本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了用于LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

LED作為一種節(jié)能環(huán)保的新型光源，由于具有高亮度、低功耗而且壽命長的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。由于在接近額定電流的范圍內(nèi)，LED的發(fā)光亮度與流過的電流成正比而與其兩端的電壓無關(guān)，因此LED在工作時(shí)希望恒流源來供電。

圖1示出了傳統(tǒng)LED線性恒流控制系統(tǒng)100。該系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)成本低的特點(diǎn)而在LED照明等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)100的主要控制單元(如虛線所示)包括：感測電阻器101、功率調(diào)整管102、以及誤差放大器103。誤差放大器的正向輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤_ref，負(fù)向輸入端與感測電阻器101連接；誤差放大器的輸出端與功率調(diào)整管102的柵極連接。

如圖1所示，當(dāng)上電時(shí)，系統(tǒng)100接收交流電(AC)輸入電壓110。電壓110由整流器120(例如，全波整流橋)，整流器120隨后生成經(jīng)整流的輸出電流，用于功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100的操作。電容器104一端與整流器120的輸出連接，一端接地。經(jīng)整流的輸出電流在在電容器104上產(chǎn)生體電壓V_bulk。

控制單元的誤差放大器在上電后，控制柵極端電壓使功率調(diào)整管102處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)V_bulk電壓高于LED的最小擊穿電壓時(shí)，電流通過LED，經(jīng)功率調(diào)整管102流入感測電阻器101，其中101的電壓大小對應(yīng)LED的流入電流。誤差放大器對所感測的電阻101的電壓V_sense，以及另一輸入端的參考電壓V_ref進(jìn)行誤差放大來調(diào)節(jié)功率調(diào)整管102的柵極電壓，從而實(shí)現(xiàn)對LED的恒流控制。輸出的LED電流I_led如等式1所示：

其中，R₁代表電阻器101的阻值，并且V_ref代表參考電壓。

而在一些高PF(Power Factor，功率因數(shù))、或者可控硅調(diào)光(TRIAC dimming)等應(yīng)用領(lǐng)域，由于電容器104的電容值較小，V_bulk以交流信號整流后的波形進(jìn)入LED的陽極。這就會導(dǎo)致在V_bulk電壓較低的市電工頻周期(例如，0.02s)中，LED因擊穿電壓不足而無法導(dǎo)通，從而也無電流流過LED。所以在這種應(yīng)用場景中，輸出的LED電流I_led如等式2所示：

其中，T代表工頻周期，T_on代表工頻周期中LED的導(dǎo)通時(shí)間。

由此帶來的問題是，根據(jù)(等式2)，當(dāng)市電電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時(shí)，L市電工頻周期中LED的導(dǎo)通時(shí)間T_on也發(fā)生變化，從而導(dǎo)致LED的輸出電流I_led變化，這種系統(tǒng)的輸入線電壓調(diào)整率(line regulation)差。電壓調(diào)整率表征在所有其他影響量(例如，溫度等)保持不變時(shí)，由于輸入電壓的變化所引起輸出電流的相對變化量，其以百分比形式表示。電壓調(diào)整率越小則系統(tǒng)性能越好，過大的電壓調(diào)整率將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。

因此，非常需要改進(jìn)的LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了用于過電壓保護(hù)的系統(tǒng)和方法。僅作為示例，本發(fā)明的一些實(shí)施例被應(yīng)用到LED照明系統(tǒng)。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明具有更廣泛的適用范圍。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：誤差放大器，誤差放大器的正向輸入端輸入?yún)⒖茧妷?，?fù)向輸入端與補(bǔ)償電阻器連接；功率調(diào)整管，功率調(diào)整管的發(fā)射極與第一感測電阻器連接，柵極與誤差放大器的輸出端連接，集電極與外部LED的陰極連接；其中，第一感測電阻器一端與補(bǔ)償電阻器以及誤差放大器的負(fù)向輸入端串聯(lián)連接，一端接地，第二感測電阻器連接在誤差放大器的負(fù)向輸入端和LED的陰極之間，補(bǔ)償電阻器一端連接誤差放大器的負(fù)向輸入端，一端連接第一感測電阻器。

根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種包括如本公開的實(shí)施例所述的用于LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償系統(tǒng)的LED燈具。

根據(jù)實(shí)施例，可以獲得一項(xiàng)或多項(xiàng)益處。參考隨后的詳細(xì)的說明和附圖，這些好處和本發(fā)明的各種附加的目的、特征和優(yōu)勢可得以透徹地理解。

附圖說明

圖1示出了傳統(tǒng)LED線性恒流控制系統(tǒng)。

圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。

圖3是根據(jù)本公開的優(yōu)選實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。

圖4是根據(jù)圖3的實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的改進(jìn)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。

圖5是根據(jù)圖3的實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的改進(jìn)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。

圖6是根據(jù)圖3的實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的改進(jìn)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)方面的特征和示例性實(shí)施例。在下面的詳細(xì)描述中，提出了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，本發(fā)明可以在不需要這些具體細(xì)節(jié)中的一些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。下面對實(shí)施例的描述僅僅是為了通過示出本發(fā)明的示例來提供對本發(fā)明的更好的理解。本發(fā)明決不限于下面所提出的任何具體配置和算法，而是在不脫離本發(fā)明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和算法的任何修改、替換和改進(jìn)。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便避免對本發(fā)明造成不必要的模糊。

本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了用于LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償系統(tǒng)。僅作為示例，本發(fā)明的一些實(shí)施例被應(yīng)用到LED照明。但是，將認(rèn)識到，本發(fā)明有更廣泛的適用范圍。

本發(fā)明提供了一種用于LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償系統(tǒng)，可以通過系統(tǒng)外圍感應(yīng)電阻和補(bǔ)償電阻的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)低成本的LED線性恒流系統(tǒng)線電壓補(bǔ)償功能。優(yōu)選的，本發(fā)明的控制方法可以適用于高PF或TRAIC調(diào)光的線性恒流控制方式的LED照明領(lǐng)域。

圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。如圖2所示，用于控制LED 230的控制系統(tǒng)200可以包括：第一感測電阻器201、第二感測電阻器202、補(bǔ)償電阻器203、誤差放大器204、以及功率調(diào)整管205。

如圖2所示，當(dāng)上電時(shí)，系統(tǒng)200接收交流電(AC)輸入電壓210。電壓210由整流器220(例如，全波整流橋)，整流器220隨后生成經(jīng)整流的輸出電流，用于功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)200的操作。電容器206一端與整流器220的輸出連接，一端接地。經(jīng)整流的輸出電流在在電容器206上產(chǎn)生體電壓V_bulk。

誤差放大器204的正向輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤_ref，負(fù)向輸入端經(jīng)由串聯(lián)連接的補(bǔ)償電阻器203、第一感測電阻器201接地，并且經(jīng)由第二感測電阻器202連接到整流器220的輸出；誤差放大器204的輸出端與功率調(diào)整管205的柵極連接。功率調(diào)整管205的發(fā)射極與第一感測電阻器201連接，柵極與誤差放大器205的輸出端連接，并且集電極與LED 230的陰極連接。第一感測電阻器201一端與補(bǔ)償電阻器203、誤差放大器204的負(fù)向輸入端串聯(lián)連接，一端接地。第二感測電阻器202連接在誤差放大器204的負(fù)向輸入端和整流器220的輸出端之間。補(bǔ)償電阻器203一端連接誤差放大器204的負(fù)向輸入端，一端連接第一感測電阻器201。

在圖2的示例中，功率調(diào)整管205是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在另一示例中，功率調(diào)整管205是雙極結(jié)型晶體管。在另一示例中，功率調(diào)整管205是場效應(yīng)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET))。在各種示例中，控制系統(tǒng)200可以包括更多或更少的元件，其中參考電壓V_ref的值可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要設(shè)置。

第二感測電阻器202具有電阻值R2。R2是線電壓感測電阻，流經(jīng)第二感測電阻器202的電流I_R2如等式3所示：

其中，V_bulk代表市電經(jīng)整流器220整流后在電容器206上產(chǎn)生電壓(其表征系統(tǒng)的輸入電壓)，R₂代表第二感測電阻器202的阻值，并且V_ref代表參考電壓。流經(jīng)第二感測電阻器202的電流I_R2對應(yīng)輸入電壓V_bulk的變化。

假設(shè)補(bǔ)償電阻器203具有電阻值R3，以調(diào)節(jié)線電壓的補(bǔ)償量，則輸出的LED電流I_led如等式4或等式5所示：

或等式5

其中，R₁代表第一感測電阻器201的阻值，R₃代表補(bǔ)償電阻器203的阻值。

在圖2的系統(tǒng)中，第二感測電阻器202連接的V_bulk是市電整流后的電壓，其最大電壓有可以高達(dá)數(shù)百V。因此，系統(tǒng)有時(shí)不得不選用相對價(jià)格較高的高耐壓電阻，或多個(gè)電阻器串聯(lián)連接的組合用作第二感測電阻器202。

圖3是根據(jù)本公開的優(yōu)選實(shí)施例的、LED線性恒流系統(tǒng)的線電壓補(bǔ)償電路原理圖。如圖3所示，用于控制LED 330的控制系統(tǒng)300可以包括：：第一感測電阻器301、第二感測電阻器302、補(bǔ)償電阻器303、誤差放大器304、以及功率調(diào)整管305。

如圖3所示，當(dāng)上電時(shí)，系統(tǒng)300接收交流電(AC)輸入電壓310。電壓310由整流器320(例如，全波整流橋)，整流器320隨后生成經(jīng)整流的輸出電流，用于功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)300的操作。電容器306一端與整流器320的輸出連接，一端接地。經(jīng)整流的輸出電流在在電容器306上產(chǎn)生體電壓V_bulk。

誤差放大器304的正向輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤_ref，負(fù)向輸入端與補(bǔ)償電阻器303以及第一感測電阻器301連接；誤差放大器的輸出端與功率調(diào)整管305的柵極連接。功率調(diào)整管303的發(fā)射極與第一感測電阻器301連接，柵極與誤差放大器304的輸出端連接，集電極與LED 330的陰極連接。第一感測電阻器301一端與補(bǔ)償電阻器303、誤差放大器304的負(fù)向輸入端串聯(lián)連接，一端接地。第二感測電阻器302連接在誤差放大器304的負(fù)向輸入端和LED 330的陰極之間。補(bǔ)償電阻器303一端連接誤差放大器304的負(fù)向輸入端，一端連接第一感測電阻器301。

在圖3的示例中，功率調(diào)整管305是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在另一示例中，功率調(diào)整管305是雙極結(jié)型晶體管。在另一示例中，功率調(diào)整管305是場效應(yīng)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET))。在各種示例中，控制系統(tǒng)300可以包括更多或更少的元件，其中參考電壓V_ref的值可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要設(shè)置。

如圖3所示，連接至LED 330的陰極的第二感測電阻器302具有電阻值R2，R2表示線電壓感測電阻。流經(jīng)第二感測電阻器302的電流I_R2如等式6所示：

其中，V_bulk代表市電經(jīng)整流器320整流后在電容器306上產(chǎn)生電壓(其表征系統(tǒng)的輸入電壓)，R₂代表第二感測電阻器302的阻值，V_led代表LED 330導(dǎo)通的正向壓降，并且V_ref代表參考電壓。

類似的，假設(shè)補(bǔ)償電阻器303具有電阻值R3以調(diào)節(jié)線電壓的補(bǔ)償量，則輸出的LED 330電流I_led如等式7或等式8所示：

或等式8，

其中，R₁代表第一感測電阻器301的阻值。

由于LED的陰極處的最大電壓僅為約幾十V，而流經(jīng)第二感測電阻器302的電流同樣對應(yīng)輸入電壓V_bulk的變化，則圖3系統(tǒng)中第二感測電阻器302可以選用成本較低的普通耐壓電阻實(shí)現(xiàn)線電壓補(bǔ)償功能?；蛘?，第二感測電阻器302可以是單個(gè)電阻器。

在又一實(shí)施例中，根據(jù)圖4示出了對圖3架構(gòu)的進(jìn)一步的補(bǔ)償優(yōu)化。在圖4的系統(tǒng)400中，第二感測電阻器402通過電壓源470串聯(lián)連接在誤差放大器404的負(fù)向輸入端和LED 430的陰極之間；其中，電壓源470的負(fù)極與第二感測電阻器402連接，正極與LED 430的陰極連接。其它組件和連接方式與圖3類似，在此不再贅述。

通過第二感測電阻器402的電流對應(yīng)于輸入電壓V_bulk的變化，如等式(9)所示，

其中，V_bulk代表市電經(jīng)整流器420整流后在電容器406上產(chǎn)生電壓(其表征系統(tǒng)的輸入電壓)，R₂代表第二感測電阻器402的阻值，V_led是LED導(dǎo)通的正向壓降，V0是電壓源470的電壓。

類似的，假設(shè)補(bǔ)償電阻器403具有電阻值R3以調(diào)節(jié)線電壓的補(bǔ)償量，則輸出的LED 430電流I_led如等式10或等式11所示：

或等式8，

其中，R₁代表第一感測電阻器301的阻值。

由于第二感測電阻器402通過電壓源407連接至LED的陰極，而該節(jié)點(diǎn)最大電壓為幾十伏特，對電阻的性能要求較低，可以選用成本較低的普通耐壓電阻實(shí)現(xiàn)線電壓補(bǔ)償功能。

在又一實(shí)施例中，根據(jù)圖5示出了對圖3架構(gòu)的進(jìn)一步的補(bǔ)償優(yōu)化。在圖5的系統(tǒng)500中，第二感測電阻器502通過二極管570串聯(lián)連接在誤差放大器504的負(fù)向輸入端和LED 530的陰極之間；其中，二極管570的負(fù)極與第二感測電阻器502連接，正極與LED 530的陰極連接。其它組件和連接方式與圖3類似，在此不再贅述。利用二極管570的單向?qū)ㄌ匦云鸬椒€(wěn)壓作用，對第二感測電阻器502進(jìn)行進(jìn)一步保護(hù)，降低了對電阻器的性能要求。

在又一實(shí)施例中，根據(jù)圖6示出了對圖3架構(gòu)的進(jìn)一步的補(bǔ)償優(yōu)化。在圖6的系統(tǒng)600中，第二感測電阻器602通過穩(wěn)壓二極管670串聯(lián)連接在誤差放大器604的負(fù)向輸入端和LED 630的陰極之間；其中，穩(wěn)壓二極管670的正極與第二感測電阻器502連接，負(fù)極與LED 630的陰極連接。其它組件和連接方式與圖3類似，在此不再贅述。利用穩(wěn)壓二極管670的反向擊穿特性起到穩(wěn)壓作用，對第二感測電阻器602進(jìn)行進(jìn)一步保護(hù)，降低了對電阻器的性能要求。

本發(fā)明提供了一種用于LED恒流控制的線電壓補(bǔ)償系統(tǒng)，可以通過系統(tǒng)外圍感應(yīng)電阻和補(bǔ)償電阻的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)低成本的LED線性恒流系統(tǒng)線電壓補(bǔ)償功能。優(yōu)選的，本發(fā)明的控制方法可以適用于高PF或TRAIC調(diào)光的線性恒流控制方式的LED照明領(lǐng)域。

例如，使用一個(gè)或多個(gè)軟件組件、一個(gè)或多個(gè)硬件組件、和/或軟件和硬件組件的一個(gè)或多個(gè)組合，本發(fā)明的各種實(shí)施例的一些或全部組件各自單獨(dú)地和/或以與至少另一組件結(jié)合的方式被實(shí)施。在另一示例中，本發(fā)明的各種實(shí)施例的一些或全部組件各自單獨(dú)地和/或以與至少另一組件結(jié)合的方式被實(shí)施在諸如一個(gè)或多個(gè)模擬電路和/或一個(gè)或多個(gè)數(shù)字電路之類的一個(gè)或多個(gè)電路中。在另一示例中，本發(fā)明的各種實(shí)施例和/或示例可以被結(jié)合。

雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，存在等同于所描述的實(shí)施例的其它實(shí)施例。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于所示出的具體實(shí)施例，而僅由所附權(quán)利要求的范圍所限定。