光源驅動電路及控制器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種驅動電路，尤其涉及一種驅動發光二極管光源的光源驅動電路及 控制器。
【背景技術】
[0002] 圖1所不為一種傳統的光源驅動電路100的方框圖。該驅動電路100用于驅動光 源如發光二極管鏈108。電源102提供輸入電壓VIN為驅動電路100供電。驅動電路100 包含降壓變換器，該降壓變換器在控制器104的控制下為發光二極管鏈108提供變換后的 電壓V0UT。該降壓變換器包含二極管114、電感112、電容116和開關106。電阻110與開 關106串聯。當開關106接通，電阻110與電感112以及發光二極管鏈108耦合，產生指示 流經電感112的電流的反饋信號。當開關106斷開，電阻110與電感112以及發光二極管 鏈108斷開，因而沒有電流流經電阻110。
[0003] 開關106由控制器104控制。當開關106接通，電流流經發光二極管鏈108、電感 112、開關106、電阻110到地。在電感112的作用下電流逐漸增大。當電流增至預設的最 大電流值時，控制器104斷開開關106。當開關106斷開，電流流經發光二極管鏈108、電感 112和二極管114。控制器104在一段時間后再次接通開關106。因此，控制器104根據所 述預設的最大電流值控制降壓變換器。然而，流經電感112和發光二極管鏈108的平均電流 會受到電感112的電感值、輸入電壓VIN以及發光二極管鏈108兩端的電壓V0UT的影響， 因此難以對流經電感112的平均電流(也即流經發光二極管鏈108的平均電流)進行精確控 制。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題在于提供一種光源驅動電路及控制器，以提供恒定的輸 出功率，且使該光源驅動電路具有更高的功率因數。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種光源驅動電路，該光源驅動電路包含降 升壓變換器，從電源接收輸入電壓和輸入電流并為負載提供電能，降升壓變換器包含由驅 動信號控制的開關；線電壓補償電路，耦合于電源，用于產生指示輸入電壓大小的電壓監測 信號；電流監測器，耦合于降升壓變換器中的開關與地之間，用于產生指示流經負載的電流 大小的電流監測信號；以及控制器，耦合于降升壓變換器和線電壓補償電路，控制器接收由 電壓監測信號和電流監測信號一起疊加構成的組合監測信號，組合監測信號指示輸入電壓 大小和流經負載的電流大小，控制器根據組合監測信號產生驅動信號以控制開關，其中， 通過線電壓補償電路使得電流監測信號的電壓值和流經負載的電流值均與輸入電壓成反 比關系，當輸入電壓增大時，電流監測信號的電壓值相應地減小并且流經負載的電流值相 應地減小，當輸入電壓減小時，電流監測信號的電壓值相應地增大并且流經負載的電流值 相應地增大。
[0006] 本發明還提供了一種控制器，用于控制降升壓變換器，降升壓變換器從電源接收 輸入電壓和輸入電流，并為負載提供電能，其特征在于，控制器包括：第一監測端口，接收指 示輸入電壓大小和流經負載的電流大小的組合監測信號；第二監測端口，接收指示降升壓 變換器中的儲能單元的狀況的監測信號，其中儲能單元的電流由開關控制，如果監測信號 指示流經儲能單元的電流減小到預設電流值，控制器接通開關；以及驅動端口，根據組合監 測信號和監測信號提供驅動信號給開關以控制流經降升壓變換器的瞬時電流，從而調節流 經負載的電流大小，其中流經負載的電流是通過耦合于第一監測端口的線電壓補償電路而 與輸入電壓成反比關系，當輸入電壓增大時，流經負載的電流相應地減小，當輸入電壓減小 時，流經負載的電流相應地增大，從而減小輸入電壓的變化對于降升壓變換器的輸入功率 和輸出功率的影響。
[0007] 本發明提供的光源驅動電路及控制器，通過利用線電壓補償電路使得電流監測信 號的電壓值和流經負載的電流值均與輸入電壓成反比關系，從而可以減少甚至消除輸入電 壓的變化對降升壓變換器的輸入功率和輸出功率的影響。
【附圖說明】
[0008] 以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目 的、具體結構特征和優點。
[0009] 圖1所示為一種傳統光源驅動電路的方框圖；
[0010] 圖2所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路的方框圖；
[0011] 圖3所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0012] 圖4所示為圖3中控制器的結構示意圖；
[0013] 圖5所示為圖4中控制器的波形圖；
[0014] 圖6所示為圖3中控制器的另一種結構示意圖；
[0015] 圖7所示為圖6中控制器生成或接收的信號波形圖；
[0016] 圖8所不為根據本發明另一個實施例的光源驅動電路的電路不意圖；
[0017] 圖9A所示為根據本發明另一個實施例的光源驅動電路的方框圖；
[0018] 圖9B所示為圖9A中驅動電路生成或接收的信號波形圖；
[0019] 圖10所示為根據本發明再一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0020] 圖11所示為圖9A中控制器的結構示意圖；
[0021] 圖12所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路生成或接收的信號波形圖；
[0022] 圖13所示為根據本發明一個實施例的驅動負載的方法流程圖；
[0023] 圖14所示為根據本發明又一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0024] 圖15所示為根據本發明一個實施例的圖14中控制器的結構示意圖；
[0025] 圖16所示為根據本發明又另一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0026] 圖17所示為根據本發明又再一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0027] 圖18所示為根據本發明另一個實施例的光源驅動電路生成或接收的信號波形 圖。
[0028] 圖19所示為根據本發明又一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0029] 圖20所示為圖19中控制器的結構示意圖；
[0030] 圖21所示為根據本發明又一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0031] 圖22所示為根據本發明又一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；
[0032] 圖23所示為圖22中輸入功率和輸出功率隨著輸入電壓變化的波形示意圖；以及
[0033] 圖24所示為圖22中輸入功率和輸出功率隨著環境溫度變化的波形示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。盡管本發明通過這些實施方式進行闡 述和說明，但需要注意的是本發明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發明涵蓋后附 權利要求所定義的發明精神和發明范圍內的所有替代物、變體和等同物。
[0035] 另外，為了更好的說明本發明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節。 本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對 于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。
[0036] 圖2所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路200的方框圖。光源驅動電路 200包含整流器204。整流器204接收來自電源202的輸入電壓并為電力變換器206提供 調整后的電壓。電力變換器206接收調整后的電壓并為負載288提供輸出電力。電力變換 器206可以是降壓變換器或者升壓變換器。在一個實施例中，電力變換器206包含儲能單元 214和用于監測儲能單元214狀況的電流監測器278 (比如一個電阻)。電流監測器278為 控制器210提供感應信號ISEN。該感應信號ISEN指示流經儲能單元214的瞬時電流。光 源驅動電路200還包含濾波器212,用于根據感應信號ISEN產生感應信號IAVG。感應信號 IAVG指示流經儲能單元214的平均電流。控制器210接收感應信號ISEN和感應信號IAVG， 并控制流經儲能單元214的平均電流，使得該平均電流與目標電流值相等。
[0037] 圖3所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路300的電路示意圖。圖3中 與圖2編號相同的部件具有類似的功能。在圖3的例子中，光源驅動電路300包含整流器 204、電力變換器206、濾波器212和控制器210。整流器204可以是包含二極管D1-D4的橋 式整流器。整流器204調整來自電源202的電壓。電力變換器206接收整流器204輸出的 調整后的電壓并產生輸出電力為負載(如發光二極管鏈208)供電。
[0038] 在圖3的例子中，電力變換器206是降壓變換器。該降壓變換器包含電容308、開 關316、二極管314、電流監測器278 (比如電阻218)，相互耦合的電感302和電感304以及 電容324。二極管314位于開關316和光源驅動電路300的地之間。電容324與發光二極 管鏈208并聯。在一個實施例中，電感302和電感304彼此電磁耦合。電感302和電感304 都連接至一個共同節點333。在圖3的例子中，共同節點333位于電阻218和電感302之 間。然而本發明并不限于此結構，共同節點333也可以位于開關316和電阻218之間。共 同節點333為控制器210提供參考地。在一個實施例中，控制器210的參考地和光源驅動 電路300的地不同。通過接通和斷開開關316,流經電感302的電流可以得到調整，從而調 節發光二極管鏈208的電力。電感304監測電感302的狀況，比如，監測流經電感302的電 流是否減小到預設的電流值。
[0039] 電阻218的一端與開關316和二極管314陰極之間的節點相連，另一端與電感302 相連。電阻218提供感應信號ISEN，當開關316接通和斷開時，該感應信號ISEN均能指示 流經電感302的瞬時電流。換言之，不管開關316接通還是斷開時，電阻218均能監測流經 電感302的瞬時電流。濾波器212與電阻218耦合并提供感應信號IAVG，該感應信號IAVG 指示流經電感302的平均電流。在一個實施例中，濾波器212包含電阻320和電容322。
[0040] 控制器210接收感應信號ISEN和感應信號IAVG，并通過接通或斷開開關316使得 流經電感302的平均電流等于目標電流值。電容324濾除流經發光二極管鏈208的電流的 波紋，從而使流經發光二極管鏈208的電流相對平穩并等于流經電感302的平均電流。因 此使得流經發光二極管鏈208的電流與目標電流值相等。此處"與目標電流值相等"是在 不考慮電路元件的不理想情況和忽略從電感304傳送至控制器210的電力的情況下。
[0041] 圖3的例子中，控制器210的端口包括ZCD、GND、DRV、VDD、CS、C0MP和FB。端口 ZCD與電感304耦合，用于接收指示電感302狀況（比如，流經電感302的電流是否減小到 預設的電流值"〇"）的監測信號AUX。監測信號AUX也能指示發光二極管鏈208是否處于 開路狀態。端口DRV與開關316耦合并產生驅動信號（如脈沖寬度調制信號PWM1)接通或 斷開開關316。端口VDD與電感304耦合并接收來自電感304的電力。端口CS與電阻218 耦合并接收指示流經電感302的瞬時電流的感應信號ISEN。端口C0MP通過電容318與控 制器210的參考地耦合。端口FB通過濾波器212與電阻218耦合并接收指示流經電感302 的平均電流的感應信號IAVG。在圖3的例子中，端口GND(也即控制器210的參考地)連接 至電阻218、電感302、電感304之間的共同節點333。
[0042] 開關316可以是N型金屬氧化物半導體場效應晶體管（N型M0SFET)。開關316的 導通狀態由開關316的柵極電壓與端口GND的電壓（即共同節點333的電壓)之間的電壓差 決定。因此，端口DRV輸出的脈沖寬度調制信號PWM1決定了開關316的狀態。當開關316 接通，控制器210的參考地高于光源驅動電路300的地，使得本發明的電路可以適用于具有 較高電壓的電源。
[0043] 當開關316接通，電流流經開關316、電阻218、電感302、發光二極管鏈208到光源 驅動電路300的地。當開關316斷開，電流流經電阻218、電感302、發光二極管鏈208和二 極管314。電感304與電感302耦合且能夠監測電感302的狀況，比如，監測流經電感302 的電流是否減小到預設電流值。控制器210根據信號AUX、ISEN、和IAVG監測流經電感302 的電流，并通過脈沖寬度調制信號PWM1控制開關316,使得流經電感302的平均電流等于目 標電流值。所以經過電容324濾波后，流經