CN104582124B - 发光二极管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
Description
发光二极管驱动电路
技术领域
[0001]本发明是关于一种发光二极管驱动电路,尤指一种具有保护功能的发光二极管驱 动电路。
背景技术
[0002]请参见图1,为美国专利公开号2〇120049741所揭示的传统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源供应单元3〇2。电源供应单元302具有一调 光输出端DM、一反馈端FB以及一输出端OUT。反馈端FB是用以接收一最低反馈信号。电源供 应单元302基于一输入电压及最低反馈信号于输出端out产生一驱动电压以驱动多个发光 二极管串。一电流平衡电路301具有一输入端及多个输出端。输入端是用以接收一参考电 压,而每一输出端对应耦接于发光二极管串的一负端,以调控发光二极管串的一电流。一反 馈选择器303具有多个输入端及一个输出端,而输入端分别耦接于发光二极管串的负端,以 接收代表发光二极管串的压降的一反馈信号。基于所接收的反馈信号,反馈选择器303于输 出端产生最低反馈信号。
[0003] 电源供应单元302基于最低反馈信号而调控驱动电压,借此驱动电压具有足够驱 动多个发光二极管串的最低的电压值。电流平衡电路301具有多个电流源CS,每一电流源CS 耦接于发光二极管串的负端,以提供并调控发光二极管串的电流。一电流设定电阻Rset的 一第一端点耦接至每个电流源CS,而一第二端点接地。电流源CS所提供的电流可以通过电 流设定电阻Rset的阻值来调整。电源供应单元302的调光输出端DM,用以提供一调光信号 至每一电流源CS。
[0004] 一保护电路304耦接于发光二极管串的负端及电流平衡电路301之间,以保护电流 平衡电路301不因过电压而损毁。保护电路304具有多个晶体管T,每一晶体管T具有一第一 端、一第二端以及一控制端。控制端耦接至一预设电压Vg,第一端耦接于发光二极管串的负 端,而第二端耦接于电流平衡电路301。晶体管T的耐压能力高于电源供应单元302所产生的 驱动电压。保护电路304于发光二极管串短路时,承受了驱动电压的大部分电压,而保护电 流平衡电路301免于直接耦接至驱动电压。
[0005] 然而,由于电流平衡电路301仍正常运作,这导致保护电路3〇4的晶体管T在承受了 几乎等于驱动电压的跨压的同时,亦流经发光二极管串的一预定电流。这使得晶体管T可能 产生过大的功耗而导致温度过高而损毁。一旦晶体管T损毁,将无法发挥原有保护功能而进 一步导致电流平衡电路301毁损。因而可能无法达到预期的保护功能。
发明内容
[0006] 鉴于先前技术中的保护电路可能因为温度过高而毁损的问题,本发明所提供的发 光二极管驱动电路可检测晶体管的跨压,于判断其跨压过高时,降低或关断发光二极管串 的电流,而达到保护晶体管免于过温毁损的情况。
[0007] 为达上述目的,本发明提供了一种发光二极管驱动电路,包含至少一发光单元以 ^-保护检馳路。每-发光单元包含-发光二极管串、—難电路及—晶体管。发光二极 I串親接至一驱动电压。稳流电路親接于对应的发光二极管串,以控制流经发光二极管串 的电流大小。晶体管耦接于发光二极管串及稳流电路之间。保护检测电路耦接于每一发光 单元中的晶体管与发光二极管串的一检测连接点并接收一调光信号,于调光信号代表一第 一状,且任一检测连接点的一电压高于一预定保护值时,产生一保护信号,于调光信号代 表一第7状态且任一检测连接点的电压高于预定保护值时,停止产生保护信号。其中,至少 对应连接点的电压高于预定保护值的晶体管或稳流电路于保护信号被产生时,降低或关 发光二极管串的电流。 <
[0008]本发明也提供了一种发光二极管驱动电路,包含至少一发光单元及一保护检测电 路。每一发光单元包含一发光二极管串、一稳流电路及一晶体管。发光二极管串耦接至一驱 ,电压。稳流电路耦接于对应的发光二极管串,以控制流经发光二极管串的电流大小。晶体 管耦接于发光二极管串及稳流电路之间。保护检测电路产生一箝压参考准位信号至每一晶 体管的一控制端,并耦接于每一发光单元中的晶体管与发光二极管串的一检测连接点,于 任一检测连接点的一电压高于一预定保护值时,调降箝压参考准位信号的一准位,以降低 或关断发光二极管串的电流。
[0009] t发明更提供了一种发光二极管驱动电路,包含多个发光二极管串、一稳流电路、 多个晶体管以及多个保护检测电路。多个发光二极管串耦接至一驱动电压。稳流电路耦接 于发光一极管串,以控制流经发光二极管串的电流大小。多个晶体管親接于对应的发光二 极管串及稳流电路之间。多个保护检测电路耦接于对应的发光二极管串与对应的晶体管的 一检测连接点并接收一调光信号,每一保护检测电路于调光信号代表一第一状态且对应的 检测连接点的一电压高于一预定保护值时,产生一保护信号,使对应的晶体管或对应的稳 流电路于保护信号被产生时,降低或关断对应的发光二极管串的电流,每一保护检测电路 于调光彳曰3代表一桌一状态且对应的检测连接点的电压高于预定保护值时,停止产生保护 信号。
[0010]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,将在后续的说明与附图加以阐述。
附图说明
[0011]图1为美国专利公开号20120049741所揭示的传统的发光二极管驱动电路的电路 示意图;
[0012]图2为根据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;
[0013]图3为根据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;
[0014]图4为根据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;
[0015]图5为根据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;
[0016]图6为根据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;
[0017]图7为根据本发明的一第一较佳实施例的保护检测电路的电路示意图;
[0018]图8为根据本发明的一第二较佳实施例的保护检测电路的电路示意图;
[0019]图9为根据本发明的一第三较佳实施例的保护检测电路的电路示意图。
具体实施方式
[0020]请参见图2,为根据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稳流电路100、一箝压保护电路丨1〇、一保护检测电路i2〇 及:发光二极管串13〇。发光二极管串130耦接至一驱动电压v〇UT,以接收发光所需的电流。 驱动电压VOUT由一切换式转换电路所提供。在本实施例,切换式转换电路为一直流转直流 转换电路,包含一电感L、一功率开关M、一整流二极管D以及一输出电容C。功率开关M根据一 控制信号Sml的控制而周期性地导通及关断,使一输入电压VIN的电力通过电感[、整流二极 管D以及输出电容C的整流及滤波,而提供驱动电压v0UT。实际应用时,本发明可应用,可提 供直流输出的切换式转换电路,例如:正激式转换电路、反激式转换电路、直流转直流降压 转换电路等、半桥式转换电路、全桥式转换电路等。
[0021]稳流电路100经由一稳流连接端CRn耦接于发光二极管串130,以控制流经发光二 极管串130的电流大小,使流经发光二极管串130的电流稳定于一预定电流值。在本实施例, 稳流电路100包含一电流源I,电流源I可以是一恒定电流源,或者可控电流源,以供使用者 根据实际所需调整发光二极管串的电流大小。稳流电路1〇〇根据发光二极管串130的电流或 者电压,产生控制信号Sml至功率开关M,使直流转直流转换电路所提供的电力可维持发光 二极管串130的电流稳定于预定电流值。
[0022]箝压保护电路110耦接于发光二极管串130及稳流电路1〇〇之间。箝压保护电路110 包含一晶体管Q,晶体管Q具有一第一端、一第二端以及一控制端。晶体管Q的第一端耦接于 发光一极管串130、桌一端親接于稳流电路1 〇〇,而控制端接收一箝压参考准位信号Sq。当发 光二极管驱动电路因任何电路异常,导致晶体管Q的第二端的一电压升高至与箝压参考准 位信号Sq差距等于或小于晶体管Q的一导通临界电压时,晶体管q关断,而避免晶体管q的第 二端的电压(也就是稳流电路100与晶体管Q的稳流连接端CRn的一电压)继续升高。如此,可 以将稳流电路100的稳流连接端CRn的电压箱压于小于箝压参考准位信号Sq的一准位,而避 免稳流连接端CRn的电压因超过稳流电路1〇〇的耐压限制所造成稳流电路1〇〇的毁损。而晶 体管Q的耐压则必须高于驱动电压V0UT,以达到上述箝压功能而不致损坏。
[0023]保护检测电路120耦接于发光二极管串1:3〇与晶体管的一检测连接点Cn,以接收代 表检测连接点Cn的一准位检测信号Sd,并产生箝压参考准位信号Sq至晶体管Q。当检测连接 点Cn的一电压低于一预定保护值时,箝压参考准位信号Sq的准位为一预设箝压准位。当检 测连接点Cn的电压高于预定保护值时,箝压参考准位信号Sq的准位则降低,致使晶体管⑽皮 关断。此时,发光二极管串13〇的电流降为零。如此,可避免晶体管Q因过温而毁损的问题。 [0024]请参见图3,为根据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。在本实施例以及以下的实施例,为更清楚说明本发明的技术特征,省略转换电路的附 图及对应说明。
[0025]发光二极管驱动电路包含一均流电路200、一箝压保护电路210、一保护检测电路 220及多个发光二极管串23〇。为了方便说明,重新定义为多个发光单元,每一发光单元包含 多个发光二极管串230中对应的发光二极管串、箝压保护电路210的晶体管則〜如中对应的 晶体管以及均流电路200中对应的稳流电路II〜12。多个发光二极管串230的每一发光二极 管串彼此并联,并耦接至一驱动电压VOUT。稳流电路II〜I2耦接于对应的发光二极管串,以 控制流经发光二极管串的电流大小,使多个发光二极管串230的每一发光二极管串流经大 致相同的电流。晶体管Q1〜Q2耦接于多个发光二极管串230中对应的发光二极管串及稳流 电路II〜I2中对应的稳流电路之间。均流电路200根据多个发光二极管串230的电流或者电 压,产生一控制信号Sml至转换电路(未绘出),使转换电路所提供的电力可维持多个发光二 极管串230的电流稳定于一预定电流值。
[0026]保护检测电路2加耦接于多个发光单元中的晶体管与发光二极管串的检测连接点 Cnl〜Cn2,以接收代表检测连接点Cnl〜Cn2的准位的准位检测信号Sdl〜Sd2,并产生箝压 参考准位信号Sql〜Sq2至晶体管Q1〜Q2。本实施例中的保护检测电路220可以是包含多个 如图2所示的保护检测电路120,以对应每一个晶体管Q1〜Q2进行检测及保护。箝压参考准 位信号Sql〜Sq2的准位可以依据实际应用设定,较佳设定为箝压参考准位信号S(ll〜Sci2的 准位两者相同,且均在一第一电压值。此时,发光二极管驱动电路可以正常操作并使多个发 光二极管串230流经大致相同的电流。基于准位检测信号Sdl〜Sd2,保护检测电路220判断 检测连接点Cnl〜Cn2的准位是否高于一预定保护值。当任一检测连接点Cnl〜Cn2的准位高 于预定保护值时,至少对应的箝压参考准位信号的准位被降低至一第二电压值。如此,发生 准位异常上升的检测连接点对应的晶体管被关断而使流经的电流降为零。另外,当发生任 一检测连接点Cnl〜Cn2的准位高于预定保护值时,保护检测电路220也可以同时降低所有 的箝压参考准位信号Sql〜Sq2至第二电压值,使发光二极管驱动电路进入一保护模式。 [0027] 保护检测电路220也可以额外地接收一调光信号Sdim。调光信号Sdim于一第一准 位及一第二准位之间切换。当调光信号Sdim于第一准位时,代表发光二极管驱动电路操作 于一第一状态,此时多个发光二极管串230发光;当调光信号Sdim于第二准位时,代表发光 二极管驱动电路操作于一第二状态,此时多个发光二极管串230停止发光。调整第一状态及 第二状态的时间长度,可以得到不同调光比例的调光效果。于第二状态时,多个发光二极管 串23〇停止发光,此时多个发光二极管串230上的一跨压降低而使检测连接点Cnl〜Cn2的准 位上升。为避免此时保护检测电路220发生误判,于调光信号Sdim代表第二状态而任一检测 连接点Cnl〜Cn2的准位高于预定保护值时,保护检测电路220停止调降箝压参考准位信号 Sql〜Sq2中任一箝压参考准位信号的准位。于调光信号Sdim代表第一状态且检测连接点 Cnl〜Cn2中任一检测连接点的电压高于预定保护值时,保护检测电路220调降全部或对应 的箝压参考准位信号的准位,以关断所有的发光二极管串或发生异常的发光二极管串的电 流。
[0028]请参见图4,为根据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。相较于图3所示的实施例,主要的差异在于本实施例利用多个二极管D1〜D2,每一二 极管的一正端耦接于检测连接点Cnl〜Cn2中对应的检测连接点、一负端彼此耦接并耦接于 一保护检测电路120。二极管D1〜D2接收准位检测信号Sdl〜Sd2,并根据准位检测信号Sdl 〜Sd2中一最高准位产生一准位检测信号Sd至保护检测电路120。因此,当任一准位检测信 号Sdl〜Sd2超过一预定保护值时,保护检测电路120可以根据准位检测信号Sd判断出来。通 过二极管D1〜D2的使用,本实施例的保护检测电路120可以使用图2所示的保护检测电路 120,而不需如图3所示的保护检测电路220般,需多个保护检测电路120才能对所有的发光 单元进行检测及保护。
[0029]当然,保护检测电路120可以如同图3所示的实施例般,额外接收一调光信号Sdim, 于调光信号Sdim代表一第二状态而任一检测连接点Cnl〜Cn2的准位高于预定保护值时,保 护检测电路120停止调降一箝压参考准位信号Sq的一准位,使晶体管Q1〜Q2关断而停止流 经电流。
[0030]请参见图5,为根据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。相较于图4所示的实施例,本实施例的一保护检测电路120改以控制一均流电路300来 达到保护效果。一箝压保护电路210的晶体管Q1〜Q2的控制端均耦接至一箝压参考准位信 号Sq。在本实施例,箝压参考准位信号Sq为一恒定准位的信号,与检测连接点Cnl〜Cn2是否 过高无关。保护检测电路120根据一准位检测信号Sd判断是否任一准位检测信号Sdl〜Sd2 超过一预定保护值。若是,保护检测电路120产生一保护信号Sp。均流电路300具有多个稳流 电路II〜12,各自耦接于多个发光二极管串23〇中对应的发光二极管串,使多个发光二极管 串230中的发光二极管串流经预定电流。均流电路300耦接于保护检测电路120,于保护信号 Sp产生时,稳流电路11〜12降低发光二极管串流经的电流,甚至可以降至零。如此,可确保 箝压保护电路210的晶体管Q1〜Q2所产生的热在晶体管的规格内,而不至于发生过温而烧 毁的情况。
[0031]请参见图6,为根据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。相较于图5所示的实施例,一均流电路400还包含一安全操作检测电路410及一安全操 作保护电路4加。本实施例的保护检测电路12〇改以均流电路400的安全操作检测电路41 〇及 安全操作保护电路420来达到保护的效果。安全操作检测电路41 〇耦接于稳流电路11〜12, 并于稳流电路II〜12中任一稳流电路的一电压或一电流超过一预定安全上限值时(例如: 稳流电路的电流过高、过低、稳流电路的任一端点电压高于或低于一正常操作电压范围 等),产生一异常信号。安全操作保护电路420于持续接收异常信号达一第一预定时间长度 时,进入一保护模式,使发生电路异常的稳流电路或全部稳流电路的电流(即发光二极管串 的电流)降低或关断。由于一般的安全操作保护电路42〇的第一预定时间长度的设定会考量 到可能的误判而设定得较长。而这在本发明所欲保护的箝压保护电路210的晶体管Q1〜Q2 发生过温的情况而言,时间过长而仍可能发生晶体管Q1〜Q2保护不及而烧毁的情况。因此, 当保护检测电路120根据一准位检测信号Sd而判断任一准位检测信号Sdl〜Sd2超过一预定 保护值时,产生一保护信号Sp至安全操作保护电路420,以缩短第一预定时间长度成一第二 预定时间长度(即第二预定时间长度短于第一预定时间长度)。当任一检测连接点Cnl〜Cn2 的准位高于预定保护值时,稳流电路II〜I2的稳流连接端CRnl〜CRn2的电压也会同时上升 而被安全操作检测电路410检测到异常而产生异常信号。因此,安全操作保护电路420于第 二预定时间长度经过后,立即进入保护模式。或者,安全操作保护电路420也可以于接收保 护信号Sp时,同时缩短第一预定时间长度成第二预定时间长度及开始进入保护模式的倒数 计时,而不论安全操作检测电路410是否能正确的检测稳流连接端CRnl〜CRn2升高的异常 情况。
[0032]另外,图5及图6所示的实施例均以多个发光二极管串为例进行说明,实际应用时 亦可应用至单串的发光二极管串而不影响本发明的保护效果。
[0033]图7为根据本发明的一第一较佳实施例的保护检测电路的电路示意图。本实施例 及以下保护检测电路的实施例,均可以直接或经简单的调整而作为上述实施例中的保护检 测电路120。保护检测电路包含一分压器、一调光晶体管Ml、一滤波电路以及一保护信号产 生电路。分压器包含串联的电阻R1、R2,电阻R1耦接至一准位检测信号%,电阻R2接地,并于 一分压点产生准位检测信号Sd的一分压信号。调光晶体管Ml耦接于分压器及保护信号产生 电路,其一控制端接收一调光信号Sdim。当调光信号Sdim代表一第一状态时,调光晶体管M1 导通。此时,保护检测电路正常运作。而当调光信号Sdim代表一第二状态时,调光晶体管M1 关断,此时不论分压信号的一准位如何,均不会触使一晶体管[导通而达到停止保护的作 用,因而避免调光过程可能的保护误判。当实际应用并无调光信号或调光进行时无判断的 疑虑时,调光晶体管Ml可以被省略。滤波电路包含并联的一电gC1及一电阻似,用以滤除分 压器的分压信号中的杂讯,而实际应用时可省略。保护信号产生电路包含串联的一电阻R4 及晶体管M2,用以产生一箝压参考准位信号Sq。电阻R4—端耦接至一参考电压vref,一端耦 接于晶体管M2。晶体管M2的另一端接地,而一控制端则耦接于分压器的分压点。当准位检测 {目号Sd的一准位代表一检测连接点的一电压低于一预定保护值时,分压信号的准位低于晶 体管M2的一导通临界电压。此时,箝压参考准位信号Sq的一准位等于参考电压斤#。也就是 说,本实施例的保护检测电路应用至图2至图4所示的发光二极管驱动电路时,参考电压 Vref的一准位根据稳流电路的耐压能力来决定;而应用至图5至图6所示的发光二极管驱动 电路时,参考电压Vref的准位根据稳流电路的一逻辑判断准位来决定。
[0034]当准位检测信号Sd的准位代表检测连接点的电压高于预定保护值时,分压信号的 准位高于晶体管M2的导通临界电压。此时,晶体管M2导通而使箝压参考准位信号Sq的准位 降至几乎为零。借此,箝压参考准位信号Sq关断箝压保护电路21〇的晶体管Q1〜Q2、降低或 关断稳流电路的电流或者触发均流电路中的安全操作保护电路。
[0035]请参见图8,为根据本发明的一第二较佳实施例的保护检测电路的电路示意图。相 较于图7所示的实施例,本实施例以一运算放大器〇p取代滤波电路。分压器的分压点耦接于 运算放大器0P的一非反向输入端,而运算放大器0P的一反向输入端耦接至一参考信号Vr。 当分压信号的准位高于参考信号Vr的一准位时,运算放大器OP导通晶体管M2。通过运算放 大器0P,可使晶体管M2精确地导通而避免因不同晶体管间导通临界电压不同所导致的保护 点不同的问题。
[0036]请参见图9,为根据本发明的一第三较佳实施例的保护检测电路的电路示意图。相 较于图7所示的实施例,本实施例以一齐纳二极管ZD取代分压器,并省略滤波电路。当准位 检测信号Sd的准位代表检测连接点的电压高于预定保护值时,箝压参考准位信号Sq的准位 高于齐纳二极管ZD的一崩溃电压而使齐纳二极管ZD导通,并进一步触使晶体管M2导通时, 保护检测电路产生低准位的箝压参考准位信号Sq而进行保护。
[0037]如上所述,本发明完全符合专利三要件:新颖性、创造性和产业上的实用性。本发 明在上文中己以较佳实施例揭露,然熟悉本项技术者应理解的是,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, 均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此,本发明的保护范围当以所附的权利要求书所界定 的范围为准。
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