[发明专利]发光阵列以及降低输出至发光二极管的输出电流波纹的方法

说明书

相关申请的交叉参考 

本申请要求于2013年9月26日提交的美国系列号14/037,909的优先权和权益，其通过参考并入本文。 

技术领域

本发明涉及一种用于降低AC电源电压驱动的单极功率因数校正驱动器的输出功率波纹的设备和方法，主要地用于提供没有闪烁的发光二极管阵列。 

背景技术

发光二极管（LED）是一种照明设备，其将电流转换为光。LED的亮度主要由驱动电流的量值确定。因此，为了获得没有闪烁的稳定发光输出，应该由恒定电流源驱动LED。 

一般的照明产品通常由50或60Hz线路频率的110或220VAC的AC电源电压供电。单极功率因数校正（SSPFC）驱动器一般用来将AC线电压转换为DC电压以驱动这些LED。这是因为SSPFC驱动器是一种获得电压转换和功率因数校正的简单电路。然而，由于功率因数校正，SSPFC的输入功率根据AC电源电压变化。输入功率波纹产生输出电压波纹和输出电流波纹。因此，使用SSPFC驱动器给LED供电直接导致光以两倍的线路频率闪烁。增加SSPFC驱动器的输出电容是一种降低输出功率波纹的直接方法。但是，输出电容器的值受到诸如尺寸、成本和寿命的因素限制。其他解决方案存在，但是这些方案导致效率降低、成本增加以及设计更加 复杂。 

发明内容

本发明的一个实施方式是发光阵列，该发光阵列包括单级功率因数校正驱动器，其将AC电源电压转换成DC以及提供功率校正因数；发光二极管阵列；以及线性电流调节器，其串联连接在单级功率因数校正驱动器和发光二极管阵列之间，以根据单级功率因数校正驱动器的输出电压波纹，有源地调节线性电流调节器的等效阻抗。 

本发明的另一实施方式是其中发光阵列还包括谷值电压检测器，其耦接在线性电流调节器和单级功率因数校正驱动器之间，以便将通过线性电流调节器的电压降的谷值反馈至单级功率因数校正驱动器，从而调制单级功率因数校正驱动器的DC输出电压值。线性电流调节器可以是开关模式电流调节器或者有源线性电流调节器，以及发光二极管阵列可以是高电压阵列。 

在本发明的另一实施方式中，线性电流调节器包括半导体开关设备和恒定电压控制器。 

在本发明的另一实施方式中，单级功率因数校正驱动器在降压拓扑中。 

在本发明的另一实施方式中，输出电压波纹的频率大约是输入线路频率的两倍。 

本发明的再一实施方式是一种用于降低输出至发光二极管的输出电流波纹的方法，包括：将AC电源电压转换为DC，以及通过单级功率因数校正驱动器提供功率校正因数，其中单级功率因数校正驱动器的输出具有输出电压波纹；以及根据单级功率因数校正驱动器的输出电压波纹，通过串联连接在单级功率因数校正驱动器和发光二极管阵列之间的线性电流调节器调节线性电流调节器的等效阻抗。 

在本发明的再一实施方式中，还包括将通过线性电流调节器的电压降的谷值反馈至单级功率因数校正驱动器，以调制单级功率因数校正驱动器 的直流输出值。 

附图说明

附图仅出于图示目的，并未按照比例绘制。但是，结合附图时，可以通过参照下面的详细描述更好地理解本发明，其中： 

图1示出了本发明的一个实施方式的总体图； 

图2示出了LED阵列的V-I特性； 

图3描绘了具有AC和DC元件的电压源并增加了电流源； 

图4A至4D示出了本发明的电压源、通过电流源的电压、LED阵列正向电压和LED电流的波形； 

图5是在没有电流源情况下图3的等效电路； 

图6是线性调节器的最优化电压降的曲线图； 

图7示出了示例性LED的V-I特性； 

图8A和8B示出了不同k值下电路的效率； 

图9和10是示出了需要如何有源地调节通过线性电流调节器的电压以对抗电压波纹变化、从而确保足够用于线性调节器的电压降以进行电流调节的曲线图； 

图11是本发明的示例性实施方式； 

图12A示出了在没有线性调节阶段情况下的由SSPFC直接驱动的LED串的电压和电流电平； 

图12B示出了本发明的示例性实施方式的电压和电流电平；以及 

图13A和13B示出了本发明的实施方式的电压特性，其中即使当变化发生在电压波纹量值时调节发生。 

具体实施方式