Led驅動電路封裝的制作方法
【專利說明】LED驅動電路封裝
[0001]本申請是申請日為2012年01月27日、申請?zhí)枮?01280006874.7、發(fā)明名稱為“LED驅動電路封裝”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明的示例性實施例涉及一種使用交流(AC)電源的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光裝置，更具體地，涉及一種能夠改善功率因數(shù)和總諧波失真(THD)并且有效處置總諧波失真和商用AC電壓及其大小變化的LED發(fā)光裝置。本發(fā)明的示例性實施例還涉及一種裝配有驅動電路的LED發(fā)光裝置，所述驅動電路限定總LED驅動電壓(Vf)的特征范圍并且使用具有多個驅動電壓的LED，從而減少閃爍現(xiàn)象并且增加光的量，同時使LED截止的間隔最小。
【背景技術】
[0003]圖1是使用AC電源的傳統(tǒng)LED發(fā)光裝置的框圖。
[0004]使用AC電源I的傳統(tǒng)LED發(fā)光裝置被配置為將整流電路2輸出的單向紋波電壓經(jīng)由電阻器4提供給高壓LED 3-1至3-4，整流電路2是使用橋電路實現(xiàn)的。
[0005]在這種使用AC電源的傳統(tǒng)LED發(fā)光裝置中，提供給LED的LED驅動電流可能沒有完全的正弦波形式并且在LED驅動電流和AC電壓之間可能存在相位差，因此可能出現(xiàn)的問題是，電特性(包括功率因數(shù)和THD)不滿足LED照明的要求。
[0006]為了解決這個問題，有一種方法是減小LED驅動電壓(正向電壓:Vf)。然而，由于可根據(jù)LED的驅動電壓Vf來確定高壓驅動的LED的驅動效率和光輸出特性，因此簡單地減小LED的驅動電壓Vf可能造成不滿足LED照明標準中提出的功率因數(shù)和THD的問題。
[0007]此外，商用AC電源可能沒有提供理想正弦波形式的AC電壓。也就是說，出現(xiàn)商用AC電壓的大小比理想正弦波形式的參考電壓的大小高或低的問題，并且商用AC電壓的波形可能因諧波而失真。
[0008]圖2A和圖2B是示出隨時間推移的傳統(tǒng)LED發(fā)光裝置中的電流波形的波形圖，每個電流被提供給LED并且經(jīng)受AC電源的變化或AC電源的失真。
[0009]當輸入電壓的瞬時電壓超過LED的驅動電壓Vf時，驅動電流與輸入電壓成比例地流動。如圖2A和圖2B中所示，LED的驅動電流可能因AC電壓波形的這種變形而失真。結果，當使用AC電源驅動LED時，LED的發(fā)光效率可能根據(jù)驅動電流的形狀和大小而顯著變化。
[0010]另外，為了使用AC電源驅動LED，可能需要諸如整流電路、電源電路、電壓檢測電路、脈沖生成電路、開關電路和電流控制電路的各種電路。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的示例性實施例提供一種發(fā)光二極管(LED)驅動電路封裝。
[0012]本發(fā)明的額外特征將在隨后的描述中闡明，并且部分地將根據(jù)描述而清楚，或者可通過本發(fā)明的實踐而獲知。
[0013]本發(fā)明的示例性實施例公開了一種發(fā)光極管(LED)驅動電路封裝，所述LED驅動電路封裝包括:整流單元，用于接收交流(AC)電源電壓并且對AC電源電壓進行整流以生成紋波電壓；LED驅動開關單元，包括多個開關單元和多個電流控制單元；以及低壓控制單元，包括電路電源單元、電壓檢測單元、參考頻率生成單元和參考脈沖生成單元，電路電源單元用于生成低壓功率，電壓檢測單元用于檢測紋波電壓的大小，參考頻率生成單元用于使用電路電源單元生成的低壓功率進行操作以生成參考頻率，參考脈沖生成單元用于使用電路電源單元生成的低壓功率進行操作，以根據(jù)參考頻率和電壓檢測單元檢測到的電壓的大小生成用于控制LED驅動開關單元的操作的參考脈沖。
[0014]本發(fā)明的另一示例性實施例公開一種發(fā)光二極管(LED)驅動電路封裝，所述LED驅動電路封裝包括:整流單元，用于接收交流(AC)電源電壓并且對AC電源電壓進行整流以生成紋波電壓；LED驅動開關單元，包括多個開關單元和多個電流控制單元；以及低壓控制單元，包括電路電源單元、電壓檢測單元、參考頻率生成單元和參考脈沖生成單元，電路電源單元用于生成低壓功率，電壓檢測單元用于檢測紋波電壓的大小，參考頻率生成單元用于生成參考頻率，參考脈沖生成單元用于根據(jù)參考頻率和電壓檢測單元檢測到的電壓的大小生成用于控制LED驅動開關單元的操作的參考脈沖。整流單元的至少一個二極管作為個體元件設置在二極管安裝焊盤上。
[0015]本發(fā)明的另一示例性實施例公開一種發(fā)光二極管(LED)驅動電路封裝，所述LED驅動電路封裝包括:板，在其中心部分具有晶片附著區(qū)域；LED芯片，附著于晶片附著區(qū)；以及多個電極焊盤單元，圍繞晶片附著區(qū)形成并且配置為借助引線形成與LED芯片的端子單元的電連接。
[0016]將要理解的是，以上的總體描述和以下的詳細描述是示例性和說明性的，并且意圖是對要求保護的本發(fā)明提供進一步說明。
【附圖說明】
[0017]附圖被包括以提供對本發(fā)明的進一步理解并且合并且構成本說明書的一部分，附圖示出本發(fā)明的實施例，并且與描述一起用于說明本發(fā)明的原理。
[0018]圖1是使用AC電源的傳統(tǒng)LED發(fā)光裝置的框圖。
[0019]圖2A和圖2B是示出圖1的傳統(tǒng)LED發(fā)光裝置中的電流的波形的波形圖。
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0021]圖4是示出根據(jù)圖3的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中提供給LED的AC電壓和AC電流的波形的波形圖。
[0022]圖5是示出根據(jù)圖3的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中設置的開關的控制信號的波形的波形圖。
[0023]圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0024]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用多級電流驅動供應給LED的AC電壓和電流的波形的波形圖。
[0025]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的當在使用AC電源的LED發(fā)光裝置中具有相同驅動電壓的多個LED單元串聯(lián)連接時LED的數(shù)量與LED截止間隔比率的關系的曲線圖。
[0026]圖9是示出根據(jù)圖3的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中的第一二極管的驅動電壓和截止間隔之間的關系的曲線圖。
[0027]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中供應給LED的AC電壓和AC電流的波形的波形圖。
[0028]圖11是示出在多級電流驅動期間提供給LED的AC電壓和電流的波形的波形圖。
[0029]圖12是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0030]圖13是基于圖12的使用AC電源的LED發(fā)光裝置的細部框圖。
[0031]圖14是示出根據(jù)圖13中示出的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中的平均電流控制電路單元的PWM輸出信號的波形的波形圖。
[0032]圖15是示出根據(jù)多級脈寬調制(PWM)電流驅動供應給LED的AC電壓和電流的波形的波形圖。
[0033]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0034]圖17是示出根據(jù)圖16中示出的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中的LED通道的細部框圖。
[0035]圖18是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中通過分頻得到的PWM判決信號的波形圖。
[0036]圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中的PWM控制的細部框圖。
[0037]圖20是示出根據(jù)圖19中示出的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中取決于PWM輸出信號的LED驅動電流的波形的波形圖。
[0038]圖21是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0039]圖22k和圖22B分別是示出根據(jù)圖21中示出的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中在沒有改善的LED截止間隔和具有改善的LED截止間隔的情況下的LED驅動電流波形的波形圖。
[0040]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中通過分頻得到的PWM判決信號的波形圖。
[0041]圖24是示出根據(jù)圖23中示出的示例性實施例的LED發(fā)光裝置中取決于PWM輸出信號的LED驅動電流的波形的波形圖。
[0042]圖25是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的被實現(xiàn)為LED驅動電路封裝的LED驅動電路的框圖。
[0043]圖26是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED驅動電路封裝的平面圖。
[0044]圖27是示出根據(jù)圖26中示出的示例性實施例的LED驅動電路封裝的側剖視圖。
[0045]圖28是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED驅動電路封裝的平面圖。
[0046]圖29是示出根據(jù)圖28中示出的示例性實施例的LED驅動電路封裝的側面剖視圖。
[0047]圖30和圖31是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的圖28的LED驅動電路封裝中的硅基板頂表面上的端子布置和整流電路實現(xiàn)的示例的平面圖。
[0048]圖32是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED驅動電路封裝中的電極焊盤布置以及電極焊盤和LED之間的連接的示圖。
[0049]圖33是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED驅動電路封裝中的電極焊盤布置以及電極焊盤和散熱焊盤之間的連接的示圖。
[0050]圖34是示出應用根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的LED驅動電路封裝的發(fā)光模塊的示例的示圖。
[0051]圖35是可應用于以上針對圖3、圖4、圖5和圖6描述的本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的LED芯片的示例的示圖。
[0052]圖36是示出使用圖35中示出的多單元LED芯片的LED封裝的平面圖。
[0053]圖37A和圖37B是示出可應用于根據(jù)圖35和圖36中示出的示例性實施例的LED發(fā)光裝置的LED封裝的示例性實施例的示圖。
[0054]圖38A和圖38B是示出可應用于圖35和圖36中示出的LED發(fā)光裝置的LED封裝的示例性實施例的示圖。
[0055]圖39是示出根據(jù)針對圖3描述的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中提供給LED的AC電流的截止間隔的波形圖。
[0056]圖40是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0057]圖41是示出根據(jù)圖40的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中提供給LED的AC電壓和AC電流的波形的波形圖。
[0058]圖42是示出隨時間推移的根據(jù)圖40的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中設置的開關的控制信號的波形、流過開關的電流的波形和提供給LED的電流的波形的波形圖。
【具體實施方式】
[0059]下文中，參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可用許多不同形式來實施并且不應該被理解為局限于在此提出的示例性實施例。相反地，提供這些示例性實施例使得本發(fā)明是徹底的，并且將把本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領域的技術人員。在附圖中，為了清晰起見，可夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。附圖中類似的標號表示類似的元件。
[0060]應該理解的是，當元件或層被稱作在另一元件或層“上”或者被稱作“連接至”另一元件或層時，該元件或層可直接在另一元件或層上或直接連接到另一元件或層，或者可存在中間元件或中間層。相反，當元件被稱作“直接”在另一元件“上”或“直接連接至”另一元件或層時，不存在中間元件或中間層。
[0061]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置的框圖。
[0062]參照圖3，根據(jù)本示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置可包括AC電源11、整流電路單元12、多個LED單元13-1至13-N、多個開關14_1至14_(N_1)、恒流控制電路單元15-1至15-(N-1)和電流比較單元16。
[0063]AC電源11可以是商用AC電源，并且可提供正弦波形式的AC電壓。
[0064]整流電路單元12可通過對AC電源11提供的AC電壓進行整流來生成單向紋波電壓。整流電路單元12可以是使用多個二極管實現(xiàn)的橋電路。
[0065]多個LED單元13-1至13-N可在正向方向上彼此串聯(lián)連接。也就是說，整流電路單元12的一個端子連接至LED單元13-1的陽極正端子，并且LED單元13_1的陰極負端子連接至LED單元13-2的陽極。LED單元13_2的陰極連接至LED單元13_3的陽極，依此類推。圖3中示出的LED單元13-1至13-N中的每個可以是單個LED，或者可包括多個LED，所述多個LED的相同極性的端子彼此連接(也就是說，所述多個LED彼此并聯(lián)連接)。這里，串聯(lián)連接的LED的數(shù)量可以增加，以提高驅動電路的效率并且執(zhí)行多級電流控制。
[0066]開關14-1至14-(N-1)中的每個的一端可連接至多個LED單元13_1至13-N中的兩個彼此連接的節(jié)點。也就是說，第一開關14-1可連接至第一 LED單元13-1和第二 LED單元13-2彼此連接的節(jié)點，并且第二開關14-2可連接在第二 LED單元13_2和第三LED單元13-3之間。第(N-1)開關14-(N-1)可連接在第(N-1)LED單元13_(N_1)和第N LED單元13-N之間。
[0067]這些開關14-1至H-(N-1)可響應于稍后將描述的電流比較單元16輸出的開關控制信號31至3,來操作。此外，開關14-1至14-(N)可響應于來自恒流控制電路單元15-1至15-N的控制信號來操作。
[0068]恒流控制電路單元15-1至15-N可控制流過多個LED單元13_1至13-N的電流，使得電流具有特定大小。恒流控制電路單元15-1至15-(N-1)可連接至開關14-1至14-N剩余一端。
[0069]電流比較單元16可響應于開關14-2至14-N的斷開來接收流過開關14_2至14-N的電流“至i N，開關14-2至14-N分別由恒流控制電路單元15-1至15-N控制。更詳細地，電流比較單元16生成開關控制信號51至Sn，用于將開關14-1至14-N閉合(導通)或斷開(截止)，使得恒流控制電路單元15-1至15-N順序地操作。也就是說，當接收下游級電流“至i N時并且如果其中任一個達到預設值，開關控制信號S 1至Sn中的每個將對應的開關14-1至14-N切換至斷開狀態(tài)(截止狀態(tài))。例如，當接收下游級電流“至i N時并且如果其中任一個達到預設值，第一開關控制信號S1將第一開關14-1切換至斷開狀態(tài)，當接收下游級電流“至i N時并且如果其中任一個達到預設值，第二開關控制信號第二開關14-2切換至斷開狀態(tài)(截止狀態(tài))，并且當接收下游級電流iN時并且如果對應電流達到預設值，第(N-1)開關控制信號Sfrl)將第(N-1)開關15-(N-1)切換至斷開狀態(tài)(截止狀態(tài))。
[0070]現(xiàn)在，將詳細描述根據(jù)圖3中示出的本示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置的操作。
[0071]首先，當AC電源11向整流電路單元12施加AC電壓時，整流電路單元12對AC電壓進行整流，然后輸出單向紋波電壓。如圖3中所示，AC電源11的輸出電壓(也就是輸入到整流電路單元12的電壓)是在正電壓電平和負電壓電平之間交變的AC電壓，并且從整流電路單元12輸出的電壓呈現(xiàn)其中電壓的負方向已被切換至正方向的單向紋波電壓形式。紋波電壓被提供給多個LED單元13-1至13-N。
[0072]此后，隨著紋波電壓增大，LED單元13-1至13_N可順序地發(fā)光?，F(xiàn)在，將參照圖4和圖5描述LED單元的這種發(fā)光操作。
[0073]圖4是示出根據(jù)本示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中提供給LED的AC電壓和AC電流的波形的波形圖。
[0074]此外，圖5是示出隨時間推移的根據(jù)本示例性實施例的使用AC電源的LED發(fā)光裝置中設置的開關的控制信號的波形、流過開關的電流的波形和提供給LED的電流的波形的波形圖。
[0075]圖4和圖5示出LED單元的數(shù)量是4(也就是說，N = 4)的情況。因此，將描述在圖3中N的值被設置為4的情況的示例。此外，圖4和圖5只示出整流電路單元12提供的紋波電壓的單個周期。由于在紋波電壓的剩余周期中執(zhí)行相同操作，因此為了簡潔起見，省去對剩余周期的描述。
[0076]當提供給LED單元13-1至13_4的紋波電壓的大小增加并且紋波電壓達到第一LED單元13-1的驅動電壓(正向電壓Vf1)時，電流流過第一 LED單元13-1并且發(fā)光(在圖4和圖5的時刻tQ)。
[0077]這里，第一開關14-1至第四開關14-4被初始設置成閉合狀態(tài)(導通狀態(tài))。這種輸入電壓Vf 1是使第一 LED單元13-1能夠導通的電壓，并且與輸入電壓Vf i對應的電流流過經(jīng)由第一 LED單元13-1通往第一恒流控制電路單元15-1的路徑。在這種情況下，響應于第一恒流控制電路單元15-1輸出的控制信號，第一開關14-1均勻地控制經(jīng)過第一恒流控制電路單元15-1的電流。第一恒流控制電路單元15-1執(zhí)行恒流控制，使得被預設用于驅動第一 LED單元13-1的參考電流可流過第一 LED單元13_1。第一 LED單元13_1開始發(fā)光的操作對應于圖4和圖5中的時間間隔h至t i。
[0078]此后，當紋波電壓的大小進一步增大并且施加給第二 LED單元13-2的電壓達到第二 LED單元13-2的驅動電壓時(當紋波電壓的大小變成VfJt)，電流流過第二 LED單元
13-2并且第二 LED單元13-2發(fā)光(在圖4和圖5的時刻。這里，輸入電壓Vf2是使第一 LED單元13-1和第二 LED單元13_2能夠導通的電壓，并且與輸入電壓Vf2對應的電流流過經(jīng)由第二 LED單元13-2通往第二恒流控制電路單元15-2的路徑。在這種情況下，電流比較單元16感測到第二恒流控制電路單元15-2的電流“是預設值，生成第一開關控制信號S1，從而將第一開關14-1斷開(截止)。同時，響應于從第二恒流控制電路單元15-2輸出的控制信號，第二開關14-2執(zhí)行控制，使得流過第二恒流控制電路單元15-2的電流變成被預設成驅動第一 LED單元13-1和第二 LED單元13_2這兩者的參考電流。
[0079]使用這個操作，可執(zhí)行控制，使得恒定電流流過第一 LED單元13-1和第二 LED單元13-2。此外，如圖4和圖5中所示，在時刻L，第一開關14-1截止，并且可通過第二恒流控制電路單元15-2的恒流控制形成階梯輸入電流。
[0080]與上述過程類似，當紋波電壓進一步增大并且施加給第三LED單元13-3的電壓變成第三LED單元13-3的驅動電壓時(當紋波電壓的大小變成VfJt)，電流流過第三LED單元13-3并且隨后第三LED單元13-3發(fā)光(在圖4和圖5的時刻t2)。這里，輸入電壓乂&是使第一 LED單元13-1至第三LED單元13_3能夠導通的電壓，并且與輸入電壓Vf 3對應的電流流過經(jīng)由第三LED單元13-3通往第三恒流控制電路單元15-3的路徑。在這種情況下，電流比較單元16感測到第三恒流控制電路單元15-3的電流i3是預設值，并且生成第二開關控制信號S2，從而將第二開關14-2斷開(截止)。第一開關控制信號一^皮保持在它之前的狀態(tài)，使得第一開關14-1保持斷開(截止)狀態(tài)。同時，響應于從第三恒流控制電路單元15-3輸出的控制信號，第三開關14-3執(zhí)行控制，使得流過第三恒流控制電路單元15-3的電流變成被預設成驅動第一 LED單元13-1至第三LED單元13_3的參考電流。
[0081]使用這個操作，可執(zhí)行控制，使得恒定電流流過第一 LED單元13-1、第二 LED單元
13-2和第三LED單元13-3。此外，如圖4和圖5中所示，在時刻t2，第一開關14_1和第二開關14-2截止，并且可通過第三恒流控制電路單元15-3的恒流控制形成階梯輸入電流。
[0082]與上述過程類似，當紋波電壓進一步增大并且施加給第四LED單元13-4的電壓變成第四LED單元13-4的驅動電壓時(當紋波電壓的大小變成VfJt)，電流流過第四LED單元13-4并且隨后第四LED單元13-4發(fā)光(在圖4和圖5的時刻t3)。這里，輸入電壓Vf4是使第一 LED單元13-1至第四LED單元13_4全部能夠導通的電壓，并