CN101483953B - 照明用发光二极管电流自动辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明用发光二极管电流自动辨识方法，用以辨识一个发光二极管网络所需的供电电流，该发光二极管网络包括并至少两条并联的支路，且每条支路上串联至少一个发光二极管，该方法包括以下步骤：a)在每条支路内提供一个与所在支路电流需求成反比的辨识电阻，使每条支路中的辨识电阻与支路电流需求的乘积均相等；b)在这些辨识电阻两端施加一小于所在支路的发光二极管导通电压的检测电压，从而得到一个参考电流；c)根据该参考电流确定所有支路总的驱动电流。本发明可以当发光二极管并联网络中的某些发光二极管参数发生变化，或发光二极管并联网络中加入新的支路时，自动辨识负载的电流要求，并适当的对输出电流作出调节。

Description

照明用发光二极管电流自动辨识方法

技术领域

本发明属于发光二极管驱动领域，具体的讲，涉及一种发光二极管的电流辨识方法。

背景技术

发光二管从发明至现今的广泛应用已有40多年历史，由于以往发光二极管主要用于显示用途，电源利用效率相对次要、甚至有时被视为不考虑的因素，基于以上原因，发光二极管驱动电流控制一般十分简单，如一般产品只使用固定电压源供电辅以串接电阻限流，而有的低端应用例甚至不加入任何限流措施，只利用电源或控制器件内阻达到限流目的，这类形的电路设计在日常低功率、低成本应用无疑是足够的，但从电源效率、可靠性及稳定性角度看，还是差强人意。

受益于新材料及制造工艺的高速发展，发光二极管在亮度表现较过去已有大幅改进，由于发光二极管属于固态器件，机械强度高，体积小巧，有利于高效光学设计，损坏机理速度缓慢，能提供过十万小时以上使用寿命，不含有害重金属汞，最近成为一个十分具吸引力照明用光源。

照明用发光二极管与一般发光二极管比较，在应用上有很多需要注意的地方：首先，其驱动电流较大，功耗较高，其次，发光二极管原本不利并联连接，近期发光二极管生产技术已有效掌握比较统一电气参数，容许多个发光二极管并联连接。再次，电流需要控制于合理范围内，以避免在一定散热条件下温升过高，影响发光效率及寿命。

现时所有成熟电力光源都几乎清一色使用电压源供电，例如普通灯泡、霓虹灯等，光源负载数量变化在固定供电电压下只影响负载电流，电源电压无需根据光源负载数量作出调节。发光二极管供电源需求为直流电流源，与一般直流电源并不直接兼容，原因是发光二极管的等效电路为一个二极管压降加一个串接动态电阻，发光二极管在固定电压供电条件下因为参数的变化，如出厂参数偏差、温度、导线电阻等，而不能达致稳定负载电流。

在实际应用中，当发光二极管负载数量改变，供电电流需要作出适当调节，在供电电流改变后系统电压会随着改变，并不是一个恒定数值。

现有技术中的并联连接发光二极管供电系统一般包括以下几类：

固定输出电压电源，通过发光二极管内阻及系统接线电阻限流，因参数变化甚多，这种方案很难对负载电流作准确调控，一般只用于低要求产品。

固定输出电压电源，在每个发光二极管单元加上限流电路达到稳流目的，能有效准确控制电流，但系统元件数量较多，不利降低成本及提高可靠性。

可调电流源供电，需要根据系统内已知发光二极管数量在安装时对电源输出电流作适当调整配合，对不熟识发光二极管光源电气特性安装人员容易造成错误设置，影响系统寿命，甚至造成安全问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种照明用发光二极管电流自动辨识方法，当发光二极管并联网络中的某些发光二极管参数发生变化，或发光二极管并联网络中加入新的支路时，自动辨识负载的电流要求，并适当的对输出电流作出调节。

为实现上述目的，本发明所提供的照明用发光二极管网络电流自动辨识方法，用以辨识一个发光二极管网络所需的供电电流，该发光二极管网络包括并至少两条并联的支路，且每条支路上串联至少一个发光二极管，该方法包括以下步骤：

a)在每条支路内提供一个与所在支路电流需求成反比的辨识电阻，使得每条支路中的辨识电阻与支路电流需求的乘积均相等；

b)在这些辨识电阻两端施加一小于所在支路的发光二极管导通电压的检测电压，从而得到一个参考电流；

c)根据该参考电流确定所有支路总的驱动电流。

优选的，所述参考电流通过一个电流电压转换电流转换为参考电压供给驱动该发光二极管网络的控制电源。

优选的是，所述等效电阻与支路电流需求的乘积为具有第一值的常数。

优选的是，所述驱动电流与参考电流的比值为具有第二值的常数。

优选的是，所述设置于支路内的辨识电阻的一端连接一个辨识端子，另一端连接控制电源的负极输出。

优选的是，所述设置于支路内的辨识电阻的一端连接一个辨识端子，另一端连接控制电源的负极输出。

优选的是，所述设置于支路内的辨识电阻的两端分别连接发光二极管网络的正极输入和负极输入。

优选的是，如果所述支路内的辨识电阻的两端分别连接发光二极管网络的正极输入和负极输入，则还可以为每个电阻串接一个开关，以至于在辨识过程中，该开关闭合，在便是过程完毕后，该开关打开。

优选的，上述所有辨识电阻由电流源代替。

本发明的这些或其他特征和优点的一个或部分将通过下面的说明书对本技术领域内的技术人员变得显而易见，在说明书中，通过描述实施发明的最适当的方式，给出并阐述了本发明的一种具体实施方式。正如其将被认识到的，本发明可有不同的实施方式，且在不背离本发明的情况下，其一些细节也可有多种变体。据此，附图及说明书仅应被看作是描述性的而非限制性的。

附图说明

图1一种发光二极管网络的结构图。

图2是根据本发明的一种辨识方法所基于的电路的电路图。

图3是一种改进的辨识方法所基于的电路的电路图。

图4为增加了辨识端子的辨识方法所基于的电路的电路图。

图5为增加了辨识端子以及辨识回路端子的辨识方法所基于的电路的电路图。

图6为将辨识电流转换为辨识电压的电路的电路图。、

图7为用电流源替换辨识电阻后的结构图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的各种具体实施方式。

图1示出了应用本发明的电流量自动判别方法的发光二极管网络的结构。其为由第一支路B1、第二支路B2、第三支路B3、第四支路B4和第五支路B5并联组成；其中，第一支路B1、第二支路B2、第三支路B3、第四支路B4和第五支路B5分别包括多个串联的发光二极管。该模块可以由有控制电源供电，其正负极分别连接正供电端+Ve和负供电端Rtn。

作为本发明的第一种具体实施方式，如需判别对图1中的发光二极管网络的供电电流，则需要进行以下步骤的操作：

首先在第一支路B1、第二支路B2、第三支路B3、第四支路B4和第五支路B5分别并联辨识电阻R1、R2、R3、R4和R5，如图2所示，即辨识电阻R1并联于第一支路，辨识电阻R2并联于第二支路，辨识电阻R3并联于第三支路，辨识电阻R4并联于第四支路，辨识电阻R5并联于第五支路。

照明发光二极管一般具有3.5至4.5V的正向导通电压，当施加于正供电端+Ve和负供电端Rtn之间的电压低于一条支路的发光二极管总串联电压时，发光二极管不导通，此时电路呈现高阻状态，正供电端+Ve和负供电端Rtn间的等效电阻为R1与R2至R5并联的总电阻值Rtot。

Rtot的检测通过以下步骤实现：

a)由发光二极管驱动电源输出一个低于发光二极管导通电平的检测电压Vdet。

b)通过相应测量电路或测量用微型计算机，测量等效电阻值，测量方法如下：

首先，设定每条支路的电流需求，例如1.4A。

其次，选定一个流经并联的辨识电阻R1、R2、R3、R4以及R5的参考电流Iref来表示流经第一支路、第二支路、第三支路、第四支路以及第五支路的总的电流值，即电源的输出电流Iout，其中，参考电流Iref与电源输出电流Itot为等比例输出的。参考电流的选定需要满足以下原则，首先，电流不能过小，如果电流过小则会使电路容易受到环境电气噪音干扰；其次，电流不能过大，如果电流过大会造成不必要的功耗并会导致成本及体积增加。例如，可以选择用Iref为10uA表示Itot为1A，在这种情况下，参考电流至输出电流的变换常数，即输出电流与草烤电流之比K1为1/1000000，还可以选择用Iref为10mA表示Itot为1A，在这种情况下，参考电流至输出电流的变换常数K1为1/100。上述两种选择均是可行的。

在正供电端+Ve与负供电端Rtn之间接入检测电压Vdet，该检测电压的选择原则是，一定要小于各条支路上所需的最大导通电压，但也不能过小，过小的检测电压会使电路容易受参数变动及电气噪音的影响；且不能过大，过大的检测电压会招致不必要的损耗、以及产品成本和体积增大等问题。在这样的约束下，设计者会选用Vdet等于如1V、2.5V、5V或10V。例如，在选定Vdet等于1V时，同时选定参考电流至输出电流的变换常数K1为1/100，则代表1A的LED电流使用的电阻为1K欧姆，2A的LED电流的电阻是500欧姆。

确定了上述辨识电阻的总电阻值后，可以按平均分配的方法分配至各条支路中，也可以采用优先的方法分配，即参数变化可能性较大的支路放入较大的电阻值，这样参数的变化容易通过电阻的变化体现出来。

事实上，大部分的电路实施例都使用电压代表输出电源电流量，图6示出了这样的一种电路，可将检出的参考电流Iref转换为参考电压Vref。图中，R6远小于R1至R5并联的等效电阻Rtot，这样可以减小检测误差，运算放大器U1B使R5上的压降等于R6上的压降，三极管Q1集电极电流与Iref成反比，电阻R8上压降V_Iref与Iref成正比，电源通过V_Iref建立发光二极管驱动电流。

电阻R1-R5若由电流源代替可直接测量辨识电流量然後转换成电源输出电流量，如图7所示。

c)发光二极管驱动电源把输出电压提升至正常工作电压，进入稳流工作模态，电流量由测量到的Rtot决定。

上述实施方式中的辨识电阻虽然可以达到自动辨识电流需求的功能，但是将辨识电阻一直连接于发光二极管网络中势必导致不必要的功耗。因此，作为以上具体实施方式的改进，在本发明的第二种具体实施方式中，参照图3，在辨识电阻所在的回路上分别增加了控制开关，即将控制开关S1串联入辨识电阻R1的回路，将控制开关S2串联入辨识电阻R2的回路，将控制开关S3串联入辨识电阻R3的回路，将控制开关S4串联入辨识电阻R4的回路，将控制开关S5串联入辨识电阻R5的回路。这样，通过在低电源电压时使控制开关S1至S5闭合，并对Rtot按上述步骤进行测量，以及通过在正常电压工作时，将控制开关S1至S5断开，可以有效的减小功耗。

在本发明的第三种实施方式中，可以通过增加辨识端实现电流的辨识。具体说明如下：增加辨识端ID，在辨识端ID与负供电端Rtn之间分别为第一支路、第二支路、第三支路、第四支路以及第五支路并联辨识电阻R1、R2、R3、R4和R5。增加后的结构如图4所示，电阻R1连接于第一支路的一端与辨识端ID之间，电阻R2连接于第二支路的一端与辨识端ID之间，电阻R3连接于第三支路的一端与辨识端ID之间，电阻R4连接于第四支路的一端与辨识端ID之间，电阻R5连接于第五支路的一端与辨识端ID之间。其中，辨识电阻R1可随第一支路的参数的变化而等比例变化，辨识电阻R2可随第二支路的参数的变化而等比例变化，辨识电阻R3可随第三支路的参数的变化而等比例变化，辨识电阻R4可随第四支路的参数的变化而等比例变化，辨识电阻R5可随第五支路的参数的变化而等比例变化。

当二极管网络中的发光二极管数量较多时，负供电端Rtn回线上的电压将会增加到一个足以影响辨识端ID的电压的值，如果发生了这种情况，则可以增加辨识回路端IDrtn，并把辨识电阻R1、R2、R3、R4、R5分别从第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和第五支路断开，并将其与辨识回路端IDrtn相连接，如图5所示。这样，辨识电阻就由辨识端ID和辨识回路端IDrtn并联起来，同时，正供电端+Ve和负供电端Rtn将第一支路、第二支路至第五支路并联起来。

在这种情况下，仍采用与上述方法相同的方法确定辨识电阻总的电阻值，并将其分配给辨识电阻R1至R5，再在辨识端ID和辨识回路端IDrtn施加偏压，即辨识电压Vdet，从而得到参考电流Iref，再通过图3中的电路将其转化为控制电压信号，通过该控制电压信号可以控制电源的输出。

本领域内的技术人员应该知道，以上在说明书及附图描述的本发明的具体实施方式仅是示例性的而非限制性的。

前述对本发明具体实施方式的说明仅以示例和描述为目的。其并非意于穷尽各实施方式或将发明局限于已揭示的实施方式或某一定式。据此，上述描述应被看作是示例性的而非局限性的。显而易见是，很多修改及变体对本领域内的技术人员来说的可见的。选定并描述了各具体实施方式是为了最清楚的解释本发明的原理以及最佳的实际应用方式，以令本领域内的技术人员了解本发明的适合于预期的特殊用途或实现的各种实施例及各种变体。意欲由后续的权利要求及其等效变化限定本发明的范围，在权利要求中，除非另行指出，所有术语都应解释为其最广的含义。应该意识到，本领域内的一般技术人员可以在不脱离由下面的权利要求定义的本发明的范围的情况下，在具体实施方式中作出变化。此外，无论下述的权利要求是否明确描述了某些要素及组件，均不意在将现有公开中的这些要素及组件献于公知领域。

Claims (7)

1.一种照明用发光二极管电流自动辨识方法，用以辨识一个发光二极管网络所需的供电电流，该发光二极管网络包括至少两条并联的支路，且每条支路上串联至少一个发光二极管，该方法包括以下步骤：

a)在每条支路内提供一个并联的辨识电阻，使得每条支路中的辨识电阻与支路电流需求的乘积均相等；

b)在这些辨识电阻两端施加一小于所在支路的发光二极管导通电压的检测电压，从而得到一个参考电流；

c)根据该参考电流确定所有支路总的驱动电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考电流通过一个电流电压转换电路转换为参考电压供给驱动该发光二极管网络的控制电源。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的是，所述驱动电流与参考电流的比值为具有第二值的常数。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述设置于支路内的辨识电阻的一端连接一个辨识端子，另一端连接控制电源的负极输出。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述设置于支路内的辨识电阻的两端分别连接发光二极管网络的正极输入和负极输入。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，还可以为每个电阻串接一个开关，以至于在辨识过程中，该开关闭合，在辨识过程完毕后，该开关打开。 

7.根据以上权利要求中任意一项所述的方法，其中，上述所有辨识电阻由电流源代替。 

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