專利名稱：具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的led驅(qū)動電路與相關(guān)方法和集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動電路與 相關(guān)方法，和相關(guān)的集成電路。
背景技術(shù)：
請參閱圖1，現(xiàn)有技術(shù)從交流電源供應(yīng)電力來驅(qū)動LED照明時，通常需要一個交直 流電源轉(zhuǎn)換供應(yīng)裝置(AC-DC power regulator) 10來將交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過LED 驅(qū)動電路20來控制通過LED的電流。交直流電源轉(zhuǎn)換供應(yīng)裝置10中除變壓器13外，尚包 含一次側(cè)電路11、二次側(cè)電路12、橋式整流電路14、及其它獨立元件(discretedevice)如 電容、二極管等(未示出)。二次側(cè)電路12偵測輸出電壓，并以光耦合方式將偵測結(jié)果反饋 回一次側(cè)電路11中的開關(guān)控制電路PWM，以控制一次側(cè)電路11內(nèi)功率開關(guān)P的操作。以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點是，其先由交直流電源轉(zhuǎn)換供應(yīng)裝置10產(chǎn)生調(diào)節(jié)過的電壓， 再由LED驅(qū)動電路20根據(jù)該電壓來控制LED的電流，因此至少必須使用一次側(cè)電路11、二 次側(cè)電路12、及LED驅(qū)動電路20三顆集成電路芯片，在電路上并不經(jīng)濟。有關(guān)交直流電源轉(zhuǎn)換供應(yīng)裝置，另有一種稱為LLC(電感一電感一電容)架構(gòu)的現(xiàn) 有技術(shù)，請見圖2;其除了變壓器13的兩個電感外，另設(shè)置了一個電容，故稱為LLC架構(gòu)。在 LLC架構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)中，一次側(cè)電路11a與圖1的現(xiàn)有技術(shù)稍有差異，由LLC控制器111控 制兩個功率開關(guān)P1，P2的操作，以控制變壓器的電壓轉(zhuǎn)換，達(dá)成調(diào)節(jié)電壓的目的。雖然整體 架構(gòu)略有不同，但使用此種現(xiàn)有技術(shù)時，仍然具有前述問題，亦即至少必須使用一次側(cè)電路 11a、二次側(cè)電路12、及LED驅(qū)動電路20三顆集成電路芯片，在電路上并不經(jīng)濟。有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種具有交直流直接轉(zhuǎn)換控 制功能的LED驅(qū)動電路及相關(guān)方法。此外，本發(fā)明的集成電路不限于應(yīng)用在交直流電源轉(zhuǎn) 換的場合，亦可應(yīng)用在直流一直流電源轉(zhuǎn)換的場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種具有交直流直接轉(zhuǎn)換 控制功能的LED驅(qū)動電路。本發(fā)明的另一目的在于，提出一種驅(qū)動LED的方法。本發(fā)明的另一目的在于，提出一種控制LED電流的集成電路。為達(dá)上述目的，就其中一個觀點言，本發(fā)明提供了一種具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制 功能的LED驅(qū)動電路，包含一次側(cè)電路，其接收經(jīng)整流后的交流電力，該一次側(cè)電路具有 至少一功率開關(guān)；與一次側(cè)電路耦接的變壓器，根據(jù)一次側(cè)電路功率開關(guān)的操作，將一次側(cè) 電壓轉(zhuǎn)換為二次側(cè)電壓，以供應(yīng)給一 LED電路；以及與變壓器耦接的二次側(cè)電路，其直接控 制LED電路的電流，并產(chǎn)生反饋訊號給一次側(cè)電路，以控制一次側(cè)電路的功率開關(guān)。在一實施例中，上述LED驅(qū)動電路的二次側(cè)電路包括至少一個電流源，以控制流
4過LED電路中的電流；誤差放大器，將反映電流源工作狀態(tài)的一節(jié)點電壓與一參考電壓比 較；以及一晶體管，根據(jù)誤差放大器的輸出，而控制一對應(yīng)的電流。以該晶體管控制電流可 有多種方式，例如，此晶體管可直接形成可控電流源電路，或與其它元件一起構(gòu)成可控電流 源電路，或輸出一可控電壓經(jīng)一串聯(lián)電阻而控制其電流。 上述LED驅(qū)動電路可更包含一電壓調(diào)節(jié)電路，其接收該二次側(cè)電壓而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào) 節(jié)的穩(wěn)定電壓。該電壓調(diào)節(jié)電路例如為線性穩(wěn)壓電路。就另一個觀點言，本發(fā)明提供了一種交直流直接轉(zhuǎn)換控制發(fā)光二極管(LED)的方 法，包含接收經(jīng)整流后的交流電力；以至少一功率開關(guān)控制一變壓器的一次側(cè)，將該整流 后的交流電力轉(zhuǎn)換為該變壓器的二次側(cè)輸出電壓，供應(yīng)給一 LED電路；以至少一個電流源， 控制流過該LED電路中的電流；以及反饋控制該功率開關(guān)，使該至少一個電流源的工作電 壓不低于最低正常工作電壓。上述方法中，可更包含調(diào)節(jié)該將二次側(cè)輸出電壓，以產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的穩(wěn)定電壓。就又另一個觀點言，本發(fā)明提供了一種集成電路，用以與一 LED電路耦接以控制 LED的電流，該集成電路包含至少一個電流控制電路；第一誤差放大器，將反映該電流控 制電路工作狀態(tài)的一電壓與一參考電壓比較；以及第一晶體管，根據(jù)誤差放大器的輸出，而 控制一對應(yīng)的電流。上述集成電路既可與變壓器的二次側(cè)耦接、亦可與直流/直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出 耦接；該第一晶體管控制的電流可用以控制一光耦合二極管，或用以反饋控制一直流/直 流電壓轉(zhuǎn)換器。上述集成電路可再將一電壓調(diào)節(jié)電路的全部或部分整合在內(nèi)，該電壓調(diào)節(jié)電路例 如可為一線性穩(wěn)壓電路。下面通過具體實施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其 所達(dá)成的功效。


圖1說明現(xiàn)有技術(shù)通過交直流電源轉(zhuǎn)換供應(yīng)裝置10將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓， 再通過LED驅(qū)動電路20提供電力給LED電路；圖2顯示LLC架構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)；圖3顯示本發(fā)明的第一實施例；圖4顯示本發(fā)明應(yīng)用于LLC架構(gòu)中的實施例；圖5顯示二次側(cè)電路32的一個實施例；圖6顯示二次側(cè)電路32的另一個實施例；圖7顯示本發(fā)明的另一個實施例，其中在二次側(cè)電路32中更包含有電壓調(diào)節(jié)電 路，以供產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓；圖8舉例顯示集成電路320的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)；圖9顯示集成電路320亦可應(yīng)用于與直流對直流(DC/DC)電壓轉(zhuǎn)換電路40耦接；圖10舉例顯示圖9結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)；圖11舉例顯示本發(fā)明電路的其它變化。圖中符號說明
10交直流電源轉(zhuǎn)換供應(yīng)裝置
11一次側(cè)電路
11aLLC架構(gòu)的一次側(cè)電路
12二次側(cè)電路
13變壓器
14橋式整流電路
20LED驅(qū)動電路(現(xiàn)有技術(shù))
30LED驅(qū)動電路(本發(fā)明)
32二次側(cè)電路
320集成電路
3211最小值選擇電路
3212過高電壓保護(hù)電路(0VP)
3213過高電流保護(hù)電路(0CP)
3214電壓調(diào)節(jié)電路
322光耦合二極管
325功能電路
40DC/DC電壓轉(zhuǎn)換電路
41DC/DC升壓控制器
50負(fù)載電路
111LLC控制器
CS1，CS2，CSN 電流源
D二極管
EA, EACS1, EALDO, EAOCP, EAOVP
P，P1，P2，PLD0 功率開關(guān)
Pcsl，Ql，Q2 晶體管
Rl, R2, Rcsl, Rocp 電阻
誤差放大器
具體實施例方式圖3顯示本發(fā)明的第一個實施例，在本實施例中并不需要二次側(cè)電路12和LED驅(qū) 動電路20兩顆集成電路芯片。如圖所示，本實施例的LED驅(qū)動電路30包含一次側(cè)電路11， 其接收經(jīng)整流后的交流電力；與一次側(cè)電路耦接的變壓器13，將一次側(cè)電壓轉(zhuǎn)換為二次側(cè) 電壓，以供應(yīng)給負(fù)載電路50 ；以及與變壓器13耦接的二次側(cè)電路32，其直接控制負(fù)載電路 50的電流，并產(chǎn)生反饋訊號，經(jīng)光耦合方式反饋回一次側(cè)電路11。負(fù)載電路50例如為LED 電路，但也可為任何需要控制電流的電路。本發(fā)明這種“交直流直接轉(zhuǎn)換控制”的概念，亦可應(yīng)用于LLC架構(gòu)中，如圖4所示， 同樣由二次側(cè)電路32直接控制負(fù)載電路50的電流，并產(chǎn)生反饋訊號，經(jīng)光耦合方式反饋回 一次側(cè)電路11a。以下以圖3架構(gòu)為例，說明二次側(cè)電路32的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；同樣的電路可應(yīng)用于圖4 的LLC架構(gòu)中，不另繪圖說明。
請參閱圖5，在本實施例中，二次側(cè)電路32包含集成電路320、光耦合二極管322、 以及二極管D。當(dāng)負(fù)載電路50為多串LED時，集成電路320中包含多個電流源CS1-CSN，以 對應(yīng)控制各串LED上的電流。為使各串LED上的電流受控制，電流源CS1-CSN的工作電壓必 須高于最低正常工作電壓。集成電路320中另包含最小值選擇電路3211，自各LED串上對 應(yīng)節(jié)點中選擇電壓最低者，輸入誤差放大器EA，與參考電壓Vref相比較；上述對應(yīng)節(jié)點的 電壓反映對應(yīng)電流源的工作狀態(tài)。誤差放大器EA的輸出控制晶體管Q1，控制一對應(yīng)的電流 使光耦合二極管322發(fā)光。以晶體管Q1控制電流可有多種方式，例如，此晶體管可直接形 成可控電流源電路，或與其它元件一起構(gòu)成可控電流源電路，或輸出一可控電壓經(jīng)一串聯(lián) 電阻而控制其電流。就串聯(lián)電阻實施方式而言，該串聯(lián)電阻可以內(nèi)建在集成電路320中，或 外掛在串聯(lián)電阻之外以便由外部進(jìn)行設(shè)定調(diào)整；圖中顯示為外掛的實施形式。光耦合二極 管322所發(fā)的光經(jīng)光耦合機制反饋到一次側(cè)電路中的光敏晶體管Q2，使開關(guān)控制電路PWM 根據(jù)反饋訊號來控制功率開關(guān)P的操作(一般而言，光耦合二極管322和光敏晶體管Q2整 合成一元件，稱為光耦合器)。如此，通過反饋控制機制，可使電流源CS1-CSN的工作電壓均 高于最低正常工作電壓，亦即電流源CS1-CSN可正常工作而使各串LED上的電流受到控制。 換言之，本發(fā)明的LED驅(qū)動電路30直接控制了負(fù)載電路50的電流。如果負(fù)載電路50并非 并聯(lián)電路而僅具有一條路徑(單一串LED)，則集成電路320中僅需設(shè)置一個電流源，且不需 要設(shè)置最小值選擇電路3211。圖6顯示另一個實施例，在本實施例中，集成電路320內(nèi)可再包含過高電壓保護(hù) 電路(OVP，Over Voltage Protection) 3212 和過高電流保護(hù)電路(OCP，Over Current Protection) 3213。OVP 3212可自變壓器13的二次側(cè)輸出取分壓，當(dāng)此分壓過高時，OVP 3212控制晶體管Q1，改變反饋訊號，使變壓器13 二次側(cè)的輸出電壓下降、或使整體電路暫 停工作。相似地，0CP 3213可偵測變壓器13的二次側(cè)電流，當(dāng)此電流過高時，0CP 3213控 制晶體管Q1，改變反饋訊號，使變壓器13 二次側(cè)的電流下降、或使整體電路暫停工作。有關(guān) 0VP或0CP的詳細(xì)電路，容后再舉例說明。圖7顯示另一個實施例。由于本發(fā)明的LED驅(qū)動電路30的主要目的是供應(yīng)經(jīng)過 調(diào)節(jié)的電流(regulated current)給負(fù)載電路50，因此在前述各實施例中，變壓器13的二 次側(cè)輸出電壓并非調(diào)節(jié)的主要標(biāo)的，而是通過調(diào)節(jié)電壓來保證電流源CS1-CSN在最佳工作 狀態(tài)。但在某些應(yīng)用中，也需要提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的電壓(regulated voltage) 0適應(yīng)此需求， 本實施例中，LED驅(qū)動電路30另包含一個電壓調(diào)節(jié)電路3214，此電壓調(diào)節(jié)電路3214接收變 壓器13的二次側(cè)輸出電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的電壓，供應(yīng)給需要穩(wěn)定電壓的功能電路325使 用；電壓調(diào)節(jié)電路3214例如但不限于為線性穩(wěn)壓電路。功能電路325例如為調(diào)整LED亮度 的調(diào)光電路(dimming control circuit)，但亦可為其它任何需要穩(wěn)定電壓的電路。電壓 調(diào)節(jié)電路3214可以(但非絕對必要)部分或全部整合在集成電路320之內(nèi)；功能電路325 亦然。圖8舉例顯示更具體的電路實施例。圖中，誤差放大器EAcsl、晶體管Pcsl、電阻 Rcsl構(gòu)成電流源CS1，控制第一串LED上的電流(為簡化圖面，其它電流源未詳細(xì)畫出)。本 實施例中，晶體管Pcsl和電阻Rcsl外掛于集成電路320之外，但亦可整合在集成電路320 之內(nèi)。放大器(亦可為比較器)EA0VP構(gòu)成過高電壓保護(hù)電路3212，其自變壓器13的二次 側(cè)輸出取分壓，將分壓與參考電壓OVP Ref比較，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生訊號控制晶體管Q1。放大器(亦可為比較器)EA0CP和電阻Rocp構(gòu)成過高電流保護(hù)電路3213，其中電阻Rocp可 外掛于集成電路320之外，以便利自外部設(shè)定過高臨界電流。變壓器13的二次側(cè)電流與電 阻Rocp的乘積，與參考電壓OCP Ref比較，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生訊號控制晶體管Q1。在本 實施例中，電壓調(diào)節(jié)電路3214為線性穩(wěn)壓電路，例如為低壓降穩(wěn)壓電路(LD0，LoW-Drop Out circuit)，包含誤差放大器EALD0、晶體管PLD0、和電阻Rl、R2，其調(diào)節(jié)變壓器13的二次側(cè) 電壓，產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓供應(yīng)給功能電路325。本實施例中晶體管PLD0、和電阻R1、R2外掛在 集成電路320之外。除了可以進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換并同時控制LED電流之外，本發(fā)明尚具有另一優(yōu)點。以 上實施例中的集成電路320，并不限于必須應(yīng)用在交直流轉(zhuǎn)換電路的二次側(cè)。請參閱圖9， 集成電路320亦可應(yīng)用于與直流對直流(DC/DC)電壓轉(zhuǎn)換電路40耦接，以根據(jù)DC/DC電壓 轉(zhuǎn)換電路40所產(chǎn)生的電壓來控制負(fù)載電路50的電流。其詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)例如請參閱圖10， DC/DC電壓轉(zhuǎn)換電路40例如為升壓轉(zhuǎn)換電路，則根據(jù)本發(fā)明，可不必使用光耦合方式而直 接將晶體管Q1所產(chǎn)生的反饋訊號傳送給DC/DC電壓轉(zhuǎn)換電路40中的DC/DC升壓控制器 41，以控制功率開關(guān)。因此，本發(fā)明的集成電路320具有多用途的優(yōu)點。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易 于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。在本發(fā)明的相同精神下，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以思及各種等效變化。以上各實施例中的電路細(xì)節(jié)有各種變化方式，均應(yīng)屬于本 發(fā)明的范圍。例如請參閱圖11，誤差放大器EA可經(jīng)一反向調(diào)節(jié)電路OPinv而控制晶體管 Q1 ；如此光耦合二極管322可以耦接在晶體管Q1的射極而非集極，等等。凡此種種，均應(yīng)包 含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，同為本發(fā)明申請人所申請的第200610143927. 6號、第200710006280. 7號、 美國專利公開案第US2008/0180386號專利中的各種安全保護(hù)及性能增進(jìn)方式等技術(shù)細(xì) 節(jié)，亦能搭配在本發(fā)明的電路架構(gòu)中使用，凡此種種搭配性組合，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路，其特征在于，包含一次側(cè)電路，其接收經(jīng)整流后的交流電力，該一次側(cè)電路具有至少一功率開關(guān)；與一次側(cè)電路耦接的變壓器，根據(jù)一次側(cè)電路功率開關(guān)的操作，將一次側(cè)電壓轉(zhuǎn)換為二次側(cè)電壓，以供應(yīng)給一LED電路；以及與變壓器耦接的二次側(cè)電路，其直接控制LED電路的電流，并產(chǎn)生反饋訊號給一次側(cè)電路，以控制一次側(cè)電路的功率開關(guān)，其中該二次側(cè)電路包含至少一個電流源，以對應(yīng)控制流過LED的電流。
2.如權(quán)利要求1所述的具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路，其中，該二次側(cè) 電路包括至少一個電流源，以對應(yīng)控制流過LED電路中的電流；誤差放大器，將反映電流源工作狀態(tài)的一節(jié)點電壓與一參考電壓比較；以及一晶體管，根據(jù)誤差放大器的輸出，而控制一對應(yīng)的電流。
3.如權(quán)利要求1所述的具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路，其中，該LED電 路包括多串LED，各LED串上各有一對應(yīng)的電壓節(jié)點，且該二次側(cè)電路包括多個電流源，分別控制對應(yīng)LED串的電流； 最小值選擇電路，選擇各LED串上對應(yīng)節(jié)點中電壓最低者； 誤差放大器，將最小值選擇電路的輸出與一參考電壓比較；以及 一晶體管，根據(jù)誤差放大器的輸出，而控制一對應(yīng)的電流。
4.如權(quán)利要求2或3所述的具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路，其中，還包 含光耦合二極管，與該晶體管耦接，以產(chǎn)生光耦合反饋訊號給一次側(cè)電路。
5.如權(quán)利要求1所述的具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路，其中，還包含 電壓調(diào)節(jié)電路，其接收該二次側(cè)電壓而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的穩(wěn)定電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路，其中，該電壓調(diào) 節(jié)電路為線性穩(wěn)壓電路。
7.一種交直流直接轉(zhuǎn)換控制LED的方法，其特征在于，包含 接收經(jīng)整流后的交流電力；以至少一功率開關(guān)控制一變壓器的一次側(cè)，將該整流后的交流電力轉(zhuǎn)換為該變壓器的 二次側(cè)輸出電壓，供應(yīng)給一 LED電路；以至少一個電流源，控制流過該LED電路中的電流；以及反饋控制該功率開關(guān)，使該至少一個電流源的工作電壓不低于最低正常工作電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的交直流直接轉(zhuǎn)換控制LED的方法，其中，還包含調(diào)節(jié)該將二次 側(cè)輸出電壓，以產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的穩(wěn)定電壓。
9.一種集成電路，用以與一 LED電路耦接以控制LED的電流，其特征在于，該集成電路 包含多個LED電流控制電路；第一誤差放大器，將反映該多個電流控制電路工作狀態(tài)的電壓之一與一參考電壓比 較；以及第一晶體管，根據(jù)誤差放大器的輸出，而控制一對應(yīng)的電流。
10.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，該集成電路既可與變壓器的二次側(cè)耦接、亦可與直流/直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出耦接。
11.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，該第一晶體管控制的電流用以控制一光耦合二極管。
12.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，該第一晶體管控制的電流用以反饋控制一直流/直流電壓轉(zhuǎn)換器。
13.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，該電流控制電路為電流源。
14.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，該電流控制電路為第二誤差放大器，其與外 掛的第二晶體管和電阻構(gòu)成電流源。
15.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，還包含電壓調(diào)節(jié)電路，其接收一電壓而產(chǎn)生 經(jīng)過調(diào)節(jié)的穩(wěn)定電壓。
16.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，還包含第二誤差放大器，其與外掛的第二晶 體管和電阻構(gòu)成線性穩(wěn)壓電路。
17.如權(quán)利要求9所述的集成電路，其中，該集成電路包含多個電流控制電路，且該集 成電路還包含一個最小值選擇電路，選擇反映各個電流控制電路工作狀態(tài)的電壓中電壓最 低者，輸入第一誤差放大器。
全文摘要
本發(fā)明提出一種具有交直流直接轉(zhuǎn)換控制功能的LED驅(qū)動電路與相關(guān)方法和集成電路。所提出的驅(qū)動電路包含一次側(cè)電路，其接收經(jīng)整流后的交流電力，該一次側(cè)電路具有至少一功率開關(guān)；與一次側(cè)電路耦接的變壓器，根據(jù)一次側(cè)電路功率開關(guān)的操作，將一次側(cè)電壓轉(zhuǎn)換為二次側(cè)電壓，以供應(yīng)給一LED電路；以及與變壓器耦接的二次側(cè)電路，其直接控制LED電路的電流，并產(chǎn)生反饋訊號給一次側(cè)電路，以控制一次側(cè)電路的功率開關(guān)。
文檔編號H05B37/02GK101827476SQ20101011929
公開日2010年9月8日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者劉景萌, 廖家瑋, 羅蘭·萬·羅伊 申請人:立锜科技股份有限公司