半導體光源的驅動系統及半導體照明裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種半導體光源的驅動系統以及一種半導體照明裝置。所述驅動系統包括：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；開關裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯連接，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連接，并且用于向所述半導體光源供電，其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應產生感應信號，用于控制所述開關裝置的導通與截止。
【專利說明】半導體光源的驅動系統及半導體照明裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體光源的驅動系統，且更具體來說，涉及一種升降壓半導體光源的驅動系統。
【背景技術】
[0002]半導體光源(LED)是第三代半導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、可控性強等特點，是照明光源及光產業的一次革命。隨著LED的發展，越來越多的LED照明產品涌入市場。LED的電子驅動部分是LED照明產品中一個不可缺少的組成部分。
[0003]站在LED市場角度，LED照明終端售價仍高于傳統燈泡與節能燈，降價已成為擴大市場接受度的關鍵。
[0004]隨著LED顆粒價格的不斷下降，電子驅動部分的價格比例越顯重要，目前市場上所普及使用的LED驅動線路大都采用IC控制，其主要缺點就是價格成本較高。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，穩定性差，適用輸出電壓范圍窄。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種結構簡單，應用范圍非常寬，成本低廉的主要針對LED照明產品中的電子驅動線路。本發明使用少量元器件組合形成自激振蕩線路，結合升降壓線路，構成LED電子驅動器。本發明使用較少元器件實現LED的電子驅動部分，大大減少了元器件數量和成本，使電子驅動部分占LED照明系統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。
[0006]本發明實施例提供了一種半導體光源的驅動系統，所述驅動系統包括: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；開關裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯連接，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連接，并且用于向所述半導體光源供電，其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應產生感應信號，用于控制所述開關裝置的導通與截止。
[0007]根據本發明實施例，所述驅動系統還包括:啟動裝置，用于在初始施加輸入電壓時啟動所述開關裝置。
[0008]根據本發明實施例，所述開關裝置包括開關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的控制端之間，并且所述感應信號通過所述至少一個分立元器件以控制所述開關。本領域的一般技術人員應該理解，分立元器件是和集成電路相對應的分立的電阻，電容，電感等元器件。根據本發明實施例，所述至少一個分立元器件包括容性元件。
[0009]根據本發明實施例，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。
[0010]根據本發明實施例，所述啟動裝置包括串聯在一起的阻性元件和單向導通元件，所述阻性元件和所述單向導通元件之間的連接點與所述開關裝置的控制端連接。
[0011]根據本發明的另一個實施例，還提供一種半導體照明裝置，包括:半導體光源負載；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；開關裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯連接，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連接，并且用于向所述半導體光源負載供電，其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應產生感應信號，用于控制所述開關裝置的導通與截止。
[0012]根據以下參考附圖對本發明的描述，本發明的其他目標和效用將變得顯而易見，并且讀者可全面了解本發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是半導體光源的驅動系統示意圖。
[0014]圖2是根據本發明實施例的半導體光源驅動系統電路圖。
[0015]圖3A是根據本發明實施例的半導體光源驅動系統啟動階段示意圖。
[0016]圖3B是根據本發明實施例的半導體光源驅動系統第一儲能階段示意圖。
[0017]圖3C是根據本發明實施例的半導體光源驅動系統釋能階段的示意圖。
[0018]圖3D是根據本發明實施例的半導體光源驅動系統第二儲能階段的示意圖。
[0019]圖4示出了根據本發明實施例的半導體光源驅動系統操作時的電壓和電流的波形圖。
[0020]在上述附圖中,相同附圖標記指示相同、相似或相應的元件或功能。
【具體實施方式】
[0021 ] 下文將參照圖式通過實施例來詳細描述本發明的具體實施例。
[0022]圖1是本發明所述半導體光源的驅動系統的示意圖。
[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代表開關裝置，IV代表輸出裝置，V代表半導體光源負載。
[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)使開關裝置處于導通狀態。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裝置III的控制下進行儲能和釋能。所述第一線圈受所述第二線圈的感應產生感應信號，用于控制所述開關裝置III的導通和截止。所述輸出裝置用于根據所述第二線圈的儲能和釋能不同地向所述半導體光源供電。
[0025]圖2是根據本發明的一個實施例的詳細的半導體光源的驅動系統電路圖。
[0026]圖2中，啟動裝置I包括串聯在一起的第一電阻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。本領域的一般技術人員應該知曉，電阻可以被其他阻性元件所替代，二極管也可被其他單向導通元件(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。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與所述開關裝置串聯連接，由此在所述開關裝置的控制下進行儲能和釋能。本領域的一般技術人員應該知曉，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中的開關裝置III包括三極管300，其包括基極301，集電極302，和發射極303。在本實施例中，發射極303與第二電壓輸入端連接。
[0029]開關裝置III也可以是MOS管，在這種情況下，MOS管的柵極相當于三極管的基極，源極相當于三極管的集電極，漏極相當于三極管的發射極。
[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的串聯連接和第二線圈202并聯。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的第一端與半導體光源負載V的第一端連接，第二電容402的第二端與半導體光源負載V的第二端連接。
[0032]半導體光源負載V包括一個或者多個以多種方式連接在一起的半導體光源，例如LED或者OLED等發光光源。
[0033]結合圖3A-D，本發明所述的半導體光源驅動系統工作原理說明如下:
[0034]啟動階段，如圖3A所示，當本發明所述的半導體光源驅動系統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以及發射極303進行放電產生電流II，使三極管300的集電極302和發射極303導通。Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發射極303進行放電產生電流12。此后，本發明所述的半導體光源驅動系統進入第一儲能階段。
[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儲能并在其兩端產生電壓V2，同時第一線圈201受第二線圈202感應產生感應電動勢VI，Vl通過第一電容203、第二電阻204和三極管300的基極301及發射極303進行放電產生電流13。13對第一電容203進行充電。第一電容203兩端產生圖示方向電壓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流動到半導體光源負載，并且使第二線圈202兩端電壓V2反向。此后，本發明所述的半導體光源驅動系統進入釋能階段，并且半導體光源負載V開始發光。
[0036]釋能階段，如圖3C所示，第一線圈201受第二線圈202感應產生的感應電動勢Vl同樣反向。Vl通過第一二極管102、第二電阻204、第一電容203進行放電產生電流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與半導體光源負載V進行放電，第二線圈202釋能，同時為第二電容402充電產生電壓V5。電流14對第一電容203反向充電產生反向電壓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，本發明所述的半導體光源驅動系統進入第二儲能階段。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，所述半導體光源負載V發光。
[0037]第二儲能階段，如圖3D所示，第二電容402兩端電壓V5通過半導體光源負載放電，第一電容203兩端電壓V4通過電阻204、三極管300的基極301和發射極303和第一線圈201進行放電，產生電流15，使三極管300的集電極302和發射極303導通。Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發射極303進行放電產生電流12。第二線圈202儲能，在其兩端產生電壓V2。接下來，參考圖3B中的變壓裝置II和開關裝置III來繼續描述。第一線圈201受第二線圈202感應產生感應電動勢VI，Vl通過第一電容203、第二電阻204和三極管300的基極301及發射極303進行放電產生電流13。13對第一電容203進行充電。第一電容203兩端產生圖示方向電壓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流動到半導體光源負載，并且使第二線圈202兩端電壓V2反向。此后，本發明所述的半導體光源驅動系統再次進入釋能階段。
[0038]然后，本發明所述的半導體光源驅動系統從釋能階段再次進入第二儲能階段，如此循環。
[0039]下面進一步說明三極管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和發射極303產生電流II，使三極管300導通并且工作在放大區。
[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和發射極303產生電流13，使三極管300進入飽和區；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退出飽和區并進入截止區。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流動到半導體光源負載，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和發射極303產生電流13，使三極管300再次進入飽和區，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退出飽和區并進入截止區。
[0044]接下來，再次循環到釋能階段，如此循環第二儲能階段和釋能階段。
[0045]如圖4所示，示出了根據本發明實施例的半導體光源驅動系統操作時的電壓和電流的波形圖。應注意，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和發射極303進行放電產生電流12，第二線圈202開始儲能；并且第一線圈201感應產生感應電動勢VI，Vl通過第一電容203、第二電阻204和三極管300的基極301及發射極303進行放電產生電流13，13對第一電容203進行充電。
[0047]在時刻tl，第一電容203兩端電壓V3近似等于第一線圈201產生的感應電動勢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產生電流1，1流過第二二極管401使半導體光源負載V開始發光，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向半導體光源負載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和發射極303和第一線圈201進行放電，產生電流15，使三極管300的集電極302和發射極303導通；Vin通過第二線圈202和三極管300的集電極302和發射極303進行放電產生電流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產生的感應電動勢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產生電流Ιο，流過第二二極管401使半導體光源負載V開始發光，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t2_t4的工作序列，即t4_t6、t6_t8等重復t2 — t4的工作序列。
[0051]盡管在本發明實施例中采用NPN型三極管來構成開關裝置III，然而本發明不限于此，本領域技術人員很容易想到采用PNP型三極管來構成開關裝置III并且相應地變化啟動裝置1、變壓裝置11、開關裝置II1、輸出裝置IV的連接結構，該變化應被包括在本發明范圍之內。
[0052]此外，本領域技術人員也很容易想到采用N型或P型MOS管來構成開關裝置并且相應地變化啟動裝置1、變壓裝置11、開關裝置II1、輸出裝置IV的連接結構，該變化亦應被包括在本發明范圍之內。
[0053]上述實施例只是例示性的，并且不希望它們限制本發明的技術方法。雖然已參照優選實施例詳細描述了本發明，但所屬領域的技術人員將了解，可在不偏離本發明技術方法的精神和范疇的情況下修改或等同替換本發明的技術方法，這些修改和等同替換也屬于本發明權利要求書的保護范疇。
【權利要求】
1.一種半導體光源的驅動系統,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； 開關裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯連接，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連接，并且用于向所述半導體光源供電， 其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應產生感應信號，用于控制所述開關裝置的導通與截止。
2.如權利要求1所述的驅動系統，其中，在所述第二線圈釋能時由所述第二線圈向所述半導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體光源供電。
3.如權利要求1所述的驅動系統，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裝置。
4.如權利要求1所述的驅動系統，其中，所述開關裝置包括開關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的控制端之間，并且所述感應信號通過所述至少一個分立元器件以控制所述開關。
5.如權利要求4所述的驅動系統，其中，所述至少一個分立元器件包括容性元件。
6.如權利要求5所述的驅動系統，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。
7.如權利要求3所述的驅動系統，所述啟動裝置包括串聯在一起的阻性元件和單向導通元件，所述阻性元件和所述單向導通元件之間的連接點與所述開關裝置的控制端連接。
8.一種半導體照明裝置，包括: 半導體光源負載； 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； 開關裝置，與所述變壓裝置的第二線圈串聯連接，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連接，并且用于向所述半導體光源負載供電； 其中，所述變壓裝置的第一線圈受第二線圈的感應產生感應信號，用于控制所述開關裝置的導通與截止。
9.如權利要求8所述的半導體照明裝置，其中，所述開關裝置包括開關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的控制端之間，并且所述感應信號通過所述至少一個分立元器件以控制所述開關。
10.如權利要求8所述的半導體照明裝置，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 優先權日:2012年6月4日
【發明者】齊曉明 申請人:歐普照明股份有限公司