CN102387637B - Led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供LED驱动电路，即使在使LED调光用开关以较高的频率导通截止时也能够向LED输出固定电平的脉冲电流。该电路具有：电压变换部(1)，将输入电压变换为其它电压；将多个LED串联连接而成的第1LED组；开关元件(Q1)，根据LED调光用信号进行开关动作，由此使从电压变换部向第1LED组施加的其它电压断续；电流检测电阻(Rs)，检测流过第1LED组的电流；并联电路，将开关元件(Q2)和整流元件(D1)并联连接，第2开关元件和整流元件各自的一端与电流检测电阻连接，第2开关元件与第1开关元件同步进行导通截止动作；电压保持部(C1)，与第2开关元件及整流元件各自的另一端连接，对电流检测电阻中产生的电压进行保持；控制部(6)，根据电压保持部保持的电压，控制施加给第1LED组的其它电压。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及对串联连接的多个LED进行驱动的LED驱动电路，尤其涉及LED调光的技术。

背景技术

目前，例如公知有专利文献1作为使串联连接的多个LED(Light Emitting Diode：发光二极管)点亮的LED驱动电路。

在图5所示的专利文献1中，公开了可抑制温度及电源电压的变动、元件偏差的影响而输出固定电平的脉冲电流的LED等发光元件的驱动电路。在该驱动电路中，当MOS晶体管100(LED调光用的开关)导通时，从开关电源600向LED71～7n供电，通过电阻200检测LED71～7n的电流。在误差信号生成部300中生成该检测信号Sfb与目标信号Sref间的误差信号Serr，并在信号保持部400中进行平均化。

根据平均化后的误差信号SerrA来控制对LED71～7n的供电。当MOS晶体管100从导通变化为截止时，停止对LED71～7n的供电，在信号保持部400中保持误差信号SerrA。当MOS晶体管100从截止变化为导通时，将所保持的误差信号SerrA的信号电平作为初始电平，开始误差信号SerrA的平均化。

在专利文献1中，MOS晶体管601的开关频率被控制得远远高于MOS晶体管100的开关频率。

【专利文献1】日本特开2004-147435号公报

但是，在将上述LED驱动电路应用于液晶电视的背光源等中的情况下，有时由于噪声对策等会以较高的频率(例如几十kHz)控制MOS晶体管100。

在这样的情况下，需要利用控制MOS晶体管100时的高频以上的高频来使MOS晶体管601进行导通/截止动作。因此，由于半导体元件的特性，有时不能使MOS晶体管601以较高的频率进行导通/截止动作。

发明内容

本发明的课题是提供即使在使LED调光用的开关以较高的频率导通截止的情况下也能够向LED输出固定电平的脉冲电流的LED驱动电路。

为了解决上述课题，本发明的LED驱动电路的特征在于，该LED驱动电路具有：电压变换部，其将输入电压变换为其它电压；将多个LED串联连接而成的第1LED组；第1开关元件，其根据LED调光用信号进行开关动作，由此使从所述电压变换部向所述第1LED组施加的所述其它电压断续；电流检测电阻，其检测流过所述第1LED组的电流；并联电路，在该并联电路中第2开关元件和整流元件并联连接，且该第2开关元件以及该整流元件各自的一端与所述电流检测电阻连接，该第2开关元件与所述第1开关元件同步地进行导通截止动作；电压保持部，其与所述第2开关元件以及所述整流元件各自的另一端连接，对在所述电流检测电阻中产生的电压进行保持；以及控制部，其根据所述电压保持部所保持的电压，控制施加给所述第1LED组的所述其它电压。

根据本发明，在第1开关元件、第2开关元件都导通时，电流流过第1开关元件、第2开关元件，对电压保持部充入施加给电流检测电阻的电压。在第1开关元件、第2开关元件都截止时，整流元件为反向偏置状态，因此，对电压保持部充入的电压得到保持。即，与第1开关元件、第2开关元件的导通/截止无关，在电压保持部中都会保持对电流检测电阻施加的电压的峰值。

因此，即使在使LED调光用的开关以较高的频率导通/截止的情况下也能够向LED输出固定电平的脉冲电流。

附图说明

图1是本发明实施例1的LED驱动电路的结构图。

图2是示出本发明实施例1的动作的波形图。

图3是本发明实施例2的LED驱动电路的结构图。

图4是本发明实施例3的LED驱动电路的结构图。

图5是示出现有的LED驱动电路的具体例的图。

标号说明

1电压变换部；2截止延迟电路；3导通延迟电路；5电压比较部；6PWM控制部；Vin直流电源；Q0、Q1、Q2、QL、QH开关元件；D0、D1、D2、D3、DL、DH二极管；Cri电流谐振电容器；C0、C1、C2、C3电容器；Rs电流检测电阻；T变压器；T1平衡用变压器；Np 1次绕组；Ns1、Ns22次绕组；N1、N2绕组；Lp励磁电感；Lr1漏电感；LED1～LEDn、LED11～LED1n、LED21～LED2n发光二极管；CMP比较器；ST三角波发生器；AMP放大器；Vref基准电源；Vpulse LED调光用信号。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明实施方式的LED驱动电路进行详细说明。本发明的特征在于使用与PWM调光用开关元件同步的开关元件以及与该开关元件并联连接的二极管来保持电压峰值。

【实施例1】

图1是本发明实施例1的LED驱动电路的结构图。在图1中，电压变换部1对输入电压进行升压，将其变换为其它电压，该电压变换部由升压电抗器L0、开关元件Q0、二极管D0和平滑电容器C0构成，该开关元件Q0由MOSFET构成。

升压电抗器L0的一端被施加直流电源Vin的电压，升压电抗器L0的另一端连接二极管D0的阳极、开关元件Q0的漏极。开关元件Q0的源极接地，栅极与比较器CMP的输出端子连接。二极管D0的阴极与电容器C0的一端以及LED1的阳极连接，电容器C0的另一端接地。PWM控制部6使开关元件Q0导通/截止，直流电源Vin的电压被升压后施加给串联连接的LED1～LEDn。

LEDn的阴极经由由MOSFET构成的开关元件Q1与电流检测电阻Rs连接。截止延迟电路2使由脉冲信号构成的LED调光用信号Vpulse的截止(OFF)时间延迟第1规定时间后输出到开关元件Q1(第1开关元件)的栅极。

开关元件Q1是LED的PWM调光用开关，与由截止延迟电路2延迟了截止时间后的LED调光用信号Vpulse对应地进行开关动作，由此使从电压变换部1向LED1～LEDn施加的其它电压断续(断続)。

在开关元件Q1的源极与电流检测电阻Rs之间连接有由MOSFET构成的开关元件Q2(第2开关元件)的源极与二极管D1(整流元件)的阳极，开关元件Q2的漏极以及二极管D1的阴极与电容器C1(电压保持部)的一端以及放大器AMP的一个输入端子连接。

开关元件Q2的栅极与导通延迟电路3连接。导通延迟电路3使由脉冲信号构成的LED调光用信号Vpulse的导通(ON)时间延迟规定时间后输出到开关元件Q2的栅极。开关元件Q2与由导通延迟电路3延迟了导通时间后的LED调光用信号Vpulse对应地进行开关动作，由此保持电容器C1的电压峰值。

电压比较部5由放大器AMP和基准电源Vref构成，放大器AMP对基准电源Vref的基准电压与电容器C1的电压间的误差电压进行放大，输出至PWM控制部6。

PWM控制部6(控制部)由三角波发生器ST和比较器CMP构成。比较器CMP对来自放大器AMP1的误差电压与三角波发生器ST产生的三角波信号进行比较，生成脉冲信号，施加到开关元件Q0的栅极。

另外，比较器CMP根据来自放大器AMP1的误差电压值来控制对开关元件Q0施加的脉冲信号的导通/截止的占空比，由此控制对LED1～LEDn施加的电压。

此外，本发明也可以不设置截止延迟电路2、导通延迟电路3，而是使开关元件Q2与开关元件Q1同步地进行导通/截止动作。

接着，说明实施例1的LED驱动电路的动作。首先，说明不设置截止延迟电路2、导通延迟电路3而使开关元件Q2与开关元件Q1同步地进行导通/截止动作的情况。

首先，在开关元件Q1、Q2都导通时，电流流过开关元件Q1、Q2，对电容器C1充入施加给电流检测电阻Rs的电压。

在开关元件Q1、Q2都截止时，二极管D1为反向偏置状态，对电容器C1充入的电压得到保持。即，与开关元件Q1、Q2的导通/截止无关，在电容器C1中都会保持对电流检测电阻Rs施加的电压的峰值。因此，即使在使LED调光用的开关元件Q1以较高的频率导通/截止的情况下也能够向LED输出固定电平的脉冲电流。

接着，说明设置有截止延迟电路2、导通延迟电路3的实施例1的LED驱动电路的动作。

截止延迟电路2使LED调光用信号Vpulse的截止时间延迟规定时间后输出到开关元件Q1的栅极，导通延迟电路3使LED调光用信号Vpulse的导通时间延迟规定时间后输出到开关元件Q2的栅极。

因此，如图2(a)所示，开关元件Q2的导通宽度(开关元件Q2的栅极信号Q2g)被控制为稍微短于开关元件Q1的导通宽度(开关元件Q1的栅极信号Q1g)。

即，通过防止开关元件Q2处于导通状态、开关元件Q1处于截止状态，能够防止电容器C1的电荷被释放而无法保持电压峰值的情况。

这样，因为开关元件Q2的导通宽度被控制为短于开关元件Q1的导通宽度，所以当LED调光用信号Vpulse的频率变高时，如图2(b)所示，开关元件Q2始终为截止状态，不能进行对电容器C1的充电。

为了防止此情况，与开关元件Q2并联连接了二极管D1。或者，在开关元件Q2是MOSFET的情况下，也可以采用开关元件Q2的寄生二极管来代替二极管D1。

由此，即使在开关元件Q2始终截止的情况下也能够进行对电容器C1的充电。另外，在LED调光用信号Vpulse的占空比变小的情况下开关元件Q2也会始终截止，但在此情况下也能够经由二极管D1对电容器C1进行充电。

此外，电压比较部5对施加给电容器C1的电压和与LED电流的脉冲波高值对应的基准电源Vref的基准电压之间的误差电压进行放大。PWM控制部6根据来自电压比较部5的误差电压进行开关元件Q0的PWM控制，控制施加给LED1～LEDn的电压。即，与LED调光用信号Vpulse的频率无关地进行动作，所以即使在使LED调光用的开关元件Q1以较高的频率导通/截止的情况下，也能够向LED输出固定电平的脉冲电流。

【实施例2】

图3是本发明实施例2的LED驱动电路的结构图。图3所示的实施例2的LED驱动电路的特征在于，在图1所示的实施例1的LED驱动电路的结构中还设置有供电单元10、平衡用变压器T1。

供电单元10提供正弦波状的交变电流，所以在直流电源Vin的两端连接有由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的连接点处连接有变压器T的1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。通过开关元件QL与开关元件QH交替地导通/截止，从变压器T的2次绕组Ns1提供由漏电感Lr1和电流谐振电容器Cri、或者、Lr1、Lp和Cri发生谐振而得到的正弦波状的交变电流。

变压器T具有1次绕组Np、第一2次绕组Ns1和第二2次绕组Ns2。平衡用变压器T1的第1绕组N1的一端与第一2次绕组Ns1的一端连接，第1绕组N1的另一端经由二极管D2与电容器C2的一端以及串联连接的LED11～LED1n(第1LED组)连接。二极管D2(第1整流元件)和电容器C2(第1平滑元件)构成第1整流平滑电路。

平衡用变压器T1的第2绕组N2的一端与第一2次绕组Ns1的一端连接，第2绕组N2的另一端经由二极管D3与电容器C3的一端以及串联连接的LED21～LED2n(第2LED组)连接。二极管D3(第2整流元件)和电容器C3(第2平滑元件)构成第2整流平滑电路。LED 1n、2n的阴极经由开关元件Q1与电流检测电阻Rs连接。

第二2次绕组Ns2的两端与由二极管D30及电容器C30构成的整流平滑电路连接。二极管D30与电容器C30的连接点处的直流电压被提供给电压变换部1的升压电抗器L0的一端。二极管D0和电容器C0的连接点与电容器C2的另一端、电容器C3的另一端以及第一2次绕组Ns1的另一端连接。

根据来自PWM控制部6的导通/截止信号使开关元件Q0导通/截止，由此电压变换部1使电容器C0的两端电压升压，控制施加给LED11～LED1n、LED21～LED2n的电压。

此外，因为其它结构与实施例1的LED驱动电路的结构相同，所以对同一部分标注同一标号。

这样，根据实施例2的LED驱动电路，因为具有与实施例1的LED驱动电路结构相同的结构，所以可获得同样的效果。

另外，平衡用变压器T1的第1绕组N1与第2绕组N2以使流过各自的电流均衡的方式进行了磁耦合，所以对电容器C2和电容器C3充入同一电流。因此，与电容器C2连接的LED 11～LED 1n和与电容器C3连接的LED 21～LED 2n即使在阻抗不同的情况下也流过均衡化后的电流。即，能够抑制流过LED 11～LED 1n、LED 21～LED 2n的电流的偏差。

【实施例3】

图4是本发明实施例3的LED驱动电路的结构图。图4所示的实施例3的LED驱动电路相对于图3所示的实施例2的LED驱动电路结构的不同之处在于：二极管D1、D2、电容器C2、C3、LED 11～LED 1n、LED 21～LED 2n的极性相反；以及将电压变换部1的电容器C0的输出与LED 1n、LED 2n的阳极连接，将开关元件Q1的漏极与电容器C2的另一端、电容器C3的另一端以及2次绕组Ns1的另一端连接。

根据这样的实施例3的LED驱动电路，也能够获得与实施例2的LED驱动电路同样的动作以及效果。另外，在实施例3的LED驱动电路中，可利用电压变换部1生成正的电压、利用2次绕组Ns1生成负的电压，所以能够对LED 11～LED 1n、LED21～LED 2n施加正负的电压。

工业上的可利用性

本发明能够应用于使LED点亮的LED点亮装置及LED照明。

Claims (6)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，

该LED驱动电路具有：

电压变换部，其将输入电压变换为其它电压；

将多个LED串联连接而成的第1LED组；

第1开关元件，其根据LED调光用信号进行开关动作，由此使从所述电压变换部向所述第1LED组施加的所述其它电压断续；

电流检测电阻，其检测流过所述第1LED组的电流；

并联电路，在该并联电路中第2开关元件和整流元件并联连接，且该第2开关元件以及该整流元件各自的一端与所述电流检测电阻连接，该第2开关元件与所述第1开关元件同步地进行导通截止动作；

电压保持部，其与所述第2开关元件以及所述整流元件各自的另一端连接，对在所述电流检测电阻中产生的电压进行保持；以及

控制部，其根据所述电压保持部所保持的电压，控制施加给所述第1LED组的所述其它电压。

2.一种LED驱动电路，其特征在于，

该LED驱动电路具有：

电压变换部，其将输入电压变换为其它电压；

将多个LED串联连接而成的第1LED组；

第1开关元件，其根据LED调光用信号进行开关动作，由此使从所述电压变换部向所述第1LED组施加的所述其它电压断续；

电流检测电阻，其检测流过所述第1LED组的电流；

并联电路，在该并联电路中第2开关元件和整流元件并联连接，且该第2开关元件以及该整流元件各自的一端与所述电流检测电阻连接，该第2开关元件与所述LED调光用信号对应地进行导通截止动作；

电压保持部，其与所述第2开关元件以及所述整流元件各自的另一端连接，对在所述电流检测电阻中产生的电压进行保持；

控制部，其根据所述电压保持部所保持的电压，控制施加给所述第1LED组的所述其它电压；

截止延迟电路，其使所述LED调光用信号的截止时间延迟第1规定时间后施加给所述第1开关元件；以及

导通延迟电路，其使所述LED调光用信号的导通时间延迟第2规定时间后施加给所述第2开关元件。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述整流元件由所述第2开关元件内部具有的寄生二极管构成。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，

该LED驱动电路具有：

谐振型供电单元，其具有变压器并输出交变电流，该变压器具有1次绕组、第一2次绕组和第二2次绕组；

平衡用变压器，其具有第1绕组和第2绕组，该第1绕组和该第2绕组各自的一端与所述变压器的第一2次绕组的一端连接；

将多个LED串联连接而成的第2LED组；

第1整流平滑电路，其连接在所述平衡用变压器的所述第1绕组的另一端与所述第1LED组之间，具有第1整流元件和第1平滑元件；以及

第2整流平滑电路，其连接在所述平衡用变压器的所述第2绕组的另一端与所述第2LED组之间，具有第2整流元件和第2平滑元件，

所述电压变换部输入对所述变压器的第二2次绕组中产生的电压进行整流平滑后的电压作为所述输入电压，将所述其它电压施加到所述第1平滑元件以及所述第2平滑元件各自的一端。

5.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述整流元件由所述第2开关元件内部具有的寄生二极管构成。

6.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，

该LED驱动电路具有：

谐振型供电单元，其具有变压器并输出交变电流，该变压器具有1次绕组、第一2次绕组和第二2次绕组；

平衡用变压器，其具有第1绕组和第2绕组，该第1绕组和该第2绕组各自的一端与所述变压器的第一2次绕组的一端连接；

将多个LED串联连接而成的第2LED组；

第1整流平滑电路，其连接在所述平衡用变压器的所述第1绕组的另一端与所述第1LED组之间，具有第1整流元件和第1平滑元件；以及

第2整流平滑电路，其连接在所述平衡用变压器的所述第2绕组的另一端与所述第2LED组之间，具有第2整流元件和第2平滑元件，

所述电压变换部输入对所述变压器的第二2次绕组中产生的电压进行整流平滑后的电压作为所述输入电压，将所述其它电压施加到所述第1平滑元件以及所述第2平滑元件各自的一端。

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