CN102103831A

CN102103831A - 一种led背光驱动电路

Info

Publication number: CN102103831A
Application number: CN2010102325870A
Authority: CN
Inventors: 徐�明; 张少斌
Original assignee: FSP Powerland Technology Inc
Current assignee: FSP Powerland Technology Inc
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2011-06-22
Also published as: US8610660B2; US20120013261A1

Abstract

本发明公开了一种LED背光驱动电路，属于LED驱动领域。该驱动电路由Boost电路和变压器均流电路构成，Boost电路提供所有LED串所需要的总电流，变压器均流电路连接各LED串，在均流电路里采用n-1个变压器，n为LED的串数，第一和第n路LED均流电路分别由开关管连接第一变压器副边和开关管连接第n-1变压器原边组成，第i路(1＜i＜n，n＞2)LED均流电路由开关管依次连接第i-1变压器原边和第i变压器副边组成。本发明在LED驱动电路中串入被动型变压器实现均流，可应用于大于1的任意奇数或偶数串LED并联的系统，降低了系统成本。

Description

一种LED背光驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种带变压器均流的LED背光驱动电路，属于LED驱动领域。

背景技术

以前的液晶显示屏(LCD)背光源主要由冷阴极荧光灯(CCFL)构成。随着发光二极管(LED)的发展，由于其具有发光效率高、响应速度快、色彩还原性好、寿命长以及无汞等优点，在液晶电视(LCD TV)等大屏幕应用中LED逐渐开始取代CCFL成为主要的背光源。

为了获得足够的亮度，在背光应用中需要将很多的LED串联使用。然而，出于对特定功率变换或安全等实际问题的考虑，每串中LED的数目通常有一定的限制，因此在实际的大尺寸LCD背光应用中，LED通常先串联组成LED串，然后各LED串再并联起来组成LED阵列。为了使整个LCD屏幕亮度一致，各LED串必须提供相同的发光亮度。由LED的特性可知，LED的发光亮度正比于其驱动电流，而LED两端电压很小的波动就会导致流过LED的电流发生很大的变化。因此，为了产生恒定的亮度，必须对LED背光电源中的各串LED进行恒流控制。

典型的LED背光电源结构(如图1所示)一般由三级电路组成：第一级是功率因数校正电路(PFC)，第二级是DC-DC隔离变换器，第三级是LED驱动电路。传统的LED驱动电路如图2所示。LED驱动电路用来驱动LED串，并对各串LED进行均流控制以产生相同的亮度。

LED均流电路通常是由运算放大器、晶体管、MOSFET等主动元件或是由这些元件集成的PWM控制器来实现的。由这些主动元件组成的LED均流电路(如图3所示)在均流时元件的导通损耗很大，使得整个背光系统的散热问题很难解决。另外，在主动均流电路中，每一串LED都需要一个专门的均流控制电路，以分别对各串电流进行单独控制，这就增加了整个系统的复杂性和成本，降低了系统的效率，因此这种主动均流方法并不适用于LED串数很多的场合。

为了克服主动均流电路的缺陷，出现了由电容、电感等被动元件代替主动元件所组成的被动均流电路：1、电容均流电路，如图4(a)所示，它由电容与两串反并联的LED串联组成。该电路的输入是高频的交流信号，流过各串LED的电流波形是交流半波，因此各串LED导通的最大占空比只有50％，而且只有与同一电容相串联的两串反并联的LED才能实现良好的均流，其余各串LED之间并不能实现均流。2、变压器均流电路，如图4(b)所示，该电路中变压器的原、副边分别与两串LED串联来实现均流，但是这种方法只能用于LED串数是偶数的场合。

发明内容

本发明针对背景技术所述LED驱动电路的均流电路存在的缺陷，而提出一种带变压器均流的LED背光驱动电路。

该电路的结构包括：电感、Boost开关管和n路LED均流电路，n为LED的串数，n为大于1的自然数，电感的一端接入直流输入电压，电感的另一端连接Boost开关管的漏极，Boost开关管的源极接地，n路LED均流电路中：第一路LED均流电路包括第一均流开关管和第一变压器的副边绕组，第一均流开关管的漏极连接Boost开关管的漏极，第一均流开关管的源极连接第一变压器副边绕组的异名端，第一变压器副边绕组的同名端连接第一LED串的输入端；第n路LED均流电路包括第n均流开关管和第n-1变压器的原边绕组，第n均流开关管的漏极连接Boost开关管的漏极，第n均流开关管的源极连接第n-1变压器原边绕组的同名端，第n-1变压器原边绕组的异名端连接第n LED串的输入端；当n＞2时，令1＜i＜n，i为自然数，第i路LED均流电路包括第i均流开关管、第i-1变压器的原边绕组和第i变压器的副边绕组，第i均流开关管的漏极连接Boost开关管的漏极，第i均流开关管的源极连接第i-1变压器原边绕组的同名端，第i-1变压器原边绕组的异名端连接第i变压器副边绕组的异名端，第i变压器副边绕组的同名端连接第i LED串的输入端；所有LED串的输出端均连接Boost开关管的源极并接地。

本发明是在LED驱动电路中串入被动型变压器实现LED串的均流，仅需要n-1个小尺寸变压器就可实现n串LED的均流，可应用于大于1的任意奇数或偶数串LED并联的系统。与传统的主动均流方法相比，本发明使用的元器件数量和损耗都极大的减小，系统成本大大降低，因此非常适合应用于液晶电视等大屏幕LCD的背光系统。

附图说明

图1为典型的LED背光电源结构示意图。

图2为传统的LED驱动电路示意图。

图3为三种主动LED均流电路原理图。

图4(a)为电容均流电路原理图；图4(b)为变压器均流电路原理图。

图5为本发明的电路原理图。

图6为本发明驱动三串LED时的等效电路原理图。

图7为本发明实施例的电路原理图。

图5、图6、图7中标号名称：V_s为直流电压(输入电压)；L为电感；S₀为Boost开关管；S₁～S₃分别为第一至第三均流开关管；D₁～D₃分别为第一至第三整流二极管；T₁、T₂分别为第一和第二变压器；N_P1、N_S1分别为第一变压器T₁的原、副边绕组；N_P2、N_S2分别为第二变压器T₂的原、副边绕组；V₁、V₂分别为第一、第二变压器T₁、T₂绕组的压降；R_d1、R_d2、R_d3分别为第一至第三LED串的等效阻抗；I₁、I₂、I₃分别为第一至第三LED串的正向电流。

图8为本发明实施例驱动三串LED时的仿真电路原理图。

图9(a)为不带均流变压器时三串LED的电流仿真波形图；图9(b)为带均流变压器时三串LED的电流仿真波形图。

具体实施方式

本发明的LED背光驱动电路如图5所示，该电路由Boost电路和变压器均流电路构成。恒流控制的Boost电路提供所有LED串所需要的总电流，变压器均流电路用来自动实现各串LED之间电流的匹配。

根据图5，该电路的实施结构包括：电感L、Boost开关管S₀和n路LED均流电路，n为LED的串数，n为大于1的自然数，电感L的一端接入直流输入电压V_s，电感L的另一端连接Boost开关管S₀的漏极，Boost开关管S₀的源极接地，n路LED均流电路中：第一路LED均流电路包括第一均流开关管S₁和第一变压器T₁的副边绕组N_S1，第一均流开关管S₁的漏极连接Boost开关管S₀的漏极，第一均流开关管S₁的源极连接第一变压器T₁副边绕组N_S1的异名端，第一变压器T₁副边绕组N_S1的同名端连接第一LED串的输入端；第n路LED均流电路包括第n均流开关管S_n和第n-1变压器T_n-1的原边绕组N_Pn-1，第n均流开关管S_n的漏极连接Boost开关管S₀的漏极，第n均流开关管S_n的源极连接第n-1变压器T_n-1原边绕组N_Pn-1的同名端，第n-1变压器T_n-1原边绕组N_Pn-1的异名端连接第nLED串的输入端；当n＞2时，令1＜i＜n，i为自然数，第i路LED均流电路包括第i均流开关管S_i、第i-1变压器T_i-1的原边绕组N_Pi-1和第i变压器T_i的副边绕组N_Si，第i均流开关管S_i的漏极连接Boost开关管S₀的漏极，第i均流开关管S_i的源极连接第i-1变压器T_i-1原边绕组N_Pi-1的同名端，第i-1变压器T_i-1原边绕组N_Pi-1的异名端连接第i变压器T_i副边绕组N_Si的异名端，第i变压器T_i副边绕组N_Si的同名端连接第i LED串的输入端；所有LED串的输出端均连接Boost开关管S₀的源极并接地。

所述LED串是由多个LED的阴极、阳极顺向串联组成，LED串的输入端即第一个LED的阳极，LED串的输出端即最后一个LED的阴极。上述电路中，Boost开关管S₀与第一至第n均流开关管S₁～S_n互补导通，Boost开关管S₀和第一至第n均流开关管S₁～S_n我们拟采用功率场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT，IGBT的发射极相当于MOSFET的源极，IGBT的集电极相当于MOSFET的漏极。在实施例中，第一至第n均流开关管S₁～S_n还可以分别采用第一至第n整流二极管D₁～D_n替代，电路连接关系如图7所示：整流二极管的阳、阴极相当于均流开关管的漏、源极。

由于补偿LED串的电压变化所需要的伏秒值很小，所以采用小尺寸的均流变压器即可。

图5也给出了本发明驱动三串LED时的电路结构(n＝3)。为了便于分析，图6给出了本发明驱动三串LED时的等效电路原理图，其中：忽略整流二极管的正向压降，第一和第二变压器T₁、T₂均是匝比为1∶1的理想变压器。由于变压器T₁、T₂的原、副边绕组匝数相等，根据变压器的原理，流过其原、副边的电流也相等，从而可实现各串LED之间的均流。根据图6可得到：

\{\begin{matrix} V_{s} - V_{1} = I_{1} R_{d 1} \\ V_{s} + V_{1} - V_{2} = I_{2} R_{d 2} \\ V_{s} + V_{2} = I_{3} R_{d 3} \\ I_{1} = I_{2} = I_{3} = I \end{matrix}

均流后各串LED的电流为：

I = \frac{3 \cdot V_{s}}{R_{d 1} + R_{d 2} + R_{d 3}}

变压器T₁、T₂绕组的压降分别为：

\{\begin{matrix} V_{1} = \frac{R_{d 2} + R_{d 3} - {2 R}_{d 1}}{3} \cdot I \\ V_{2} = \frac{{2 R}_{d 3} - R_{d 1} - R_{d 2}}{3} \cdot I \end{matrix}

如图8所示为本发明实施例驱动三串LED时的仿真电路。其中：均流变压器的励磁电感为5mH，原、副边耦合系数为0.99，与LED等效电阻并联的滤波电容为1uF。根据LED的相关资料可知，同一型号LED的实际正向压降与其额定值的差异在最差情况下约为23％。因此，在图8的仿真电路中，三串LED的等效电阻分别取1k、1.3k、1.6k。

如图9(a)和(b)所示分别为不带均流变压器和带均流变压器时三串LED的电流仿真波形，仿真结果如表1所示。从表1可以看出，加入均流变压器后电流的均流精度得到了很大改善，增大均流变压器的励磁电感可进一步提高系统的均流性能。

表1：图5(a)和(b)的仿真结果对比

Claims

1.一种LED背光驱动电路，包括电感(L)和Boost开关管(S₀)，电感(L)的一端接入直流电压(V_s)，电感(L)的另一端连接Boost开关管(S₀)的漏极，Boost开关管(S₀)的源极接地，其特征在于：

还包括n路LED均流电路，n为LED的串数，n为大于1的自然数，其中：

第一路LED均流电路包括第一均流开关管(S₁)和第一变压器(T₁)的副边绕组(N_S1)，第一均流开关管(S₁)的漏极连接Boost开关管(S₀)的漏极，第一均流开关管(S₁)的源极连接第一变压器(T₁)副边绕组(N_S1)的异名端，第一变压器(T₁)副边绕组(N_S1)的同名端连接第一LED串的输入端；

第n路LED均流电路包括第n均流开关管(S_n)和第n-1变压器(T_n-1)的原边绕组(N_Pn-1)，第n均流开关管(S_n)的漏极连接Boost开关管(S₀)的漏极，第n均流开关管(S_n)的源极连接第n-1变压器(T_n-1)原边绕组(N_Pn-1)的同名端，第n-1变压器(T_n-1)原边绕组(N_Pn-1)的异名端连接第n LED串的输入端；

当n＞2时，令1＜i＜n，i为自然数，第i路LED均流电路包括第i均流开关管(S_i)、第i-1变压器(T_i-1)的原边绕组(N_Pi-1)和第i变压器(T_i)的副边绕组(N_Si)，第i均流开关管(S_i)的漏极连接Boost开关管(S₀)的漏极，第i均流开关管(S_i)的源极连接第i-1变压器(T_i-1)原边绕组(N_Pi-1)的同名端，第i-1变压器(T_i-1)原边绕组(N_Pi-1)的异名端连接第i变压器(T_i)副边绕组(N_Si)的异名端，第i变压器(T_i)副边绕组(N_Si)的同名端连接第i LED串的输入端；

所有LED串的输出端均连接Boost开关管(S₀)的源极并接地。

2.根据权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于：所述第一至第n均流开关管(S₁～S_n)可分别采用第一至第n整流二极管(D₁～D_n)替代，整流二极管的阳、阴极相当于均流开关管的漏、源极。