專利名稱：線性恒流控制器、芯片及驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性恒流控制器電路，具體而言，涉及一種用于驅(qū)動恒流源負載的高電壓線性恒流控制器，以及包含該控制器的芯片與驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
由于具有光效高、壽命長、無輻射與低功耗等特點，發(fā)光二極管(LED)在照明工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。作為恒流源負載中的一種，LED需要與恒壓源負載不同的控制器。目前，工業(yè)界主要有兩大類驅(qū)動LED的控制器。一類是開關(guān)恒流控制器，主要特點在于需要電感和變壓器，在各種條件下效率一般都實現(xiàn)得較高，但同時成本也高。另一類是線性恒流控制器，它不需要電感和變壓器，雖然在某些條件下效率很難實現(xiàn)得高，但是成本很低。參照圖1，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的線性恒流方案。其中，經(jīng)整流橋180整流后，由全球照明電網(wǎng)提供的交流Iiov或交流220V轉(zhuǎn)換為直流輸入電壓VIN。LED負載190和高壓 MOS管101以及恒流控制器100串接在一起。恒流控制器100用于實現(xiàn)恒流控制，高壓MOS 管101承擔多余的電壓和功率耗散，也就是散熱。電阻103、穩(wěn)壓二極管104用以實現(xiàn)電壓鉗位，向高壓MOS管101的柵極提供合適的直流電壓。然而，上述線性恒流方案無法實現(xiàn)開關(guān)調(diào)光功能。開關(guān)調(diào)光意味著，通過LED燈具的開和關(guān)來實現(xiàn)LED燈的亮度控制。例如，一個完整的三段開關(guān)調(diào)光過程可設(shè)計如下第一次開燈，LED燈以IOW點亮；關(guān)掉燈，燈不亮了 ；在3秒鐘以內(nèi)再次把燈打開，LED燈的亮度變成5W，亮度減少一半，也就節(jié)能一半；再關(guān)掉燈，燈不亮了 ；在3秒鐘以內(nèi)又一次把燈打開， LED燈的亮度變成2. 5W，這樣，亮度只有1/4，就可節(jié)能3/4 ；再關(guān)掉燈，燈不亮了 ；在3秒鐘以內(nèi)再一次把燈打開，LED燈的亮度又變成10W，亮度達到最大。而無論燈亮度處于什么狀態(tài)，只要關(guān)燈時間超過3秒鐘，再次開燈后都將回到最大亮度狀態(tài)，這就是LED燈亮度狀態(tài)的復(fù)位。當然，開關(guān)調(diào)光不僅可以做成三段，還可以做成其他任意段，比如兩段、四段、五段、 六段等等，甚至做成無極的調(diào)光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有線性恒流方案無法實現(xiàn)開關(guān)調(diào)光功能的缺陷，提供一種以低成本實現(xiàn)線性恒流開關(guān)調(diào)光功能的解決機制，從而有效地節(jié)約能源。無疑，這對目前全球能源短缺的現(xiàn)狀有著現(xiàn)實的意義。本發(fā)明的上述目的通過提供線性恒流控制器、芯片以及驅(qū)動恒流源負載的裝置而實現(xiàn)。根據(jù)第一方面，提供一種線性恒流控制器，在其電源端與參考地之間連接一電容器，用以在掉電狀態(tài)下為所述控制器供電，所述控制器包括高壓MOS管，其漏極經(jīng)恒流源負載連接至輸入電壓源，其源極經(jīng)一檢測電阻連接至參考地；誤差放大器，其一輸入端接收流經(jīng)所述恒流源負載電流的檢測信號，另一輸入端接收一調(diào)光信號，其輸出端連接所述高壓MOS管的柵極；以及調(diào)光電路，用以根據(jù)所述電流檢測信號，在上電時產(chǎn)生所述調(diào)光信號。在第一方面中，優(yōu)選的是，所述調(diào)光電路包括掉電判斷及亮度調(diào)整電路，所述掉電判斷及亮度調(diào)整電路包括第一比較器，用以將所述電流檢測信號與近似為零的參考信號進行比較，并產(chǎn)生第一輸出信號；計時器，用以在一預(yù)定時間到時，將所述第一輸出信號送出；以及亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器，基于計時器送出的第一輸出信號調(diào)整亮度狀態(tài)寄存器， 在上電時改變所述調(diào)光信號。優(yōu)選的是，所述預(yù)定時間至少為10毫秒。優(yōu)選的是，所述調(diào)光電路還包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路包括與所述控制器電源端連接的第一電阻；與所述第一電阻串聯(lián)連接的第二電阻，所述第一、第二電阻與所述電容器并聯(lián)；以及第二比較器，用以將在所述第二電阻上產(chǎn)生的分壓與一復(fù)位閾值進行比較，并產(chǎn)生第二輸出信號，基于所述第二輸出信號，所述亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器復(fù)位。優(yōu)選的是，所述掉電判斷及亮度調(diào)整電路還包括第三比較器，用以將在所述第二電阻上產(chǎn)生的分壓與一掉電閾值進行比較，并產(chǎn)生第三輸出信號；以及或門，其一輸入端接收所述第三輸出信號，另一輸入端接收所述計時器送出的第一輸出信號，其輸出端連接至所述亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器，提供信號以調(diào)整亮度狀態(tài)寄存器。優(yōu)選的是，所述調(diào)光信號采用直流信號或PWM信號。優(yōu)選的是，所述高壓MOS管的漏極擊穿電壓大于輸入電壓源的最大電壓值。優(yōu)選的是，所述恒流源負載為LED負載。根據(jù)第二方面，提供一種芯片，所述芯片包括上述第一方面中的控制器。根據(jù)第三方面，提供一種驅(qū)動恒流源負載的裝置，包括線性恒流控制器和一電容器，所述電容器連接在所述控制器的電源端與參考地之間，用以在掉電狀態(tài)下為所述控制器供電，所述控制器包括高壓MOS管，其漏極經(jīng)所述恒流源負載連接至輸入電壓源，其源極經(jīng)一檢測電阻連接至參考地；誤差放大器，其一輸入端接收流經(jīng)所述恒流源負載電流的檢測信號，另一輸入端接收一調(diào)光信號，其輸出端連接所述高壓MOS管的柵極；以及調(diào)光電路，用以根據(jù)所述電流檢測信號，在上電時產(chǎn)生所述調(diào)光信號。本發(fā)明的線性恒流控制器中，由于不需要使用特殊的調(diào)光器件來實現(xiàn)開關(guān)調(diào)光功能，并且將高壓MOS管集成在控制器內(nèi)部，從而以極低的成本達到了高效節(jié)能的效果。


為更好地理解本發(fā)明，下文以實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的線性恒流方案示意圖；圖2為本發(fā)明一實施例的線性恒流控制器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明另一實施例的線性恒流控制器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明兩段調(diào)光的信號波形示意圖。
具體實施例方式實現(xiàn)線性恒流開關(guān)調(diào)光功能的關(guān)鍵在于，對LED負載停止供電之后，在例如3秒以內(nèi)的掉電狀態(tài)下，控制器要能夠識別這個掉電動作，并且能夠調(diào)整和‘記住’負載的亮度狀態(tài)。在掉電狀態(tài)持續(xù)時間不超過3秒，重新上電的情況下，控制器應(yīng)使LED負載以新的亮度狀態(tài)點亮。而在掉電狀態(tài)持續(xù)3秒以上的情況下，控制器應(yīng)能夠復(fù)位。因此，第一需要的就是提供臨時電源，用于在掉電狀態(tài)下為控制器供電，以實現(xiàn) ‘記憶’的功能。本發(fā)明巧妙地使用電容器來充當臨時電源。解決了臨時電源的問題之后， 面臨的是一系列邏輯操作如何實現(xiàn)，例如，如何判斷LED負載是否處于掉電狀態(tài)，如何調(diào)整亮度狀態(tài)，如何知道掉電時間是否超過例如3秒，等等。參照圖2，圖2為本發(fā)明一實施例的線性恒流控制器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。其中，整流橋180、LED負載190以及電阻103與圖1類似。與圖1所示現(xiàn)有線性恒流方案不同的是， 在控制器200的電源端VCC與參考地之間，設(shè)置一電容器204，替換了圖1中的穩(wěn)壓二極管 104。而位于控制器200內(nèi)部的VCC鉗位電路205，作用與穩(wěn)壓二極管相同，S卩，限制VCC的最高電壓，從而避免控制器200遭受過高電壓的損害。電容器204用作臨時電源，在掉電狀態(tài)下給控制器200供電。一般情況下，電容器205的容量較大，例如可在IuF以上，就能夠在掉電狀態(tài)下為控制器200提供幾秒以上的能量。如圖2所示，控制器200包括高壓MOS管201、誤差放大器214以及調(diào)光電路220。 這里，將高壓MOS管201置于控制器200的內(nèi)部，是出于降低成本的考慮?？刂破?00可集成于一個芯片上。高壓MOS管201的漏極通過LED負載190連接到輸入電壓源VIN，它的源極通過檢測電阻202連接到參考地，柵極與誤差放大器214的輸出端連接。優(yōu)選地，高壓MOS管201 的漏極擊穿電壓大于輸入電壓源VIN的最大電壓值。將檢測電阻202置于控制器200的外部，使得輸出電流通過該電阻可編程。當然，也可將該電阻置于控制器200的內(nèi)部，只不過實現(xiàn)不了輸出電流的可編程。LED負載190的電流經(jīng)高壓MOS管201流過檢測電阻202，所產(chǎn)生的檢測信號V (CS) 被送到誤差放大器214的負端。這樣，誤差放大器214、高壓MOS管201和檢測電阻202就形成一個負反饋環(huán)路。電流檢測信號同時被送到調(diào)光電路220，最終，由調(diào)光電路220 產(chǎn)生的調(diào)光信號DIMOUT被送到誤差放大器214的正端。負反饋控制使得誤差放大器214的正負輸入電壓相等，也就是V(DIMOUT) = V(CS) = Iled^R202 (1)故而Iled = V (DIMOUT)/R202 (2)因此，通過改變調(diào)光信號DIMOUT的電壓就可以改變LED電流，也就能夠調(diào)整LED 負載190的亮度。調(diào)光電路220中，掉電判斷及亮度調(diào)整電路240用來判斷LED負載190是否處于掉電狀態(tài)，并在恢復(fù)上電時改變調(diào)光信號DIMOUT的電壓。掉電判斷及亮度調(diào)整電路240包括比較器213、計時器212和亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211。關(guān)掉電源后，LED負載190的電流很快就下降到零，燈不亮了。所以，通過檢測LED 負載190的電流就能夠確定它是否處于掉電狀態(tài)。比較器213將電流檢測信號V(CS)與參考信號VREFl進行比較。VREFl遠遠小于V (DIMOUT)，近似為零，以確保LED負載190的電流降到很小方使比較器213的輸出狀態(tài)變?yōu)楦?。比較器213的輸出為高將啟動計時器212。 在計時器212按一預(yù)定時間計時滿時，如果比較器213輸出一直為高(即，LED負載190的電流持續(xù)很小)，則計時器212輸出一高邏輯電平，該高邏輯電平傳送到亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211的SET端。優(yōu)選地，計時器212的上述預(yù)定時間可設(shè)為至少10毫秒。這是因為，全球照明電網(wǎng)提供的50Hz、60Hz交流電，經(jīng)過全橋整流后，頻率分別變?yōu)镮OOHz和120Hz，而IOOHz頻率對應(yīng)的周期就是10毫秒。這意味著，每過10毫秒，電網(wǎng)電壓就會經(jīng)過零，該零電壓有可能導(dǎo)致LED負載的電流為零，只是由于其頻率高達100Hz，人眼不易覺察到LED負載亮度的變化。將計時器212的預(yù)定時間設(shè)為10毫秒以上，就是為了避免上述誤判斷。亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211會將SET端接收的高邏輯電平視作一次掉電動作， 并調(diào)整亮度狀態(tài)寄存器。亮度狀態(tài)寄存器以一定的編碼形式存儲LED負載的亮度信息，例如，以00代表100%亮度，01代表50%亮度等。SET端用于調(diào)整寄存器信息，RST端用于復(fù)位寄存器。譯碼器將存于寄存器中的編碼信息翻譯出來，并將相應(yīng)的調(diào)光信號DIMOUT輸出到誤差放大器214，例如，將00譯碼為DIMOUT = 0. 5V，01譯碼為DIMOUT = 0. 25V，前者的亮度為100%，后者的亮度為50%。如果在最大掉電時間(例如3秒)之內(nèi)再次上電，亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211 將輸出新的DIMOUT電壓給誤差放大器214，LED負載190就以新的輸出電流點亮，亮度隨之改變。調(diào)光電路220中，復(fù)位電路230用于在掉電超過最大掉電時間時，使亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211清零復(fù)位。復(fù)位電路230包括電阻206、電阻207和比較器209。其中，電阻207連接到控制器200的電源端VCC，電阻206與電阻207串聯(lián)連接，電阻206、207與電容器204并聯(lián)。掉電后，隨著掉電時間的延長，電容器204上的電壓VCC會逐漸下降，電阻207和電阻206對VCC分壓。比較器209將在電阻206上產(chǎn)生的分壓與參考信號VREF2進行比較， VREF2表示復(fù)位閾值。當電壓VCC降得足夠低，使得電阻206上的分壓小于復(fù)位閾值，比較器209就輸出高邏輯電平到亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211的RST端，去清零復(fù)位亮度狀態(tài)寄存器。參考信號VREF2的高低與電容器204的容值大小將決定最大掉電時間的長短。參照圖3，圖3為本發(fā)明另一實施例的線性恒流控制器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該實施例中，除在掉電判斷及亮度調(diào)整電路241中增設(shè)一比較器208與一或門210以外，其余部分與圖2所示實施例類似。比較器208與電阻206、207配合使用，提供判斷掉電狀態(tài)的另外一種方式。掉電后，VCC逐漸下降，它在電阻206上的分壓被送到比較器208，與參考信號VREF3進行比較， VREF3表示掉電閾值。當電壓VCC下降到一定程度，例如下降IV左右，使得電阻206上的分壓小于掉電閾值，比較器208就輸出高邏輯電平到或門210的一輸入端?；蜷T210的另一輸入端則接收由計時器212送出的信號，其輸出端連接亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211的SET 端。亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器211仍將SET端接收的高邏輯電平視作一次掉電動作，并相應(yīng)調(diào)整亮度狀態(tài)寄存器。該實施例中，可同時通過檢測電壓VCC，或通過檢測LED負載電流來判斷掉電狀態(tài)。顯然，提供這兩種呈或的關(guān)系的掉電狀態(tài)判斷方式，可進一步提高控制器電路的穩(wěn)定性、可靠性。參照圖4，圖4以兩段調(diào)光為例示出了本發(fā)明的部分信號波形。其一示出調(diào)光信號DIMOUT采用直流信號或PWM信號的情形，分別對應(yīng)模擬調(diào)光方式與PWM調(diào)光方式，前者通過改變直流電壓大小來改變LED電流，后者通過改變脈沖占空比來改變LED平均電流；其二示出以3秒為例的最大掉電時間；其三示出VCC復(fù)位閾值，當VCC低于此閾值時，控制器將被復(fù)位。在前文的描述中，最大掉電時間為3秒只是一個舉例，可根據(jù)實際需要將最大掉電時間設(shè)為其他數(shù)字，如0. 5秒到5秒之間的任意數(shù)字。而且，本發(fā)明并不局限于驅(qū)動LED 負載，而是可用于驅(qū)動任何一種恒流源負載。這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是易于理解的。顯而易見，在此描述的本發(fā)明可以有許多變化，這種變化不能認為偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，所有對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的改變，都包括在所附權(quán)利要求書的涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線性恒流控制器，在其電源端與參考地之間連接一電容器，用以在掉電狀態(tài)下為所述控制器供電，所述控制器包括高壓MOS管，其漏極經(jīng)恒流源負載連接至輸入電壓源，其源極經(jīng)一檢測電阻連接至參考地；誤差放大器，其一輸入端接收流經(jīng)所述恒流源負載電流的檢測信號，另一輸入端接收一調(diào)光信號，其輸出端連接所述高壓MOS管的柵極；以及調(diào)光電路，用以根據(jù)所述電流檢測信號，在上電時產(chǎn)生所述調(diào)光信號。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述調(diào)光電路包括掉電判斷及亮度調(diào)整電路，所述掉電判斷及亮度調(diào)整電路包括第一比較器，用以將所述電流檢測信號與近似為零的參考信號進行比較，并產(chǎn)生第一輸出信號；計時器，用以在一預(yù)定時間到時，將所述第一輸出信號送出；以及亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器，基于計時器送出的第一輸出信號調(diào)整亮度狀態(tài)寄存器，在上電時改變所述調(diào)光信號。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述預(yù)定時間至少為10毫秒。
4.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述調(diào)光電路還包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路包括與所述控制器電源端連接的第一電阻；與所述第一電阻串聯(lián)連接的第二電阻，所述第一、第二電阻與所述電容器并聯(lián)；以及第二比較器，用以將在所述第二電阻上產(chǎn)生的分壓與一復(fù)位閾值進行比較，并產(chǎn)生第二輸出信號，基于所述第二輸出信號，所述亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器復(fù)位。
5.如權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于，所述掉電判斷及亮度調(diào)整電路還包括第三比較器，用以將在所述第二電阻上產(chǎn)生的分壓與一掉電閾值進行比較，并產(chǎn)生第三輸出信號；以及或門，其一輸入端接收所述第三輸出信號，另一輸入端接收所述計時器送出的第一輸出信號，其輸出端連接至所述亮度狀態(tài)寄存器及譯碼器，提供信號以調(diào)整亮度狀態(tài)寄存器。
6.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述調(diào)光信號采用直流信號或PWM信號。
7.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述高壓MOS管的漏極擊穿電壓大于輸入電壓源的最大電壓值。
8.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述恒流源負載為LED負載。
9.一種芯片，其特征在于，包括權(quán)利要求1至8中任一項所述的控制器。
10.一種驅(qū)動恒流源負載的裝置，包括線性恒流控制器和一電容器，所述電容器連接在所述控制器的電源端與參考地之間，用以在掉電狀態(tài)下為所述控制器供電，所述控制器包括高壓MOS管，其漏極經(jīng)所述恒流源負載連接至輸入電壓源，其源極經(jīng)一檢測電阻連接至參考地；誤差放大器，其一輸入端接收流經(jīng)所述恒流源負載電流的檢測信號，另一輸入端接收一調(diào)光信號，其輸出端連接所述高壓MOS管的柵極；以及調(diào)光電路，用以根據(jù)所述電流檢測信號，在上電時產(chǎn)生所述調(diào)光信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線性恒流控制器，以及包含該控制器的芯片與驅(qū)動裝置。所述控制器的電源端與參考地之間連接一電容器，用以在掉電狀態(tài)下為所述控制器供電，所述控制器包括高壓MOS管，其漏極經(jīng)恒流源負載連接至輸入電壓源，其源極經(jīng)一檢測電阻連接至參考地；誤差放大器，其一輸入端接收流經(jīng)所述恒流源負載電流的檢測信號，另一輸入端接收一調(diào)光信號，其輸出端連接所述高壓MOS管的柵極；以及調(diào)光電路，用以根據(jù)所述電流檢測信號，在上電時產(chǎn)生所述調(diào)光信號。本發(fā)明以低成本實現(xiàn)了線性恒流開關(guān)調(diào)光功能的解決機制，能夠有效節(jié)約能源。
文檔編號H05B37/02GK102196643SQ201110174569
公開日2011年9月21日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者劉立國, 李嶷, 許瑞清, 金洪濤 申請人:許瑞清