CN102348311A

CN102348311A - 发光二极管驱动电路

Info

Publication number: CN102348311A
Application number: CN2010102493698A
Authority: CN
Inventors: 黄立翔
Original assignee: Edison Opto Corp
Current assignee: Edison Opto Corp
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明揭露一种发光二极管驱动电路，用以驱动一发光二极管，至少包括：一晶体管以及一稳压器。其中晶体管串联耦接该发光二极管。而稳压器可接收一第一电压并产生一第二电压给晶体管的栅极，其中此第二电压可控制该晶体管导通并操作在饱和区，借以产生一驱动电流来驱动此发光二极管发光。

Description

发光二极管驱动电路

技术领域

本发明是有关于一种驱动电路，特别是有关于一种用以驱动发光二极管的驱动电路。

背景技术

现今社会最注重议题无非是节能减碳、保护地球和防止温室效应，目前广泛使用的传统灯泡，每度电会产生0.683公斤的二氧化碳；持续点亮一年需消耗525度，造成温室效应更加严重，所以今后的趋势在于使用发光二极管取代传统灯泡。

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种固态的半导体组件，利用电子空穴的相互结合将能量以光的形式释放，属冷光发光，具有体积小、寿命长、耗电量低、反应速率快、耐震性特佳等优点，为各种电器、信息广告牌、通讯产品等的发光组件。发光二极管的发光效果，由流过发光二极管电流的大小而定，高电流流过发光二极管将获得高亮度的发光效果，反之，若是减少发光二极管电流，则发光二极管的亮度将相对的减弱。

已知发光二极管的驱动电路，如图1所示，是由电压源100通过电阻器102，提供发光二极管104、106...108发光时所需的电流I。其中若电阻器102的电阻为R，每一发光二极管104、106...108的内阻为R_D，则电流I将为：

I = \frac{V}{R + n \times R_{D}}

然而，流经发光二极管的电流I会受温度的影响而变化，一般而言，在一定的电压下，温度上升，会造成流经发光二极管的电流上升。换言之，已知发光二极管的驱动电路，会因为使用时间的增加，造成温度的变化而改变流过发光二极管104、106...108的电流I，使得发光二极管104、106...108的亮度改变。另一方面，已知发光二极管的驱动电路，当变化外加电压源时，若所提供的电压发生变化，会造成驱动电流I随之改变，使得发光二极管104、106...108的亮度改变。由于已知发光二极管的驱动电路无法获得稳定的发光亮度，对于将发光二极管应用于照明系统中是一大致命伤。

因此，一种可提供发光二极管稳定驱动电流的驱动电路即有所需。

发明内容

本发明的一目的即是在提供一种驱动电路，用以产生稳定电流来驱动发光二极管，避免发光二极管因温度变化而改变流过发光二极管的电流，使得发光二极管的亮度改变。

本发明一实施方式是在提供一种驱动电路，用以驱动一发光二极管，至少包括：一晶体管以及一稳压器。其中晶体管串联耦接该发光二极管。而稳压器接收一第一电压并产生一第二电压给晶体管的栅极，其中第二电压可控制该晶体管导通并操作在饱和区，以产生一驱动电流驱动该发光二极管。

在一实施例中，此驱动电路还包括一整流电路，耦接一电压源并整流该电压源输出电压成一第三电压。

在一实施例中，此驱动电路还包括一分压电路，耦接该整流电路，来将该第三电压分压成该第一电压。

在一实施例中，该整流电路为一桥式整流电路。稳压器为一交换式稳压器(switching regulator)或线性稳压器(linear regulator)。

在一实施例中，此驱动电路还包括一电阻耦接该晶体管源极端。

本发明的另一实施方式是在提供一种驱动电路，用以驱动一发光二极管，至少包括：一整流电路、一分压电路、一稳压器、一晶体管以及一电阻。其中整流电路，耦接一电压源并整流该电压源的输出电压成一第一电压给该发光二极管。分压电路，耦接该整流电路，将该第一电压分压成一第二电压。稳压器，接收该第二电压并产生一第三电压。晶体管串联耦接该发光二极管，其中该第三电压传送至该晶体管的栅极，使得该晶体管导通并操作在饱和区，以产生一驱动电流驱动该发光二极管。电阻耦接该晶体管源极端。

综上所述，本发明通过将发光二极管与一MOS晶体管串接，并由一稳压器供应一稳定电压给MOS晶体管栅极，让该MOS晶体管工作在饱和区，依此来稳定流经发光二极管的电流。因为稳压器供应给MOS晶体管栅极的电压保持固定，因此即使因为使用时间的增加，所造成的温度变化，或是因为更动外加电压源所造成的供应电压变化，均不会造成流过发光二极管电流改变。由于，本发明的驱动电路仅使用一稳压器与一MOS晶体管来保持流过发光二极管电流，具有相当优良的成本效益。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图说明如下：

图1所示为一已知发光二极管的驱动电路；

图2所示为根据本发明一实施例的驱动电路概略图标；

图3所示为一低压降稳压器概略图示。

【主要组件符号说明】

100电压源

102电阻器

104、106...108发光二极管

200驱动电路

210整流电路

220发光二极管

230MOS晶体管

240稳压器

250分压电路

310误差放大器

320功率开关

330分压电路

340补偿电路

Co输出电容

V_FB反馈电压

V_REF参考电压

R_Z电阻

C_Z电容

具体实施方式

发光二极管是利用电能直接转化为光能的原理，在半导体内正负极2个端子施加电压，当电流通过，使电子与空穴相结合时，剩余能量便以光的形式释放，依其使用的材料的不同，其能阶高低使光子能量产生不同波长的光，以半导体内电子与空穴结合自发辐射发光，工作时不易发热，具有省电和寿命长的优点。

依此，本发明提供一种利用金属氧化物半导体场效应(metal-Oxide-Semiconductor，MOS)晶体管，当操作在饱和区时，在固定的栅极电压下，漏极电流不会随外加漏极电压增加而增加的特性，来控制发光二极管驱动电流，使得发光二极管的亮度并不会随者温度的增加而变化。且即使外加电压发生变化，由于MOS晶体管的栅极电压被固定，因此，受此控制的驱动电流仍可保持固定，使得发光二极管的亮度不变。此外，虽然下述实施例是以一稳压器(regulator)提供MOS晶体管的固定栅极电压，来解释本发明驱动电路的实施，然而，其它可提供固定电压的电路，也可应用在本发明的驱动电路中，作为MOS晶体管固定栅极电压来源，均不脱离本发明的范畴。

图2所示为根据本发明一实施例的驱动电路概略图标。驱动电路200包括：一整流电路210、串联耦接的多个发光二极管220、MOS晶体管230和一稳压器240。

整流电路210，其接收一交流电压AC并整流以产生一直流电压V₁。电压V₁经由一分压电路250产生一电压V₂，提供给稳压器240。稳压器240将电压V₂转换成一稳定电压V₃输出至MOS晶体管230的栅极端作为栅极电压。为确保MOS晶体管230工作在饱和区，栅极电压V₃与源极电压V₅的差值需大于MOS晶体管230的临界电压V_t。当MOS晶体管230工作在饱和区时，通过MOS晶体管230的电流与其漏极源极间的电压，只与栅极的电压有关，其关系式如下：

I_D＝K(V_GS-V_t)²

换言之，在固定的栅极电压V₃下，MOS晶体管230的漏极电流I_D不会因为漏极电压V₄增加而增加，因此，可提供一稳定电流I_D流经串联耦接的多个发光二极管220，用以驱动该些发光二极管发光。

其中耦接于MOS晶体管230源极处的电阻R₃具有负反馈的作用，可用以稳定漏极电流I_D，例如：当漏极电流I_D增加时，此增加的电流会使得源极电压V5增加，因为栅极电压V₃维持在一固定电压，所以源极电压V₅的增加会导致栅极电压V₃与源极电压V₅的差值等量减少，而引起漏极电流I_D减少，形成稳定漏极电流I_D功效。此外，通过改变电阻R₃的大小，可控制漏极电流I_D，改变发光二极管220的亮度。例如，通过降低电阻R₃的大小，可增加漏极电流I_D，使得发光二极管220提高发光亮度，反之，增加电阻R₃的大小，会降低漏极电流I_D，使得发光二极管220降低亮度。

另一方面，当外接的交流电压AC发生变化，例如，从原本的100伏增加到110伏，或从原本的100伏降低到90伏，此扩增或减少的电压变化并不会影响流经发光二极管220的电流。因为，稳压器240输出至MOS晶体管230栅极端的电压V₃不变，因此MOS晶体管230工作在原始的饱和区状态，由于当MOS晶体管230工作在饱和区时，通过MOS晶体管230的电流与其漏极源极间的电压无关，只与栅极的电压有关，由于此扩增或减少的电压变化只影响到MOS晶体管230的漏极电压V₄和源极电压V₅间的差值，不会影响到对MOS晶体管230栅极电压V₃，因此漏极电流I_D不变，流经串联耦接的多个发光二极管220电流I_D仍是固定。

在一实施例中，本发明的驱动电路200由一交流电源(AC)驱动，并透过一整流电路210，将交流电源转换成直流电源输出。整流电路210可为半波整流电路或全波整流电路，于本实施例中，为一全波整流电路，例如桥式整流电路(bridge rectifier)，用以将交流电源(AC)弦波输出的负输出部分转换成正输出。

而稳压器240，可为一交换式稳压器(switching regulator)或线性稳压器(linear regulator)，其中在降压应用中常使用的线性稳压器为低压降稳压器(lowdropout regulator，LDO regulator)。在一实施例中，本发明驱动电路中的稳压器240为一低压降稳压器，其概略图示如图3所示。请同时参阅图2与图3。其中稳压器240包含一误差放大器310、一功率开关320、一分压电路330、一补偿电路340以及一输出电容Co。稳压器240可将输入电压V₂转换输出电压V₃，来驱动MOS晶体管230。分压电路330包含两电阻R₁和R₂，可将输出电压V₃分压以产生一反馈电压V_FB。误差放大器310包含一比较器312和一放大器314，比较器312可将反馈电压V_FB与一参考电压V_REF进行比较并产生相对应的控制信号，而放大器314可增强控制信号以控制功率开关320的通道阻抗，进而稳定输出电压V₃。输出电容Co用以改善输出电压V₃的瞬时响应(transient response)。内部补偿电路340包含一彼此串联的电阻R_Z和电容C_Z，补偿电路340的一端耦接至功率开关320的控制端，另一端则耦接至误差放大器310，借以作为频率补偿之用。

综上所述，本发明通过将串联的发光二极管与一MOS晶体管串接，并由一稳压器供应一稳定电压给MOS晶体管栅极，让该MOS晶体管工作在饱和区，依此来稳定流经发光二极管的电流。因为当MOS晶体管工作在饱和区时，MOS晶体管的电流与其漏极源极间的电压无关，只与栅极电的电压有关，换言之，即使因为使用时间的增加，所造成的温度变化，或是因为变化外加电压源所造成的供应电压变化，因为稳压器供应给MOS晶体管栅极的电压保持固定，因此流过MOS晶体管的电流不会改变，换言之，流过与MOS晶体管串接的发光二极管电流也不会改变。依此，本发明的驱动电路仅使用一稳压器与一MOS晶体管来保持流过发光二极管电流，具有相当优良的成本效益。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变化与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种驱动电路，用以驱动一发光二极管，其特征在于，至少包括：

一晶体管串联耦接该发光二极管；以及

一稳压器，接收一第一电压并产生一第二电压给该晶体管的栅极，其中该第二电压控制该晶体管导通并操作在饱和区，以产生一驱动电流驱动该发光二极管。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括一整流电路，耦接一电压源并整流该电压源输出电压成一第三电压。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，还包括一分压电路，耦接该整流电路，将该第三电压分压成该第一电压。

4.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，该整流电路为一桥式整流电路。

5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该稳压器为一交换式稳压器或线性稳压器。

6.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括一电阻耦接该晶体管源极端。

7.一种驱动电路，用以驱动一发光二极管，其特征在于，至少包括：

一整流电路，耦接一电压源并整流该电压源的输出电压成一第一电压给该发光二极管；

一分压电路，耦接该整流电路，将该第一电压分压成一第二电压；

一稳压器，接收该第二电压并产生一第三电压；

一晶体管串联耦接该发光二极管，其中该第三电压传送至该晶体管的栅极，使得该晶体管导通并操作在饱和区，以产生一驱动电流驱动该发光二极管；以及

一电阻耦接该晶体管源极端。

8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，该整流电路为一桥式整流电路。

9.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，该稳压器为一交换式稳压器或线性稳压器。