TWI754645B - Ｌｅｄ驅動器、ｌｅｄ照明系統及控制一或多個ｌｅｄ之方法 - Google Patents

Abstract

實施例包含用一控制器在一單級AC輸入發光二極體(LED)驅動器中提供一調光功能之系統、方法及設備，該控制器具有含有一晶片上誤差放大器及耦合至該誤差放大器之一第一輸入之一晶片上固定參考電壓源。該控制器控制一切換電晶體之一工作循環以引起施加至一第一封裝輸入終端之一回饋電壓匹配該參考電壓。為達成一調光功能，將跨與該等LED串聯之一電流感測電阻器之一電壓施加至一高增益差動放大器之一第一輸入，且將一可變調光控制電壓施加至該差動放大器之一第二輸入。該差動放大器之輸出耦合至該第一封裝輸入終端。差動放大器輸入訊號將在目標LED電流位準下匹配。

Description

LED驅動器、LED照明系統及控制一或多個LED之方法

在諸多現今之固態照明應用中對發光二極體(LED)進行調光之能力係一重要特徵。不同於可使用電壓脈衝調光之習知白熾燈泡，一LED為一極不同的負載。第一，LED需要由一電流源而非一電壓源驅動。雖然這本身來說並不困難，但其需要一不同供應器設計。第二且困難得多的是，LED為類似二極體、高度非線性的負載，甚至比僅僅一簡單電抗性(電容或電感)負載更複雜。對LED進行調光之一種方式係減小其之驅動或電流。

實施例包含用於對一或多個發光二極體(LED)進行驅動及調光之系統、方法及設備。在一項實施例中，一模組可包含連接至一或多個LED之一陰極端及一接地之一電阻器。跨電阻器之一電壓可與通過該一或多個LED之一電流成比例。該模組可包含一差動放大器。該差動放大器之一第一輸入可耦合至跨電阻器之該電壓且該差動放大器之一第二輸入可耦合至由一使用者控制之一可變調光電壓。該模組可包含用於調節供應至一或多個LED之一陽極端之一輸出電壓之一控制器。該控制器可包含一誤差放大器，該誤差放大器具有耦合至一固定內部參考電壓之一第一輸入及耦合至差動放大器之一輸出電壓之一第二輸入。該模組可包含耦合至控制器之一 切換電晶體。控制器可基於差動放大器之一輸出接通及切斷切換電晶體以改變輸出電壓及通過一或多個LED之電流。此可調整一或多個LED之亮度。

1:反相輸入(INV)接針

2:補償(COMP)接針

3:倍增器(MULT)接針

4:電路感測(CS)接針

5:零交點檢測器(ZCD)接針

6:接地(GND)接針

7:閘極驅動器(GD)接針

8:高供應電壓(V_cc)接針

12:誤差放大器

14:倍增器

16:脈寬調變器(PWM)比較器

18:零電流偵測器

32A:LED

32N:LED

34:AC主電源電壓

36:熔絲

38:全二極體電橋

40:輸入電容器

42:初級繞組

44:次級繞組

46:功率切換電晶體/瞬時切換電晶體

48:二極體

50:輸出電容器

52:第一調光電路

54:低值感測電阻器/電流感測電阻器

60:差動放大器

62:可變電壓源調光控制器

64:調光控制器

65:二極體

66:第二調光電路

68:電阻器

70:電阻器

72:電阻器

74:電容器

82:誤差放大器

84:積體電路(IC)

86:晶片上控制器

88:切換電晶體

89:輸出電路

102A:發光二極體(LED)

102B:LED

102C:LED

102N:LED

104:LED陣列

106:升壓轉換器/PFC級

108:熔絲

110:EMI濾波器

112:主電源橋式整流器

114:輸入電容器

116:控制器

118:切換電晶體

120:電感器

122:二極體

124:輸出電容器

126:輸出SMPS級

128:汲極節點

130:二極體

132:切換電晶體

134:磁性組件

136:電容器

200:控制器

302A:發光二極體(LED)

302B:LED

302C:LED

302N:LED

304:LED陣列

306:單級升壓轉換器

308:熔絲

310:EMI濾波器

312:主電源橋式整流器

314:輸入電容器

316:第一控制器

318:切換電晶體

320:電感器

322:二極體

324:輸出電容器

330:第二控制器

332:二極體

402A:LED

402B:LED

402N:LED

404:LED陣列

406:單級升壓轉換器

408:熔絲

410:EMI濾波器

412:主電源橋式整流器

414:輸入電容器

416:控制器

418:切換電晶體

420:電感器

422:二極體

424:輸出電容器

430:二極體

500:單級AC輸入升壓轉換器

600:單級AC輸入升壓轉換器

700:一般轉換器電路

A:節點

C1:電容器

R1:第一電阻器

R2:第二電阻器

R3:電阻器

R5:電阻器分壓器

R6:電阻器分壓器

U1:運算放大器

V_dim:調光電壓

V_ref:內部參考電壓

V_RefDim:可變參考電壓

V_RefOut:固定參考電壓

自結合附圖藉由實例之方式給出之以下描述可得到一更詳細理解，其中：圖1係一2級AC輸入發光二極體(LED)驅動器之一電路圖；圖2係繪示一控制器積體電路(IC)之一方塊圖；圖3係用以對LED進行直接驅動及調光之一單級AC輸入升壓轉換器之一電路圖；圖4係使用一通用120V至277V AC輸入電壓來對一或多個LED進行直接驅動及調光之一單級AC輸入升壓轉換器之一電路圖；圖5係用一控制器及一第一調光電路組態之一單級AC輸入升壓轉換器之一電路圖；圖6係用一控制器及一第二調光電路組態之一單級AC輸入升壓轉換器之一電路圖；及圖7係繪示具有一調光功能之一一般轉換器電路之一電路圖。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2016年7月28日申請之美國臨時申請案第62/367,984號及2016年9月29日申請之歐洲專利申請案第16191428.8號之權利，該等案之內容均以引用之方式併入本文中。

在以下描述中，陳述數種特定細節(諸如特定結構、組件、材料、尺 寸、處理步驟及技術)以提供對本實施例之一透徹理解。然而，一般技術者應瞭解可在無此等特定細節之情況下實踐實施例。在其他例項中，並未詳細描述熟知結構或處理步驟以避免模糊實施例。將瞭解，當一元件(如一層、區域或基板)被稱為在另一元件「上」或「上方」時，其可直接在該另一元件上或亦可存在中介元件。相比而言，當一元件被稱為「直接」處於另一元件「上」或「直接」處於另一元件上方時，不存在中介元件。亦應瞭解，當一元件被稱為處於另一元件「下面」、「下方」或「底下」時，該元件可直接處於另一元件下面或底下，或者可存在中介元件。相比而言，當一元件被稱為「直接」處於另一元件「下面」或「直接」處於另一元件「底下」時，不存在中介元件。

為不模糊以下詳細描述中實施例之呈現，此項技術中已知之一些處理步驟或操作可已組合在一起以用於呈現及用於繪示目的，且在一些例項中可並未詳細描述。在其他例項中，可完全不描述此項技術中已知之一些處理步驟或操作。應瞭解以下描述更聚焦於本文中描述之各種實施例之區別性特徵或元件。

在一些發光二極體(LED)照明應用中，可期望具有其中使用者能夠控制LED之亮度之一調光能力。習知LED驅動器可包含一調光功能，但此等驅動器可不適用於一特定應用及/或可不具有特定所要特徵。

例如，使用一經整流AC主電源電壓作為電源之一LED模組可串聯連接至約150個LED，此可導致超過450V之一電壓降。一升壓轉換器可結合一自振盪切換電路(即，不使用振盪器)用於使該經整流電壓升高至超過450V。因此，出於經濟原因，使用自振盪之一通用(非LED)現成升壓轉換器控制器IC可係用於升壓轉換器中之控制器之較佳選擇。然而，因為施 加至一內部誤差放大器之一內部參考電壓可係一固定參考電壓，故一通用升壓轉換器控制器IC可不具有一調光能力。因此，可期望使用亦具有一調光功能之一習知控制器設計一LED驅動器。

現參考圖1，展示一2級AC輸入LED驅動器之一電路圖。一升壓轉換器106可用作一2級切換模式電力供應器(SMPS)中之一功率因數校正(PFC)以達成一高品質輸入電流以驅動一LED陣列104中之一或多個(例如，158個)LED 102A至102N。一或多個LED 102A至102N之各者可為一發藍光之基於GaN之LED且可下降約3伏特。因此，升壓轉換器106可將一經整流AC主電源電壓升壓至(例如)474V。一磷光體可將藍LED光轉換為白光用於一般照明。不考慮輸入電壓及輸出負載之變化，升壓轉換器106亦可維持一穩定輸出電壓。

AC主電源電壓可經由一熔絲108施加至一EMI濾波器110。一主電源橋式整流器112之一全二極體電橋可整流AC電壓且一輸入電容器114可至少部分過濾經整流AC電壓。一控制器116可接通一切換電晶體118且可將一電感器120之一右端拉至接地用於對電感器120充電。控制器116可為一習知轉換模式PFC控制器。控制器116可為經組態以藉由使用一轉換模式技術而控制PFC預調節器之一積體電路(IC)。

控制器116可用於一升壓模式、一降壓模式或一降壓-升壓模式轉換器。

在切換循環中產生通過一或多個LED 102A至102N之一目標電流之一特定時間，可切斷切換電晶體118。此可導致電感器120之右端處之電壓上升以加正向偏壓於一二極體122。此可對一輸出電容器124再充電，此可使波形平滑化且實質上在一經調解電流下將一DC電壓供應至一輸出 SMPS級126。

切換電晶體118可依一相對高頻率(諸如大約10kHz至大約1MHz)接通及切斷。切換電晶體118可依該高頻率將一電感器120之一右端耦合至一接地或一正電壓以產生經升壓輸出電壓。切換電晶體118可為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或一雙極性電晶體，其攜載依該切換頻率之一陡斜率電壓波形(其可係一方波電壓)。

應注意如本文中所使用之術語「方波」不需要波形具有矩形脈衝。其亦不需要波形具有50%之一工作循環(即，具有高位準及低位準之相等持續時間)。在一些應用中，非瞬時切換及寄生效應可導致非矩形波形。因此，術語「方波」意味著由於一切換電晶體時常接通及切斷而在一高位準與低位準之間擺動以達成一目標輸出電壓或電流之一切換電壓。

因此，高頻率方波電壓可用一相對高電壓(例如，高達500V)及一相對大平均電流(例如，高達1Amp)產生。輸出電容器124可用於稍微過濾漣波以供應一經調節DC電流。在一項實例中，方波電壓可在接地與約500V之間快速轉換。切換電晶體118之一汲極節點128可攜載方波電壓。由於任何高頻漣波可不被感知，所以所供應電流中之任何高頻漣波係可接受的，只要峰值電流保持在一或多個LED 102A至102N之額定電流內。

含有一二極體130之一單獨二極體耦合路徑可存在於主電源橋式整流器112與輸出電容器124之間。該單獨二極體耦合路徑可提供啟動後之快速部分充電。

輸出SMPS級126可包含至少一切換電晶體132、一磁性組件134及一電容器136。輸出SMPS級126可將升壓轉換器106之輸出電壓轉換為一電流以驅動LED陣列104。

如圖1中所展示，2級AC輸入LED驅動器中之電壓回饋可為一負回饋系統。由一第一電阻器R1及一第二電阻器R2構成之一分壓電阻器可經連接作為一回饋訊號以感測節點A處之升壓轉換器輸出電壓。可比較升壓轉換器輸出電壓與控制器116中之一固定參考電壓V_RefOut。藉由控制切換電晶體118之閘極電壓，輸入至控制器116之電壓可經調節為實質上與V_RefOut相同。此可導致經調節至所需位準之A節點電壓。

2級AC輸入LED驅動器可具有良好效能特性，但其可經受相對高成本、低效率、大外觀尺寸及增加之設計複雜性之缺點。

現參考圖2，展示繪示一控制器200之一方塊圖。控制器200可為建構於一積體電路(IC)上之一習知PFC控制器且可用作如圖1中所展示之控制器116。控制器200可包含將其連接至LED模組之一或多個接針。

一反相輸入(INV)接針1可轉換一誤差放大器12之一輸入。有關一PFC預調節器之一輸出電壓之資訊可透過一電阻器分壓器饋入至INV接針1。

一補償(COMP)接針2可連接至誤差放大器12之一輸出。一補償網路(未展示)可放置於此接針與IVN接針1之間以達成一電壓控制迴路之穩定性且確保一高功率因數及低總諧波失真(THD)。

一倍增器(MULT)接針3可為至一倍增器14之一主要輸入。MULT接針3可經由一電阻器分壓器(未展示)連接至主電源電壓且可提供一正弦參考至一電流迴路。

一電路感測(CS)接針4可為至脈寬調變器(PWM)比較器16之一輸入。流動通過切換電晶體118之電流可透過一電阻器感測。所得電壓可施加至此接針且與可藉由倍增器14產生之一內部正弦形參考相比較。此可用於判 定一外部功率電晶體之切斷。

一零交點檢測器(ZCD)接針5可使電感器120之一消磁感測輸入升壓用於轉換模式操作。一負向邊緣可觸發外部功率電晶體之接通。

一接地(GND)接針6可充當控制器200及一閘極驅動器之訊號部分之一電流回線(return)。

一閘極驅動器(GD)接針7可為一閘極驅動器輸出。一圖騰柱(totem p0le)輸出級可能能夠用大約600mA流出(source)及800mA流入(sink)之一峰值電流驅動外部功率電晶體。此GD接針7之高位準電壓可限制於大約12V以在其被供應一高供應電壓(V_cc)之情況中避免過量閘極電壓。

一V_cc接針8可為控制器200及閘極驅動器之訊號部分之供應電壓。供應電壓上限可擴展至最小22V以提供用於供應電壓改變之額外餘裕空間。

GD接針7可連接至外部功率電晶體(其可為如圖1中所展示之切換電晶體118)之閘極。外部功率電晶體可連接至用於產生一經調節電壓或電流之一適當輸出電路。可感測通過外部功率電晶體(及一電感器)之電流且可將一電流回饋訊號施加至CS接針4。

一經分壓輸出電壓可經由INV接針1回饋至誤差放大器12中。經分壓輸出電壓可為如上文參考圖1描述之R2電壓。誤差放大器12之一非反相輸入可耦合至可固定於2.5伏特之一內部參考電壓V_ref。倍增器14可藉由一正弦經整流AC主電源電壓(例如，120Hz)而用於調變可藉由連接至COMP接針2之一外部電容器補償之誤差放大器12之輸出。正弦經整流AC主電源電壓可用作如圖1中所展示之PFC級106之輸入電壓。PMW比較器16可比較高切換頻率(諸如14kHz)下之電流訊號與倍增器14之輸出以在各切換循環期間重設(即，切斷)外部功率電晶體以達成調節。

電壓回饋迴路及電流回饋迴路可引起至誤差放大器12中之兩個輸入匹配。當一零電流偵測器18偵測通過圖1中之電感器120之電流大約為零時外部功率電晶體可恢復接通以減小切換損耗。

如使用其他習知控制器，誤差放大器12在IC內部且內部參考電壓係固定的。因此，由於誤差放大器12比較經分壓輸出電壓與一固定2.5伏特參考，所以控制器200可能無法使用一調光控制器來驅動串聯連接之LED。可期望使用此控制但具有一調光功能之一LED驅動器。

現參考圖3，展示用以對LED進行直接驅動及調光之一單級AC輸入升壓轉換器之一電路圖。該單級電路可使用一升壓轉換器作為PFC級及輸出級兩者以驅動LED陣列。LED陣列可直接連接至升壓輸出。與圖1中所示之2級AC輸入LED驅動器不同，無需額外輸出SMPS級(如展示為輸出SMPS級126)。如下文所描述，出於調光目的，升壓轉換器之平均輸出電壓控制可改變為平均輸出電流控制以控制LED電流。

一單級升壓轉換器306可用作PFC級及輸出級以達成一高品質輸入電流以驅動在一LED陣列304中串聯之一或多個(例如，158個)LED 302A至302N。一或多個LED 302A至302N之各者可為一發藍光之基於GaN之LED且可下降約3伏特。因此，升壓轉換器306可使一經整流AC主電源電壓升壓至至少474V以驅動一或多個LED 302A至302N。一磷光體可將藍LED光轉換為白光用於一般照明。不考慮輸入電壓及輸出負載之變化，升壓轉換器306亦可維持一穩定輸出電壓。

AC主電源電壓可經由一熔絲308施加至一EMI濾波器310。一主電源橋式整流器312之一全二極體電橋可整流AC電壓且一輸入電容器314可至少部分過濾經整流AC電壓。一第一控制器316及一第二控制器330可一起 操作以接通一切換電晶體318且可將一電感器320之一右端拉至接地用於對電感器320充電。第一控制器316可類似於上文參考圖1所描述之控制器116。

在切換循環中產生通過一或多個LED 302A至302N之一目標電流之一特定時間，可切斷切換電晶體318。此可導致電感器320之右端處之電壓上升以加正向偏壓於一二極體322。此可對一輸出電容器324再充電，此可使波形平滑化且實質上在一經調節電流下將一DC電壓供應至一或多個LED 302A至302N。

切換電晶體318可依一相對高頻率(諸如大約10kHz至大約1MHz)接通及切斷。切換電晶體318可依該高頻率將一電感器320之一右端耦合至一接地或一正電壓以產生經升壓輸出電壓。切換電晶體318可為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或一雙極性電晶體，其攜載依該切換頻率之一陡斜率電壓波形(其可係一方波電壓)。

含有一二極體332之一單獨二極體耦合路徑可存在於主電源橋式整流器312與輸出電容器324之間。該單獨二極體耦合路徑可提供啟動後之快速部分充電。啟動後，輸出電容器324電壓可小於經整流主電源電壓。二極體332之正向偏壓可將輸出電容器324快速充電至經整流主電源電壓。此後，跨輸出電容器324之電壓可增加至經調節位準且二極體332可變為反向偏壓。

單級升壓轉換器306中之電壓回饋可係基於LED陣列304之一輸出電流。如圖3中所展示，由R1及R2構成之分壓電阻器已變為一電阻器R3，該電阻器R3連接至LED陣列304且感測LED陣列電流。R3電壓可用作第二控制器330之回饋訊號。可比較R3電壓與一可變參考電壓V_RefDim。V_RefDim 可隨一調光命令改變，該調光命令可透過任何習知構件(諸如一刻度盤、旋鈕或數位輸入)輸入。V_RefDim之值愈高，自升壓轉換器306所需之電流愈高。

第二控制器330可輸出一誤差訊號作為至第一控制器316之一輸入。該誤差訊號可表示R3電壓與V_RefDim之間之差值。第一控制器316可使用該誤差訊號作為一回饋訊號以與V_RefOut相比較，該V_RefOut可係一固定參考電壓。藉由控制切換電晶體318之閘極電壓，R3電壓可經調節為與V_RefDim實質相同。此可將LED電流調節至一所需位準。當V_RefDim隨一調光命令改變時，LED電流將改變且LED陣列304可如所需般調光。

由於升壓轉換器306之高輸出電壓，LED陣列304可具有一高的總正向電壓。歸因於較低電流損耗及電路損耗，此可幫助改良電路效率。取決於應用需求，可在LED陣列304中使用高電壓(多接面)LED以減少達成高的總正向電壓所需之LED之數目。單級AC輸入升壓轉換器可在不同組態中使用以對LED進行直接驅動及調光。

現參考圖4，展示使用一通用120V至277V AC輸入電壓以對一或多個LED 402A至402N進行直接驅動及調光之一單級AC輸入升壓轉換器406之一電路圖。

一單級升壓轉換器406可用作PFC級及輸出級以達成一高品質輸入電流以及驅動一或多個(例如，158個)LED 402A至402N。一或多個LED 402A至402N可為單接面LED且可串聯連接。替代地，一或多個LED 402A至402N可為串聯連接之多接面LED。

一或多個LED 402A至402N之各者可為一發藍光之基於GaN之LED。各單接面LED可下降約3伏特，因此串聯之158個LED可下降474 V。因此，升壓轉換器406可使一經整流AC主電源電壓升壓至大約474V以驅動一或多個LED 402A至402N。一磷光體可將藍LED光轉換為白光用於一般照明。不考慮輸入電壓及輸出負載之變化，升壓轉換器406亦可維持一穩定輸出電壓。

AC主電源電壓可經由一熔絲408施加至一EMI濾波器410。一主電源橋式整流器412之一全二極體電橋可整流AC電壓且一輸入電容器414可至少部分過濾經整流AC電壓。一控制器416接通一切換電晶體418且可將一電感器420之一右端拉至接地用於對電感器420充電。控制器416可類似於上文參考圖1所描述之控制器116。

在切換循環中產生通過一或多個LED 402A至402N之一目標電流之一特定時間，可切斷切換電晶體418。此可導致電感器420之右端處之電壓上升以加正向偏壓於一二極體422。此可對一輸出電容器424充電，此可使波形平滑化且實質上在一經調節電流下將一DC電壓供應至一或多個LED 402A至402N。

切換電晶體418可依一相對高頻率(諸如大約10kHz至大約1MHz)接通及切斷。切換電晶體418可依該高頻率將一電感器420之一右端耦合至一接地或一正電壓以產生經升壓或降低之輸出電壓。切換電晶體418可為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或一雙極性電晶體，其攜載依該切換頻率之一陡斜率電壓波形(其可係一方波電壓)。

含有一二極體430之一單獨二極體耦合路徑可存在於主電源橋式整流器412與輸出電容器424之間。該單獨二極體耦合路徑可提供啟動後之快速部分充電。啟動後，輸出電容器424電壓可小於經整流主電源電壓。二極體430之正向偏壓可將輸出電容器424快速充電至經整流主電源電壓。 此後，跨輸出電容器424之電壓可增加至經調節位準且二極體430可變為反向偏壓。

單級升壓轉換器406中之電壓回饋可基於LED陣列404之一輸出電流。一運算放大器U1可用於放大表示通過一或多個LED 402A至402N之電流之R3電壓與表示一調光命令或位準之V_RefDim之間之一差值。運算放大器U1之輸出可經由一電阻器分壓器R5/R6按比例縮小且接著連接作為控制器416之回饋訊號。一電容器C1可用作運算放大器U1之頻率補償。

現參考圖5，展示用控制器200及一第一調光電路52組態之一單級AC輸入升壓轉換器500之一電路圖。該電路圖可繪示基於一寬範圍主電源電壓之一輸出產生一驅動電流之一典型應用電路之態樣。應注意並未詳細描述包含一或多個電阻器、二極體及電容器之熟知結構及處理步驟以避免模糊本文中所描述之實施例。

單級AC輸入升壓轉換器500對一串聯串之LED 32A至32N進行直接驅動及調光。該串聯串之LED 32A至32N可為串聯之158個LED，各下降約3伏特。單級AC輸入升壓轉換器500可產生(例如)474V。可取而代之使用多接面LED。如圖2中所展示，控制器200可為一IC，該IC具有一晶片上誤差放大器及耦合至誤差放大器之一輸入之一內部固定電壓參考。控制器200並非通常用於供應LED之一可調光控制。

單級AC輸入升壓轉換器500中之電壓回饋可由一差動放大器60及一調光控制器64提供。該串聯串之LED 32A至32N可藉由單級AC輸入升壓轉換器500之經調節電流輸出而驅動。

含有一二極體65之一單獨二極體耦合路徑可存在於由一全二極體電橋38提供之一經整流AC主電源電壓與一輸出電容器50之間。該單獨二極 體耦合路徑可提供啟動後之快速部分充電。啟動後，輸出電容器50電壓可小於經整流主電源電壓。二極體65之正向偏壓可將輸出電容器50快速充電至經整流主電源電壓。此後，跨輸出電容器50之電壓可增加至經調節位準且二極體65可變為反向偏壓。

一輸入電力供應器可為一AC主電源電壓34。一熔絲36可將AC主電源電壓34耦合至全二極體電橋38以整流該電壓。經整流AC電壓可藉由一輸入電容器40而平滑化。

可將一DC電壓V_cc供應至一封裝接針(諸如控制器200之終端8處之一DIP-8或SO-8終端)用於給晶片供電。控制器200可包含用以給內部電路供電之一電壓調節器。

在離開全二極體電橋28之後，經整流電壓可施加至一變壓器之一初級繞組42(即，電感器)。可針對初級繞組42中之一零電流交點偵測通過變壓器之一次級繞組44之電壓。此可指示初級繞組42已耗盡其之所儲存能量。偵測之電壓訊號可施加至控制器之一零交點偵測器(ZCD)接針5。

當偵測到零交點電流時，控制器200可接通一功率切換電晶體46。切換電晶體46之接通可將初級繞組42之右端耦合至一接地以對初級繞組42再充電。當與施加至控制器200之電流感測(CS)接針4之瞬時切換電晶體46電流成比例之一電壓訊號超越藉由控制器200內部之一倍增器14之輸出設定之一臨限值時，可切斷切換電晶體46。此接通及切斷循環可重複。工作循環(即，接通時間/循環時間)可係將可在控制器200內部之一誤差放大器12之一輸入保持於2.5V之所需。

當切換電晶體46切斷時，初級繞組42之右端可升高以加正向偏壓於一二極體48以對輸出電容器50充電以供應一DC輸出電壓至負載。切換電 晶體46之切換頻率可藉由自振盪而判定。切換頻率可高於10kHz。

取代跨輸出電容器50之DC電壓輸出連接之一電阻器分壓器(圖1中所展示)(其中電阻器之選擇產生精確為2.5伏特之目標輸出電壓)，可自差動放大器60之輸出獲得回饋電壓。回饋電壓可施加至控制器之INV接針1。自INV接針1，可將回饋電壓發送至誤差放大器12之反相輸入埠。

該串聯串之LED 32A至32N之一陽極端可連接至輸出電容器50之頂部終端。一低值感測電阻器54可連接於該串聯串之LED 32A至32N之陰極端與一接地之間。跨低值感測電阻器54之電壓可與通過該串聯串之LED 32A至32N之電流成比例，通過該串聯串之LED 32A至32N之該電流可與亮度位準有關。低值感測電阻器54之頂部節點可耦合至差動放大器60之一非反相輸入，該差動放大器60可放大來自低值感測電阻器54之電壓與其之輸入處之一參考調光電壓之間之電壓差。差動放大器60亦可經連接為一運算放大器(未展示)。

差動放大器60之反相輸入可連接至可輸出一調光電壓V_dim之一可變電壓源調光控制器62。V_dim之位準可藉由調光控制器64之一使用者控制之輸入而控制。

為達成供應至該串聯串之LED 32A至32N之電流之一穩態調節，差動放大器60之輸出可為2.5伏特。此可確保至誤差放大器12中之輸入匹配。歸因於差動放大器60之高增益，當一目標電流產生且供應至該串聯串之LED 32A至32N時，V_dim訊號與跨低值感測電阻器54之電壓可大約匹配。以此方式，在於單級AC輸入升壓轉換器500中使用習知控制器200的同時，藉由調光控制器64供應之V_dim之位準可控制該串聯串之LED 32A至32N之亮度。

現參考圖6，展示用控制器200及一第二調光電路66組態之一單級AC輸入升壓轉換器600之一電路圖。該電路圖可繪示基於一寬範圍主電源電壓之一輸入產生一驅動電流之一典型應用電路之態樣。應注意並未詳細描述包含一或更多電阻器、二極體及電容器之熟知結構及處理步驟以避免模糊本文中所描述之實施例。

單級AC輸入升壓轉換器600對該串聯串之LED 32A至32N進行直接驅動及調光。單級AC輸入升壓轉換器600可類似於上文參考圖5所描述之單級AC輸入升壓轉換器。然而，第二調光電路66可包含一電阻器分壓器(其包含電阻器68及電阻器70)以匹配差動放大器60及控制器200之INV接針1之輸出之電壓範圍。一電阻器72及一電容器74可提供用於負回饋系統之一更穩定操作以避免振盪之頻率補償。

現參考圖7，展示繪示具有一調光功能之一一般轉換器電路700之一電路圖。一般轉換器電路700可包含具有一誤差放大器82及產生V_ref之一固定電壓參考源之一IC 84，該IC 84可用一調光能力增強。一般轉換器電路700可包含第二調光電路66。一晶片上控制器86控制一切換電晶體88之工作循環以達成通過該串聯串之LED 32A至32N之一經調節電流。控制器86可類似於上文參考圖2所描述之控制器200。控制器86可使用至少來自一差動放大器60及一誤差放大器82之一回饋以使至誤差放大器82之輸入保持相等(例如，2.5伏特)。控制器86可使用自振盪或一晶片上振盪器來控制一切換電晶體之切換頻率。一輸出電路89可含有常用於一升壓組態中之一習知電感器/電容器/二極體電路。應注意可使用其他組態。

儘管差動放大器60之一輸入埠被展示為直接耦合至電流感測電阻器54，然可存在產生施加至放大器60之一成比例訊號之其他組件。切換電 晶體可在IC 84內部或外部。

上述實施例可與一非升壓轉換器組態(諸如，例如一降壓組態或一降壓-升壓組態)一起使用。因此，可能歸因於誤差放大器及固定電壓參考在晶片上而不具有一調光功能之一習知轉換器控制器IC可經增強以提供一調光功能。習知轉換器控制器IC可經組態為輸出一經調節電流及可控制電流之一LED驅動器。

儘管上文依特定組合描述特徵及元件，然一般技術者將瞭解各特徵或元件可單獨或與其他特徵及元件依任何組合使用。此外，本文中描述之方法可實施為被併入一可讀電腦媒體中以藉由一電腦或處理器執行之一電腦程式、軟體或韌體。電腦可讀媒體之實例包含電子訊號(經由有線或無線連接傳輸)及電腦可讀儲存媒體。電腦可讀儲存媒體之實例包含但不限於一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一暫存器、快取記憶體、半導體記憶體裝置、磁性媒體(諸如內部硬碟機或可抽換式磁碟)、磁光媒體及光學媒體(諸如CD-ROM光碟及數位多功能光碟(DVD))。

302A:發光二極體(LED)

302B:LED

302C:LED

302N:LED

304:LED陣列

306:單級升壓轉換器

308:熔絲

310:EMI濾波器

312:主電源橋式整流器

314:輸入電容器

316:第一控制器

318:切換電晶體

320:電感器

322:二極體

324:輸出電容器

330:第二控制器

332:二極體

A:節點

R3:電阻器

Claims (19)

1. 一種發光二極體(LED)驅動器，其包括：一第一電路，其經組態以自一或多個LED接收一電壓以及一可變調光電壓，並提供一第一輸出電壓；一第二電路，其電性耦合至該第一電路，該第二電路經組態以接收一固定參考電壓及該第一輸出電壓，並提供一第二輸出電壓；一驅動器電路，其包含一開關，該驅動器電路經組態以提供用於該一或多個LED之一驅動電流，該驅動電流具有至少基於該開關之一工作循環(duty cycle)的一強度(magnitude)；一控制器，其電性耦合至該第二電路及該驅動器電路，該控制器經組態以提供一脈寬調變器(PWM)信號至該開關並設定該PWM信號之一工作循環，以控制該驅動電流之該強度，使得來自該一或多個LED之該電壓匹配該可變調光電壓；一整流器，其置於該LED驅動器之一輸入處，且該整流器經組態以將供應至該整流器之一輸入交流電(AC)主電壓轉換至一經整流電壓；及一旁路二極體，其具有一輸入及一輸出，該輸入經組態以接收該經整流電壓，且該輸出耦合至該一或多個LED且耦合至一輸出電容器，該輸出電容器耦合至接地，當該輸出電容器之一電壓小於該經整流電壓時，該旁路二極體在啟動時為順向偏壓以將該輸出電容器充電至一經調節電壓並反向偏壓該旁路二極體。
2. 如請求項1之LED驅動器，其中該第一輸出電壓具有基於來自該一或 多個LED之該電壓及該可變調光電壓之間的一差值的一強度。
3. 如請求項1或2之LED驅動器，其進一步包括一輸入，該輸入經組態用以電性連結至提供該可變調光電壓之一裝置。
4. 如請求項1或2之LED驅動器，其中該第二輸出電壓係基於該第一輸出電壓及該固定參考電壓之間的一差值。
5. 如請求項1之LED驅動器，其進一步包括：一變壓器，其具有經組態以接收該經整流電壓之一輸入；及一主二極體，其與該變壓器串聯，該主二極體具有：一輸入，其耦合至該變壓器之一輸出，且耦接(with)該開關；一輸出，其耦合至該一或多個LED，該變壓器及該主二極體與該旁路二極體並聯。
6. 如請求項1或2之LED驅動器，其中該驅動電流之該強度係基於該第二輸出電壓。
7. 如請求項1或2之LED驅動器，其中該第一電路電性耦合至一感測電阻，以感測來自該一或多個LED之該電壓。
8. 如請求項1或2之LED驅動器，其中該驅動電流之該強度控制該一或多個LED之一亮度。
9. 一種控制一或多個發光二極體(LED)之方法，其包括：藉由一第一電路，基於來自一或多個LED之一電壓與一使用者控制可變調光電壓之間的一差值，提供一第一輸出電壓；藉由一第二電路，基於該第一輸出電壓及一固定參考電壓之間的一差值，提供一第二輸出電壓；藉由一控制器，將一控制信號提供至一驅動器電路以控制一驅動電流之一強度，使得來自該一或多個LED之該電壓匹配該可變調光電壓；藉由該驅動器電壓，提供具有該強度之該驅動電流；藉由置於該驅動器電路之一輸入處之一整流器將供應至該整流器之一輸入交流電(AC)主電壓轉換至一經整流電壓；及提供一旁路二極體，其具有一輸入及一輸出，該輸入經組態以接收該經整流電壓，且該輸出耦合至該一或多個LED且耦合至一輸出電容器，該輸出電容器耦合至接地，當該輸出電容器之一電壓小於該經整流電壓時，該旁路二極體在啟動時為順向偏壓以將該輸出電容器充電至一經調節電壓並反向偏壓該旁路二極體。
10. 如請求項9之方法，其中該可變調光電壓係自一輸入裝置接收。
11. 如請求項9或10之方法，其中該驅動電流之該強度控制該一或多個LED之一亮度。
12. 一種發光二極體(LED)照明系統，其包括： 一第一控制器，其電性耦合至一或多個發光二極體(LED)，該第一控制器經組態以自該一或多個LED接收一電壓及自一輸入裝置接收一可變調光電壓，並輸出一第一輸出電壓；一升壓轉換器，其電性耦合至該第一控制器，該升壓轉換器經組態以接收一DC電壓及該第一輸出電壓，並將一驅動電流提供至該一或多個LED，使得來自該一或多個LED之該電壓匹配該可變調光電壓；及一整流器，其經組態以將供應至該整流器之一輸入交流電(AC)主電壓轉換至一經整流電壓；該升壓轉換器包括：一輸出電容器，其耦合至接地，及一旁路二極體，該旁路二極體具有：一輸入，其經組態以接收該經整流電壓，及一輸出，其經組態以耦合至該一或多個LED且耦合至一輸出電容器，當該輸出電容器之一電壓小於該經整流電壓時該旁路二極體為順向偏壓，當該旁路二極體為順向偏壓時該輸出電容器被充電，當該輸出電容器充電至一經調節電壓時該旁路二極體為反向偏壓。
13. 如請求項12之系統，其中該第一輸出電壓係基於來自該一或多個LED之該電壓及該可變調光電壓之間的一差值。
14. 如請求項12或13之系統，其中該升壓轉換器包括：一第二控制器，其電性耦合至該第一控制器，該第二控制器經組態 以接收該第一輸出電壓及一參考電壓，並提供一第二輸出電壓，及一驅動器電路，其電性耦合至該第二控制器，該驅動器電路經組態以接收該第二輸出電壓，並提供該驅動電流。
15. 如請求項14之系統，其中該第二輸出電壓係基於該第一輸出電壓及該參考電壓之間的一差值。
16. 如請求項12或13之系統，其中該驅動電流控制該一或多個LED之一亮度。
17. 如請求項12或13之系統，其中該一或多個LED包括串聯之多接面LED。
18. 如請求項12或13之系統，其進一步包括該一或多個LED。
19. 如請求項12或13之系統，其進一步包括一輸入終端，該輸入終端經組態用於電性連接至提供該可變調光電壓之一裝置。

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