專利名稱：用于改變輸入電壓源的led開關電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于驅動LED光源的開關電路。具體而言，是其中LED由調節電流源驅動的電路。
背景技術：
通常，LED可以由調節通過LED的電流的電流源驅動從而保持LED的光輸出。圖 1顯示了用于驅動LED電路的典型電路，其中V是輸入電壓源，D表示一串LED，而G是電流源。在這樣的電路中，為了使電流流過D，V的源輸入電壓必須高于LED D的正向電壓。然而，如果輸入電壓源V的電壓高于D的正向電壓很多，那么大的壓降出現于電流源G中。這種事件可能導致電流源G中的重大功率損耗，尤其是如果電流源G是線性電流源。

發明內容
根據本發明的第一方面，LED陣列開關裝置包括串聯連接的多個LED部分Dl到 Dn，每個LED部分具有正向電壓；與所述多個LED部分耦合的電壓源；以及多個恒定電流源 Gl到&1，分別與LED部分Dl到Dn的輸出耦合，每個恒定電流源可在電流調節狀態和斷開狀態之間切換，由此當電壓源的電壓增大時，LED部分被導通并且發光以形成更高正向電壓 LED串，而當電壓源的電壓下降時，從最后發光部分開始關斷該部分，并且從所述LED串中去掉該部分。在另一個方面，LED陣列開關裝置進一步包括觸發開關，其具有的輸出在第一輸出和與第一輸出互補的第二輸出之間觸發；第一開關，其與觸發開關的第一輸出耦合；第二開關，其與觸發開關的第二輸出耦合并且耦合到多個恒定電流源；以及多個第二恒定電流源GTl到GTn，其分別與LED部分Dn到Dl的輸出耦合，并且耦合到第一開關，其中當觸發開關的第一輸出有效時，第一開關變為關閉，并且第二恒定電流源被禁用，而所述恒定電流源有效，以及當觸發開關的第二輸出有效時，第二開關關閉，并且所述恒定電流源被禁用， 而第二恒定電流源有效。在另一個方面，當觸發開關的第二輸出有效時，LED部分被導通，并且以和觸發開關的第一輸出有效時相反的順序發光。在另一個方面，觸發開關以大于20Hz的頻率觸發。在另一個方面，多個恒定電流源相繼導通和斷開，由此在任何給定時間多個恒定電流源中只有一個提供電流到形成LED串的LED部分。在另一個方面，多個恒定電流源中每個都包括這樣的電路檢測流過LED串的電流并且根據檢測的電流使恒定電流源啟用或被禁用。在另一個方面，由電壓源提供的電壓是整流的AC電壓信號。在另一個方面，電壓源包括具有RC計時電路的三端雙向可控硅調光器，并且LED 陣列開關電路進一步包括分壓電路，與電壓源和恒定電流源耦合，分壓電路包括旁路電阻器，當整流的輸入電壓足夠低以至于指示三端雙向可控硅開關關斷時，分壓電路可操作為使旁路電阻器與輸入電壓并聯，以允許將充足的充電電流提供給RC計時電路，以及當輸入電壓足夠高以至于指示三端雙向可控硅開關導通時，斷開旁路電阻器。根據本發明的另一個方面，提供一種驅動LED陣列的方法，所述LED陣列包括串聯連接的多個LED部分Dl到Dn，每個LED部分具有正向電壓；與多個LED部分耦合的電壓源； 以及分別與LED部分Dl到Dn的輸出耦合的多個恒定電流源Gl到&1。該方法包括(a)當電壓源的電壓增大時相繼導通恒定電流源，以便形成LED部分的更高正向電壓LED串，并且使其它恒定電流源被禁用，由此在任何給定時間多個恒定電流源中只有一個恒定電流源提供電流到形成LED串的LED部分；以及(b)當電壓源的電壓下降時以與步驟(a)中執行的導通相反的順序相繼導通恒定電流源，以便形成LED部分的更低正向電壓LED串，并且使其它恒定電流源被禁用，由此在任何給定時間多個恒定電流源中只有一個恒定電流源提供電流到形成LED串的LED部分。在另一個方面，當電壓源增大時，LED部分被相繼添加到LED部分的串中。在另一個方面，當電壓源下降時，LED部分被相繼從LED部分的串中去掉。在另一個方面，多個恒定電流源中的電路檢測流過LED部分的電流，并且根據檢測的電流執行各個恒定電流源的導通和禁用。


附圖只為了示例的目的而不一定是按比例制圖。然而，當結合附圖參考下面的詳細說明時，可以最好地理解發明本身，其中圖1是使用電流源的傳統LED驅動電路的電路圖；圖2是根據本發明實施例的LED陣列開關電路的功能方塊圖；圖3A-3F是示例根據本發明實施例以不同的源電壓電平通過圖2的電路的電流通路的示圖；圖4是根據本發明一個方面的圖2電路的功能方塊圖，所述電路具有可選電流源組以平均LED的利用率；圖5是顯示圖2中所示電路的實際執行的電路圖；圖6是通過圖5中節點A和B的電壓波形的示圖；圖7是通過圖5中元件Ml的電流的示圖；圖8是通過圖5中元件M2的電流的示圖；圖9是通過圖5中元件M3的電流的示圖；圖10是通過圖5中元件DXl的電流的示圖；圖11是通過圖5中元件DX3的電流的示圖；圖12是通過圖5中元件DX4的電流的示圖；圖13是顯示圖5中AC主電源的輸入波形的示圖14是可以和圖5的電路一起使用的分壓電路的電路。
具體實施例方式圖2-14示例了 LED陣列開關裝置的優選實施例的多個方面。對于使用變化的輸入電壓源(諸如經整流的AC源)進行工作的LED照明設備，根據本發明的開關裝置將LED 串分為一系列多個LED部分。當輸入電壓為低時，只有第一個LED部分發光。當輸入電壓升高時，之后的LED部分連續切換以形成更高的正向電壓串。相反地，如果輸入電壓降低， 順序反向并且從最后發光的部分開始將LED部分從該串中去掉。圖2顯示了所提出電路的功能塊。假設LED串被分成η個LED部分Dl到Dn，其中 n> I0每個LED部分可以由一個或多個LED組成。Gl到&ι是可以被禁用的恒定電流源， 也就是說，由來自逐個電流源的電流檢測信號轉換為開路情況。接下來對于其中Vl的電壓從零上升的情況，參考圖3A-3F描述圖2的電路的運行。當Vl的電壓剛超過LED部分Dl的正向電壓時，電流開始流過LED部分Dl和電流源 G1，如圖3A所示。當Vl的電壓進一步增大時，電流源Gl調節通過LED部分Dl的電流。當 Vl達到LED部分Dl和LED部分D2正向電壓之和時，LED部分D2開始導通，如圖所示。 當通過LED部分D2的電流增大到閾值時，電流源Gl被禁用，變為開路，所述閾值被優選地設置為低于電流源G2的調節值。然后電流源G2調節通過LED部分Dl和LED部分D2的電流，如圖3C所示。圖3D顯示了當Vl已增大到電流源&1-1調節通過LED部分Dl到Dn-I的電流的那個值時的電路中的電流通路。進一步增大的Vl使得LED部分Dn導通，如圖3E所示。圖 3F顯示了當通過LED部分Dn的電流增大到觸發電流源Gl到&ι_1處于斷開的情況的電流通路。正如本領域普通技術人員理解的，如果Vl的電壓下降，則圖3A-3F顯示的切換順序就是反向的。具體而言，Vl的電壓足夠高以使調節過的電流流過LED部分Dl到Dn和電流源&1，具體情況顯示在圖3F中。當Vl減小時，通過的電流開始減小并且減小到低于閾值的點，電流源&1-1被啟用并且電流開始流過電流源&1-1，如圖3E所示。當Vl減小到低于LED部分Dl到Dn的正向電壓之和的值時，通過LED部分Dn的電流被停止，如圖3D所
7J\ ο從以上描述可以看出，在圖2的電路中，如果任何一個恒定電流源導通，則LED部分Dl導通。相反，如果電流源導通，則只有LED部分Dn導通。因而在運行中，LED部分 Dl的使用會比LED部分Dn更頻繁。圖4是平均LED部分Dl到Dn之間利用率的電路的方塊圖。該電路包括被加到圖2電路中的一組附加電流源GTl-GTn以及電流源組觸發開關 TSl0正如在圖4中能夠看到的，電流源組觸發開關TSl有兩個互補的信號輸出Q和Q。 優選地，觸發開關TSl被配置為使這兩個輸出以超過20Hz的頻率觸發以避免感覺到閃爍。 當觸發開關TSl的Q有效時，連接到該輸出的開關STl變為關閉，電流源GTl到GTn被禁用， 并且開關Sl打開。在該情況里下，圖4的電路本質上和圖2顯示的電路一致，并且如上所述在出現輸入電壓Vl上升或者下降的時候運行。當Q變為有效并且Q變為無效時，開關Sl變為關閉，電流源Gl到&ι被禁用，開關STl打開，并且電流源GTl到GTn是運行的。在這種情況下，如果Vl從零電壓上升，則不像圖1的電路中那樣，Dn將是第一個導通的部分，后面是Dn-Ι，和圖2的電路中出現的情況恰恰相反。因而隨著時間過去，LED的利用率將達到平衡。圖5顯示了當η = 3時在圖2中顯示的所提出的電路的實際詳細的執行。在該圖中，AC 220V主電壓源是整流信號。穿過節點A和B的電壓波形顯示在圖6中。LED串由四個LED DX1-DX4組成，每個具有50V的正向電壓，并且被分成3個部分。第一部分有2個 LED (DXl和DX^，而第二和第三部分每個有一個LED (分別是DX3和DX4)。正如從附圖中能夠看出的，晶體管Ml、電阻器Rl和Rl 1、晶體管Ql和二極管Dl形成驅動LED DXl和DX2的恒定電流源。當通過晶體管M2的電流達到閾值時，晶體管Qll關斷晶體管Ml。圖7顯示了晶體管Ml的電流波形。與晶體管M2和M3中的電流相應的波形分別顯示在圖8和9中。圖10、11和12分別顯示LED DXUDX3和DX4的電流波形。LED DXl的電流是晶體管Ml、M2和M3的電流和，而LED DX3的電流是晶體管M2和M3的電流和。圖13顯示了來自AC主電源的輸入電流波形。遍及大部分半直線環(half line cycle)，電流是連續的，這使得該電路適于和可選的三端雙向可控硅調光器(triac dimmer) 一起運行，如圖5所示。可以增加可選的分壓電路，以當三端雙向可控硅開關關斷時為三端雙向可控硅調光器的RC計時電路提供電流通路。圖14顯示了一種形式的分壓電路，其連接到圖5的節點A和B。當三端雙向可控硅開關不導通時，分壓電路作為調光器的電阻負載。當整流的輸入電壓為低時(其指示三端雙向可控硅開關關斷)，旁路電阻器110 由晶體管2N60導通以并聯整流的輸入電壓。由于有旁路電阻器形成電路，能夠將充足的充電電流提供給三端雙向可控硅調光器的內部RC計時電路以保證正常操作。當整流的輸入電壓為高時(其指示三端雙向可控硅開關導通)，旁路電阻器由晶體管2N60斷開以最小化浪費的功耗。雖然本文已經示例和描述特定的實施例，但是本領域的普通技術人員能夠意識到，在不脫離本發明范圍的情況下，多個可代替和/或同等的實現方式可以代替所顯示和描述的特定實施例。該臨時的應用是要覆蓋本文論述的特定實施例的修改或者變化。因此， 意味著本發明僅僅由權利要求書及其同等物限定。
權利要求
1.一種LED陣列開關裝置，包括串聯連接的多個LED部分Dl到Dn，每個LED部分具有正向電壓；與多個LED部分耦合的電壓源；以及多個恒定電流源Gl到&1，分別與LED部分Dl到Dn的輸出耦合，每個恒定電流源可在電流調節狀態和斷開狀態之間切換，由此當電壓源的電壓增大時，LED部分被導通并且發光以形成更高正向電壓LED串，而當電壓源的電壓下降時，從最后發光部分開始關斷該部分， 并且從所述LED串中去掉該部分。
2.根據權利要求1的LED陣列開關裝置，進一步包括觸發開關，具有在第一輸出和與第一輸出互補的第二輸出之間觸發的輸出；與觸發開關的第一輸出耦合的第一開關；與觸發開關的第二輸出和多個恒定電流源耦合的第二開關；以及多個第二恒定電流源GTl到GTn，分別與LED部分Dn到Dl的輸出耦合，并且耦合到第一開關，其中當觸發開關的第一輸出有效時，第一開關變為關閉，并且第二恒定電流源被禁用，而恒定電流源有效，以及當觸發開關的第二輸出有效時，第二開關關閉，并且恒定電流源被禁用，而第二恒定電流源有效。
3.根據要求2的LED陣列開關裝置，其中當觸發開關的第二輸出有效時，LED部分被導通，并且以和觸發開關的第一輸出有效時相反的順序發光。
4.根據權利要求3所述的LED陣列開關裝置，其中觸發開關以大于20Hz的頻率觸發。
5.根據權利要求1所述的LED陣列開關裝置，其中多個恒定電流源相繼導通和斷開，由此在任何給定時間所述多個恒定電流源中只有一個提供電流到形成LED串的LED部分。
6.根據權利要求1所述的LED陣列開關裝置，其中多個恒定電流源中每個都包括這樣的電路檢測流過LED串的電流并且根據檢測的電流使恒定電流源啟用或被禁用。
7.根據權利要求1所述的LED陣列開關裝置，其中由電壓源提供的電壓是整流的AC電壓信號。
8.根據權利要求1所述的LED陣列開關裝置，其中電壓源包括具有RC計時電路的三端雙向可控硅調光器，并且LED陣列開關電路進一步包括與電壓源和恒定電流源耦合的分壓電路，分壓電路包括旁路電阻器，當整流的輸入電壓足夠低以指示三端雙向可控硅開關關斷時，分壓電路能夠操作為使旁路電阻器與輸入電壓并聯，以允許將充足的充電電流提供給RC計時電路，以及當輸入電壓足夠高以指示三端雙向可控硅開關導通時，斷開旁路電阻器。
9.一種驅動LED陣列的方法，所述LED陣列包括串聯連接的多個LED部分Dl到Dn，每個LED部分具有正向電壓，與多個LED部分耦合的電壓源，以及分別與LED部分Dl到Dn的輸出耦合的多個恒定電流源Gl到&1，該方法包括(a)當電壓源的電壓增大時相繼導通恒定電流源，以形成LED部分的更高正向電壓LED串，并使其他恒定電流源被禁用，由此在任何給定時間所述多個恒定電流源中只有一個提供電流到形成LED串的LED 部分；以及(b)當電壓源的電壓減小時以與步驟(a)中執行的導通相反的順序相繼導通恒定電流源，以便形成LED部分的更低正向電壓LED串，并且使其它恒定電流源被禁用，由此在任何給定時間所述多個恒定電流源中只有一個提供電流到形成LED串的LED部分。
10.根據權利要求9所述的驅動LED陣列的方法，其中當電壓源增大時，LED部分被相繼添加到LED部分的串中。
11.根據權利要求9所述的驅動LED陣列的方法，其中當電壓源下降時，LED部分被相繼從LED部分的串中去掉。
12.根據權利要求9所述的驅動LED陣列的方法，其中多個恒定電流源中的電路檢測流過LED部分的電流，并且根據檢測的電流執行各個恒定電流源的導通和禁用。
全文摘要
本發明公開了一種LED陣列開關裝置，包括串聯連接的多個LED部分D1到Dn，每個LED部分具有正向電壓；與多個LED部分耦合的電壓源；以及分別與LED部分D1到Dn的輸出耦合的多個恒定電流源G1到Gn。每個恒定電流源可在電流調節狀態和斷開狀態之間切換，由此當電壓源的電壓增大時，LED部分被導通并且發光以形成更高正向電壓LED串，而當電壓源的電壓下降時，從最后發光部分開始關斷該部分，并且從所述LED串中去掉該部分。
文檔編號H05B37/02GK102378443SQ201010543059
公開日2012年3月14日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年8月12日
發明者梁華興, 蕭錦華 申請人:惠州元暉光電有限公司