半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)及半導(dǎo)體照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)以及一種半導(dǎo)體照明裝置。所述驅(qū)動系統(tǒng)包括：變壓裝置，該變壓裝置包括互相耦合的第一線圈和第二線圈，所述第二線圈用于接收輸入電壓；開關(guān)裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯(lián)連接，并且用于控制該第二線圈的儲能和釋能；輸出裝置，與所述變壓裝置的第二線圈并聯(lián)連接，并且用于向所述半導(dǎo)體光源供電，其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，用于控制所述開關(guān)裝置的導(dǎo)通與截止。
【專利說明】半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)及半導(dǎo)體照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)，且更具體來說，涉及一種升降壓半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體光源(LED)是第三代半導(dǎo)體材料制作的光源和顯示器件，具有耗電量少、壽命長、無污染、色彩豐富、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，是照明光源及光產(chǎn)業(yè)的一次革命。隨著LED的發(fā)展，越來越多的LED照明產(chǎn)品涌入市場。LED的電子驅(qū)動部分是LED照明產(chǎn)品中一個不可缺少的組成部分。
[0003]站在LED市場角度，LED照明終端售價(jià)仍高于傳統(tǒng)燈泡與節(jié)能燈，降價(jià)已成為擴(kuò)大市場接受度的關(guān)鍵。
[0004]隨著LED顆粒價(jià)格的不斷下降，電子驅(qū)動部分的價(jià)格比例越顯重要，目前市場上所普及使用的LED驅(qū)動線路大都采用IC控制，其主要缺點(diǎn)就是價(jià)格成本較高。如果不用IC控制，一般會采用反激式自激震蕩線路(Fly-back)，這種線路的效率低，穩(wěn)定性差，適用輸出電壓范圍窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍非常寬，成本低廉的主要針對LED照明產(chǎn)品中的電子驅(qū)動線路。本發(fā)明使用少量元器件組合形成自激振蕩線路，結(jié)合升降壓線路，構(gòu)成LED電子驅(qū)動器。本發(fā)明使用較少元器件實(shí)現(xiàn)LED的電子驅(qū)動部分，大大減少了元器件數(shù)量和成本，使電子驅(qū)動部分占LED照明系統(tǒng)中的比例大幅度縮小，并具有效率高，適用的輸出電壓范圍寬的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括:變壓裝置，該變壓裝置包括互相耦合的第一線圈和第二線圈，所述第二線圈用于接收輸入電壓；開關(guān)裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯(lián)連接，并且用于控制該第二線圈的儲能和釋能；輸出裝置，與所述變壓裝置的第二線圈并聯(lián)連接，并且用于向所述半導(dǎo)體光源供電，其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，用于控制所述開關(guān)裝置的導(dǎo)通與截止。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述驅(qū)動系統(tǒng)還包括:啟動裝置，用于在初始施加輸入電壓時啟動所述開關(guān)裝置。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述開關(guān)裝置包括開關(guān)和至少一個分立元器件，所述至少一個分立元器件連接在所述第一線圈和所述開關(guān)的控制端之間，并且所述感應(yīng)信號通過所述至少一個分立元器件以控制所述開關(guān)。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解，分立元器件是和集成電路相對應(yīng)的分立的電阻，電容，電感等元器件。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述至少一個分立元器件包括容性元件。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述至少一個分立元器件還包括阻性元件，并且所述阻性元件和所述容性元件串聯(lián)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述啟動裝置包括串聯(lián)在一起的阻性元件和單向?qū)ㄔ?，所述阻性元件和所述單向?qū)ㄔg的連接點(diǎn)與所述開關(guān)裝置的控制端連接。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，還提供一種半導(dǎo)體照明裝置，包括:半導(dǎo)體光源負(fù)載；變壓裝置，該變壓裝置包括互相耦合的第一線圈和第二線圈，所述第二線圈用于接收輸入電壓；開關(guān)裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯(lián)連接，并且用于控制該第二線圈的儲能和釋能；輸出裝置，與所述變壓裝置的第二線圈并聯(lián)連接，并且用于向所述半導(dǎo)體光源負(fù)載供電，其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，用于控制所述開關(guān)裝置的導(dǎo)通與截止。
[0012]根據(jù)以下參考附圖對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的其他目標(biāo)和效用將變得顯而易見，并且讀者可全面了解本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)電路圖。
[0015]圖3A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)啟動階段示意圖。
[0016]圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)第一儲能階段示意圖。
[0017]圖3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)釋能階段的示意圖。
[0018]圖3D是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)第二儲能階段的示意圖。
[0019]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)操作時的電壓和電流的波形圖。
[0020]在上述附圖中,相同附圖標(biāo)記指示相同、相似或相應(yīng)的元件或功能。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下文將參照圖式通過實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0022]圖1是本發(fā)明所述半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖。
[0023]圖1中，Vin代表輸入電壓。該輸入電壓是直流輸入電壓，可以是經(jīng)過整流后的直流電壓，或者整流且濾波后的直流電壓。I代表啟動裝置，II代表變壓裝置，III代表開關(guān)裝置，IV代表輸出裝置，V代表半導(dǎo)體光源負(fù)載。
[0024]所述啟動裝置I用于在啟動時(即，在輸入電壓Vin初始施加時)使開關(guān)裝置處于導(dǎo)通狀態(tài)。所述變壓裝置II包括互相耦合的第一線圈和第二線圈，所述第二線圈用于接收輸入電壓并且在所述開關(guān)裝置III的控制下進(jìn)行儲能和釋能。所述第一線圈受所述第二線圈的感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，用于控制所述開關(guān)裝置III的導(dǎo)通和截止。所述輸出裝置用于根據(jù)所述第二線圈的儲能和釋能不同地向所述半導(dǎo)體光源供電。
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的詳細(xì)的半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng)電路圖。
[0026]圖2中，啟動裝置I包括串聯(lián)在一起的第一電阻101和第一二極管102。第一電阻101的第一端與第一電壓輸入端連接，第一電阻101的第二端與第一二極管102的第二端連接，第一二極管102的第二端與第二電壓輸入端連接。第二電壓輸入端可以直接接地。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該知曉，電阻可以被其他阻性元件所替代，二極管也可被其他單向?qū)ㄔ?如三極管)所替代。
[0027]變壓裝置II包括互相耦合的第一線圈201和第二線圈202。第一線圈201和第一電容203以及第二電阻204串聯(lián)。第一線圈201的第一端與第一電容203的第一端連接，第一電容203的第二端與第二電阻204的第一端連接。第一線圈201的第二端接地。第二線圈202的第一端與第一電壓輸入端連接。第一線圈201的第一端和第二線圈202的第一端為同名端。所述第二線圈202與所述開關(guān)裝置串聯(lián)連接，由此在所述開關(guān)裝置的控制下進(jìn)行儲能和釋能。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該知曉，電容可以被其他具有容性功能的元件所代替，電阻可以被其他具有阻性功能的元件所代替。
[0028]圖2中的開關(guān)裝置III包括三極管300，其包括基極301，集電極302，和發(fā)射極303。在本實(shí)施例中，發(fā)射極303與第二電壓輸入端連接。
[0029]開關(guān)裝置III也可以是MOS管，在這種情況下，MOS管的柵極相當(dāng)于三極管的基極，源極相當(dāng)于三極管的集電極，漏極相當(dāng)于三極管的發(fā)射極。
[0030]第二電阻204的第二端與三極管300的基極301相連，并且與第一電阻101的第二端相連。第二線圈202的第二端與三極管300的集電極302相連。
[0031]輸出裝置IV包括串聯(lián)在一起的第二二極管401和第二電容402，所述第二二極管401和第二電容402的串聯(lián)連接和第二線圈202并聯(lián)。第二二極管401的第一端與第二線圈202的第二端連接，第二二極管401的第二端與第二電容402的第二端連接，第二電容402的第一端與第一電壓輸入端連接。此外,第二電容402的第一端與半導(dǎo)體光源負(fù)載V的第一端連接，第二電容402的第二端與半導(dǎo)體光源負(fù)載V的第二端連接。
[0032]半導(dǎo)體光源負(fù)載V包括一個或者多個以多種方式連接在一起的半導(dǎo)體光源，例如LED或者OLED等發(fā)光光源。
[0033]結(jié)合圖3A-D，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)工作原理說明如下:
[0034]啟動階段，如圖3A所示，當(dāng)本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)連接到直流輸入電壓Vin后，Vin通過第一電阻101和三極管300的基極301以及發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流II，使三極管300的集電極302和發(fā)射極303導(dǎo)通。Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流12。此后，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)入第一儲能階段。
[0035]第一儲能階段，如圖3B所示，12通過第二線圈202，第二線圈202儲能并在其兩端產(chǎn)生電壓V2，同時第一線圈201受第二線圈202感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢VI，Vl通過第一電容203、第二電阻204和三極管300的基極301及發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流13。13對第一電容203進(jìn)行充電。第一電容203兩端產(chǎn)生圖示方向電壓V3。隨著V3的上升，13下降，并且隨之使得三極管300截止。然而，由于流過第二線圈202的電流不能突變，因此該電流通過第二二極管401流動到半導(dǎo)體光源負(fù)載，并且使第二線圈202兩端電壓V2反向。此后，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)入釋能階段，并且半導(dǎo)體光源負(fù)載V開始發(fā)光。
[0036]釋能階段，如圖3C所示，第一線圈201受第二線圈202感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢Vl同樣反向。Vl通過第一二極管102、第二電阻204、第一電容203進(jìn)行放電產(chǎn)生電流14。三極管300截止。第二線圈202兩端電壓V2通過第二二極管401與半導(dǎo)體光源負(fù)載V進(jìn)行放電，第二線圈202釋能，同時為第二電容402充電產(chǎn)生電壓V5。電流14對第一電容203反向充電產(chǎn)生反向電壓V4。在第二線圈202兩端電壓V2下降至低于第二電容402兩端電壓V5時，停止釋能。此后，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)入第二儲能階段。該第二儲能階段與所述第一儲能階段有所不同，在該第二儲能階段中，所述半導(dǎo)體光源負(fù)載V發(fā)光。
[0037]第二儲能階段，如圖3D所示，第二電容402兩端電壓V5通過半導(dǎo)體光源負(fù)載放電，第一電容203兩端電壓V4通過電阻204、三極管300的基極301和發(fā)射極303和第一線圈201進(jìn)行放電，產(chǎn)生電流15，使三極管300的集電極302和發(fā)射極303導(dǎo)通。Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流12。第二線圈202儲能，在其兩端產(chǎn)生電壓V2。接下來，參考圖3B中的變壓裝置II和開關(guān)裝置III來繼續(xù)描述。第一線圈201受第二線圈202感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢VI，Vl通過第一電容203、第二電阻204和三極管300的基極301及發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流13。13對第一電容203進(jìn)行充電。第一電容203兩端產(chǎn)生圖示方向電壓V3。隨著V3的上升，13下降，并且隨之使得三極管300截止。然而由于流過第二線圈202的電流不能突變，因此該電流通過第二二極管401流動到半導(dǎo)體光源負(fù)載，并且使第二線圈202兩端電壓V2反向。此后，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)再次進(jìn)入釋能階段。
[0038]然后，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)從釋能階段再次進(jìn)入第二儲能階段，如此循環(huán)。
[0039]下面進(jìn)一步說明三極管300在各階段的工作情況。
[0040]如圖3A所示，在啟動階段，Vin通過第一電阻Rl以及三極管300的基極301和發(fā)射極303產(chǎn)生電流II，使三極管300導(dǎo)通并且工作在放大區(qū)。
[0041]然后，如圖3B所示，在第一儲能階段中，第一線圈201上的感應(yīng)電動勢Vl通過第一電容203、第二電阻204、以及三極管300的基極301和發(fā)射極303產(chǎn)生電流13，使三極管300進(jìn)入飽和區(qū)；隨著電流13給第一電容203充電使得第一電容203兩端電壓V3升高，電流13下降，又使二極管300退出飽和區(qū)并進(jìn)入截止區(qū)。然而，由于流過第二線圈202的電流12不能突變，因此該電流12通過第二二極管401流動到半導(dǎo)體光源負(fù)載，并且使第二線圈202兩端電壓V2反向。
[0042]接下來，如圖3C所示，在釋能階段中，二極管300截止，第一線圈201兩端電壓隨著第二線圈202兩端電壓的反向而反向，并且通過第二電阻204和第一二極管102對第一電容203進(jìn)行反向充電。
[0043]然后，如圖3D所示，在第二儲能階段，第一線圈201上的感應(yīng)電動勢Vl通過第一電容203、第二電阻204、以及三極管300的基極301和發(fā)射極303產(chǎn)生電流13，使三極管300再次進(jìn)入飽和區(qū)，第二線圈202開始儲能；然后，隨著電流13給第一電容203充電使得第一電容203兩端電壓V3升高，電流13下降，又使二極管300退出飽和區(qū)并進(jìn)入截止區(qū)。
[0044]接下來，再次循環(huán)到釋能階段，如此循環(huán)第二儲能階段和釋能階段。
[0045]如圖4所示，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光源驅(qū)動系統(tǒng)操作時的電壓和電流的波形圖。應(yīng)注意，在圖4中沒有示出啟動階段的波形圖。
[0046]在時刻t0，Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流12，第二線圈202開始儲能；并且第一線圈201感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢VI，Vl通過第一電容203、第二電阻204和三極管300的基極301及發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流13，13對第一電容203進(jìn)行充電。
[0047]在時刻tl，第一電容203兩端電壓V3近似等于第一線圈201產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢VI，13減小使三極管300截止，然而由于流過第二線圈202的電流12不能突變，因此第二線圈202產(chǎn)生電流1，1流過第二二極管401使半導(dǎo)體光源負(fù)載V開始發(fā)光，并且電流1逐漸下降，第二線圈202兩端電壓V2反向，第二線圈202開始釋能。
[0048]接下來，在時刻t2，第二電容402兩端電壓等于第二線圈202兩端電壓V2，第二線圈202停止釋能而由第二電容402向半導(dǎo)體光源負(fù)載V供電。另一方面，第一電容203兩端電壓V4通過電阻204、三極管300的基極301和發(fā)射極303和第一線圈201進(jìn)行放電，產(chǎn)生電流15，使三極管300的集電極302和發(fā)射極303導(dǎo)通；Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發(fā)射極303進(jìn)行放電產(chǎn)生電流12，第二線圈202開始儲能。
[0049]然后，在時刻t3，第一電容203兩端電壓V3近似等于第一線圈201產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢VI，13減小使三極管300截止，然而由于流過第二線圈202的電流12不能突變，因此第二線圈202產(chǎn)生電流Ιο，流過第二二極管401使半導(dǎo)體光源負(fù)載V開始發(fā)光，并且電流1逐漸下降，第二線圈202兩端電壓V2反向，第二線圈202開始釋能。
[0050]接下來，從時刻t4開始重復(fù)t2_t4的工作序列，即t4_t6、t6_t8等重復(fù)t2 — t4的工作序列。
[0051]盡管在本發(fā)明實(shí)施例中采用NPN型三極管來構(gòu)成開關(guān)裝置III，然而本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到采用PNP型三極管來構(gòu)成開關(guān)裝置III并且相應(yīng)地變化啟動裝置1、變壓裝置11、開關(guān)裝置II1、輸出裝置IV的連接結(jié)構(gòu)，該變化應(yīng)被包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0052]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也很容易想到采用N型或P型MOS管來構(gòu)成開關(guān)裝置并且相應(yīng)地變化啟動裝置1、變壓裝置11、開關(guān)裝置II1、輸出裝置IV的連接結(jié)構(gòu)，該變化亦應(yīng)被包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0053]上述實(shí)施例只是例示性的，并且不希望它們限制本發(fā)明的技術(shù)方法。雖然已參照優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可在不偏離本發(fā)明技術(shù)方法的精神和范疇的情況下修改或等同替換本發(fā)明的技術(shù)方法，這些修改和等同替換也屬于本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體光源的驅(qū)動系統(tǒng),包括: 變壓裝置，該變壓裝置包括互相耦合的第一線圈和第二線圈，所述第二線圈用于接收輸入電壓； 開關(guān)裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯(lián)連接，并且用于控制該第二線圈的儲能和釋能； 輸出裝置，與所述變壓裝置的第二線圈并聯(lián)連接，并且用于向所述半導(dǎo)體光源供電， 其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，用于控制所述開關(guān)裝置的導(dǎo)通與截止。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，在所述第二線圈釋能時由所述第二線圈向所述半導(dǎo)體光源供電并且由所述第二線圈向所述輸出裝置充電，而在所述第二線圈儲能時由該輸出裝置向所述半導(dǎo)體光源供電。
3.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動系統(tǒng)，還包括:啟動裝置，用于在初始施加輸入電壓時啟動所述開關(guān)裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)裝置包括開關(guān)和至少一個分立元器件，所述至少一個分立元器件連接在所述第一線圈和所述開關(guān)的控制端之間，并且所述感應(yīng)信號通過所述至少一個分立元器件以控制所述開關(guān)。
5.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述至少一個分立元器件包括容性元件。
6.如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動系統(tǒng)，所述至少一個分立元器件還包括阻性元件，該阻性元件和所述容性元件串聯(lián)。
7.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動系統(tǒng)，所述啟動裝置包括串聯(lián)在一起的阻性元件和單向?qū)ㄔ?，所述阻性元件和所述單向?qū)ㄔg的連接點(diǎn)與所述開關(guān)裝置的控制端連接。
8.一種半導(dǎo)體照明裝置，包括: 半導(dǎo)體光源負(fù)載； 變壓裝置，該變壓裝置包括互相耦合的第一線圈和第二線圈，所述第二線圈用于接收輸入電壓； 開關(guān)裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯(lián)連接，并且用于控制該第二線圈的儲能和釋能； 輸出裝置，與所述變壓裝置的第二線圈并聯(lián)連接，并且用于向所述半導(dǎo)體光源負(fù)載供電； 其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，用于控制所述開關(guān)裝置的導(dǎo)通與截止。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體照明裝置，其中，所述開關(guān)裝置包括開關(guān)和至少一個分立元器件，所述至少一個分立元器件連接在所述第一線圈和所述開關(guān)的控制端之間，并且所述感應(yīng)信號通過所述至少一個分立元器件以控制所述開關(guān)。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體照明裝置，還包括:啟動裝置，用于在初始施加輸入電壓時啟動所述開關(guān)裝置。
【文檔編號】H05B37/02GK103458559SQ201210181467
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】齊曉明 申請人:歐普照明股份有限公司