智能fet電路的制作方法
【專利摘要】一種照明模塊具有至少一個(gè)固態(tài)照明元件陣列、有用于固態(tài)照明元件陣列的強(qiáng)度控制電壓輸入的可變電阻器和電氣連接到可變電阻器的輸出的穩(wěn)壓器，所述可變電阻器具有電氣連接到固態(tài)照明元件陣列的輸入的輸出，所述穩(wěn)壓器具有連接到固態(tài)照明元件陣列的輸入的輸出。
【專利說明】智能FET電路
【背景技術(shù)】
[0001]固態(tài)照明裝置在工業(yè)應(yīng)用中有許多用途。已經(jīng)變得相當(dāng)普遍是紫外線(UV)照明裝置用于涂層(包括油墨、粘合劑、防腐劑等)的固化。和現(xiàn)有汞弧燈裝置相比，固態(tài)照明裝置通常使用更少的電力、成本更少并且可以更容易處置。
[0002]作為例子，固態(tài)照明裝置可以由激光二極管或發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成。該裝置通常具有經(jīng)設(shè)置以提供帶有具體分布的光(例如長(zhǎng)而細(xì)的光區(qū)域或更寬而深的光區(qū)域)的一個(gè)或若干陣列。各個(gè)元件存在于陣列中，照明裝置可以由若干陣列，或設(shè)置成模塊的若干陣列構(gòu)成，其中該照明裝置具有若干模塊。
[0003]一般情況下，固態(tài)照明裝置可以接收來自恒定電壓源的電力。允許連續(xù)電流調(diào)節(jié)的電路驅(qū)動(dòng)裝置中的固態(tài)照明元件。在一些實(shí)例中，該電路可以包括作為可變電阻器的一個(gè)或更多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管或其他裝置。這些裝置兩端存在可變壓降，導(dǎo)致至固態(tài)照明元件陣列的可變電壓。這些裝置的光輸出強(qiáng)度取決于驅(qū)動(dòng)它們的電流，因此電流的任何變化引起光輸出的變化，這是一個(gè)不期望有的特性。
[0004]當(dāng)前方法沒有考慮可變電阻器的功耗。可變電阻器在電路中工作以連續(xù)調(diào)節(jié)電流。隨著正向電壓增加，可變電阻器兩端的壓降增加，功耗也增加。這使電路的效率變低。
[0005]另外，可變電阻器中的功耗產(chǎn)生熱量?？勺冸娮杵鞯臒崃抗芾頃?huì)需要散熱器，或可變電阻器自身必須大而笨重。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1示出用于固態(tài)照明裝置的驅(qū)動(dòng)電路的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例。
[0007]圖2示出用于固態(tài)照明裝置的驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)施例。
[0008]圖3示出用于具有穩(wěn)壓器級(jí)的固態(tài)照明電路的驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)施例。
[0009]圖4A和4B示出用于固態(tài)照明裝置的驅(qū)動(dòng)電路的更詳細(xì)的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1示出用于固態(tài)照明裝置的驅(qū)動(dòng)電路10的現(xiàn)有實(shí)施例。在本實(shí)施例中，可變電阻器是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的形式，其接收強(qiáng)度信號(hào)電壓。雖然實(shí)施例在此將可變電阻器作為FET討論，但必須注意的是該電路可以采用其他形式的可變電阻器。
[0011]在本實(shí)施例中，固態(tài)發(fā)光元件(諸如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管)的至少一個(gè)陣列產(chǎn)生光。元件可以被配置為基板上的單個(gè)陣列、基板上的多個(gè)陣列、連接在一起的若干基板上的單個(gè)或多個(gè)若干陣列等。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光元件陣列可以由PhoseonTechnology公司制造的娃光Matrix?(SLM)構(gòu)成。
[0012]可變電阻器驅(qū)動(dòng)電路14接收驅(qū)動(dòng)所需電流到陣列12的強(qiáng)度電壓信號(hào)16。通常情況下，電源26是恒定電壓電源，并且驅(qū)動(dòng)電路14和可變電阻器18提供電流22的連續(xù)調(diào)節(jié)。電流可以沿著反饋路徑20返回到可變電阻器。陣列12也接收可變電阻器24的電壓。從可變電阻器電壓的角度看，該電路是開環(huán)系統(tǒng)。[0013]這個(gè)設(shè)計(jì)有一些問題。例如，該陣列接收來自由允許連續(xù)電流調(diào)節(jié)的電路驅(qū)動(dòng)的上述恒定電壓電源的電力。在任何給定時(shí)間，可變電阻器損耗的電力取決于陣列的正向電壓、陣列自身和電流?？勺冸娮杵鲀啥说膲航档扔赩potot — Vfmrad，其中Vtoari是被驅(qū)動(dòng)陣列的正向電壓。隨著該差值增加，可變電阻器中的功耗也增加，導(dǎo)致照明裝置更低的效率。
[0014]作為一個(gè)實(shí)例，可變電阻器電壓可以在I到8伏特的范圍內(nèi)變化，這取決于不同發(fā)光元件陣列的需求。驅(qū)動(dòng)2安培的電流通過陣列將因而引起2瓦特到16瓦特的功耗變化。這導(dǎo)致照明裝置低效率。
[0015]另外，可變電阻器產(chǎn)生熱量。在可變電阻器由FET構(gòu)成的實(shí)施例中，熱量管理問題需要大而笨重的FET。該裝置還可以采用散熱器用于熱量管理，并且FET產(chǎn)生的額外熱需要比較小的FET所需的散熱器更大并更笨重的散熱器。
[0016]與圖1的開環(huán)電路相反，圖2示出一種閉環(huán)電路30。在電路30中，類似于圖1的電路10，可變電阻器18接收強(qiáng)度電壓控制信號(hào)16。然后可變電阻器接收它的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生電流22，電流22沿著路徑20反饋回來。在本實(shí)施例中，來自可變電阻器24的電壓不去到陣列12。相反，電壓反饋24到達(dá)穩(wěn)壓器32。然后，穩(wěn)壓器32輸出信號(hào)到陣列12和誤差放大器42。在本實(shí)施例中，可變電阻器采用FET的形式，但是也可以使用其他選擇(諸如雙極型晶體管、數(shù)字電位計(jì)或任何電控限流裝置)。驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)使用的可變電阻器將采取不同的形式。
[0017]使用閉環(huán)系統(tǒng)，穩(wěn)壓器32的電壓輸出保持為大于上述陣列所需電壓的約0.5V。該電壓允許可變電阻器調(diào)整在任何所需水平的陣列電流。與現(xiàn)有方法相比，更低的功耗增加電路的效率，并減少產(chǎn)生的熱量。
[0018]圖3示出電路30的更詳細(xì)實(shí)施例，其中穩(wěn)壓器32由降壓調(diào)整器電路構(gòu)成。為了便于參考，該圖將陣列級(jí)40從穩(wěn)壓器32中分離出來。陣列級(jí)40包括具有強(qiáng)度控制信號(hào)16和電流反饋路徑20的可變電阻器驅(qū)動(dòng)器14、可變電阻器18和陣列12。
[0019]在本實(shí)施例中，穩(wěn)壓器32由降壓調(diào)整器級(jí)構(gòu)成。降壓調(diào)整器具有誤差放大器42、脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器44和功率級(jí)或電路46。誤差放大器42接收可變電阻器的輸出24作為第一輸入。該輸入可以經(jīng)由開關(guān)和/或延遲48被接收。
[0020]開關(guān)48允許電路接收指示陣列狀態(tài)的信號(hào)。如果發(fā)光元件陣列被啟用，則開關(guān)將可變電阻器的輸出24提供給誤差放大器42。當(dāng)陣列沒有被啟用時(shí)，開關(guān)48將誤差放大器的輸入連接到參考電壓50。這導(dǎo)致誤差放大器僅接收降壓功率級(jí)的輸出。
[0021]開關(guān)48可以包括延遲，其在接收可變電阻器的輸出時(shí)延遲誤差放大器。這允許陣列12中的電流在監(jiān)視可變電阻器的電壓之前上升。這阻止可變電阻器上升高的電壓讀數(shù)(當(dāng)陣列關(guān)閉時(shí)，其通常能夠?yàn)榧s16V)引起過渡期間降壓功率級(jí)輸出中的急劇下降。
[0022]脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器44接收誤差放大器的輸出，并產(chǎn)生降壓功率調(diào)節(jié)器46所用的電流脈沖。降壓功率調(diào)節(jié)器輸出針對(duì)陣列的輸出電壓BuckRegulator (降壓調(diào)整器)V_out。然后該信號(hào)到達(dá)陣列，作為它的輸出電壓:Array Voltage (陣列電壓)。
[0023]在圖1的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)通常發(fā)生一次，由技術(shù)人員在制造時(shí)執(zhí)行。在此公開的實(shí)施例中，從功率級(jí)到陣列的電壓調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)生并貫穿產(chǎn)品的壽命。這意味著電壓調(diào)節(jié)是“智能的”(如標(biāo)題所指的)。
[0024]圖4A和4B根據(jù)實(shí)施例示出驅(qū)動(dòng)電路的一種實(shí)施方式的實(shí)施例。陣列級(jí)40具有強(qiáng)度控制電壓16、可變電阻器驅(qū)動(dòng)器14、可變電阻器(本例中是FET)和可變電阻器輸出電壓24。誤差放大器42也具有可變電阻器輸出電壓24和參考電壓50。脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器44饋入降壓調(diào)整器級(jí)或電路46。接著，降壓調(diào)整器電路具有用于陣列34的電壓作為其輸出。該圖中沒有示出實(shí)際陣列。
[0025]必須注意一點(diǎn)，根據(jù)在此討論的實(shí)施例，圖4A和4B的實(shí)施方式僅僅呈現(xiàn)一種可能的電路。許多不同的實(shí)施方式將提供閉環(huán)系統(tǒng)，該閉環(huán)系統(tǒng)將可變電阻器兩端的電壓調(diào)節(jié)到適當(dāng)水平以驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件陣列。該實(shí)施方式也應(yīng)該具有低功耗并產(chǎn)生相對(duì)低水平的熱量。
[0026]因此，盡管已經(jīng)中肯描述了用于閉環(huán)可變電阻器驅(qū)動(dòng)電路的方法和設(shè)備的具體實(shí)施例，但是并不意味著這種具體參考被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍，除了下述權(quán)利要求記載的這個(gè)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種照明模塊，包括: 至少一個(gè)固態(tài)照明元件陣列； 具有用于所述固態(tài)照明元件陣列的強(qiáng)度控制電壓輸入的可變電阻器，所述可變電阻器具有電氣連接到所述固態(tài)照明元件陣列的輸入的輸出；和 電氣連接到所述可變電阻器的所述輸出的穩(wěn)壓器，所述穩(wěn)壓器具有連接到所述固態(tài)照明元件陣列的輸入的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明模塊，其中所述可變電阻器包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極型晶體管和數(shù)字電位計(jì)中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明模塊，其中所述穩(wěn)壓器包括降壓調(diào)整器電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明模塊，其中所述穩(wěn)壓器包括: 電氣連接到所述可變電阻器的所述輸出的誤差放大器； 電氣連接到所述誤差放大器的脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器；和 電氣連接到所述脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的電源電路，所述電源電路具有連接到所述固態(tài)照明元件陣列的所述輸入的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明模塊，其中所述誤差放大器包括求和放大器，其接收所述可變電阻器的所述輸出和所述電源電路的所述輸出作為輸入。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明模塊，其中所述穩(wěn)壓器進(jìn)一步包括經(jīng)設(shè)置以指示所述固態(tài)發(fā)光元件陣列何時(shí)被啟用的開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明模塊，其中所述開關(guān)經(jīng)設(shè)置以當(dāng)所述固態(tài)照明元件陣列沒有被啟用時(shí)電氣連接到參考電壓，并使所述誤差放大器僅接收所述電源電路的所述輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明模塊，其中所述開關(guān)經(jīng)設(shè)置以具有延遲，所述延遲經(jīng)設(shè)置以允許在接收所述可變電阻器的所述輸出之前，所述發(fā)光元件陣列中的電流開始上升。
9.一種照明模塊，包括: 至少一個(gè)固態(tài)發(fā)光兀件陣列； 電氣連接到強(qiáng)度控制電壓和所述固態(tài)發(fā)光元件陣列的輸入的場(chǎng)效應(yīng)晶體管；和 電氣連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的降壓調(diào)整器電路，所述降壓調(diào)整器電路包括: 經(jīng)設(shè)置以在第一輸入接收來自所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的信號(hào)的誤差放大器； 電氣連接到所述誤差放大器的脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器；和 電氣連接到所述脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的降壓功率級(jí)，所述降壓功率級(jí)的輸出電氣連接到所述固態(tài)發(fā)光元件陣列和所述誤差放大器的第二輸入。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明模塊，其中所述降壓調(diào)整器電路進(jìn)一步包括經(jīng)設(shè)置以在來自所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述信號(hào)和參考電壓之間切換所述誤差放大器的所述第一輸入的開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明模塊，其中所述開關(guān)包括延遲，所述延遲被編程具有充以允許在將來自所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述信號(hào)連接到所述誤差放大器之前使所述發(fā)光元件陣列中的電流上升的時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明模塊，其中所述誤差放大器包括求和放大器。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103891413SQ201280052124
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月27日
【發(fā)明者】S·巴塔利亞 申請(qǐng)人:佛森技術(shù)公司