CN1993004A - 发光二极管驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管驱动装置,用以控制发光二极管的亮度。本发明包括一能量转换元件与一切换开关串联耦接于发光二极管,用来控制调整发光二极管电流。二极管并联耦接于该能量转换元件,二极管具有飞轮作用,将储存在能量转换元件上的能量经过发光二极管进行放电。控制电路根据能量转换组件产生的一反射信号与发光二极管电流,用以输出一控制信号控制切换开关。反射信号的振幅值与发光二极管的温度相关,可以用来调整发光二极管电流。因此,发光二极管的温度可以调整发光二极管电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管驱动装置,尤其是涉及一种控制电路用以控制发光二极管的光亮度的装置。
背景技术
发光元件,如发光二极管(light emission diode;LED)的发光效果,由流过发光二极管电流的大小而定,高电流流过发光二极管将获得高光亮度的发光效果,反之,若是减少流过发光二极管电流,则发光二极管的光亮度将相对的减弱。但持续提供高电流会减少发光二极管的使用寿命,并且浪费许多电力。图1为现有发光二极管驱动电路的第一实施例。可调整的电压源10通过电阻器15,用以提供流过发光二极管20、21…25的发光二极管电流ILED,并可由下面公式(1)得知:
其中VF20、VF21…VF25分别为发光二极管20、21…25的顺向压降;R15为电阻器15的电阻值。
在第一实施例中,现有发光二极管驱动电路的主要缺点在于发光二极管20、21…25的顺向压降并不是固定值,会受到大量生产与温度的变异而影响发光二极管电流ILED;同时电阻器15会造成电路的功率损失。
图2为现有发光二极管驱动电路的第二实施例。第二实施例中电压源30用以提供一固定电力给该些发光二极管20、21…25使用。而发光二极管20、21…25的发光效果,可由电流源35加以调整。然而,此种控制方式下,因为电压源30为高压,发光二极管20、21…25的压降为低压,因此电流源35会产生极大的功率损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种切换式的发光二极管驱动装置来控制一发光二极管的光亮度,利用温度来调整流过发光二极管电流,以补偿发光二极管的色度与流明度。
为了实现上述目的,本发明提供了一种发光二极管驱动装置,用来驱动一发光二极管,其特点在于,包括:一电感器,具有一第一线圈与一第二线圈,该第一线圈串联耦接于该发光二极管;一切换开关,串联耦接于该发光二极管与该第一线圈,该切换开关控制一发光二极管电流,该发光二极管电流为流过该发光二极管的电流;一第一电阻,串联耦接于该切换开关,该第一电阻检测该发光二极管电流,用以输出一电流信号;一控制电路,耦接于该第二线圈、该第一电阻及该切换开关,该控制电路从该电感器取得一反射信号以及从该第一电阻取得该电流信号,用以输出一控制信号到该切换开关;一二极管,并联耦接于该电感器与该发光二极管,通过该发光二极管,用以对该电感器的储存能量进行放电;及一第二电阻,耦接于该控制电路,用以决定一调整斜率,该调整斜率表示该控制电路的一第一临界值的变化与该反射信号的变化的相对关系;其中,该控制信号控制该切换开关与该发光二极管电流,当该电流信号大于该第一临界值时,该切换开关截止;当该电感器的储存能量完全放电,再经过一可调整延迟时间后,该切换开关导通。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该第一临界值根据该反射信号而变动。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该控制电路包括:一延迟电路,根据该控制信号的截止,用以输出一延迟信号,该延迟信号具有一可调整延迟时间,该控制信号在该可调整延迟时间为停用;一比较电路,根据该反射信号小于一第二临界值,用以输出一致能信号;一第一控制电路,根据该延迟信号与该致能信号,用以致能该控制信号;一第二控制电路,根据该电流信号大于该第一临界值,用以停用该控制信号;及一取样电路,耦接于该电感器的该第二线圈,该取样电路根据该反射信号,用以输出一第一取样信号与一第二取样信号;其中,该第一取样信号与该第二取样信号,用来调整该第一临界值。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该第一取样信号与该第二取样信号依据一第一发光二极管电流与一第二发光二极管电流,而分别表示该发光二极管的一第一顺向电压与该发光二极管的一第二顺向电压。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该电感器为一变压器。
本发明还提供一种发光二极管驱动装置,用来驱动一发光二极管,其特点在于,包括:一能量转换元件,串联耦接于该发光二极管;一切换开关,串联耦接于该发光二极管与该能量转换元件,该切换开关用来控制一发光二极管电流,该发光二极管电流为流过该发光二极管的电流;一控制电路,耦接于该能量转换元件与该切换开关,该控制电路根据该能量转换元件取得一反射信号与该发光二极管电流,以产生一控制信号;及一二极管,并联耦接于该能量转换元件与该发光二极管,通过该发光二极管,用以对该能量转换元件的储存能量进行放电;其中,该控制电路输出的该控制信号控制该切换开关与该发光二极管电流,当该电流信号大于一第一临界值时,该切换开关截止。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该第一临界值根据该反射信号而变动。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,还包括:一第一电阻,串联耦接于该切换开关,该第一电阻检测该发光二极管电流,用以输出一电流信号到该控制电路;及一第二电阻,耦接于该控制电路,用以决定一调整斜率,该调整斜率表示该控制电路的该第一临界值的变化与该反射信号的变化的相对关系。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该控制电路包括:一延迟电路,根据该控制信号的截止,用以输出一延迟信号,该延迟信号具有一可调整延迟时间,该控制信号在该可调整延迟时间内为停用;一比较电路,根据该反射信号小于一第二临界值,用以输出一致能信号;一第一控制电路,根据该延迟信号与该致能信号,用以致能该控制信号;一第二控制电路,根据该电流信号大于该第一临界值,用以停用该控制信号;及一取样电路,耦接于该能量转换元件,该取样电路根据该反射信号,用以输出一第一取样信号与一第二取样信号;其中,该第一取样信号与该第二取样信号,用来调整该第一临界值。
上述发光二极管驱动装置,其特点在于,该第一取样信号与该第二取样信号依据一第一发光二极管电流与一第二发光二极管电流,而分别表示该发光二极管的一第一顺向电压与该发光二极管的一第二顺向电压。
本发明的功效,在于通过反射信号VD可以精确地取得发光二极管的温度,并且利用温度来调整流过发光二极管电流,以补偿发光二极管的色度与流明度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有发光二极管控制电路的第一实施例;
图2为现有发光二极管控制电路的第二实施例;
图3为本发明切换式的发光二极管驱动装置的电路示意图;
图4A与图4B为本发明流过发光二极管的电流波形示意图;
图5为本发明的控制电路电路示意图;
图6为本发明的延迟电路的电路示意图;
图7为本发明的取样电路的电路示意图;
图8为本发明控制电路的信号波形示意图;
图9为本发明的监视定时器的电路示意图;及
图10为本发明的电流调整电路的电路示意图。
其中,附图标记:
20、21至25:发光二极管 10:电压源
15:电阻器 ILED:发光二极管电流
30:电压源 35:电流源
50:能量转换元件 N1:第一线圈
N2:第二线圈
70:切换开关 ILED:发光二极管电流
75:第一电阻 VS:电流信号
VG:控制信号 VD:反射信号
100:控制电路 57、58:电阻器
55:二极管 VCC:电源
VCNT:控制电压 60:电流ILED波形
65:第一临界值VR的最大值
VTH:第二临界值
180:与门 131:反相器
140:正反器 INH:延迟信号
VF:致能信号 115:第二电路
200:延迟电路 VH1:第一取样信号
VH2:第二取样信号 OVP:过电压信号
600:调整电路 IR:定电流
500:监视定时器 RST:重置信号
110:比较电路 VF:致能信号
VR:第一临界值 300:取样电路
250:定电流源 210:操作放大器
205:电阻器 59:第二电阻
220、230、231、270:晶体管
260:电容器 280:反相器
350:脉波产生器 SMP1:第一脉波
SMP2:第二脉波 TD1:第一延迟时间
TD2:第二延迟时间 310、311:切换开关
315、317:电容器 316:晶体管
320:比较电路 562:电容器
561:晶体管 560:电流源
525:反相器 531、532:电阻器
510:定时器 520:反相器
580:与门
610、611:操作放大器
620、621:电阻器 615:操作放大器
630至635:晶体管
I633、I635:电流 650:电阻器
具体实施方式
请参考图3,为本发明切换式的发光二极管驱动装置的电路示意图。本发明切换式的发光二极管驱动装置使用一能量转换元件50的一第一线圈N1串联耦接于发光二极管20~25,该第一线圈N1为一电感器,能量转换元件50可为一变压器。一切换开关70串联耦接于发光二极管20~25与能量转换元件50的第一线圈N1,切换开关70用来控制发光二极管电流ILED。一第一电阻75串联耦接于该切换开关70,该第一电阻75检测该发光二极管电流ILED,输出一电流信号VS到一控制电路100。当电流信号VS高于控制电路100中的一第一临界值VR时,切换开关70截止,而得以限制发光二极管电流ILED。发光二极管电流ILED的最大值可由下面公式(2)得知:
上述公式(2)中,L50表示能量转换元件50的电感值;TON表示切换开关70的导通时间;VF20、VF21…VF25分别为发光二极管20、21…25的顺向压降。
控制电路100还通过电阻器57、58耦接到能量转换元件50的一第二线圈N2,用以接收一反射信号VD。一二极管55并联耦接于该能量转换元件50与发光二极管20~25。当切换开关70截止时,储存在能量转换元件50上的能量,会经过发光二极管20~25与二极管55进行放电。在切换开关70截止期间,发光二极管20~25的顺向电压会从能量转换元件50的第一线圈N1反射到能量转换元件50的第二线圈N2。
因此,能量转换元件50的第二线圈N2所得到的反射信号VD可以呈现出发光二极管20~25的顺向电压。在此,发光二极管20~25的顺向电压与发光二极管20~25的温度相关,当顺向电压减小则温度增高,反之,顺向电压增大则温度下降。因此,反射信号VD可以呈现出发光二极管20~25的温度的变化。此外,当储存在能量转换元件50上的能量已经完全放电后,反射信号VD会下降到零。
一旦储存在能量转换元件50上的能量已经完全放电后,控制电路100检测到下降到零的反射信号VD,会经过一延迟时间TD而导通切换开关70。请参考图4A与图4B,为本发明发光二极管电流波形示意图。其中,第一临界值VR的最大值65限制了发光二极管电流ILED波形60的峰值,第一临界值VR的最大值65可决定发光二极管电流ILED的平均值。因此,发光二极管电流ILED的平均值受到控制,为一固定值,而不会随着能量转换元件50的电感值而改变。然而,延迟时间TD可调整,用来控制发光二极管电流ILED的振幅值与发光二极管20~25的发光亮度。
控制电路100是获取发光二极管电流ILED,并且,从该能量转换元件50取得反射信号VD,同时,控制电路100根据该反射信号VD与发光二极管电流ILED以产生一控制信号VG,控制信号VG用来控制切换开关70的切换动作,进而调整发光二极管电流ILED。为了保持发光二极管20~25的色度与流明度的稳定,发光二极管20~25必需考虑发光二极管20~25的温度的影响,而需随着温度调整发光二极管电流ILED的大小。
本发明中,第一临界值VR和反射信号VD分别与发光二极管电流ILED和温度相关。第一临界值VR的变动根据反射信号VD,第一临界值VR用以补偿发光二极管20~25的色度与流明度。另外,本发明为了适应各种发光二极管的特性,可进一步使用一第二电阻59耦接于该控制电路100,用以决定一调整斜率(slope),该调整斜率表示第一临界值VR的变化与该反射信号VD的变化的相对关系。
请参考图5,为本发明的控制电路的电路示意图。在控制电路100中,当该电流信号VS大于第一临界值VR时,控制信号VG会被停用,进而该切换开关70截止。在控制电路100中,当反射信号VD小于一第二临界值VTH,则控制信号VG会被致能,从而该切换开关70导通。一第一控制电路包括有一与门180、一反相器131及一正反器140,第一控制电路根据一延迟信号INH与一致能信号VF用以输出该控制信号VG。与门180的输出端耦接于正反器140,且该控制信号VG从正反器140的输出端产生。一第二控制电路115耦接于正反器140,当电流信号VS大于第一临界值VR时,第二控制电路115即通过正反器140停用该控制信号VG。
一延迟电路200通过反相器131耦接于与门180的第一输入端,延迟电路200在控制信号VG停用状态下,输出一具有延迟时间TD的延迟信号INH到该与门180的第一输入端。如此,控制信号VG在延迟时间TD这段期间内被停用。一取样电路300通过电阻57、58耦接到能量转换元件50的第二线圈N2,该取样电路300根据该反射信号VD,用以输出一第一取样信号VH1、一第二取样信号VH2及一过电压信号OVP。过电压信号OVP传送到与门180的第二输入端,用以停用控制信号VG,作发光二极管20~25的过电压保护。一调整电路600耦接于取样电路300与一定电流IR,调整电路600接收第一取样信号VH1、第二取样信号VH2及定电流IR,用以调整第一临界值VR的振幅值。
一监视定时器(watchdog timer)500耦接于正反器140的输出端与取样电路300,监视定时器500根据控制信号VG,用以输出一重置信号RST,并将重置信号RST传送到取样电路300,用以重置取样电路300。一比较电路110耦接于与门180的第三输入端,根据该反射信号VD小于第二临界值VTH,用以输出一致能信号VF,该致能信号VF耦接于与门180的第三输入端,可以致能该控制信号VG。
请参考图6,为本发明的延迟电路的电路示意图。在延迟电路200中,一定电流源250耦接于控制电路100的输入端IN,控制电路100通过该输入端IN耦接于一电阻器(未标示)的一端,该电阻器的另一端可以耦接到一接地参考端,或是该输入端IN也可耦接于一控制电压VCNT,可以用来调整延迟时间TD,从而控制发光二极管20~25的亮度。
一电压/电流转换电路包括有一运算放大器210、一电阻器205及一晶体管220、230、231。电压/电流转换电路根据耦接于输入端IN的电阻器上的电压而在晶体管231上产生一充电电流。延迟电路200中还使用一电容器260耦接于晶体管231与一晶体管270,该晶体管270受控于控制信号VG。当控制信号VG停用使得晶体管270截止时,晶体管231上产生的充电电流立即对该电容器260充电,然而当晶体管270导通时,电容器260上的电压即通过晶体管270进行放电。一反相器280的输入端耦接于电容器260,反相器280根据电容器260上建立的电压而于输出端产生该延迟信号INH。
请参考图7,为本发明的取样电路的电路示意图。在取样电路300中,一脉波产生器350根据控制信号VG的停用与反射信号VD用以产生一第一脉波SMP1与一第二脉波SMP2。配合图8,为本发明控制电路的信号波形示意图。其中,第一脉波SMP1在控制信号VG停用后经过一第一延迟时间TD1而产生。该第一延迟时间TD1可以确保在致能第一脉波SMP1之前,反射信号VD是稳定状态。第二脉波SMP2在反射信号VD下降到零值之前产生,而第二延迟时间TD2可以确保反射信号VD下降到零值之前,产生第二脉波SMP2。第一脉波SMP1与第二脉波SMP2分别控制切换开关310、311的导通或截止。切换开关310、311分别对反射信号VD进行取样,而分别在电容器315、317上建立一第一取样信号VH1与一第二取样信号VH2。因此,第一取样信号VH1与第二取样信号VH2根据流过发光二极管20~25的一第一电流与一第二电流,而分别表示发光二极管20~25的一第一顺向电压与一第二顺向电压。
取样电路300中,还包括一晶体管316耦接于电容器315,晶体管316受控于一重置信号RST而对该电容器315放电。一比较电路320耦接于电容器315,比较电路320比较第一取样电压VH1与一临界电压VR2,当第一取样电压VH1大于临界电压VR2则产生过电压信号OVP。
请参考图9,为本发明的监视定时器的电路示意图。在监视定时器500中,一重置电路包括一电容器562、一晶体管561、一电流源560、一反相器525及电阻器531、532。重置电路根据电源VCC的启用而产生一激活电源重置(power-on reset)信号。一定时器510通过一反相器520接收控制信号VG,当控制信号VG停用超过一逾时(time-out)周期后,定时器510即产生一逾时信号输出。一与门580耦接于重置电路与定时器510,与门580接收启动电源重置信号与逾时信号,以产生该重置信号RST输出。
请参考图10,为本发明的电流调整电路的电路示意图。电流调整电路600中,一差动电路包括有运算放大器610、611与电阻器620、621。差动电路接收第一取样信号VH1与第二取样信号VH2,并且于差动电路的输出端输出一电压差值。差动电路的输出端即运算放大器610的输出端耦接于一运算放大器615的输入端。运算放大器615、晶体管630~635及一电阻器650形成另一电压/电流转换电路。该另一电压/电流转换电路根据电压差值与第二电阻59的电阻值而产生电流I633、I635。电阻器650耦接于定电流IR、电流I633及I635,而产生第一临界值VR。通过调整电流I633、I635的电流值可以有效地调整第一临界值VR的值。
第一取样信号VH1与第二取样信号VH2系分别由下面公式(3)、(4)得之:
上面公式(3)、(4)中,NT1、NT2分别表示第一线圈N1与第二线圈N2的线圈匝数;R57、R58分别为电阻器57、58的电阻值;V1、V2分别为第一顺向电压与第二顺向电压。
第一顺向电压V1与第二顺向电压V2对应于第一发光二极管电流I1与第二发光二极管电流I2,第一发光二极管电流I1与第二发光二极管电流I2分别由下面公式(5)、(6)得知:
I1=IO×eV1/VT (5)
I2=IO×eV2/VT (6)
在公式(5)、(6)中,VT可由公式(7)得知:
在公式(7)中,Temp可由公式(8)得知:
上述公式(5)到(8)中,k为保尔兹曼常数(Boltzmann’s constant);q为电子电荷量;Temp为绝对温度。
综上所述,本发明发光二极管驱动装置通过反射信号VD可以精确地取得发光二极管20~25的温度,并且利用温度来调整流过发光二极管20~25电流,以补偿发光二极管20~25的色度与流明度。
当然,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种发光二极管驱动装置,用来驱动一发光二极管,其特征在于,包括:
一电感器,具有一第一线圈与一第二线圈,该第一线圈串联耦接于该发光二极管;
一切换开关,串联耦接于该发光二极管与该第一线圈,该切换开关控制一发光二极管电流,该发光二极管电流为流过该发光二极管的电流;
一第一电阻,串联耦接于该切换开关,该第一电阻检测该发光二极管电流,用以输出一电流信号;
一控制电路,耦接于该第二线圈、该第一电阻及该切换开关,该控制电路从该电感器取得一反射信号以及从该第一电阻取得该电流信号,用以输出一控制信号到该切换开关;
一二极管,并联耦接于该电感器与该发光二极管,通过该发光二极管,用以对该电感器的储存能量进行放电;及
一第二电阻,耦接于该控制电路,用以决定一调整斜率,该调整斜率表示该控制电路的一第一临界值的变化与该反射信号的变化的相对关系;
其中,该控制信号控制该切换开关与该发光二极管电流,当该电流信号大于该第一临界值时,该切换开关截止;当该电感器的储存能量完全放电,再经过一可调整延迟时间后,该切换开关导通。
2、根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该第一临界值根据该反射信号而变动。
3、根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该控制电路包括:
一延迟电路,根据该控制信号的截止,用以输出一延迟信号,该延迟信号具有一可调整延迟时间,该控制信号在该可调整延迟时间为停用;
一比较电路,根据该反射信号小于一第二临界值,用以输出一致能信号;
一第一控制电路,根据该延迟信号与该致能信号,用以致能该控制信号;
一第二控制电路,根据该电流信号大于该第一临界值,用以停用该控制信号;及
一取样电路,耦接于该电感器的该第二线圈,该取样电路根据该反射信号,用以输出一第一取样信号与一第二取样信号;
其中,该第一取样信号与该第二取样信号,用来调整该第一临界值。
4、根据权利要求3所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该第一取样信号与该第二取样信号依据一第一发光二极管电流与一第二发光二极管电流,而分别表示该发光二极管的一第一顺向电压与该发光二极管的一第二顺向电压。
5、根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该电感器为一变压器。
6、一种发光二极管驱动装置,用来驱动一发光二极管,其特征在于,包括:
一能量转换元件,串联耦接于该发光二极管;
一切换开关,串联耦接于该发光二极管与该能量转换元件,该切换开关用来控制一发光二极管电流,该发光二极管电流为流过该发光二极管的电流;
一控制电路,耦接于该能量转换元件与该切换开关,该控制电路根据该能量转换元件取得一反射信号与该发光二极管电流,以产生一控制信号;及
一二极管,并联耦接于该能量转换元件与该发光二极管,通过该发光二极管,用以对该能量转换元件的储存能量进行放电;
其中,该控制电路输出的该控制信号控制该切换开关与该发光二极管电流,当该电流信号大于一第一临界值时,该切换开关截止。
7、根据权利要求6所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该第一临界值根据该反射信号而变动。
8、根据权利要求6所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,还包括:
一第一电阻,串联耦接于该切换开关,该第一电阻检测该发光二极管电流,用以输出一电流信号到该控制电路;及
一第二电阻,耦接于该控制电路,用以决定一调整斜率,该调整斜率表示该控制电路的该第一临界值的变化与该反射信号的变化的相对关系。
9、根据权利要求6所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该控制电路包括:
一延迟电路,根据该控制信号的截止,用以输出一延迟信号,该延迟信号具有一可调整延迟时间,该控制信号在该可调整延迟时间内为停用;
一比较电路,根据该反射信号小于一第二临界值,用以输出一致能信号;
一第一控制电路,根据该延迟信号与该致能信号,用以致能该控制信号;
一第二控制电路,根据该电流信号大于该第一临界值,用以停用该控制信号;及
一取样电路,耦接于该能量转换元件,该取样电路根据该反射信号,用以输出一第一取样信号与一第二取样信号;
其中,该第一取样信号与该第二取样信号,用来调整该第一临界值。
10、根据权利要求9所述的发光二极管驱动装置,其特征在于,该第一取样信号与该第二取样信号依据一第一发光二极管电流与一第二发光二极管电流,而分别表示该发光二极管的一第一顺向电压与该发光二极管的一第二顺向电压。
Priority Applications (1)
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