專利名稱：驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種集成電路，特別是一種驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路。
背景技術：
目前發(fā)光二極管的應用已經非常廣泛，例如制造成發(fā)光二極管燈泡；然而，現(xiàn)有的發(fā)光二極管燈泡的控制電路普遍存在一個缺點，即無法同時達成積體化且又能符合照明法規(guī)。舉例如下下列專利US2006/0038542A1、US 2008/0129220A1、US 2003/0122502A1、US6，798，152B2、US 7，135，825B2、US 7，489，086B2、US 7，528，551B2、US 7，592，755B2、US6，441，558B1、US 7，288，900B2、US 2002/0140379A1 及 US 7，642，725B2 都為有關發(fā)光二極管照明的專利；都使用變壓器、直流電源供應器、大電感、大電容或光傳感器中的任意一個 組件；因此都不可能以現(xiàn)有的半導體工藝進行積體化。專利WO 2007/001116A1需要適用于不同電位的高電壓開關，但在現(xiàn)有的耐高電壓的半導體工藝中，沒有可對應的適用組件可供使用；因此，無法進行積體化，生產成本無法有效降低。另外，電壓在做切換時采用開關方式，電流瞬間開路或短路，容易造成電磁波干擾(EMI)。而且導通電流是一個固定電流，總諧波失真(THD)大于42%，無法滿足現(xiàn)有照明規(guī)范小于33%的需要。專利US 6，989，807檢測輸入電源的電壓準位，順序開關電流驅動電路；然而卻忽略了發(fā)光二極管在使用過程中其順向電壓會隨溫度升高而降低，很容易使原本的驅動電源承受的跨壓過高，造成使用效率低。而且無法掌握最佳切換時間點，容易造成電磁波干擾和諧波失真。另外，驅動電流為一個固定電流，雖然功率因子可以滿足大于90%以上的需求，但是總諧波失真仍然大于42%，無法滿足現(xiàn)有照明規(guī)范小于33%的要求。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，使得發(fā)光二極管燈泡的控制電路能夠達成積體化且又符合現(xiàn)行照明法規(guī)的要求。為達到上述目的，本發(fā)明的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路應用于整流電源及兩個以上發(fā)光二極管堆棧。該驅動集成電路由下列組成控制單元；兩個以上限流單元，電性連接至該控制單元及該相對應的發(fā)光二極管堆棧；兩個以上電流檢測單元，電性連接至相對應的該限流單元及該控制單元；該兩個以上限流單元的第一級(44a)可以不用連接一個電流檢測單元。當啟動該整流電源時，各個電流檢測單元實時檢測各個限流單元是否有電流流過，并將檢測結果回饋給該控制單元；該控制單元按照各個電流檢測單元檢測所得的組合邏輯狀態(tài)，依序開啟或關閉各個限流單元。進一步地，所述限流單元包含N型金氧半導體；及回饋電阻，電性連接至該N型金氧半導體的源極。進一步地,所述電流檢測單元包含NPN晶體管。
進一步地，所述電流檢測單元還包含反向器，該反向器的輸入端電性連接至該NPN晶體管的集極。進一步地，所述電流檢測單元還包含緩沖器，該緩沖器的輸入端電性連接至該反向器的輸出端。進一步地，所述電流檢測單元還包含上拉電阻，電性連接至該NPN晶體管的集極。進一步地，所述電流檢測單元還包含基極電阻，電性連接至該NPN晶體管的基極。進一步地，所述控制單元包含至少一個第一非門；及至少一個第二非門，該第二非門的輸入端電性連接至該第一非門的輸出端。進一步地，所述控制單元還包含至少一個或門，該或門的輸出端電性連接至該第一非門的輸入端?！?br> 相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下功效當啟動該整流電源時，各個電流檢測單元實時檢測各個限流單元是否有電流流過，并將檢測結果回饋給該控制單元；該控制單元按照各個電流檢測單元檢測所得的組合邏輯狀態(tài)，依序開啟或關閉各個限流單元。本發(fā)明的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，使得發(fā)光二極管燈泡的控制電路能夠達成積體化且又符合現(xiàn)行照明法規(guī)的要求。


圖I為本發(fā)明的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路的實施例方框圖；圖2為高電壓發(fā)光二極管堆棧的實施例電路圖；圖3為發(fā)光二極管堆棧的實施例電流電壓曲線圖；圖4為本發(fā)明的限流單元及電流檢測單元的實施例方框圖；圖5為本發(fā)明的控制單元的實施例邏輯門方框圖；圖6為本發(fā)明的控制單元的時序圖；圖7為各個導通電流與整流電源曲線的關系圖；圖8為總耗電流與整流電源曲線關系圖；圖9為本發(fā)明的邏輯門運算真值表。附圖標記說明
交流電源10橋式整流器20
整流電源25發(fā)光二極管堆棧30_1 ~ 30_6
驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路40
控制單元42限流單元44a ~ 44f
電流檢測單元46b ~ 46f電性連接線路Gl ~ G6
電性連接線路S2 ~ S6導通電流Il ~ 16
N型金氧半導體442回饋電阻444NPN晶體管469反向器464
緩沖器462上拉電阻466
基極電阻468
具體實施例方式有關本發(fā)明的詳細說明及技術內容，將配合

如下，然而所附附圖僅作為說明用途，并非用于局限本發(fā)明。請參考圖1，為本發(fā)明的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路的實施例方框圖。本發(fā)明的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路40應用于交流電源10、橋式整流器20及兩個以上發(fā)光二極管堆棧30_1 30_6(圖示為六個，然而本發(fā)明并不以此為限)。該驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路40包含控制單元42、兩個以上限流單元44a 44f (圖 示為六個，然而本發(fā)明并不以此為限)及至少一個電流檢測單元46b 46f (圖示為五個，然而本發(fā)明并不以此為限)。為方便說明，控制單元42與限流單元44a之間的電性連接線路稱為G1，控制單元42與限流單元44b之間的電性連接線路稱為G2，依此類推電性連接線路G3 G6 ;控制單元42與電流檢測單元46b之間的電性連接線路稱為S2，依此類推電性連接線路S3 S6 ;流經限流單元44a的電流稱為導通電流II，流經限流單元44b的電流稱為導通電流12，依此類推導通電流13 16?？刂茊卧?2電性連接至橋式整流器20、發(fā)光二極管堆棧30_1、限流單元44a 44f及電流檢測單元46b 46f ;限流單元44a電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_1、30_2 ;限流單元44b電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_2、30_3及電流檢測單元46b ;限流單元44c電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_3、30_4及電流檢測單元46c ;限流單元44d電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_4、30_5及電流檢測單元46d ;限流單元44e電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_5、30_6及電流檢測單元46e ；限流單元44f電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_6及電流檢測單元46f ;橋式整流器20電性連接至交流電源10、控制單元42及發(fā)光二極管堆棧30_1。橋式整流器20作用于交流電源10的全波整流(full wave rectification),將負半周的電壓轉為正半周電壓。交流電源10如果為220伏特的交流電源，全波整流后的電壓峰值為311伏特。橋式整流器20將交流電源10做全波整流后輸出整流電源25 ;由于整流電源25未經過濾波與穩(wěn)壓，因此電源的電壓變動范圍很大，基本上是正弦波的正半周；整流電源25提供集成電路40及發(fā)光二極管堆棧30_1 30_6所需的電源。請參考圖2，為高電壓發(fā)光二極管堆棧的實施例電路圖。發(fā)光二極管堆棧30_1包含兩個以上彼此串聯(lián)的發(fā)光二極管；每一個發(fā)光二極管電性連接至齊納二極管(Zenerdiode)以作為開路保護(open circuit protection)。其余發(fā)光二極管堆棧30_2 30_6與發(fā)光二極管堆棧30_1相同，因此不再贅述。一個發(fā)光二極管在典型順向電流(typical forward current) 20毫安驅動下,順向電壓約3. 6伏特。若以12個發(fā)光二極管串接作為發(fā)光二極管堆棧30_1，那么在20毫安的順向電流驅動下，順向電壓約為43. 2伏特。請參考圖3，為發(fā)光二極管堆棧的實施例電流電壓曲線圖；圖中以12個發(fā)光二極管組成發(fā)光二極管堆棧30_1 ;橫軸表示跨過發(fā)光二極管堆棧30_1的順向電壓，縱軸表示通過發(fā)光二極管堆棧30_1的順向電流。發(fā)光二極管堆棧30_1 30_6串聯(lián)起來即可形成耐高電壓的發(fā)光二極管串行(發(fā)光二極管燈泡)。在220伏特交流電源的應用中，可以串連六個發(fā)光二極管堆棧，使得在20毫安驅動下的順向電壓接近全波整流后的電壓峰值311伏特。請參考圖4，為本發(fā)明的限流單元及電流檢測單元的實施例方框圖。限流單元44b包含N型金氧半導體442及回饋電阻444?；仞侂娮?44電性連接至該N型金氧半導體442的源極；N型金氧半導體442的閘極經由電性連接線路G2電性連接至控制單元42 (圖中未示出)；N型金氧半導體442的汲極電性連接至發(fā)光二極管堆棧30_2、30_3。當電性連接線路G2經由控制單元42設定在固定的高電壓準位時(以邏輯狀態(tài)I表示)，N型金氧半導體442處于導通狀態(tài)。流經N型金氧半導體442的電流(即導通電流 12)由N型金氧半導體442的閘極與源極之間的電壓差與回饋電阻444的電阻值控制；導通電流12也通過回饋電阻444，當導通電流12升高時，回饋電阻444的跨壓也會升高，N型金氧半導體442的閘極與源極之間的電壓就會減少，這樣限定了該導通電流12的電流值；導通電流12的最大值由回饋電阻444的電阻值與N型金氧半導體442的閘極臨界電壓準位決定。限流單元44a及限流單元44c 44f與限流單元44b類似，在此不再贅述；但是各個限流單元的回饋電阻444的電阻值并不相同(例如限流單元44a的回饋電阻444的電阻值為750歐姆；其余限流單元44b 44f的回饋電阻444的電阻值依序可以為550、400、300、200及180歐姆)，目的在于調高功率因子(power factor)使其接近100%并且降低總諧波失真(total harmonic distortion, THD)使其接近于 0%。電流檢測單元46b包含NPN晶體管469 ;反向器464，反向器464的輸入端電性連接至NPN晶體管469的集極；緩沖器462，緩沖器462的輸入端電性連接至反向器464的輸出端，緩沖器462的輸出端經由電性連接線路S2電性連接至控制單元42 (圖中未示出)；上拉電阻466，電性連接至NPN晶體管469的集極；基極電阻468，一端電性連接至NPN晶體管469的基極，另一端電性連接至回饋電阻444及N型金氧半導體442的源極。電流檢測單元46b檢測電流的方式為檢測流過回饋電阻444的跨壓；當導通電流12大于預設的電流值時，回饋電阻444的跨壓就會啟動NPN晶體管469。上拉電阻466用以放大電壓信號，NPN晶體管469的集極電壓信號通過具有遲滯輸入的反向器464作為簡易比較器。因此，當有足夠大的導通電流12通過回饋電阻444時，電流檢測單元46b會輸出高邏輯準位I至控制單元42 ;導通電流12不夠大時電流檢測單元46b會輸出低邏輯準位O至控制單元42。其余電流檢測單元46c 46f與電流檢測單元46b類似，因此不再贅述。請參考圖5，為本發(fā)明的控制單元的實施例邏輯門方框圖?？刂茊卧?2包含至少一個第一非門424_1 424_5(圖示為五個)；至少一個第二非門426_1 426_5(圖示為五個)，第二非門426_1 426_5的輸入端分別電性連接至第一非門424_1 424_5的輸出端及電性連接線路Gl G5 ;至少一個或門422_1 422_4(圖示為四個)，或門422_1 422_4的輸出端分別電性連接至第一非門424_1 424_4的輸入端。或門422_1 422_4的輸入端的一端分別電性連接至該電性連接線路S2 S5 ;另一端分別電性連接至第二非門426_2 426_5的輸出端。第一非門424_5的輸入端電性連接至電性連接線路S6。
控制單元42按照電流檢測單元46b 46f的邏輯信號，經過邏輯運算后輸出固定電壓的邏輯信號以控制限流單元44a 44f。其中導通電流Il不需檢測，限流單元44f固定在高邏輯準位。邏輯運算的真值表如圖9所示(邏輯門運算為現(xiàn)有技術，因此不再贅述)。請參考圖6，為本發(fā)明的控制單元的時序圖。請參考圖7，為各個導通電流與整流電源曲線的關系圖。請參考圖8，為總耗電流與整流電源曲線的關系圖。當整流電源25驅動發(fā)光二極管堆棧30_1 30_6時，電流檢測單元46b 46f檢測限流單元44b 44f是否有電流流過并將檢測結果實時回饋給 控制單元42 ;控制單元42按照電流檢測單元46b 46f回饋的組合邏輯狀態(tài)開啟或關閉控制限流單元44b 44f。舉例來說整流電源25 —開始電壓值小，僅能驅動發(fā)光二極管堆棧30_1，僅有限流單元44a有電流流過(即導通電流II);接著整流電源25電壓值大到能夠驅動發(fā)光二極管堆棧30_1 30_2時，電流檢測單元46b會檢測到導通電流12的存在并將檢測結果通知控制單元42，控制單元42會實時關閉限流單元44a ;再接下來如果整流電源25更大一些，能夠驅動發(fā)光二極管堆棧30_1 30_3時，電流檢測單元46c會檢測到導通電流13的存在并通知控制單元42，控制單元42隨即關閉限流單元44a 44b ；以此類推，且整流電源25電壓由峰值下降時也類似，因此不再贅述。本發(fā)明的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路不但可以積體化而且又可以滿足相關照明法規(guī)的要求。以下測試結果證明I.功率因子(power factor) 96%2.總諧波失真(total harmonic distortion, THD) :11.5%3.效率(efficiency) :90. 5%4.光電功效(efficacy) 104 (lm/ff)其中發(fā)光二極管的發(fā)光效率為115(lm/W)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例的具體說明，并非用以局限本發(fā)明的保護范圍，其它任何等效變換均應屬于本申請的權利要求范圍。
權利要求
1.一種驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，應用于整流電源及兩個以上發(fā)光二極管堆棧，該驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路包含 控制單兀； 兩個以上限流單元，電性連接至該控制單元及該發(fā)光二極管堆棧 '及 至少一個電流檢測單元，電性連接至該限流單元及該控制單元， 其中，當該整流電源驅動該發(fā)光二極管堆棧時，該電流檢測單元檢測到該限流單元有電流流過并通知該控制單元；該控制單元按照該電流檢測結果與預設的開關順序，依序開啟或關閉該兩個以上限流單元。
2.如權利要求I所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述限流單元包含 N型金氧半導體；及 回饋電阻，電性連接至該N型金氧半導體的源極。
3.如權利要求I所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述電流檢測單元包含NPN晶體管。
4.如權利要求3所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述電流檢測單元還包含反向器，該反向器的輸入端電性連接至該NPN晶體管的集極。
5.如權利要求4所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述電流檢測單元還包含緩沖器，該緩沖器的輸入端電性連接至該反向器的輸出端。
6.如權利要求5所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述電流檢測單元還包含上拉電阻，電性連接至該NPN晶體管的集極。
7.如權利要求6所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述電流檢測單元還包含基極電阻，電性連接至該NPN晶體管的基極。
8.如權利要求I所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述控制單元包含 至少一個第一非門；及 至少一個第二非門，該第二非門的輸入端電性連接至該第一非門的輸出端。
9.如權利要求8所述的驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，其特征在于，所述控制單元還包含至少一個或門，該或門的輸出端電性連接至該第一非門的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種驅動高電壓發(fā)光二極管燈泡的集成電路，應用于整流后且沒有直流穩(wěn)壓的交流電源及兩個以上發(fā)光二極管堆棧。該集成電路包含控制單元；兩個以上限流單元，電性連接至該控制單元及相對應的發(fā)光二極管堆棧；及兩個以上電流檢測單元，電性連接至相對應的限流單元及該控制單元。當該整流電源驅動該發(fā)光二極管堆棧時，該電流檢測單元實時檢測各個相對應的限流單元是否有電流流過，并將檢測結果回饋給該控制單元；該控制單元按照各個電流檢測單元檢測所得的組合邏輯狀態(tài)，依序開啟或關閉各個相對應的限流單元。
文檔編號H05B37/02GK102905413SQ20111021044
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權日2011年7月26日
發(fā)明者傅偉宸, 梁偉成, 李文岑, 侯博聞, 羅青松 申請人:樺晶科技股份有限公司