专利名称：用于驱动发光二极管串联串的晶体管梯形网络的制作方法
用于驱动发光二极管串联串的晶体管梯形网络
背景技术：
串联的一串多个发光二极管(LED)可从标准AC线电源直接AC驱动。然而，这样直接驱动的LED串具有大量不期望的谐波失真。另外，还包含调光能力。作为另外一种选择，LED串可DC驱动，这需要转换电子器件来将标准AC电源转换为DC电流。因此，需要修改或改进以在最小谐波失真和接近单位功率因数的情况下针对低驱动电压有足够的电流流动，从而得到允许调光能力的实施方案(尤其是在LED灯取代白炽灯或荧光灯时)。
发明内容
依据本发明，用于控制一串LED的操作的第一电路包括多个区段，所述区段串联连接并被构造为连接至电源。每个区段包括一个或多个LED结点(junction)、稱接至LED区段的可变电阻元件以及耦接至所述可变电阻元件和LED区段的开关。所述开关与可变电阻元件一起控制LED区段的启用。当接收到来自电源的电力时，贯穿串联区段依次启用区段。·依据本发明，用于控制一串LED的操作的第二电路也包括多个区段，所述区段串联连接并被构造为连接至电源。第二电路中的每个区段包括一个或多个LED结点、耦接至LED的可变电阻元件、耦接至所述可变电阻元件的晶体管、耦接至所述LED区段、可变电阻元件和晶体管的开关。所述开关与可变电阻元件和晶体管一起控制LED区段的启用。当接收到来自电源的电力时，贯穿串联区段依次启用区段。
附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，并且它们结合具体实施方式
阐明本发明的优点和原理。在这些附图中，图I是用于驱动LED串联串的单FET电路(虚线框中)的示意图；图2是用于驱动LED串联串的双FET电路的示意图，该电路是图I中的虚线框电路的改进形式；图3是示出针对单和双FET电路的晶体管T栅极源极电压对LED电压的曲线图；图4是示出针对单和双FET电路的电流上限的曲线图；图5是示出针对十八区段LED梯形，单和双FET电路的功耗的曲线图；图6是示出双FET电路的总谐波失真和功率因数性能的曲线图；和图7是示出双FET电路的电流频谱的曲线图。
具体实施例方式LED驱动电路的实施例允许在驱动电流中的最小谐波失真和接近单位功率因数的情况下驱动AC线应用中的多个串联LED。电路还允许通过调光器电路(例如，传统TRIAC调光器)进行直接调光以及颜色变化。另外，该电路具有线电压浪涌保护能力且对欠压操作相对不灵敏。
图I是用于驱动LED串联串的FET电路10的示意图。电路10包括串联连接的一系列三个(m=3)区段NpN2和N3。每个区段控制Nm LED结点。第一区段包括N1LED结点12 (示出为一个二极管)、电阻器R1和晶体管1\。第二区段包括N2LED结点14 (示出为一个二极管)、电阻器R2和晶体管T2。第三区段包括N3LED结点16 (示出为一个二极管)、电阻器&和晶体管T3。在每个区段中，耗尽型晶体管T用作常开开关，以便启用或禁用(接通或断开)对应的LED区段。对耗尽型晶体管的要求是对于零栅极-源极电压，Vgs=O,漏极-源极通道电阻Rds至多为几欧姆。在图I中，晶体管形成梯形网络，以便从第一区段(N1)至最后区段N3)依次启用LED。区段NpN2和N3连接至包括AC电源19和调光器电路20的整流器18。在图I中，调光器电路20被示出为TRIAC，但也可基于其他线相位切分电子器件。在实际120VAC的情况下，优选有三个以上的区段(可能为十个或二十个区段)，以使区段电压达到实际10至20伏范围。开关晶体管VTjP T3各可通过耗尽型MOSFET (例如，BSP149晶体管)来实现。电阻器RpR2和R3各可利用例如50k Q电位差计或其他类型的可变电阻元件来实现。LED12、14和16各可利用具有不同的发射颜色，但优选具有相同的额定电流的任何类型的LED来实现。图I的电路10如下操作。第一(下侧M1区段将以小驱动电压V,照明，因为串联的FET通道形成低电阻路径。电位差计值R是和R=Rt+Rb，其中Rt是滑块以上的顶值，Rb是滑块以下的值。将此应用于R1电位差计，T1的栅极-源极电压Vgs由式⑴给出
权利要求
1.一种用于控制一串发光二极管(LED)的操作的电路,包括 串联连接的多个区段，所述串联连接的多个区段被构造为连接至电源，其中每个区段包括 至少一个LED ； 可变电阻元件，其耦接至所述LED区段；和 开关，其耦接至可变电阻元件和所述LED区段， 其中所述开关与所述可变电阻元件启用所述LED区段并控制流过所述LED的电流， 其中当接收到来自所述电源的电力时，所述区段贯穿所述串联的区段依次启用所述LED区段。
2.根据权利要求I所述的电路，其中所述开关包括晶体管。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述开关包括耗尽型FET。
4.根据权利要求I所述的电路，其中每个区段包括多个LED。
5.根据权利要求I所述的电路，还包括整流器，其与所述串联的区段耦接并被构造为连接至所述电源。
6.根据权利要求5所述的电路，还包括耦接至所述整流器的调光器电路，其中当接收到来自所述电源的电力时，所述调光器电路控制启用选择的一个或多个区段，以顺序启用选择的区段中的LED。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述调光器电路包括TRIAC。
8.根据权利要求6所述的电路，其中所述调光器电路包括相位切分电子器件。
9.一种用于控制一串发光二极管(LED)的操作的电路,包括 串联连接的多个区段，所述串联连接的多个区段被构造为连接至电源，其中每个区段包括 至少一个LED ； 可变电阻元件，其耦接至所述LED区段； 晶体管，其耦接至所述可变电阻元件；和 开关，其耦接至所述LED区段、所述可变电阻元件和所述晶体管， 其中所述开关与所述可变电阻元件和所述晶体管启用所述LED区段并控制流过所述LED的电流， 其中当接收到来自所述电源的电力时，所述区段贯穿所述串联的区段依次启用所述LED区段。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述晶体管包括增强FET。
11.根据权利要求9所述的电路，还包括耦接于所述开关和所述可变电阻元件之间的第一电阻元件以及耦接于所述开关和所述晶体管之间的第二电阻元件。
12.根据权利要求9所述的电路，其中所述开关包括晶体管。
13.根据权利要求12所述的电路，其中所述开关包括耗尽型FET。
14.根据权利要求9所述的电路，其中每个区段包括多个LED结点。
15.根据权利要求9所述的电路，还包括整流器，其与所述串联的区段耦接并被构造为连接至所述电源。
16.根据权利要求15所述的电路，还包括耦接至所述整流器的调光器电路，其中当接收到来自所述电源的电力时，所述调光器电路控制启用选择的一个或多个区段，以顺序启用选择的区段中的LED。
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述调光器电路包括TRIAC。
18.根据权利要求16所述的电路，其中所述调光器电路包括相位切分电子器件。
19.根据权利要求9所述的电路，还包括耦接于所述开关和所述晶体管之间的电容器。
全文摘要
本发明涉及用于控制一串发光二极管(LED)的操作的梯形网络电路。所述电路包括串联连接的多个区段。每个区段包括一个或多个LED结点、耦接至所述LED区段的可变电阻元件以及耦接至所述可变电阻元件和所述LED区段以用于控制所述LED的启用的开关。所述区段可包括耦接于所述开关和可变电阻元件之间的晶体管。所述串联的区段连接至AC电源、整流器和调光器电路。当接收到来自所述电源的电力时，所述区段贯穿所述串联的区段依次启用所述LED区段。所述调光器电路控制启用选择的一个或多个区段，以顺序启用仅选择的区段中的LED，以用于所述LED的调光和颜色控制。
文档编号H05B37/02GK102972097SQ201180032995
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年7月2日
发明者马丁·J·福斯 申请人:3M创新有限公司