CN102215623A

CN102215623A - Led驱动装置

Info

Publication number: CN102215623A
Application number: CN2011100879373A
Authority: CN
Inventors: 麻生真司
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: JP2011222327A; CN102215623B; US8441201B2; US20110248638A1; JP5471752B2

Abstract

本发明提供构成为简易且低成本的LED驱动装置，其能够确保提供给LED负载组及其他负载的电力，并能平衡在LED负载组分别流过的电流。该LED驱动装置具有：电力供给单元，其具有具备一次绕组和多个二次绕组的变压器，且从多个二次绕组输出交变电力；与上述多个二次绕组的第1二次绕组连接的电流平衡部和第1整流平滑部；LED负载组，其由多个LED串联连接而成，且被提供经上述第1整流平滑部平滑后的电力；电力控制部，其基于流过上述第1和第2LED负载组的电流，控制提供给上述第1和第2LED负载的电力；以及与上述多个二次绕组的第2二次绕组的两端连接的直流负载，上述电力供给单元基于提供给上述直流负载的电力，控制上述交变电力。

Description

LED驱动装置

技术领域

本发明涉及LED驱动装置。更详细而言，本发明涉及向LED负载及其它负载提供电力的LED驱动装置。

背景技术

以往作为驱动串联连接的多个LED(Light Emitting Diode)的LED驱动装置，例如已知专利文献1。

专利文献1公开的LED驱动装置是由多个将多个LED元件串联连接而成的LED负载组(LED串)并联连接而形成的。然而由于LED元件具有彼此不同的Vf(顺向电压)，因而如果在多个LED负载组并联连接的状态下被驱动，则在LED负载组中分别流过的电流会变得不平衡。于是，专利文献1中设置与各个LED负载组对应的恒流电路，从而控制LED负载组中分别流过的电流，使流过LED负载组的电流变得平衡。

【专利文献1】日本特开2004-319583号公报

然而在现有的LED驱动装置中，需要按照LED负载组的并联数量设置恒流电路，因此会招致LED驱动装置的大型化和高成本化。进而，现有的LED驱动装置没有考虑到向LED负载之外的负载提供电力的情况。

发明内容

本发明的目的在于，着眼于上述问题点，提供一种构成为简易且低成本的LED驱动装置，其能够确保提供给LED负载组及其他负载的电力，并能平衡在LED负载组分别流过的电流。

为了解决上述课题，本发明涉及的LED驱动装置的特征在于，具有：电力供给单元，其具有具备一次绕组和多个二次绕组的变压器，且从多个二次绕组输出交变电力；与上述多个二次绕组的第1二次绕组连接的第1绕组和第1整流平滑电路的第1串联连接体；第1LED负载组，其由多个LED串联连接而成，且被提供经上述第1整流平滑电路平滑后的电力；与上述第1二次绕组连接的第2绕组和第2整流平滑电路的第2串联连接体；第2LED负载组，其由多个LED串联连接而成，且被提供经上述第2整流平滑电路平滑后的电力；电力控制部，其基于流过上述第1LED负载组和第2LED负载组的电流，控制提供给上述第1LED负载组和第2LED负载组的电力；以及直流负载，其与上述多个二次绕组的第2二次绕组的两端连接，上述第1绕组和第2绕组彼此电磁耦合，上述电力供给单元基于提供给上述直流负载的电力，控制上述交变电力。

根据本发明涉及的LED驱动装置，由构成电力供给单元的多个二次绕组向LED负载组及其它直流负载提供电力。而且由于与第1和第2整流平滑电路连接的第1和第2绕组彼此电磁耦合起来，因而流过第1和第2LED负载组的电流得以平衡。因此能够提供一种构成为简易且低成本的LED驱动装置，其能够确保提供给LED负载组及其他负载的电力，并能平衡在LED负载组分别流过的电流。

附图说明

图1是本发明第1实施方式涉及的LED驱动装置100的电路构成图。

图2是开关电路21的详细电路构成图(a)和电力控制单元6的详细电路构成图(b)。

图3是表示LED的Vf-If特性的图。

图4是本发明第2实施方式涉及的LED驱动装置200的电路构成图。

图5是本发明第3实施方式涉及的LED驱动装置300的电路构成图。

图6是本发明第4实施方式涉及的LED驱动装置400的电路构成图。

图7是电流平衡部3和第1整流平滑部4的详细电路构成图。

图8是电流平衡部3和第1整流平滑部4的变形后的电路构成图。

图9是电流平衡部3和第1整流平滑部4的变形后的电路构成图。

图10是电流平衡部3和第1整流平滑部4的变形后的电路构成图。

符号说明

1直流电源；2电力供给单元；3电流平衡部；4第1整流平滑部；5LED负载组；6电力控制单元；7电流检测部；8第2整流平滑部；9负载电压检测部；10第3整流平滑部；11直流负载；21开关电路；22开关控制单元；LD1～LD4LED负载

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明实施方式的LED驱动装置。在如下附图内容中，对相同或类似部分赋予相同或类似的符号。其中，附图是示意性的，不同于现实情况。另外，附图彼此之间可能存在彼此尺寸关系和比率不同的部分。

【实施例1】

图1是表示本发明第1实施方式涉及的LED驱动装置100的电路构成的图。LED驱动装置100具有：具有一次绕组Np、二次绕组Ns1和Ns2的变压器T；电力供给单元2；具有电流平衡部3和第1、第2整流平滑电路的第1整流平滑部4；具有多个LED负载的LED负载组5；电力控制部6、直流负载11。

关于本实施方式涉及的LED驱动装置100，说明的是用于驱动由4系统LED负载LD1～LD4构成的LED负载组的情况。另外，构成各LED负载的LED元件具有不同的Vf(顺向电压)，因而各LED负载LD1～LD4具有彼此不同的阻抗。

直流电源1由电池等直流电源构成，或者由从商用电源等交流电源经由整流平滑电路获得的公知的直流电源构成。

电力供给单元2通过具有开关元件的开关电路21和开关控制单元22以及变压器T构成。开关电路21与直流电源1连接，基于负载电压检测部9的输出，通过从开关控制单元22输出的控制信号使开关元件进行导通截止工作，从而将来自直流电源1的直流电压转换为高频交流电压(交变电压)，提供给变压器T的一次绕组Np。该交流电压作为电力供给单元2的输出电压从变压器T的第1二次绕组Ns1提供给电流平衡部3，并且从第2二次绕组Ns2提供给第2整流平滑部8。

图2表示本实施方式涉及的开关电路21的详细电路构成(a)和电力控制单元6的详细电路构成(b)。电力供给单元2例如由谐振型开关电源装置构成。详细而言，为了提供正弦波状的交变电流，在直流电源1的两端连接由MOSFET构成的开关元件QH与由MOSFET构成的开关元件QL的串联电路。在开关元件QH与开关元件QL的接点连接有变压器T的一次绕组Np与电流谐振电容器Cri的串联谐振电路。变压器T具有漏电感Lr1、Lr2。Lp是变压器T的励磁电感。开关元件QL和开关元件QH交替地导通截止，从而从变压器T的二次绕组Ns1和Ns2提供由漏电感Lr1、Lr2和电流谐振电容器Cri谐振来产生的正弦波状的交变电流。

电流平衡部3将从变压器T的第1二次绕组Ns1提供的交流电压从多个输出端子输出给第1整流平滑部4。电流平衡部3由与多个LED负载对应的多个绕组构成。另外，如上所述，为了使阻抗彼此不同的各LED负载LD1～LD4所流过的电流均衡化，多个绕组彼此电磁耦合。

第1整流平滑部4使通过电流平衡部3均衡化后的交流电力整流平滑，作为直流电力提供给LED负载组5。第1整流平滑部4由与多个LED负载对应的二极管D1～D4以及电容器C1～C4构成。并且，电容器所带的+记号表示阳极(正极)。

LED负载组5如上所述具有阻抗彼此不同的LED负载LD1～LD4，构成照明模块、LED显示装置或液晶电视机的背光模块。LED负载LD1～LD4各自具有例如由同样数量的白色LED串联连接而成的构成。图1中的LED负载的并联数量为4个，然而不限于此。另外，构成LED负载的白色LED的串联数量可为任意数量。

电流检测部7一并检测出在LED负载LD1～LD4分别流过的电流，将其与预定的电流设定值之间的差分作为电流检测信号输出给电力控制部6。电流检测部7例如具有与LED负载LD1～LD4的阴极连接的检测电阻Rs和误差放大器(运算放大器)。预定的电流设定值可以是任意的固定值，还可以是通过未图示的外部信号而变化的可变值。

电力控制部6基于电流检测部7的电流检测信号控制流过LED负载组的电流，调整LED元件的亮度。如图2(b)所示，电力控制部6例如由具有电抗器L、开关元件Q、二极管D的升压斩波电路构成。电抗器L的一端与第2整流平滑部8的输出端子连接，另一端与二极管D的阳极和开关元件Q的一端连接。二极管D的阴极与电容器C0的一端和第1整流平滑部4的电容器C1～C4连接。开关元件Q的另一端与电容器C0的另一端和地线连接。开关元件Q的控制端子与电流检测部7连接，输入电流检测信号。即，电力控制部6的输入端子与第2整流平滑部8的输出端子连接，该输出端子与第1整流平滑部4连接。本实施方式涉及的电力控制部6按照电流检测信号转换第2整流平滑部8的输出电压，控制电容器C0的两端电压，从而对第1整流平滑部4的电容器C1～C4的两端电压进行升压，将LED负载组5控制为期望亮度。

第2整流平滑部8对从变压器T的第1二次绕组Ns1提供的交流电压进行整流平滑，作为直流电力提供给电力控制部6和直流负载11。第2整流平滑部8与第1整流平滑部4同样是由二极管和电容器构成的。

直流负载11例如构成液晶电视机的液晶驱动器或图像处理电路、LED显示装置的控制电路或者周边设备。

负载电压检测部9检测第2整流平滑部8的输出电压，将其与第1或第2基准值之间的差分作为电压检测信号输出给开关控制单元22。即，开关控制单元22通过反馈到开关控制单元22的电压检测信号控制构成开关电路21的开关元件QH和QL，将第2整流平滑部8的输出电压维持在期望电压。

在此说明LED电压Vf(顺电压)和电流If(顺电流)的特性。图3表示LED电压Vf-电流If的特性的具体例子。如图3所示，通常LED处于电压Vf以下时呈现电流If约为0A的特性。图3的特性中，当成为约2.4V以下的电压Vf时，流过的电流If非常小(大致为0A)。

因此，当熄灭LED负载LD1～LD4的情况下，通过第2整流平滑部8对第1二次绕组Ns1或与第1二次绕组Ns1缠绕于同一变压器T的第2二次绕组Ns2的电压进行平滑，通过电力控制部6对该电压进行电压控制，从而使得从第1二次绕组Ns1经由电流平衡部3整流平滑后的电压成为使在LED负载LD1～LD4流过的电流消失的电压(在图3所示特性中，每个LED小于等于2.4V、例如为2V)，从而能熄灭LED负载LD1～LD4。

另一方面，当点亮LED负载LD1～LD4时，通过电力控制部6使得电流流过LED元件的电压、例如每个LED元件的电压为3.4V，从而在LED元件流过大约30mA电流，能点亮LED负载LD1～LD4。

如图1所示，构成电力供给单元2的开关控制单元22被输入来自负载电压检测部9的电压检测信号。熄灭LED负载LD1～LD4时，开关控制单元22控制开关电流21，使得电压检测信号接近第1基准值。另外，熄灭LED负载LD1～LD4时，开关控制单元22控制开关电流21，使得电压检测信号接近第2基准值。在本实施方式中，开关控制单元22构成为按照电压检测信号调制开关元件QH和QL的工作频率。并且，第1基准值是大于第2基准值的值。

如上所述，本实施方式的LED驱动装置100对向直流负载11提供电力的第2整流平滑部8的输出电压进行控制，同时按照变压器T的各绕组的匝数比控制第1整流平滑部4的电容器C1～C4的两端电压。进而，按照流过LED负载组5的电流控制第1整流平滑部4的电容器C1～C4的两端电压，就能控制LED负载组5的亮度。另外，电流平衡部3能够通过绕组的电磁耦合使在LED负载LD1～LD4分别流过的电流变得均衡。

【实施例2】

图4是表示本发明第2实施方式涉及的LED驱动装置200的电路构成的图。LED驱动装置200与第1实施方式所示的LED驱动装置100的不同之处在于，添加了第3二次绕组Ns3和第3整流平滑部10，并将第3整流平滑部10与电力控制部6连接起来。

第3整流平滑部10对从变压器T的第3二次绕组Ns3提供的交流电压进行整流平滑，作为直流电力提供给电力控制部6。第3整流平滑部10与第2整流平滑部8同样由二极管和电容器构成。

电力控制部6与第1实施方式同样由升压斩波电路构成，电抗器L的一端与第3整流平滑部10的输出端子连接。本实施方式涉及的电力控制部6按照电流检测信号转换第3整流平滑部10的输出电压，控制电容器C0的两端电压，从而将LED负载组5控制为期望亮度。

本实施方式涉及的LED驱动装置200与第1实施方式涉及的LED驱动装置100同样能够控制LED负载组5的亮度，能够使在LED负载LD1～LD4分别流过的电流变得均衡。

【实施例3】

图5是表示本发明第3实施方式涉及的LED驱动装置300的电路构成的图。LED驱动装置300与第2实施方式所示的LED驱动装置200的不同之处在于，将构成第1整流平滑部4的二极管D1～D4和电容器C1～C4与LED负载LD1～LD4极性相反地连接起来，将电力控制部6的输出端子与LED负载组5连接，将电流检测部7与第1整流平滑部4连接。

构成电流控制部6的电抗器L的一端与第3整流平滑部10的输出端子连接，另一端与二极管D的阳极和开关元件Q的一端连接。二极管D的阴极与电容器C0的一端和LED负载LD1～LD4的阳极连接。

电流检测部7具有与第1整流平滑部3的二极管D1～D4以及电容器C1～C4连接的检测电阻Rs和误差放大器，一并检测出在二极管D1～D4以及电容器C1～C4流过的电流，将其与预定电流设定值之间的差分作为电流检测信号输出给电力控制部6。

本实施方式涉及的电力控制部6按照电流检测信号转换第3整流平滑部10的输出电压，控制LED负载LD1～LD4的阳极电压，从而将LED负载组5控制为期望亮度。

本实施方式涉及的LED驱动装置300与第1实施方式涉及的LED驱动装置100同样能够控制LED负载组5的亮度，能够使在LED负载LD1～LD4分别流过的电流变得均衡。

【实施例4】

图6是表示本发明第4实施方式涉及的LED驱动装置400的电路构成的图。LED驱动装置400与第1实施方式所示LED驱动装置200的不同之处在于，在LED负载组5与电流检测部7之间连接开关SW1，设置了用于控制开关SW1的开关控制单元12。

设置开关SW1和开关控制单元12是为了间歇地控制流过LED负载组5的直流电流，从而对LED负载组5进行PWM调光。开关SW1由晶体管或MOSFET构成，在其控制端子被输入调光单元12的输出信号(PWM信号)。

调光单元12例如基于从LED驱动装置400的外部输入的外部信号，调制PWM信号的占空比率(导通宽度)并输出给开关SW1的控制端子。开关SW1和调光单元12也可以连接于第1整流平滑部3的电容器与检测电阻Rs之间。

本实施方式涉及的LED驱动装置300与第1实施方式涉及的LED驱动装置100同样能够控制LED负载组5的亮度，能够使在LED负载LD1～LD4分别流过的电流变得均衡。另外，能够更高精度地控制流过LED负载组5的直流电流。

图7是表示本发明涉及的LED驱动装置的电流平衡部3和第1整流平滑部4的详细电路构成的图。

第1二次绕组Ns1连接着第1～第4串联电路，其中，第1串联电路具有绕组S4、绕组N1以及由电容器C1、C11和二极管D1、D11构成的第1半波2倍电压整流电路，第2串联电路具有绕组S1、绕组N2以及由电容器C2、C12和二极管D2、D12构成的第2半波2倍电压整流电路，第3串联电路具有绕组S2、绕组N3以及由电容器C3、C13和二极管D3、D13构成的第3半波2倍电压整流电路，第4串联电路具有绕组S3、绕组N4以及由电容器C4、C14和二极管D4、D14构成的第4半波2倍电压整流电路。即，第1整流平滑部4由倍压整流电路构成，在第1至第4半波2倍电压整流电路的输出连接有LED负载LD1～LD4。

绕组N1(N2、N3、N4)与绕组S1(S2、S3、S4)以二极管的半波整流后的电流变得均匀的方式磁耦合而构成变压器T1(和T2、T3、T4)。即，各串联电路具有串联连接的2个绕组，每2个绕组作为变压器的一次绕组和二次绕组电磁耦合。由于变压器T1(T2、T3、T4)的一次绕组N1(N2、N3、N4)与二次绕组S1(S2、S3、S4)磁耦合，因此对电容器C1～C4充电相同电流。因此，阻抗不同时在与电容器C1～C4连接的LED负载LD1～LD4也会流过均衡的电流。

图8是表示作为图7所示的电流平衡部3的变形例的电路构成的图。

第1二次绕组Ns1连接着第1～第4串联电路，其中，第1串联电路由绕组N1以及由电容器C1、C11以及二极管D1、D11构成的第1半波2倍电压整流电路构成，第2串联电路由绕组N2以及由电容器C2、C12和二极管D2、D12构成的第2半波2倍电压整流电路构成，第3串联电路由绕组N3以及由电容器C3、C13和二极管D3、D13构成的第3半波2倍电压整流电路构成，第4串联电路由绕组N4以及由电容器C4、C14和二极管D4、D14构成的第4半波2倍电压整流电路构成。

绕组S1、绕组S2、绕组S3、绕组S4以闭环方式连接，绕组N1(N2、N3、N4)与绕组S1(S2、S3、S4)彼此电磁耦合以构成变压器T1～T4。即，各串联电路都具有1个绕组，与各个绕组电磁耦合的绕组串联连接而构成闭环，在绕组S1、绕组S2、绕组S3、绕组S4上流过相等的电流。

图9是表示作为图7所示的第1整流平滑部4的变形例的电路构成的图。

第1二次绕组Ns1连接着第1～第4串联电路，其中，第1串联电路具有绕组S4、绕组N1以及由电容器C1和二极管D1构成的第1半波整流电路，第2串联电路具有绕组S1、绕组N2以及由电容器C2和二极管D2构成的第2半波整流电路，第3串联电路具有绕组S2、绕组N3以及由电容器C3和二极管D3构成的第3半波整流电路，第4串联电路具有绕组S3、绕组N4以及由电容器C4和二极管D4构成的第4半波整流电路。进而，电容器C1～C4经由电容器C10和二极管D10的串联电路连接有绕组S1～S4。即，第1整流平滑部4构成为包含半波整流电路，在第1至第4半波整流电路的输出连接着LED负载LD1～LD4。

如上所述，通过连接由电容器C10和二极管D4构成的串联电路，能经由该串联电路将在半波整流电路不流过电流的期间的电流提供给LED负载组5。

图10是表示作为图7所示的电力供给单元2和第1整流平滑部4的变形例的电路构成的图。

将第1二次绕组Ns1对应于LED负载LD1～LD4而分割为绕组Ns11～Ns14。绕组Ns11连接着具有绕组S1、N2以及由电容器C2和二极管桥DB2构成的第1全波整流电路的第1串联电路；绕组Ns12连接着具有绕组S2、N3以及由电容器C3和二极管桥DB3构成的第2全波整流电路的第2串联电路；绕组Ns13连接着具有绕组S3、N4以及由电容器C4和二极管桥DB4构成的第3全波整流电路的第3串联电路；绕组Ns14连接着具有绕组S4、N1以及由电容器C4和二极管桥DB4构成的第2全波整流电路的第4串联电路。即，能对电力供给单元2输出的交变电力进行全波整流，提供给LED负载组5。

以上说明了本发明实施方式的一个例子，而本发明不限于所述特定实施例，可以在权利要求书所述的本发明主旨范围内进行各种变形、变更。例如，构成LED负载LD1～LD2的LED元件不限于白色LED，也可以是R、G、B等LED元件。另外，LED元件的串联连接数量可以在每个系统中都不同。另外，电力提供单元2可以通过回扫式开关电源装置或有源钳位式开关电源装置构成。

Claims

1.一种LED驱动装置，其特征在于具有：

电力供给单元，其具有具备一次绕组和多个二次绕组的变压器，且从多个二次绕组输出交变电力；

与上述多个二次绕组中的第1二次绕组连接的第1绕组和第1整流平滑电路的第1串联连接体；

第1LED负载组，其由多个LED串联连接而成，从上述第1整流平滑电路向该第1LED负载组提供平滑后的电力；

与上述第1二次绕组连接的第2绕组和第2整流平滑电路的第2串联连接体；

第2LED负载组，其由多个LED串联而成，从上述第2整流平滑电路向该第2LED负载组提供平滑后的电力；

电力控制部，其基于流过上述第1LED负载组和第2LED负载组的电流，控制提供给上述第1LED负载组和第2LED负载组的电力；以及

直流负载，其与上述多个二次绕组中的第2二次绕组的两端连接，

上述第1绕组和第2绕组彼此电磁耦合，

上述电力供给单元基于提供给上述直流负载的电力，控制上述交变电力。

2.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，上述第1整流平滑电路和第2整流平滑电路是具有多个二极管和多个电容器的倍压整流电路。

3.根据权利要求1或2所述的LED驱动装置，其特征在于，该LED驱动装置具有电流检测部，该电流检测部一并检测出流过上述第1LED负载组和第2LED负载组的电流，输出电流检测信号，

上述电力控制部基于上述电流检测信号，控制提供给上述第1LED负载组和第2LED负载组的电力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED驱动装置，其特征在于，上述电力控制部具有将上述交变电力转换为预定电压的升压斩波电路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED驱动装置，其特征在于，该LED驱动装置具有负载电压检测部，该负载电压检测部检测提供给上述直流负载的电压，输出电压检测信号，上述电力供给单元基于上述电压检测信号控制上述交变电力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的LED驱动装置，其特征在于，上述变压器具有第3二次绕组，上述电力控制部与上述第3二次绕组连接。