CN105592607A

CN105592607A - 应用于大功率led器件的恒流控制电路结构

Info

Publication number: CN105592607A
Application number: CN201410568290.XA
Authority: CN
Inventors: 徐飞; 蔡勇; 时广轶; 张亦斌
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: CN105592607B

Abstract

本发明公开了一种应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，包括LED器件，所述LED器件包括并联设置的复数发光单元组，每一发光单元组包括串联设置的至少一发光单元，每一发光单元组内还串联有恒流功能组件，用以使每一发光单元组的工作电流相等。进一步的，该电路结构还包含：A/D模块，用以采集每一发光单元组内的电流值及所述发光单元的正向压降；D/A模块，用以分别向一稳压电源模块和所述恒流功能组件输出控制信号，从而调整所述LED器件的工作电压和/或工作电流；以及控制模块。本发明结构简单，易于组装，成本低廉，并且还实现了对于高压、超高压LED器件的精确、实时的稳压、恒流控制，使其具有稳定工作性能和良好发光效率。

Description

应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构

技术领域

本发明属于LED驱动领域，涉及到对大功率大面积LED的恒流和控温。

背景技术

上世纪60年代第一只LED产品在美国诞生，它的出现给人们的生活带来了很多光彩，由于LED具有寿命长、低功耗、绿色环保等优点，与之相关的技术发展得非常迅速。它已经成为“无处不在”与我们的生活息息相关的光电器件和光源，比如手机的背光，交通信号灯，大屏幕全彩显示屏和景观亮化用灯等等。

一般来说，现有LED器件通常包含若干并联设置的芯片组，每一芯片组包含串联设置的若干LED芯片，在器件工作过程中，为保证发光均匀性，通常要求各LED芯片的工作电流相同。但由于各芯片组内的各LED芯片的自身电阻等各有差异，若不辅以恒流控制，显然无法使各芯片组的工作电流相同，继而也无法使各LED芯片呈现基本一致的发光性能。当前，业界主要采用变频方式来对器件进行恒流控制，但这种控制方式需要在器件结构中引入较多的电子元件，操作复杂，成本高，且因变频控制方式的固有特性，其在恒流控制时有一定的滞后性，这也使得器件的工作性能存在一定的波动。

而且，随着LED的应用范围日益扩大，特别是近年来高功率超高亮度LED的问世，大大拓展了LED的应用领域，高光效LED市场正由显示领域向照明领域扩展。但目前对于此类大功率、超大功率LED器件，尚无能使其保持稳定工作性能的有效恒流控制技术。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，以实现对于高压、超高压LED的精确、实时的恒流控制。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，包括LED器件，所述LED器件包括并联设置的复数发光单元组，每一发光单元组包括串联设置的一个以上发光单元，每一发光单元组内还串联有恒流功能组件，用以使每一发光单元组的工作电流相等，所述恒流功能组件包括至少一恒流管和至少一限流电阻。

作为较佳实施方案之一，所述恒流控制电路结构还可包含：

一A/D模块，用以采集每一发光单元组内的电流值及所述发光单元的正向压降；

一D/A模块，用以分别向一稳压电源模块和每一发光单元组内的恒流管输出一控制电压，从而调整所述LED器件的工作电压及工作电流。

进一步的，所述恒流控制电路结构还包括：

控制模块，至少用以依据所述A/D模块采集的信号，向所述D/A模块或恒流功能组件发出指令，从而调整所述LED器件的工作电压和/或工作电流。

作为较佳实施方案之一，所述D/A模块与稳压电源模块之间还连接有一PWM模块。

进一步的，所述LED器件可选自晶圆级LED器件或集成型LED器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过简单电路结构设计，实现了对于高压、超高压LED器件的精确、实时的稳压、恒流控制，使其具有稳定工作性能和良好发光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明一典型实施例中一种大功率LED器件恒流控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如前所述，鉴于现有大功率LED器件控制方式的不足之处，本发明提供了一种应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其包括LED器件，所述LED器件包括并联设置的复数发光单元组，每一发光单元组内还串联有恒流功能组件，所述恒流功能组件包括至少一恒流管和至少一限流电阻，而利用所述恒流管的自反馈特性，可实现对每一发光单元组内电流的实时控制，而不会如现有的变频控制方式那样因控制行为的滞后性而导致器件性能波动。但是，同时需要指出的是，本发明的恒流控制电路结构尤其适用于驱动电压高于3V的大功率、超大功率LED器件。

而作为较为优选的实施方案之一，在本发明的恒流控制电路内，还可包含：

一A/D模块（AnalogtoDigital），用以采集每一发光单元组内的电流值及所述发光单元的正向压降；

一D/A模块（DigitaltoAnalog），用以分别向一稳压电源模块和每一发光单元组内的恒流管输出一控制电压，从而调整所述LED器件的工作电压及工作电流。

进一步的，所述A/D模块和D/A模块还均与一控制模块连接。所述控制模块可以依据所述A/D模块采集的信号，向所述D/A模块或恒流功能组件发出指令，从而调整所述LED器件的工作电压和/或工作电流。

较为优选的，每一发光单元组内还串联有至少一限流电阻。

较为优选的，所述D/A模块与稳压电源模块之间还连接有一PWM（脉冲宽度调制）模块。

通过采用前述A/D模块、D/A模块、稳压电源模块、控制模块的配合，可依据实际应用的需要，实时调整器件的工作电压及工作电流，特别是使每一发光单元的工作电流相等，从而使其呈现基本相同之发光特性，提升器件工作性能，例如发光的均匀性等等。

进一步的，本发明中的所述LED器件可以采用晶圆级LED器件、集成型LED器件等，且不限于此。

例如，其中的晶圆级LED器件可包括直接形成于晶圆级衬底上的复数个并联设置的单胞组，每一单胞组包括串联设置的、作为发光单元的一个以上单胞。

例如，所述集成型LED器件包括复数个并联设置的芯片组，每一芯片组包括串联设置的、作为发光单元的一个以上LED芯片，且每一芯片组内串联设置至少一恒流管。

前述控制单元可采用MCU、PLC等业界知悉的元件。

进一步的，每一发光单元组还与至少一运算放大器连接，所述运算放大器的同相输入端与D/A模块连接，反相输入端接入所述发光单元组，同时还与A/D模块连接，而输出端与恒流管栅极及A/D模块连接。其中，所述运算放大器的反向输入端系与所述发光单元组中限流电阻一端或者恒流源源极相连接。

以下结合附图及一典型实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。

本实施例涉及一种应用于大功率LED器件的恒流控制电路，该大功率LED器件（如下亦简称“器件”）可以为CN203871335U所示的晶圆级LED器件，主要包括直接形成于晶圆级衬底上的n个并联设置的单胞组（n为大于1的正整数），每一单胞组包括串联设置的一个以上单胞。其中，每一单胞系作为一独立的发光单元。

请参阅图1所示系本实施例的电路结构框图，需要说明的是，为使图示内容较为简洁，在该LED器件的每一单胞组内仅直接示出了一个单胞（L₁～L_n），但在实际应用中，其可以包含串联设置的两个或更多的单胞，或也可以是若干单胞并联后与其它若干单胞并联组串联于一单胞组内。

在本实施例的LED器件内，可以包含一A/D模块、一D/A模块、一稳压电源模块（简称为“稳压模块”）以及一控制模块。

若将每一单胞组视为一支路，请继续参阅图1，在该LED器件内，各支路内分别串联一恒流管（M₁～M_n）、一限流电阻（R₁～R_n）。进一步的，在各支路内还分别接入一运算放大器（A₁～A_n）。事实上，这些支路可等同视为一恒流模块。

较为优选的，还可在所述D/A模块与稳压电源模块之间串接一PWM模块。

其中，请继续参阅图1，控制模块可以采用MCU。

请继续参阅图1，在该LED器件内，前述各模块的功能如下：

稳压模块100：提供整个系统工作所需电压，并且通过D/A模块控制调节自身电压大小；

恒流模块：保证各单胞组都能够均匀发光，即使每一单胞组的电流值相同；

A/D模块（A/D）：采集器件中每一支路的电流值；采集各支路内单胞的正向压降；

D/A模块（D/A）：输出两个控制电压分别连接到稳压电源模块以调节整个系统的工作电压，连接到恒流模块调节器件的工作电流；

控制模块（MCU）：完成信号的采集、处理、显示、存储、发送，特别是实现对系统工作电流、工作电压的动态调节，包括对前述恒流模块进行动态调节，使电流不会随着器件的热效应而发生改变。

进一步的，所述恒流控制电路结构还可包括用作人机界面的键盘200等，并将所述人机界面与D/A模块和/或控制模块连接，以利于工作人员对器件的工作状态进行人为干预。

显然的，在本发明的恒流控制电路结构中还可设置显示模块以配合控制模块的显示动作，该显示模块包括具有图文、影像显示功能的元件，例如各类显示屏、触控屏等（图中未示出。）

本发明的恒流控制电路结构简单，无需在器件内引入过多元件，因而易于组装，成本低廉，并且还实现了对于高压、超高压LED器件的精确、实时的稳压、恒流控制，使其具有稳定工作性能和良好发光效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”或“至少一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，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

1.一种应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，包括LED器件，所述LED器件包括并联设置的复数发光单元组，每一发光单元组包括串联设置的一个以上发光单元，其特征在于，每一发光单元组内还串联有恒流功能组件，用以使每一发光单元组的工作电流相等，所述恒流功能组件包括至少一恒流管和至少一限流电阻。

2.根据权利要求1所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于所述LED器件采用晶圆级LED器件，所述晶圆级LED器件包括直接形成于晶圆级衬底上的复数个并联设置的单胞组，每一单胞组包括串联设置的、作为发光单元的一个以上单胞，且每一单胞组内串联设置至少一恒流管。

3.根据权利要求1所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于所述LED器件采用集成型LED器件，所述集成型LED器件包括复数个并联设置的芯片组，每一芯片组包括串联设置的、作为发光单元的一个以上LED芯片，且每一芯片组内串联设置至少一恒流管。

4.根据权利要求1-3中任一项所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于它还包含：

一D/A模块，用以分别向一稳压电源模块和每一发光单元组内的恒流功能组件输出控制信号，从而调整所述LED器件的工作电压及工作电流。

5.根据权利要求4所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于所述D/A模块通过向所述稳压电源模块和每一发光单元组内的恒流管分别输出一控制电压，从而调整所述LED器件的工作电压及工作电流。

6.根据权利要求4所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于所述D/A模块与稳压电源模块之间还连接有一PWM模块。

7.根据权利要求4所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于还包括：控制模块，至少用以依据所述A/D模块采集的信号，向所述D/A模块或恒流功能组件发出指令，从而调整所述LED器件的工作电压和/或工作电流。

8.根据权利要求4所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于，每一发光单元组还与至少一运算放大器连接，所述运算放大器的同相输入端与D/A模块连接，反相输入端接入所述发光单元组，同时还与A/D模块连接，而输出端与恒流管栅极及A/D模块连接。

9.根据权利要求7所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于它还包括人机界面，所述人机界面与D/A模块和/或控制模块连接。

10.根据权利要求7所述应用于大功率LED器件的恒流控制电路结构，其特征在于所述控制模块包括MCU。