CN102742360A

CN102742360A - Led恒流驱动装置

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Publication number: CN102742360A
Application number: CN2011800078829A
Authority: CN
Inventors: 申奉燮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-10-17
Also published as: KR100986815B1; WO2011096649A2; US8786194B2; WO2011096649A3; US20120299484A1

Abstract

公开一种LED恒流驱动装置，本发明的LED恒流驱动装置包括：电源装置，用以供应电源；LED装置，串联连接一只以上LED并利用电源装置供应电源发光；电流检测装置，连接LED装置的输出端用以检测LED装置的电流；误差放大器，针对电流检测装置检测的电流信号和已设置的第一标准信号进行对比，并放大、输出根据对比结果的误差信号；以及多个时序控制器，连接在串联组成LED装置的一只以上LED上，针对误差放大器放大、输出的误差信号和已设置第二标准信号各自进行对比，并以对比结果为基础产生时序控制信号，控制驱动连接在LED装置的各个LED的发光或熄灭。因此，本发明在使用正弦波电源的电路上可以构成高功率因数的照明器具，没有使用传统电解电容器，不仅可以延长照明器具使用寿命还可简便配置电路，可以制作出低价位照明器具。

Description

LED恒流驱动装置

技术领域

本发明发涉及一种LED（LED；light emitting diode，以下简称LED）恒流驱动装置。

背景技术

一般而言，LED既环保并且响应速度快，可按纳米秒高速响应，对视频流信号非常有效。同时LED可以实现脉冲（Impulsive）驱动，颜色再现性在100%以上，通过调整红色、绿色、蓝色LED光量可以任意变更辉度、色温等。由于LED具有适合LCD（Liquid Crystal Display）面板轻薄微型化的优点，因此近来广泛应用于LCD面板的背景灯光源。

并且，为了增大采用LED的照明器具输出，需要连接使用多个LED，而要驱动多只连接的LED，供应的电压需要超出串联连接LED的正向工作电压的合计数。

在使用多个LED的照明器具中，通常为了在较宽范围电压驱动，使用SMPS（Switching Mode Power Supply）电源。

以往，利用SMPS的LED驱动装置使用高速切换而产生较多干扰，必需配备干扰过滤器，此外配置电路中使用较多配件，很难构成低价位电路。

还有，以往的LED驱动装置使用电解电容器，不适合耐久使用，几乎所有LED照明器具的电路与发光LED一同构成，由于LED发光发热易导致电解电容器寿命更加缩短的问题。

并且，连接多只LED的照明器具中，供应电压需要超出加计各个LED正向工作电压才能工作，在输入电压变动较大环境，很难构成高功率因数的LED照明器具。

发明内容

（技术问题）

本发明用于解决上述以往的问题，本发明的目的在于提供一种LED恒流驱动装置，在驱动多只串联LED时，根据输入电压的大小完成LED驱动。

本发明另一目的在于提供一种LED恒流驱动装置，在串联多只LED的电路中即使输入电压较低，也能够使通上电流的LED发光而其余LED短路，最大限度地拓宽使用输入电压的变动范围同时完成LED驱动。

（技术方案）

为达成如上目的，提供的一种LED恒流驱动装置，可以包括：

电源装置，用以供应电源；LED装置，串联连接一只以上LED并利用电源装置供应电源发光；电流检测装置，连接LED装置的输出端用以检测LED装置的电流；误差放大器，针对电流检测装置检测的电流信号和已设置的第一标准信号进行对比，并放大、输出根据对比结果的误差信号；多个时序控制器，连接在串联组成LED装置的一只以上LED上，针对误差放大器放大、输出的误差信号和已设置第二标准信号各自进行对比，并以对比结果为基础产生时序控制信号，控制驱动连接在LED装置的各个LED的发光或熄灭。

此时，优选的所述时序控制器，在误差放大器放大、输出的误差信号超出第二标准信号时，生成时序控制信号使LED装置的特定LED两端通上电流，控制该LED驱动；如果误差放大器放大、输出的误差信号小于第二标准信号，在已连接LED装置的特定LED两端生成阻止其通上电流的时序控制信号，控制该LED的驱动。

同时，优选的时序控制器，连接在除了电源装置供电的最小电压下可以发光的LED以外的所有LED，没有连接时序控制器的LED装置的特定LED，则与时序控制器驱动的发光或熄灭无关地保持发光至电源装置停止供电为止，并根据电源装置供电的最大电压和最小电压的设置可以任意调整数量。

同时，电流检测装置可以由连接在LED装置输出端的电阻组成；误差放大器可以由反相端子（-）连接电流检测装置输出端、第一标准信号连接在非反相端子（+）的比较器组成；时序控制器可以由非反相端子（+）连接误差放大器输出端、反相端子（-）连接第二标准信号的多个比较器；连接多个比较器的反相端子（-）用以调整第二标准信号电压的多个电阻；以及栅极连接多个比较器的输出端、漏极各自连接在所述LED装置的各个LED正极、源极串联后连接在所述LED装置输出端的多个场效应晶体管（FET）组成。

并且，本发明另一个实施例提供的LED恒流驱动装置，还可以包括：

电源装置，用以供应电源；

LED装置，串联连接一只以上LED并利用电源装置供应电源发光；

电流检测装置，连接LED装置输出端的电阻，检测LED装置的电流；

误差放大器，由基极引出端连接电流检测装置的输出端、发射极端子连接电源装置、集极端连接时序控制器的晶体管组成。在电流检测装置检测的电流信号超出晶体管标准电压时，放大、输出电流检测装置检测的电流信号；以及

多个时序控制器，由基极引出端通过电阻连接误差放大器输出端、集极端各自连接LED装置各个LED正极的多个晶体管组成。根据误差放大器放大、输出的电流供应到各个晶体管基极引出端的电压如果小于各个晶体管的标准电压，则断开该晶体管使所述LED装置的特定LED两端通上电流并发光，如果供应到各个晶体管基极引出端的电压超出各晶体管标准电压，则接通该晶体管切断所述LED装置特定LED两端电流使其熄灭。

（有益效果）

根据上述构成，本发明提供的LED恒流驱动装置具有如下效果。在驱动多只串联LED时，根据输入电压大小依次控制LED驱动，并最大限度地拓宽使用输入电压变动范围同时完成LED驱动。因此，本发明在使用正弦波电源的电路中可以构成高功率因数的照明器具，没有使用传统电解电容器，不仅可以延长照明器具使用寿命还可简便配置电路，可以制作出低价位照明器具。

并且，使用电池驱动串联的多只LED时，可以拓宽使用电源电压变动范围，可以驱动多只LED直至电池全部放电为止。

附图说明

图1是本发明LED恒流驱动装置配置的简要框图。

图2和图3是本发明LED恒流驱动装置的详细电路图。

（附图主要部分的符号说明）

10：电源装置

20：LED装置

30：电流检测装置

40：误差放大器

50：时序控制器

具体实施方式

下面参照附图，说明可以具体实现本发明目的的LED恒流驱动装置。

图1是本发明LED恒流驱动装置配置的简要框图。

根据图1所示，本发明提供的LED恒流驱动装置由电源装置10、LED装置20、电流检测装置30、误差放大器40、多个时序控制器50组成。

电源装置10向LED装置20供电使串联连接的各个LED发光。

LED装置20串联连接有一只以上LED（LED1~LEDn），利用电源装置10供应的电源发光。这里，LED还可合并多只LED作为一只LED使用。例如一只LED的驱动电压（Vf）值是3.2V，那么电路配置中虽然标识一只LED，但可以使用3只LED组成模块的9.6V的LED。

电流检测装置30连接LED装置20输出端，检测LED装置20的电流后输出到误差放大器40。

误差放大器40针对电流检测装置30检测的电流信号，与已设置的第一标准信号进行对比，并根据对比结果放大、输出误差信号到多个时序控制器50。

多个时序控制器50连接在串联组成的LED装置10的一只以上LED（图1例中显示时序控制器50连接在LED1、LED2、LED3之间，此外时序控制器50还可根据电路设计各自连接在LED两端），针对误差放大器40放大、输出的误差信号与已设置的第二标准信号进行对比，在对比结果基础上产生时序控制信号，控制驱动已连接LED装置20中各个LED的发光或熄灭。

此时，时序控制器50在误差放大器40放大、输出的误差信号超出第二标准信号时，生成时序控制信号使所述LED装置20的特定LED两侧通电流，用以控制驱动该LED的发光。如果误差放大器40放大、输出的误差信号小于第二标准信号，则生成时序控制信号阻止已连接的LED装置的特定LED两端通上电流，控制驱动该LED熄灭。也就是说，在串联LED装置20的多只LED中，根据电源装置10供应电源大小可以接通驱动LED所需电流的一部分LED进行驱动，无法接通驱动LED所需电流的其余LED切断该驱动。

并且，时序控制器50连接在除了电源装置10供应电源的最小电压下可以发光的LED以外的所有LED上，没有连接时序控制器的LED装置20的特定LED，则与时序控制器50的发光或熄灭驱动无关地保持发光至电源装置10停止供电为止。

同时，构成根据电源装置10供电的最大电压和最小电压的设置使其可以任意调整数量（优选保持LED照明器具功率因数90%以上状态调整时序控制器50数量）。

例如，假设LED照明器具供应商以10V电源串联了发光的12只LED，电源装置10供应电源的最大电压设置为120V、最小电压设置为60V，则除了在电源装置10供电的最小电压下可以发光的6个LED以外，在余下LED两端各自连接时序控制器50，根据电源装置10的供电大小，在时序控制器50控制基础上该LED发光或熄灭。

上述配置的图1驱动，具体说明如下。

首先，电源装置10没有供应驱动LED装置20中所有LED（LED1～LEDn）所需的电源，则只有LED装置20的一部分LED发光。

也就是说，电流检测装置30检测电流基础上，误差放大器40放大、输出与第一标准信号的误差信号，该信号与多个时序控制器50中已设置的第二标准信号进行对比，基于对比结果确认电源装置10中没有向LED装置20供应充足电压，使其不向LED装置20的LED1～LED3供电。那么，LED装置20的LED1～LED3处于熄灭状态，余下LED处于发光状态。

这种状态下，如果电源装置10供应的电源升高，流在LED装置20的电流也增加，电流检测装置30中检测的电流信号通过误差放大器40被放大后向多个时序控制器50输出。同时，时序控制器50在误差放大器40放大的信号超出已设置第二标准信号即，LED装置20的特定LED上可以供应足以发光的电流状态，则使电源供应到连接时序控制器50的LED上，该LED发光。也就是说，从电源装置10供应到LED装置20的电源升高，根据升高的电压向连接时序控制器50的LED3、LED2、LED1供电，依次使LED3、LED2、LED1发光。

与此相反，电源装置10供应LED装置20的电源降低，根据降低的电压不再向连接时序控制器50的LED1、LED2、LED3供电，使该LED1、LED2、LED3依序熄灭。

基于这种控制方式，使连接在时序控制器50的各个LED根据电源装置10供应LED装置20的电源依次发光或熄灭，在较低输入电压状态下，针对多只LED中可以接通驱动电流的部分LED予以驱动，并切断余下LED的驱动，实现了最大限度地拓宽使用输入电压的变动范围。

图2是本发明LED恒流驱动装置一个实施例的的详细电路图，电流检测装置30由连接在串联多只LED（LED1~LED7）的LED装置20输出端的电阻R1组成；误差放大器40由反相端子（-）通过电阻（R2）连接电流检测装置30输出端、非反相端子（+）连接第一标准信号（Vref1）的比较器（EA1）组成；时序控制器50由非反相端子（+）连接误差放大器40输出端、反相端子（-）连接第二标准信号（Vref2）的多个比较器（EA2~EA4）；以及调整多个比较器（EA2~EA4）反相端子（-）连接的第二标准信号（Vref2）电压的多个电阻（R4~R6）；栅极连接多个比较器（EA2~EA4）输出端、漏极各自连接在LED装置20的各个LED正极；源极串联后连接在LED装置20输出端的多个场效应晶体管（此外，根据电路设计，漏极和源极出可各自连接在LED装置20各个LED的正极和负极）（FET，Field EffectTransistor）（Q1~Q4）组成。

下面说明如上所述组成的图2电路的驱动。电源装置10供电后LED装置20的各个LED开始发光。LED装置20的电流通过作为电流检测装置30的电阻R1被检测，检测的电流通过误差放大器40的比较器EA1与第一标准信号Vref1进行对比，根据对比结果被放大的误差信号被输入到时序控制器50的各个比较器EA2~EA4中。

时序控制器50的各个比较器EA2~EA4把误差放大器40放大的误差信号与已设置的第二标准信号Vref2各自进行对比，经对比后误差放大器40中被放大的误差信号如果超出第二标准信号Vref2，输出断开比较器EA2~EA4输出端所连接FETQ1～Q4的时序控制信号，使LED装置20中特定LED两端通上电流并发光；对比结果误差放大器40放大的误差信号如果小于第二标准信号Vref2，输出接通各比较器EA2~EA4输出端所连接FETQ1~Q4的时序控制信号，切断LED装置20特定LED两端电流。

也就是说，电源装置10供应LED装置20的电源升高，时序控制器50根据升高的电压向连接的LED3、LED2、LED1供电，使LED3、LED2、LED1依次发光；如果电源装置10供应LED装置20的电源降低，时序控制器50根据降低的电压阻止向已连接的LED1、LED2、LED3供应电源，使该LED1、LED2、LED3依次熄灭。

图3是显示本发明LED恒流驱动装置的另一个实施例的详细电路图，电流检测装置30由连接在串联多只LED（LED11~LED17）的LED装置20输出端的电阻R16组成；误差放大器40由基极引出端连接电流检测装置30输出端、发射极端子连接电源装置10、以及集极端连接时序控制器50的晶体管Q11组成；时序控制器50由基极引出端通过电阻R11~R14连接误差放大器40输出端、集极端各自连接LED装置20各个LED正极的多个晶体管Q12~Q15组成；晶体管Q12的发射极端子连接在LED装置20的输出端与电流检测装置30的输入端之间，晶体管Q13、Q14、Q15的发射极端子与晶体管Q12、Q13、Q14、集极端串联连接此外，根据电路设计，各晶体管Q12~Q15的集极端和发射极端子可以各自连接在LED装置20各个LED的正极和负极。

下面说明如上所述组成的图3电路的驱动。电源装置10供电后，LED装置20的各个LED开始发光。LED装置20的电流通过作为电流检测装置30的电阻R1被检测，根据电流检测装置30检测的电流电压如果超出晶体管Q11标准电压基级-发射电压，误差放大器40的晶体管Q11被驱动而放大、输出，根据误差放大器40中被放大、输出的电流而变动的电压被输入时序控制器50的各个晶体管Q12~Q15基极引出端。

这时，误差放大器40的晶体管Q11是拥有可对比电压的相对放大器的误差放大器，为了在一般晶体管针对0电压或负电压的输入电压拥有放大度，大都需要接通作为基级电流的偏流电流，如本发明图3所示，在晶体管Q11没有接通偏流电压，则按标准电压为Vbe的误差放大器工作。也就是说，输入电压电流检测装置30中检测的电流没有达到Vbe电压以上，则没有集极电流；达到Vbe电压以上后才会有集极电流并放大。因此，组成误差放大器40的晶体管Q11作为误差放大器使用。

时序控制器50的各个晶体管Q12~Q15在误差放大器40放大、输出的电流被输入到基极引出端后导致的变动电压，如果小于晶体管Q12~Q15的标准电压（例如，Q12的标准电压是Q12的Vbe、Q13的标准电压是Q12的Vce+Q13的Vbe、Q14的标准电压是Q12的Vce+Q13的Vce+Q14的Vbe、Q15的标准电压是Q12的Vce+Q13的Vce+Q14的Vce+Q15的Vbe）则断开，使LED装置20特定LED两端通上电流并发光，输入基极引出端的电压如果超出各晶体管Q12~Q15的标准电压，则接通后切断LED装置20特定LED两端的电流使其熄灭。

也就是说，电源装置10供应LED装置20的电源升高，根据升高的电压向时序控制器50所连接的LED14、LED13、LED12、LED11供应电源，LED14、LED13、LED12、LED11依序发光；电源装置10供应LED装置20的电源降低，则根据降低的电压，不再向时序控制器50所连接的LED11、LED12、LED13、LED14供电，使该LED11、LED12、LED13、LED14依次熄灭。

这里，所述的本发明参照优选实施例进行了说明，但本发明所属技术领域的技术人员可以在不脱离本发明下列权利要求范围精神及领域的范围内进行多种修改或变形，这种变形也属于本发明的范围。

Claims

1.一种LED恒流驱动装置，包括：

电源装置，用以供应电源；

电流检测装置，连接LED装置的输出端用以检测LED装置的电流；

误差放大器，针对电流检测装置检测的电流信号和已设置的第一标准信号进行对比，并放大、输出根据对比结果的误差信号；

多个时序控制器，连接在串联组成LED装置的一只以上LED上，针对误差放大器放大、输出的误差信号和已设置第二标准信号各自进行对比，并以对比结果为基础产生时序控制信号，控制驱动连接在LED装置的各个LED的发光或熄灭。

2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动装置，其中所述时序控制器，在所述误差放大器放大、输出的误差信号超出所述第二标准信号时，生成时序控制信号使所述LED装置的特定LED两侧通上电流，控制该LED驱动；

如果所述误差放大器放大、输出的误差信号小于所述第二标准信号，在已连接所述LED装置特定LED两端生成阻止其通上电流的时序控制信号，控制该LED的驱动。

3.根据权利要求1所述的LED恒流驱动装置，其中所述时序控制器连接在除了所述电源装置供电的最小电压下可发光的LED数量以外的所有LED上，没有连接所述时序控制器的所述LED装置的特定LED，与所述时序控制器驱动的发光或熄灭无关地保持发光至所述电源装置停止供电为止。

4.根据权利要求1所述的LED恒流驱动装置，其中所述时序控制器可以根据所述电源装置的供电最大电压和最小电压的设置任意调整数量。

5.根据权利要求1所述的LED恒流驱动装置，其中：

所述电流检测装置由连接在所述LED装置输出端的电阻组成；

所述误差放大器由所述电流检测装置输出端连接在反相端子（-）、第一标准信号连接在非反相端子（+）的比较器组成；

所述时序控制器由多个比较器、多个电阻、多个场效应晶体管（FET）组成；其中：

比较器的非反相端子（+）连接所述误差放大器输出端、反相端子（-）连接第二标准信号；

电阻连接在所述多个比较器的反相端子（-）调整第二标准信号电压；

场效应晶体管（FET）的栅极连接所述多个比较器的输出端、漏极各自连接在所述LED装置的各个LED正极、源极串联后连接在所述LED装置输出端。

6.一种LED恒流驱动装置，包括：

电源装置，用以供应电源；

电流检测装置，连接LED装置的输出端用以检测LED装置中电流；

误差放大器，由基极引出端连接所述电流检测装置输出端、发射极端子连接所述电源装置、集极端连接时序控制器的晶体管组成；在所述电流检测装置检测的电流信号超出所述晶体管标准电压时，放大、输出所述电流检测装置检测的电流信号；以及

多个时序控制器，由基极引出端通过电阻连接所述误差放大器输出端、集极端各自连接在所述LED装置中各个LED正极的多个晶体管组成；根据所述误差放大器放大、输出的电流供应到各个晶体管基极引出端的电压如果小于各晶体管的标准电压，则断开该晶体管使所述LED装置的特定LED两端通上电流并发光，如果供应到各个晶体管基极引出端的电压超出各晶体管标准电压，则接通该晶体管切断所述LED装置特定LED两端电流使其熄灭。