CN103327697B - 一种驱动电路及发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种驱动电路及发光装置，该驱动电路用于驱动包括多个串联的发光元件的发光电路，所述驱动电路包括第一可控硅、第一限流电阻、电流检测电阻、可控开关及分压电路，其中：所述第一可控硅一端接地，另一端通过所述第一限流电阻连接到提供驱动电压的驱动端子；所述可控开关一端与所述发光电路连接，另一端通过所述电流检测电阻接地，控制端连接到位于第一可控硅和第一限流电阻之间的第一节点；所述分压电路的压降小于所述第一可控硅的参考电压，所述分压电路的一端与第一可控硅的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻和可控开关之间的第二节点。本发明提高了电路的效率。

Description

一种驱动电路及发光装置
技术领域
本发明涉及LED电路的驱动，特别是一种驱动电路及发光装置。
背景技术
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）由于其体积小、效能高等特点已经被广泛应用于工业和日常生活的各个方面。
图1所示为一种常见的LED发光装置。如图1所示，该LED发光装置包括发光电路、可控开关Q1，电流检测电阻Rsen、可控硅U1以及第一限流电阻R1，其中：
发光电路包括多个串联的LED D1、…、Dn；其中n为大于1的整数。
可控硅U1一端接地，另一端通过第一限流电阻R1连接到提供驱动电压的驱动端子Vdrive；
可控开关Q1的源极与所述发光电路连接，漏极通过电阻Rsen接地，而控制端（栅极）连接到位于可控硅U1和第一限流电阻R1之间的第一节点X。
然而上述的LED发光装置在出现LED短路时，存在对驱动电路保护不够的缺点，下面结合其工作过程说明如下。
如图1所示，驱动电压Vdrive提供一个开启电压使Q1导通，从而有电流流过D1～Dn，以及Rsen，当电流流过Rsen时会产生电压降，当Rsen上电压高于一个门限（如2.5V）时可控硅U1导通，将Q1的门极电压拉低，使Q1关断，即关断流经LED的电流。而Q1关断后，Rsen上电压降为0，则可控硅U1重新断开，使得驱动电压Vdrive重新导通Q1。上述过程中循环往复，使得Rsen的电压能够维持在2.5V。
然而上述的电路存在电路效率较低的问题，举例说明如下。
假定D1、…、Dn总压降为30V，Vdrive为10V，U1的参考电压VRef为2.5V，LED电流为250mA，则电阻Rsen为10欧姆。
U1的工作电流一般为1～100mA，取U1工作电流为50mA，则R1=Vdrive/50mA=200欧姆。
图1所示的电路的总功率由如下几部分组成：
R1的功率：V2 drive/R1=100/200=0.5W；
发光电路的功率：30V（D1、…、Dn总压降）*250mA（发光电路的电流）=7.5W；
Rsen的功率：2.5V（Rsen上的压降）*250mA（发光电路的电流）=0.625W
因此，图1所示电路的电路效率为发光电路的功率/电路的总功率=7.5/8.625，大约为87%。
当发光电路的电流越大时，电路效率越低。
以上是以LED发光电路为例进行的说明，但应当理解的是，其他发光元件组成的类似电路也存在同样的问题，在此不再一一描述。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种驱动电路及发光装置，降低驱动电路的功耗，提高电路效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种驱动电路，用于驱动包括多个串联的发光元件的发光电路，其中，所述驱动电路包括第一可控硅、第一限流电阻、电流检测电阻、可控开关及分压电路，其中：
所述第一可控硅一端接地，另一端通过所述第一限流电阻连接到提供驱动电压的驱动端子；
所述可控开关一端与所述发光电路连接，另一端通过所述电流检测电阻接地，控制端连接到位于第一可控硅和第一限流电阻之间的第一节点；
所述分压电路的压降小于所述第一可控硅的参考电压，所述分压电路的一端与第一可控硅的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻和可控开关之间的第二节点。
上述的驱动电路，其中，所述发光元件为发光二极管。
上述的驱动电路，其中，所述分压电路为一端电压恒定但小于所述参考电压的电压源。
上述的驱动电路，其中，所述分压电路为端电压可调的电压源。
上述的驱动电路，其中，所述分压电路包括：
分压电阻，一端与第一可控硅的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻和可控开关之间的第二节点；
电压维持电路，与所述分压电阻连接，保持所述分压电阻两端的电压为所述压降。
上述的驱动电路，其中，所述电压维持电路具体包括：
第二限流电阻；
调节电阻，一端通过所述分压电阻连接到所述第二节点，另一端通过所述第二限流电阻连接到所述驱动端子；
第二可控硅，与所述分压电阻和调节电阻组成的串联电路并联，且控制端连接到位于所述第二限流电阻和所述电阻R9之间的第三节点W。
为了更好的实现上述目的，本发明实施例还提供了一种发光装置，其中设置有包括多个串联的发光元件的发光电路，所述发光装置还包括上述任意的驱动电路。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
本发明实施例的驱动电路中，在可控硅的控制端和电流检测电阻之间串联一个压降小于可控硅的参考电压的分压电路，由于原本全部施加到Rsen上的电压由Rsen和增加的分压电路承担，因此，Rsen上的压降降低，从而导致功耗降低。而同时由于增加分压电路带来的功耗相对较小，所以整体上降低了驱动电路的功耗，提高了电路效率。
附图说明
图1表示现有的LED发光装置的电路示意图；
图2表示本发明实施例的驱动电路的电路示意图；
图3表示本发明实施例的分压电路的一种实现方式的电路示意图；
图4表示应用图3所示的分压电路的LED发光电路的电路示意图；
图5表示本发明实施例的控制电路应用于具有并联发光电路的示意图。
具体实施方式
本发明实施例的一种驱动电路及发光装置中，通过在可控硅的控制端和电流检测电阻之间串联一个压降小于可控硅的参考电压的分压电路，使得电流检测电阻上的压降降低，从而通过降低电流检测电阻的功耗达到降低驱动电路的功耗的目的。
为更好的理解本发明实施例，在此先对本发明实施例中涉及到的可控硅简要介绍如下。
可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。
可控硅的3个PN结分别引出3个电极：阳极、控制极和阴极K。相比于二极管，可控硅多了一个控制极。
本发明实施例所使用的可控硅具有如下的特性：当给可控硅的控制极施加的电压大于一个门限（即可控硅的参考电压）时，可控硅导通，而给可控硅的控制极施加的电压小于该门限时，可控硅关断。
本发明实施例的一种驱动电路，用于驱动包括多个串联的发光元件（其中图2中为LED D1、…、Dn，但也可以是其他类型的发光元件）的发光电路，如图2所示，所述驱动电路包括第一可控硅U1、第一限流电阻R1、电流检测电阻Rsen、可控开关Q1及分压电路，其中：
所述第一可控硅U1一端接地，另一端通过所述第一限流电阻R1连接到提供驱动电压的驱动端子Vdrive；
所述可控开关Q1一端与所述发光电路连接，另一端通过所述电流检测电阻Rsen接地，控制端连接到位于第一可控硅U1和第一限流电阻R1之间的第一节点X；
所述分压电路的压降小于所述第一可控硅U1的参考电压，所述分压电路的一端与第一可控硅U1的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻Rsen和可控开关Q1之间的第二节点Z。
本发明实施例的驱动电路中，在可控硅的控制端和电流检测电阻之间串联一个压降小于可控硅的参考电压的分压电路，由于原本全部施加到Rsen上的电压由Rsen和增加的分压电路承担，因此，Rsen上的压降降低，从而导致功耗降低。而同时由于增加分压电路带来的功耗相对较小，所以整体上降低了驱动电路的功耗，提高了电路效率。
本发明实施例中，为了整体降低驱动电路的功耗，该增加的分压电路的功耗应该小于Rsen上的功耗降低量，对此说明如下。
假定第一可控硅的参考电压为U，而分压电路的压降为xU(其中0<x<1),则Rsen上的功耗降低量为：
U2/Rsen-(U-xU)2/Rsen=(2x-x2)U2/Rsen
也就是说，只要分压电路的功耗低于(2x-x2)U2/Rsen，则整个驱动电路的功耗就会整体降低。
在本发明的具体实施例中，对于该分压电路可以通过多种方式实现，下面就几种可能的方式详细说明如下。
<方式一>
在方式一，直接使用端电压恒定但小于所述参考电压的电压源来担当分压电路，说明如下。
本发明实施例中电压源可以是端电压可调的电压源，也可以是端电压恒定的电压源，使用电压源来担当分压电路具有灵活的有益效果，可以根据LED电路的需要来选择电压不同的电压源或调节电压源的端电压使之满足要求。
如假定第一可控硅的参考电压为2.5V，LED电流为250mA，电阻Rsen为5欧姆，则设置电压源的端电压为1.25V即可，而当LED电流需要增大到300mA时，则调整电压源的端电压为1.0V即可。
因此使用端电压可调的电压源在降低驱动电路的功耗的同时还能适用不同场合的需要。
<方式二>
在方式一中，使用电压源来担当分压电路，但本发明实施例的方式二中，通过电阻和电压维持电路的组合方式来实现，但这种方式从广义的角度来理解，下述的电阻和电压维持电路和组合也可以是认为是一个电压源。
如图3所示，所述的分压电路包括：
电阻R10（分压电阻），一端与第一可控硅U1的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻RSen和可控开关Q1之间的第二节点；
电压维持电路，与所述电阻R10连接，保持所述电阻R10两端的电压为所述压降。
方式二采用电阻结合电压维持电路的方式保证了R10两端的电压为所述压降，因此，Rsen上的压降为U与R10上的电压的差，所以Rsen的功耗降低，从而整体降低了驱动电路的功耗的目的。
在方式二中需要设置一个电压维持电路，但该电压维持电路的稳定性会影响到发光电路的稳定性，说明如下。
由于Rsen上的压降为第一可控硅的参考电压为U与R10上的电压的差，因此，如果R10上的电压维持不稳定，就会导致Rsen上的压降不稳定，进而导致LED的电流步稳定。
因此，为了确保R10上的压降稳定，从而使得LED处于恒流的状态，本发明实施例中一种具体的电压维持电路如图4所示，包括：
第二限流电阻R2；
电阻R9（调节电阻），一端通过所述电阻R10连接到所述第二节点Z，另一端通过所述第二限流电阻R2连接到所述驱动端子Vdrive；
第二可控硅U2，与所述R9和R10组成的串联电路并联，且控制端连接到位于所述第二限流电阻R2和所述电阻R9之间的第三节点W。
下面结合图4对上述的驱动电路的耗能分析如下。
如图4所示，当电路工作时R2限制通过U2的电流，而U2的阴极与阳极之间电压降准确的限制在2.5V（在此以U2的参考电压为2.5V为例进行说明，但本发明实施例并不限定其具体数值），因此R9与R10的压降之和为2.5V，其各自的压降由电阻的比例决定，而可控硅U1将维持R10与Rsen两端的电压为2.5V。因此，图4所示的电路中，R10的压降恒定，从而保证Rsen上的压降在降低的同时也会保持恒定。
假设D1～Dn总压降为30V，Vdrive电压为10V，U1参考电压为2.5V，LED电流为250mA。
取U2的工作电流为5mA，U1的工作电流为50mA，则有：
R2=10V/5mA=2K欧姆；
R1=10V/50mA=200欧姆；
假设将Rsen上的压降由2.5V降为0.5V，因为U1的作用，电阻R10和Rsen上的电压之和为2.5V，则电阻R10上的电压为2V。
取R10为10K欧姆，则R9的电阻为：0.5V/(2V/10000欧姆)=2.5K欧姆。
又因为LED电流为250mA，则Rsen大致为2欧姆。
至此，参数计算完毕，下面进行功耗分析。
首先，总功耗包括如下几个部分：
发光电路的功耗：30V（D1、…、Dn总压降）*250mA（发光电路的电流）=7.5W；
R1的功率：V2 drive/R1=100/200=0.5W；
Rsen的功率：0.5V（Rsen上的压降）*250mA（发光电路的电流）=0.125W；
R2的功耗大约为：V2 drive/R8=100/2000=0.05W；
R9和R10的功耗为：2.52/（R9+R10）=6.25/12500=0.0005W；
因此，图4所示电路的总功耗为：8.0505W。
因此，整个电路的电路效率为：7.5W/8.0505W=93.16%。
而在背景技术中提到，现有电路的电路效率大约只有87%，因此较现有技术的驱动电路，本发明实施例的驱动电路的电路效率大大提高。
在本发明的具体实施例中，是以一个发光电路为例进行的说明，但应当理解的是，现有的发光电路可能是多个电路并联形成，则这种情况下可以针对每一个电路设置如图所示的分压电路，如图5所示，由于每一个分压电路的工作原理完全相同，在此不作进一步描述。
本发明实施例还提供了一种发光装置，其中设置有包括多个串联的发光元件的发光电路，所述发光装置还包括上述任意的驱动电路。
由于对应于每种电路的工作过程已经在之前进行了详细描述，在此不再进一步详细说明。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种驱动电路，用于驱动包括多个串联的发光元件的发光电路，其特征在于，所述驱动电路包括第一可控硅、第一限流电阻、电流检测电阻、可控开关及分压电路，其中：
所述第一可控硅一端接地，另一端通过所述第一限流电阻连接到提供驱动电压的驱动端子；
所述可控开关一端与所述发光电路连接，另一端通过所述电流检测电阻接地，控制端连接到位于第一可控硅和第一限流电阻之间的第一节点；
所述分压电路的压降小于所述第一可控硅的参考电压，所述分压电路的一端与第一可控硅的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻和可控开关之间的第二节点。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，所述分压电路为一端电压恒定但小于所述参考电压的电压源。
4.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，所述分压电路为端电压可调的电压源。
5.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，所述分压电路包括：
分压电阻，一端与第一可控硅的控制端连接，另一端连接到所述电流检测电阻和可控开关之间的第二节点；
电压维持电路，与所述分压电阻连接，保持所述分压电阻两端的电压为所述压降。
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述电压维持电路具体包括：
第二限流电阻；
调节电阻，一端通过所述分压电阻连接到所述第二节点，另一端通过所述第二限流电阻连接到所述驱动端子；
第二可控硅，与所述分压电阻和调节电阻组成的串联电路并联，且控制端连接到位于所述第二限流电阻和所述调节电阻之间的第三节点。
7.一种发光装置，其中设置有包括多个串联的发光元件的发光电路，其特征在于，所述发光装置还包括权利要求1-6中任意一项所述的驱动电路。
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