CN201234371Y - 改进的发光二极管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种改进的发光二极管驱动电路，其包括：一电源控制器、一稳压回路、一检测电阻、一发光组件及一电压侦测回路；该电压侦测回路具有第一侦测电压输入端连接于检测电阻的第一端，而第二侦测电压输入端连接于检测电阻的第二端，并使电压侦测回路的输出端连接电源控制器的回馈端，以输出一侦测电压信号至该电源控制器，使该电源控制器据以调节输出电压值，输出一稳定且电流大小合宜的固定电流供给发光组件使用；其中，该电压侦测回路为一差动放大器，可侦测取得该检测电阻两端的电压差值，并将该电压差值差动放大后输出至电源控制器的回馈端供使用，因此可精准地调控电源控制器的输出电流值，并大幅降低输出电流的噪声。

Description

改进的发光二极管驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种LED驱动电路，尤指一种可调节输出电流的LED驱动电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有体积小、耗电量低、点灯速度快、耐震动、使用寿命长以及适合量产等优点，因此LED目前已广泛被应用在信息、通讯及消费性电子产品的指示灯与显示装置上，并且可以预期在未来的应用将更为广泛，并且可望取代大部分传统的照明组件。而如所知者，发光二极管一般是在正向电压下运作，而其运作特性是当LED二极的跨压超过启动电压之后，LED的电流才可被导通而开始发光运作，而且LED的发光亮度是和导通电流的大小约略成正比的关系；通常，在实际的应用里，大多会利用一驱动电路提供稳定的电流以便使LED维持一定的亮度而运作，而一般驱动电路都设计为固定电流驱动，此举亦可兼具延长发光二极管使用寿命的目的；如图5所示，目前现有技术的LED驱动电路略包括：电源控制器IC、发光组件LED、检测电阻Rs、输入电压源P、参考电压Vref、侦测电压Vd以及输出电压Vout。

其中，参考电压Vref系一固定电压值，而侦测电压Vd为电源控制器IC所输出的电流ILed在流经检测电阻Rs时所造成的电压降；电源控制器IC即根据此两电压的差值来控制电流ILed的大小，进而控制发光组件LED的亮度；而这类LED驱动电路基本上是在电压模式操作，会把检测电阻Rs的电压维持在一定值，从而使电流稳定不变，以固定输出电流供给LED发光运作。

另外，电源控制器IC大多采用一个脉波宽度调变(pulse widthmodulation，PWM)控制器或脉波频率调变控制器(pulse freq.modulation，PFM)，由PWM或PFM控制器把输入电压转换为LED电流，供给LED发光运作；电源控制器IC有一输入端电接于输入电压源P，并有另一输入端电接于参考电压Vref，电源控制器的输出端提供一输出电压并电接于发光组件LED的输入端；检测电阻Rs的一端电接于发光组件LED的输出端，另一端则电接于接地端；其中，检测电阻Rs与发光组件LED所相接的端点为侦测电压Vd的测量点，事实上，此侦测电压Vd相等于检测电阻Rs上的电压，且此侦测电压Vd可回授至电源控制器以成一封闭回络，而电源控制器依据参考电压Vref与侦测电压Vd二电压的差值而调节输出电压值，使得最终的侦测电压Vd相等于参考电压Vref，从而使发光组件LED获得一稳定且电流大小合宜的电流供给。

在前述现有技术中，当输出电压Vout大于发光组件LED的正向压降VLed时，发光组件LED获得一驱动电流ILed而发光、发亮，此电流大小约略为ILed＝(Vout-VLed)/Rs；电源控制器IC是根据参考电压Vref与回授的侦测电压Vd两电压之间的差值来决定其输出电流值，由此准确的控制发光组件LED所能产生的亮度。虽然，此种现有技术的LED驱动电路可以准确的控制发光组件LED的亮度，可是由于输入电压源所提供的功率有一大部分是消耗在检测电阻Rs上，因而使得发光组件LED相对所得到功率明显变少，造成此种LED驱动电路的效能很低，而且消耗在检测电阻Rs上的功率会转化成高热，从而对电路造成诸多不利的影响；为了降低热的问题，目前采取的作法大多尽量调低内部标准电压以及将检测电阻Rs做得更小一些，然而越小的检测电阻Rs组件它的成本就越高而且误差值也越高，这结果不仅使LED驱动电路的制造成本高涨，还将衍生降低供电控制精准度等诸多缺点，例如：LED驱动电路会因检测电阻Rs阻抗值的误差、参考电压的误差以及线路损耗等因素，导致电流控制的准确性误差常会高达10％以上，又因为该种误差所引起的输出电流噪声问题将会导致LED的规格使用被降低，例如：1A规格的LED在设计时，会因为电流控制准确性的误差问题，通常只能设计到900mA的规格使用，因此实际使用时，如果再加上该输出电流的误差值，LED运作时的驱动电流约只在810mA～990mA之间，所以将严重减损LED的发光效能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型主要目的在提供一种改进的LED驱动电路，其是利用将检测电阻两端的电压差值通过差动放大给电源控制器作为调节输出电压值的依据，以便输出一稳定且电流大小合宜的固定电流，供给LED使用。

本实用新型次一目的在提供一种改进的LED驱动电路，其通过电压差动放大的手段而可精准地调控电源控制器的输出电流值，以大幅降低输出电流的噪声，达提升LED发光的平均亮度及获致到最大的使用功率规格。

本实用新型另一目的在提供一种改进的LED驱动电路，其可降低检测电阻功率消耗，提高电路效率，同时亦可避免检测电阻微型化所衍生的高成本及高误差值的不利特征。

本实用新型再一目的在提供一种改进的LED驱动电路，其具有在输出电流值的调变上极为简易的优点，只要利用调整电压侦测回路上的电阻值搭配比例即可达到客户需求的输出电流值，无须再对其它电路单元作出变更设计，因此不会额外增加设计成本及产制技术的困难度。

本实用新型又一目的在提供一种改进的LED驱动电路，其具有一可调电阻可用来调整电压差动放大的倍率，所以能随意依照需求而调整输出电流的准位，达调控LED亮度的目的。

根据本实用新型，该LED驱动电路，包括：一电源控制器、一稳压回路、一检测电阻、一发光组件及一电压侦测回路；该电源控制器的电压输入端与电源连接，且其内部具一参考电压；该稳压回路连接于该电源控制器的电压输出端；该检测电阻的第一端连接至该稳压回路的输出端以接收输出电流，而其第二端连接至该发光组件，该发光组件的另一端接地；该电压侦测回路具有第一侦测电压输入端连接于检测电阻的第一端，而第二侦测电压输入端连接于检测电阻的第二端，并使电压侦测回路的输出端连接电源控制器的回馈端，以输出一侦测电压信号至该电源控制器；而该电源控制器根据该参考电压信号与该侦测电压信号的差值以调节输出电压值，输出一稳定且电流大小合宜的固定电流供给发光组件使用。

其中，该发光组件由一至多个发光二极管相串联、并联或串并联组成发光二极管组或发光二极管数组。而该电压侦测回路可以选用一差动放大器(Difference Amplifier)，其至少具有第一侦测电压输入端、第二侦测电压输入端及一侦测电压信号的输出端，并且包含有第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，该差动放大器的第一侦测电压输入端具有第三电阻且被连接于检测电阻的第一端，并在第一侦测电压输入端与第三电阻之间连接第四电阻，第四电阻的另一端接地，而差动放大器的第二侦测电压输入端具有第一电阻且被连接于检测电阻的第二端，并在第二侦测电压输入端与第一电阻之间连接第二电阻，第二电阻的另一端再连接于该差动放大器的输出端，且该差动放大器的输出端被连接于电压侦测回路的输出端；利用调整该差动放大器上的第一至第四电阻的电阻搭配比例即可调变LED驱动电路的输出电流值。另外，该电压侦测回路还包括一可调电阻，位于该差动放大器的第四电阻与接地之间，而该可调电阻VR可用来调整前述差动放大的倍率，通过控制该可调电阻VR的阻抗值即可调整输出电流的准位，达控制发光组件亮度的目的。

综上所述可知，本实用新型的有益效果是通过电压差动放大的手段来调整电源控制器的输出电流值，因此可以大幅提升输出电流的准确性，令其误差范围低于0.5％以内；又因为输出电流精准值，所以以1A规格的LED为例，即可以设计成995mA的规格使用，LED运作时的驱动电流约可落在990.025～999.975mA的范围内，这结果一方面可提升LED发光时的平均亮度，另一方面亦可让LED能够使用到最大的功率规格；此外，本实用新型可以使得原本可能高达数10K奥姆的检测电阻Rs，通过设置了差动放大器31与可调电阻VR后，可以降低为只有1奥姆以下的电阻，如此一来可使电源所输出的功率几乎会全部消耗在发光组件LED上，以提升用电效率并且达到了省电的功效，同时，亦可避免检测电阻微型化所衍生的高成本及高误差值等不利特征；又，本实用新型在输出电流值的调变上极为简易，只要经由调整R1～R4的电阻值搭配比例即可达到客户需求的数值，无须再对其它电路单元作出变更设计，因此不会额外增加设计成本及产制技术的困难度。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的电路图；

图2为第一图的电路图的运作示意图；

图3为本实用新型另一较佳实施例的电路图；

图4为本实用新型再一较佳实施例的电路图；以及

图5为现有技术LED驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将以具体的实施例继续说明，以进一步阐明本实用新型的创新特征。

请参阅图1所示为本实用新型一较佳实施例的LED驱动电路；该LED驱动电路至少包含：电源控制器1、稳压回路2、电压侦测回路3、检测电阻Rs以及发光组件LED，其连接关系略如图1所示：电源控制器1的电压输入端VIN与电压源连接，电源控制器1的电压输出端OUT连接稳压回路2，稳压回路2连接检测电阻Rs以及发光组件LED，而电源控制器1的回馈端FB则与电压侦测回路3的输出端连接，并令电压侦测回路3的第一侦测电压输入端连接于检测电阻Rs的第一端，电压侦测回路3的第二侦测电压输入端连接于检测电阻Rs的第二端。

在本实用新型实施例中，该电源控制器1为一脉波宽度调变(PWM)控制器，事实上，该电源控制器1并不限于使用脉波宽度调变控制器，它也可以是脉波频率调变控制器(pulse freq.modulation，PFM)或是一般的电源转换器，包含直流到直流(DC TO DC)或交流到直流(AC TO DC)架构的电源IC以及升压或降压架构的电源IC均属之；直流(DC)或交流(AC)电源经由前置处理后，例如：整流、滤波、升压或降压等处置，将输入电压值输出至电源控制器1的电压输入端VIN，电源控制器1的电压输出端OUT连接稳压回路2的输入端，电源控制器1的输出使能端EN用以设定调光功能(Dimming Function)，电源控制器1的接地端GND接地，电源控制器1的回馈端FB则与电压侦测回路3的输出端连接；另，于电源控制器1内部具一参考电压，而该参考电压一固定电压值。

该稳压回路(Voltage Regulator)2提供一驱动电压给检测电阻Rs及发光组件LED，其组成包括：一滤波电感L，其一端连接稳压回路2的输入端，另一端连接到该稳压回路2的输出端；一滤波电容Cout，其一端连接至滤波电感L输出端与稳压回路2输出端之间，另一端接地；一续流二极管(Freewheel diode)D，其一端连接至稳压回路2的输入端与滤波电感L之间，续流二极管D另一端接地。

该检测电阻Rs的第一端与稳压回路2的输出端连接，而检测电阻Rs的第二端则连接于发光组件LED的一端，发光组件LED的另一端再予接地；其中，发光组件LED可以是由一至多个发光二极管相串联、并联或串并联组成的发光二极管组或发光二极管数组。

该电压侦测回路3包含一差动放大器(Difference Amplifier)31及一可调电阻VR；其中，该差动放大器31包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4；而差动放大器31的第一侦测电压输入端具有第三电阻R3且连接于检测电阻Rs的第一端，并在第一侦测电压输入端与第三电阻R3之间连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端再连接于接地的可调电阻VR；另外，差动放大器31的第二侦测电压输入端具有第一电阻R1且连接于检测电阻Rs的第二端，并在第二侦测电压输入端与第一电阻R1之间连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端再连接于该差动放大器31的输出端；又，该差动放大器31的输出端被连接于电压侦测回路3的输出端，其电源端被连接至电源控制器1的电压输入端VIN，以及接地端被连接至接地。而再请配合参阅图2，该电压侦测回路3输出的差动放大电压VFB与上述各组件之间的关系式为：

$\mathrm{VFB}=\left(\frac{R1+R2}{R3+(R4+\mathrm{VR})}\right)\frac{(R4+\mathrm{VR})}{R1}(V+)-\frac{R2}{R1}(V-)$

依据上述结构，本实用新型将该电压侦测回路3的差动放大器31的第一、二侦测电压输入端分别连接于检测电阻Rs的第一、二端，以取得检测电阻Rs两端的电压差值[ΔV＝(V+)-(V-)]，该电压差值信号再利用由第一至第四电阻R1，R2，R3，R4所组成的回路作出差动放大，而将该电压信号放大到n倍(n＝R2/R1 or R4/R3)而得到一差动放大电压VFB，然后将该差动放大电压信号至电源控制器1的回馈端FB，电源控制器1便会根据该差动放大电压VFB与其参考电压二者的差值而调节输出电压值，以便输出一稳定且电流大小合宜的固定电流供给发光组件LED使用，且前述的差动放大效应也同时可使该其输出电流的噪声因而缩小为原先的1/n，因此可以提供更为精确的输出电流，让发光组件LED的亮度更均匀，并达接近满载的发光效率；另外，在该电压侦测回路3中的可调电阻VR可用来调整该差动放大效应的倍率，所以能随时依照实际上的需求而控制该可调电阻VR的阻抗值以调整输出电流的准位，而不需要额外的设置开关来控制发光组件LED的亮度。

在一个实际可行的案例中，例如：检测电阻Rs的电阻值为0.1Ω(奥姆)，第一及第三电阻R1、R3的电阻值均为1KΩ，第二及第四电阻R2、R4的电阻值均为10KΩ，该电源控制器1的参考电压被设定为1.23V(伏特)，可调电阻VR的电阻值为0～10KΩ；基于前述设定，当可调电阻VR＝0KΩ时，若输出电流ILed为1.2A(安培)，则检测电阻Rs两端的电压差值ΔV＝1.2A X 0.1Ω＝0.12V，而该差动放大电压VFB为：

VFB＝[(R1+R2)/(R3+R4)] X R4/R1 X (V+)-R2/R1 X (V-)

因为R2/R1＝R4/R3，所以：

VFB＝R2/R1 X ΔV＝10K/1K X 0.12V＝1.2V

由于该差动放大电压VFB为1.2V小于参考电压的1.23V，所电源控制器1会调升输出电压值，以便调升输出电流值ILed。

再当输出电流ILed被调升至1.23A时，该检测电阻Rs两端的电压差值ΔV＝1.23A X 0.1Ω＝0.123V，所以，调整后的差动放大电压VFB为：

VFB＝R2/R1 X ΔV＝10K/1K X 0.123V＝1.23V

因此，该差动放大电压VFB为1.23V等于参考电压的1.23V，所电源控制器1会固定该输出该电压值，以便输出一个1.23A的固定电流供给发光组件LED使用。

本实用新型并非局限于以上所述形式，很明显参考上述说明后，能有更多技术均等性的改良与变化，这例如是：前述电压侦测回路3中可以不包含该可调电阻VR组件，而使该差动放大器31的第四电阻R4的另一端直接接地(如图3所示)，或是将该发光组件LED改连接在检测电阻Rs第一端与该稳压回路2输出端之间，并使该检测电阻Rs第二端接地(如图4所示)，而此等变更设置所能达成的效能均与前揭实施例同一或类似，应与本实用新型前接技术属实质相同。是以，凡有在相同的创作精神下所作有关本实用新型的任何修饰或变更，皆仍应包括在本实用新型意图保护的范畴。

Claims (5)

1、一种改进的发光二极管驱动电路，其特征在于，包括：

一电源控制器，其电压输入端与电源连接，且其内部具一参考电压；

一稳压回路，其连接于该电源控制器的电压输出端；

一检测电阻，其以第一端连接至该稳压回路的输出端以接收输出电流；

一发光组件，由一个或多个发光二极管所组成，其一端连接至该检测电阻的第二端，另一端接地；以及

一电压侦测回路，其具有第一侦测电压输入端连接于检测电阻的第一端，而第二侦测电压输入端连接于检测电阻的第二端，并使电压侦测回路的输出端连接电源控制器的回馈端，以输出的一侦测电压信号至该电源控制器。

2、如权利要求1所述改进的发光二极管驱动电路，其特征在于，该发光组件由一至多个发光二极管相串联、并联或串并联组成的发光二极管组或发光二极管数组。

3、如权利要求1所述改进的发光二极管驱动电路，其特征在于，该电压侦测回路为一差动放大器。

4、如权利要求3所述改进的发光二极管驱动电路，其特征在于，该差动放大器至少具有第一侦测电压输入端、第二侦测电压输入端及一侦测电压信号的输出端，并且包含有第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，该差动放大器的第一侦测电压输入端具有第三电阻且被连接于检测电阻的第一端，并在第一侦测电压输入端与第三电阻之间连接第四电阻，第四电阻的另一端接地，而差动放大器的第二侦测电压输入端具有第一电阻且被连接于检测电阻的第二端，并在第二侦测电压输入端与第一电阻之间连接第二电阻，第二电阻的另一端再连接于该差动放大器的输出端，且该差动放大器的输出端被连接于电压侦测回路的输出端。

5、如权利要求1或4所述改进的发光二极管驱动电路，其特征在于，该电压侦测回路还包括一可调电阻，位于该差动放大器的第四电阻与接地之间。

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