CN201859637U - 隔离型发光二极管驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种隔离型发光二极管驱动器，属于电子技术领域。该隔离型发光二极管驱动器包括隔离变压器、至少一个第一变压器和至少一个第二变压器。所有第一和第二变压器的一次侧绕线串联耦接且串联耦接后的两端分别耦接隔离变压器的二次侧绕线的两端。隔离变压器的一次侧绕线接收交流电源并在其二次侧绕线感应出交流电源，感应的交流电源电压平均落于所有第一和第二变压器的一次侧绕线，第一和第二变压器的二次侧绕线各自通过耦接相应的电容器和二极管而驱动相应的灯串。本实用新型通过减少电源转换级数而提高了电源转换效率，同时简化了电流平衡控制设计。

Description

隔离型发光二极管驱动器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种隔离型发光二极管驱动器。

背景技术

图1是现有技术提供的隔离型LED(Light Emitting Diode，发光二极管)驱动器的电路图。请参见图1，隔离型LED驱动器1用于驱动可应用在大尺寸液晶显示器背光面板场合的LED光源4，其中LED光源4由m个灯条41～4m组成，每一个灯条由n个LED 51～5n串联耦接组成，m、n为正整数。隔离型LED驱动器1包括EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)滤波器11、桥式整流器12、功因修正器13、滤波电容器14、隔离型DC/DC(Direct Current/DirectCurrent，直流至直流)转换器15、升压转换器16和电流平衡控制器17。90Vrms～264Vrms市用交流电源输入后需要经过三级的电源转换，分别是第一级的功因修正器13将输入电源转换为400V高压的直流电源，再经由第二级的隔离型DC/DC转换器15将400V高压转换为24V～60V较低压的直流电源，最后经由第三级的升压转换器16将24V～60V转换为60V～140V适合灯条41～4m额定工作电压的直流电源。

设计人在实现本实用新型的过程中，发现上述现有技术至少存在以下缺点和不足：

隔离型LED驱动器1由于采用了三级的电源转换，第一级功因修正器13的效率约可达91％、第二级隔离型DC/DC转换器15的效率约可达91％、第三级升压转换器16的效率约可达93％，如不考虑传输过程中其他装置的损失，那么隔离型LED驱动器1的电源转换效率只有77％(＝91％×91％×93％)。由此可知，当隔离型LED驱动器采用越多级的电源转换时，其电源转换效率越低，即电源转换损失越多。

另外，隔离型LED驱动器1以并联方式驱动灯条41～4m，进而需要电流平衡控制器17控制灯条41～4m的电流平衡以提供均匀亮度。现有的电流平衡控制器17设计通常使用整合各种所需功能的专用集成电路的LED控制器171。在大尺寸液晶显示器背光面板应用场合，灯条41～4m的数量较多或者会使用大电流的高亮度LED，电流平衡控制器17使用的LED控制器171需要外接晶体管Q1～Qm和电阻器Rs1～Rsm进而以外部控制方式进行电流平衡控制，避免因直接耦接灯条41～4m进行电流平衡控制导致接收的电流太大而过热或烧毁。LED控制器171的电源端VCC接收24V～60V电源，检测端IS1～ISm通过电阻器Rs1～Rsm检测到灯条41～4m的电流，并根据检测到的电流从驱动端CH1～CHm输出信号控制晶体管Q1～Qm和从反馈端FB输出信号控制升压转换器16，以完成电流平衡控制。

随着灯条41～4m的数量增加，电流平衡控制器17中的LED控制器需要采用可支持更多灯条的专用集成电路，这样的专用集成电路价格昂贵且因接脚多而不利于周边线路布局。或者，LED控制器可采用支持较少灯条的专用集成电路，然后通过多个LED控制器一起驱动灯条41～4m，但是这样的电流平衡控制器各个LED控制器需要同步控制而提高了电路设计的复杂度。但是，不论电流平衡控制器中的LED控制器如何设计，若其需要外接额外的晶体管Q1～Qm和电阻器Rs 1～Rsm以外部控制方式进行灯条41～4m的电流平衡控制，则随着灯条41～4m的数量增加，所采用的外接组件势必跟着增加。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的就是在提出一种隔离型LED驱动器，可提高电源转换效率和简化电流平衡控制设计。

本实用新型实施例提供一种隔离型LED驱动器，包括一个DC/AC(DirectCurrent/Alternating Current，直流至交流)转换器、一个隔离变压器以及至少一个驱动单元。DC/AC转换器用于将一个直流电源转换为一个交流电源。隔离变压器具有一个一次侧绕线和一个二次侧绕线，隔离变压器的一次侧绕线耦接DC/AC转换器以接收交流电源。每个驱动单元具有一个第一端和一个第二端且包括一个第一和一个第二变压器、一个第一和一个第二电容器、一个第一和一个第二二极管，第一和第二变压器均具有一个一次侧绕线和一个二次侧绕线，第一变压器的一次侧绕线的打点端耦接驱动单元的第一端，第一变压器的一次侧绕线的非打点端耦接第二变压器的一次侧绕线的非打点端，第二变压器的一次侧绕线的打点端耦接驱动单元的第二端，第一变压器的二次侧绕线的打点端耦接第一电容器的第一端，第一电容器的第二端耦接第一二极管的阴极端和第一灯条的输入端，第二变压器的二次侧绕线的打点端耦接第二电容器的第一端，第二电容器的第二端耦接第二二极管的阴极端和第二灯条的输入端，第一和第二变压器的二次侧绕线的非打点端、第一和第二二极管的阳极端、第一和第二灯条的输出端均接地。所有驱动单元通过各自的第一端和第二端串联耦接且串联耦接后的两端分别耦接隔离变压器的二次侧绕线的两端。

在本实用新型实施例中，每个驱动单元还包括一个第三和一个第四二极管、一个第一和一个第二电阻器，第一灯条的输出端耦接第三二极管的阳极端，第三二极管的阴极端耦接第一电阻器的第一端，第一电阻器的第二端接地，第二灯条的输出端耦接第四二极管的阳极端，第四二极管的阴极端耦接第二电阻器的第一端，第二电阻器的第二端接地。

有益效果：

本实用新型实施例提供的隔离型LED驱动器通过采用DC/AC转换器、隔离变压器、至少一个第一变压器和至少一个第二变压器组成的隔离型DC/AC转换器，减少了电源转换级数，提高了电源转换效率；另外设计所有第一和第二变压器具有相同的一次侧绕线阻抗和匝数比，使隔离变压器二次侧绕线感应出的电压平均落于所有第一和第二变压器的一次侧绕线，第一和第二变压器的二次侧绕线再通过一些线路即可完成第一和第二灯串的电流平衡控制，因此简化了电流平衡控制设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是现有技术提供的隔离型LED驱动器的电路图；

图2是本实用新型实施例一提供的隔离型LED驱动器的电路图；

图3A是本实用新型实施例一提供的隔离型LED驱动器在正半周时的工作示意图；

图3B是本实用新型实施例一提供的隔离型LED驱动器在负半周时的工作示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的隔离型LED驱动器中反馈和调光的电路图；

图5是本实用新型实施例二提供的隔离型LED驱动器的电路图。

图中符号的说明：

1、2、3隔离型LED驱动器，11EMI滤波器，12桥式整流器；

13功因修正器，14滤波电容器，15隔离型DC/DC转换器，16升压转换器；

17电流平衡控制器，171 LED控制器，CH1～CHm LED控制器的驱动端；

IS1～ISm LED控制器的检测端，FB LED控制器的反馈端；

VCC LED控制器的电源端，21、22驱动单元，P1驱动单元的第一端；

P2驱动单元的第二端，25隔离型DC/AC转换器，251 DC/AC转换器；

EN DC/AC转换器的致能端，FB DC/AC转换器的反馈端，26误差放大器；

261误差放大器的第一输入端，262误差放大器的第二输入端；

263误差放大器的输出端，27、28隔离电路，4～6 LED光源；

41～4m灯条，51～5n LED，C1第一电容器，C2第二电容器；

D1第一二极管，D2第二二极管，D3第三二极管，D4第四二极管；

LB1第一灯条，LB2第二灯条，Q1～Qm晶体管，Rs1～Rsm电阻器；

R1第一电阻器，R2第二电阻器，T0隔离变压器，T1第一变压器；

T2第二变压器，Vdim调光信号，Vfb反馈信号，Vref参考电压。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图2是本实用新型实施例一提供的隔离型LED驱动器的电路图。请参见图2，隔离型LED驱动器2用于驱动可应用在大尺寸液晶显示器背光面板场合的LED光源5，其中LED光源5由4个如图1所示的灯条41～44组成，这些灯条41～44可分成第一灯条LB1和第二灯条LB2，如灯条41和43为第一灯条LB1、灯条42和44为第二灯条LB2。隔离型LED驱动器2包括EMI滤波器11、桥式整流器12、功因修正器13、滤波电容器14、DC/AC转换器251、隔离变压器T0以及2个驱动单元21和22。

EMI滤波器11用于滤除EMI噪声。桥式整流器12用于将90Vrms～264Vrms市用交流电源整流成脉动直流电源。功因修正器13用于使市用交流电源的输入电流波形跟踪输入电压波形以提高功率因数。滤波电容器14用于将脉动直流电源滤波为400V的直流电源。DC/AC转换器251用于将400V的直流电源转换为交流电源。隔离变压器T0具有一次侧绕线和二次侧绕线，隔离变压器T0的一次侧绕线耦接DC/AC转换器251以接收DC/AC转换器251输出的交流电源。

每个驱动单元(如21或22)具有第一端P1和第二端P2且包括第一变压器T1、第二变压器T2、第一电容器C1、第二电容器C2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中第一变压器T1和第二变压器T2均具有一次侧绕线和二次侧绕线。在每个驱动单元(如21或22)中，第一变压器T1的一次侧绕线的打点端耦接驱动单元21的第一端P1，第一变压器T1的一次侧绕线的非打点端耦接第二变压器T2的一次侧绕线的非打点端，第二变压器T2的一次侧绕线的打点端耦接驱动单元21的第二端P2，第一变压器T1的二次侧绕线的打点端耦接第一电容器C1的第一端，第一电容器C1的第二端耦接第一二极管D1的阴极端和第一灯条LB1的输入端，第二变压器T2的二次侧绕线的打点端耦接第二电容器C2的第一端，第二电容器C2的第二端耦接第二二极管D2的阴极端和第二灯条LB2的输入端，第一变压器T1和第二变压器T2的二次侧绕线的非打点端、第一二极管D1和第二二极管D2的阳极端、第一灯条LB1和第二灯条LB2的输出端均接地。

所有驱动单元21和22通过各自的第一端P1和第二端P2串联耦接，且串联耦接后的两端(在本例中为驱动单元21的第一端P1和驱动单元22的第二端P2)分别耦接隔离变压器T0的二次侧绕线的两端。换句话说，所有第一变压器T1和第二变压器T2的一次侧绕线串联耦接，且串联耦接后的两端(在本例中为驱动单元21的第一变压器T1的一次侧绕线的打点端和驱动单元22的第二变压器T2的一次侧绕线的打点端)分别耦接隔离变压器T0的二次侧绕线的两端。因此，只要设计所有第一变压器T1和第二变压器T2具有相同的一次侧绕线阻抗和匝数比，则隔离变压器T0的二次侧绕线感应出的交流电源的电压将平均落于所有第一变压器T1和第二变压器T2的一次侧绕线，进而可完成所有第一灯串LB1和第二灯串LB2的电流平衡控制。

为了控制流过第一灯串LB1和第二灯串LB2的电流，每个驱动单元(如21或22)还包括第三二极管D3、第四二极管D4、第一电阻器R1和第二电阻器R2。此时，第一灯条LB1的输出端耦接第三二极管D3的阳极端，第三二极管D3的阴极端耦接第一电阻器R1的第一端，第一电阻器R1的第二端接地；第二灯条LB2的输出端耦接第四二极管D4的阳极端，第四二极管D4的阴极端耦接第二电阻器R2的第一端，第二电阻器R2的第二端接地。这部分后面会有进一步的描述。

在隔离型LED驱动器2中，DC/AC转换器251、隔离变压器T0、第一变压器T1和第二变压器T2组成隔离型DC/AC转换电路25。在本实用新型实施例中，不对DC/AC转换器251的种类进行具体限定，可以是半桥式或全桥式开关电路。DC/AC转换器251可将直流电源转换为交流方波电压，隔离变压器T0可通过改变匝数比来决定升压或降压，或者将匝数比设定为1∶1仅作为安规隔离使用，这时变压器就不需要保留磁柱气隙来进行能量储存，使得变压器具有绝对高的能量转换效率。由于隔离型LED驱动器2仅采用了二级的电源转换，第一级功因修正器13的效率约可达91％、第二级隔离型DC/AC转换电路25的效率约可达93％，如不考虑传输过程中其他装置的损失，那么隔离型LED驱动器2的电源转换效率将提升至84.6％(＝91％×93％)，因此本实用新型实施例可提高电源转换效率，即减少电源转换损失。

图3A和图3B分别为图2所示的隔离型LED驱动器2在正半周时和在负半周时的工作示意图。请参见图3A，当隔离变压器T0的一次侧绕线接收的交流电源在正半周时，隔离变压器T0的二次侧绕线的电流流入第一变压器T1的一次侧绕线的打点端且流出第二变压器T2的一次侧绕线的打点端，根据打点原则(dot convention)，第一变压器T1的二次侧绕线的电流从其打点端流出，而第二变压器T2的二次侧绕线的电流从其打点端流入。此时，第一变压器T1的二次侧绕线的电流从其打点端流出经由第一电容器C1、第一灯串LB1、第三二极管D3和第一电阻器R1到地，再从地回到第一变压器T1的二次侧绕线的非打点端形成一个回路，而第二变压器T2的二次侧绕线的电流从其非打点端流出到地，再从地经由第二二极管D2和第二电容器C2回到第二变压器T2的二次侧绕线的打点端形成另一个回路。第一灯串LB1有电流流过而会发光，而第二灯串LB2没有电流流过而不会发光。

请参见图3B，当隔离变压器T0的一次侧绕线接收的交流电源在负半周时，隔离变压器T0的二次侧绕线的电流流出第一变压器T1的一次侧绕线的打点端且流入第二变压器T2的一次侧绕线的打点端，根据打点原则，第一变压器T1的二次侧绕线的电流从其打点端流入，而第二变压器T2的二次侧绕线的电流从其打点端流出。此时，第一变压器T1的二次侧绕线的电流从其非打点端流出到地，再从地经由第一二极管D1和第一电容器C1回到第一变压器T1的二次侧绕线的打点端形成一个回路，而第二变压器T2的二次侧绕线的电流从其打点端流出经由第二电容器C2、第二灯串LB2、第四二极管D4和第二电阻器R2到地，再从地回到第二变压器T2的二次侧绕线的非打点端形成另一个回路。第一灯串LB1没有电流流过而不会发光，而第二灯串LB2有电流流过而会发光。

请参见图3A和图3B，第一电容器C1用于在正半周时吸收第一变压器T1的二次侧绕线感应出的跨压提供第一灯串LB1、第三二极管D3和第一电阻器R1所需电压后剩余的能量，并在负半周时通过第一二极管D1所提供的回路释放储存的能量，如此第一电容器C1会在正半周被充电而在负半周被放电，所以不会有电压暂存和损失。类似地，第二电容器C2用于在负半周时吸收第二变压器T2的二次侧绕线感应出的跨压提供第二灯串LB2、第四二极管D4和第二电阻器R2所需电压后剩余的能量，并在正半周时通过第二二极管D2所提供的回路释放储存的能量，如此第二电容器C2会在负半周被充电而在正半周被放电，所以不会有电压暂存和损失。

值得一提的是，第一电容器C1因为在负半周转为正半周的瞬间仍然处于负半周时的跨压，使得转为正半周瞬间跨于第一灯串LB1上的电压比额定需求的高，这可以加速第一灯串LB1中LED的启动速度；类似地，第二电容器C2因为在正半周转为负半周的瞬间仍然处于正半周时的跨压，使得转为负半周瞬间跨于第二灯串LB2上的电压比额定需求的高，这可以加速第二灯串LB2中LED的启动速度，因此可改善第一灯串LB1和第二灯串LB2点亮瞬间瞬时辉度的问题。

再则，变压器必然存在一定的漏感，而本实用新型实施例因将第一电压器T1和第二变压器T2的一次侧绕线串联耦接而使得其一次侧漏感较大，造成电流落后于电压一定的相位，此现象可使得DC/AC转换器251的开关具有ZVS(ZeroVoltage Switching，零电压切换)特性，消除开关在正常操作下的切换损失，对于电源转换效率有着莫大的帮助。

图4为图2所示的隔离型LED驱动器2中反馈和调光的电路图。请参见图4，隔离型LED驱动器2还包括误差放大器26以及隔离电路27和28。误差放大器26具有第一输入端261、第二输入端262和输出端263，误差放大器26的第一输入端261耦接一个相应的驱动单元(在本实用新型实施例中为驱动单元22)中第一电阻器R1和第二电阻器R2的第一端，误差放大器26的第二输入端262接收参考电压Vref。在此通过第一电阻器R1抓取正半周时流过第一灯串LB1的电流的峰值，并通过第二电阻器R2抓取负半周时流过第二灯串LB2的电流的峰值，因此误差放大器26的第一输入端261的电压表示流过第一灯串LB1和第二灯串LB2的电流。

误差放大器26用于根据误差放大器26的第一输入端261和第二输入端262的电压差从误差放大器26的输出端263输出反馈信号Vfb。隔离电路27用于将反馈信号Vfb传送至DC/AC转换器251的反馈端FB，以控制DC/AC转换器251的开关的导通时间，进而控制DC/AC转换器251输出的交流方波电压的导通宽度，如此就可控制流过所有第一灯串LB1和第二灯串LB2的电流。隔离电路28用于接收调光信号Vdim并将调光信号Vdim传送至DC/AC转换器251的致能端EN，以控制DC/AC转换器251的致能和禁能，进而完成脉宽调制调光功能。

图5为本实用新型实施例二提供的隔离型LED驱动器的电路图。请参见图5，隔离型LED驱动器3和图2所示的隔离型LED驱动器2两者差异在于驱动单元的数量。隔离型LED驱动器3仅包括一个驱动单元21，因此驱动单元21的第一端P1和第二端P2将分别直接耦接隔离变压器T0的两端。隔离型LED驱动器3用于驱动由2个如图1所示的灯条41和42组成的LED光源6，这些灯条41和42可分成第一灯条LB1和第二灯条LB2，如灯条41为第一灯条LB1、灯条42为第二灯条LB2。

综上所述，本实用新型实施例因采用DC/AC转换器、隔离变压器、至少一个第一变压器和至少一个第二变压器组成的隔离型DC/AC转换器，其接收功因修正器输出的直流电源或接收桥式整流器和滤波电容器输出的直流电源并在转换后即可驱动所有第一和第二灯串，因此减少了电源转换级数并提高了电源转换效率；另外设计所有第一和第二变压器具有相同的一次侧绕线阻抗和匝数比，使隔离变压器二次侧绕线感应出的电压平均落于所有第一和第二变压器的一次侧绕线，第一和第二变压器的二次侧绕线再通过一些线路即可完成第一和第二灯串的电流平衡控制，因此简化了电流平衡控制设计。

因此，本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块并不一定是实施本实用新型所必须的。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种隔离型发光二极管驱动器，其特征在于，该隔离型发光二极管驱动器包括：

一个直流至交流转换器，用于将一个直流电源转换为一个交流电源；

一个隔离变压器，具有一个一次侧绕线和一个二次侧绕线，该隔离变压器的一次侧绕线耦接该直流至交流转换器以接收该交流电源；

至少一个驱动单元，其中每个驱动单元具有一个第一端和一个第二端且包括一个第一和一个第二变压器、一个第一和一个第二电容器、一个第一和一个第二二极管，该第一和该第二变压器均具有一个一次侧绕线和一个二次侧绕线，该第一变压器的一次侧绕线的打点端耦接该驱动单元的第一端，该第一变压器的一次侧绕线的非打点端耦接该第二变压器的一次侧绕线的非打点端，该第二变压器的一次侧绕线的打点端耦接该驱动单元的第二端，该第一变压器的二次侧绕线的打点端耦接该第一电容器的第一端，该第一电容器的第二端耦接该第一二极管的阴极端和一个第一灯条的输入端，该第二变压器的二次侧绕线的打点端耦接该第二电容器的第一端，该第二电容器的第二端耦接该第二二极管的阴极端和一个第二灯条的输入端，该第一和该第二变压器的二次侧绕线的非打点端、该第一和该第二二极管的阳极端、该第一和该第二灯条的输出端均接地，其中所有驱动单元通过各自的第一端和第二端串联耦接且串联耦接后的两端分别耦接该隔离变压器的二次侧绕线的两端。

2.如权利要求1所述的隔离型发光二极管驱动器，其特征在于，该直流至交流转换器为半桥式开关电路。

3.如权利要求1所述的隔离型发光二极管驱动器，其特征在于，该直流至交流转换器为全桥式开关电路。

4.如权利要求1所述的隔离型发光二极管驱动器，其特征在于，该每个驱动单元还包括一个第三和一个第四二极管、一个第一和一个第二电阻器，该第一灯条的输出端耦接该第三二极管的阳极端，该第三二极管的阴极端耦接该第一电阻器的第一端，该第一电阻器的第二端接地，该第二灯条的输出端耦接该第四二极管的阳极端，该第四二极管的阴极端耦接该第二电阻器的第一端，该第二电阻器的第二端接地。

5.如权利要求4所述的隔离型发光二极管驱动器，其特征在于，该隔离型发光二极管驱动器还包括：

一个误差放大器，具有一个第一和一个第二输入端及一个输出端，该误差放大器的第一输入端耦接该第一和该第二电阻器的第一端，该误差放大器的第二输入端接收一个参考电压，该误差放大器用于根据该误差放大器的第一和第二输入端的电压差由该误差放大器的输出端输出一个反馈信号；

一个隔离电路，用于将该反馈信号传送至该直流至交流转换器，以控制该直流至交流转换器的开关的导通时间。

6.如权利要求1所述的隔离型发光二极管驱动器，其特征在于，该隔离型发光二极管驱动器还包括：

一个隔离电路，用于接收一个调光信号并将该调光信号传送至该直流至交流转换器，以控制该直流至交流转换器的致能和禁能。

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