專利名稱：一種led裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光裝置，尤其涉及一種LED裝置。
背景技術(shù)：
LED (發(fā)光二極管)由于節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)被稱為第四代綠色照明光源。 LED的電壓敏感特性要求對LED驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，否則，微小的電壓增量就可能引起電流的急劇增加。不恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)設(shè)計(jì)不但導(dǎo)致額外的功率消耗，而且由于效率降低，發(fā)熱增力口，導(dǎo)致LED結(jié)溫升高，直接影響其使用壽命。由于LED的上述特點(diǎn)，普通的LED通常采用直流電源尤其是恒流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)用于照明等由交流電源供電的場合，往往先經(jīng)過電源變換器將交流電變成低壓直流電后再用于LED驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)裝置體積大、效率差、成本高，阻礙了 LED在照明領(lǐng)域的普及。中國專利號為200710142585. 0，名稱為“用于驅(qū)動(dòng)LED的裝置以及方法”的實(shí)用新型專利公開了一種交流電源驅(qū)動(dòng)的LED裝置及其驅(qū)動(dòng)方法，如圖1所示，其中，外接交流電源100經(jīng)全波整流電路101整流后，所得電壓(以下稱為整流電壓)通過浮動(dòng)電流源102 為LED陣列103提供驅(qū)動(dòng)電流?？刂齐娐?00檢測整流電壓的高低并通過控制相應(yīng)開關(guān)的通斷以調(diào)整實(shí)際參與發(fā)光的LED的數(shù)目?？刂齐娐?00包括低壓直流電源201、基準(zhǔn)電阻列 202、比較器203、邏輯選擇電路204以及開關(guān)電路205。限流電阻104和穩(wěn)壓二極管201以及保持電容器106構(gòu)成低壓直流電源，為控制電路200供電?；鶞?zhǔn)電阻列202包括N+1個(gè)分壓電阻20 202n，用于產(chǎn)生一組由低到高的基準(zhǔn)電壓Vreftl VrefN_lt)分壓器105用于對所述整流電壓進(jìn)行檢測，其檢測值Vsense通過一組比較器203分別與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其輸出經(jīng)邏輯選擇電路204對開關(guān)電路205中的相應(yīng)控制開關(guān)的通斷進(jìn)行控制當(dāng)整流電壓較高時(shí)，使較多數(shù)目的LED點(diǎn)亮；當(dāng)整流電壓較低時(shí)，使較少數(shù)目的LED點(diǎn)亮，從而使任意時(shí)刻點(diǎn)亮的LED數(shù)目與該時(shí)刻的電源電壓所能點(diǎn)亮的LED的最大數(shù)目相等，提高裝置的驅(qū)動(dòng)效率。該現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足首先，其所需要的控制信號較多，控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 盡管可以通過將控制開關(guān)所并聯(lián)的單個(gè)LED替換為由多個(gè)LED串聯(lián)成的燈串來減少所需控制信號的數(shù)量，例如將每個(gè)控制開關(guān)并聯(lián)的LED燈串中的LED數(shù)量由1只增加到10只，則可將所需控制信號減少為原來的十分之一，但相應(yīng)地會導(dǎo)致裝置的驅(qū)動(dòng)效率降低。其次， LED的正向壓降具有離散性，在生產(chǎn)過程中通過對LED進(jìn)行篩選分檔，或者在集成芯片制作過程中通過控制工藝參數(shù)可保證同一裝置中LED的正向壓降基本一致，但卻無法保證批量生產(chǎn)過程中不同批次的裝置之間LED正向壓降的一致性。同時(shí)，由于將整流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，而不是將其與LED的實(shí)際正向壓降值進(jìn)行比較，其結(jié)果必然會發(fā)生偏差。當(dāng)設(shè)定的基準(zhǔn)電壓值低于實(shí)際值時(shí)，將導(dǎo)致恒流源工作在欠壓狀態(tài)，使得驅(qū)動(dòng)電流偏低，LED亮度不足；當(dāng)設(shè)定的基準(zhǔn)電壓值高于實(shí)際值時(shí)，多出的電壓直接由恒流源分擔(dān)，將導(dǎo)致恒流源工作在過壓狀態(tài)，使得發(fā)熱增加，效率降低，并由此帶來功耗、溫升以及LED的使用壽命問題。在點(diǎn)亮的LED數(shù)目較多時(shí)情況會變得更加明顯。因此，需要在生產(chǎn)過程中對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行調(diào)整，以降低由LED正向壓降的離散性帶來的影響，這將不利于批量加工，并導(dǎo)致成本增加。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種LED裝置，簡化電路設(shè)計(jì)，降低功率消耗，且其工作狀態(tài)不受LED正向壓降離散性的影響。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種LED驅(qū)動(dòng)裝置，包括整流電路、LED燈串、串聯(lián)在所述整流電路和LED燈串之間的恒流源以及開關(guān)控制單元， 其中，所述LED燈串分成η組，每組LED燈串并聯(lián)有控制開關(guān)Ki，所述控制開關(guān)Ki和開關(guān)控制單元相連，第i+Ι組中LED燈數(shù)目大于等于第i組中LED燈數(shù)目，i為整數(shù)，η為自然數(shù)， i < η。上述的LED驅(qū)動(dòng)裝置，其中，所述開關(guān)控制單元包括第一電壓比較器、第二電壓比較器和加減計(jì)數(shù)器；所述恒流源的輸入端分別和所述第一電壓比較器的同向輸入端、第二電壓比較器的反向輸入端相連，所述第一電壓比較器的反向輸入端輸入基準(zhǔn)電壓上限值 Vmax，輸出端和加減計(jì)數(shù)器的INC端相連，所述第二電壓比較器的同向輸入端輸入基準(zhǔn)電壓下限值Vmin，輸出端和加減計(jì)數(shù)器的DEC端相連；所述加減計(jì)數(shù)器的輸出端依次和控制開關(guān)相連。上述的LED驅(qū)動(dòng)裝置，其中，所述第i組中LED燈串中LED燈數(shù)目為21，i的取值為 0,1,…，η — 1。本實(shí)用新型對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本實(shí)用新型提供的LED裝置，將LED 燈串進(jìn)行分組，每組可以設(shè)置不同數(shù)目的LED，并通過并聯(lián)開關(guān)分別控制每組LED燈串的電流通斷，從而簡化電路設(shè)計(jì)，降低功率損耗。此外，本實(shí)用新型通過進(jìn)一步使用電壓比較器和加減計(jì)數(shù)器直接檢測恒流源的兩端壓差來控制每組LED燈串的點(diǎn)亮和熄滅，進(jìn)一步簡化電路設(shè)計(jì)，且使得恒流源在保持低功耗的同時(shí)，其工作狀態(tài)不受LED正向壓降離散性的影響。

圖1為現(xiàn)有的LED驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型LED驅(qū)動(dòng)裝置第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型LED驅(qū)動(dòng)裝置第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型LED驅(qū)動(dòng)裝置中的恒流源電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)裝置中的電流可調(diào)的恒流源電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型LED驅(qū)動(dòng)裝置中一路控制開關(guān)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7用于說明控制信號為3路的情況下，二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出值與控制開關(guān)的狀態(tài)以及各LED點(diǎn)亮/熄滅情況的對應(yīng)關(guān)系示意圖；圖8為控制信號為3路的情況下，計(jì)數(shù)器按照自定義編碼方式的輸出值與控制開關(guān)的狀態(tài)以及各LED點(diǎn)亮/熄滅情況的對應(yīng)關(guān)系示意圖。圖中10外接交流電源11整流電路12 LED燈串
4[0020]13恒流源14開關(guān)控制單元15低壓直流電源21第一電壓比較器22第二電壓比較器23加減計(jì)數(shù)器31分壓電阻列32比較器列33編碼器40恒流源電路50電流可調(diào)恒流源51電壓比較器60 一路控制開關(guān)61非門100外接交流電101整流電路102浮動(dòng)電流源103 LED陣列104限流電阻器105分壓器106保持電容器200控制電路201穩(wěn)壓二極管202基準(zhǔn)電阻列203比較器204邏輯選擇電路205開關(guān)電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的LED驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖2，本實(shí)用新型提供的LED裝置包括整流電路11、LED燈串12、串聯(lián)在所述整流電路11和LED燈串12之間的恒流源13和開關(guān)控制單元14。其中，所述LED燈串 12分成η組，每組LED燈串并聯(lián)有控制開關(guān)，所述控制開關(guān)和開關(guān)控制單元14相連，第i組中LED燈數(shù)目大于等于第i — l組中LED燈數(shù)目，i，n為自然數(shù)，0 <= i < η。圖2的外接交流電源10可與圖1所示的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相同。在本實(shí)施方式中，可以采用的是220V、50Hz的市電交流電源，或其它形式的交流電源。整流電路11由四個(gè)整流二極管構(gòu)成，對市電交流電源進(jìn)行整流，并輸出整流電壓。LED燈串12被分成η組，每組LED燈串與一個(gè)控制開關(guān)并聯(lián)，用于控制該組燈串中的LED的點(diǎn)亮和熄滅。當(dāng)所述控制開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，其并聯(lián)的一組LED燈串被短路導(dǎo)致無電流流過而熄滅；當(dāng)所述控制開關(guān)斷開時(shí)，其并聯(lián)的一組LED燈串流過電流而發(fā)光。以二進(jìn)制方式輸出為例，加減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值按二進(jìn)制編碼方式由η個(gè)輸出端Dtl Dlri輸出，其中與輸出端Di對應(yīng)的控制開關(guān)Ki所并聯(lián)的一組LED燈串中串聯(lián)的LED個(gè)數(shù)為21個(gè)，η個(gè)控制開關(guān) K0 Klri所并聯(lián)的η組LED燈串的LED總數(shù)為2°+2、··· +2^1 = 2n_l個(gè)，于是通過計(jì)數(shù)器的 η個(gè)輸出端，最多可控制由2η-1個(gè)串聯(lián)的LED組成的LED燈串。恒流源13與LED燈串12串聯(lián)后直接與整流電路11的輸出端并聯(lián)，為LED燈串12 提供恒定的驅(qū)動(dòng)電流。開關(guān)控制單元14包括低壓直流電源15、第一比較器21、第二比較器22和加減計(jì)數(shù)器23。其中低壓直流電源15由限流電阻R1、穩(wěn)壓二極管DZl和濾波電容Cl構(gòu)成，濾波電容Cl與穩(wěn)壓二極管DZl并聯(lián)后，經(jīng)限流電阻Rl與整流電路11的輸出端并聯(lián)，在濾波電容Cl的兩端輸出穩(wěn)定的低壓直流電壓VCC為開關(guān)控制單元14提供工作電壓；第一比較器 21用作上限比較器，其反向輸入端與設(shè)定的電壓上限值Vmax連接，同向輸入端與恒流源13 的輸入端連接，輸出端與加減計(jì)數(shù)器23的累加計(jì)數(shù)觸發(fā)端INC相連，用于將恒流源13的端壓與Vmax進(jìn)行比較，當(dāng)恒流源13端壓高于Vmax時(shí)，輸出高電平觸發(fā)加減計(jì)數(shù)器23進(jìn)行累加計(jì)數(shù)；第二比較器22用作下限比較器，其同向輸入端與設(shè)定的電壓下限值Vmin連接，反向輸入端與恒流源13的輸入端連接，輸出端與加減計(jì)數(shù)器23的累減計(jì)數(shù)觸發(fā)端DEC相連，用于將恒流源13的端壓與Vmin進(jìn)行比較，當(dāng)恒流源13端壓低于Vmin時(shí)，輸出高電平觸發(fā)加減計(jì)數(shù)器23進(jìn)行累減計(jì)數(shù)；加減計(jì)數(shù)器23有一個(gè)累加計(jì)數(shù)觸發(fā)端INC和一個(gè)累減計(jì)數(shù)觸發(fā)端DEC，當(dāng)INC為高電平時(shí)，所述加減計(jì)數(shù)器23進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，當(dāng)DEC為高電平時(shí)，所述加減計(jì)數(shù)器23進(jìn)行累減計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值以二進(jìn)制數(shù)或者自定義編碼的方式按低位到高位的順序由Dtl Dlri共計(jì)η個(gè)輸出端輸出，輸出端Dtl Dlri分別與相應(yīng)的控制開關(guān)Ktl Klri的控制端連接以控制各控制開關(guān)的通斷。在上述第一實(shí)施例中，外接交流電源10經(jīng)整流電路11整流后，得到整流電壓，其通過恒流源13為LED燈串12提供恒定的驅(qū)動(dòng)電流。同時(shí)，恒流源13的兩端壓差一路與給定的基準(zhǔn)電壓上限值Vmax比較，其結(jié)果控制計(jì)數(shù)器23累加；另一路與給定的基準(zhǔn)電壓下限值Vmin比較，其結(jié)果控制計(jì)數(shù)器23累減。 計(jì)數(shù)器23的η個(gè)輸出端分別控制相應(yīng)的η個(gè)控制開關(guān)的通斷。以二進(jìn)制方式輸出為例，加減計(jì)數(shù)器23的計(jì)數(shù)值按二進(jìn)制編碼方式由η個(gè)輸出端 D0 Dlri輸出，其中與輸出端Di對應(yīng)的控制開關(guān)Ki所并聯(lián)的一組LED燈串中串聯(lián)的LED個(gè)數(shù)為21個(gè)，當(dāng)Di的輸出值為1時(shí)，與之對應(yīng)的控制開關(guān)Ki斷開，使得與控制開關(guān)Ki并聯(lián)的 21個(gè)LED點(diǎn)亮；當(dāng)Di的輸出值為0時(shí)，與之對應(yīng)的控制開關(guān)Ki導(dǎo)通，使得與控制開關(guān)Ki并聯(lián)的21個(gè)LED熄滅。于是，LED燈串12中被點(diǎn)亮的LED總數(shù)與加減計(jì)數(shù)器23的計(jì)數(shù)值相等。由于所述加減計(jì)數(shù)器23按照累加或累減的方式工作，使得LED燈串12中實(shí)際參與發(fā)光的LED數(shù)目也相應(yīng)地按照逐個(gè)增減的方式改變。當(dāng)恒流源13的兩端壓差高于Vmax (例如4. 0V)時(shí)，加減計(jì)數(shù)器23累加并使得參與發(fā)光的LED數(shù)目累加，由于參與發(fā)光的LED的兩端將產(chǎn)生正向壓降Vf (例如3. 3V)，于是導(dǎo)致恒流源13的兩端壓差逐級下降每增加一個(gè)參與發(fā)光的LED，恒流源13的兩端壓差就降低Vf，直到其低于Vmax時(shí)，加減計(jì)數(shù)器23停止累加；當(dāng)恒流源13的兩端壓差低于Vmin (例如0. 5V)時(shí)，加減計(jì)數(shù)器23累減并使得參與發(fā)光的LED數(shù)目累減，由于參與發(fā)光的LED的兩端存在正向壓降Vf，于是導(dǎo)致恒流源13 的兩端壓差逐級增加每減少一個(gè)參與發(fā)光的LED，恒流源13的兩端壓差就增加Vf，當(dāng)其高于Vmin時(shí)，加減計(jì)數(shù)器23停止累減。這樣，恒流源13的兩端壓差始終處于設(shè)定的基準(zhǔn)電壓上限值Vmax與下限值Vmin之間，且不受LED正向壓降離散性的影響，使恒流源13在提供恒定驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)保持最小功耗，從而提高整個(gè)LED裝置的驅(qū)動(dòng)效率。以自定義編碼方式輸出為例，采用220V外接交流電源，其整流電壓的峰值約 310V，可驅(qū)動(dòng)94只正向壓降約3. 3V的LED。將這94只LED串聯(lián)，分成7組，每組LED燈串并聯(lián)一個(gè)控制開關(guān)，各組LED燈串中的LED數(shù)目依次為1，2，4，8，16，32，31。所述加減計(jì)數(shù)器23在0 94之間累加或累減計(jì)數(shù)，相應(yīng)7個(gè)輸出端依次為Dtl D6,當(dāng)加減計(jì)數(shù)器23的計(jì)數(shù)值N< 64時(shí)，對應(yīng)的輸出值D = N，當(dāng)計(jì)數(shù)值N >= 64時(shí)，其對應(yīng)的輸出值D = N + 33， 將計(jì)算所得輸出值的二進(jìn)制碼作為自定義輸出碼由輸出端隊(duì) 1)6輸出。例如，當(dāng)N = 65 時(shí)，對應(yīng)的輸出值D = 65 + 33 = 98，其對應(yīng)的輸出碼為1100010，所點(diǎn)亮的LED總數(shù)為31 + 32 + 0 + 0 + 0 + 2 + 0 = 65。于是，通過加減計(jì)數(shù)器23的7個(gè)輸出端Dtl D6對應(yīng)的 7個(gè)控制開關(guān)Ktl K6所點(diǎn)亮的LED數(shù)目與加減計(jì)數(shù)器23的計(jì)數(shù)值相等。 根據(jù)本實(shí)用新型，η路控制開關(guān)及其控制信號可對多達(dá)2η_1個(gè)LED進(jìn)行控制，而無需為每個(gè)LED提供一路控制信號及控制開關(guān)，例如，8路控制開關(guān)及其控制信號就可對最多 255個(gè)LED進(jìn)行控制，這使得同樣數(shù)目的LED所需的控制信號及控制開關(guān)數(shù)量大為減少，從而降低控制電路的復(fù)雜性，簡化電路設(shè)計(jì)。另外，本實(shí)用新型中將恒流源的端壓作為對實(shí)際參與發(fā)光的LED數(shù)目進(jìn)行調(diào)整的依據(jù)，實(shí)質(zhì)上是將整流電壓與LED燈串的實(shí)際正向壓降的差值作為調(diào)整實(shí)際參與發(fā)光的 LED數(shù)目的依據(jù)。當(dāng)LED的實(shí)際正向壓降偏低(或者由于調(diào)光而使得LED的實(shí)際正向壓降降低)時(shí)，恒流源的端壓隨之升高，通過上限比較器觸發(fā)加減計(jì)數(shù)器累加使得實(shí)際參與發(fā)光的 LED的數(shù)目也隨之增加；同理，當(dāng)LED的實(shí)際正向壓降偏高(或者由于調(diào)光而使得LED的實(shí)際正向壓降升高)時(shí)，恒流源的端壓隨之降低，通過下限比較器觸發(fā)加減計(jì)數(shù)器累減使得實(shí)際參與發(fā)光的LED的數(shù)目也隨之減少。這樣，根據(jù)本實(shí)用新型的LED驅(qū)動(dòng)裝置，所述恒流源在提供恒定驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)，其低功耗的工作狀態(tài)不受LED正向壓降離散性的影響。同時(shí)， 由兩個(gè)比較器對整流電壓的整個(gè)電壓范圍內(nèi)的變化進(jìn)行響應(yīng)，而無須設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)電壓并為每個(gè)基準(zhǔn)電壓配置一路比較器，使電路設(shè)計(jì)得以進(jìn)一步簡化。圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的LED驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖3，該實(shí)施方式在圖2的基礎(chǔ)上去掉了第一比較器21、第二比較器22以及加減計(jì)數(shù)器23，同時(shí)增加了分壓電阻列31、比較器列32、編碼器33以及分壓電阻R2、R3。 對于其它部分的結(jié)構(gòu)可使用與圖2示出的相同的結(jié)構(gòu)。其中，分壓電阻列31用于生成K個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓，包括K+1個(gè)分壓電阻31_0 31_K，被設(shè)置在低壓直流電源15的電源端子VCC和GND之間，最上側(cè)的電阻31_Κ的上端與電源端子VCC連接，最下側(cè)的電阻31_0的下端與電源端子GND連接。Κ+1個(gè)分壓電阻之間共有K個(gè)連接點(diǎn)，將這K個(gè)連接點(diǎn)上的電壓作為K個(gè)基準(zhǔn)電壓VrefO VrefK-I，這里， VrefXKVrefl〈…<VrefK-l。分壓電阻R2和R3用于對所述整流電壓進(jìn)行分壓，其中，分壓電阻R2與R3串聯(lián)后， 與整流電壓并聯(lián)。分壓電阻R2的上端與整流電路11輸出端的正極連接，分壓電阻R3的下端與整流電路11輸出端的負(fù)極連接。分壓電阻R2與R3的連接點(diǎn)輸出分壓后的整流電壓 Vs，用于與各基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。比較器列32用于將分壓后的整流電壓Vs分別與K個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其比較結(jié)果作為編碼器33的輸入信號。比較器列32包括K個(gè)比較器32_0 32_K_1，其反向輸入端與分壓后的整流電壓Vs連接，其同向輸入端分別與基準(zhǔn)電壓VrefO VrefK-I連接。編碼器33的輸入端與比較器列32中各比較器的輸出連接，用于對K個(gè)輸入信號進(jìn)行編碼，其η個(gè)輸出端DO Dn-I分別與控制開關(guān)KO Kn-I的控制端連接，用于控制相應(yīng)開關(guān)的通斷。以二進(jìn)制編碼方式為例，當(dāng)分壓后的整流電壓Vs高于第i個(gè)基準(zhǔn)電壓Vrefi而低于第i+Ι個(gè)基準(zhǔn)電壓Vref (i+Ι)時(shí)(其中0<=i<K)，比較器列32中的比較器32_0 32_i共 i+Ι個(gè)比較器輸出高電平，編碼器輸出i+Ι的二進(jìn)制碼，控制相應(yīng)開關(guān)的通斷，使LED燈串中i+Ι個(gè)LED被點(diǎn)亮。這樣，適當(dāng)調(diào)整分壓電阻列31中各分壓電阻的阻值以設(shè)置一組合適的基準(zhǔn)電壓， 可保證任意時(shí)刻LED燈串中點(diǎn)亮的LED總數(shù)與整流電壓所能點(diǎn)亮的LED的最大數(shù)目相等， 從而提高LED裝置的驅(qū)動(dòng)效率。圖4為圖2、圖3所示LED驅(qū)動(dòng)裝置的恒流源電路的例子，恒流源電路40包括三極管Q41、Q42，以及電阻R41、R42 (其阻值分別為rl、r2，并且rD> r2)。其中，三極管Q41的集電極與電阻R41的上端以及電流的輸入端相連，三極管Q41的基極與電阻R41的下端以及三極管Q42的集電極相連，三極管Q41的發(fā)射極與三極管Q42的基極以及電阻R42的上端相連，R42的下端與三極管Q42的發(fā)射極以及電流的輸出端相連。在圖4所示的構(gòu)成中，三極管Q41的基極電流由電流輸入端經(jīng)電阻R41提供，于是三極管Q41得以導(dǎo)通，其發(fā)射極電流流經(jīng)電阻R42，并在R42的兩端產(chǎn)生電壓降。隨著電阻 R42端壓的升高，當(dāng)其等于三極管Q42的基極-發(fā)射極間的正向?qū)妷篤be時(shí)，三極管Q42 導(dǎo)通，對三極管Q41的基極電流進(jìn)行分流，從而阻止三極管Q41的進(jìn)一步導(dǎo)通，使得從電流輸入端到電流輸出端的電流最大被限制為Vbe/r2，起到恒流源的作用。圖5為電流可調(diào)的恒流源電路的例子，電流可調(diào)恒流源50包括三極管Q41，電阻 R4UR42 (其阻值分別為rl、r2，并且rl》r2)以及電壓比較器51。其中，三極管Q41的集電極與電阻R41的上端以及電流的輸入端相連，三極管Q41的基極與電阻R41的下端以及電壓比較器51的輸出端相連，三極管Q41的發(fā)射極與電阻R42的上端以及電壓比較器51 的反向輸入端相連，R42的下端與公共接地端相連，電壓比較器51的同向輸入端與基準(zhǔn)電壓相連。在圖5所示的構(gòu)成中，三極管Q41的基極電流由電流輸入端經(jīng)電阻R41提供，于是三極管Q41得以導(dǎo)通，其發(fā)射極電流流經(jīng)電阻R42，并在R42的兩端產(chǎn)生電壓降。隨著電阻 R42端壓的升高，當(dāng)其等于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，電壓比較器51開始導(dǎo)通，對三極管Q41的基極電流進(jìn)行分流，從而阻止三極管Q41的進(jìn)一步導(dǎo)通，使得流經(jīng)電阻R42的電流最大被限制為 Vref/r2，起到恒流源的作用。同時(shí)，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓Vref即可對該恒流源的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。分別對紅、綠、藍(lán)三色LED燈串的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，則可在調(diào)光功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)調(diào)色功能。圖6為圖2、圖3所示LED驅(qū)動(dòng)裝置中單路控制開關(guān)電路的例子，一路控制開關(guān)60 包括PMOS場效應(yīng)管Q62、鉗位二極管ZD61、三極管Q61、電阻R61和R62、以及非門61。其中， 場效應(yīng)管Q62的源極與鉗位二極管ZD61的陰極和控制開關(guān)的上電極相連，場效應(yīng)管Q62的漏極與控制開關(guān)的下電極相連，場效應(yīng)管Q62的柵極與鉗位二極管ZD61的陽極和電阻R62 的上端相連，三極管Q61的集電極與電阻R62的下端相連，三極管Q61的發(fā)射極與接地端相連，三極管Q61的基極與電阻R61的右端相連，非門61的輸入端與控制信號Vi相連，非門 61的輸出端與電阻R61的左端相連。在圖6所示的構(gòu)成中，當(dāng)輸入信號Vi為高電平時(shí)，非門61的輸出為低電平，使得三極管Q61截止，流經(jīng)電阻R62的電流為0，從而鉗位二極管ZD61的端壓及MOS管Q62的源極與柵極間的壓差為0，于是MOS管Q62截止，由MOS管Q62的源極和漏極構(gòu)成的控制開關(guān)處于斷開狀態(tài)；同理，當(dāng)輸入信號Vi為低電平時(shí)，非門61的輸出為高電平，使得三極管Q61 導(dǎo)通，電流流過鉗位二極管ZD61并在其兩端產(chǎn)生壓差，該壓差同時(shí)也加在PMOS管Q62的源極與柵極之間，于是PMOS管Q62得以導(dǎo)通，由其源極和漏極構(gòu)成的控制開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖7是用于舉例說明當(dāng)控制信號為3路時(shí)，計(jì)數(shù)器的3個(gè)輸出端按二進(jìn)制方式的輸出值與對應(yīng)的3個(gè)控制開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)以及共計(jì)7個(gè)LED中各自點(diǎn)亮/熄滅情況的對應(yīng)關(guān)系。如圖7中(a) (h)所示，計(jì)數(shù)器的值在0 7之間按遞增的方式變化，其二進(jìn)制編碼分別為000、001，010，011、100、101、110和111，該編碼值經(jīng)計(jì)數(shù)器的3個(gè)輸出端輸出，
8該3個(gè)輸出端按照低位到高位的順序分別與對應(yīng)的控制開關(guān)K0、KU K2相連，控制開關(guān)KO 與LED燈串中7個(gè)LED中的1個(gè)LED并聯(lián)，Kl與其中的2個(gè)LED并聯(lián)，K2與余下的4個(gè) LED并聯(lián)。如圖7所示，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0時(shí)，對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)為000，其相應(yīng)的3個(gè)輸出端都輸出低電平，于是對應(yīng)的3個(gè)控制開關(guān)都導(dǎo)通，所有7個(gè)LED都無電流流過而熄滅，如圖7 中(a)所示。當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為5時(shí)，對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)為101，其相應(yīng)的3個(gè)輸出端中第0 位和第2位輸出高電平，而第1位輸出低電平，于是對應(yīng)的3個(gè)控制開關(guān)中KO和K2斷開， Kl導(dǎo)通，相應(yīng)地，與Kl并聯(lián)的兩個(gè)LED被短路導(dǎo)致無電流流過而熄滅，而與K2并聯(lián)的4個(gè) LED和與KO并聯(lián)的1個(gè)LED共計(jì)5個(gè)LED有電流流過而發(fā)光，如圖7中(f)所示。以此類推，經(jīng)由控制開關(guān)的控制，LED燈串中被點(diǎn)亮的LED的數(shù)目與計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值相等。圖8描述的情形與圖7的情形類似，不同之處在于其編碼方式為一種自定義編碼方式而非二進(jìn)制方式，用于說明計(jì)數(shù)器的3個(gè)輸出端按自定義編碼方式的輸出值與對應(yīng)的 3個(gè)控制開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)以及共計(jì)6個(gè)LED中各自點(diǎn)亮/熄滅情況的對應(yīng)關(guān)系。如圖8中(a) (g)所示，計(jì)數(shù)器的值在0 6之間按遞增的方式變化，其自定義編碼分別為000、001，010，011、101、110和111，該編碼值經(jīng)計(jì)數(shù)器的3個(gè)輸出端輸出，該3 個(gè)輸出端按照低位到高位的順序分別與對應(yīng)的控制開關(guān)K0、K1、K2相連，控制開關(guān)KO與LED 燈串中6個(gè)LED中的1個(gè)并聯(lián)，Kl與其中的2個(gè)LED并聯(lián)，K2與余下的3個(gè)LED并聯(lián)。如圖8所示，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0時(shí)，對應(yīng)編碼為000，其相應(yīng)的3個(gè)輸出端都輸出低電平，于是對應(yīng)的3個(gè)控制開關(guān)都導(dǎo)通，所有6個(gè)LED都無電流流過而熄滅，如圖8中 (a)所示。當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為5時(shí)，對應(yīng)編碼為110，其相應(yīng)的3個(gè)輸出端中第1位和第 2位輸出高電平，而第0位輸出低電平，于是對應(yīng)的3個(gè)控制開關(guān)中Kl和K2斷開，KO導(dǎo)通， 相應(yīng)地，與KO并聯(lián)的1個(gè)LED被短路導(dǎo)致無電流流過而熄滅，而與K2并聯(lián)的3個(gè)LED和與 Kl并聯(lián)的2個(gè)LED共計(jì)5個(gè)LED有電流流過而發(fā)光，如圖8中(f)所示。以此類推，經(jīng)由控制開關(guān)的控制，LED燈串中被點(diǎn)亮的LED的數(shù)目與計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值相等。圖7和圖8為了說明簡單，僅描述了 3路控制信號的情形，實(shí)際電路中將依據(jù)供電電壓的高低確定LED燈串中串聯(lián)的LED總數(shù)，并由此確定所需控制信號的路數(shù)及編碼方式。接下來的描述示出了本實(shí)用新型的LED驅(qū)動(dòng)方法的一個(gè)例子，其包括以下步驟a)采用整流電路11對外接交流電源10的電壓進(jìn)行整流；b)整流后的電壓經(jīng)恒流源13向LED燈串12提供恒定驅(qū)動(dòng)電流；c)將恒流源13的兩端壓差經(jīng)第一電壓比較器21觸發(fā)加減計(jì)數(shù)器23進(jìn)行累加；d)將恒流源13的兩端壓差經(jīng)第二電壓比較器22觸發(fā)加減計(jì)數(shù)器23進(jìn)行累減；e)由加減計(jì)數(shù)器23的輸出端控制各自連接的控制開關(guān)的通斷以調(diào)整參與發(fā)光的LED數(shù)量。上面例示了本實(shí)用新型幾種實(shí)施方式，但是本實(shí)用新型不限于所例示的實(shí)施方式，對例示的實(shí)施方式的各種置換、變形也包含在本實(shí)用新型的范圍。下面給出了與那些置換、變形相關(guān)的幾個(gè)示例。在例示的實(shí)施方式中，LED燈串中的控制開關(guān)不限于場效應(yīng)管，也可以是雙極形三極管或其它開關(guān)元件。在例示的實(shí)施方式中，恒流源的電壓上限值Vmax和下限值Vmin不限于某個(gè)固定的電壓值，可以結(jié)合其它實(shí)施要件而將某個(gè)相關(guān)元件的或某個(gè)連接點(diǎn)的電壓值作為設(shè)定 Vmax和(或)Vmin的依據(jù)。在例示的實(shí)施方式中，通過對各控制開關(guān)的通斷控制，使被點(diǎn)亮而實(shí)際參與發(fā)光的LED數(shù)目與計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值相等，且實(shí)際參與發(fā)光的LED的數(shù)目隨計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值按逐個(gè)遞增或遞減的方式變化，但也可以設(shè)計(jì)成被點(diǎn)亮而實(shí)際參與發(fā)光的LED數(shù)目是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值的η倍，相應(yīng)地實(shí)際參與發(fā)光的LED的數(shù)目每次遞增或遞減的個(gè)數(shù)為η個(gè)，這樣可使所需控制信號及控制開關(guān)的數(shù)量進(jìn)一步減少，可用于驅(qū)動(dòng)電流較小從而對恒流源兩端壓差要求不高的場合。在例示的實(shí)施方式中，開關(guān)控制單元的控制信號的產(chǎn)生方式不限于第一實(shí)施例所例示的比較器加計(jì)數(shù)器的方式，也不限于第二實(shí)施例所例示的比較器列加編碼器的方式， 還可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換器加單片機(jī)的方式或者其它電路形式，其用于通過檢測恒流源的兩端壓差并由此調(diào)整實(shí)際參與發(fā)光的LED數(shù)量，使恒流源得以維持恒定驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)，其兩端壓差保持最低，從而限制恒流源的功耗，使驅(qū)動(dòng)效率得以提高。整流電路不限于全波整流電路，也可以是半波整流電路等其它的整流電路。也可使用限流電阻器等阻抗元件代替恒流源，或者采用其它已知結(jié)構(gòu)的電流調(diào)整
直ο還可在如圖4、圖5所示恒流源的構(gòu)成中追加過壓保護(hù)電路，以便在異常情況導(dǎo)致恒流源的端壓過高時(shí)，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電流，避免恒流源因功耗過大而損壞。還可在如圖4、圖5所示恒流源的構(gòu)成中追加溫度補(bǔ)償電路，以便在異常情況導(dǎo)致溫度升高時(shí)對驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行限制，延長LED的使用壽命。在如圖2、圖3所示的構(gòu)成中，使用穩(wěn)壓二極管從整流電壓直接獲取低壓直流電源，也可以使用由其它已知結(jié)構(gòu)的穩(wěn)壓發(fā)生電路得到低壓直流電源。另外，在上述實(shí)施方式中示出的各種值只不過是作為一個(gè)例子而提示出來，顯然這可根據(jù)實(shí)施要件進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。在例示的實(shí)施方式中，不排除將所述低壓直流電源、比較器、計(jì)數(shù)器、控制開關(guān)等相關(guān)控制電路與LED燈串、恒流源甚至整流電路集成在一個(gè)芯片或封裝上的形式。綜上所述，本實(shí)用新型提供的LED裝置，通過交流電源點(diǎn)亮由多個(gè)LED串聯(lián)而成的燈串的LED驅(qū)動(dòng)裝置中，將LED燈串12與恒流源13串聯(lián)后，直接與由外接交流電源10經(jīng)整流電路11整流后得到的整流電壓并聯(lián)，同時(shí)通過調(diào)整LED燈串12中實(shí)際參與發(fā)光的LED 數(shù)量使恒流源13的兩端壓差始終處于設(shè)定的基準(zhǔn)電壓上限值與下限值之間，且不受LED正向壓降離散性的影響當(dāng)恒流源13的端壓高于設(shè)定上限值時(shí)，增加參與發(fā)光的LED數(shù)量直至恒流源13端壓低于上限值；當(dāng)恒流源13端壓低于下限值時(shí)，減少參與發(fā)光的LED數(shù)量直至恒流源13端壓高于下限值。這樣，所述LED裝置在維持驅(qū)動(dòng)電流恒定的同時(shí)，使恒流源 13的功率消耗得到限制，從而使LED裝置的驅(qū)動(dòng)效率得以提高。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種LED裝置，包括整流電路(11)、LED燈串(12 )、串聯(lián)在所述整流電路(11)和LED 燈串(12)之間的恒流源(13)以及開關(guān)控制單元(14)，其特征在于，所述LED燈串(12)分成η組，每組LED燈串并聯(lián)有控制開關(guān)Ki，所述控制開關(guān)Ki和開關(guān)控制單元(14)相連，第 i+Ι組中LED燈數(shù)目大于等于第i組中LED燈數(shù)目，i為整數(shù)，η為自然數(shù)，i < η。
2.如權(quán)利要求1所述的LED裝置，其特征在于，所述開關(guān)控制單元(14)包括第一電壓比較器(21)、第二電壓比較器(22)和加減計(jì)數(shù)器(23);所述恒流源(13)的輸入端分別和所述第一電壓比較器(21)的同向輸入端、第二電壓比較器(22)的反向輸入端相連，所述第一電壓比較器(21)的反向輸入端輸入基準(zhǔn)電壓上限值Vmax，輸出端和加減計(jì)數(shù)器(23)的INC 端相連，所述第二電壓比較器(22)的同向輸入端輸入基準(zhǔn)電壓下限值Vmin，輸出端和加減計(jì)數(shù)器(23)的DEC端相連；所述加減計(jì)數(shù)器(23)的輸出端依次和控制開關(guān)相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的LED裝置，其特征在于，所述第i組中LED燈串中LED燈數(shù)目為2Si的取值為0，1，…，η — 1。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種LED裝置，包括整流電路、LED燈串、串聯(lián)在所述整流電路和LED燈串之間的恒流源以及開關(guān)控制單元，其中，所述LED燈串分成n組，每組LED燈串并聯(lián)有控制開關(guān)Ki，所述控制開關(guān)Ki和開關(guān)控制單元相連，第i+1組中LED燈數(shù)目大于等于第i組中LED燈數(shù)目。本實(shí)用新型提供的LED裝置，將LED燈串進(jìn)行分組，每組設(shè)置不同數(shù)目的LED，并通過并聯(lián)開關(guān)分別控制每組LED燈串的電流通斷，簡化電路設(shè)計(jì)，降低功率損耗。此外，本實(shí)用新型通過使用電壓比較器和加減計(jì)數(shù)器直接檢測恒流源的兩端壓差并控制每組LED燈串的開關(guān)，進(jìn)一步簡化電路設(shè)計(jì)，且不受LED正向壓降離散性的影響。
文檔編號H05B37/02GK202261969SQ20112036018
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
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