CN103155709A - 用于照明的发光二极管驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及这样一种技术，其在驱动电力的一个周期或者半个周期内将特定形式的驱动数据划分为多个区间，将驱动数据存储在存储装置中，并且利用该驱动数据，以高效率、高功率因数的方式驱动设置在LED阵列部的串联发光二极管，并且使得呈现的总谐波失真减少。为此，本发明包括：驱动数据存储装置，用于在一个周期或者半个周期内将以高效率、高功率因数以及低总谐波失真方式驱动所述LED阵列部的发光二极管的驱动数据按照多个区间予以划分并存储；驱动控制部，用于产生与从同步信号和时钟信号生成部输出的时钟信号对应的地址信号，以按照各个区间依次读取存储在驱动数据存储装置的驱动数据。

Description

用于照明的发光二极管驱动电路
技术领域
本发明涉及具有发光二极管（Light Emitting Diode，简称为LED）的照明装置的驱动技术；尤其涉及一种发光二极管照明装置的驱动电路，其利用具有特定形式的驱动数据控制发光二极管的驱动，以发挥高效率、高功率因数和低谐波特性。
背景技术
随着半导体技术的发展，发光二极管（LED）的效率大幅提高了。因此，与如白炽灯或荧光灯等现有的照明装置相比，LED具有使用寿命长、能耗低的优点，并且还具有成本低以及环境友好的优点。因具有如上所述的优点，LED作为代替现有的信号灯或者平板显示装置（例如LCD）背光的光源而备受瞩目。
一般而言，将LED用作照明装置时，将安装有多个LED的LED模组以特定的排列设置；将按照上述方式设置的LED模组设置在空间的顶面或壁面上以使用。考虑到LED在适当的直流电流电压下才被驱动的特性，每个LED模组包括AC/DC转换器。上述AC/DC转换器包括用于对交流电压进行降压的传输线圈，但是在LED模组中该传输线圈占用了相当大的空间，因此采用该线圈的产品尺寸不可避免地增加。
为了解决上述问题，目前使用了被称为开关电源（Switching ModePower Supply，简称为SMPS）的电源装置。但是，目前的LED照明装置没有设置SMPS，而是采用了通过串联连接多个LED以在各个LED中相对于电力降电压的方式。
然而，对应于随着时间变化的驱动电力，现有的LED照明装置无法恰当地控制LED的驱动。由此，导致了效率和功率因数下降、总谐波失真特性（Total Hormonic Distortion，简称为THD）恶化的问题。此外，当输入驱动电力产生波动等时，亮度也会由此变动。
发明内容
因此，本发明的目的在于，在驱动电力的一个周期或者半个周期内将特定形式的驱动数据划分为多个区间；将驱动数据存储在存储装置中；并且利用该驱动数据，以高效率、高功率因数的方式驱动设置在LED阵列部的、串联的发光二极管，并且使得呈现的总谐波失真减少。
本发明的目的并不限于上述目的。本领域的普通技术人员应当得知，通过下述的说明可以确定本发明的其它目的和优点。
为实现上述目的，根据本发明的发光二极管照明装置的驱动电路包括桥式二极管整流部、同步信号和时钟信号生成部、驱动数据存储装置、驱动控制部、D/A变换器以及恒定电流驱动装置部。其中，桥式二极管整流部用于全波整流交流电力并将脉动电流驱动电力供应至具有两个以上的、串联连接的发光二极管的LED阵列部；同步信号和时钟信号生成部用于检测所述脉动电流驱动电力的周期并产生与其相应的同步信号，并且利用所述同步信号产生数倍于输入电力的频率的时钟信号；驱动数据存储装置用于在所述驱动电力的一个周期或者半个周期内将以高效率、高功率因数以及低总谐波失真方式驱动所述LED阵列部的发光二极管的驱动数据按照多个区间划分并存储；驱动控制部用于产生与从所述同步信号和时钟信号生成部输出的时钟信号对应的地址信号，以按照各个区间依次读取存储在所述驱动数据存储装置的驱动数据；D/A变换器用于将从所述驱动控制部输出的数字的驱动数据变换为模拟信号并输出；恒定电流驱动装置部，具有与在所述LED阵列部中串联连接的发光二极管的接头分别连接以根据所述D/A变换器的输出信号对所述发光二极管选择性地进行驱动的多个恒定电流驱动装置，并且通过所述多个恒定电流驱动装置在相应区间内、以相应电流值驱动串联连接的发光二极管中的相应的发光二极管。
本发明的技术方案，通过在驱动电力的一个周期或者半个周期内将预定形式的驱动数据划分为多个区间、将驱动数据存储在存储装置中，从而利用该驱动数据以高效率、高功率因数的方式驱动设置在LED阵列部的、串联的发光二极管，并且使得呈现的总谐波失真减少。
此外，即使输入电力电压变动，通过控制电流，防止在串联的发光二极管中流动的电流发生变动，也能够防止出现闪烁现象。
附图说明
图1为根据本发明的发光二极管照明装置的驱动电路的框图。
图2为根据本发明的发光二极管电流形式的示意图。
图3为根据本发明的发光二极管照明装置的驱动电路中输入电力与输出电力的比较波形图。
图4为当利用根据本发明的发光二极管照明装置的驱动电路时在输入电力中产生的谐波的波形示意图。
图5为以表格方式表示图4所示的谐波的示意图。
图6为根据本发明的LED驱动电路的性能评价表。
图7为在根据本发明的发光二极管照明装置的驱动电路中，在发光二极管中流动的电流不会响应于电源电压的变动而发生变化的波形示意图。
具体实施方式
下面，通过附图说明本发明的优选实施例。
图1为根据本发明的发光二极管照明装置的驱动电路的框图。如图1所示，本发明的发光二极管照明装置的驱动电路包括：桥式二极管整流部10、同步信号和时钟信号生成部20、电源供应部30、LED阵列部40、驱动数据存储装置50、驱动控制部60、D/A变换器70以及恒定电流驱动装置部80。
如图1所示，桥式二极管整流部10对输入的常用交流电力AC进行全波整流，并且将脉动电流驱动电力供应至LED阵列部40。
同步信号和时钟信号生成部20检测从桥式二极管整流部10输入的电力的周期，并且基于检测到的周期产生与其相应的同步信号，利用该同步信号产生数倍（如数百倍）于输入电力的频率的时钟信号。并且，同步信号和时钟信号生成部20对在一个周期内振荡而成的时钟信号进行计数；并且确认该计数值是否在预设的振荡频率的误差范围内；若确认其不在振荡频率的误差范围内，则调节振荡频率以使其落入误差范围内。
电源供应部30将从桥式二极管整流部10输出的脉动电流形态的电压变换为平滑的、照明用发光二极管驱动电路的各个部分所需的电平电压（如VCC，VDD），并予以输出。
LED阵列部40具有2个以上的串联连接的发光二极管（LED1至LED4），LED1至LED4的阴极通过接头分别与相应的恒定电流驱动装置（81至84）连接。
当驱动LED阵列部40的发光二极管（LED1至LED4）时，在驱动数据存储装置50中存储有用于驱动LED1至LED4的特定形式的驱动数据，从而能够显示高效、高功率因数、总谐波失真特性（THD）。存储在驱动数据存储装置50的驱动数据包括：用于将驱动电力的一个周期或者半个周期分成预定区间（例如分成如图2所示的90个区间）并在每个区间内选择恒定电流驱动装置（81至84）的选择信息；在相应区间内流过被选择的恒定电流驱动装置的电流值；各个区间宽度；发光二极管（LED1至LED4）的数量；输入的驱动电力的电压和频率；所要使用的电量等。此外，优选地，当所述驱动数据存储装置50存储驱动数据时，按照不同的产品，将与发光二极管的特性、连接的发光二极管的数量、输入驱动电压和频率、所要使用的电力以及对应于各种规格的效率、功率因数和低谐波特性对应的最佳的驱动数据予以存储。驱动数据存储装置50还可以同时存储有多个通道的驱动数据。
驱动控制部60响应于从同步信号和时钟信号生成部20输出的时钟信号而产生地址信号，例如每当输入16个时钟信号时产生与其对应的地址信号，从而将其供应给驱动数据存储装置50。由此，驱动控制部60从驱动数据存储装置50依次接收存储在相应地址中的相应区间的电流值、区间宽度值和选择信息，并且可以将接收的信息输出。
D/A变换器70将从驱动控制部60输出的选择信息变换为模拟信号，并且利用该变换的选择信号在恒定电流驱动装置部80的恒定电流驱动装置（81至84）中选择相应的恒定电流驱动装置。此外，D/A变换器70将从驱动控制部60输出的相应区间的电流值和区间宽度值变换为模拟信号，并且输出给被选择的驱动装置。
恒定电流驱动装置部80具有多个恒定电流驱动装置（81至84）。一方面，其分别与发光二极管（LED1至LED4）的接头（阴极）连接；另一方面，其分别与D/A变换器70的相应的输出端连接。
下面，参考图2进一步详细说明通过D/A变换器70的输出信号驱动恒定电流驱动装置（81至84）的情形。
当驱动电力的一个周期或者半个周期分成如图2所示的小区间时，通过驱动控制部60从驱动数据存储装置50读出针对各个区间的、如上所述的选择信息、电流值和区间宽度值，然后通过D/A变换器70予以输出。
当通过从D/A变换器70输出的选择信号（选择信息）在任意区间内选择恒定电流驱动装置81时，在该区间内以相应的电流值和区间宽度值开启发光二极管LED1。
当通过从D/A变换器70输出的选择信号（选择信息）在任意区间内选择恒定电流驱动装置82时，在该区间内以相应的电流值和区间宽度值开启发光二极管LED1、发光二极管LED2。
当通过从D/A变换器70输出的选择信号（选择信息）在任意区间内选择恒定电流驱动装置83时，在该区间内以相应的电流值和区间宽度值开启发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3。
当通过从D/A变换器70输出的选择信号（选择信息）在任意区间内选择恒定电流驱动装置83时，在该区间内以相应的电流值和区间宽度值开启发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、发光二极管LED4。
如图2所示，在90个区间中自第1区间至第29区间中（第一组），以恒定电流驱动装置81、恒定电流驱动装置82、恒定电流驱动装置83的顺序进行选择。此时，通过相应区间宽度输出相应的电流值。因此，在相应的区间宽度内，以与相应电流值对应的亮度开启一个发光二极管（即发光二极管LED1）、两个发光二极管（即发光二极管LED1、发光二极管LED2）或者三个发光二极管（即发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3）。
然后，在自第30区间至第62区间中（第二组），固定地选择末端的恒定电流驱动装置84，在相应的区间宽度内，以与相应电流值相应的亮度开启恒定电流驱动装置84，因此实现了最大亮度。
然后，在自第63区间至第90区间中（第三组），以恒定电流驱动装置83、恒定电流驱动装置82、恒定电流驱动装置81的顺序进行选择。此时，在相应区间宽度内输出相应的电流值。由此，在相应区间宽度内，以与相应电流值相应的亮度开启三个发光二极管（即发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3）、两个发光二极管（即发光二极管LED1、发光二极管LED2）或者一个发光二极管（即发光二极管LED1）。
通过上述一连串的处理过程，按照上述方式开启在LED阵列部40上串联排列的多个发光二极管（LED1至LED4）。因此，如图3所示，在整个区间内输入电力和输出电力彼此之间几乎没有差异。
如上所述，当利用驱动数据驱动发光二极管（LED1至LED4）时，如图4所示，可以得知在输入电力中呈现的总谐波失真降低至17%以下。作为参考，虽然各种顺序的谐波在5%以下，但是由于总谐波失真为它们的RMS值，因此如图6的性能表所示呈现为17.82%。目标值在20%以下，与现有技术的数值相比，其不到一半。
图5为以表格方式表示图4所示的谐波的示意图。
图6为如上所述当利用驱动数据驱动发光二极管（LED1至LED4）时，针对LED驱动装置的性能评价示意表。
最终，如图3至图6所示，可以得知通过本发明，以高效率、高功率因数、并且在发挥低谐波特性的情况下驱动发光二极管（LED1至LED4）。
如图7所示，当利用本发明时，即使输入电力电压变动，在发光二极管（LED1至LED4）内流动的电流也不变动，因此不会出现闪烁现象。
虽然在图1中示出了一个发光二极管连接至一个恒定电流驱动装置的实施例，但是本发明并不限于此。串联连接的多个发光二极管可连接至一个恒定电流驱动装置以控制驱动（开启）。
虽然，在上面针对本发明的优选实施例进行了说明，但是本发明的权利范围并不限于此，而是由权利要求书中所限定的范围而定，并且本发明可以以多种实施方式予以实施，但是这种实施例属于本发明的权力范围。

Claims (11)

1.一种发光二极管照明装置的驱动电路，包括：
桥式二极管整流部，用于全波整流交流电力并将脉动电流驱动电力供应至具有两个以上的、串联连接的发光二极管的LED阵列部；
同步信号和时钟信号生成部，用于检测所述脉动电流驱动电力的周期并产生与其相应的同步信号，并且利用所述同步信号产生数倍于输入电力的频率的时钟信号；
驱动数据存储装置，用于在所述驱动电力的一个周期或者半个周期内，将以高效率、高功率因数以及低总谐波失真方式驱动所述LED阵列部的发光二极管的驱动数据按照多个区间划分并存储；
驱动控制部，用于产生与从所述同步信号和时钟信号生成部输出的时钟信号对应的地址信号，以按照各个区间依次读取存储在所述驱动数据存储装置的驱动数据；
D/A变换器，用于将从所述驱动控制部输出的数字的驱动数据变换为模拟信号并输出；以及
恒定电流驱动装置部，具有与在所述LED阵列部中串联连接的发光二极管的接头分别连接以根据所述D/A变换器的输出信号对所述发光二极管选择性地进行驱动的多个恒定电流驱动装置，并且通过所述多个恒定电流驱动装置在相应区间内、以相应电流值驱动串联连接的发光二极管中的相应的发光二极管。
2.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述交流电力包括常用交流电力。
3.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述LED阵列部具有两个以上串联连接的发光二极管，一个或多个发光二极管通过接头与各个恒定电流驱动装置对应地连接。
4.根据权利要求3所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述接头分别与相应发光二极管的阴极连接。
5.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
当在所述交流电力的一个周期内的时钟超过误差范围时，所述同步信号和时钟信号生成部调节振荡频率，以使所述时钟落入误差范围。
6.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述驱动数据包括以下信息中的至少一种：
用于将所述驱动电力的一个周期或者半个周期划分为预定区间并在各个区间中选择相应的恒定电流驱动装置的选择信息；
在相应区间内流过被选择的恒定电流驱动装置的电流值；
各个区间的区间宽度；
发光二极管的数量；
输入的驱动电力的电压和频率；以及
所要使用的电量信息。
7.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述驱动数据存储装置按照不同的产品将与所述发光二极管的特性、连接的发光二极管的数量、输入驱动电力的电压和频率、所要使用的电量以及各种规格的效率、功率因数和低谐波特性对应的最佳的驱动数据予以存储。
8.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述驱动数据存储装置同时存储多个通道的驱动数据。
9.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
所述驱动数据包括电流值，无论输入电力电压如何变动，所述电流值能够使所述发光二极管中流动的电流保持不变以防止闪烁现象。
10.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，
在第一组中，当依次驱动第一至第三恒定电流驱动装置时，通过相应区间宽度输出相应的电流值；
在第二组中，当继续驱动第四恒定电流驱动装置时，在相应区间宽度内以与相应电流值对应的亮度开启所有发光二极管；
在第三组中，当依次驱动第三至第一恒定电流驱动装置时，通过相应区间宽度输出相应的电流值。
11.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置的驱动电路，其中，还包括：
电源供应部，用于将从所述桥式二极管整流部输出的、脉动电流形态的电压变换为平滑的、照明用发光二极管驱动电路的各个部分所需的电平电压，并予以输出。
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