CN103327698A - 一种驱动电路及发光装置 - Google Patents

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Abstract

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、第一电阻、可控开关及控制电路,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,另一端通过所述第一电阻接地,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;控制电路用于在位于所述可控开关的与发光电路之间的第二节点的电压超过预设电压门限时,执行控制操作,以减小流过发光电路的电流。本发明实现了对驱动电路的保护。

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。
假定LED正常工作时压降为V,则正常工作下Q1的压降为:Vcc-nV-2.5。
然而当D1~Dn中的m个LED短路时(m为小于或等于n的正整数),Q1的压降会改变为:Vcc-(n-m)V-2.5,比没有LED短路时压降增加mV,从而导致Q1的功耗升高或者耐压不够而损坏Q1,影响整个电路的寿命。
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,实现对驱动电路的保护。
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、第一电阻、可控开关及控制电路,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,另一端通过所述第一电阻接地,控制端连接到位于可控硅和第一限流电阻之间的第一节点;
控制电路用于在位于所述可控开关的与发光电路之间的第二节点的电压超过预设电压门限时,执行控制操作,以减小流过发光电路的电流。
上述的驱动电路,其中,所述发光元件为LED。
上述的驱动电路,其中,所述控制电路包括:受所述第二节点控制的电阻可变电路、第二电阻、第二限流电阻和第二可控硅,其中:
所述电阻可变电路的一端通过所述第二限流电阻连接到所述驱动端子,另一端通过所述第二电阻连接到第五节点,其中随着第二节点的电压变大,电阻可变电路的电阻变小;第五节点为所述第一电阻和可控开关之间的节点;
所述第二可控硅的一端通过所述第二限流电阻连接到所述驱动端子,另一端连接到第五节点,所述第二可控硅的控制端连接到位于所述第二限流电阻和所述电阻可变电路之间的第三节点;
所述第一可控硅的控制端连接位于所述电阻可变电路和第二电阻之间的第四节点。
上述的驱动电路,其中,所述电阻可变电路包括第三电阻、第四电阻和三极管,其中,第四电阻和所述三极管串联后与所述第三电阻并联形成所述电阻可变电路,所述三极管的栅极与所述第二节点连接。
上述的驱动电路,其中,所述电阻可变电路包括第三电阻、第四电阻、三极管和第五电阻和第六电阻,其中,第四电阻和三极管串联后与所述第三电阻并联形成一并联电路,所述三极管的栅极通过所述第五电阻与所述第二节点连接,同时通过所述第六电阻接地。
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LED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:
本发明实施例中,当位于所述可控开关Q1的与发光电路之间的节点的电压超过预设电压门限时,在现有技术中可控开关的压降会升高。而在电流不变的情况下,压降升高会导致可控开关的功耗升高,而当可控开关的耐压性能不够时甚至会损坏可控开关。而本发明实施例在检测到第二节点Y的电压超过预设电压门限时,控制电路会执行控制操作,以减小流过发光电路的电流,至少能够使得可控开关Q1的功耗不至于提升过多,实现了对驱动电路的保护。
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控制电路的一种实现方式的电路示意图;
图4表示应用图3所示的控制电路的LED发光电路的电路示意图;
图5和图6表示电阻可变电路的两种实现方式的电路示意图;
图7表示应用图6所示的电阻可变电路的LED发光电路的电路示意图。
图8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,在发现存在LED短路时,通过控制电路来执行控制操作,减小流过发光电路的电流,实现对驱动电路的保护。
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,所述驱动电路包括第一可控硅U1、第一限流电阻R1、电阻Rsen(电流检测电阻)、可控开关Q1及控制电路,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X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;
控制电路用于在位于所述可控开关Q1的与发光电路之间的第二节点Y的电压超过预设电压门限时,执行控制操作,以减小流过发光电路的电流。
当位于所述可控开关Q1的与发光电路之间的第二节点Y的电压超过预设电压门限(此时表明发光电路中有部分LED短路,或者Vcc电压升高)时,在现有技术中可控开关的压降会升高。而在电流不变的情况下,压降升高会导致可控开关的功耗升高,而当可控开关的耐压性能不够时甚至会损坏可控开关。而本发明实施例在检测到第二节点Y的电压超过预设电压门限时,控制电路会执行控制操作,以减小流过发光电路的电流,至少能够使得可控开关Q1的功耗不至于提升过多,实现了对驱动电路的保护。
在本发明的具体实施例中,上述的控制电路可以通过过多种方式来实现,下面对其中的一种方式说明如下。
在本发明的具体实施例中,该控制电路如图3所示包括:受所述第二节点Y控制的电阻可变电路、第二电阻Rx、第二限流电阻R2和第二可控硅U2,其中:
所述电阻可变电路的一端通过所述第二限流电阻R2连接到所述驱动端子,另一端通过所述第二电阻Rx连接到第五节点Z,其中随着第二节点Y的电压变大,电阻可变电路的电阻变小;第五节点Z为所述电阻Rsen和可控开关Q1之间的节点;
所述第二可控硅U2的一端通过所述第二限流电阻R2连接到所述驱动端子Vdrive,另一端连接到第五节点Z,所述第二可控硅的控制端连接到位于所述第二限流电阻R2和所述电阻可变电路之间的第三节点W;
所述第一可控硅U1的控制端连接位于所述电阻可变电路和第二电阻Rx之间的第四节点P。
利用上述控制电路的整体电路结构如图4所示。
对图4所示的电路能够降低在LED短路时减小流过发光电路的电流的原理。
首先,如图4所示,当电路中存在LED短路时,则Y节点的电压升高。而Y节点的电压升高则会导致电阻可变电路的电阻变小,由于电阻可变电路和Rx的串联电路的电压恒定,则Rx上的分压变大。
而Rx和Rsen串联后接地,由于第一可控硅U1的作用,P节点的电压固定,因此当Rx上的分压变大时,Rsen上的电压会减小。
而Rsen上的电压减小会导致D1、…、Dn、Q1、Rsen这个串联电路上的电流减小,即流过Q1的电流会减小,因此抵消了Q1分压增大带来的损耗增加。
在本发明的具体实施例中,该电阻可变电路可以通过各种方式实现,如直接采用电阻随电压变大而变小的可变电阻,但也可以采用其他的实现方式,对此对其中一种可能的实现方式说明如下。
如图5所示,本发明实施例的一种电阻可变电路包括:
第三电阻R3、第四电阻R4和三极管Q2,其中,第四电阻R4和所述三极管Q2串联后与所述第三电阻R3并联形成所述电阻可变电路,所述三极管的栅极与所述第二节点Y连接。
结合图5对其中的第四电阻R4的作用说明如下。
第三电阻R3、第四电阻R4和三极管Q2,其中,第四电阻R4和所述三极管Q2串联后与所述第三电阻R3并联形成所述电阻可变电路,如果没有R4,只有Q2的话,则当Y节点的电压较大时,Q2导通,会使得R3两端近似短路,导致电路无法正常工作,因此,需要一个R4来避免这种情况。
下面结合图5对电路工作过程说明如下。
当Y节点的电压大于Q2的开启电压时,Q2导通,工作于放大状态。而在Q3达到饱和状态之前,Q2类似于一个线性电阻,Y节点的电压越大,则Q2的集电极和发射极之间的等效电阻越小,因此会出现Q2的集电极和发射极之间的等效电阻随着Y节点的电压升高而变小的情况。
而Q2的集电极和发射极之间的等效电阻随着Y节点的电压升高而变小会导致Q2与R4的串联电路的电阻变小,进而导致Q2与R4的串联电路与R3并联形成的并联电路的电阻变小。
上述的实施例中,当Y节点的电压较大时,可能会导致Q2工作于饱和区,集电极和发射极之间的等效电阻不再跟随Y节点的电压的变化而变化,因此为了保证控制电路的正常工作,可以对Y节点的电压进行分压处理,保证施加到Q2的电压不会大于使得其工作于饱和区的电压。
这种方式下的电阻可变电路如图6所示,包括:第三电阻R3、第四电阻R4、三极管Q2和第五电阻R5和第六电阻R6,其中,第四电阻R4和三极管Q2串联后与所述第三电阻R3并联形成一并联电路,所述三极管Q2的栅极通过所述第五电阻R5与所述第二节点Y连接,同时通过所述第六电阻R6接地。
图7所示为本发明实施例的具体电路结构示意图。
结合图7说明上述电路的工作过程如下。
D1、…、Dn正常的情况下,Y节点的电压经过R5和R6的分压不足以导通Q2,因此控制电路处于不工作的状态。
而当D1、…、Dn中的部分LED短路时,导致Y节点的电压增大,此时Q2栅极的电压增大,因此Q2导通。
当短路的LED增加时,由于Rsen上的电压固定,则Q1上的电压会增大。同时Q2的集电极和发射极之间的等效电阻变小,则R3、R4和Q2组成的电阻可变电路的电阻变小。而由于U2的作用,电阻可变电路和Rx上的电压固定,则电阻可变电路电阻变小的情况下,电阻可变电路和Rx的串联电路的电流增大,会导致Rx上的分压加大。
而Rx和Rsen串联后接地,由于第一可控硅U1的作用,P节点的电压固定,因此当Rx上的分压变大时,Rsen上的电压会减小。
而Rsen上的电压减小会导致D1、…、Dn、Q1、Rsen这个串联电路上的电流减小,即流过Q1的电流会减小,因此至少抵消了Q1分压增大带来的损耗增加。
下面结合上述电路从定量的关系来说明整个电路的性能。
结合图7所示意,R1和R2均为限流电阻,其值的大小可以相同,但也可以不同。
如图7所示,R4和Q2串联之后与R3并联形成子电路A(虚线框A),而子电路A与电阻Rx串联后形成子电路B(虚线框B),子电路B与U2并联,设U2,U1参考电压为Vref,则:
VR3+VRx=Vref
其中,VR3、VRsen和VRx分别为R3、Rsen和Rx上的电压;
同理:
VRx+VRsen=Vref
由此可知VRsen=VR3
假设VY(节点Y的电压)足够低,无法使Q2导通,则:
VRx=Vref*Rx/(R3+Rx)
VRsen=VR3=Vref*R3/(R3+Rx)
VRsen=Iled*Rsen
其中Iled为流过LED的电流。
由上可知:
Iled=VR3/Rsen
也就是说LED的电流取决去VR3的大小。
假设VY(节点Y的电压)超过预设值,导致Q2导通时,Q2和R4并联后与R3并联,设并联电阻为Ry,则Ry必然小于R3,即VR3下降。
又由于Iled=VR3/Rsen,所以VR3下降会导致Iled下降。
对Q1的损耗分析如下:
设Q1损耗为PQ1,则:
PQ1=VY*Iled-Rsen*Iled*Iled
可以发现,PQ1是关于Iled的二次函数,根据二次函数的特性,当Iled在某一区间下降时,PQ1也会随之下降。
而考虑到Q2的导通问题,由于P节点的对地电压为Vref,所以Q2基极电压需大于Vref和Vbe(集电极和发射极之间的电压)的和时,Q2才能开始导通。即当VY大于Vref+Vbe时,Q2开始工作,Q2工作状态可通过R5和R6来调整。
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控制电路,如图8所示,由于每一个控制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LED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 (6)

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、第一电阻、可控开关及控制电路,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,另一端通过所述第一电阻接地,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;
控制电路用于在位于所述可控开关的与发光电路之间的第二节点的电压超过预设电压门限时,执行控制操作,以减小流过发光电路的电流。
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,所述控制电路包括:受所述第二节点控制的电阻可变电路、第二电阻、第二限流电阻和第二可控硅,其中:
所述电阻可变电路的一端通过所述第二限流电阻连接到所述驱动端子,另一端通过所述第二电阻连接到第五节点,其中随着第二节点的电压变大,电阻可变电路的电阻变小;第五节点为所述第一电阻和可控开关之间的节点;
所述第二可控硅的一端通过所述第二限流电阻连接到所述驱动端子,另一端连接到第五节点,所述第二可控硅的控制端连接到位于所述第二限流电阻和所述电阻可变电路之间的第三节点;
所述第一可控硅的控制端连接位于所述电阻可变电路和第二电阻之间的第四节点。
4.根据权利要求3所述的驱动电路,其特征在于,所述电阻可变电路包括第三电阻、第四电阻和三极管,其中,第四电阻和所述三极管串联后与所述第三电阻并联形成所述电阻可变电路,所述三极管的栅极与所述第二节点连接。
5.根据权利要求3所述的驱动电路,其特征在于,所述电阻可变电路包括第三电阻、第四电阻、三极管和第五电阻和第六电阻,其中,第四电阻和三极管串联后与所述第三电阻并联形成一并联电路,所述三极管的栅极通过所述第五电阻与所述第二节点连接,同时通过所述第六电阻接地。
6.一种发光装置,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1-5中任意一项所述的驱动电路。
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