CN102595744A - 发光二极管发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发光二极管发射装置。LED发射装置包括LED通道和与该LED通道相邻的地，LED通道具有多个串联耦连的LED。LED发射装置的变换器通过变换输入电压产生激励所述LED通道的电压。LED发射装置包括保护电路，其通过感测流向地的电流来判断所述LED通道是否接地。

Description

发光二极管发射装置

技术领域

本发明的实施例涉及发光二极管(LED)发射装置。更具体地，本发明的实施例涉及在LED发射装置异常地直接接地时保护LED发射装置的LED发射装置。

背景技术

使用LED的发光装置(下文称作LED发射装置)通过将电流提供给LED来驱动LED。然后，LED发射亮度与电流对应的光束。LED发射装置通过使预定电流在包括多个串联连接的LED的每个LED通道中流动来提供预定强度。电流供应到LED通道以用于发光的操作被称作接通，并且电流供应被阻断因此发光被停止的操作被称作关断。

LED发射装置可包括多个LED通道，并控制流向每个LED通道的电流恒定。由于多个LED通道是并联耦连的，每个LED通道被施以相同的电源电压。

如果LED通道电连接到形成LED发射装置的外侧的机壳，则电流流向机壳接地端。在这种情况下，大量的电流流向LED通道，使得LED通道和LED发射装置可能被损坏。

在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此，它可能包含不形成在本国已经为本领域技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的实施例致力于提供一种LED发射装置，该LED发射装置可以感测LED发射装置的异常接地。

根据本发明的实施例的LED发射装置包括LED通道和与该LED通道相邻的接地装置，该LED通道具有多个串联耦连的LED。LED发射装置包括变换器，其通过变换输入电压产生激励所述LED通道的电压；和保护电路，其通过感测流向接地装置的电流来判断所述LED通道是否接地。保护电路包括：电阻器，其具有连接到接地装置的第一端和连接到另一接地装置的第二端；和磁滞比较器，其包括连接到所述电阻器的第一端的第一输入端子和输入预定阀值参考电压的第二输入端子，并且通过将所述第一输入端子的电压和根据磁滞特性设置所述阈值参考电压所处的阀值参考范围比较，来判断所述LED通道是否接地。阀值参考电压是根据在所述LED通道连接到接地装置时产生的电压确定的，因此流向地的电流流向所述电阻器。

根据本发明的另一实施例的LED发射装置具有由串联连接的多个LED形成的LED通道和与该LED通道相邻的接地装置。LED发射装置包括：变换器，其具有接收输入电压的第一电感器，并且其通过控制开关的开关操作来产生激励所述LED通道的电压，其中开关控制流向所述第一电感器的电流；和保护电路，其通过感测流向第二电感器的电流来判断所述LED通道是否接地，第二电感器以隔离方式耦连到所述第一电感器。

保护电路包括并联连接到所述第二电感器的电阻器和磁滞比较器，磁滞比较器包括连接到所述电阻器的第一端的第一输入端子和输入预定阀值参考电压的第二输入端子，并且磁滞比较器通过将所述第一输入端子的电压和根据磁滞特性设置所述阈值参考电压所处的阀值参考范围比较，来判断所述LED通道是否接地。

阈值参考电压是根据在所述LED通道接地时产生的电压来确定的，因此流向第二电感器的电流流向所述电阻器。

保护电路包括：光电二极管，其并联耦连到所述第二电感器；光电晶体管，其与所述光电二极管形成光耦合器；电阻器，其具有连接到所述光电晶体管的第一端和连接到预定偏置电压的第二端；和磁滞比较器，其具有与所述电阻器的第一端连接的第一输入端子和输入预定阀值参考电压的第二输入端子，并且其通过将所述第一输入端子的电压和根据磁滞特性设置所述阈值参考电压所处的阀值参考范围比较，来判断所述LED通道是否接地。

阈值参考电压是根据在所述LED通道连接到接地装置时通过流向所述光电晶体管的电流产生的电压降来确定的，因此，流向所述第二电感器的电流流向所述光电二极管。

本发明提供一种可以感测LED发射装置的异常接地的LED发射装置。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施例的LED发射装置。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的电流调节器的示意图。

图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括保护电路的LED发射装置。

图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括保护电路的LED发射装置。

具体实施方式

在下文的详细描述中，只通过示例示出并描述了本发明的某些示例性实施例。本领域技术人员会认识到，所描述的实施例可以以各种不同方式修改，所有这些都不偏离本发明的精神或范围。相应地，附图和描述应认为在本质上是示意性的，而非限制性的。相似的附图标记在说明书中指示相似的元件。

而且，在说明书和随后的权利要求中，当描述一元件“耦连到”另一元件时，前一元件可“直接耦连”到另一元件或者通过第三元件“电耦连”到另一元件。此外，除非明显描述为相反，词语“包括”和诸如“包含”或“具有”的变形应理解为暗示包括所描述的元件但不排除其它任何元件。

下面参照附图更加全面地描述本发明，图中示出了本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的LED发射装置。

如图1中所示，LED发射装置1包括AC-DC变换器100、变换器200、保护电路300、通道驱动器400和LED通道CH。

AC-DC变换器100将AC输入变换成DC输入电压VIN(下文中称作输入电压)。

变换器200通过变换输入电压VIN产生电源电压VLED。根据本发明的示例性实施例的变换器200被实现为升压变换器，但本发明并不局限于此。由于用于驱动LED通道CH的电源电压VLED被设置为比输入电压VIN高，所以在本示例性实施例中变换器200被实现为升压变换器。

变换器200包括电感器L1、PWM控制器210、开关220、整流二极管D1和电容器C1。

电感器L1的第一端连接到输入电压VIN，其第二端连接到整流二极管D1的阳极和开关220的第一端。开关220的第二端接地，开关220根据由PWM控制器210生成的栅极信号VG执行开关操作。

整流二极管D1的阴极连接到电容器C1的第一端和LED通道CH。电容器C1的第二端接地，电容器C1中所充的电压成为电源电压VLED。

在开关220的接通时段中，电流通过输入电压VIN流向电感器L1，电力被充电到电感器L1。在开关220的关断时段中，电容器C1和LED通道CH由电感器L1中所充的电力经由整流二极管D1被提供电流。

PWM控制器210使用电压VCH控制开关220的开关操作，电压VCH是通过从电源电压VLED中减去LED通道CH的电压获得的。PWM控制器210利用通道电压VCH和预定参考电压之间的差控制开关220的开关操作，以维持通道电压VCH为恒定。

在本发明的示例性实施例中，只显示了一个LED通道，但本发明并不局限于此。即，LED发射装置可包括多个LED通道。在此情况下，PWM控制器210可接收多个LED通道中每一个的通道电压，并根据多个通道电压中最低的电压来控制开关220的开关操作。

为了维持通过LED通道流动的电流恒定，电源电压VLED应该足以激励LED通道。通道电压是通过从电源电压VLED中减去LED通道电压获得的电压，因此，通过使用通道电压，可以确定电源电压VLED是否足以激励LED通道。

而且，由于电源电压VLED过高，可能出现不希望的功耗。因此，通过控制开关220的开关操作，通道电压被维持参考电压，从而激励LED通道，并防止不必要的功耗。

LED通道CH示例性地包括7个LED元件，但本发明并不局限于此。

通道驱动器400包括通道控制器410和电流调节器420。

通道控制器410生成通道控制信号CCH，通道控制信号CCH根据调光信号Dim控制电流调节器420的操作。通道控制信号CCH开启电流调节器420。

电流调节器420根据通道控制信号CCH控制LED通道CH的电流(ILED)为恒定。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的电流调节器的示意图。

如图2所示，电流调节器420包括误差放大器421、NMOSFET 422和电阻器RR。

误差放大器421通过由通道控制信号CCH启动而开始操作。误差放大器421生成栅极信号VQ以使输入反相端(-)的反馈电压VFB和参考电压VRI相等。NMOSFET 422根据栅极信号VQ连接，使得电流(ILED)被控制为恒定。

当电流ILED降低，反馈电压VFB降低，因此反馈电压VFB不等于参考电压VRI，棚极信号VQ以用于抵消反馈电压VFB和参考电压VRI之间的差的方向生成。例如，当反馈电压VFB变得高于参考电压VRI时，栅极信号VQ降低，因此NMOSFET 422的连通性降低，从而使电流ILED降低。相反，当反馈电压VFB低于参考电压VRI时，栅极信号VQ增加，因此NMOSFET 422的连通性增强，使得电流ILED增加。

用此方法，反馈电压VFB被控制得等于参考电压VRI，使得电流ILED保持恒定。

保护电路300检测LED通道CH的异常接地。作为异常接地的一个例子，在本发明的示例性实施例中，LED通道CH接地到机壳20。不过，本发明并不局限于此，其中LED通道CH异常接地的任何配置都可以适用。

保护电路300连接到机壳20，并在流向机壳20的电流超过预定阈值范围时，判断LED通道CH异常接地。

保护电路300包括磁滞比较器310、参考电压源320和电阻器RP1。

电阻器RP1包括连接到机壳20的第一端和接地的第二端。

参考电压源320提供与阈值范围对应的阈值参考电压VTH1。

磁滞比较器310包括非反相端(+)和反相端(-)，在电阻器RP1中生成的电压PV1输入到非反相端，阈值参考电压VTH1输入到反相端。

当阈值参考电压VTH1比预定阈值电压范围的最高值高电压PV1时，生成高电平保护信号PS1，预定阈值电压范围是根据阈值参考电压VTH1的磁滞特性确定的。当阈值参考电压VTH1比阈值电压范围的最低值低电压PV1时，生成低电平保护信号PS1。当电压PV1包括在阈值电压范围的最高值和最低值之间时，保护信号PS1不经历电平变化。

磁滞比较器310用来防止保护信号PS1由于电压PV1的波纹分量而造成电平变化。

在图1中，当LED通道CH的一部分异常接地到机壳20时，电流ILED流向机壳20。在附图中，为了描述本发明的实施例，异常接地被标记为虚线“10”。不过，本发明并不局限于此。异常接地可能出现在LED通道CH中的至少一点，接地的对象可包括不只机壳，还有在与LED通道CH相邻的其它配置中有关接地的配置。

当异常接地状态继续时，通道电压VCH被维持接地电压，使得PWM控制器210以最大占空比激励开关220。由于通道电压VCH即使在开关220以最大占空比激励同时LED通道CH处于异常接地状态时也不增加，所以变换器200可能由于过操作而损坏，并且LED通道CH可能由于过电流而损坏。

在本发明的示例性实施例中，当产生流向机壳20的电流时，流向机壳20的电流流向电阻器RP1，使得电压PV1生成。当电压PV1变得高于阈值电压范围的最高值时，生成高电平保护信号PS1。

在本发明的示例性实施例中，在保护信号PS1具有高电平时，判断是否需要保护操作。对于保护操作，AD-DC变换器100可停止操作以阻止输入电压VIN。而且，变换器200还可停止操作以阻止电流通过整流二极管D1提供给LED通道CH。两种保护操作可以同时或选择地执行。

在参考图1的示例性实施例中，保护信号是通过感测流向机壳20的电流生成的，但本发明并不局限于此。可以感测由于LED通道CH的异常接地造成流向LED通道CH的过电流的任何保护操作都是适用的。

下面，将参考图3描述本发明的另一示例性实施例。

图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括保护电路的LED发射装置。与以前描述的示例性实施例相同的部分具有相同的附图标记。将不再描述与以前描述的示例性实施例相同的部分。

如图3所示，根据本发明的另一示例性实施例的保护电路300’不与机壳20连接，LED通道CH异常接地到机壳20，使得它不会直接感测流向机壳20的电流。

根据本发明的另一示例性实施例的保护电路300’感测由于LED通道CH的异常接地到机壳20而流向LED通道CH的过电流。当LED通道CH异常接地到机壳20时，变换器200的输出端子的负载显著降低，使得流向电感器L1的电流显著增大。

保护电路300’感测流向电感器L2的电流，以感测流向电感器L1的电流的显著增加，电感器L2以隔离方式耦连到电感器L1。

保护电路300’包括电感器L2、电阻器RP2、磁滞比较器330和参考电压源340。

电感器L2采用隔离方式以预定匝数比与电感器L1耦连。流向电感器L1的电流是根据匝数比转换的，然后在电感器L2中产生。

在电感器L2中生成的电流流向电阻器RP2，电压PV2在电阻器RP2中产生。

参考电压源340提供与由电感器L2的电流产生的电压PV2对应的阈值参考电压VTH，电感器L2的电流是在LED通道CH处于异常接地状态时根据流向电感器L1的电流生成的。

磁滞比较器330包括非反相端(+)和反相端(-)，电压PV2输入非反相端，阈值电压VTH2输入反相端。

当阈值参考电压VTH2比预定阈值电压范围的最高值高电压PV2时，生成高电平保护信号PS2，预定阈值电压范围是根据磁滞比较器310的磁滞特性确定的。当阈值参考电压VTH2比阈值电压范围的最低值低电压PV2时，生成低电平保护信号PS2。当电压PV2是包括于阈值电压范围的最高值和最低值之间的值时，保护信号PS2不经历电平变化。

根据本发明的另一示例性实施例，电感器L2的电流流向形成光耦合器的光电二极管，而不流向电阻器RP2。

参照图4，将描述本发明的另一示例。

图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括保护电路的LED发射装置。与以前描述的示例性实施例相同的部分具有相同的附图标记。将不再描述与以前描述的示例性实施例相同的部分。

如图4所示，保护电路300”包括连接到电感器L2而不连接到电阻器RP2的光电二极管PD和与光电二极管PD一起形成光耦合器的光电晶体管PT。保护电路300”包括磁滞比较器350、参考电压源360、反相器370和电阻器R1。

光电二极管PD包括连接到电感器L2的阳极和接地的阴极。

光电晶体管PT光耦连到光电二极管PD，电流对应于光电二极管PD的发光量。光电晶体管PT连接在电阻器R1的一端和地之间，电阻器R1的另一端连接到激励光电晶体管PT的偏置电压VCC。

磁滞比较器350包括非反相端(+)和反相端(-)，根据流向光电晶体管PT的电流生成的电压PV3输入到非反相端，阈值参考电压VTH3输入到反相端。

当阈值参考电压VTH3比预定阈值电压范围的最高值高电压PV3时，生成高电平输出信号COT，预定阈值电压范围是根据磁滞比较器350的磁滞特性确定的。当阈值参考电压VTH3比阈值电压范围的最低值低电压PV3时，生成低电平输出信号COT。当电压PV3是包括于阈值电压范围的最高值和最低值之间的值时，输出信号COT不经历电平变化。

反相器370通过将输出信号COT反相来生成保护信号PS3。在本发明的示例性实施例中，保护操作是在保护信号为高电平时执行的。因此，根据本发明的另一示例性实施例，反相器370被加入，以生成保护信号PS3。不过，当保护操作是在保护信号PS3为低电平时执行时，反相器370是不需要的。

由于LED通道CH的异常接地，过量的电流流向电感器L1，因此流向电感器L2的电流量增加，光电二极管PD的发光量增加，流向光电晶体管PT的电流量增加。

然后，由于电阻器R1造成来自偏置电压VCC的电压降增加，相应地电压PV3降低。当电压PV3低于阈值电压范围的最低值时，磁滞比较器350生成低电平输出信号COT，低电平输出信号COT通过反相器370反相，使得生成高电平保护信号PS3。

阈值参考电压VTH3还可被设置成根据电感器L2中由于LED通道CH的异常接地生成的电流，感测电压PV3的降低。

在上文描述的本发明的示例性实施例中，保护电路能够感测LED通道CH的异常接地。即使LED通道是以多个提供的，示例性实施例对于阈值参考电压VTH1-VTH3的值的改变仍可适用。

尽管已经关于目前认为是可实现的示例性实施例描述了本发明，但应理解本发明不局限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。因此，本领域技术人员会认识到可做出各种修改，其它等同实施例也可用。相应地，本发明的实际范围必须由所附权利要求的精神来确定。

<符号描述>

AC-DC变换器100，变换器200，保护电路300

通道驱动器400，LED通道CH，电感器L1和L2

PWM控制器210，开关220，整流二极管D1

电容器C1，通道控制器410，电流调节器420

误差放大器421，NMOSFET 422，电阻器(RR，RP1，RP2，RP3，R1)

磁滞比较器310，330和350

参考电压源320，340和360

光电二极管PD，光电晶体管PT，反相器370

Claims (8)

1.一种发光二极管LED发射装置，其具有由串联连接的多个LED形成的LED通道和与该LED通道相邻的接地装置，该LED发射装置包括：

变换器，所述变换器通过变换输入电压产生激励所述LED通道的电压；和

保护电路，所述保护电路通过感测流向所述接地装置的电流来确定所述LED通道是否接地。

2.根据权利要求1所述的LED发射装置，其中所述保护电路包括：

电阻器，所述电阻器具有连接到所述接地装置的第一端和连接到另一接地装置的第二端；和

磁滞比较器，所述磁滞比较器包括连接到所述电阻器的第一端的第一输入端子和输入预定阀值参考电压的第二输入端子，并且所述磁滞比较器通过将所述第一输入端子的电压和根据磁滞特性设置所述阈值参考电压所处的阀值参考范围比较，确定所述LED通道是否接地。

3.根据权利要求2所述的LED发射装置，其中所述阀值参考电压是根据在所述LED通道连接到接地装置时产生的电压来确定的，因此流向所述接地装置的电流流向所述电阻器。

4.一种发光二极管LED发射装置，其具有由串联连接的多个LED形成的LED通道和与该LED通道相邻的接地装置，该LED发射装置包括：

变换器，所述变换器具有接收输入电压的第一电感器，并且所述第一电感器通过控制开关的开关操作来产生激励所述LED通道的电压，其中所述开关控制流向所述第一电感器的电流；和

保护电路，所述保护电路通过感测流向第二电感器的电流来确定所述LED通道是否接地，所述第二电感器以隔离方式耦连到所述第一电感器。

5.根据权利要求4所述的LED发射装置，其中所述保护电路包括：

电阻器，所述电阻器并联连接到所述第二电感器；和

磁滞比较器，所述磁滞比较器包括连接到所述电阻器的第一端的第一输入端子和输入预定阀值参考电压的第二输入端子，并且所述磁滞比较器通过将所述第一输入端子的电压和根据磁滞特性设置所述阈值参考电压所处的阀值参考范围比较，来确定所述LED通道是否接地。

6.根据权利要求5所述的LED发射装置，其中所述阈值参考电压是根据在所述LED通道连接到所述接地装置时产生的电压来确定的，因此流向所述第二电感器的电流流向所述电阻器。

7.根据权利要求4所述的LED发射装置，其中所述保护电路包括：

光电二极管，所述光电二极管并联耦连到所述第二电感器；

光电晶体管，所述光电晶体管与所述光电二极管形成光耦合器；

电阻器，所述电阻器具有连接到所述光电晶体管的第一端和连接到预定偏置电压的第二端；和

磁滞比较器，所述磁滞比较器具有与所述电阻器的第一端连接的第一输入端子和输入预定阀值参考电压的第二输入端子，并且所述磁滞比较器通过将所述第一输入端子的电压和根据磁滞特性设置所述阈值参考电压所处的阀值参考范围比较，来确定所述LED通道是否接地。

8.根据权利要求7所述的LED发射装置，其中所述阈值参考电压是根据在所述LED通道连接到所述接地装置时通过流向所述光电晶体管的电流产生的电压降来确定的，因此流向所述第二电感器的电流流向所述光电二极管。

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