CN101772235A

CN101772235A - 具有温度补偿的发光二极管驱动电路及其控制器

Info

Publication number: CN101772235A
Application number: CN200910003149A
Authority: CN
Inventors: 徐献松; 李立民; 余仲哲
Original assignee: Dengfeng Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Dengfeng Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: CN101772235B

Abstract

本发明提供一种具有温度补偿的发光二极管驱动电路，包含一转换电路、一发光二极管模块以及一控制器。上述转换电路接收一输入电压的电力并根据一控制信号转换成一输出电压输出。上述发光二极管模块耦接该转换电路。上述控制器根据代表该输出电压大小的一电压反馈信号及一操作温度输出的控制信号，使该输出电压随该操作温度上升而下降。因此，本发明的发光二极管驱动装置具有补偿发光二极管模块驱动电压随温度上升而下降的补偿效果。

Description

具有温度补偿的发光二极管驱动电路及其控制器

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管驱动电路及其控制器，特别是有关于一种具有温度补偿的发光二极管驱动电路及其控制器。

背景技术

请参考图1，为一公知的发光二极管驱动装置。该发光二极管驱动装置包含一电流平衡器10、一电压转换电路20、一发光二极管模块30以及一电压侦测器40。电压转换电路20连接一输入电压源Vin，并转换成一输出电压Vout输出。发光二极管模块30的一侧连接电压转换电路20以接收输出电压Vout，另一侧连接电流平衡器10。电流平衡器10具有多个端点用于分别连接发光二极管模块30中的各个发光二极管，使流经发光二极管模块30中的各发光二极管的电流大致相等，达到均匀发光的目的。另外，电流平衡器10可通过一电流设定电阻R(一端耦接至一定电压源Vcc)来设定流经发光二极管的电流大小，使发光二极管模块30能稳定发光而不受输出电压Vout变化的影响。电压侦测器40为一分压器，根据输出电压Vout的大小产生一电压反馈信号Vf。电压转换电路20根据电压反馈信号Vf调整输出电压Vout，使输出电压Vout稳定在一预定电压附近。

输出电压Vout会设计为略高于发光二极管模块30所需的驱动电压，其电压差部分会落在电流平衡器10上。因此，发光二极管驱动装置的效率高低由电压差的大小所决定，电压差大则效率差，电压差小则效率好。

接着，请参见图2，为发光二极管的阈电压Vth与温读的关系图。发光二极管的阈电压随着操作温度的上升而逐渐下降。因此，随着温度升高发光二极管模块30所需的驱动电压会下降。然而，由于电压转换电路20为定电压控制，故输出电压Vout并不会随着温度变化，这造成输出电压Vout与驱动电压间的电压差变大而使得发光二极管驱动装置的效率下降。

发明内容

鉴于公知技术的问题，本发明的发光二极管驱动装置及其控制器具有温度补偿的效果，所输出电压随着温度上升而下降，因此在任何操作温度下，本发明的发光二极管驱动装置均可以维持在较高的效率而避免公知的因温度而效率下降的问题。

为达到上述的优点，本发明提供了一种具有温度补偿的发光二极管驱动电路，包含一转换电路、一发光二极管模块以及一控制器。上述转换电路接收一输入电压的电力并根据一控制信号转换成一输出电压输出。上述发光二极管模块耦接该转换电路。上述控制器根据代表该输出电压大小的一电压反馈信号及一操作温度输出的控制信号，使该输出电压随该操作温度上升而下降。

本发明也提供了一种具有温度补偿的控制器，包含一反馈电路以及一脉冲调制器。上述反馈电路根据一电压反馈信号及一参考电压产生一误差放大信号，其中该参考电压在操作温度范围内具有一正温度系数或一负温度系数。上述脉冲调制器根据该误差放大信号产生一控制信号。

相较于公知技术，本发明的发光二极管驱动电路及其控制器具有温度补偿效果，随着操作温度的上升控制转换电路的输出电压下降，以补偿发光二极管模块随温度下降的驱动电压。因此，发光二极管驱动装置均可以维持在较高的效率而避免公知的因温度而效率下降的问题。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其它目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1为一公知的发光二极管驱动装置；

图2为发光二极管的阈电压与温度的关系图；

图3为根据本发明的发光二极管驱动装置的电路框图；

图4为根据本发明的一第一较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图；

图5为根据本发明的一第二较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图；

图6为根据本发明的一第三较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图；

图7为根据本发明的一第四较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图。

主要组件符号说明

现有技术：

10 电流平衡器

20 电压转换电路

30 发光二极管模块

40 电压侦测器

R 电流设定电阻

Vin 输入电压源

Vout 输出电压

Vf 电压反馈信号

Vcc 定电压源

Vth 阈电压

本发明：

110、410 电流平衡电路

120 电源转换电路

122、222、322、422、522 反馈电路

124、224、324、424、524 脉冲调制器

126、226、326、426、526 转换电路

130 发光二极管模块

228、328、428、528 参考电压产生器

232 模式选择器

412 定电流单元

534 温度侦测器

C 输出电容

D 二极管

EA 误差放大器

L 电感

MODE 模式选择信号

R 电流设定电阻

R1、R2a、R2b、R3、R4 电阻

S 晶体管开关

T 变压器

Tfb 温度反馈信号

Vin 输入电压

Vout 输出电压

Vcc 定电压源

Vfb 电压反馈信号

Vr 参考信号

具体实施方式

请参考图3，为根据本发明的发光二极管驱动装置的电路框图。发光二极管驱动装置包含一电流平衡电路110、一电源转换电路120、一发光二极管模块130。电源转换电路120包含一反馈电路122、一脉冲调制器124、一转换电路126，其中转换电路126可以为一交流转直流转换电路或一直流转直流转换电路，接收一输入电压Vin的电力并根据一控制信号转换成一输出电压Vout输出。反馈电路122及脉冲调制器124组成一控制器。反馈电路122接收代表该输出电压Vout大小的一电压反馈信号Vfb并据此产生一误差放大信号，而反馈电路122具有负温度补偿作用会根据一操作温度同时调整该误差放大信号的准位。例如：一般而言，电压反馈信号Vfb是由一电阻作为电压侦测器(未图示)耦接输出电压Vout以产生一输出电压侦测信号，当该电压侦测器具有负温度系数时即可使反馈电路122具有负温度补偿作用。脉冲调制器124则根据该误差放大信号以产生该控制信号以控制转换电路126的电压转换操作。发光二极管模块130耦接该转换电路以接收该输出电压Vout从而发光。电流平衡电路110耦接发光二极管模块130，使流经发光二极管模块130中的各发光二极管串的电流大致相同而均匀发光。电流平衡电路110一般可由镜像电源所构成，通过连接定电压源Vcc的电流设定电阻来设定流经发光二极管模块130的电流大小。若发光二极管模块130中仅有单一发光二极管串时，则本发明的发光二极管驱动装置可省略电流平衡电路110。由于控制器中的反馈电路122具有负温度补偿作用，故可控制输出电压Vout具有负温度系数，也就是说该输出电压Vout会随操作温度上升而下降，如此可补偿发光二极管模块130随温度上升而下降的驱动电压。由于不同的发光二极管组的驱动电压的温度系数不一定相同，故反馈电路122亦可根据一模式选择信号MODE来选择不同的负温度系数，以配合不同应用环境的需要。

请参考图4，为根据本发明的一较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图。发光二极管驱动装置包含一电流平衡电路110、一发光二极管模块130、一控制器(包含反馈电路222、一脉冲调制器224)以及一转换电路226。转换电路226为一直流升压转换电路，包含一电感L、一整流二极管D、一输出电容C及一晶体管开关S，根据控制器所产生的一控制信号将一直流的输入电压Vin转换成一直流的输出电压Vout，以驱动发光二极管模块130发光。反馈电路222包含一误差放大器EA、一参考电压产生器228以及一模式选择器232。参考电压产生器228产生一参考电压并经一分压器分压输入误差放大器EA的非反向输入端，而误差放大器EA的反向输入端接收代表输出电压Vout大小的电压反馈信号Vfb，以据此产生一误差放大信号。分压器由电阻R1及电阻R2a、R2b所组成，其中电阻R2a、R2b具有不同的负温度系数，如此电阻R1、R2a组成的分压器及电阻R1、R2b组成的分压器具有不同的负温度系数。模式选择器232接收一模式选择信号MODE以控制电阻R1及电阻R2a、R2b之间的开关导通或截止，以提供不同的负温度补偿。脉冲调制器224为一比较器，其非反向输入端接收误差放大信号而反向输入端接收一斜坡信号，并据此产生控制信号以控制转换电路226中的晶体管开关S。

如此，当本发明的控制器的操作温度稳定于一温度时，本发明的发光二极管驱动装置如同公知的发光二极管驱动装置输出一稳定的输出电压。然而当操作温度变化时，本发明的发光二极管驱动装置的输出电压会随着操作温度上升而下降以补偿发光二极管模块驱动电压随温度下降的影响。故相较于公知的发光二极管驱动装置，本发明的发光二极管驱动装置在任何操作温度下均可以维持一较高效率。

本发明除了可以利用具有负温度系数的参考电压达到温度补偿效果外，亦可利用具有正温度系数的电压侦测电路达到相同效果。另外，转换电路除直流直流转换电路外，亦可使用交流直流转换电路而不影响发光二极管驱动装置的操作。请参考图5，为根据本发明的一第二较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图。相较于图4的发光二极管驱动装置，转换电路326以交流直流转换电路取代原先的直流直流转换电路，而且温度补偿效果由反馈电路322中的电压侦测电路所提供。转换电路326为一反激式变换器，包含一变压器T、一开关S及一输出电容C。在实际应用上，转换电路326也可以是半桥式、全桥式、正激式等交流直流变换器。转换电路326接收一交流的输入信号Vac，并根据脉冲调制器324产生的一控制信号转换输入信号Vac的电力为一输出电压Vout。反馈电路322包含一误差放大器EA及一参考电压产生器328。反馈电路322的非反向端接收参考电压产生器328所产生的一参考电压信号，反向端接收代表输出电压Vout大小的电压反馈信号Vfb，并据此产生一误差放大信号。电压反馈信号Vfb通过一由电阻R3、R4所组成的电压侦测电路耦接输出电压Vout而产生。脉冲调制器324的非反向输入端接收误差放大信号而反向输入端接收一斜坡信号，并据此产生控制信号以控制转换电路326中的晶体管开关S。其中，电压侦测电路中的电阻R3具有负温度系数或电阻R4具有正温度系数，如此电压侦测电路具有一正温度系数，通过负反馈回路而达到负温度补偿的效果。

上述实施例中的电流平衡电路110可以由镜像电源所构成而达到平衡电流的效果。然而，镜像电源中的晶体管开关其闸极与漏极电位相同(即在饱和区)，其它镜像的晶体管，为了确保其工作亦在饱和区(如此各镜像电流才会一致)，故其漏极及源极间的电位差较大，造成较高的效率损失。请参考图6，为根据本发明的一第三较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图，其中最大的差异点为电流平衡电路410改以多个定电流单元412来取代原来的镜像电源的架构。电流平衡电路410中的每一个定电流单元412包含一晶体管开关、一电阻及一误差放大器EA，该晶体管开关的一第一端耦接发光二极管模块130中对应的发光二极管串，一第二端耦接该电阻以产生一电流侦测信号，该误差放大器EA的反向输入端接收该电流侦测信号，非反向端接收一参考信号Vr，一输出端产生一定电流控制信号至该晶体管开关的一控制端以控制流经该晶体管开关的电流大小。由于各定电流单元412接收相同的参考信号Vr，故各定电流单元412流过的电流大小大致相同。而因为定电流单元412中晶体管开关的漏极电压不需与闸极等电位，漏极源极间的电压差较镜像电源架构的漏极源极间电压差低，因此本实施例中的电流平衡电路410的功率损耗低于公知的电流平衡电路。另外，公知的参考电压产生器会设计成不受温度影响，以产生与温度无关的参考电压信号；或者参考电压产生器产生的参考电压信号在可操作温度范围内在某些范围内为正温度系数，而其它范围为负温度系数，使其电位均在一预定电位附近。在本实施例，反馈电路422中的参考电压产生器428则本身在全部可操作温度范围内均为负温度系数。反馈电路422接收具有负温度系数的一参考电压信号及代表输出电压Vout大小的电压反馈信号Vfb，并据此产生一误差放大信号。脉冲调制器424接收误差放大信号及斜坡信号，并据此产生控制信号以控制转换电路426中的晶体管开关S。如此，本实施例的控制器具有负温度补偿效果，亦可补偿发光二极管模块130的驱动电压受温度变化的影响。

此外，上述实施例中的操作温度是指控制器的操作温度，控制器的操作温度与发光二极管模块的操作温度成正比，故可以控制器的操作温度来取代发光二极管模块的操作温度来进行补偿。当然，实际应用上也可以直接侦测发光二极管模块的操作温度来进行输出电压的调整以提供更精确的补偿效果。请参考图7，为根据本发明的一第四较佳实施例的发光二极管驱动装置的电路图，相较于图6所示的实施例，本实施例增加一温度侦测器534，参考电压产生器528根据一温度侦测器534产生的一温度反馈信号Tfb来调整参考电压信号的准位，使参考电压信号具有一负温度系数。反馈电路522接收具有负温度系数的参考电压信号及代表输出电压Vout大小的电压反馈信号Vfb，并据此产生一误差放大信号。脉冲调制器524接收误差放大信号及斜坡信号，并据此产生控制信号以控制转换电路526中的晶体管开关S。

虽然上述实施例是以具负温度系数的电压产生器或具正温度系数的电压侦测电路为例说明，然而实际应用上则需视电路设计而定，故也可以是以具正温度系数的电压产生器或具负温度系数的电压侦测电路来达到补偿发光二极管驱动电压受温度变化的影响。

如上所述，本发明完全符合专利三要件：新颖性、创造性和产业上的实用性。本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以本文的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，包含：

一转换电路，接收一输入电压的电流并根据一控制信号转换成一输出电压输出；

一发光二极管模块，耦接所述转换电路；以及

一控制器，根据代表所述输出电压大小的一电压反馈信号及一操作温度输出所述控制信号，使所述输出电压随所述操作温度上升而下降。

2.如权利要求1所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述控制器包含一反馈电路及一脉冲调制器，所述反馈电路根据所述电压反馈信号及一参考电压产生一误差放大信号，所述脉冲调制器根据所述误差放大信号产生所述控制信号，其中所述参考电压具有一温度系数，会随所述操作温度上升或下降。

3.如权利要求2所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述温度系数为负值。

4.如权利要求3所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述参考电压是由一参考电压产生器通过具有负温度系数的一分压器产生。

5.如权利要求4所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述分压器根据一模式选择信号提供不同的温度系数。

6.如权利要求1所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述控制器包含一反馈电路及一脉冲调制器，所述反馈电路根据所述电压反馈信号及一参考电压产生一误差放大信号，所述脉冲调制器根据所述误差放大信号产生所述控制信号，其中所述电压反馈信号是由具有温度系数的一电压侦测器根据所述输出电压而产生。

7.如权利要求1、2或6所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，更包含一电流平衡电路耦接所述发光二极管模块，使流过所述发光二极管模块中的各发光二极管串的电流相同。

8.如权利要求7所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述电流平衡电路包含多个定电流单元，每一个定电流单元包含一晶体管开关、一电阻及一误差放大器，所述晶体管开关的第一端耦接对应的发光二极管串，所述晶体管开关的第二端耦接所述电阻以产生一电流侦测信号，所述误差放大器的第一输入端接收所述电流侦测信号，所述误差放大器的第二端接收一参考信号，所述误差放大器的输出端产生一定电流控制信号至所述晶体管开关的一控制端以控制流经所述晶体管开关的电流大小。

9.如权利要求6所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述温度系数为正值。

10.如权利要求1、2或6所述的具有温度补偿的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述转换电路为一交流转直流转换电路或一直流转直流转换电路。

11.一种具有温度补偿的控制器，其特征在于，包含：

一反馈电路，根据一电压反馈信号及一参考电压产生一误差放大信号，其中所述参考电压在操作温度范围内具有一正温度系数或一负温度系数；以及

一脉冲调制器，根据所述误差放大信号产生一控制信号。

12.如权利要求11所述的具有温度补偿的控制器，其特征在于，所述参考电压是由一参考电压产生器通过具有温度系数的一分压器产生。

13.如权利要求12所述的具有温度补偿的控制器，其特征在于，所述分压器包含一第一电阻及一第二电阻，所述第一电阻的一端连接所述参考电压产生器，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接一参考电位，而所述第一电阻具有一正温度系数或所述第二电阻具有一负温度系数。

14.如权利要求12所述的具有温度补偿的控制器，其特征在于，所述分压器根据一模式选择信号提供不同的负温度系数。