CN102098833B - 发光元件驱动电路与驱动发光元件的方法 - Google Patents

发光元件驱动电路与驱动发光元件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种发光元件驱动电路与驱动发光元件的方法。本发明中，使变压器的二次侧绕组提供正与负二次侧电压，以产生正与负输出电压，并将一发光元件电路耦接于该正与负输出电压之间。如此，可降低所需的元件耐压规格。

Description

发光元件驱动电路与驱动发光元件的方法
技术领域
本发明涉及一种发光元件驱动电路与驱动发光元件的方法，特别是指一种能够节省电路元件数量并降低元件所需规格的发光元件驱动电路与驱动发光元件方法。
背景技术
请参阅图1，现有技术从交流电源供应电力AC来驱动发光元件电路照明时，通常需要一个交直流电源转换供应装置(AC-DC powerregulator)10来将交流电转换成直流电压，再通过驱动电路20提供电力给发光元件电路50、并控制通过发光元件的电流。交直流电源转换供应装置10中除变压器13外，尚包含一次侧电路11、及二次侧电路12等。二次侧电路12侦测直流输出电压DC OUT，并以光耦合方式将侦测结果反馈回一次侧电路11中的脉宽调变(pulse width modulation，PWM)控制器PWM，以控制一次侧电路11内功率开关P的操作。
以上现有技术的缺点是，其先由交直流电源转换供应装置10产生直流输出电压，再由驱动电路20根据该电压来控制发光元件电路50的电流，因此至少必须使用一次侧电路11、二次侧电路12、及驱动电路20三颗集成电路芯片，在电路上并不经济。其次，当发光元件电路50所需的直流输出电压较高时，二次侧电路12、驱动电路20、与发光元件电路50中可能接触该直流输出电压的元件，必须选择具有较高耐压规格的元件，以避免损坏，因此不论就电路元件数量或元件所需规格而言，都造成较高的成本。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种发光元件驱动电路与驱动发光元件的方法。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种发光元件驱动电路，其例如可用于驱动发光二极管电路。
本发明的另一目的在于，提出一种驱动发光元件的方法。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种发光元件驱动电路，包含：一次侧电路，其接收一交流电力，并产生一次侧电压；与一次侧电路耦接的变压器，包括一次侧绕组与二次侧绕组，以将一次侧电压转换为二次侧电压；以及与变压器耦接的二次侧电路，根据该二次侧电压而产生输出电压，并供应输出电流给一发光元件电路；其中，该二次侧绕组包括一第一绕组以及一第二绕组，第一绕组提供一正电压，第二绕组提供一负电压，以组成该二次侧电压，且该输出电压亦包括正输出电压与负输出电压，而该发光元件电路耦接于正负输出电压之间。
在其中一种实施方式中，该发光元件电路较佳地包括一电流侦测电路，其侦测该输出电流，并产生一电流侦测讯号。
上述发光元件驱动电路中，该二次侧电路可包括：一运算放大器，其根据与输出电流相关的一电流侦测讯号，产生一运算讯号；且该发光元件驱动电路更包括一光耦合电路，根据该运算讯号，以光耦合方式产生一回授讯号，以输入该一次侧电路。
上述发光元件驱动电路中，该一次侧电路可包括：一功率开关，与该一次侧绕组耦接，以及一脉宽调变控制器，其根据该回授讯号，切换该功率开关，以控制一次侧绕组的导通时间，以调整输出电流的平均值。
在其中一种较佳的实施方式中，该发光元件电路包括由多个发光元件所串接的至少一发光元件串，且该电流侦测电路串接于该发光元件串之中，其两端至少各有一发光元件。
在其中一种较佳的实施方式中，该发光元件电路包括由多个发光元件所串接的至少一发光元件串，以及位于该发光元件串中的一晶体管开关，该晶体管开关两端至少各有一发光元件；且该二次侧电路包括一脉宽调变调光控制电路，其输出一调光讯号，操作该晶体管开关，以调整该输出电流的平均值。其中该发光元件电路可更包括与该晶体管开关耦接的两电阻，该两电阻分别耦接于该晶体管开关两端。
就另一个观点言，本发明提供了一种驱动发光元件的方法，包含：接收一交流电力，根据之产生一次侧电压；提供一个变压器，以将该一次侧电压转换为二次侧电压，其该二次侧电压具有正电压与负电压；将该二次侧电压转换为正与负输出电压；以及将一发光元件电路耦接于该正与负输出电压之间。
上述方法中，该变压器包括一次侧绕组与二次侧绕组，且所述的驱动发光元件的方法可更包含：侦测流过发光元件电路的电流；以及根据侦测结果，回授控制一次侧绕组的导通时间。
上述方法可更包含：以脉宽调变方式控制一次侧绕组的导通时间，使流过发光元件电路的平均电流低于最大电流。
上述方法可更包含：以脉宽调变方式控制发光元件电路的导通时间，使流过发光元件电路的平均电流低于最大电流。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1说明现有技术通过交直流电源转换供应装置10将交流电压转换为直流电压，再通过LED驱动电路20提供电力给LED电路50；
图2显示本发明的一个实施例；
图3显示本发明的另一个实施例；
图4显示本发明的又一个实施例；
图5A与5B说明发光元件电路51的平均亮度调整方式；
图6说明本发明的再一个实施例。
图中符号说明
10交直流电源转换供应装置
11一次侧电路
12二次侧电路
13，14变压器
20驱动电路
141一次绕组
142二次绕组
1421第一绕组
1422第二绕组
30发光元件驱动电路
31一次侧电路
311PWM控制器
32二次侧电路
34光耦合器
36PWM调光控制电路
50，51，52发光元件电路
AC交流电源供应电力
Duty工作比
OP运算放大器
P功率开关
Q晶体管开关
Rs，Rs1，Rs2电阻
具体实施方式
如图2所示，根据本发明，发光元件驱动电路30并不需要经过如现有技术的两阶段转换：即由交流电力，转换为直流输出电压，再由此直流输出电压转换为发光元件电路50的电流；而是由发光元件驱动电路30中的一次侧电路31、变压器13、及二次侧电路32，直接将交流电力转换为受控的输出电流，以供应发光元件电路50。本发明中并不需要二次侧电路12和驱动电路20两颗集成电路芯片。至于输出电流的控制，可通过光耦合方式将所侦测到的电流讯息回授至一次侧电路31，由功率开关P的导通与切断来控制。
图3显示本发明的另一个实施例，如图所示，本实施例的发光元件驱动电路30包含：一次侧电路31，其接收经整流后的交流电力，并输出一次侧电压；与一次侧电路31耦接的变压器14，包括一次侧绕组141与二次侧绕组142，以将一次侧电压转换为二次侧电压；以及与变压器14耦接的二次侧电路32，将二次侧电压转换为输出电压并提供受控的输出电流给发光元件电路50，此电路50例如为发光二极管(LED)电路，但也可为任何其它的发光元件电路、甚至是受电流控制的其它元件电路(不必须为发光元件)。本实施例中，二次侧绕组142包括第一绕组1421以及第二绕组1422，其中，第一绕组提供正电压+V/2，第二绕组提供负电压-V/2，以组成二次侧电压，即一端为+V/2，一端为-V/2。此具有正负电压的二次侧电压，经过二次侧电路32的转换，产生正负输出电压，即+Vout/2与-Vout/2的输出电压，这使得二次侧电路32中的元件规格，可以不需要承受二次侧电压的总和V或输出电压的总和Vout，而只须承受一半的电压V/2或Vout/2，这使电路元件的成本下降，也延长了电路的寿命。
图4显示本发明的另一个实施例，在此实施例中，发光元件电路51中另包含电阻Rs，作为电流侦测电路，用以侦测输出电流。电阻Rs与其它发光元件串联，且电阻Rs大致位于发光元件串的中间位置。所谓“大致位于发光元件串的中间位置”，意指：电阻Rs并不直接与正或负输出电压+Vout/2或-Vout/2连接，而是在电阻Rs的两端至少各有一个发光元件。在较佳实施形态中，电阻Rs两端的发光元件数目宜相等，但本发明的范围亦应涵盖电阻Rs两端发光元件数目不完全相等的情况。电阻Rs两端的电压差做为电流侦测讯号，输入二次侧电路32中的运算放大器OP，其根据电流侦测讯号，产生运算讯号，此运算讯号经晶体管放大后通过光耦合器(Optocoupler)34，以光耦合的方式，产生回授讯号，输入一次侧电路31中的脉宽调变(pulse widthmodulation，PWM)控制器PWM 311，如此，便可通过切换功率开关P，控制一次侧绕组141的导通时间，以对应控制流过发光元件电路51的电流，维持该电流足供发光元件电路51发亮所需。
请继续参阅图4，因发光元件串两端的电压为正电压与负电压，因此电阻Rs不需要将一端与接地端耦接，而可大致设置于发光元件串的中间位置，其优点为，电阻Rs可以采用耐压规格较低的电阻；另外，相较于将电阻Rs设置于发光元件串的一端，设置于发光元件串的中间位置可产生较正确的电流侦测讯号，从而得到更正确的亮度控制。
图4中，除可控制流过发光元件电路51的电流，使其为固定亮度(通常为最大亮度)外，更可通过脉宽调变控制方式，调整发光元件电路51的亮度，亦即达成调光(dimming)功能。
图5A与5B说明如何以脉宽调变控制方式控制发光元件电路51的亮度。假设当功率开关P的工作比(duty ratio)为100％(对应于一次侧绕组141的导通时间)时，供应给发光元件电路51的输出电流为最大电流，则如图5A所示，通过切换功率开关P，使得工作比维持在50％，则输出电流的平均电流，也就是如图所示的调光/平均电流，为最大电流的50％，亦即发光元件亮度大致为工作比100％时的一半；相似的，如图5B所示，功率开关P的工作比如维持在80％，则输出电流的平均电流，也就是如图所示的调光/平均电流，为最大电流的80％，亦即发光元件亮度大致为工作比100％时的80％。当然，以上仅是为便于了解而作的说明，输出电流为最大电流的情况，可不必对应于功率开关P的工作比100％，但以上原理不变。须说明的是，在图1所示的现有技术中，功率开关P只用于调节输出的功率，而并不能调整对发光元件电路50的输出电流。
图6显示本发明的另一个实施例，与图4所示的实施例不同的是，在本实施例中，二次侧电路32更包含PWM调光控制电路36，其输出一调光讯号，控制发光元件电路52中的晶体管开关Q，来调整发光元件电路52亮度，其调整亮度的方式，同样可如图5A与5B所说明，亦即假设当开关Q的工作比为100％时，供应给发光元件电路51的输出电流为最大电流，则PWM调光控制电路36可调整开关Q的工作比，而对应调整输出电流的平均电流，也就是控制发光元件电路52亮度。如图6所示，开关Q设置于发光元件串大致中间的位置，亦即在开关Q的两端至少各有一个发光元件。且在较佳实施形态中，在开关Q的两端分别设置电阻Rs1与Rs2，使开关的两端分别耦接一电阻与半数的发光元件，然后分别耦接至正电压+Vout/2与负电压-Vout/2，如此，开关Q可在零电压附近操作。其中，电阻Rs1与Rs2任何一者皆可作电流侦测之用。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，发光元件电路不必然是发光二极管，而可为任何其它需要进行电流控制的电路。又如，二次侧电路32内部的双载子晶体管，可以改换为场效晶体管。再如，在所示各实施例电路中，可插入不影响讯号主要意义的元件，如其它开关等。凡此种种，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种发光元件驱动电路，其特征在于，包含：
一次侧电路，其接收一交流电力，并产生一次侧电压；
与一次侧电路耦接的变压器，包括一次侧绕组与二次侧绕组，以将一次侧电压转换为二次侧电压；以及
与变压器耦接的二次侧电路，根据该二次侧电压而产生输出电压，并供应输出电流给一发光元件电路；
其中，该二次侧绕组包括一第一绕组以及一第二绕组，第一绕组提供一正电压，第二绕组提供一负电压，以组成该二次侧电压，且该输出电压亦包括正输出电压与负输出电压，而该发光元件电路耦接于正负输出电压之间，
其中，该二次侧电路包括一运算放大器，其根据与输出电流相关的一电流侦测讯号，产生一运算讯号；且该发光元件驱动电路还包括一光耦合电路，根据该运算讯号，以光耦合方式产生一回授讯号，以输入该一次侧电路。
2.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，该一次侧电路包括一功率开关，与该一次侧绕组耦接，以及一脉宽调变控制器，其根据该回授讯号，切换该功率开关，以控制一次侧绕组的导通时间，以调整输出电流的平均值。
3.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，该发光元件电路包括一电流侦测电路，其侦测该输出电流，并产生所述电流侦测讯号。
4.如权利要求3所述的发光元件驱动电路，其中，该发光元件电路包括由多个发光元件所串接的至少一发光元件串，且该电流侦测电路串接于该发光元件串之中，其两端至少各有一发光元件。
5.一种发光元件驱动电路，其特征在于，包含：
一次侧电路，其接收一交流电力，并产生一次侧电压；
与一次侧电路耦接的变压器，包括一次侧绕组与二次侧绕组，以将一次侧电压转换为二次侧电压；以及
与变压器耦接的二次侧电路，根据该二次侧电压而产生输出电压，并供应输出电流给一发光元件电路；
其中，该二次侧绕组包括一第一绕组以及一第二绕组，第一绕组提供一正电压，第二绕组提供一负电压，以组成该二次侧电压，且该输出电压亦包括正输出电压与负输出电压，而该发光元件电路耦接于正负输出电压之间，
其中，该发光元件电路包括由多个发光元件所串接的至少一发光元件串，以及位于该发光元件串中的一晶体管开关，该晶体管开关两端至少各有一发光元件；且该二次侧电路包括一脉宽调变调光控制电路，其输出一调光讯号，操作该晶体管开关，以调整该输出电流的平均值。
6.如权利要求5所述的发光元件驱动电路，其中，该发光元件电路还包括与该晶体管开关耦接的两电阻，该两电阻分别耦接于该晶体管开关两端。
7.一种驱动发光元件的方法，其特征在于，包含：
接收一交流电力，根据之产生一次侧电压；
提供一个变压器，以将该一次侧电压转换为二次侧电压，其该二次侧电压具有正电压与负电压；
将该二次侧电压转换为正与负输出电压；以及
将一发光元件电路耦接于该正与负输出电压之间，
其中，该变压器包括一次侧绕组与二次侧绕组，所述的驱动发光元件的方法还包含：
利用一光耦合器感知侦测流过发光元件电路的电流；以及
根据侦测结果，回授控制一次侧绕组的导通时间，
其中，该发光元件电路包括由多个发光元件所串接的至少一发光元件串，及一用以侦测流过发光元件电路电流的电流侦测电路，该电流侦测电路串接于该发光元件串之中，其两端至少各有一发光元件。
8.如权利要求7所述的驱动发光元件的方法，其中，还包含：以脉宽调变方式控制一次侧绕组的导通时间，使流过发光元件电路的平均电流低于最大电流。
9.一种驱动发光元件的方法，其特征在于，包含：
接收一交流电力，根据之产生一次侧电压；
提供一个变压器，以将该一次侧电压转换为二次侧电压，其该二次侧电压具有正电压与负电压；
将该二次侧电压转换为正与负输出电压；以及
将一发光元件电路耦接于该正与负输出电压之间，
其中，还包含：以脉宽调变方式控制发光元件电路的导通时间，使流过发光元件电路的平均电流低于最大电流，
其中，该发光元件电路包括由多个发光元件所串接的至少一发光元件串，以及位于该发光元件串中的一晶体管开关，该晶体管开关两端至少各有一发光元件；且该二次侧电路包括一脉宽调变调光控制电路，其输出一调光讯号，操作该晶体管开关，以调整流过发光元件电路的平均电流。
10.如权利要求9所述的驱动发光元件的方法，其中，该发光元件电路还包括与该晶体管开关耦接的两电阻，该两电阻分别耦接于该晶体管开关两端。
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