CN102958243A - Led发光装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED发光装置及其驱动方法。所述LED发光装置接收输入电压，并根据电源开关的开关操作供应操作LED通道所需的电源电压。LED发光装置控制电源，也控制LED通道和输出电压之间的负载开关。在对LED通道调光之前，在开始于输出电压达到稳定电压的时间的预定的短路感测时间段期间，当输出电压降低至预定的阈值电压时，LED发光装置确定LED通道短路。在短路感测时间段期间，停止电源且闭合负载开关。

Description

LED发光装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种LED发光装置及其驱动方法。
背景技术
使用LED的发光装置（以下称为LED发光装置）通过控制预定电流流向配置有多个串联连接的LED的LED通道而发射具有预定亮度的光。当将电流供应至LED通道且LED通道输出光时，将这种操作称为调光操作。
在LED发光装置中，在LED通道和形成LED发光装置的外表部的框架之间可能发生短路。在调光操作之前，没有用于感测LED通道和框架之间的短路的方法。
在调光操作开始之后，当LED通道和框架之间的短路所引起的过载电流通过LED通道流向框架时，可以感测到短路。在调光操作期间，过载电流会损害LED通道。
与LED通道和框架之间的短路一样，LED通道和其它部件之间的短路也可能在LED通道上产生过载电流。
本背景技术部分所公开的以上信息仅为了加强对本发明的背景的理解，因此，可能包含不构成本领域的普通技术人员在本国内所已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明试图提供一种用于在进行调光操作之前感测LED通道的短路的LED发光装置及其驱动方法。
本发明的示例性实施方式提供一种LED发光装置，该LED发光装置包括：LED通道；电源，所述电源用于接收输入电压，并根据电源开关的开关操作供应所述LED通道的操作所需的电源电压；电源控制器，所述电源控制器用于控制所述电源；负载开关，所述负载开关连接在所述LED通道和所述电源之间；以及短路感测保护器，所述短路感测保护器用于在对所述LED通道调光之前，在预定的短路感测时间段中，当所述电源的输出电压降低至预定的阈值电压时，确定所述LED通道短路，所述短路感测时间段开始于所述输出电压达到稳定电压的时间。
在所述短路感测时间段期间，所述电源控制器停止所述电源，并且所述短路感测保护器闭合所述负载开关。
所述LED发光装置还包括：第一感测比较器，所述第一感测比较器用于比较与所述输出电压对应的感测电压和与所述稳定电压对应的第一参考电压；第二感测比较器，所述第二感测比较器用于比较所述感测电压和与所述阈值电压对应的第二参考电压；第一感测开关，所述第一感测开关用于控制所述第一感测比较器和所述感测电压之间的连接；以及第二感测开关，所述第二感测开关用于控制所述第二感测比较器和所述感测电压之间的连接。
当产生所述输出电压以达到所述稳定电压期间，所述短路感测保护器闭合所述第一感测开关，并且在开始于所述输出电压达到所述稳定电压的时间的短路感测时间段期间，所述短路感测保护器闭合所述第二感测开关。
所述LED发光装置还包括：反馈电路，所述反馈电路用于通过感测流向所述LED通道的电流而产生反馈电压；和调光开关，所述调光开关连接在所述LED通道和所述反馈电路之间，其中，在对所述LED通道调光之前，所述短路感测保护器将所述调光开关保持在断开状态。
在所述短路感测时间段期间，当所述输出电压大于所述阈值电压时，所述短路感测保护器控制所述电源控制器根据正常模式操作，并且在所述正常模式中，所述电源控制器根据所述反馈电压控制所述电源。
当所述输出电压增大以达到额定电压期间，所述短路感测保护器控制所述电源控制器在上升模式中操作，并且在所述上升模式中，所述电源控制器控制所述电源提高所述输出电压。
当产生所述输出电压以达到所述稳定电压期间，所述短路感测保护器闭合所述第一感测开关，并且在开始于所述输出电压达到所述稳定电压的时间的短路感测时间段期间，所述短路感测保护器闭合所述第二感测开关。
当所述输出电压大于所述阈值电压时，所述短路感测保护器控制所述电源控制器在正常模式中操作，并且在所述正常模式中，所述电源控制器根据所述反馈电压控制所述电源。
所述电源包括：电感器，所述电感器用于接收所述输入电压；电源开关，所述电源开关具有连接至所述电感器的第一端；和二极管，所述二极管连接至所述电源开关和所述电感器，以及在所述短路感测时间段期间，所述电源控制器停止所述电源开关。
所述电源包括：转换开关，所述转换开关用于接收所述输入电压；和输出电容器，所述输出电容器连接至所述转换开关且存储所述输出电压，以及在所述短路感测时间段期间，所述电源控制器停止所述转换开关。
本发明的另一实施方式提供一种驱动LED发光装置的方法，所述LED发光装置包括LED通道，该方法包括：接收输入电压，并将输出电压提高至预定的额定电压；在开始于所述输出电压达到所述额定电压的时间的预定的短路感测时间段期间，停止所述输出电压的产生操作；以及根据所述短路感测时间段期间比较所述输出电压和预定的阈值电压的结果，对所述LED通道调光或确定所述LED通道处于短路状态。
当所述输出电压所对应的感测电压达到与所述阈值电压对应的第二参考电压的时间在所述短路感测时间段之内时，确定所述LED通道短路。
当所述输出电压所对应的感测电压达到与所述阈值电压对应的第二参考电压的时间不在所述短路感测时间段之内时，对所述LED通道调光。
本发明提供一种用于感测LED通道的短路的LED发光装置及其驱动方法。
附图说明
图1示出根据本发明的示例性实施方式的LED发光装置；
图2示出用于显示在根据本发明的示例性实施方式的LED发光装置调光之前的感测电压的波形图；
图3示出根据本发明的示例性实施方式的电源；
图4示出根据本发明的示例性实施方式的另一电源。
具体实施方式
在以下详细描述中，仅采用示例说明的方式示出和描述了本发明的仅部分的示例性实施方式。本领域的技术人员应当认识到，可以以各种不同的方式修改所描述的实施方式，而不脱离本发明的精神或范围。因此，将附图和说明书视为本质上是说明性的而非限制性的。贯穿整个说明书，相同的附图标记标示相同的元件。
贯穿本说明书和所附的权利要求，当描述一元件“连接”至另一元件时，该元件可以“直接连接”至该另一元件或通过第三元件“电连接”至该另一元件。此外，除非相反地明确描述，否则将词语“包括”理解为意指包含所陈述的元件，但不排除任何其它元件。
下文将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的示例性实施方式。
如图1所示，LED发光装置包括LED通道10、反馈电路20、电源控制器30、第一感测比较器40、第二感测比较器50、短路感测保护器60、电阻器R1、电阻器R2和电源100。
LED发光装置1包括负载开关S 1、调光开关S4、第一感测开关S2和第二感测开关S3，负载开关S1用于在调光之前感测LED通道10是否短路。电阻器R1和电阻器R2对输出电压（VOUT）分压，短路感测保护器60通过使用电阻器R1和电阻器R2所连接的节点（ND）上的电压（下文称为感测电压（VSE））确定调光过程开始之前的短路状态。
负载开关S1连接在电源100和LED通道10之间。当闭合负载开关S1时，将电源100的输出功率传输给作为负载的LED通道10。当断开负载开关S1时，不将电源100的输出功率传输给LED通道10。
调光开关S4连接在LED通道10和反馈电路20之间。当闭合调光开关S4时，电流流向LED通道10以发光，当断开调光开关S4时，没有电流流向LED通道10。
第一感测开关S2连接在第一比较器40和节点（ND）之间，第一感测开关控制感测电压（VSE）和第一感测比较器40之间的连接。第二感测开关S3连接在第二比较器50和节点（ND）之间，第二感测开关S3控制感测电压（VSE）和第二感测比较器50之间的连接。
电源100接收输入电压（VIN）以产生输出电压（VOUT）。可利用开关式稳压器或线性稳压器实现电源100。
输出电压（VOUT）代表用于控制电流流向LED通道10的电源电压。
LED通道10包括多个串联连接的LED（LED1~LEDn）。
反馈电路20感测流向LED通道10的通道电流，以产生与通道电流相对应的反馈电压（VFB）。当在确定LED通道10的短路状态之后保持电源100的输出电压（VOUT）时（即正常运行期间），反馈电压（VFB）控制电源100。
电源控制器30控制电源100以将输出电压（VOUT）保持在用于操作LED通道10的电平上的电压（下文称为额定电压）。在调光之前，电源控制器30根据第一比较信号CP1控制电源100，在调光开始时，电源控制器30根据反馈电压（VFB）控制电源100。
电源控制器30接收通过输出电压（VOUT）可变的第一比较信号CP1、反馈信号（VFB）和用于控制电源100的工作模式的模式控制信号（MSC）。
电源控制器30可通过以下模式操作：用于根据模式控制信号（MSC）将输出电压（VOUT）提高到额定电压的上升模式、用于在预定的短路感测时间段期间停止开关操作的停止模式和用于根据反馈电压（VFB）控制开关操作的正常模式。
在上升模式中，电源控制器30根据第一比较信号CP1产生用于将输出电压（VOUT）提高到额定电压的电源控制信号（PS）并将其发送给电源100。
在停止模式中，电源控制器30产生用于停止电源100的电源控制信号（PS）。因此，在停止模式中降低输出电压（VOUT）。在短路感测时间段期间，输出电压（VOUT）的降低取决于LED通道10的短路状态，将在下文参照图2对此进行描述。
在正常模式中，电源控制器30根据反馈电压（VFB）产生用于保持输出电压（VOUT）的电源控制信号（PS）并将其发送给电源100。
电源控制信号（PS）控制电源100。
第一感测比较器40比较第一感测开关S2所传输的感测电压（VSE）和参考电压VR1，以产生第一比较信号CP1。第一感测比较器40包括用于接收参考电压VR1的倒相端（-）和连接至第一感测开关S2的第一端的非倒相端（+）。
当输出电压（VOUT）为稳定电压时，将参考电压VR1设置为感测电压（VSE）。在闭合第一感测开关S2时，当输入到非倒相端（+）的感测电压（VSE）大于参考电压VR1时，第一感测比较器40产生高电平的比较信号CP1，当感测电压（VSE）小于参考电压VR1时，第一感测比较器40产生低电平的比较信号CP1。
第二感测比较器50比较第二感测开关S3所传输的感测电压（VSE）和参考电压VR2，以产生第二比较信号CP2。第二感测比较器50包括用于接收参考电压VR2的倒相端（-）和连接至第二感测开关S3的第一端的非倒相端（+）。
当输出电压（VOUT）为阈值电压时，利用感测电压（VSE）设置参考电压VR2。阈值电压表示设定成这样的电压：当LED通道10短路时，在短路感测时间段期间感测输出电压（VOUT）的突然降低。
在闭合第二感测开关S3时，当输入到非倒相端（+）的感测电压（VSE）大于参考电压VR2时，第二感测比较器50产生高电平的比较信号CP2，当感测电压（VSE）小于参考电压VR2时，第二感测比较器50产生低电平的比较信号CP2。
当在调光之前将输出电压（VOUT）供应至LED通道10时，短路感测保护器60通过利用输出电压（VOUT）的变化感测LED通道10的短路。此外，当确定出LED通道10处于短路状态时，短路感测保护器60控制用于停止电源100的操作的保护操作。
短路感测保护器60控制负载开关S1、第一感测开关S2、第二感测开关S3和调光开关S4，以便感测LED通道10的短路状态。此外，在调光之前，短路感测保护器60控制电源控制器30的工作模式。
详细地，短路感测保护器60产生模式控制信号（MSC）并将其发送给电源控制器30，且产生用于控制负载开关S1、第一感测开关S2、第二感测开关S3和调光开关S4的第一至第四开关控制信号（SS1~SS4）。
当电源控制器30根据模式控制信号（MSC）利用上升模式控制电源100时，第二开关控制信号SS2使第一感测开关S2闭合，且短路感测保护器60根据第一比较信号CP1控制上升模式时间段。
也就是说，当输出电压（VOUT）达到稳定电压，因此感测电压（VSE）达到第一参考电压VR1时，第一比较信号CP1变为高电平。当第一比较信号CP1变为高电平时，短路感测保护器60产生用于停止上升模式的模式控制信号（MSC）。
当电源控制器30根据模式控制信号（MSC）利用停止模式控制电源100时，第三开关控制信号SS3使第二感测开关S3闭合，且第一开关控制信号SS1使负载开关S1闭合。也就是说，闭合第二感测开关S3和负载开关S1。
在停止模式中，在短路感测时间段中，短路感测保护器60根据第二比较信号CP2确定短路状态。在短路感测时间段内，当感测电压（VSE）变为小于第二参考电压VR2时，第二比较信号CP2变为低电平。在短路感测时间段内，当第二比较信号CP2变为低电平时，短路感测保护器60确定LED通道10处于短路状态。
短路感测保护器60确定LED通道10处于短路状态，并保持用于停止电源100的模式控制信号（MSC）。
下面将参照图2描述根据本发明的示例性实施方式的LED发光装置的操作。
图2示出用于显示在根据本发明的示例性实施方式的LED发光装置的调光之前的感测电压的波形图。
如图2所示，在调光之前，在时间T1处，电源控制器30开始根据模式控制信号（MSC）控制电源100。
在T1和T2期间，电源控制器30根据上升模式控制电源100，以提高输出电压（VOUT），感测电压（VSE）也提高。在T1和T2期间，断开负载开关S1、调光开关S4和第二感测开关S3，且闭合第一感测开关S2。
当在时间T2处感测电压（VSE）达到第一参考电压VR1时，第一比较信号CP1变为高电平。短路感测保护器60产生用于指示停止模式的模式控制信号（MSC）并将其发送给电源控制器30。
根据模式控制信号（MSC），在时间T2之后，电源100不产生输出功率。
在时间T2处，短路感测保护器60产生用于断开第一感测开关S2的第二开关控制信号SS2和用于闭合第二感测开关S3的第三开关控制信号SS3。短路感测保护器60还产生用于闭合负载开关S1的第一开关控制信号SS1。输出电压（VOUT）连接至LED通道10。
当LED通道10连接至外部装置（例如框架）且处于短路状态时，在时间T2之后，输出电压（VOUT）突然降低。如图2所示，感测电压VSE2代表LED通道10短路时的感测电压。
将短路感测时间段（SSP）设置为高达从时间T2经过预定时间段Ta的时间段。将时间段Ta设置为用于确定LED通道10的短路状态的时间段。
当在时间T3处，降低的感测电压VSE2达到第二参考电压VR2时，第二比较信号CP2变为低电平。当第二比较信号CP2在短路感测时间段（SSP）内变为低电平时，短路感测保护器60确定LED通道10处于短路状态，并产生用于将电源100的操作保持在正常状态的模式控制信号（MSC）。短路感测保护器60还产生用于断开负载开关S1、第一感测开关S2和第二感测开关S3的第一至第三开关控制信号（SS1~SS3）。
由于不对LED通道10调光，因此断开调光开关S4。短路感测保护器60保持用于断开调光开关S4的第四开关控制信号SS4。
当LED通道10不处于短路状态时，在时间T2之后，通过自放电而逐渐降低输出电压（VOUT）。如图2所示，感测电压VSE1代表LED通道10不短路时（即处于正常状态时）的感测电压。
在短路感测时间段（SSP）内，感测电压VSE1大于第二参考电压VR2。因此，将第二比较信号CP2保持在高电平。短路感测保护器60确定在短路感测时间段（SSP）内第二比较信号CP2为高电平是正常状态，并产生用于利用正常模式控制电源100的操作的模式控制信号（MSC）。
此外，短路感测保护器60产生用于断开第一感测开关S2和第二感测开关S3的第二开关控制信号SS2和第三开关控制信号SS3，以及用于闭合负载开关S1和调光开关S4的第一开关控制信号SS1和第四开关控制信号SS4。也就是说，调光操作开始于时间T2+Ta。
根据本发明的示例性实施方式可以感测调光之前的LED通道的短路，从而防止调光之后因短路而损害LED通道。
图3示出根据本发明的示例性实施方式的电源。如图3所示，可利用开关式稳压器实现电源100。
利用升压转换器实现图3中所示的开关式稳压器，但本发明不限于此，其它类型的转换器是可适用的。
电源100包括电源开关M1、电感器（L）、二极管（D）和电容器C1。
电感器（L）具有连接至输入电压（VIN）的第一端，以及连接至电源开关M1的第一端和二极管（D）的正极的第二端。连接至二极管（D）的负极的电容器C1滤去输出电压（VOUT）的脉动成分。
当闭合电源开关M1时，二极管（D）截止，电感器（L）存储能量。当断开电源开关M1时，二极管（D）导通，存储在电感器（L）中的能量通过二极管（D）输出到电源100的外部。
电源控制信号（PS）控制电源开关M1。在输出电压（VOUT）上升期间，电源控制器30接收第一比较信号CP1，并产生用于提高电源开关M1的任务的电源控制信号（PS）。在电源100停止产生输出电压期间，产生用于停止电源开关M1的电源控制信号（PS）。
从确定LED通道10未短路和调光操作开始的时间起，电源控制器30产生用于根据反馈信号（VFB）将输出电压（VOUT）保持在额定电压的电源控制信号（PS）。
图4示出根据本发明的示例性实施方式的另一电源。如图4所示，可利用线性稳压器实现电源100。
电源100包括转换开关M2和电容器C2。
转换开关M2具有连接至输入电压（VIN）的第一端和连接至电容器C2的第二端。转换开关M2所传输的电流对输出电容器C2充电，输出电容器C2存储输出电压（VOUT）。
当闭合转换开关M2时，对输出电容器C2充电。当断开转换开关M2时，输出电容器C2供应负载所需的电流。
电源控制信号（PS）控制转换开关M2。在输出电压（VOUT）上升期间，电源控制器30接收第一比较信号CP1，并产生用于提高转换开关M2的任务的电源控制信号（PS）。在电源100停止产生输出电压（VOUT）期间，产生用于停止转换开关M2的电源控制信号（PS）。
从确定LED通道10未短路和调光操作开始的时间起，电源控制器30产生用于根据反馈信号（VFB）将输出电压（VOUT）保持在额定电压的电源控制信号（PS）。
到目前为止所给出的本发明的附图和详细描述仅为说明性的，仅用于描述本发明，但不用于限制意义或限制权利要求中所描述的本发明的范围。因此，本领域的技术人员应当理解，可以进行各种修改，其它等效的实施方式是可用的。因此，必须通过所附的权利要求的精神确定本发明的实际范围。

Claims (15)

1.一种LED发光装置，包括：
LED通道；
电源，所述电源用于接收输入电压，并根据电源开关的开关操作供应所述LED通道的操作所需的电源电压；
电源控制器，所述电源控制器用于控制所述电源；
负载开关，所述负载开关连接在所述LED通道和所述电源之间；以及
短路感测保护器，所述短路感测保护器用于在对所述LED通道调光之前，在预定的短路感测时间段中，当所述电源的输出电压降低至预定的阈值电压时，确定所述LED通道短路，所述短路感测时间段开始于所述输出电压达到稳定电压的时间，其中，
在所述短路感测时间段期间，所述电源控制器停止所述电源，所述短路感测保护器闭合所述负载开关。
2.如权利要求1所述的LED发光装置，还包括：
第一感测比较器，所述第一感测比较器用于比较与所述输出电压对应的感测电压和与所述稳定电压对应的第一参考电压；
第二感测比较器，所述第二感测比较器用于比较所述感测电压和与所述阈值电压对应的第二参考电压；
第一感测开关，所述第一感测开关用于控制所述第一感测比较器和所述感测电压之间的连接；以及
第二感测开关，所述第二感测开关用于控制所述第二感测比较器和所述感测电压之间的连接。
3.如权利要求2所述的LED发光装置，其中，
当产生所述输出电压以达到所述稳定电压期间，所述短路感测保护器闭合所述第一感测开关，并且在开始于所述输出电压达到所述稳定电压的时间的所述短路感测时间段期间，所述短路感测保护器闭合所述第二感测开关。
4.如权利要求1所述的LED发光装置，还包括：
反馈电路，所述反馈电路用于通过感测流向所述LED通道的电流产生反馈电压；和
调光开关，所述调光开关连接在所述LED通道和所述反馈电路之间，其中，
在对所述LED通道调光之前，所述短路感测保护器将所述调光开关保持在断开状态。
5.如权利要求4所述的LED发光装置，其中，
当所述输出电压在所述短路感测时间段期间大于所述阈值电压时，所述短路感测保护器控制所述电源控制器根据正常模式操作，并且
在所述正常模式中，所述电源控制器根据所述反馈电压控制所述电源。
6.如权利要求5所述的LED发光装置，其中，
当所述输出电压增大以达到额定电压期间，所述短路感测保护器控制所述电源控制器在上升模式中操作，并且
在所述上升模式中，所述电源控制器控制所述电源以提高所述输出电压。
7.如权利要求4所述的LED发光装置，还包括：
第一感测比较器，所述第一感测比较器用于比较与所述输出电压对应的感测电压和与所述稳定电压对应的第一参考电压；
第二感测比较器，所述第二感测比较器用于比较所述感测电压和与所述阈值电压对应的第二参考电压；
第一感测开关，所述第一感测开关用于控制所述第一感测比较器和所述感测电压之间的连接；以及
第二感测开关，所述第二感测开关用于控制所述第二感测比较器和所述感测电压之间的连接。
8.如权利要求7所述的LED发光装置，其中，
当产生所述输出电压以达到所述稳定电压期间，所述短路感测保护器闭合所述第一感测开关，并且在开始于所述输出电压达到所述稳定电压的时间的短路感测时间段期间，所述短路感测保护器闭合所述第二感测开关。
9.如权利要求8所述的LED发光装置，其中，
当所述输出电压大于所述阈值电压时，所述短路感测保护器控制所述电源控制器在正常模式中操作，并且
在所述正常模式中，所述电源控制器根据所述反馈电压控制所述电源。
10.如权利要求1所述的LED发光装置，其中，
所述电源包括：
电感器，所述电感器用于接收所述输入电压；
电源开关，所述电源开关具有连接至所述电感器的第一端；和
二极管，所述二极管连接至所述电源开关和所述电感器，以及
在所述短路感测时间段期间，所述电源控制器停止所述电源开关。
11.如权利要求1所述的LED发光装置，其中，
所述电源包括：
转换开关，所述转换开关用于接收所述输入电压；和
输出电容器，所述输出电容器连接至所述转换开关且存储所述输出电压，以及
在所述短路感测时间段期间，所述电源控制器停止所述转换开关。
12.一种用于驱动LED发光装置的方法，所述LED发光装置包括LED通道，该方法包括：
接收输入电压并将输出电压提高至预定的额定电压；
在开始于所述输出电压达到所述额定电压的时间的预定的短路感测时间段期间，停止所述输出电压的产生操作；以及
根据在所述短路感测时间段期间比较所述输出电压和预定的阈值电压的比较结果，对所述LED通道调光或确定所述LED通道处于短路状态。
13.如权利要求12所述的方法，其中，
将输出电压提高至所述额定电压包括：
提高所述输出电压，直到与所述输出电压对应的感测电压达到与稳定电压所对应的第一参考电压。
14.如权利要求12所述的方法，其中，
根据比较结果对所述LED通道调光或确定所述LED通道处于短路状态包括：
当与所述输出电压对应的感测电压达到与所述阈值电压对应的第二参考电压的时间在所述短路感测时间段之内时，确定所述LED通道短路。
15.如权利要求12所述的方法，其中，
根据比较结果对所述LED通道调光或确定所述LED通道短路包括：
当与所述输出电压对应的感测电压达到与所述阈值电压对应的第二参考电压的时间不在所述短路感测时间段之内时，对所述LED通道调光。
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