CN101848571B - Led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED驱动电路，包括：逆变器单元，用于切换输入电源；多个变压器，其包括连接至逆变器单元且彼此串联连接的多个初级绕组、以及多个次级绕组，其中每个次级绕组都与每个初级绕组耦合；多个整流单元，其中的每一个都连接至多个次级绕组中的每一个；以及多个LED，其中的每一个都连接至多个整流单元中的每一个。

Description

LED驱动电路
相关申请的交叉参考
本申请要求于2009年3月23日向韩国知识产权局提交的第10-2009-0024371号韩国专利申请的优先权，其公开的内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明涉及一种LED驱动电路；且更具体地，涉及一种能够实现LED通道的恒流控制的LED驱动电路，其中，该LED通道的恒流控制是通过省略DC/DC变换器和曾经必须应用于LED通道的恒流控制点控制级，以及通过使用具有彼此串联连接的多个初级绕组的变压器和DC阻断电容器(隔直电容器)来实现的。
背景技术
随着直到20世纪一直占据垄断地位的CRT(阴极射线管)的时代渐近结束，最近的显示器行业由作为满足多媒体时代需求(诸如高分辨率和大屏幕)的新技术的FPD(平板显示器)引领。
尤其是，在大显示器市场的情况中，由于LCD(液晶数字)TV已经得到了快速增长，因此，期望其在将来的成本和销路方面扮演重要角色。
在传统的LCD TV情况中，已经将CCFL(冷阴极荧光灯)主要用作背光源，而近来的趋势是越来越多地使用在功耗、寿命、环境友好属性等方面具有很多优点的LED(发光二极管)。
在将LED用作LCD TV的背光源的情况中，每个LED通道都将被保证利用恒流进行控制，以保证整个屏幕上的均匀亮度。
为了利用恒流对每个LEC通道进行控制，已经通过在获得任意DC电压后都将诸如升压变换器的DC/DC变换器应用于每个LED通道来利用恒流来控制LED通道的电流。该方法的优点在于每个LED通道的电流都可以完全控制，但是由于需要与LED通道一样多的DC/DC变换器和控制级，而使得成本增加、由于DC/DC变换器造成的功率变换效率劣化、以及LED驱动电路的体积增加。此外，还存在由于DC/DC变换器中采用的有源器件和IC而造成的产品可靠性降低到问题。
发明内容
为了克服上述问题而提出本发明，并且因此本发明的一个目的是提供一种LED驱动电路，该电路能够通过省略曾经必须应用于LED通道的恒流控制的DC/DC变换器和控制级，以及通过使用具有彼此串联连接的多个初级绕组的变压器和DC阻断电容器来实现LED通道的恒流控制。
根据实现上述目的的本发明的一个方面，提供了一种LED驱动电路，其包括：逆变器单元，用于切换输入电源；多个变压器，其包括连接至逆变器单元且彼此串联连接的多个初级绕组、以及多个次级绕组，其中每个次级绕组都与每个初级绕组耦合；多个整流单元，其中的每一个都连接至多个次级绕组中的每一个；以及多个LED，其中的每一个都连接至多个整流单元中的每一个。
根据本发明，逆变器单元可以由选自由LLC谐振逆变器、全桥逆变器、和半桥逆变器所组成的组中的任意一个构成。
根据本发明，整流单元可以由选自由全桥整流器、半波整流器、中心抽头整流器、和倍压整流器所组成的组中的任意一个构成。
根据本发明，LED驱动电路还包括位于整流单元和LED之间且并联连接至LED的平滑电容器。
根据实现上述目的的本发明的另一个方面，提供了一种LED驱动电路，其包括：逆变器单元，用于切换输入电源；多个变压器，包括连接至逆变器单元且彼此串联连接的多个初级绕组、以及多个次级绕组，其中每个次级绕组都与每个初级绕组耦合；多个整流单元，其中的每一个都连接至多个次级绕组中的每一个；多个DC阻断电容器，其中的每一个都连接在次级绕组和整流单元之间；以及多个LED，其中的每两个都连接至多个整流单元中的每一个。
根据本发明，逆变器单元可以由选自由LLC谐振逆变器、全桥逆变器、和半桥逆变器所组成的组中的任意一个构成。
根据本发明，多个整流单元中的每一个都包括：第一二极管，其一端连接至第二LED的一端；第三二极管，其一端连接至第一二极管的另一端；第二二极管，其一端连接至第一LED的一端；第四二极管，其一端连接至第二二极管的另一端，其中，第三二极管的另一端、第四二极管的另一端、第一LED的另一端、以及第二LED的另一端连接至公共结点，每个DC阻断电容器的一端连接至次级绕组的一端，每个DC阻断电容器的另一端连接至第一二极管另一端和第三二极管的一端之间的结点，以及次级绕组的另一端连接至第二二极管的另一端和第四二极管的一端之间的结点。
根据本发明，每个整流单元都包括：第一二极管，其一端连接至第一LED的一端；以及第二二极管，其一端连接至第二LED的一端，其中，第一LED的另一端连接至第二二极管的另一端，第二LED的另一端连接至第一二极管的另一端，每个DC阻断电容器的一端连接至次级绕组的一端，每个DC阻断电容器的另一端连接至第一LED的另一端和第二二极管的另一端之间的结点，以及次级绕组的另一端连接至第一二极管的另一端和第二LED的另一端之间的结点。
根据本发明，每个整流单元都包括：第一二极管，其一端连接至第一LED的一端；以及第二二极管，其一端连接至第二LED的一端，其中，第一LED的另一端连接至第二LED的另一端，每个DC阻断电容器的一端连接至中心抽头，每个DC阻断电容器的另一端连接至第一LED的另一端和第二LED的另一端之间的结点，位于中心抽头一侧的次级绕组连接至第一二极管的另一端，以及位于中心抽头另一侧的次级绕组连接至第二二极管的另一端。
根据本发明，LED驱动电路包括：第一平滑电容器，并联连接至第一LED；以及第二平滑电容器，并联连接至第二LED。
附图说明
结合附图，本发明的总的发明构思的这些和/或其他方面和优点将从下面对实施例的描述而变得显而易见以及更易于理解，附图中：
图1a-1d是根据本发明第一实施例的LED驱动电路的电路图；
图2a-2c是根据本发明第二实施例的LED驱动电路的电路图；
图3a-3b是示出根据本发明第二实施例的LED驱动电路的操作的视图；
图4a-4c是根据不同实施例的逆变器单元的电路图；
图5是采用图2a所示的整流单元和图4a所示的逆变器的LED驱动电路的电路图；
图6是采用图2a所示的整流单元和图4b所示的逆变器的LED驱动电路的电路图；以及
图7是采用图2a所示的整流单元和图4c所示的逆变器的LED驱动电路的电路图。
具体实施方式
本发明可以包括经过各种改进的若干个实施例，其中，下文中将在附图中举例说明各具体实施例并对其进行详细说明。然而，应该理解，本发明不限于这些具体实施例，而是包括在本发明的精神和教导范围内的所有改进、等同物以及替换。在本发明的说明中，如果确定相关的公开技术的详细描述使得本发明的要旨不清楚，则将省略其详细描述。
尽管可以使用诸如“第一”和“第二”的术语来描述不同的部件，但是这些部件不应该被这些术语限制。这些术语只用于将一个部件与其他部件区分开。
本申请中的术语仅用于描述这些具体实施例，而不应被理解为限制本发明。只要单数形式未清楚地表明与复数形式的区别之处，单数形式就包括复数形式。应该理解，在本申请中，术语“包括”或“具有”指定了在说明书中描述的特征、形状、步骤、操作、部件、零件、或它们的组合的存在，而不预先排除附加的一个或多个特征、形状、步骤、运算、部件、零件或它们的组合的存在或可能性。
下文中，将参照附图来详细描述根据本发明的LED驱动电路的实施例。在参照附图描述这些实施例的过程中，以相同的参考标号来表示相同或相应的部件并省略其描述。
图1a-1d是根据本发明第一实施例的LED驱动电路的电路图。
下文中，将参照图1a-1d来描述LED驱动电路。
根据本发明第一实施例的LED驱动电路包括逆变器(inverter)单元、多个变压器、多个整流单元、和多个LED.
逆变器单元可以通过切换输入电源来驱动各变压器。稍后将描述逆变器的构造。
各变压器均连接至逆变器单元，且包括：彼此串联连接的多个初级绕组(primary winding)；以及多个次级绕组(secondarywinding)，多个次级绕组中的每一个都与每个初级绕组耦合。
在变压器中，由于各初级绕组彼此串联连接，因此，相等的电流被施加至每个初级绕组，相等的电流还被施加至与各初级绕组耦合的各次级绕组。因此，通过控制流经一个变压器的初级绕组的电流来实现LED的恒流控制是可能的。
各整流单元分别连接至各次级绕组。此外，每个整流单元都可以由选自图1a所示的全桥整流器、图1b所示的半波整流器、图1c所示的中心抽头整流器、以及图1d所示的倍压整流器中的任意一个构成。
每个整流单元都可以连接一个LED。因此，如果整流单元的数量为n(n为自然数)，则可以连接n个LED。此外，LED驱动电路还可以在整流单元和LED之间包括平滑电容器Cp，以平滑通过该整流单元的电压。
图2a至图2c是根据本发明第二实施例的LED驱动电路的电路图；以及图3a至图3b是示出根据本发明第二实施例的LED驱动电路的操作的视图。
下文中，将参照图2a-2c以及图3a-3b来描述LED驱动电路。
根据本发明第二实施例的LED驱动电路包括逆变器单元、多个变压器、多个整流单元、多个DC阻断电容器CB、和多个LED。
逆变器单元可以通过切换输入电源来驱动变压器。稍后将描述逆变器单元的构造。
变压器均连接至逆变器单元，且包括：彼此串联连接的多个初级绕组；以及多个次级绕组，其分别与各初级绕组耦合。
在各变压器中，由于各初级绕组彼此串联连接，因此，相等的电流被施加至每个初级绕组，相等的电流还被施加至与各初级绕组耦合的各次级绕组。因此，通过控制流经一个变压器的初级绕组的电流来实现LED的恒流控制是可能的。
各整流单元可以分别连接至各次级绕组。此外，DC阻断电容器CB被设置在次级绕组和整流单元之间。
此外，每个整流单元都可以连接两个LED。因此，如果整流单元的数量为n(n为自然数)，则可以连接2n个LED。
此外，靠通过DC阻断电容器CB保持流经连接至每个整流单元的两个LED的电流相等来实现LED的恒流控制是可能的。
如图2a所示，整流单元包括：第一二极管D1，其一端连接至第二LED的一端；第三二极管D3，其一端连接至第一二极管D1的另一端；第二二极管D2，其一端连接至第一LED的一端；以及第四二极管D4，其一端连接至第二二极管D2的另一端。
此外，第三二极管D3的另一端、第四二极管D4的另一端、第一LED的另一端、以及第二LED的另一端可以连接至公共结点。
此外，每个DC阻断电容器CB的一端均连接至次级绕组之一，而其另一端连接至第一二极管D1的另一端和第三二极管D3的一端之间的结点。第二绕组的另一端连接至第二二极管D2的另一端和第四二极管D4的一端之间的结点。
此外，用于平滑跨越整流单元的电压的第一平滑电容器CP并联连接至第一LED，第二平滑电容器CP可以并联连接至第二LED。
图2b所示的整流单元包括：第一二极管D1，其一端连接至第一LED的一端；以及第二二极管D2，其一端连接至第二LED的一端。
此外，第一LED的另一端连接至第二二极管D2的另一端，第二LED的另一端连接至第一二极管D1的另一端。
此外，每个DC阻断电容器CB的一端都连接至次级绕组的一端，其另一端连接至第一LED的另一端和第二二极管D2的另一端之间的结点。第二绕组的另一端连接至第一二极管D1的另一端和第二LED另一端之间的结点。
此外，用于平滑跨越整流单元的电压的第一平滑电容器CP并联连接至第一LED，第二平滑电容器CP并联连接至第二LED。
图2c所示的整流单元包括：第一二极管D1，其一端连接至第一LED的一端；以及第二二极管D2，其一端连接至第二LED的一端。
此外，第一LED的另一端连接至第二LED的另一端。
此外，每个阻断电容器CB的一端都连接至中心抽头，其另一端连接至第一LED的另一端和第二LED另一端之间的结点。位于中心抽头一侧的次级绕组连接至第一二极管D1的另一端，位于中心抽头另一侧的次级绕组连接至第二二极管D2的另一端。
此外，用于平滑跨越整流单元的电压的第一平滑电容器CP并联连接至第一LED，第二平滑电容器CP并联连接至第二LED。
下文中，将描述根据本发明第二实施例的LED驱动电路的操作。首先，如图3a所示，在各变压器的各初级绕组上形成用于逆变器单元的整个工作周期中的第一半个工作周期的电流传导路径，该逆变器单元连接至所述变压器的初级绕组。此时，由于变压器的所有初级绕组都彼此串联连接，因此如果流过相等的电流并且各变压器的匝数比相等，则在各次级绕组中产生相等的电流。
此外，如图3b所示，在各变压器的各初级绕组上形成用于逆变器单元的整个工作周期中的第二半个工作周期的电流传导路径，该逆变器单元连接至所述变压器的初级绕组。此时，类似地，由于变压器的初级绕组都彼此串联连接，因此如果流过相等的电流并且各变压器的匝数比相等，则在各次级绕组中产生相等的电流。
此时，由于各DC阻断电容器CB插入在各变压器的各次级绕组和各整流单元之间，因此，根据电容器的电荷平衡法则消除了整个电流的DC偏移(平均值)，以及因此可以将所有LED通道的电流值都控制为相等。
结果，相比于根据本发明第一实施例的LED驱动电路，根据本发明第二实施例的LED驱动电路可以将变压器的数量和整流单元的数量减少一半。
图4a-4c是根据各实施例的逆变器单元的电路图。
下文中，将参照图4a-4c来描述逆变器单元。
图4a示出了LLC谐振逆变器，图4b示出了全桥逆变器，图4c示出了半桥逆变器。根据本发明的LED驱动电路的逆变器单元可以由上述各种类型的逆变器形成，至于驱动方法，可以使用PWM(脉宽调制)方法和PFM(脉冲频率调制)方法。
图5是采用图2a所示的整流单元和图4a所示的逆变器的LED驱动电路的电路图，图6是采用图2a所示的整流单元和图4b所示的逆变器的LED驱动电路的电路图，以及图7是采用图2a所示的整流单元和图4c所示的逆变器的LED驱动电路的电路图。
图5至图7所示的LED驱动电路还可以包括：位于逆变器单元前级的PFC(功率因数校正)单元、位于PFC单元前级的输入滤波器、和位于输入滤波器前级的AC电源级。
由于如图5至图7所示，连接至变压器的初级绕组的逆变器单元可以由图4a至图4c所示的各种逆变器构成，因此，设计者可以根据产品说明书来选择并设计最适合的电路。
同时，尽管如图5至图7所示，连接至各变压器的各次级绕组的各整流单元由图2a所示的整流单元构成，但是，其还可以由图1a至图1d以及图2a至图2c所示的各种类型的整流单元构成，而不限于图5至图7所示的整流单元。
尽管传统的LED驱动电路采用了与LED通道一样多的DC/DC变换器和控制级来以恒流控制每个LED通道的电流，但是如图5至图7所示的根据本发明的LED驱动电路的恒流控制方法可以通过控制一个LED通道的电流来利用恒流控制其他LED通道的电流，而不管总共LED通道的数目。
因此，根据本发明的LED驱动电路在通过省略传统电路中采用的DC/DC变换器和控制级而降低成本、以及可以通过省略DC/DC变换器而提高功率变换效率方面具有显著的优势。此外，由于通过省略DC/DC变换器和控制级减少了LED驱动电路的体积从而增加了功率密度，因此，对于产品的小型化特别有利，以及省略了有源器件和IC，从而增强了产品可靠性。
如上所述，本发明提供了高效及低成本的LED驱动电路，该LED驱动电路能够通过减少制造成本而提高可靠性、通过省略必须用于LEC通道的恒流控制的DC/DC变换器和控制级以及使用设置有彼此串联连接的初级绕组的变压器和DC阻断电容器来提高功率变换效率和功率密度。
如上所述，尽管已经示出并描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不背离本发明构思的原理和范围的条件下，本领域技术人员可以对这些实施例进行替换、改进和变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种LED驱动电路，包括：
逆变器单元，用于切换输入电源；
多个变压器，包括连接至所述逆变器单元且彼此串联连接的多个初级绕组、以及多个次级绕组，其中所述多个次级绕组中的每一个都与所述多个初级绕组中的每一个耦合；
多个整流单元，其中的每一个都连接至所述多个次级绕组中的每一个；以及
多个LED，其中的每一个都连接至所述多个整流单元中的每一个。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述逆变器单元由选自由LLC谐振逆变器、全桥逆变器、和半桥逆变器所组成的组中的任意一个构成。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述整流单元由选自由全桥整流器、半波整流器、中心抽头整流器、和倍压整流器所组成的组中的任意一个构成。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，还包括：
平滑电容器，位于所述整流单元和所述LED之间，且并联连接至所述LED。
5.一种LED驱动电路，包括：
逆变器单元，用于切换输入电源；
多个变压器，包括连接至所述逆变器单元且彼此串联连接的多个初级绕组、以及多个次级绕组，其中所述多个次级绕组中的每一个都与所述多个初级绕组中的每一个耦合；
多个整流单元，其中的每一个都连接至所述多个次级绕组中的每一个；
多个DC阻断电容器，其中的每一个都连接在所述次级绕组和所述整流单元之间；以及
多个LED，其中的两个连接至所述多个整流单元中的每一个。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述逆变器单元由选自由LLC谐振逆变器、全桥逆变器、和半桥逆变器所组成的组中的任意一个构成。
7.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述多个整流单元中的每一个均包括：
第一二极管，其一端连接至第二LED的一端；
第三二极管，其一端连接至所述第一二极管的另一端；
第二二极管，其一端连接至第一LED的一端；
第四二极管，其一端连接至所述第二二极管的另一端，
其中，所述第三二极管的另一端、所述第四二极管的另一端、所述第一LED的另一端、以及所述第二LED的另一端连接至公共结点，所述多个DC阻断电容器中的每一个的一端均连接至所述次级绕组的一端，所述多个DC阻断电容器中的每一个的另一端均连接至所述第一二极管的另一端和所述第三二极管的一端之间的结点，以及所述次级绕组的另一端连接至所述第二二极管的另一端和所述第四二极管的一端之间的结点。
8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，进一步包括：
第一平滑电容器，并联连接至所述第一LED；以及
第二平滑电容器，并联连接至所述第二LED。
9.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述多个整流单元中的每一个都包括：
第一二极管，其一端连接至第一LED的一端；以及
第二二极管，其一端连接至第二LED的一端，
其中，所述第一LED的另一端连接至所述第二二极管的另一端，所述第二LED的另一端连接至所述第一二极管的另一端，所述多个DC阻断电容器中的每一个的一端均连接至所述次级绕组的一端，所述多个DC阻断电容器中的每一个的另一端均连接至所述第一LED的另一端和所述第二二极管的另一端之间的结点，以及所述次级绕组的另一端连接至所述第一二极管的另一端和所述第二LED的另一端之间的结点。
10.根据权利要求9所述的LED驱动电路，进一步包括：
第一平滑电容器，并联连接至所述第一LED；以及
第二平滑电容器，并联连接至所述第二LED。
11.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中，所述多个整流单元中的每一个都包括：
第一二极管，其一端连接至第一LED的一端；以及
第二二极管，其一端连接至第二LED的一端，
其中，所述第一LED的另一端连接至所述第二LED的另一端，所述多个DC阻断电容器中的每一个的一端均连接至中心抽头，所述多个DC阻断电容器中的每一个的另一端均连接至所述第一LED的另一端和所述第二LED的另一端之间的结点，位于所述中心抽头一侧的次级绕组连接至所述第一二极管的另一端，位于所述中心抽头另一侧的所述次级绕组连接至所述第二二极管的另一端。
12.根据权利要求11所述的LED驱动电路，进一步包括：
第一平滑电容器，并联连接至所述第一LED；以及
第二平滑电容器，并联连接至所述第二LED。
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