驅(qū)動led照明設(shè)備的電路及其控制器的制造方法
【專利摘要】公開了一種用于驅(qū)動LED照明設(shè)備的電路及控制器。該控制器耦接至功率變換器。該功率變換器從電池單元接收輸入電壓并提供驅(qū)動電流至LED照明設(shè)備?？刂破靼z測電路和控制電路。檢測電路檢測電池單元是否處于低電量狀態(tài)，并基于檢測結(jié)果產(chǎn)生指示信號?？刂齐娐方邮罩甘拘盘柌⒒谥甘拘盘柼峁┛刂菩盘栔凉β首儞Q器以調(diào)節(jié)驅(qū)動電流。當(dāng)電池單元處于低電量狀態(tài)時，驅(qū)動電流被減小。
【專利說明】驅(qū)動LED照明設(shè)備的電路及其控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子電路，尤其涉及驅(qū)動LED照明設(shè)備的電路及其控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]LED手電筒和頭燈相較于白熾手電筒和頭燈在許多方面具有優(yōu)勢，例如，光效、燈壽命、工作溫度等等。但隨著電池電量逐漸耗盡，白熾燈所展現(xiàn)出的關(guān)斷性能卻優(yōu)于LED。對于白熾燈來說，隨著電池電量的逐漸耗盡，其燈光逐漸變暗，不僅照明時間長，而且能夠給用戶發(fā)出警告。然而，對于LED來說，其電流通?？抗β首儞Q器進(jìn)行調(diào)節(jié)。不論電池的狀態(tài)如何，功率變換器都提供一恒定的驅(qū)動電流。這將使得LED在電池電量快耗盡時會突然關(guān)斷或工作在打嗝模式(hiccup mode)。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供可以逐漸關(guān)斷的LED驅(qū)動電路及其控制器。
[0004]根據(jù)本實用新型實施例的一種耦接至功率變換器的控制器，其中，功率變換器從電池單元接收輸入電壓并提供驅(qū)動電流至LED照明設(shè)備?？刂破靼?檢測電路，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至電池單元以檢測電池單元是否處于低電量狀態(tài)，檢測電路基于檢測結(jié)果在輸出端產(chǎn)生指示信號；以及控制電路，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至檢測電路以接收指示信號，控制電路基于指示信號在輸出端產(chǎn)生控制信號以提供至功率變換器以調(diào)節(jié)驅(qū)動電流；其中，當(dāng)電池單元處于低電量狀態(tài)時，驅(qū)動電流被減小。
[0005]根據(jù)本實用新型實施例的一種耦接至功率變換器的控制器，其中，控制電路包括參考信號產(chǎn)生器，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至檢測電路以接收指示信號，參考信號產(chǎn)生器基于指示信號在輸出端產(chǎn)生參考信號；誤差放大器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端耦接至參考信號產(chǎn)生器以接收參考信號，第二輸入端接收代表流過LED照明設(shè)備的電流的反饋信號，誤差放大器放大參考信號與反饋信號之間的差值，并在輸出端產(chǎn)生誤差信號；比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端耦接至誤差放大器的輸出端以接收誤差信號，第二輸入端接收電流檢測信號，比較器將參考信號與電流檢測信號進(jìn)行比較，并在輸出端產(chǎn)生比較信號；時鐘信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生時鐘信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端耦接于比較器的輸出端以接收比較信號，第二輸入端耦接至?xí)r鐘信號產(chǎn)生器以接收時鐘信號，邏輯電路基于比較信號和時鐘信號，在輸出端產(chǎn)生控制信號。
[0006]根據(jù)本實用新型實施例的一種耦接至功率變換器的控制器，其中，檢測電路包括比較器，比較器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端接收輸入電壓，第二輸入端接收預(yù)設(shè)電壓，比較器將輸入電壓與預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，并在輸出端產(chǎn)生指示信號。
[0007]根據(jù)本實用新型實施例的一種用于驅(qū)動LED照明設(shè)備的電路，包括:功率變換器，從電池單元接收輸入電壓，并提供驅(qū)動電流至LED照明設(shè)備；以及耦接至功率變換器的控制器?？刂破靼?檢測電路，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至電池單元以檢測電池單元是否處于低電量狀態(tài)，檢測電路基于檢測結(jié)果在輸出端產(chǎn)生指示信號；以及控制電路，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至檢測電路以接收指示信號，控制電路基于指示信號在輸出端產(chǎn)生控制信號以提供至功率變換器以調(diào)節(jié)驅(qū)動電流；其中，當(dāng)電池單元處于低電量狀態(tài)時，驅(qū)動電流被減小。
[0008]在本實用新型的實施例中，由于驅(qū)動電流在電池單元處于低電量狀態(tài)時被減小，LED的照明時間得到延長。同時，驅(qū)動電流減小導(dǎo)致LED亮度減小，這使得用戶可以及時意識到電池單元的狀態(tài)，并擁有足夠的時間反應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出依據(jù)本實用新型實施例的LED驅(qū)動電路10的框圖；
[0010]圖2示出依據(jù)本實用新型實施例的LED驅(qū)動電路20的原理圖；
[0011]圖3(a)?3(c)示出根據(jù)本實用新型實施例的圖2所示LED驅(qū)動電路20的波形示意圖。

【具體實施方式】
[0012]下面將詳細(xì)描述本實用新型的驅(qū)動LED照明設(shè)備的電路及控制器的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實施本實用新型。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路或材料。
[0013]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實用新型至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
[0014]圖1示出依據(jù)本實用新型實施例的LED驅(qū)動電路10的框圖。如圖1所示，LED驅(qū)動電路10包括功率變換器102和控制器103。功率變換器102耦接至電池單元B以接收輸入電壓Vb，并基于輸入電壓Vb產(chǎn)生驅(qū)動電流Imi以提供至LED照明設(shè)備101?？刂破?03包括檢測電路1031和控制電路1032。檢測電路1031耦接至電池單元B以檢測電池單元B是否處于低電量狀態(tài)，并根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生指示信號ScL在一個實施例中，低電量狀態(tài)是指電池單元B的電量小于滿電量的某一百分比，例如，10%?？刂齐娐?032耦接至檢測電路1031以接收指示信號Sd，并基于指示信號Sd產(chǎn)生控制信號Sc以提供至功率變換器102，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動電流Iled。
[0015]在一個實施例中，LED驅(qū)動電路10還包括反饋電路。反饋電路親接至LED照明設(shè)備101以檢測驅(qū)動電流1_，并基于檢測結(jié)果產(chǎn)生反饋信號以提供至控制電路1032。控制電路1032基于指示信號Sd和反饋信號產(chǎn)生控制信號Sc以控制功率變換器102。
[0016]隨著電池單元B的電量被逐漸消耗掉，當(dāng)電池單元B處于低電量狀態(tài)時，控制電路1032基于指示信號Sd控制功率變換器102以使驅(qū)動電流減小。隨著驅(qū)動電流I _減小，LED照明設(shè)備101發(fā)出的光變暗，以向用戶發(fā)出警告。
[0017]圖2示出依據(jù)本實用新型實施例的LED驅(qū)動電路20的原理圖。如圖2所示，LED驅(qū)動電路20包括功率變換器202、控制器203、反饋電路204和電流檢測電路205。
[0018]功率變換器202采用升壓變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其包括開關(guān)SW、整流器R、電感器L和電容器C。電感器L具有第一端和第二端，其第一端耦接至電池單元(圖中未示出)以接收輸入電壓Vb。開關(guān)SW具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至電感器L的第二端。整流器R具有陽極和陰極，其陽極耦接至電感器L的第二端以及開關(guān)SW的第一端。電容器C耦接于整流器R的陰極和參考地之間。整流器R和電容器C的公共端耦接至LED照明設(shè)備201以向其提供驅(qū)動電流Imi。
[0019]反饋電路204檢測流經(jīng)LED照明設(shè)備201的驅(qū)動電流Imi，并輸出反饋信號Sf。反饋電路204包括耦接于LED照明設(shè)備201和參考地之間的反饋電阻Rfb。電流檢測電路205檢測流經(jīng)電感器L的電流，并輸出電流檢測信號Ss。電流檢測電路205包括耦接于開關(guān)SW的第二端和參考地之間的檢測電阻Res。
[0020]控制器203包括檢測電路2031和控制電路2032。檢測電路2031包括具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端的比較器CMP1，其中反相輸入端接收輸入電壓Vb,同相輸入端接收預(yù)設(shè)電壓Vth。比較器CMPl將輸入電壓Vb和預(yù)設(shè)電壓Vth進(jìn)行比較，并在輸出端產(chǎn)生指示信號Sd?？刂齐娐?032包括誤差放大器EA，比較器CMP2，參考信號產(chǎn)生器VG，補(bǔ)償電容器Ccomp，時鐘信號產(chǎn)生器CLG和邏輯電路LOG。參考信號產(chǎn)生器VG耦接至比較器CMPl的輸出端以接收指示信號Sd，并根據(jù)指示信號Sd產(chǎn)生參考信號Vref。誤差放大器EA具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，且反相輸入端接收反饋信號Sf，同相輸入端接收參考信號Vref。誤差放大器EA放大參考信號Vref和反饋信號Sf之間的差值，并在其輸出端產(chǎn)生誤差信號Verr。誤差信號Verr由耦接于誤差放大器EA的輸出端和參考地之間的補(bǔ)償電容器Ccomp進(jìn)行補(bǔ)償。比較器CMP2具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其反相輸入端接收電流檢測信號Ss,同相輸入端接收誤差信號Verr。比較器CMP2將電流檢測信號Ss和誤差信號Verr進(jìn)行比較，并在輸出端產(chǎn)生比較信號SET。時鐘信號產(chǎn)生器CLG產(chǎn)生時鐘信號CLK。邏輯電路LOG具有置位端S、復(fù)位端R和輸出端Q，其置位端S接收時鐘信號CLK，其復(fù)位端R接收比較信號SET。邏輯電路LOG基于比較信號SET和時鐘信號CLK在其輸出端Q產(chǎn)生控制信號Sc并提供至開關(guān)SW的控制端，從而控制開關(guān)SW的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0021]隨著電池電量的消耗，輸入電壓Vb逐漸降低。當(dāng)輸入電壓Vb降低至預(yù)設(shè)電壓Vth時，指示信號Sd變?yōu)檫壿嫺唠娖?。因此，參考信號產(chǎn)生器VG使參考信號Vref減小。隨著參考信號Vref的減小，誤差信號Verr亦減小，從而使得控制信號Sc的占空比也減小。因此，驅(qū)動電流Iled降低。
[0022]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在圖2所示實施例中，比較器CMPl只是示例性的，不應(yīng)用于限制本實用新型。在其它實施例中，任何能夠檢測電池單元是否處于低電量狀態(tài)的電路都可以用于本實用新型，例如，用于檢測電池單元電流的電路。
[0023]本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，圖2所示實施例采用峰值電流控制模式，然而，其它合適的控制方法亦適用于本實用新型。
[0024]本領(lǐng)域技術(shù)人員同時應(yīng)當(dāng)理解，在圖2所示實施例中，功率變換器202采用升壓變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然而，其它開關(guān)變換器，例如，降壓變換器、反激變換器等等也可用于本實用新型。而且，LED驅(qū)動電路還可采用LDO對驅(qū)動電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員同時應(yīng)當(dāng)理解，圖2所示實施例采用模擬調(diào)光方式來控制驅(qū)動電流，然而，在其它實施例中，PWM調(diào)光亦可用于本實用新型。在示例性的PWM調(diào)光方式中，由調(diào)光信號控制的開關(guān)與LED照明設(shè)備串聯(lián)連接，調(diào)光信號的占空比根據(jù)指示信號Sd進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)電池單元處于低電量狀態(tài)時，該占空比減小，因此，等效驅(qū)動電流亦減小。
[0026]圖3 (a)?3 (c)示出根據(jù)本實用新型實施例的圖2所示LED驅(qū)動電路20的波形示意圖，其中波形圖從上至下依次代表輸入電壓Vb、指示信號Sd、參考信號Vref和驅(qū)動電流 Iled。
[0027]在圖3(a)所示實施例中，每當(dāng)輸入電壓Vb減小到預(yù)設(shè)電壓Vth時，指示信號Sd便從低電平轉(zhuǎn)換為高電平，從而，參考信號產(chǎn)生器VG將參考信號Vref減小一預(yù)設(shè)值，然后將參考信號Vref保持不變，直到輸入電壓Vb再次減小到預(yù)設(shè)電壓Vth。
[0028]在圖3(b)所示實施例中，當(dāng)輸入電壓Vb減小到預(yù)設(shè)電壓Vth時，參考信號Vref和驅(qū)動電流Imi減小，然后一直保持不變直到電池單元電量耗盡。
[0029]在圖3 (C)所示實施例中，一旦輸入電壓Vb減小到預(yù)設(shè)電壓Vth，參考信號Vref和驅(qū)動電流Iu5d便持續(xù)地減小。
[0030]作為一個例子，測試了采用單節(jié)鋰離子電池(18650型)給LED閃光燈和頭燈供電的情況。預(yù)設(shè)電壓Vth設(shè)置為3V，電池單元初始時的放電電流設(shè)置為1000mA。如果像現(xiàn)有技術(shù)一樣，電池單元以100mA的放電電流持續(xù)進(jìn)行放電，則電池單元在很短的時間內(nèi)將消耗殆盡。然而，依據(jù)本實用新型的實施例，電池單元在放電1.84小時后達(dá)到3V的預(yù)設(shè)電壓。之后，電池單元以10mA的放電電流進(jìn)行放電，直到其再次達(dá)到3V的預(yù)設(shè)電壓。這期間，電池單元的放電時間為1.37小時。因此，以本實用新型實施例方式驅(qū)動的LED照明設(shè)備能夠提供1.84小時的最大亮度照明以及1.37小時的可用亮度照明，以讓用戶有足夠的反應(yīng)時間。另外，如果電池單元繼續(xù)以1mA的放電電流進(jìn)行放電，即維持LED照明設(shè)備的亮度在其最大亮度的10%，根據(jù)測試，電池單元再次達(dá)到3V預(yù)設(shè)電壓所需的時間為5.43小時。
[0031]作為另一個例子，還以相似方式對三節(jié)串聯(lián)的900mAH AAA鎳氫電池進(jìn)行了測試。在該例子中，預(yù)設(shè)電壓仍設(shè)置為3V，而每個測試時間段的放電電流分別取450mA，45mA和4.5mA。結(jié)果，電池單元達(dá)到3V預(yù)設(shè)電壓的時間分別為1.59,2.5和20小時。因此，在該例子中，LED照明設(shè)備能夠以最大亮度工作1.59小時，然后以10%的亮度工作2.5小時，最后以I %的亮度工作20小時。
[0032]可見，當(dāng)電池單元處于低電量狀態(tài)時，LED照明設(shè)備的亮度變暗，這提供了額外的可用時間以讓用戶安全地反應(yīng)。因此，依據(jù)本實用新型實施例驅(qū)動的LED照明設(shè)備能夠被逐漸地關(guān)斷。
[0033]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在圖1?3所示實施例中，LED照明設(shè)備可以包括單個LED，LED串或多個LED串。另外，本實用新型不僅適用于閃光燈和頭燈，還適用于其它由電池單元驅(qū)動的LED照明設(shè)備。
[0034]雖然已參照幾個典型實施例描述了本實用新型，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種耦接至功率變換器的控制器，功率變換器從電池單元接收輸入電壓并提供驅(qū)動電流至LED照明設(shè)備，其特征在于，控制器包括: 檢測電路，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至電池單元，檢測電路檢測電池單元是否處于低電量狀態(tài)，并基于檢測結(jié)果在輸出端產(chǎn)生指示信號；以及 控制電路，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至檢測電路以接收指示信號，控制電路基于指示信號在輸出端產(chǎn)生控制信號以提供至功率變換器以調(diào)節(jié)驅(qū)動電流； 其中，當(dāng)電池單元處于低電量狀態(tài)時，驅(qū)動電流被減小。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，控制電路包括: 參考信號產(chǎn)生器，具有輸入端和輸出端，其中，輸入端耦接至檢測電路以接收指示信號，參考信號產(chǎn)生器基于指示信號在輸出端產(chǎn)生參考信號； 誤差放大器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端耦接至參考信號產(chǎn)生器以接收參考信號，第二輸入端接收代表流過LED照明設(shè)備的電流的反饋信號，誤差放大器放大參考信號與反饋信號之間的差值，并在輸出端產(chǎn)生誤差信號； 比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端耦接至誤差放大器的輸出端以接收誤差信號，第二輸入端接收電流檢測信號，比較器將參考信號與電流檢測信號進(jìn)行比較，并在輸出端產(chǎn)生比較信號； 時鐘信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生時鐘信號；以及 邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端耦接于比較器的輸出端以接收比較信號，第二輸入端耦接至?xí)r鐘信號產(chǎn)生器以接收時鐘信號，邏輯電路基于比較信號和時鐘信號，在輸出端產(chǎn)生控制信號。
3.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，檢測電路包括比較器，比較器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中，第一輸入端接收輸入電壓，第二輸入端接收預(yù)設(shè)電壓，比較器將輸入電壓與預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，并在輸出端產(chǎn)生指示信號。
4.一種用于驅(qū)動LED照明設(shè)備的電路，其特征在于，包括: 功率變換器，從電池單元接收輸入電壓，并提供驅(qū)動電流至LED照明設(shè)備；以及 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的控制器。
【文檔編號】H05B37/02GK204259209SQ201420483167
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】杰森·皮爾斯, 布倫特·休斯 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司