CN102457049B

CN102457049B - 电源转换控制器及发光二极管驱动电路

Info

Publication number: CN102457049B
Application number: CN201010530351.5A
Authority: CN
Inventors: 徐献松; 余仲哲; 李立民; 彭科
Original assignee: Dengfeng Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Dengfeng Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: US20120104968A1; US8618748B2; CN102457049A

Abstract

本发明提供了一种电源转换控制器及发光二极管驱动电路。该电源转换控制器用以控制一转换电路将一输入电源的电力转换以驱动一负载。电源转换控制器包含一反馈控制单元、一开路判断单元及一保护单元。反馈控制单元是根据代表该负载的状态的一反馈讯号以控制转换电路。开路判断单元在判断负载处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时产生一开路保护讯号。保护单元耦接反馈控制单元及开路判断单元，在接收开路保护讯号时，产生一保护讯号使反馈控制单元进入一锁定状态而停止控制转换电路。

Description

电源转换控制器及发光二极管驱动电路

技术领域

本发明涉及一种电源转换控制器及发光二极管驱动电路，尤其涉及一种具有开路保护功能的电源转换控制器及发光二极管驱动电路。

背景技术

与传统照明光源相比，发光二极管拥有发光效率高、功耗低、使用寿命长等优点，生产成本也在不断降低，已经被人们越来越广泛地采用。发光二极管驱动电路通常是隔离或非隔离的恒流电源，以驱动一串发光二极管并通过电流侦测来控制流经发光二极管的电流。

请参见图1，图1为传统的发光二极管驱动电路的电路示意图。发光二极管驱动电路包含了一控制器10、一转换电路35、一电力反馈电路40以及一发光二极管串30。在此例中，转换电路35为一降压转换电路，包含一电感L、一电容C、一整流二极管D以及一开关SW。转换电路35的输入端耦接一输入电源VIN，在输出端耦接发光二极管串30，以驱动发光二极管串30发光。一电流侦测电阻R透过开关SW耦接发光二极管串30，根据流过发光二极管串30的电流产生一电流侦测讯号IFB。控制器10的电流侦测端CS接收电流侦测讯号IFB，以据此在输出端DRV产生一控制讯号Gate控制转换电路35的开关SW进行切换，以控制转换电路35进行电力转换，使发光二极管串30稳定发光。转换电路35随着开关SW的切换透过电力反馈电路40对一启始电容Cin进行充电。启始电容Cin耦接控制器10的驱动电压端VDD，以提供电力给控制器10。

传统的发光二极管驱动电路，如图1所示的电路，并没有专门对发光二极管串是否开路进行侦测，而是透过控制器10的欠压保护（UVLO,Under-Voltage Lock Out）来达到开路保护的功能，说明如下：

若发光二极管串30中有任何发光二极管损坏将造成开路。当发光二极管串30发生开路时，开关SW即使导通电流也无法透过发光二极管串30流经电感L而无法再储能于电感L。因此将造成启始电容Cin的储能（电压）逐渐下降。当电压下降至控制器10的欠压保护电压值时，将触发控制器10进行欠压保护，使控制器10进入锁定(Latch)状态。

然而在实际应用当中，有时输入电源VIN会有一时不稳定的情况，尤其是输入电源VIN是由市电整流而成时。当输入电源VIN不稳而造成电压低于发光二极管串30的最低导通电压而无法导通电流时，此时等同发光二极管串30发生开路而将触发控制器10进行欠压保护而锁住。而当输入电源VIN恢复稳定时，控制器10仍锁住而造成发光二极管串30异常熄灭。

发明内容

传统开路保护的解决方案不能有效区分发光二极管开路还是输入电源不稳定，因而无法准确地实施保护，任何供电不稳定即可能造成发光二极管驱动电路误动作使发光二极管熄灭。本发明在发光二极管驱动控制器中引入一个专门的开路保护单元，以单独侦测和判断电路是否需进行开路保护，使之与欠压保护区分开来。在此基础上，还可以引入输入电源检测，使控制器能更加准确快捷地识别并回应输入电源的不稳定。而且本发明的控制器也可轻易转换而应用在发光二极管驱动以外的任何电路，以进行电源转换并驱动不同的负载。

为达上述目的，本发明提供了一种电源转换控制器，用以控制一转换电路将一输入电源的电力转换以驱动一负载。电源转换控制器包含一反馈控制单元、一开路判断单元及一保护单元。反馈控制单元是根据代表负载的状态的一反馈讯号以控制转换电路。开路判断单元在判断负载处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时产生一开路保护讯号。保护单元耦接反馈控制单元及开路判断单元，在接收开路保护讯号时，产生一保护讯号使反馈控制单元进入一锁定状态而停止控制转换电路。

本发明也提供了一种发光二极管驱动电路，发光二极管驱动电路包含一发光二极管模组、一转换电路以及一电源转换控制器。转换电路是用以将一输入电源的电力转换以驱动发光二极管模组发光。电源转换控制器根据代表一负载的状态的一反馈讯号，以控制转换电路进行电力转换。而电源转换控制器在判断负载处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时执行一开路保护功能以停止转换电路进行电力转换。其中，电源转换控制器还侦测输入电源的一输入电压，在输入电压低于一预定低压值时暂停开路保护功能。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的权利要求保护范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与附图中加以阐述。

附图说明

图1为传统的发光二极管驱动电路的电路示意图。

图2为根据本发明的电源转换电路的电路方式图。

图3为根据本发明的一第一较佳实施例的发光二极管驱动电路的电路示意图。

图4为根据本发明的一第二较佳实施例的发光二极管驱动电路的电路示意图。

附图标记：

10：控制器； 30：发光二极管串；

L：电感； C：电容；

CS：电流侦测端； Rs：电流侦测电阻；

VDD：驱动电压端； SW：开关；

100、200、300：电源转换控制器； 110、210、310：反馈控制单元；

115、215、315：保护单元； 120、220、320：开路判断单元；

130：负载； 35、135、235、335：转换电路；

212：误差放大器； 214：脉宽调变器；

222：开路比较器； 224：计时比较器；

226：电流源； 230、330：发光二极管模组；

240：均流电路； 245：分压器；

250、350：桥式整流电路； 302：时脉产生器；

304：比较器； 306：及闸；

308：SR正反器； 312：输入电源侦测单元；

40、340：电力反馈电路； PWM：脉宽调变讯号；

FB：反馈讯号； OP：开路保护讯号；

Gate：控制讯号； VIN：输入电源；

LA：保护讯号； T：变压器；

D、D2、D3：整流二极管 Cout：输出电容；

PA：保护暂停讯号； VAC：交流电源；

Ri：设定电阻； Vcc：设定电压；

Vout：输出电压； OPFB：开路侦测讯号；

Vr：参考电压讯号； COMP：误差放大讯号；

S1：计时开关； Ct：计时电容；

Vr1：第一参考准位； EN：致能讯号；

Vr2：第二参考准位； D1：输入二极管

Cin：启始电容； Vdd；驱动电压；

Rst：启动电阻； Clk：时脉讯号；

DIM：调光讯号； Rse：电流侦测电阻；

IFB、Ise：电流侦测讯号； Vr3：第三参考电压讯号；

S：设定端； R：重设端；

DRV、Q：输出端； 216：驱动电路。

具体实施方式

请参见图2，图2为根据本发明的电源转换电路的电路方式图。电源转换电路包含一电源转换控制器100、一转换电路135以及一负载130。转换电路135为切换式转换电路，包含至少一开关，以根据电源转换控制器100的（至少）一控制讯号Gate将一输入电源VIN的电力转换成一电压源或一电流源以驱动负载130。

电源转换控制器100包含一反馈控制单元110、一开路判断单元120以及一保护单元115。反馈控制单元110根据代表一负载130的电性状态的一反馈讯号FB产生控制讯号Gate来控制转换电路135，其中负载130的电性状态可以是负载130被施加的电压、流经的电流等可反应负载130被驱动的情况，而反馈讯号FB即代表上述电性状态的一侦测讯号。开路判断单元120在判断负载130处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时，产生一开路保护讯号OP。开路状态的判断可以根据负载的侦测讯号（例如：上述的反馈讯号FB）来判断负载的电压是否高于一合理驱动电压范围、负载的电流是否低于一合理驱动电流范围；或者根据反馈控制单元110的内部讯号，例如：脉宽调变讯号的工作周期是否过高或过低、脉宽调频讯号的频率是否过高或过低，且上述情况是否持续超过预定时间长度。其中，预定时间长度是用以排除输入电源VIN不稳定或其他暂时的电路异常可能造成的开路判断误判。当上述条件成立时，开路判断单元120输出开路保护讯号OP至保护单元115。保护单元115耦接反馈控制单元110及开路判断单元120，在接收开路保护讯号OP时，产生一保护讯号LA使反馈控制单元110进入一锁定状态而停止输出控制讯号Gate，即停止控制转换电路使转换电路停止传送电力至输出端。处在锁定状态的反馈控制单元110需等电源转换控制器100被重设后，才能解除锁定状态而恢复正常操作。

接着，请参见3，图3为根据本发明的一第一较佳实施例的发光二极管驱动电路的电路示意图。发光二极管驱动电路包含一电源转换控制器200、一转换电路235以及一发光二极管模组230。转换电路235包含一开关SW、一变压器T、一整流二极管D2及一输出电容Cout，在本实施例中，转换电路235为一反驰式转换电路。变压器T的初级侧一端耦接一输入电源VIN，另一端耦接开关SW，其次级侧则透过整流二极管D2整流后将电力储存在输出电容Cout，其中输入电源VIN是透过一桥式整流电路250对一交流电源VAC整流而成。在本实施例，发光二极管模组235为复数个发光二极管串所组成，为确保每个发光二极管流经约略相等的电流，额外增加一均流电路240，耦接发光二极管模组235中的各发光二极管串使各发光二极管流经约略相等电流。均流电路240的电流可经电流设定电阻Ri设定。设定电阻Ri耦接一设定电压Vcc，使设定电阻Ri流经一设定电流，并经均流电路240镜射此设定电流至每一发光二极管串。均流电路240包含一最低电压侦测功能，将发光二极管串中负端（即耦接均流电路240的端点）中最低的电压作为反馈讯号FB输出，使发光二极管驱动电路的驱动效率最高。

电源转换控制器200包含一反馈控制单元210、一开路判断单元220以及一保护单元215。反馈控制单元210根据反馈讯号FB产生一控制讯号Gate来控制转换电路235。一分压器245连接转换电路235的输出端，以根据转换电路235的一输出电压Vout产生一开路侦测讯号OPFB。开路判断单元220接收开路侦测讯号OPFB并判断开路侦测讯号OPFB是否过高，若是则开始计时。当开路侦测讯号OPFB过高并持续超过一预定时间长度时，开路判断单元220输出一开路保护讯号OP。保护单元215在接收到开路保护讯号OP后，产生一保护讯号LA使反馈控制单元210进入一锁定状态而停止输出控制讯号Gate。当然，保护单元215除接收开路判断单元220的开路保护讯号OP外，也可接受其他保护侦测单元的保护讯号，例如：输出电压过低压（UnderVoltage）保护讯号、输出电流过流（Over Current）保护讯号、输出电流欠流（Under Current）保护讯号、驱动电压欠压（Under Voltage Lock Out）保护讯号等，并对应不同的保护讯号，给予暂时保护（即，异常状态移除后立即恢复运作）或锁住保护（即，须重新启动电源转换控制器才恢复运作）。接下来，详细说明反馈控制单元210及开路判断单元220的运作。

反馈控制单元210包含一误差放大器212及一脉宽调变器214。误差放大器212的非反相输入端接收一参考电压讯号Vr，反相输入端接收反馈讯号FB，以据此在输出端输出一误差放大讯号COMP。脉宽调变器214接收误差放大讯号COMP及一三角波讯号，以据此产生一脉宽调变讯号PWM。驱动电路216根据脉宽调变讯号PWM产生控制讯号Gate，以控制转换电路235中的开关SW进行切换。由于反馈讯号FB是根据发光二极管模组230的发光二极管串中负端最低电压而产生，故可使负端最低电压维持在一预定负端最低电压值，因此可提高发光二极管驱动电路的效率。

开路判断单元220包含一开路比较器222、一计时比较器224、一电流源226、一计时开关S1、一计时电容Ct。当发光二极管模组230中任一发光二极管因损毁而使对应发光二极管串开路，将使对应发光二极管串的负端电压低于预定负端最低电压值。此时电源转换控制器200将提高输出电压Vout以试图将上述发光二极管串的负端电压提高至预定负端最低电压值。此举将造成输出电压Vout高过一合理的范围，使开路侦测讯号OPFB的准位将高于一第一参考准位Vr1。此时，开路比较器222将输出致能讯号EN以致能计时比较器224并同时截止计时开关S1。电流源226将开始对计时电容Ct进行充电。当上述异常情况的持续时间等于预定时间长度时，计时电容Ct的电压将等于一第二参考准位Vr2，使计时比较器输出开路保护讯号OP。而若上述异常情况的持续时间短于预定时间长度时，会使过程中开路比较器222停止输出致能讯号EN，使计时开关S1导通而将计时电容Ct的充电归零。预定时间长度的设定只要长于一些暂时电路异常持续的时间长度，即可排除这些暂时电路异常，例如：输入电源Vin的供电不稳定，而避免因误判而造成发光二极管模组230异常熄灭。而预定时间长度是根据计时电容的电容量而定。

另外，本实施例中的变压器T具有一辅助线圈，在发光二极管驱动电路运作时，可将电力透过一输入二极管D1而储存于一启始电容Cin，以供电源转换控制器200操作所需。由于当发生发光二极管模组230开路或其他电路异常造成变压器T无法再透过输入二极管D1将电力储存在启始电容Cin，也可能造成电源转换控制器200先进入欠压保护。因此，启始电容Cin需选用足够电容值的电容，使发生开路等异常时，可维持电源转换控制器200长于开路判断单元220的预定时间长度。当然，电源转换控制器200也可以直接耦接独立于输入电源VIN的电源以接收操作所需的电力，即可避免上述电路设定上的限制。

请参见图4，图4为根据本发明的一第二较佳实施例的发光二极管驱动电路的电路示意图。发光二极管驱动电路包含一电源转换控制器300、一转换电路335以及一发光二极管模组330。转换电路335包含一开关SW、一电感L1、一整流二极管D3及一输出电容Cout。在本实施例中，转换电路335为一降压转换电路，将一输入电源VIN的电力进行转换以驱动发光二极管模组330。输入电源VIN是透过一桥式整流电路350将一交流电源整流而成。一启始电容Cin透过一启动电阻Rst耦接输入电源VIN，以产生一驱动电压Vdd。当系统启动，开始提供输入电源VIN时，透过启动电阻Rst将电力储存在启始电容Cin以启动电源转换控制器300。当电源转换控制器300启动并开始控制开关SW的切换，转换电路335将透过电力反馈电路340再额外提供电力，以维持驱动电压Vdd的电压值使电源转换控制器300能持续正常操作。

电源转换控制器300包含一反馈控制单元310、一输入电源侦测单元312、一开路判断单元320以及一保护单元315。反馈控制单元310包含一时脉产生器302、一比较器304、一及闸306以及一SR正反器308。时脉产生器302产生固定周期的一时脉讯号Clk。及闸304接收一调光讯号DIM及时脉讯号Clk，以根据时脉讯号Clk及调光讯号DIM触发SR正反器308的设定端S以在输出端Q产生一控制讯号Gate以导通开关SW。一电流侦测电阻Rse耦接开关SW以侦测流经开关SW的电流大小并产生一电流侦测讯号Ise。比较器304的非反相输入端接收电流侦测讯号Ise而反相输入端接收一第三参考电压讯号Vr3。当开关SW导通时，电流侦测讯号Ise的准位上升。当电流侦测讯号Ise的准位上升至第三参考电压讯号Vr3的准位时，比较器304输出高准位讯号至SR正反器308的重设端R，使SR正反器308停止输出控制讯号Gate以截止开关SW。

当发光二极管模组330发生开路时，此时即使开关SW导通也无电流流经开关SW。因此造成比较器304无法重设SR正反器308而使SR正反器308持续输出控制讯号Gate。开路判断单元320同时接收控制讯号Gate及调光讯号DIM，并根据调光讯号DIM来计数时间长度。当控制讯号Gate持续产生的时间长度超过调光讯号DIM一预定脉冲数时，即产生一开路保护讯号OP。保护单元315在接收到开路保护讯号OP后，产生一保护讯号LA使反馈控制单元310进入一锁定状态而停止输出控制讯号Gate。在本实施例中，调光讯号DIM为脉冲调光讯号，但实际上调光讯号DIM也可以为直流调光讯号，根据直流调光讯号的准位即可转换成脉冲调光讯号并输至开路判断单元320作为计时之用。

相较于图3所示的实施例，本实施例中的电源转换控制器300额外包含输入电源侦测单元312。输入电源侦测单元312侦测输入电源VIN的电压值，当输入电源VIN的电压值低于一预定低压值时，产生一保护暂停讯号PA至开路判断单元320，使开路判断单元320暂停进行开路保护讯号OP，以避免输入电源VIN的暂时不稳定造成开路误判。甚至，输入电源侦测单元312的保护暂停讯号PA也可用以停止开路判断单元320或/及保护单元315的运作，甚至是反馈控制单元310的运作，以降低电源转换控制器300的整体功耗。如此，可以较低电容值的启始电容Cin仍可达到避免电源转换控制器300在开路保护之前先进入欠压保护的问题，而达到降低发光二极管驱动电路的成本的优点。

如上所述，本发明完全符合专利三要件：新颖性、进步性和产业上的利用性。本发明在上文中已以较佳实施例揭示，但本领域的技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种电源转换控制器，用以控制一转换电路将一输入电源的电力转换以驱动一负载，该电源转换控制器包含：

一反馈控制单元，根据代表该负载的状态的一反馈讯号，以控制该转换电路；

一开路判断单元，在判断该负载处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时，产生一开路保护讯号；

一保护单元，耦接该反馈控制单元及该开路判断单元，在接收该开路保护讯号时，产生一保护讯号使该反馈控制单元进入一锁定状态而停止控制该转换电路；以及

一输入电源侦测单元，该输入电源侦测单元耦接该输入电源以侦测该输入电源的一输入电压，在该输入电压低于一预定低压值时输出一保护暂停讯号，使该开路判断单元暂停输出该开路保护讯号。

2.根据权利要求1所述的电源转换控制器，其中该预定时间长度是由一计时电容的电容量而定。

3.根据权利要求1所述的电源转换控制器，其中该负载为一发光二极管模组。

4.根据权利要求3所述的电源转换控制器，还接收一调光讯号，该电源转换控制器以一调光周期控制该转换电路使该发光二极管模组的发光亮度根据该调光讯号调整。

5.根据权利要求4所述的电源转换控制器，其中该开路判断单元根据该调光周期设定该预定时间长度。

6.根据权利要求1所述的电源转换控制器，还耦接该转换电路以接收一操作电力。

7.根据权利要求6所述的电源转换控制器，其中输入电源侦测单元输出该保护暂停讯号以停止该开路判断单元、该保护单元或其组合的运作。

8.一种发光二极管驱动电路，包含：

一发光二极管模组；

一转换电路，用以将一输入电源的电力转换以驱动该发光二极管模组发光；以及

一电源转换控制器，根据代表一负载的状态的一反馈讯号，以控制该转换电路进行电力转换，该电源转换控制器在判断该负载处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时执行一开路保护功能以停止该转换电路进行电力转换；

其中，该电源转换控制器还侦测该输入电源的一输入电压，在该输入电压低于一预定低压值时暂停该开路保护功能。

9.根据权利要求8所述的发光二极管驱动电路，还包含一整流电路，将一交流输入电源整流转换成该输入电源。

10.根据权利要求9所述的发光二极管驱动电路，其中该电源转换控制器耦接该转换电路以接收一操作电力。

11.根据权利要求10所述的发光二极管驱动电路，其中该电源转换控制器包含一输入电源侦测单元，该输入电源侦测单元耦接该输入电源以侦测该输入电源的一输入电压，在该输入电压低于一预定低压值时输出一保护暂停讯号以停止该开路保护功能。

12.根据权利要求11所述的发光二极管驱动电路，其中该电源转换控制器还包含一开路判断单元，在判断该负载处在一开路状态并持续超过一预定时间长度时，产生一开路保护讯号，使该电源转换控制器执行该开路保护功能。

13.根据权利要求8所述的发光二极管驱动电路，其中该电源转换控制器在该输入电压低于该预定低压值时，停止该电源转换控制器的部分电路的运作以降低该电源转换控制器的功耗。