上述电压感测信号大于上述临界电压时，上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压被设定为上述接地电压。

16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送用于控制上述第一开关装置的第一开关控制信号；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

第一电压选择器，由上述第二开关控制信号控制，用于选择一参考电压Vref或参考电压的两倍2Vref作为上述电流设定信号，以控制上述电流源；

一导通电压VON，作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；和第二电压选择器，由上述第二开关控制信号控制，用于选择上述导通电压VON或上述导通电压VON和一差分电压ΔV之和作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；

其中当上述输入电压在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压之间时，上述第一开关装置导通，上述第二开关装置断开，上述参考电压的两倍2Vref被选择为上述电流设定信号以控制上述电流源，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第一开关装置断开，上述第二开关装置导通，并且上述参考电压Vref被选择为上述电流设定信号以控制上述电流源。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，其中当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压被设定为上述导通电压VON和上述差分电压ΔV之和。

18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，其中上述电流源具有两个电流设定电阻器Rset，其中一个电流设定电阻器可由一电流选择开关控制，以便与另一个电流设定电阻器并联连接或互不相连。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送第一开关控制信号，用于控制上述第一开关装置和上述电流选择开关；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

一电压比较器，将一电压感测信号与一临界电压进行比较，并输出电压比较信号；

一NAND闸，接收上述第二开关控制信号和上述电压比较信号并输出电压选择信号；

一导通电压VON，作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；和一电压选择器，由上述电压选择信号控制，用于选择上述导通电压VON或一接地电压，作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；

其中当上述输入电压在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压之间时，上述第一开关装置导通，上述第二开关装置断开，作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压和作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压都被设定为VON，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第一开关装置断开，上述第二开关装置导通。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，其中上述电压感测信号连接到上述峰值电压检测器的输入节点。

21.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，其中当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间，而且上述电压感测信号小于上述临界电压时，作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压和作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压都被设定为VON，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间，而且上述电压感测信号大于上述临界电压时，上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压被设定为上述接地电压。

22.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，其中上述通用控制器包括：一峰值电压检测器具有输入节点和输出节点，上述输出节点发送第一开关控制信号，用于控制上述第一开关装置和上述电流选择开关；

输入分压电阻器R1和R2，R2的一端连接到上述输入电压，R2的另一端连接到R1的一端和上述峰值电压检测器的输入节点，并且R1的另一端连接到地；

一反相器将上述第一开关控制信号反相，以形成用于控制上述第二开关装置的第二开关控制信号；

一导通电压VON，作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；和一电压选择器，由上述第二开关控制信号控制，用于选择上述导通电压VON或上述导通电压VON和一差分电压ΔV之和作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压；

其中当上述输入电压在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压之间时，上述第一开关装置导通，上述第二开关装置断开，作为上述第一发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压和作为上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压都被设定为VON，并且当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第一开关装置断开，上述第二开关装置导通。

23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，其中当上述输入电压在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压之间时，上述第二发光二极管驱动电路的底部电压控制限流元件的控制电压被设定为上述导通电压VON和上述差分电压ΔV之和。

说明书全文

使用高电压驱动发光二极管的装置

技术领域

[0001] 本发明是有关基于发光二极管(LED)的照明装置，尤其是一种使用高输入电压驱动基于发光二极管的照明设备的装置。

背景技术

[0002] 发光二极管(LED)是一种基于半导体的光源，经常被应用在低耗电仪表和家电的指示器中，应用发光二极管在各种照明装置也已越来越普遍。例如，高明亮度的发光二极管已被广泛用于交通信号灯，车辆指示灯，以及刹车灯。近年来，使用高电压的发光二极管串的照明设备也被开发来取代传统的白热灯泡和荧光灯泡。

[0003] 发光二极管的电流对电压(IV)特性曲线类似于一般的普通二极管，当加于发光二极管的电压小于二极管的正向电压时，只有非常小的电流通过发光二极管。当电压超过正向电压时，通过发光二极管的电流则大幅增加。一般来说，在大多数操作范围，基于发光二极管的照明装置的发光强度是和通过的电流成正比，但操作在高电流时则不如此。通常为基于发光二极管的照明装置设计的驱动装置，都是以提供一个恒定的电流为主，以便能发出稳定的光和延长发光二极管的寿命。

[0004] 为了提高基于发光二极管的照明装置的亮度，通常是将多个发光二极管串联在一起，形成一个基于发光二极管的照明单元，而且多个基于发光二极管的照明单元可以更进一步串联在一起，形成一个照明装置。每个照明装置所需要的工作电压，通常是取决于照明单元里的发光二极管的正向电压，每个照明单元里有多少个发光二极管，每个照明单元是如何相互连接的，以及每个照明单元在照明装置里，是如何接收来自电源的电压。

[0005] 因此，在大多数的应用中，都需要某种类型的电源电压转换装置，来将一般较普遍的电源的高电压，转换成较低的电压，以提供给一个或多个基于发光二极管的照明单元。因为需要这样的一个电压转换装置，造成基于发光二极管的照明设备效率减低，成本增高，也难以减小其体积。

[0006] 为了提高基于发光二极管的照明装置的效率和缩小其体积，许多技术已经被开发出来使这些装置能够使用诸如110伏交流电压或220伏交流电压的工作电压，而不需要使用电压转换装置。通常，照明装置中的发光二极管被划分为多个发光二极管段，每个发光二极管段可以通过相关的开关或电流源，选择性地导通或切断，并且随着操作的交流电压增加或减少，以控制器来控制开关或电流源。

[0007] 随着越来越多基于发光二极管的照明设备被应用于以高输入电压为电源的高亮度照明设备中，设计一种驱动装置和方法，以来自墙上的电源的交流高电压为输入电压，而可以巧妙及有效地连接基于发光二极管的照明灯串，已经形成非常必要的强烈需求。

发明内容

[0008] 本发明是为了提供一种可以在不同的高电压范围，例如从90伏至140伏或从180伏至265伏的交流电压提供的输入电压范围内，有效地驱动发光二极管串的方法和装置而设计。

[0009] 根据本发明的一个优选实施例，发光二极管照明装置包括由一通用控制器控制的两个发光二极管驱动电路。通用控制器是用来控制可以打开或关闭的两个开关，以便以两种不同的配置方式来连接两个发光二极管驱动电路。此外，通用控制器并根据输入电压的变化，来控制流经其中一个发光二极管驱动电路的电流。

[0010] 每个发光二极管驱动电路包括一发光二极管单元，其中有被划分为多个发光二极管段的多个发光二极管，每个发光二极管段具有一个与其相关联并连接到一公共节点的电压控制限流元件。除了第一个和最后一个发光二极管段之外，每个发光二极管段有一个正端和一个负端分别连接到其前面的发光二极管段的负端和其随后的发光二极管段的正端。在本实施例中，每个发光二极管驱动电路有串联的一个功率损耗减小电路和一电流源从其公共节点串联连接到地。

[0011] 第一开关将第一发光二极管驱动电路的第一发光二极管段的正端连接到第二发光二极管驱动电路的第一发光二极管段的正端，而第二开关将第一发光二极管驱动电路的最后一个发光二极管段的负端连接到第二发光二极管驱动电路的第一发光二极管段的正端。输入电压则连接到第一发光二极管驱动电路的第一发光二极管段的正端和通用控制器。

[0012] 当输入电压VIN在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压的范围内时，通用控制器将第一开关导通，第二开关断开，使得两个发光二极管驱动电路并联连接。当输入电压VIN在整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，通用控制器将第一开关断开，第二开关导通，使得第一发光二极管驱动电路中的发光二极管单元的发光二极管段与第二发光二极管驱动电路串联。通用控制器并根据输入电压的变化，发送一电流设定信号以控制第一发光二极管驱动电路的电流源的电流。

[0013] 在此一优选实施例中，电流设定信号可以利用直接感测输入电压或检测发光二极管驱动电路中的相关节点电压的电压感测信号来控制。在此一优选实施例的修改版本中，有一电流感测信号从第二发光二极管驱动电路的电流源反馈到通用控制器，而被用来当成电压感测信号，因此可以根据流经第二发光二极管驱动电路的电流源的电流，来控制流过第一发光二极管驱动电路的电流源的电流。

[0014] 根据本发明的另一个优选实施例，两个发光二极管驱动电路共享一个公共电流源，而不是各自具有其自己的电流源。两个发光二极管驱动电路的发光二极管单元和两个开关与上述优选实施例相同的方式连接。然而，在每个发光二极管驱动电路中，其功率损耗减小电路与一电压控制限流元件从自身的公共节点串联连接到一个共享的公共电流源。

[0015] 在该实施例中的通用控制器，除了控制两个开关以并联方式连接两个发光二极管驱动电路，或者将第一发光二极管驱动电路中的发光二极管单元的发光二极管段与第二发光二极管驱动电路以串联方式连接之外，并发送出两个各别的电压控制信号，以分别控制连接到共享的公共电流源的两个电压控制限流元件，和一个电流设定信号，以控制流过共享的公共电流源的电流。

[0016] 根据本发明，由于当两个发光二极管驱动电路并联连接时，流过共享的公共电流源的电流是流过每个发光二极管驱动电路的电流的两倍，所以通用控制器所发送的电流设定信号的电压大小，必须是当两个发光二极管单元的发光二极管段串联连接时，通用控制器所发送的电流设定信号的电压的两倍。因此，通用控制器必须为电流设定信号提供两个不同的电压。

[0017] 此共享的公共电流源的一修改版本中，在电流源中提供了两个电流设定电阻。其中一个电流设定电阻可以由通用控制器控制，以便与另一个电流设定电阻并联连接，使电流源可提供流过每个发光二极管驱动电路的电流的两倍电流，而不需要由通用控制器来提供两个不同的电压。利用控制第一开关的信号，即可以作为此共享的公共电流源的修改版本的电流选择信号，从而控制电流设定电阻的并联连接。因此，可以简化通用控制器的电路。

附图说明

[0018] 图1显示出了根据本发明的一优选实施例制作的使用高电压驱动发光二极管的装置的方块图。

[0019] 图2显示出了图1的优选实施例的方块图中的电流源的示例。

[0020] 图3显示出了图1的优选实施例的方块图中的通用控制器的示例。

[0021] 图4显示出了图1的优选实施例的方块图中的通用控制器的另一示例。

[0022] 图5显示出了根据图1所示的本发明的优选实施例的修改版本制作的使用高电压驱动发光二极管的装置的方块图。

[0023] 图6显示出了图5所示的优选实施例的方块图中的通用控制器的示例。

[0024] 图7显示出了图5所示的优选实施例的方块图中的通用控制器的另一示例。

[0025] 图8显示出了根据本发明的另一个优选实施例制作的使用高电压驱动发光二极管的装置的方块图。

[0026] 图9显示出了图8的优选实施例的方块图中的通用控制器的示例。

[0027] 图10显示出了图8的优选实施例的方块图中的通用控制器的另一示例。

[0028] 图11显示出了一电流源的示例，其中包括一电流选择开关，用于使一个电流设定电阻与另一个电流设定电阻并联连接，从而使流过电流源的电流加倍。

[0029] 图12显示出了图8的优选实施例的方块图中，使用图11中所示的电流源而制作的通用控制器的示例。

[0030] 图13显示出了图8的优选实施例的方块图中，使用图11中所示的电流源而制作的通用控制器的另一示例。

[0031] 100：300：400：500：600：700：800：900：1000：通用控制器

[0032] 101a：101b：501a：501b：801a：801b：发光二极管单元

[0033] 102a：102b：502a：502b：802a：802b：功率损耗减小电路

[0034] 103a：103b：503a：503b：804：电流源

[0035] 201：差分放大器

[0036] 301：401：601：701：901：1001：峰值电压检测器

[0037] 302：402：602：902：NAND闸

[0038] 303：403：404：603：903：电压比较器

[0039] 405：703：电压相减器

[0040] 803a：803b：电压控制限流元件

具体实施方式

[0041] 本说明书提供附图，使本发明更能进一步的被理解，同时附图也构成本说明书的一部分。该附图显示出了本发明的实施例，并与说明书一起，用来解释本发明原理。

[0042] 图1示出了根据本发明制作的优选实施例，使用高电压驱动发光二极管的装置的方块图。在本实施例中，该装置包括两个发光二极管驱动电路和由通用控制器100控制的两个开关SW1，SW2。图1左侧所示的发光二极管驱动电路，包括一发光二极管单元101a与功率损耗减小电路102a和电流源103a串联连接。图1右侧所示的发光二极管驱动电路，包括一发光二极管单元101b与功率损耗减小电路102b和电流源103b串联连接。

[0043] 发光二极管单元101a具有多个发光二极管和由偏置电压V1，a，V2，a，...，VM，a控制的多个电压控制的限流元件连接，并且发光二极管单元101b具有多个发光二极管和由偏置电压V1，b，V2，b，...，VN.b控制的多个电压控制的限流元件连接。通用控制器100根据输入电压VIN，控制两个开关SW1和SW2如何导通或断开以连接两个发光二极管驱动电路。

[0044] 如图1所示，每个发光二极管单元中的多个发光二极管被分成多个发光二极管段，每个发光二极管段具有与其相关联的电压控制限流元件。除了第一个和最后一个发光二极管段之外，每个发光二极管段有一个正端和一个负端分别连接到其前面的发光二极管段的负端和其随后的发光二极管段的正端。

[0045] 电压控制的限流元件是一种三端子元件，具有第一端子连接到与其相关联的发光二极管段的负端，第二端子连接到一偏置电压，和第三端子连接到发光二极管单元的公共节点。在每个发光二极管驱动电路中，功率损耗减小电路102a或102b和电流源103a或103b串联在发光二极管单元的公共节点和地之间。在美国专利第8，847，501号中，已经详细公开了本发明中使用的发光二极管单元中的三端子电压控制限流元件和功率损耗减小电路的工作原理，在此通过引用该专利，并入本文，不再重复规范。

[0046] 在本发明中，两个驱动电路可以包括不同或相同的电路。例如发光二极管单元101a可以与发光二极管单元101b相同或不同，并且功率损耗减小电路102a也可以与功率损耗减小电路102b相同或不同。在图1所示的实施例中，左侧所示的发光二极管驱动电路中的电流源103a的电流Ia也由通用控制器100控制。

[0047] 根据本发明，当输入电压VIN在整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压的范围内时，例如整流的110伏交流电压，开关SW1导通，开关SW2断开，同时电流源103a也被接通，结果将两个发光二极管驱动电路并联连接。

[0048] 当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，例如整流的220伏交流电压，开关SW1断开，开关SW2导通，使发光二极管单元101a的发光二极管段与图1右侧所示的发光二极管驱动电路串联连接。同时，通用控制器100根据输入电压VIN的电压变化控制流过电流源103a的电流Ia。

[0049] 通过直接感测输入电压VIN，或检测相关节点电压，例如开关SW2一端的电压，或发光二极管驱动电路的分支电流，例如电流源103b的电流Ib，可以侦测输入电压VIN的电压变化。开关SW2也可以是诸如二极管的被动开关。

[0050] 根据本发明，当输入电压VIN没有高到足以使图1右侧所示的发光二极管驱动电路导通时，电流源103a会被导通。然而当输入电压VIN高到足够使图1右侧所示的发光二极管驱动电路导通时，电流源103a会被关闭。

[0051] 图2示出了电流源103a的示例。电流源具有差分放大器201，接收电流设定信号Vset和电流感测信号Vsense以控制晶体管元件。由电流设定信号Vset设定的电流源的电流等于Vset/Rset，其中Rset是将晶体管元件连接到地的电流设定电阻，而电流源的实际电流则为Vsense/Rset。

[0052] 当电压Vout小于电流源的顶上(headroom)电压时，电流源的输出电流为Iout＝Vsense/Rset小于Vset/Rset。当电压Vout大于或等于顶上电压时，输出电流Iout＝Vsense/Rset与Vset/Rset相同。

[0053] 如上所述，通用控制器100根据输入电压VIN，控制两个开关SW1和SW2如何导通或断开，以连接两个发光二极管驱动电路。图3示出了通用控制器的方块图的示例。如图3所示的通用控制器300中，当输入电压VIN处于从整流的90伏交流电压到整流的140伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器301输出逻辑“1”。结果开关SW1导通，开关SW2断开。同时NAND闸302也选择位置S1，并对图2所示的电流源103a发送参考电压Vref，作为电流设定信号Vset来导通电流源103a。

[0054] 在通用控制器300中，当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器301输出逻辑“0”，开关SW1断开，开关SW2导通。电压比较器303将电压感测信号与临界电压Vth1进行比较。如果电压感测信号小于临界电压Vth1，则NAND闸302会选择并发送参考电压Vref到电流源103a作为电流设定信号，以导通电流源103a。如果电压感测信号大于临界电压Vth1，则NAND闸302会选择位置S0，由于电流源103a的电流设定信号被接地，电流源103a因而断开。在该示例中，电压感测信号可以连接到由电阻R1和R2组成的电阻分压器，或发光二极管驱动电路中其他相关节点的输出。

[0055] 图4示出了通用控制器的方块图的另一示例。类似于图3所示的示例，当输入电压VIN处于从整流的90伏交流电压到整流的140伏交流电压的范围内时，图4的通用控制器400中的峰值电压检测器401输出逻辑“1”。结果开关SW1导通，开关SW2断开。同时NAND闸402也选择位置S1，使参考电压Vref被发送到图2所示的电流源103a，作为电流设定信号Vset来导通电流源103a。

[0056] 在通用控制器400中，当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器401输出逻辑“0”，开关SW1断开，开关SW2导通。在该示例中，通用控制器400中有两个电压比较器403和404以及电压相减器405。在两个比较器中，都有电压信号与电压感测信号比较。如果电压感测信号小于临界电压Vth2，则比较器403的输出促成NAND闸402选择位置S1，使参考电压Vref被发送到电流源103a来作为电流设定信号，以导通电流源103a。如果电压感测信号大于电压Vth2+Vref，则比较器403和404的输出都选择位置S0，因此电流设定信号被接地，电流源103a也因此而被关闭断开。

[0057] 在该示例中，如果电压感测信号在Vth2和Vth2+Vref之间，则电流源103a的电流设定信号来自电压相减器405的输出，因为电压感测信号是与电压Vth2+Vref相减，所以输出是在0和Vref之间。由于电流源103a除了导通和断开状态之外还具有电流转变状态，所以该示例的优点在于，可以减少因为电流源的导通和断开之间的突然切换所引起的闪烁，EMI，功率损耗和低功率因子的影响。与图3的示例相似，电压感测信号可以连接到由电阻R1和R2组成的电阻分压器，或发光二极管驱动电路中其他相关节点的输出。

[0058] 图5示出了根据图1所示的本发明的优选实施例的一修改版本而制作，使用高电压驱动发光二极管的装置的方块图。在本实施例中，该装置也包括两个发光二极管驱动电路和由通用控制器500控制的两个开关SW1，SW2。图5左侧所示的发光二极管驱动电路中，包括发光二极管单元501a与功率损耗减少电路502a和电流源503a串联连接。图5右侧所示的发光二极管驱动电路中，包括发光二极管单元501b与功率损耗减少电路502b和电流源503b串联连接。

[0059] 如图5所示，本实施例中的通用控制器500除了控制电流源503a之外，还接收来自电流源503b的电流感测信号，使得可以通过侦测流过电流源503b的电流Ib，来决定电流源503a的电流Ia。

[0060] 图6示出了图5所示的优选实施例中的通用控制器500的方块图的示例。除了多了电压比较器603之外，图6的通用控制器600非常类似于图3的通用控制器300。当输入电压VIN处于从整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压的范围内时，通用控制器600的操作与图3的通用控制器300相同。

[0061] 在通用控制器600中，当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器601输出逻辑“0”，开关SW1断开，开关SW2导通。电压比较器603将电压感测信号，也就是来自电流源503b的电流感测信号Vsense，与临界电压Vth3进行比较。如果电压感测信号小于临界电压Vth3，则NAND闸602会选择位置S1，使参考电压Vref发送到电流源503a来作为电流设定信号，以导通电流源503a。如果电压检测信号大于临界电压Vth3，则NAND闸602选择位置S0，由于电流设定信号被接地，电流源503a因此而被关闭断开。所以在本实施例中，可以通过侦测流过电流源503b的电流Ib，来决定电流源503a的电流Ia。

[0062] 图7示出了图5所示的优选实施例中的通用控制器500的方块图的另一示例700。如图7所示，当输入电压VIN处于从整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器701输出逻辑“1”。结果开关SW1导通，开关SW2断开。在这种情况下，选择发送电压作为电流源503a的电压设定信号Vset的选择器，会选择位置S0以输出参考电压Vref，来接通电流源503a。

[0063] 在通用控制器700中，当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器701输出逻辑“0”，开关SW1断开，开关SW2导通。电压相减器703从参考电压Vref中减去电流源503b的电流感测信号，将相减后的电压差输出到位置S1。如图7所示，选择发送电压作为电流源503a的电压设定信号Vset的选择器，会选择位置S1。

[0064] 因此，在该示例中，流过电流源503b的电流Ib决定电流源503a的电流Ia。随着电流Ib的增加，电流Ia减小。由于电流源503a除了导通和断开状态之外还具有电流转变状态，所以该示例的优点在于，可以减少因为电流源的导通和断开之间的突然切换所引起的闪烁，EMI，功率损耗和低功率因子的影响。

[0065] 图8示出了根据本发明的另一个优选实施例制作，使用高电压驱动发光二极管的装置的方块图。在本实施例中，该装置包括两个发光二极管驱动电路和由通用控制器800控制的两个开关SW1，SW2。图8左侧所示的发光二极管驱动电路，包括一发光二极管单元801a与功率损耗减小电路802a和电压控制限流元件803a串联连接。图8右侧所示的发光二极管驱动电路，包括一发光二极管单元801b与功率损耗减小电路802b和电压控制限流元件803b串联连接。电流源804将电压控制限流元件803a和803b连接到地。

[0066] 在该实施例中，通用控制器800控制两个开关SW1，SW2，两个电压控制限流元件803a，803b和电流源804。图9是通用控制器800的示例方框图900。如图9所示，通用控制器
900包括一峰值电压检测器901，当输入电压VIN处于从整流的90伏交流电压到整流的140伏交流电压的范围时，输出逻辑“1”。VC1和VC2分别是两个电压控制限流元件803a和803b的控制电压，其中VC2连接到电压VON。

[0067] 结果开关SW1导通，并且开关SW2断开。同时，选择发送电压作为电流源804的电压设定信号Vset的选择器，会选择位置S0以输出等于2Vref的电压，以流过每个发光二极管驱动电路电流的两倍的电流，来接通电流源804。NAND闸902则将用于选取给VC1的电压的选择器定位到S1，以将电压VON传送到VC1。因此在该示例中，两个电压控制限流元件803a和803b的控制电压VC1和VC2都被设定为VON。

[0068] 在通用控制器900中，当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压至整流的265伏交流电压的范围内时，峰值电压检测器901输出逻辑“0”，开关SW1断开，开关SW2导通。选择发送电压作为电流源804的电流设定信号Vset被定位到S1，以输出等于Vref的电压，来接通电流源804。

[0069] 电压比较器903将电压感测信号与临界电压Vth4进行比较。如果电压感测信号小于临界电压Vth4，则NAND闸902则将用于选取给VC1的电压的选择器定位到S1，以将电压VON传送到VC1，因此将两个电压控制限流元件803a，803b的控制电压VC1和VC2均设定为VON。此时，由于输入电压VIN不足以驱动串联连接的两个发光二极管驱动电路，所以只有VC1控制的电压控制限流元件803a有电流流过。

[0070] 如果电压感测信号大于临界电压Vth4，则将用于选取给VC1的电压的选择器定位到S0以将VC1连接到地，只有VC2被提供有VON电压，因此只有由VC2控制的电压控制限流元件803b具有电流流过。在该示例中，电压感测信号可以连接到由电阻R1和R2组成的电阻分压器，或发光二极管驱动电路中其他相关节点的输出。

[0071] 图10示出了图8所示的优选实施例中的通用控制器800的方块图的另一示例1000。如图10所示，通用控制器1000包括峰值电压检测器1001，当输入电压VIN处于从整流的90伏交流电压至整流的140伏交流电压的范围内时，输出逻辑“1”。

[0072] 因此开关SW1导通，开关SW2断开。同时，选择发送电压作为电流源804的电压设定信号Vset的选择器，会选择位置S0以输出等于2Vref的电压，以流过每个发光二极管驱动电路电流的两倍的电流，来接通电流源804。用于选择提供电压给VC2的选择器被定位到S0，以将电压VON传送到VC2，所以两个电压控制限流元件803a和803b的控制电压VC1和VC2都被设置为VON。

[0073] 当输入电压VIN处于从整流的180伏交流电压到整流的265伏交流电压电的范围内时，峰值电压检测器1001输出逻辑“0”，开关SW1断开，开关SW2导通。选择发送电压作为电流源804的电流设定信号Vset的选择器被定位到S1，以输出等于Vref的电压，来接通电流源804。用于选择提供电压给VC2的选择器被定位到S1，以将电压VON和差分电压ΔV之和，也就是VON+ΔV传送给VC2。

[0074] 当输入电压VIN不足以驱动串联连接的两个发光二极管驱动电路时，只有VC1控制的电压控制限流元件803a有电流流过。当输入电压VIN高到足够驱动串联连接的两个发光二极管驱动电路，并且电流开始流过由VC2控制的电压控制限流元件803b时，在电流源804连接到两个电压控制限流元件803a和803b的节点处的电压将增加。

[0075] 结果，流过由VC1控制的电压控制限流元件803a的电流将减小，并最终减小到零。只有由VC2控制的电压控制限流元件803b有电流流过。由于两个电压控制限流元件803a，
803b被逐渐切换，所以这个例子具有优点，可以减少因为电流源的导通和断开之间的突然切换所引起的闪烁，EMI，功率损耗和低功率因子的影响。

[0076] 在图9和图10所示的两个示例中，使用了两个不同的参考电压值，即Vref或2Vref来控制流过电流源804的电流。图2的电流源是一可以作为电流源804的示例，用来根据电流设定信号Vref或2Vref来控制流过电流源的电流。

[0077] 图11示出了一个其中流过电流源的电流可以由开关SI控制的电流源。与图2所示的电流源相比，图11所示的电流源具有一个由SI控制的附加电阻器Rset，可以与另一个电阻器Rset并联连接，从而以相同的电流设定信号Vref，而不须使用2Vref，就可使流过电流源的电流加倍。

[0078] 图8所示的优选实施例可以使用图11所示的电流源，以简化通用控制器800的电路。图12示出了可以与图11所示的电流源一起使用的通用控制器800的方块图的示例。从图12中可以看出，该通用控制器几乎与图9所示的相同，只是选择传送参考电压Vref或2Vref作为电流源804的电流设定信号的选择器被去除，而以提供电流选择信号SI，来控制流过电流源804的电流。

[0079] 类似地道理，利用图11所示的电流源，图10所示的通用控制器800的方块图的示例，可以简化成如图13所示。图13中的通用控制器几乎与图10所示的相同，但是选择传送参考电压Vref或2Vref作为电流源804的电流设定信号的选择器被去除，而以提供电流选择信号SI，来控制流过电流源804的电流。

[0080] 虽然以上只通过几个优选的实施范例来描述本发明，然而熟悉本技术领域的人，很明显的可以了解，仍有许多未描述的变通及修改，都在不偏离以下所定义的本发明的申请专利范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
二极管整流器-专利编号CN104218822A	2020-05-12	675
一种整流二极管-专利编号CN110164842A	2020-05-11	71
整流二极管结构-专利编号CN104037141B	2020-05-12	478
整流二极管-专利编号CN110148633A	2020-05-11	878
一种整流二极管-专利编号CN110277928A	2020-05-11	691
整流二极管结构-专利编号CN104037141A	2020-05-11	383
一种整流二极管-专利编号CN106816476A	2020-05-12	553
整流二极管-专利编号CN202454561U	2020-05-13	274
整流二极管-专利编号CN201752001U	2020-05-13	193
整流二极管-专利编号CN210296386U	2020-05-13	931

使用高电压驱动发光二极管的装置

使用高电压驱动发光二极管的装置

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