发光二极管(LED)照明装置以及用于控制其的控制器及方法与流程

本发明大体来说涉及发光二极管，且更特定来说涉及具有高功率因数的恒定电流线性驱动器。

背景技术：

发光二极管(led)提供许多优于常规照明设备的优点，例如长寿命、高效率及无毒材料。随着电子技术的发展，发光二极管正在寻求更广泛的应用。举例来说，在消费者应用中，led灯泡有望作为常规白光白炽灯泡或荧光灯泡的替代品。此外，越来越多的电子装置采用lcd作为显示器，且led作为背光源变得越来越流行。

恒定电流线性调节器因其简单性、低成本、稳定性及适于pwm调光而被广泛用作led驱动器。为提供高功率因数，常规led控制器使用线性调节器来控制led串。所述控制器可根据输入电压的量值而使将接通的led的数目变化。换句话说，所述控制器在输入电压增大时接通所述串中的更多led，且在电压减小时减少所接通led的数目。因此，流动穿过led串的总电流以跟踪输入电压的阶梯方式变化，借此改善功率因数。

这些控制器的缺点是：总led电流可随供应电压或操作温度的改变而变化。举例来说，总led电流在较高输入电压下较高，且led电流在较低输入电压下较低。因此，led串的亮度可随输入电压而变化。这些控制器还可易受由装置间变化及温度系数(tc)所致的led正向电压vf变化的影响。这些条件妨碍了led电流具有所要稳定平均led电流，从而导致led照明装置的亮度的变化。

技术实现要素：

发明人已确定上文所描述的led亮度变化的原因。为获得良好功率因数，在pf(功率因数)控制器中，led在跨越led的电压等于或高于二极管vf电压时接通，且在跨越led的电压低于vf时关断。当led接通时，通过线性反馈环路而调节电流。常规控制器使用固定参考电压来控制线性调节器。因此，对应于顺序接通步骤的led电流在输入电压的固定分数处被激活。因此，来自整流器的任何电压波动(ac振幅改变)或来自led的vf波动均可改变led接通及关断的时序。此led接通/关断时序波动将导致进入到led中的总功率改变且继而使总流明不稳定(如所感知)。

本发明教示一种用于控制照明装置中串联连接的led二极管的数目的led控制器，所述led控制器可提供高功率因数且在ac电压供应及led二极管正向电压(其与温度有关)中的至少一者的变化峰值电压条件下可维持恒定亮度。通过维持led电流与经整流ac输入电压同相而实现高功率因数。led二极管可根据经整流ac输入电压的变化依序分阶段接通。通过根据经整流ac输入电压及led二极管正向电压中的至少一者的峰值电压使各阶段的转变点变化(例如，使电流设定电压参考变化)而实现恒定亮度。

作为实例，本发明教示一种用于控制串联连接的多个led串的led控制器。led串可具有一或多个led二极管。led控制器包含用于接收来自整流器电路的经整流输入ac电压的输入节点以及用于感测led串中的电流流量的电流感测节点。led控制器还包含多个线性调节器。每一线性调节器耦合在对应led串与电流感测节点之间。每一线性调节器耦合到参考电压，且基于参考电压而控制穿过对应led串的电流流量。参考电压产生器提供参考电压，使得连续较高的参考电压耦合到线性调节器，所述线性调节器耦合到串联更下方的led串。此布置允许led控制器依次接通led串，且可使led电流与经整流ac输入电压同相以维持较高功率因数。此外，参考电压产生器接收经整流输入ac电压且基于经整流输入ac电压的峰值电压而提供多个参考电压，使得多个参考电压中的每一者针对具有较高峰值电压的经整流输入ac电压被调整为较低。

在实例中，参考电压产生器可包含带隙电压产生器、峰值电压检测器及运算放大器。带隙电压产生器提供带隙参考电压。峰值电压检测器耦合到经整流ac输入电压，且产生表示经整流ac输入电压的峰值电压的峰值电压信号。运算放大器具有耦合到带隙参考电压的正输入节点、耦合到峰值电压信号的负输入节点以及用于提供基础参考电压的输出节点，所述基础参考电压与经整流输入ac电压的峰值电压相逆地变化。参考电压产生器还可包含用于接收基础参考电压及导出多个参考电压的分压器电路。

在另一实例中，参考电压产生器可具有用于接收来自led串中的led二极管的所取样led二极管正向电压信号vf的峰值电压检测器，且提供与所取样led二极管正向电压信号vf成比例地变化的基础参考电压。

在又一实例中，参考电压产生器可具有峰值电压检测器，所述峰值电压检测器用于耦合到多个led串中的一者的阴极以接收所取样电压以便跟踪经整流ac输入电压及led二极管正向电压的峰值电压的改变。

线性调节器中的每一者可具有用于控制电流路径中的电流流量的晶体管以及用于提供用以控制晶体管的控制信号的运算放大器。运算放大器在第一输入端子处接收预设参考电压且在第二输入端子处接收来自电流路径的反馈信号。运算放大器还输出用于控制电流路径中的电流流量的控制信号。

定义

在本发明的上下文内，此揭示内容中所使用的术语通常具有其在此项技术内的普通意义。下文论述某些术语以向实践者提供关于本发明的说明的额外导引。将了解，可以一种以上方式表达相同事物。因此，可使用替代语言及同义词。

调节器或电压调节器是用于自动维持恒定电压电平的装置。

线性调节器是用于维持稳定电压的电子电路。线性调节器可将调节装置与负载并联放置(分路调节器)，或可将调节装置放置于源与经调节负载之间(串联调节器)。调节装置经制成用作可变电阻器，从而连续地调整分压器网络以维持恒定输出电压，且不断地耗散功率。相比之下，开关调节器使用接通或关断的作用装置来维持平均输出值。

恒定电流调节器是提供恒定输出电流的调节器。恒定电流或恒定电压被理解为维持具有取决于设计及制造过程变化的偏差范围或在根据规范的限度内(举例来说，在±10％、±5％或±1％内)的恒定值的电流或电压。

发光二极管(led)是双引线半导体光源。led是在被电流激活时发射光的p-n结二极管。当将适合电压施加到引线时，电子能够在装置内与电穴重新组合，从而以光子形式释放能量。

二极管正向电压是跨越导通的正向偏置二极管下降的电压。举例来说，硅p-n结二极管可取决于p区域及n区域的掺杂浓度而具有约0.7伏的正向电压。

led串是串联连接的两个或多于两个led二极管。

运算放大器(op-amp或opamp)是指具有不同输入及通常单端输出的耦合dc的高增益电子电压放大器。运算放大器可由高输入阻抗及低输出阻抗表征，且可用于在模拟电路中执行数学运算。

电压参考是无论装置上的负载、电力供应变化、温度改变及时间推移如何理想地均产生固定(恒定)电压的电子装置。

带隙电压产生器(或带隙电压参考)是集成电路中使用的温度无关电压参考电路。带隙电压产生器经配置以产生固定(恒定)电压，而不管电力供应变化、温度改变及来自装置的电路负载如何。带隙电压产生器通常具有约1.25v(接近于硅在0k下的理论上1.22ev带隙)的输出电压。

参考电压是用作用于比较操作的目标的电压值。

模拟信号是具有时变特征的连续信号。模拟信号不同于数字信号，数字信号包含可仅呈现有限数目个值中的一者的离散值序列。

反馈控制环路是指经布置以调节设定点或参考值处的输出的反馈系统。反馈发生于系统的输出被往回路由到作为形成电路或环路的链的一部分的输入时。

电力系统的功率因数定义为到负载的流动量与电路中的视在功率的比率。为传送相同量的有用功率，具有低功率因数的负载比具有高功率因数的负载汲取更多的电流。在分布系统中，具有低功率因数的负载具有较高能量损失。

当使用术语“相同”来描述两个数量时，此意指两个数量的值在测量限度内确定为相同的。

附图说明

图1是体现本发明的某些方面的图解说明led照明装置的简化框图；

图2是体现本发明的某些方面的图解说明led照明装置的简化示意图；

图3是体现本发明的某些方面的图解说明在图2的控制电路的控制下led电流与经整流输入电压的关系的波形图；

图4a是体现本发明的某些方面的图解说明led电流与具有不同峰值电压的两个经整流输入电压的关系的波形图；

图4b是体现本发明的某些方面的图解说明led电流与具有不同峰值电压的两个经整流输入电压的关系的波形图；

图5是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路的简化示意图；

图6a是体现本发明的某些方面的图解说明具有可调整参考电压的led控制器中的所模拟led电流与经整流输入电压的关系的波形图；

图6b是体现本发明的某些方面的图解说明led电流在峰值ac输入电压的范围内的变化的图式；

图7是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路700的简化示意图；

图8是体现本发明的某些方面的图解说明另一led控制电路的操作的波形图；

图9是体现本发明的某些方面的图解说明具有可调整参考电压的led控制器中的led电流与经整流输入电压的关系的波形图；

图10是体现本发明的某些方面的图解说明具有可调整参考电压的另一led控制器中的led电流与经整流输入电压的关系的波形图；

图11是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路的简化示意图；

图12是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路1200的简化示意图；且

图13是图解说明用于控制多个经串联连接led串的方法的流程图。

具体实施方式

本发明教示一种基于线性调节器的高功率因数控制器，所述控制器可通过使用跟踪峰值供应电压及温度中的至少一者的改变的参考电压而提供恒定电流。在特定实例中，使用输入电压的峰值来修改参考电压。在另一实例中，将led或led串的正向电压用作对用以修改参考电压的温度的表示。在又一实例中，监测输入电压及led正向电压两者以修改参考电压。因此，除提供高功率因数之外，具成本效益的led驱动器被描述为还可提供被用户感知的恒定led光亮度，所述亮度可按流明来测量。在经整流时变电流的循环内，亮度可与led电流有关，led电流可通过led电流的平均值或led电流的rms(均方根)值测量得到。

图1是体现本发明的某些方面的图解说明led照明装置的简化框图。如图1中所展示，led照明装置100包含整流器110，所述整流器用于将ac输入电压vac转换为经整流输入电压vin，所述经整流输入电压可为时变dc电压。led照明装置100还具有led灯120及控制电路130。led灯120可具有多个经串联连接led串。在图1的实例中，led灯120具有串联连接的多个led串121、122、123及124。四个led串121-124中的每一者可具有一或多个发光二极管(led)。即使在ac输入电压波动或led正向电压变化的条件下，控制电路130也可在提供高功率因数的同时维持恒定led流明。

图2是体现本发明的某些方面的图解说明led照明装置的简化示意图。如图2中所展示，led照明装置200包含整流器210，所述整流器用于将ac输入电压vac转换为经整流输入电压vin，所述经整流输入电压可为时变dc电压。led照明装置200还具有led灯220及控制电路230。led灯220可具有多个经串联连接led串。在图2的实例中，led灯220具有串联连接的多个led串221、222、223及224。四个led串221-224中的每一者可具有一或多个发光二极管(led)。

为简化图解，在此实例中，led灯220仅展示四个led串。然而，应理解，在led灯中可使用任何数目个led串。此外，可将多个led分组成不同数目个串。

在图2的实例中，控制电路230为线性led驱动器及功率因数(pf)控制器ic，其可提供4阶段(或4通道)电流控制方案。控制电路230具有用于分别耦合到四个led221-224的阴极的四个节点或四个电流引脚d1、d2、d3及d4以用于提供四个不同电流路径。四个节点d1、d2、d3及d4分别耦合到四个线性调节器231、232、233及234。线性调节器231、232、233及234耦合到电流感测节点cs236，所述电流感测节点可耦合到电流感测电阻器rcs。电流感测节点236处的电压标示为vcs，所述电压是跨越电流感测电阻器rcs的电压且表示流动穿过电流路径的led电流。

线性调节器231-234中的每一者具有耦合到led电流路径的晶体管m1-m4以及与晶体管的反馈控制环路配置中的放大器amp。放大器中的每一者接收参考电压ref1-ref4，且使晶体管的源极端子处的电压维持处于参考电压。因此，线性调节器可使穿过晶体管的电流维持处于通过参考电压及电流感测电阻器rcs而确定的常数，举例来说，ref1/rcs、ref2/rcs、ref3/rcs及ref4/rcs。

可使用第一线性调节器231作为实例来阐释线性调节器231-234的操作。在线性调节器231中，运算放大器(op-amp)amp在反馈环路中用于将led负载221中的电流调节为处于通过参考电压ref1而确定的目标电流值。运算放大器amp的输出耦合到开关晶体管m1，所述开关晶体管耦合到led负载221。led负载电流由开关晶体管m1控制且在感测电阻器rcs处被感测。感测电阻器rcs处的电压vcs在节点236(cs)处获得，且用作耦合到运算放大器amp的负输入的反馈电压。运算放大器amp用于使vcs保持等于ref1，从而使led电流维持处于目标值ref1/rcs。在pwm调光的情况下，pwm脉冲用作运算放大器的启用信号(en)。运算放大器amp还可通过调光信号而启用或停用，此处不再详细描述。

控制电路230还包含参考电压产生器240，所述参考电压产生器提供参考电压ref1-ref4，使得ref1<ref2<ref3<ref4。控制器230可提供具有高功率因数的led驱动器，如下文参考图3所阐释。此外，发明人已观察到，照明装置200的亮度可因led电流的变化而变化，led电流的变化由操作条件的改变(例如，输入电压vin的改变或led二极管正向电压vf的改变)所致。因此，参考电压产生器240还接收所取样电压信号241vin/vf，以便修改参考电压ref1-ref4以维持照明装置的一致亮度。所取样电压信号可表示输入电压vin的改变及led二极管正向电压vf的改变中的至少一者，如下文进一步描述。

图3是基于发明人对本发明的某些方面的分析的图解说明在图2的控制电路的控制下led电流与经整流输入电压的关系的波形图。控制电路230通过将电流顺序地汲取到四个led电流引脚d1-d4中而调节led电流。此可参考图2及3进行阐释。在经整流ac电力正弦循环内，一次仅四个电流路径中的一者传导电流。举例来说，vin与d1之间的电压一达到足以使vin与电流路径d1之间的第一led串传导电流的电压(即，比正向二极管电压vf高的电压)，节点d1就开始汲取电流。线性调节器231中的参考电压ref1经选择以将cs引脚处的电压vcs调节为最大参考电压的25％，以将d1电流路径中的电流设定为小于或等于led峰值电流的25％。如图3中所展示，在vin310达到高到足以接通d1通道的电压v1(如通过参考电压ref1所设定)之后，led电流320维持处于第一电平i1。

类似地，穿过节点d2的电流路径是在d1与d2之间的电压达到足以使d1与d2之间的第二led串222传导电流的值时开始汲取电流的第二路径。关于d2，线性调节器232中的参考电压ref2经选择以将引脚cs处的电压调节为最大参考电压的50％。在d2接通的同时，线性调节器231关断电流路径d1，这是因为在vin310达到高到足以接通d2通道的电压v2(如通过参考电压ref2所设定)之后，放大器的负输入处的电压现在高于ref1，从而允许全部电流i2流动穿过第一及第二led串。以类似方式，穿过d3的电流路径是在节点d2与d3之间的电压达到足以使d2与d3之间的第三led串223传导电流的值时开始汲取电流的第三阶段。关于d3，线性调节器223中的参考电压ref3经选择以将引脚cs处的电压调节为最大参考电压的75％。此时，vin310达到电压v3(如通过ref3所设定)，且线性调节器233将d2关断，从而允许全部电流i3流动穿过第一、第二及第三led串，且穿过节点d3到达电流感测节点cs236。此过程一直持续到穿过d4的最后电流路径被激活为止，此时，控制电路将cs引脚的电压调节为最大参考电压的100％，且前三个阶段d1、d2及d3全部被关断，使得在vin310达到电压v4(如通过ref4所设定)之后，全部电流i4现在流动穿过全部led串及电流感测电阻器rcs。

vin是经整流ac电压，其中在ac循环的一半期间上升及下降。在控制电路230的调节下，流动穿过电流感测节点236的led电流随经整流ac电压的上升量值而增大。类似地，流动穿过电流感测节点236的led电流随经整流ac电压的下降量值而减小。以此方式，led电流的量值随经整流ac电压的上升量值及下降量值而变化，如图3中所展示。因此，控制电路230可提供led照明装置中的高功率因数。

如上文所描述，图2中的控制电路可通过将电流顺序地汲取到不同led电流路径中而提供led照明装置中的高功率因数。然而，led照明装置的亮度可随变为不同led电流的转变时序而变化，此可受led的峰值ac输入电压及二极管正向电压影响。

图4a是基于发明人对本发明的某些方面的分析的图解说明led电流与具有不同峰值电压的两个经整流输入电压的关系的波形图。如果线性调节器的参考电压ref1-ref4是固定的，例如，具有基于经整流ac电压412的电压设定v1-v4，那么与具有较低峰值电压(例如，115vac)的经整流ac电压412相比，具有较高峰值电压(例如，220vac)的经整流ac电压411可致使led串更早地接通。所述系统可产生准正弦波形状的led电流波形421，所述准正弦波形状的led电流波形在较高ac振幅(例如，220vac)处比在较低ac振幅422(例如，115vac)处宽。因此，平均led电流(或ac循环中的总led电流)可随峰值ac振幅而变化，从而致使led灯的亮度变化。举例来说，在ac电压循环中，峰值ac振幅越高，第一led串越早通过d1电流路径电路而接通，使得总led电流或平均led电流在较高ac振幅处较高。

类似地，具有较低二极管正向电压的led可在较低电压下(即，在ac电压循环的早期)接通。因此，如果图2的控制器中的参考电压针对具有不同正向电压的二极管保持固定，那么二极管正向电压的变化还可导致led照明装置的亮度的改变。

本发明教示调整参考电压以补偿经整流输入电压的峰值电压的变化及led二极管接通电压的变化中的至少一者。举例来说，针对较高供应电压vin或较低二极管正向电压vf可降低参考电压，使得平均led电流可保持恒定。类似地，针对较低供应电压(vin)或较高二极管正向电压(vf)可增大参考电压，使得平均led电流可保持恒定。

图4b是体现本发明的某些方面的图解说明led电流与具有不同峰值电压的两个经整流输入电压的关系的波形图。在此实例中，线性调节器的参考电压ref1-ref4经调整使得参考电压针对较高输入电压vin被降低以降低输入电压循环的每一阶段处的led电流。如图4b中所展示，与具有较低峰值电压(例如，115vac)的经整流ac电压442相比，具有较高峰值电压(例如，220vac)的经整流ac电压vin441可致使led串更早地接通。在vin的循环的每一阶段处，led电流波形451在较高ac振幅(例如，220vac)处比在较低ac振幅452(例如，115vac)处宽。然而，在vin循环的每一阶段处，与具有较低峰值电压的led电流波形452的量值相比，针对具有较高峰值电压的vin的led电流波形451的量值较低，这是因为针对具有较高峰值电压的vin，参考电压ref1-ref4被调整为较低值。因此，可维持vin循环中的总led电流或(等效地)平均led电流。因此，可维持led照明装置的亮度，所述亮度可以流明为单位进行测量。

作为实例，上文所描述的控制功能可通过以预定义ac振幅(例如，220vac)及标称ledvf(例如，3v)来设计系统以满足用户所需ledrms电流而实施。在ac循环期间，led电流经配置为led接通时间(接通与关断之间的持续时间)的函数。举例来说，如果某一通道中的led接通达比在标称情形中时间长的持续时间，那么此led电流被降低，以具有反比例改变，以使ledrms电流(或ac循环中的电流的和或积分)恒定。

图5是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路500的简化示意图。控制电路500是可在图2中的led照明装置中使用的控制电路的实例。类似于图2中的控制电路230，控制电路500具有用于为led串提供电流路径的四个端子d1-d4及用于基于四个参考电压ref1-ref4中的一者而控制每一电流路径中的电流的四个线性调节器511-514。此外，控制电路500还包含用于产生四个参考电压ref1-ref4的参考电压产生器540。控制电路500的操作类似于上文所描述的控制电路230的操作。控制电路500图解说明参考电压产生器的示范性实施方案。

如图5中所展示，参考电压产生器540包含用于检测经整流输入电压vin的变化的峰值电压检测器550。峰值电压检测器550可通过由电阻器552及553形成的分压器连接到经整流输入电压vin。峰值电压检测器550还可包含放大器554、二极管551、通电复位开关por及具有寄生放电路径(未展示)的电容器555，使得峰值检测器可被复位并检测新的峰值且提供表示vin的所取样版本的信号vpeak556。所取样信号vpeak556在放大器557处经缓冲以提供表示vin的所取样版本的信号558。参考电压产生器540还包含用于提供参考电压542的带隙参考电路541。放大器543连同电阻器544及545一起接收带隙参考信号542及输入电压取样信号558以提供跟踪vin的变化的基础参考电压546。可依据基础参考电压546而导出多个参考电压ref1-ref4。举例来说，输出节点566通过电阻器561而耦合到基础参考电压546。分压器(其包含电阻器562、563、564及565)耦合到输出节点566且将参考电压ref1-ref4提供到线性调节器511-514。在此电路中，满足条件ref1<ref2<ref3<ref4。电阻器561-565的电阻值可基于ref1-ref4的所要电压值而选择。

在图5中，放大器543可为运算放大器，且具有用于接收来自带隙参考电路541的参考电压542的正端子。放大器543还具有用于接收输入电压取样信号558的负端子。因此，在放大器543的输出处的基础参考电压546经配置以沿与输入电压取样信号558相反的方向变化。换句话说，当输入电压取样信号558增大时，基础参考电压546被减小。当输入电压取样信号558减小时，基础参考电压546被增大。基于基础参考电压546，分压器(其包含电阻器562、563、564及565)将参考电压ref1-ref4提供到线性调节器511-514。

图6a是体现本发明的某些方面的图解说明具有可调整参考电压的led控制器中的所模拟led电流与经整流输入电压的关系的波形图。所述led电流波形是针对具有图5的led控制电路500的led照明装置而模拟。经整流输入电压611具有160v的峰值电压，经整流输入电压612具有235v的峰值电压，且经整流输入电压613具有311v的峰值电压。参考电压ref1-ref4经调整使得具有311v的最高峰值电压的经整流输入电压613具有最低参考电压。且具有160v的最低峰值电压的经整流输入电压611具有最高参考电压。在图6a中，针对经整流输入电压611的led电流621具有160v的最低峰值电压，针对经整流输入电压612的led电流622具有235v的峰值电压，且针对经整流输入电压613的led电流623具有311v的最高峰值电压。可见，led电流621、622及623在一半的ac循环中具有相同总电流，如由每一电流曲线下方的面积所表示。换句话说，在具有不同峰值电压的经整流电压的条件下，平均led电流是相同的。因此，可维持led照明装置的亮度。

图6b是体现本发明的某些方面的图解说明led电流在峰值ac输入电压的范围内的变化的图式。图6b中所展示的数据是基于针对具有类似于图5的控制电路500的led控制电路的led照明装置所模拟的led电流波形。水平轴以伏(v)为单位展示在从约200v到240v的范围内的经整流输入ac电压的峰值电压，从而表示以220v为中心的输入ac峰值电压的±10％变化。垂直轴以毫安(ma)为单位展示led电流的范围。曲线631图解说明在ac周期内平均化的led电流的变化在200v到240v的输入峰值电压范围内变化约±0.5％。曲线632图解说明在ac周期内的rms(均方根)led电流的变化在200v到240v的输入峰值电压范围内变化约±1.2％。电流的rms值可表示在ac循环内的平均功率。因此，无论是按平均电流还是按rms电流进行测量，led电流在具有不同峰值电压的经整流电压下均可为基本上恒定的。在图6b中图解说明的实例中，在ac周期内的led电流在输入ac峰值电压的±10％变化内变化约±1％。因此，可维持led照明装置的亮度，所述亮度与led电流成比例。相比之下，在常规功率因数led控制器中，在ac周期内的led电流在输入ac峰值电压的±10％变化内可变化±10％，从而导致led照明装置的亮度的相当大的变化。

在图6b中图解说明的实例中，在ac周期内的led电流在输入ac峰值电压的±10％变化内变化约±1％。在其它实施例中，取决于电压变化的范围，本文中所描述的led控制电路可使平均led电流维持在目标平均led电流的特定百分比(举例来说，10％、5％或2％)内。

图7是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路700的简化示意图。控制电路700是可在图2中的led照明装置中使用的控制电路的另一实例。类似于图5中的控制电路500，控制电路700具有用于为led串提供电流路径的四个端子d1-d4及用于基于四个参考电压ref1-ref4中的一者而控制每一电流路径中的电流的四个线性调节器511-514。此外，控制电路700还包含用于产生四个参考电压ref1-ref4的参考电压产生器740。控制电路700的操作类似于上文所描述的控制电路500的操作。不同于控制电路500，控制电路700图解说明参考电压产生器740的示范性实施方案，所述参考电压产生器基于led二极管正向电压vf的变化而提供参考电压ref1-ref4。

参考电压产生器740类似于图5中的参考电压产生器540，其中具有一个显著差异。图5中的参考电压产生器540产生表示输入电压vin的信号。相比之下，图7中的参考电压产生器740产生表示led二极管正向电压vf的信号。如图7中所展示，参考电压产生器740包含跨越led4二极管耦合到两个节点d3及d4的二极管vf取样电路或二极管正向电压取样电路573。耦合点标记为571及572。二极管vf取样电路573可包含用以产生电压信号574的电路组件(例如，电平移位器)，电压信号574表示二极管正向电压vf且针对峰值电压检测电路550适当地按比例缩放。类似于图5中的参考电压产生器540，参考电压产生器740修改去往线性调节器511-514的参考电压ref1-ref4。在此电路中，满足条件ref1<ref2<ref3<ref4。电阻器561-565的电阻值可基于ref1-ref4及所取样二极管正向电压vf的所要电压值而选择。

图8是体现本发明的某些方面的图解说明led控制器中的所模拟led电流与led二极管正向电压的关系的波形图。图8描绘针对具有图7的控制电路700的led照明装置的所模拟led电流。控制电路700可通过基于led二极管正向电压vf而调整参考电压ref1-ref4在不同二极管正向电压vf的条件下维持恒定平均led电流。针对所模拟电流波形，使用三个不同操作温度0℃、62.5℃及125℃来获得不同二极管正向电压vf。经整流输入线电压vin保持恒定，如由三个vin波形811、812及813所展示。在图8中，波形821表示0℃下的led电流波形，波形822表示62.5℃下的led电流波形，且波形823表示125℃下的led电流波形。可见，led电流821、822及823在一半的ac循环中具有相同总电流，如由每一电流曲线下方的面积所表示。换句话说，在不同led二极管正向电压vf或不同温度的条件下，平均led电流是相同的。

图9是体现本发明的某些方面的图解说明具有可调整参考电压的led控制器中的led电流与经整流输入电压的关系的波形图。所述led电流波形是针对具有类似于图5的led控制电路500的led控制电路的led照明装置而模拟。在图5中，led控制电路500具有用于测量ac峰值以进行控制的峰值检测器vpeak。峰值电压值为dc，使得从图5产生的led电流(如图6a中所展示)在每一通道中具有矩形波形。相比之下，在图9中，波形是通过将非反相运算放大器添加到图5而导出，此通过分压器网络而测量vin下的ac线电压。接着，通过加法器或乘法器将非反相运算放大器输出加到图5中所展示的led电流设定参考电压。由于所取样ac线电压为正弦型的，因为led电流在每一通道中呈正弦型。

在图9中，经整流输入电压911具有160v的峰值电压，经整流输入电压912具有235v的峰值电压，且经整流输入电压913具有311v的峰值电压。参考电压ref1-ref4经调整使得具有311v的最高峰值电压的经整流输入电压913具有最低参考电压，且具有160v的最低峰值电压的经整流输入电压911具有最高参考电压。在图9中，led电流921是针对具有160v的最低峰值电压的经整流输入电压911，led电流922是针对具有235v的峰值电压的经整流输入电压912，且led电流923是针对具有311v的最高峰值电压的经整流输入电压913。可见，led电流921、922及923在一半的ac循环中具有相同总电流，如由每一电流曲线下方的面积所表示。换句话说，在具有不同峰值电压的经整流电压的条件下，平均led电流是相同的。因此，可维持led照明装置的亮度。

对于理想ac离线线性led灯来说具有高功率因数及高效率两者是合意的。遗憾地，功率因数及效率不相关，且通常需要做出折衷。图3中所展示的波形是在仔细选择led串时良好功率因数及良好效率的实例。图9中所展示的波形是具有较高功率因数(led电流分布曲线与ac输入电压更加同相)但具有减小的效率(电流峰值与ac输入电压峰值一致，使得ic不得不耗散最大功率)的实例。在另一实例中，图10中所展示的波形是具有减小的功率因数(led电流分布曲线与ac输入电压不太同相)但具有较高效率(电流峰值在较低ac输入电压处，使得ic耗散较少功率)的实例。

图10是体现本发明的某些方面的图解说明具有可调整参考电压的另一led控制器中的led电流与经整流输入电压的关系的波形图。在图10中，经整流输入电压1011具有160v的峰值电压，经整流输入电压1012具有235v的峰值电压，且经整流输入电压1013具有311v的峰值电压。参考电压ref1-ref4经调整使得具有311v的最高峰值电压的经整流输入电压1013具有最低参考电压，且具有160v的最低峰值电压的经整流输入电压1011具有最高参考电压。在图10中，led电流1021是针对具有160v的最低峰值电压的经整流输入电压1011，led电流1022是针对具有235v的峰值电压的经整流输入电压1012，且led电流1023是针对具有311v的最高峰值电压的经整流输入电压1013。可见，图10是具有减小的功率因数(led电流分布曲线与ac输入电压不太同相)但具有较高效率(电流峰值在较低ac输入电压处，使得ic耗散较少功率)的实例。图10图解说明基于具有类似于图5的led控制电路500的led控制电路的led照明装置的波形图。在图5中，led控制电路500具有用于测量ac峰值以进行控制的峰值检测器vpeak。相比之下，图10中的波形是基于其中不使用峰值电压检测器的控制电路。替代地，通过分压器网络而测量vin下的ac线电压以进行控制。反相放大器543产生在具有反正弦分布曲线的较低ac输入电压下较高的led电流。

图11是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路1100的简化示意图。控制电路1100是可在图2中的led照明装置中使用的控制电路的另一实例。类似于图5中的控制电路500，控制电路1100具有用于为led串提供电流路径的四个端子d1-d4及用于基于四个参考电压ref1-ref4中的一者而控制每一电流路径中的电流的四个线性调节器511-514。此外，控制电路1100还包含用于产生四个参考电压ref1-ref4的参考电压产生器1140。控制电路1100的操作类似于上文所描述的控制电路500的操作。不同于控制电路500，控制电路1100图解说明参考电压产生器1140的示范性实施方案，所述参考电压产生器基于输入电压vin及led二极管正向电压vf两者的变化而提供参考电压ref1-ref4。

参考电压产生器1140类似于图5中的参考电压产生器540，其中具有一个显著差异。图5中的参考电压产生器540产生表示输入电压vin的信号。相比之下，图11中的参考电压产生器1140产生表示输入线电压vin与led二极管正向电压vf的组合式效应的信号。

参考电压产生器1140包含用于检测经整流输入电压vin的变化的第一峰值电压检测器550。第一峰值电压检测器550类似于图5中的峰值电压检测器550。峰值电压检测器550可通过由电阻器552及553形成的分压器而连接到经整流输入电压vin。峰值电压检测器550还可包含放大器554、二极管551、通电复位开关por及具有寄生放电路径(未展示)的电容器555，使得峰值检测器可被复位并检测新的峰值且提供表示vin的所取样版本的信号vpeak556。所取样信号vpeak556在放大器557处经缓冲以提供表示vin的所取样版本的信号558。

参考电压产生器1140具有第一运算放大器543，所述第一运算放大器具有用于接收来自带隙参考电路541的参考电压542的正端子。放大器543还具有用于接收输入电压取样信号558的负端子。放大器543连同电阻器544及545一起提供跟踪vin的变化的第一基础参考电压546。

另外，参考电压产生器1140还产生可表示led二极管正向电压vf的信号。就此来说，类似于图7中的参考电压产生器740，参考电压产生器1140包含跨越led4二极管耦合到两个节点d3及d4的二极管vf取样电路573。所述耦合点标记为571及572。二极管vf取样电路573可包含用以产生电压信号574的电路组件(例如，电平移位器)，电压信号574表示二极管正向电压vf且针对第二峰值电压检测电路650适当地按比例缩放，所述第二峰值电压检测电路可类似于峰值电压检测电路550。峰值电压检测器650可包含放大器654、二极管651、通电复位开关por及具有寄生放电路径(未展示)的电容器655，使得峰值检测器可被复位并检测新的峰值且提供表示vf的所取样版本的信号vpeak656。所取样信号vpeak656在放大器657处经缓冲以提供表示led二极管正向电压vf的所取样版本的信号658。

在图11中，第二运算放大器643具有用于接收led二极管正向电压vf取样信号658的正端子。放大器643还具有用于接收来自带隙参考电路541的参考电压542的负端子。放大器643连同电阻器644及645一起提供跟踪led二极管正向电压vf的变化的第二基础参考电压646。

参考电压产生器1140包含输出节点1166，所述输出节点通过电阻器561而耦合到第一基础参考电压546以跟踪vin的变化。输出节点1166还耦合到跟踪led二极管正向电压vf的变化的第二基础参考电压646。参考电压产生器经配置以响应于经整流输入ac电压而在所取样电压信号被增大时减小多个参考电压中的每一者，且在所取样电压信号被减小时增大多个参考电压中的每一者。参考电压产生器经配置以响应于led二极管正向电压而在所取样电压信号被增大时增大多个参考电压中的每一者，且在所取样电压信号被减小时减小多个参考电压中的每一者。

分压器(其包含电阻器562、563、564及565)耦合到输出节点1166且将参考电压ref1-ref4提供到线性调节器511-514。在此电路中，满足条件ref1<ref2<ref3<ref4。电阻器561-565及661的电阻值可基于ref1-ref4的所要电压值而选择。

图12是体现本发明的某些方面的图解说明led控制电路1200的简化示意图。控制电路1200是可在图2中的led照明装置中使用的控制电路的另一实例。类似于图5中的控制电路500，控制电路1200具有用于为led串提供电流路径的四个端子d1-d4及用于基于四个参考电压ref1-ref4中的一者而控制每一电流路径中的电流的四个线性调节器511-514。此外，控制电路1200还包含用于产生四个参考电压ref1-ref4的参考电压产生器1240。控制电路1200的操作类似于上文所描述的控制电路500的操作。不同于控制电路500，控制电路1200图解说明参考电压产生器1240的示范性实施方案，所述参考电压产生器基于输入电压vin及led二极管正向电压vf两者的变化而提供参考电压ref1-ref4。

参考电压产生器1240类似于图5中的参考电压产生器540，其中具有一个显著差异。图5中的参考电压产生器540产生表示输入电压vin的信号。相比之下，图12中的参考电压产生器1240产生表示输入线电压vin与led二极管正向电压vf的组合式效应的信号。如图12中所展示，参考电压产生器1240包含耦合到在led4二极管的一端处的d4的取样节点1271。取样节点1271处的电压信号1274可变化，且表示输入线电压vin及二极管正向电压vf的样本。

如图12中所展示，电压信号1274针对峰值电压检测电路550由分压器(电阻器1272及1273)按比例缩放。类似于图5中的参考电压产生器540，参考电压产生器1240修改用于控制线性调节器511-514的参考电压ref1-ref4。在此电路中，满足条件ref1<ref2<ref3<ref4。电阻器561-565的电阻值可基于ref1-ref4的所要电压值及节点1271处的电压1274而选择。

图13是图解说明用于控制多个经串联连接led串的方法的流程图。所述方法包含：接收经整流输入ac(交流)电压(步骤1310)，及产生多个参考电压(步骤1320)。所述方法还包含：基于所取样电压信号而使多个参考电压变化(步骤1330)。所取样电压信号可表示经整流输入ac电压的峰值电压及led二极管正向电压vf的峰值电压中的一者或两者。所述方法进一步包含：使用多个线性调节器中的一者基于对应参考电压将多个led串中的每一者中的电流流量控制为与经整流输入ac电压同相(步骤1340)。在步骤1350处，所述方法包含：在经整流输入ac电压及led二极管正向电压中的至少一者的改变期间维持目标平均led电流。

如上所述的方法1300可使用图2的系统200、图5的系统500、图7的系统700、图11的系统1100或图12的系统1200来实施以将led电流调节为与经整流ac电压同相，借此提供高功率因数。方法1300可用于在操作条件的改变期间维持恒定平均led电流及因此恒定亮度。此外，方法1300可经实施以在经整流ac电压的变化期间维持恒定平均led电流，如在图5的系统500中所描述。方法1300还可经实施以在led二极管正向电压vf的变化期间维持恒定平均led电流，如在图7的系统700中所描述。此外，方法1300还可经实施以在经整流ac电压的变化期间及在led二极管正向电压vf的变化期间维持恒定平均led电流，如在图11的系统1100及图12的系统1200中所描述。