CN102752903B - 发光二极管驱动电路及其保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管驱动电路及其保护电路，用以驱动一发光二极管模组，发光二极管模组耦接一电感及一飞轮单元以提供电感续流。一切换开关的一端耦接发光二极管模组，其另一端通过一电流检测单元接地，以产生一电流反馈信号至控制器，用以稳定流经发光二极管模组的电流大小。发光二极管驱动电路也包含一保护电路，检测发光二极管模组一端的电位，以产生一检测信号并据此判断是否使切换开关被截止，若是，则发光二极管模组被停止驱动。

Description

发光二极管驱动电路及其保护电路

技术领域

本发明涉及一种发光二极管驱动电路及其保护电路，尤其涉及一种具有保护功能的发光二极管驱动电路及其保护电路。

背景技术

如图1所示，为已知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感L、一晶体管M、一二极管D、一电流检测电阻RI以及一控制器20。电感L的一端耦接一输入电源Vin，输入电源Vin的波形为一交流电源经过一桥接电路整流后的M型波，其另一端耦接一发光二极管模组10的正端。发光二极管模组10的负端耦接晶体管M的一端，而晶体管M的另一端则通过电流检测电阻RI接地。二极管D的正端耦接晶体管M的一端，二极管D的负端则耦接电感L，以供电感L续流之用。

控制器20为一集成电路，封装成单一封装结构，具有一反馈端FB、一电源端VD、一驱动端DR、一接地端GN等接脚。控制器20的电源端VD耦接一驱动电源VDD以接收操作所需的电力，而接地端GN接地。当晶体管M导通时，发光二极管模组10的电流通过晶体管M及电流检测电阻RI到地，并产生一电流反馈信号Ifb。控制器20接收电流反馈信号Ifb，以据此控制晶体管M导通及截止，进而稳定流经发光二极管模组10的电流。

然而，当发光二极管模组10的发光二极管毁损或因电路异常而短路，控制器20并不会进入保护模式以停止继续驱动发光二极管模组10，如此将可能造成使用者为确认发光二极管驱动电路的问题而误触，导致有人身安全的疑虑，甚至也会因发光二极管短路而增加半导体元件的毁损的风险。

发明内容

鉴于现有技术中的发光二极管模组的部分发光二极管因短路而造成不必要的功率消耗或半导体元件耗损，甚至是人身安全的疑虑，本发明检测发光二极管模组的电位，以于发光二极管模组因电路异常而短路时，停止流经该发光二极管模组的电流。

为达上述本发明的目的，本发明提供了一种保护电路，检测一负载的一端点的电位，以据此判断是否使耦接于该负载的一切换开关被截止。保护电路包含一检测单元及一异常状态保护单元。检测单元耦接于该端点，以根据该端点的电位产生一检测信号；异常状态保护单元接收该检测信号，其中，该异常状态保护单元于该检测信号为代表该负载处于一短路异常状态时，使得该切换开关被截止，以停止流经该负载的一电流。

本发明也提供了一种发光二极管驱动电路，包含一发光二极管模组、一电感、一飞轮单元、一切换开关、一控制器及一保护电路。电感耦接发光二极管模组；飞轮单元的一端接发光二极管模组，其另一端耦接电感，以提供电感续流；切换开关的一端耦接发光二极管模组，而另一端则通过一电流检测单元接地并产生一电流反馈信号，以稳定流经发光二极管模组的电流；控制器耦接切换开关的一控制端，以根据电流反馈信号控制流经发光二极管模组的电流大小；而保护电路则检测发光二极管模组一端的电位，以产生一检测信号并据此判断是否使切换开关被截止。其中，保护电路于判断发光二极管驱动电路为短路时，使得切换开关保持在截止状态。

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申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1为已知的发光二极管驱动电路的电路示意图。

图2为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3为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。

图4为本发明的一第三较佳实施例的发光二极管驱动电路的电路示意图。

图5为本发明的一第四较佳实施例的发光二极管驱动电路的电路示意图。

图6为本发明的一第五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：

现有技术：

L：电感

M：晶体管

D：二极管

RI：电流检测电阻

20：控制器

Vin：输入电源

10：发光二极管模组

FB：反馈端

VD：电源端

DR：驱动端

GN：接地端

VDD：驱动电源

Ifb：电流反馈信号

本发明：

10：发光二极模组

L1、L2、L3、L4、L5：电感

D1、D2、D3、D4、D5：飞轮单元

M1、M2、M3、M4、M5：切换开关

20：控制器

100、200、300、400、500：保护电路

a、b：端点

VAC：交流电源

Vin：输入电源

BD：桥接电路

RI1、RI2、RI3、RI4、RI5：电流检测单元

Ifb1、Ifb2、Ifb3、Ifb4、Ifb5：电流反馈信号

FB：反馈端

VD：电源端

DR：驱动端

GN：接地端

VDD：驱动电源

110、210、310、410、510：检测单元

120、220、320、420、520：异常状态保护单元

116、216：箝制单元

R1、R2、R3、R4：电阻

Vd1、Vd2、Vd3、Vd4、Vd5：检测信号

112、212、312：电容

114、214、314：二极管

Vr2、Vr3、Vr4、Vr5：参考电位

PRO2、PRO3、PRO4、PRO5：保护信号

FT：错误端

30：叠加单元

322、422、522：判断单元

Ie3：叠加信号

VDC：直流电源

POWER：输入单元

424、524：准位调节单元

426、526：延迟计数单元

SOF4、SOF5：关闭信号

512：放大器

具体实施方式

请参考图2，为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发光二极模组10、一电感L1、一飞轮单元D1、一切换开关M1、一控制器20以及一保护电路100。发光二极管模组10的一端点a耦接一交流电源VAC，交流电源VAC经一桥接电路BD整流后产生一输入电源Vin。发光二极管模组10的一端点b耦接电感L1的一端，电感L1的另一端耦接切换开关M1的一端，而切换开关M1的另一端则通过一电流检测单元RI1接地并产生一电流反馈信号Ifb1。飞轮单元D1的正端耦接切换开关M1的一端，飞轮单元D1的负端则耦接电感L1，以供电感L1续流之用。控制器20具有一反馈端FB、一电源端VD、一驱动端DR、一接地端GN等接脚。控制器20的电源端VD耦接一驱动电源VDD以接收操作所需的电力，接地端GN接地。驱动端DR耦接切换开关M1的一控制端，反馈端FB接收电流反馈信号Ifb1，使控制器20据此控制切换开关M1为导通或截止，以稳定流经发光二极管模组10的电流。

保护电路100包含一检测单元110及一异常状态保护单元120，用以检测发光二极管模组10的端点b的电位，以据此判断是否使切换开关M1被截止。检测单元110包含一分压单元、一极点检测单元及一箝制单元116。分压单元耦接端点b，包含二电阻R1及R2串接，并于电阻R1及R2的连接点产生一检测信号Vd1。极点检测单元耦接端点b以及电阻R1及R2的连接点之间，以检测端点b的波谷电位，包含一电容112及一二极管114串接。而箝制单元116则耦接于电容112及二极管114的连接点，使得检测信号Vd1箝制于一第一电位值之上。在本实施例中，异常状态保护单元120为一晶体管开关，一端耦接切换开关M1的控制端，其另一端接地，而异常状态保护单元120的一控制端接收检测信号Vd1。当发光二极管模组10的端点a与端点b短路时，异常状态保护单元120会截止切换开关M1，以保护电路。

输入电源Vin的波形为M型。当输入电源Vin的电位高于一第二电位值时，此时发光二极管模组10开始导通而流过电流，使电容112开始缓慢地储存能量。当输入电源Vin的电位下降至低于第二电位值时，电感L1通过飞轮单元D1续流，使得端点b的电位低于零伏特。此时电容112通过二极管114快速的释放能量，并被箝制单元116箝制于第一电位值。发光二极管驱动电路再重复上述的电路运作，使得检测信号Vd1的电位在第一电位值及之上一小电位范围内震荡。因此检测信号Vd1的电位不足以导通异常状态保护单元120，此时保护电路100处于一第一状态。当发光二极管模组10的端点a与端点b短路时，电容112会缓慢地储存能量使检测信号Vd1的电位一直上升直至足以导通异常状态保护单元120，此时保护电路100为一第二状态。异常状态保护单元120导通后会拉低切换开关M1的闸极电位，使切换开关M1截止以停止流经发光二极管模组10的电流。

接着请参考图3，为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发光二极管模组10、一电感L2、一飞轮单元D2、一切换开关M2、一控制器20以及一保护电路200。切换开关M2的一端耦接一输入电源Vin，输入电源Vin是由一交流电源VAC经一桥接电路BD而产生。切换开关M2的另一端耦接发光二极管模组10的端点a，而发光二极管模组10的端点b耦接电感L2的一端，电感L2的另一端则通过一电流检测单元RI2接地并产生一电流反馈信号Ifb2。飞轮单元D2的正端耦接电感L2的另一端，飞轮单元D1的负端则耦接发光二极管模组10的端点a，以形成一回路供电感L 2续流。控制器20具有一反馈端FB、一电源端VD、一驱动端DR、一接地端GN等接脚。控制器20的电源端VD耦接一驱动电源VDD以接收操作所需的电力，接地端GN接地。驱动端DR耦接切换开关M2的一控制端，反馈端FB接收电流反馈信号Ifb2，使控制器20据此控制切换开关M2为导通或截止，以稳定流经发光二极管模组10的电流。

保护电路200包含一检测单元210及一异常状态保护单元220，用以检测发光二极管模组10的电位，以据此判断是否使切换开关M2被截止。检测单元210包含一分压单元、一极点检测单元及一箝制单元216，分压单元包含二电阻R1及R2，极点检测单元则包含一电容212及一二极管214，其电路运作方式与图2所示的检测单元110大致相同，在此不予赘述。异常状态保护单元220的非反向端接收检测单元210产生的一检测信号Vd2，反向端接收一参考电位Vr2，以据此产生一保护信号PRO2至控制器20。相较于图2，控制器20多了一个错误端FT脚位，错误端FT接收保护信号PRO2，使得控制器20据此判断是否进入保护模式。当保护电路200为一第一状态时，其电路运作方式与图2的保护电路所示的第一状态大致相同，在此不予赘述。而当保护电路200为一第二状态时，控制器20接收高准位的保护信号PRO2时停止驱动切换开关M1，使切换开关M1为截止状态，以停止继续驱动该发光二极管模组10。

接下来，请参考图4，为本发明的一第三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切换开关M3、一电感L3、一发光二极管模组10、一飞轮单元D3、一控制器20以及一保护电路300。切换开关M3的一端耦接一输入电源Vin，输入电源Vin是由一交流电源VAC经一桥接电路BD而产生。切换开关M3的另一端耦接电感的端点a，电感的端点b耦接发光二极管模组10的一端，发光二极管模组10的另一端则通过一电流检测单元RI3接地并产生一电流反馈信号Ifb3至一叠加单元30。飞轮单元D3的正端耦接地，飞轮单元D3的负端则耦接端点a，以形成一回路供电感L3续流。控制器20具有一反馈端FB、一电源端VD、一驱动端DR、一接地端GN等接脚。控制器20的电源端VD耦接一驱动电源VDD以接收操作所需的电力，接地端GN接地。驱动端DR耦接切换开关M3的一控制端，控制器20通过反馈端FB耦接叠加单元30以根据电流反馈信号Ifb3控制切换开关M3为导通或截止，以稳定流经发光二极管模组10的电流。

保护电路300包含一检测单元310及一异常状态保护单元320，用以检测发光二极管模组10的电位，以据此判断是否使切换开关M3被截止。检测单元310包含一分压单元以及一极点检测单元。分压单元耦接端点b，包含二电阻R1及R2串接，并于电阻R1及R2的连接点产生一检测信号Vd3。极点检测单元包含一电容312及一二极管314串接，耦接端点b以及电阻R1及R2的连接点之间，以检测端点b的波谷电位。异常状态保护单元320包含一判断单元322及一准位调节单元324，其中，判断单元322的非反向端耦接检测信号Vd3，其反向端耦接一参考电位Vr3以产生一保护信号PRO3。准位调节单元324通过一电阻R3接收参考电位Vr3以根据保护信号PRO3判断是否产生一叠加信号Ie3至叠加单元30，使得控制器20根据电流反馈信号Ifb3及叠加信号Ie3的叠加结果控制切换开关M3为导通或截止，以防止发光二极管模组10短路，而毁损半导体元件。当保护电路300为一第一状态时，保护信号为低准位，使得准位调节单元324被截止。此时，控制器20根据电流反馈信号Ifb3，控制切换开关M3为截止或导通。输入电源Vin提供至发光二极管模组10，一开始，输入电源Vin于低准位(在本发明为零电位)上升至一第二电位值时，电容312开始储存能量；而于输入电源Vin下降至低于第二电位值，因电感L3续流使得端点b的电位低于零伏特，电容312通过二极管314快速的释放能量以储存此时端点b的波谷电位。当保护电路为一第二状态时，即端点a和端点b短路而造成检测信号Vd3高于参考电位Vr3使保护信号PRO3为高准位而导通准位调节单元324。此时，叠加单元30接收电流反馈信号Ifb3并加上叠加信号Ie3至控制器20，使得控制器20判断发光二极管模组10持续过流而截止切换开关M3，进而达到保护发光二极管驱动电路的目的。

再来，请参考图5，为本发明的一第四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感L4、一发光二极模组10、一飞轮单元D4、一切换开关M4、一控制器20以及一保护电路400。电感L4的端点a耦接一直流电源VDC，直流电源VDC是由一输入单元POWER而产生。电感L4的端点b耦接发光二极管模组10的一端，发光二极管模组10的另一端耦接切换开关M4的一端，而切换开关M4的另一端则通过一电流检测单元RI4接地，并产生一电流反馈信号Ifb4。飞轮单元D4的正端耦接切换开关M4的一端，飞轮单元D4的负端则耦接电感L4，以供电感L4续流之用。控制器20具有一反馈端FB、一电源端VD、一驱动端DR、一接地端GN等接脚。控制器20的电源端VD耦接一驱动电源VDD以接收操作所需的电力，接地端GN接地。驱动端DR耦接切换开关M4的一控制端，反馈端FB接收电流反馈信号Ifb4，使控制器20据此控制切换开关M4为导通或截止，以稳定流经发光二极管模组10的电流。

保护电路400包含一检测单元410及一异常状态保护单元420，用以检测发光二极管模组10的电位，以据此判断是否使切换开关M4被截止。检测单元410包含一分压单元耦接端点b，分压单元具有二电阻R1及R2串接，并于电阻R1及R2的连接点产生一检测信号Vd4。异常状态保护单元420包含一判断单元422、一准位调节单元424及一延迟计数单元426。判断单元422的非反向端接收检测信号Vd4，其反向端接收一参考电位Vr4以产生一保护信号PRO4。准位调节单元424的一端耦接切换开关M4的控制端，其另一端接地，而准位调节单元424的一控制端接收保护信号PRO4。延迟计数单元426接收保护信号PRO4，并判断保护信号PRO4是否于一预定时间周期持续维持于高准位，若是，则产生一关闭信号SOF4至输入单元POWER。当保护电路400为一第一状态时，保护信号PRO4为低准位，使得准位调节单元424为截止且关闭信号SOF4为低准位。此时，输入单元POWER提供直流电源VDC以驱动发光二极管模组10。而当保护电路400为一第二状态时，保护信号PRO4持续为高准位，使得准位调节单元424为导通且关闭信号SOF4为高准位。此时，输入单元POWER停止提供直流电源VDC至发光二极管模组10，同时，切换开关M4为截止状态，以停止驱动发光二极管模组10。在本实施例中，保护电路400可于发光二极管模组10于短路时，关闭输入单元POWER，以保护发光二极管驱动电路。

接下来，请参考图6，为本发明的一第五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发光二极模组10、一电感L 5、一飞轮单元D5、一切换开关M5、一控制器20以及一保护电路500。发光二极管模组10的端点a耦接一输入电源Vin，输入电源Vin是由一输入单元POWER产生。发光二极管模组10的端点b耦接电感L 5的一端，电感L5的另一端耦接切换开关M5的一端，而切换开关M5的另一端则通过一电流检测单元RI5接地并产生一电流反馈信号Ifb5。飞轮单元D5的正端耦接切换开关M5的一端，飞轮单元D5的负端则耦接电感L5，以供电感L5续流之用。控制器20具有一反馈端FB、一电源端VD、一驱动端DR、一接地端GN等接脚。控制器20的电源端VD耦接一驱动电源VDD以接收操作所需的电力，接地端GN接地。驱动端DR耦接切换开关M5的一控制端，反馈端FB接收电流反馈信号Ifb5，使控制器20据此控制切换开关M5为导通或截止，进而稳定流经发光二极管模组10的电流。

保护电路500包含一检测单元510及一异常状态保护单元520，用以检测发光二极管模组10的电位，以据此判断是否使切换开关M5被截止。其中，检测单元510为一减法单元，具有一放大器512，放大器512的非反向端通过一电阻R1耦接端点a且一电阻R2的一端耦接放大器512的非反向端，电阻R2的另一端接地；放大器512的反向端则通过一电阻R3耦接端点b且一电阻R4耦接于放大器512的反向端及其输出端之间，以产生一检测信号Vd5。在本实施例中，电阻R1和电阻R3的阻值相同，电阻R2和电阻R4的阻值相同。根据检测单元510的电路，检测信号Vd5为(R2R1)×(a端电位-b端电位)。另外通过电阻R1及电阻R2的比值调整放大器512的非反向端及反相端的电位，如此使用者可自行调整各电阻的阻值以避免放大器512因检测电位过高而毁损。异常状态保护单元520包含一判断单元522、一准位调节单元524及一延迟计数单元526。判断单元522的反向端接收一参考电位Vr 5，其非反向端接收检测信号Vd5以据此产生一保护信号PRO5，延迟计数单元526接收保护信号PRO5，并判断保护信号PRO5是否持续一预定时间周期均为高准位，若是，则产生一关闭信号SOF5至输入单元POWER。准位调节单元524的一端耦接切换开关M5的控制端，其另一端接地，而准位调节单元524的一控制端则接收关闭信号SOF5，以据此控制切换开关M5为导通或截止。当保护电路500为一第一状态时，检测信号Vd5高于参考电位Vr5，使保护信号PRO5持续为高准位。此时，延迟计数单元526于预定时间周期持续检测到高准位的保护信号PRO5时，输出低准位的关闭信号SOF5，使准位调节单元524被截止，此时，输入单元POWER提供输入电源Vin至发光二极管模组10，其电路运作方式与图2的保护电路100所示的第一状态大致相同，在此不予赘述。而当保护电路500为一第二状态时，保护信号PRO5维持低准位，此时，延迟计数单元526输出高准位的关闭信号SOF5，准位调节单元524被导通。此时，输入单元POWER停止提供输入电源Vin至发光二极管模组10，同时，切换开关M5为截止状态，以停止驱动发光二极管模组10。

本发明在上文中已以较佳实施例揭示，然所属技术领域中的普通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，均应是涵盖于本发明的范畴内。

Claims (9)

1.一种保护电路，检测一负载的一端点的电位，以据此判断是否使耦接于该负载的一切换开关被截止，包含：

一检测单元，耦接于该端点，以根据该端点的电位产生一检测信号；以及

一异常状态保护单元，接收该检测信号，其中，该异常状态保护单元于该检测信号为代表该负载处于一短路异常状态时，使得该切换开关被截止，以停止流经该负载的一电流；

其中，该异常状态保护单元包含：

一判断单元，该判断单元的一端接收该检测信号，另一端接收一参考电位，以据此产生一保护信号；以及

一延迟计数单元，该延迟计数单元接收该保护信号，并判断该保护信号是否持续一预定时间周期处于该异常状态，若是，则该延迟计数单元产生一关闭信号，用以使驱动该负载的一电源电路停止驱动该负载。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其中，该检测单元包含一分压单元，该分压单元耦接该端点，以根据该端点的电位产生该检测信号。

3.根据权利要求1所述的保护电路，其中，该检测单元亦耦接该负载的另一端以检测该负载的电压并产生该检测信号。

4.根据权利要求2所述的保护电路，其中，该异常状态保护单元的一端耦接该切换开关的一控制端，该异常状态保护单元根据该检测信号以控制该切换开关为导通或截止。

5.根据权利要求2或3所述的保护电路，其中该异常状态保护单元还包含一准位调节单元，该准位调节单元的一端耦接该切换开关的一控制端，该准位调节单元接收该保护信号，以据此控制该控制端为导通或截止。

6.根据权利要求2所述的保护电路，其中该异常状态保护单元还包含一准位调节单元，该准位调节单元的一端耦接该切换开关的一控制端，该准位调节单元接收该关闭信号，以据此控制该控制端的电位。

7.一种发光二极管驱动电路，包含：

一发光二极管模组；

一电感，耦接该发光二极管模组；

一飞轮单元，一端耦接该发光二极管模组，另一端耦接该电感，以提供该电感续流；

一切换开关，一端耦接该发光二极管模组，另一端通过一电流检测单元接地并产生一电流反馈信号，以稳定流经该发光二极管模组的电流；

一控制器，耦接该切换开关的一控制端，以根据该电流反馈信号控制流经该发光二极管模组的电流大小；以及

一保护电路，检测该发光二极管模组的一端的电位，以产生一检测信号并据此判断是否使该切换开关被截止；

其中，该保护电路于判断该发光二极管驱动电路为短路时，使得该切换开关保持在截止状态，

其中该保护电路包含一延迟计数单元，用以判断该发光二极管驱动电路持续一预定时间周期为短路时产生一关闭信号。

8.根据权利要求7所述的发光二极管驱动电路，其中，该保护电路于判断该发光二极管驱动电路为短路时，调整该检测信号的准位，使得该控制器判断该发光二极管模组持续过流而截止该切换开关。

9.根据权利要求7所述的发光二极管驱动电路，其中该保护电路于判断该发光二极管驱动电路为短路时产生一保护信号，并于该控制器接收该保护信号时，使该切换开关被截止。