CN102480818A - 发光二极管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管驱动电路，其包含一第一定电流源、一第二定电流源及一切换单元。切换单元耦接于一第一发光装置、一第二发光装置、第一定电流源及一操作电压，且切换单元用以控制第一发光装置、第二发光装置、第一定电流源、第二定电流源及操作电压间的一耦接关系。第一发光装置及第二发光装置分别包含至少一发光二极管。

Description

发光二极管驱动电路

技术领域

本发明系关于一种发光二极管驱动电路及驱动方法，尤其关于一种能够增加发光二极管的发光效率的发光二极管驱动电路及驱动方法

背景技术

由于近年来发光二极管(Light Emitting Diode，LED)制造技术的突破，使得发光二极管的发光亮度及发光效率大幅提升，因而使发光二极管逐渐取代现有的萤光灯管而成为新的照明装置，广泛地应用于各种照明装置。

图1显示现有的发光二极管照明装置的电路结构的示意图。如图1所示，现有的照明装置100包含一电源转换电路110、至少一定电流源130及多个发光二极管120。电源转换电路110耦接于一交流电源VAC及多个发光二极管120之间。多个互相串联的发光二极管120更串联于一定电流源130。电源转换电路110包含一桥式整流器111，桥式整流器111系将交流电压VAC整流成一脉动的直流电源，而该直流电源使发光二极管120发光。定电流源130能够使发光二极管120的负载的流过接近固定的电流，藉以保护该些发光二极管120。然而，依据图1的现有的照明装置100会产生有发光效率较差的问题。

图2显示现有的发光二极管照明装置的电压及电流时序状态的示意图。如图2所示，交流电压VAC被整流成一脉动的直流电源，其电压值渐增后再渐减而没有固定的电压。然而，依据发光二极管120的固有特性，仅有在驱动电压大于该些发光二极管120的导通电压(Forward Voltage)的总和Vf时，该些发光二极管120才会发光。因此，发光二极管120仅有在时间T1至T2、时间T3至T4、及时间T5至T6的期间才会发光，而时间T2至T3、及时间T4至T5的期间不会发光。因而降低了现有的照明装置100的发光效率。

为解决上述发光效率差的问题，依据一现有技术，电源转换电路110尚可以更包含一电容112。电容112耦接于桥式整流器111与该些发光二极管120之间，用以对该直流电源进行稳压，使该些发光二极管120可接收稳定的电压。然而由于电容112需使用可承受至少110、220或250V的高压的耐高压电容，导致电容112的成本提高，因此照明装置100的生产成本亦会增加。若要使用较低压的规格的电容112时，电源转换电路110应再设置一变压器113。变压器113将交流电压VAC降压后，再提供至桥式整流器111，但变压器113的单价也很高，还是会增加照明装置100的制造成本。

发明内容

本发明一实施例的目的在于提供一种能够增加发光二极管的发光效率的发光二极管驱动电路。于一实施例的目的在于提供一种能够降低制造成本的发光二极管驱动电路。于一实施例的目的在于提供一种能够于低温下尚能够保持照明装置品质的发光二极管驱动电路。于一实施例的目的在于提供一种具有容错功能的发光二极管驱动电路。

依据本发明一实施例，提供一种发光二极管驱动电路，其适于驱动一第一发光装置及一第二发光装置，且第一发光装置及第二发光装置分别包含至少一发光二极管。发光二极管驱动电路包含一第一定电流源、一第二定电流源及一切换单元。切换单元耦接于第一发光装置、第二发光装置、第一定电流源及一操作电压，且切换单元用以控制第一发光装置、第二发光装置、第一定电流源、第二定电流源及操作电压间的一耦接关系。

于一实施例中，切换单元使操作电压、第一发光装置、第二发光装置及第二定电流源形成一第一电流回路，使操作电压、第一发光装置及第一定电流源形成一第二电流回路，或使操作电压、第二发光装置及第二定电流源形成一第三电流回路。

于一实施例中，发光二极管驱动电路更包含一电源转换电路及一状态控制电路。电源转换电路耦接于一交流电压，并将交流电压转换成一直流电压作为操作电压。状态控制电路耦接于电源转换电路及切换单元间，依据操作电压、一第一参考电压及一第二参考电压产生一控制信号，且切换单元依据控制信号控制前述耦接关系。

于一实施例中，该状态控制电路包含一比较电路及一切换控制电路。比较电路用以比较操作电压、第一参考电压及第二参考电压，并产生一比较结果信号。切换控制电路依据比较结果信号产生控制信号。于一实施例中，较佳的情况是，当比较结果信号表示操作电压大于第一参考电压时，切换单元使操作电压、第一发光装置、第二发光装置及第二定电流源形成一第一电流回路。当比较结果信号表示操作电压介于第一参考电压及第二参考电压间时，切换单元使操作电压、第一发光装置及第一定电流源形成一第二电流回路，以及使操作电压、第二发光装置及第二定电流源形成一第三电流回路。

于一实施例中，第一参考电压对应第一发光装置及第二发光装置中该些发光二极管的导通电压的总合，且第二参考电压对应第一发光装置中该至少一发光二极管的导通电压的总合，其中第一参考电压大于第二参考电压。

于一实施例中，发光二极管驱动电路更包含一电流控制电路。电流控制电路耦接于状态控制电路、与第一定电流源及第二定电流源之间，并依据控制信号使第一定电流源及第二定电流源输出一电流，藉以调整第一发光装置及第二发光装置的输出功率。

依据本发明一实施例，随着操作电压的电压值变化，来改变多个串联中发光二极管的导通电压的总合，因此能够得到较佳的发光效率。依本发明一实施例的发光二极管驱动电路具有容错功能，能够避免当有一发光二极管损坏时，造成整个照明装置无法发光的问题。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1显示现有的发光二极管照明装置的电路结构的示意图；

图2显示现有的发光二极管照明装置的电压及电流时序状态的示意图；

图3显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电路结构的示意图；

图4显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电压时序状态的示意图；

图5显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电路结构的示意图。

图6A显示本发明一实施例发光二极管照明装置的第一状态中，该些发光装置的连接状态的电路结构的示意图；

图6B显示本发明一实施例发光二极管照明装置的第二状态中，该些发光装置的连接状态的电路结构的示意图；

图6C显示本发明一实施例发光二极管照明装置的第三状态中，该些发光装置的连接状态的电路结构的示意图；

图7显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电压时序状态的示意图。

主要元件符号说明：

100照明装置

110电源转换电路

111桥式整流器

112电容

113变压器

120发光二极管

130定电流源

200照明装置

200a  照明装置

210电源转换电路

220发光二极管

221第一发光装置

222第二发光装置

223第三发光装置

224第四发光装置

231第一定电流源

232第二定电流源

233第三定电流源

234第四定电流源

241第一切换元件

242第二切换元件

243第三切换元件

251第一切换单元

252第二切换单元

253第三切换单元

260电流控制电路

270状态控制电路

271比较电路

272切换控制电路

具体实施方式

图3显示本发明一实施例的发光二极管照明装置其电路结构的示意图。如图3所示，依本发明一实施例的照明装置200包含一第一定电流源231、一第二定电流源232、一第一发光装置221、一第二发光装置222及一第一切换单元251。

第一发光装置221及第二发光装置222可以包含有至少一发光二极管220，于本实施例中是包含有二个发光二极管220，但本发明不限定于此，可以使依产品设计来决定发光二极管220的数量。第一切换单元251耦接于第一发光装置221、第二发光装置222、操作电压Vs及第一定电流源231之间，选择性地使第一发光装置221及第二发光装置222互相耦接形成串联；或使第一发光装置221不耦接于第二发光装置222。

更具体而言，第一切换单元251包含一第一切换元件241、一第二切换元件242及一第三切换元件243。第一切换元件241耦接于第一发光装置221及第一定电流源231之间，使得操作电压Vs、第一发光装置221、第一切换元件241及第一定电流源231间形成一第一串联，第一串联的第一发光装置221中该些发光二极管220的导通电压(Forward Voltage)的总和为Vf2。第二切换元件242耦接于第二发光装置222及操作电压Vs之间，使得操作电压Vs、第二切换元件242、第二发光装置222及第二定电流源232间形成一第二串联，第二串联的第二发光装置222中该些发光二极管220的导通电压(Forward Voltage)的总和为Vf2。第三切换元件243耦接于第一发光装置221及第二发光装置222之间，使得操作电压Vs、第一发光装置221、第三切换元件243、第二发光装置222及第二定电流源232间形成一第三串联，第三串联的第一及二发光装置221及222中该些发光二极管220的导通电压(Forward Voltage)的总和为Vf1，其中Vf1大于Vf2，且第三切换元件243更耦接于第一切换元件241及第二切换元件242之间。

于一实施例中，照明装置200依据第一切换单元251的切换控制可以呈现两种状态。当第一切换元件241及第二切换元件242呈关闭状态且第三切换元件243呈开始状态时，照明装置200为第一状态，操作电压Vs、第一发光装置221、第三切换元件243、第二发光装置222及第二定电流源232间形成一电流回路I11，操作电压Vs及第二定电流源232互相配合，使第一发光装置221及第二发光装置222发光。

当第一切换元件241及第二切换元件242呈开始状态且第三切换元件243呈关闭状态时，照明装置200为第二状态，第一发光装置221及第二发光装置222间形成断路。操作电压Vs、第一发光装置221、第一切换元件241及第一定电流源231间形成一电流回路I12，操作电压Vs及第一定电流源231互相配合，使第一发光装置221发光。操作电压Vs、第二切换元件242、第二发光装置222及第二定电流源232间形成一电流回路I3，操作电压Vs及第二定电流源232互相配合，使第二发光装置222发光。

依据上述的设计，能够根据操作电压Vs的不同的值，控制照明装置200的状态，形成电流回路I11；或形成电流回路I12及电流回路I13。图4显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电压时序状态的示意图。如图4所示，当操作电压Vs介于Vf1及Vf2的间时，第一切换单元251使照明装置200进入第二状态，并形成电流回路I12及电流回路I13，由于第一串联及第二串联的导通电压的总和皆分别为Vf2，而且电压Vf2小于操作电压Vs，因此能够使第一发光装置221及第二发光装置222发光。当操作电压Vs大于电压Vf1时，第一切换单元251使照明装置200进入第一状态，并形成电流回路I11，由于第三串联的导通电压的总和为Vf1，而且电压Vf1小于操作电压Vs，因此能够使第一发光装置221及第二发光装置222发光。依据本实施例的设计，能够使第一发光装置221及第二发光装置222，其发光的起始时间从T1提早至t1，使其发光的结束时间从T2延长至t2。因此能够增加第一发光装置221及第二发光装置222的发光时间，进而增加照明装置200的发光效率。

图5显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电路结构的示意图。图5实施例的照明装置200a相似于图3实施例的照明装置200，因此相同的元件使用相同的符号，并省略其相关说明，以下更说明其至少一相异处。如图5所示，照明装置200a包含一发光二极管驱动电路及多个发光装置。发光二极管驱动电路耦接于该些发光装置及一交流电源V_AC之间，用以使该些发光装置发光。

于本实施例中，发光二极管驱动电路包含一电源转换电路210；一电流控制电路260；一状态控制电路270；一第一、二及三切换单元251、252及253；一第一、二、三及四定电流源231、232、233及234；以及一第一、二、三及四发光装置221、222、223及224。该些发光装置221～224包含有至少一发光二极管220。状态控制电路270包含一切换控制电路272及一比较电路271。

如图5所示，电源转换电路210耦接于一交流电源V_AC及比较电路271之间，其可以为一桥式整流器，用以将交流电压V_AC整流成一脉动的直流电源作为操作电压Vs。状态控制电路270耦接于电源转换电路210与第一、二及三切换单元251、252及253之间，依据操作电压Vs产生一控制信号Sc，用以控制照明装置200a的状态。更具体而言，比较电路271接收操作电压Vs及多个参考电压Vf1、Vf2及Vf3，并分别比较操作电压Vs与该些参考电压Vf1、Vf2及Vf3后，产生一比较结果信号Sr。切换控制电路272耦接于比较电路271与第一、二及三切换单元251、252及253之间，接收比较结果信号Sr，并依据比较结果信号Sr产生控制信号Sc。第一、二及三切换单元251、252及253接收控制信号Sc，并依据控制信号Sc控制其内的切换元件的开关状态，用以控制照明装置200a的状态。电流控制电路260耦接于状态控制电路270与第一、二、三及四定电流源231、232、233及234之间，接收控制信号Sc以控制第一、二、三及四定电流源231、232、233及234，使该些定电流源231～234可输出具有适当电流值的电流，让该些发光装置221～224的输出功率得以调整至接近固定功率状态。

第一切换单元251耦接于第一发光装置221、第二发光装置222、操作电压Vs及第一定电流源231之间，选择性地使第一发光装置221耦接于第二发光装置222；或使第一发光装置221耦接于第一定电流源231及/或第二发光装置222耦接于操作电压Vs。

第二切换单元252耦接于第二发光装置222、第三发光装置223、操作电压Vs及第二定电流源232之间，选择性地使第二发光装置222耦接于第三发光装置223；或使第二发光装置222耦接于第二定电流源232及/或第三发光装置223耦接于操作电压Vs。

第三切换单元253耦接于第三发光装置223、第四发光装置224、操作电压Vs及第三定电流源233之间，选择性地使第三发光装置223耦接于第四发光装置224；或使第三发光装置223耦接于第三定电流源233及/或第四发光装置224耦接于操作电压Vs。

图6A显示本发明一实施例发光二极管照明装置的第一状态中，该些发光装置的连接状态的电路结构的示意图。图6B显示本发明一实施例发光二极管照明装置的第二状态中，该些发光装置的连接状态的电路结构的示意图。图6C显示本发明一实施例发光二极管照明装置的第三状态中，该些发光装置的连接状态的电路结构的示意图。图7显示本发明一实施例发光二极管照明装置的电压时序状态的示意图。

如图6A及图7所示，状态控制电路270依据操作电压Vs控制照明装置200a的状态。当比较结果信号Sr显示操作电压Vs大于电压Vf1时，使照明装置200a呈现第一状态。于照明装置200a的第一状态，操作电压Vs、第一、二、三及四发光装置221、222、223及224及第四定电流源234形成第一串联，并形成一电流回路I21。于第一串联中，该些发光装置的发光二极管220导通电压的总和为电压Vf1，因此能够使该些发光装置221～224发光。

如图6B及图7所示，当比较结果信号Sr显示操作电压Vs介于电压Vf1及Vf2之间时，使照明装置200a呈现第二状态。于照明装置200a的第二状态，操作电压Vs、第一及二发光装置221及222、及第二定电流源232形成第二串联，并形成一电流回路I22；并且操作电压Vs、第三及四发光装置223及224、及第四定电流源234形成第三串联，并形成一电流回路I23。于第二及三串联中该些发光装置的发光二极管220导通电压的总和分别为电压Vf2，由于随着操作电压Vs调整并降低导通电压的总和，因此本实施例中即使在较低的操作电压Vs下亦能够使该些发光装置221～224同时发光。

如图6C及图7所示，当比较结果信号Sr显示操作电压Vs介于电压Vf2及Vf3之间时，使照明装置200a呈现第三状态。于照明装置200a的第三状态，操作电压Vs、第一发光装置221及第一定电流源231形成第四串联及电流回路I24；操作电压Vs、第二发光装置222及第二定电流源232形成第五串联及电流回路I25；操作电压Vs、第三发光装置223及第三定电流源233形成第六串联及I26电流回路；操作电压Vs、第四发光装置224及第四定电流源234形成第七串联及电流回路I27。于第四至七串联中该些发光装置的发光二极管220导通电压的总和分别为电压Vf1，由于随着操作电压Vs更进一步调整并降低导通电压的总和，因此本实施例中即使在更低的操作电压Vs下亦能够使该些发光装置221～224同时发光。

于现有技术中，皆是决定一串联中发光二极管220的导通电压的总合后，再使操作电压Vs配合前述导通电压的总合。为得到较佳的发光效率，利用各种电子元件及电路设计，使操作电压Vs更稳定地输出，而使制造成本增加。不然就是减少照明装置100的发光效率。相反于现有技术的设计，依据本发明一实施例，随着操作电压Vs的电压值变化，来改变该些串联中发光二极管220的导通电压的总合，因此能够得到较佳的发光效率。且于一实施例中，可以不使用电容及电感等电子元件，能够减少制造成本。于低温状态下，电容中的电容液容易从液态变成固态而降低电容的品质，因而降低照明装置200a的品质。因此，于一实施例中，照明装置200a还具有在低温下尚能够保持产品品质的功能。

此外，现有技术中，当一串联中的一发光二极管220损坏时，该串联的所有发光二极管220皆无法发光。然而依据本发明一实施例中，例如当第一发光装置221中一发光二极管220损坏时，状态控制电路270能够使操作电压Vs、第二、三及四发光装置222、223及224以及第四定电流源224形成一电流回路，使第二、三及四发光装置222、223及224持续发光。例如当第二发光装置222中一发光二极管220损坏时，状态控制电路270能够使操作电压Vs、第一发光装置221及第一定电流源231形成一电流回路；并使操作电压Vs、第三及四发光装置223及224以及第四定电流源234形成一电流回路，使第一、三及四发光装置221、223及224持续发光。因此依本发明一实施例的发光二极管驱动电路具有容错功能，能够避免当有一发光二极管损坏时，造成整个照明装置200a无法发光的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术认证，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求范围所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利要求范围。

Claims (7)

1.一种发光二极管驱动电路，适于驱动一第一发光装置及一第二发光装置，且所述的第一发光装置及所述的第二发光装置分别包含至少一发光二极管，其特征在于，所述的发光二极管驱动电路包含：

一第一定电流源；

一第二定电流源；以及

一切换单元，耦接于所述的第一发光装置、所述的第二发光装置、所述的第一定电流源及一操作电压，且所述的切换单元用以控制所述的第一发光装置、所述的第二发光装置、所述的第一定电流源、所述的第二定电流源及所述的操作电压间的一耦接关系。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，

所述的切换单元使所述的操作电压、所述的第一发光装置、所述的第二发光装置及所述的第二定电流源形成一第一电流回路，

使所述的操作电压、所述的第一发光装置及所述的第一定电流源形成一第二电流回路，或

使所述的操作电压、所述的第二发光装置及所述的第二定电流源形成一第三电流回路。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述的发光二极管驱动电路更包含：

一电源转换电路，耦接于一交流电压，并将所述的交流电压转换成一直流电压作为所述的操作电压；及

一状态控制电路，耦接于所述的电源转换电路及所述的切换单元间，依据所述的操作电压、一第一参考电压及一第二参考电压产生一控制信号，且所述的切换单元依据所述的控制信号控制所述的耦接关系。

4.如权利要求3所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述的状态控制电路包含：

一比较电路，用以比较所述的操作电压、所述的第一参考电压及所述的第二参考电压，并产生一比较结果信号；及

一切换控制电路，依据所述的比较结果信号产生所述的控制信号。

5.如权利要求4所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，

所述的第一参考电压大于所述的第二参考电压，

当所述的比较结果信号表示所述的操作电压大于所述的第一参考电压时，所述的切换单元使所述的操作电压、所述的第一发光装置、所述的第二发光装置及所述的第二定电流源形成一第一电流回路，且

当所述的比较结果信号表示所述的操作电压介于所述的第一参考电压及所述的第二参考电压间时，所述的切换单元使所述的操作电压、所述的第一发光装置及所述的第一定电流源形成一第二电流回路，以及使所述的操作电压、所述的第二发光装置及所述的第二定电流源形成一第三电流回路。

6.如权利要求5所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，

所述的第一参考电压对应所述的第一发光装置及所述的第二发光装置中所述的些发光二极管的导通电压的总合，且

所述的第二参考电压对应所述的第一发光装置中所述的至少一发光二极管的导通电压的总合。

7.如权利要求3所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述的发光二极管驱动电路更包含：

一电流控制电路，耦接于所述的状态控制电路、与所述的第一定电流源及所述的第二定电流源之间，并依据所述的控制信号使所述的第一定电流源及所述的第二定电流源输出一电流，藉以调整所述的第一发光装置及所述的第二发光装置的输出功率。

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