CN101080118A

CN101080118A - 发光二极管模块的电流控制装置

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Publication number: CN101080118A
Application number: CNA2006100844388A
Authority: CN
Inventors: 陈建中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2007-11-28

Abstract

一种精简的发光二极管模块的电流控制装置，包括：一电流控制电路、一第一晶体管及一限流保护电路。其中，电流控制电路包含一第一电阻，并借以产生一第一电流信号用以调整至少一发光二极管的发光功率，而第一晶体管借由该第一电流信号以控制所述发光二极管的运作，并进而产生一第二电流信号。而限流保护电路中的一第二晶体管可根据第二电流信号与一第二电阻而决定通道的启闭，进而得以进一步控制该第一电流信号。借此，该发光二极管模块不仅可通过该电流控制电路来控制发光功率，还可借由该限流保护电路的限流作用作进一步的保护。

Description

发光二极管模块的电流控制装置

技术领域

本发明涉及一种发光二极管模块的控制装置，特别是指一种发光二极管模块的电流控制装置。

背景技术

近年来由于多种移动通讯产品及多媒体产品的快速发展，使得各类型液晶显示器的需求与日俱增，而也由于液晶显示器中的背光模块逐渐由发光二极管(LED)取代原本的冷阴极灯管(CCFL)，因此还驱动了发光二极管的发展。除此之外，相较于传统的白热灯泡，高功率发光二极管(High-powerLight Emitting Diodes，HP LED)还具备了省电、使用寿命长、耐久性高及反应速度快等优点，使发光二极管在通用照明市场的潜力也不容忽视，从家用、公共建设到汽车领域，基于其节省能源的特质，使发光二极管的应用愈来愈广泛，促使这个市场对高亮度、高效能及较长使用寿命的发光二极管的需求不断地持续上升。

而目前大部分发光二极管的发光功率是利用定电压的方式来进行控制，并且搭配散热介质(如各式材质的散热鳍片等)来进行散热，然而散热介质的选择是根据常温下发光二极管的温度及其电流所进行搭配设计，而此设计并不考虑到当发光二极管运作一段时间后温度会上升，使得通过发光二极管的电流跟着上升，导致整个发光二极管所产生的功率高过本身所能负荷的上限，而产生损毁的情况。

另外，请参考图1，其为已知技术发光二极管模块的定电流控制装置的电路结构示意图，其包括一限流保护电路1、一第一晶体管Q₁及一电流控制电路3。其中限流保护电路1包含有一齐纳二极管(Zener Diode)D_z及一发射极电阻R_s，而电流控制电路3包含一基极电阻R_b。

接着，第一晶体管Q₁的基极B通过基极电阻R_b耦接于一供应电压源Vcc，第一晶体管Q₁的发射极E通过发射极电阻R_s来接地GND，而第一晶体管Q₁的集电极C与发光二极管LED的阴极(-)耦接，并且发光二极管LED的阳极(+)与供应电压源Vcc耦接；此外，齐纳二极管D_z也通过基极电阻R_b来与供应电压源Vcc耦接。而齐纳二极管D_z未导通前，通过手动调整基极电阻R_b的阻值，可以使基极电流I_b因而改变以调整流经发光二极管LED的负载电流I_L大小，进而控制发光二极管LED的发光功率。另外，齐纳二极管D_z导通后，由于齐纳二极管D_z与发射极电阻R_s的搭配形成限流效果，使此电路中的限流大小为(V_Dz-V_BE)/R_s，以限制电路中的最大供应电流，其中V_Dz是齐纳二极管D_z的反向击穿电压，而V_BE是第一晶体管Q₁中基极B至发射极E的电压差。也就是说，由于限流保护电路1运作时将会限制第一晶体管Q₁的基极电流I_b，相对使得负载电流I_L受到限制，而得以保护发光二极管LED的运作。

然而通过上述的设计来保护发光二极管，基极电阻R_b的阻值较难搭配，由于齐纳二极管D_z所接收的电流必须大于一额定值才会导通，因此，若基极电阻R_b的阻值高，在低电压差时，齐纳二极管D_z可能因电流不足而无法稳定运作；反之，若基极电阻R_b的阻值低，则在高电压差时又可能产生齐纳二极管D_z所接收的电流过大的现象。因此相对的齐纳二极管D_z的选择也就必须要能防止过大的电流而避免造成损坏，所以至少必须使用中功率以上的齐纳二极管D_z才得以拥有处理较大电流的能力。

因此，此设计除了在电流量较小时控制较为麻烦与不便，还会因大部分的电流被齐纳二极管D_z吸收而在控制的反应上较为迟缓，并非理想的限流电路，所以在目前整个发光二极管模块的控制及限流保护上仍有其改善与增益的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题，在于利用精简的电路设计，提供一种发光二极管模块的电流控制装置，其不仅可调整发光二极管的发光功率，还可使发光二极管的发光功率到达一定程度后会产生定电流而固定功率的效果，以达到控制发光二极管模块的驱动电流的目的，而减少发光二极管的损毁。

为了解决上述技术问题，根据本发明所提出的一种技术方案，提供一种发光二极管模块的电流控制装置，包括：一电流控制电路、一第一晶体管及一限流保护电路。其中，电流控制电路包含一第一电阻，并借以产生一第一电流信号用以调整至少一发光二极管的发光功率，此外第一晶体管根据该第一电流信号来决定信道的启闭，以控制所述发光二极管的运作，进而产生一第二电流信号。而限流保护电路至少包含一第二晶体管及一第二电阻，其中第二晶体管可根据第二电流信号流经第二电阻时产生的电压差而决定信道的启闭，进而得以进一步控制该第一电流信号。如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，所述的第一电阻为可变电阻。

为了解决上述技术问题，根据本发明所提出的另一种方案，提供一种发光二极管模块的电流控制装置，包括：一电流控制电路、一第一晶体管及一限流保护电路。其中，电流控制电路包含一第一电阻及一温度感测组件，并借以产生一第一电流信号用以调整至少一发光二极管的发光功率，此外第一晶体管根据该第一电流信号来决定信道的启闭，以控制所述发光二极管的运作，进而产生一第二电流信号。而限流保护电路至少包含一第二晶体管及一第二电阻，其中第二晶体管可根据第二电流信号与第二电阻而决定通道的启闭，进而得以进一步控制该第一电流信号。如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，所述的温度感测组件是热敏电阻、热二极管或热电偶，并且该热敏电阻是负温度系数的热敏电阻。

如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，若该第一晶体管的信道为开启，则所述发光二极管为运作的状态；若该第一晶体管的通道为关闭，则所述发光二极管为停止运作的状态。

如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，该第一晶体管及该第二晶体管为NPN型晶体管。

如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，所述发光二极管的阳极与该第一电阻耦接于一供应电压源；而该第一晶体管的集电极耦接于所述发光二极管的阴极；并且该第二晶体管的发射极与该第二电阻接地。

如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，该第一晶体管及该第二晶体管为PNP型晶体管。

如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，所述发光二极管的阴极与该第一电阻接地；而该第一晶体管的集电极耦接于所述发光二极管的阳极；且该第二晶体管的发射极与该第二电阻耦接于一供应电压源。

如上所述的发光二极管模块的电流控制装置，该第二晶体管的集电极耦接于该第一电阻及该第一晶体管的基极，并且该第二晶体管的基极耦接于该第一晶体管的发射极及该第二电阻。

通过本发明的上述技术方案，能够延长发光二极管LED发光寿命并缩小发光二极管模块体积。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及图式中加以阐述。本发明的目的之一是为了至少部分解决在常规技术中存在的问题。

附图说明

图1是已知技术发光二极管模块的定电流控制装置的电路结构示意图；

图2是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第一实施例电路结构示意图；

图3是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第二实施例电路结构示意图；

图4是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第三实施例电路结构示意图；及

图5是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第四实施例电路结构示意图。

其中，附图标号说明如下：

现有技术

1限流保护电路

3电流控制电路

LED发光二极管

D_z齐纳二极管

Q₁第一晶体管

R_b基极电阻

R_s发射极电阻

I_b基极电流

I_L负载电流

本发明

100，110限流保护电路

3，3’电流控制电路

LED发光二极管

Q₁，Q₃第一晶体管

Q₂，Q₄第二晶体管

R₁第一电阻

R₂第二电阻

301温度感测组件

10，11第一电流信号

20，21第二电流信号

具体实施方式

请参考图2，该图是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第一实施例电路结构示意图，如图所示，本发明提供一种发光二极管模块的电流控制装置，其包括：限流保护电路100、电流控制电路3及第一晶体管Q₁。其中，限流保护电路100至少包含第二晶体管Q₂及第二电阻R₂，并且第一晶体管Q₁与第二晶体管Q₂采用NPN型晶体管来加以描述。

另外，电流控制电路3包含第一电阻R₁，而第一电阻R₁可为可变电阻，借由手动调整该第一电阻R₁的阻值而产生的第一电流信号10，用以调整发光二极管LED的发光功率，其中发光二极管LED可借由串联或并联的方式连接至少一个以上，而此实施例中仅以一个发光二极管LED来说明。接着第一晶体管Q₁根据第一电流信号10来决定本身信道的启闭，以控制发光二极管LED的运作，并进而产生一第二电流信号20，其中发光二极管LED的阳极(+)与该第一电阻R₁耦接于一供应电压源Vcc，第一晶体管Q₁的集电极C耦接于发光二极管LED的阴极(-)，再由发光二极管LED的阳极(+)耦接于供应电压源Vcc，若第一晶体管Q₁的通道为开启，则发光二极管LED处于运作的状态，且第二电流信号20即是通过第一晶体管Q₁的集电极C至第一晶体管Q₁的发射极E而产生；反之，若第一晶体管Q₁的通道为关闭，则发光二极管LED便处于停止运作的状态。而除了可通过电流控制电路3来调整及控制发光二极管LED的发光功率之外，还可通过限流保护电路100来作进一步的保护，以防止因电流过大而造成发光二极管LED损坏的情形。在该限流保护电路100中，该第二晶体管Q₂的集电极C耦接于该第一电阻R₁及该第一晶体管Q₁的基极B，而第二晶体管Q₂的基极B耦接于该第一晶体管Q₁的发射极E及该第二电阻R₂，并且该第二晶体管Q₂的发射极E与该第二电阻R₂接地GND，进而第二晶体管Q₂的基极B根据该第二电流信号20流经该第二电阻R₂所产生的电压来决定第二晶体管Q₂通道的启闭，而进一步控制该第一电流信号10，以避免流经发光二极管LED的电流过度地增加。而其中的原理是当第二晶体管Q₂导通时，则第二晶体管Q₂集电极C的电流会增加，而导致第一电流信号10相对受到限制，进而限制流经发光二极管LED的电流量，以避免因温度上升所导致的电流增加，而使发光二极管LED因过大的电流而损毁的情形。请参考图3，该图是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第二实施例电路结构示意图，如图所示，本发明提供另一种发光二极管模块的电流控制装置，其与图2所说明的第一实施例电路结构示意图的不同点在于其电流控制电路3’包含第一电阻R₁及温度感测组件301，并可借由该第一电阻R₁与该温度感测组件301而控制第一电流信号10，用以调整发光二极管LED的发光功率，其中温度感测组件301耦接于该第一电阻R₁，且温度感测组件301可为热敏电阻(Thermistor)、热二极管(Thermal Diode)或热电偶(Thermal Couple)等，而热敏电阻是负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)的热敏电阻，并且通过物理接触该发光二极管模块来侦测环境温度，以自动变化本身的阻值，进而与第一电阻R₁搭配来控制该第一电流信号10。而在实际的电路设计上，通常由于热敏电阻的电阻较大，使得第一电流信号10的电流量会变小，导致无法有效地推动第一晶体管Q₁，因此可在第一晶体管Q₁的基极B前串连耦接一达灵顿晶体管对(Darlington Pair)(图未示)，用以调整第一电流信号10来推动第一晶体管Q₁。

请参考图4，该图是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第三实施例电路结构示意图，如图所示，本发明提供又一种种发光二极管模块的电流控制装置，其包括：一限流保护电路110、一电流控制电路3及一第一晶体管Q₃。其中，限流保护电路110至少包含一第二晶体管Q₄及一第二电阻R₂，并且第一晶体管Q₃与第二晶体管Q₄采用PNP型晶体管来加以描述。

1.另外，电流控制电路3包含一第一电阻R₁，而第一电阻R₁可为可变电阻，借由手动调整该第一电阻R₁的阻值而产生的第一电流信号11，用以进行调整发光二极管LED的发光功率，其中可借由串联或并联的方式连接至少一个发光二极管LED，而此实施例中仅以一个发光二极管LED来说明。接着第一晶体管Q₃根据第一电流信号11来决定本身信道的启闭，以控制发光二极管LED的运作，且产生一第二电流信号21，其中发光二极管LED的阴极(-)与该第一电阻R₁接地GND，该第一晶体管Q₃的集电极C耦接于该发光二极管LED的阳极(+)，再由发光二极管的阴极(-)进行接地GND，而第一晶体管Q₃的发射极E通过该第二电阻R₂耦接于一供应电压源Vcc，若第一晶体管Q₃的通道为开启，则发光二极管LED处于运作的状态，反之，若第一晶体管Q₃的通道为关闭，则发光二极管LED便处于停止运作的状态。而除了可通过电流控制电路3来调整及控制发光二极管LED的发光功率之外，还可再通过限流保护电路110来作进一步的保护，以防止因电流过大而造成发光二极管LED损坏的情形。在该限流保护电路110中，该第二晶体管Q₄的集电极C耦接于该第一电阻R₁及该第一晶体管Q₃的基极B，而第二晶体管Q₄的基极B耦接于该第一晶体管Q₃的发射极E及该第二电阻R₂，并且该第二晶体管Q₄的发射极E与该第二电阻R₂耦接于电源供应端Vcc，进而第二晶体管Q₄的基极B根据该第二电流信号21流经该第二电阻R₂所产生的电压来决定第二晶体管Q₄通道的启闭，而进一步控制该第一电流信号11，以避免流经发光二极管LED的电流过度地增加。而其中的原理是当第二晶体管Q₄导通时，会使得第一电流信号11相对受到限制，进而得以限制流经发光二极管LED的电流量，以避免因温度上升所导致的电流增加，而使发光二极管LED因过大的电流而损毁的情形。请参考图5，该图是本发明发光二极管模块的电流控制装置的第四实施例电路结构示意图，如图所示，本发明提供另一种发光二极管模块的电流控制装置，其与图4所说明的第三实施例电路结构示意图的不同点在于其电流控制电路3’包含第一电阻R₁及温度感测组件301，并可借由该第一电阻R₁与该温度感测组件301而控制第一电流信号11，用以调整发光二极管LED的发光功率，其中温度感测组件301耦接于该第一电阻R₁，且温度感测组件301可例如为热敏电阻(Thermistor)、热二极管(Thermal Diode)或热电偶(Thermal Couple)等，而热敏电阻是负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)的热敏电阻，并且通过物理接触该发光二极管模块来侦测环境温度，以自动变化本身的阻值，进而与第一电阻R₁搭配来控制该第一电流信号11。综上所述，借由上述的技术手段，本发明不仅可调整发光二极管LED的发光功率，且可使发光二极管LED的发光功率到达一定程度后会产生定电流的效果以固定发光功率，达到控制发光二极管模块的驱动电流的目的，还可包括下列几项优点：延长发光二极管LED发光寿命：由于高温所产生的过大电流会明显缩短发光二极管LED的寿命，因此通过调整电流及限制电流以产生定功率的效果来控制发光二极管LED发光功率，以有效延长发光二极管LED的发光寿命。

2.缩小发光二极管模块体积：通过精简的电路设计来主动降低发光功率，而进行温度的调节，还不用再搭配体积庞大的散热介质进行降温，进而缩小整个发光二极管模块的体积。

以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及图式而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的申请专利范围为准，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案所界定的专利范围。

Claims

1.一种发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于，包括：

一电流控制电路，包含一第一电阻，以产生一第一电流信号用以调整至少一发光二极管的发光功率；一第一晶体管，根据该第一电流信号来决定信道的启闭，以控制所述发光二极管的运作，并进而产生一第二电流信号；及

一限流保护电路，至少包含一第二晶体管及一第二电阻，该第二晶体管根据该第二电流信号与该第二电阻来决定通道的启闭，进而进一步控制该第一电流信号。

2.如权利要求1所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于所述的第一电阻为可变电阻。

3.如权利要求1所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于所述的电流控制电路还进一步包括：

一温度感测组件，耦接于该第一电阻，以产生该第一电流信号用以调整所述发光二极管的发光功率。

4.如权利要求3所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于所述的温度感测组件是热敏电阻、热二极管或热电偶，并且该热敏电阻是负温度系数的热敏电阻。

5.如权利要求1所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于，若该第一晶体管的信道为开启，则所述发光二极管为运作的状态；若该第一晶体管的通道为关闭，则所述发光二极管为停止运作的状态。

6.如权利要求1所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于该第一晶体管及该第二晶体管为NPN型晶体管。

7.如权利要求6所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于，所述发光二极管的阳极与该第一电阻耦接于一供应电压源；而该第一晶体管的集电极耦接于所述发光二极管的阴极；并且该第二晶体管的发射极与该第二电阻接地。

8.如权利要求1所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于该第一晶体管及该第二晶体管为PNP型晶体管。

9.如权利要求8所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于，所述发光二极管的阴极与该第一电阻接地；而该第一晶体管的集电极耦接于所述发光二极管的阳极；且该第二晶体管的发射极与该第二电阻耦接于一供应电压源。

10.如权利要求1所述的发光二极管模块的电流控制装置，其特征在于该第二晶体管的集电极耦接于该第一电阻及该第一晶体管的基极，并且该第二晶体管的基极耦接于该第一晶体管的发射极及该第二电阻。