CN202009517U - 发光二极管驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种发光二极管驱动装置，包括电压转换单元与驱动单元。电压转换单元包括全桥整流器，接收交流电压，并对所述交流电压进行全波整流，从而输出直流电压。驱动单元耦接电压转换单元，接收所述直流电压，并依据分压信号与参考电压决定是否将所述直流电压输出，从而驱动至少一发光二极管。所述驱动单元包括开关单元，耦接所述电压转换单元，接收所述直流电压，并依据比较结果决定是否输出所述直流电压；分压单元，耦接所述开关单元，对通过所述开关单元所输出的所述直流电压进行分压，从而输出所述分压信号；以及比较单元，耦接所述开关单元与分压单元，比较所述分压信号与参考电压，从而控制所述开关单元是否输出所述直流电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发光二极管驱动装置，尤其涉及一种电路架构简单且又兼具有双重过压保护功能的发光二极管驱动装置。
背景技术
近20年来，人们一直致力于新型照明光源的开发。欧盟专门制定了“彩虹计画”，提出了新型光源要符合的四个条件：高效、节能、无污染、模拟自然光。由于发光二极管(light emitting diode，LED)就具有这样的优点，且这是传统照明光源(例如：白炽灯和荧光灯)无法比拟的。因此，发光二极管被公认为21世纪最有价值的“绿色”光源(green lighting)，将取代白炽灯和荧光灯，成为照明市场的主导产品。
以发光二极管应用在市电(city power)输入的日常照明场合中(例如商业照明与家用照明)，为使发光二极管能不受到市电突波(surge)所造成的损坏以及能够稳定地提供光源，设计首选常选用功能性较强的发光二极管驱动芯片(LED driving IC/chip，例如型号为TEA1530T/AT/AP的发光二极管驱动芯片)来驱动及保护发光二极管，但由于此类的驱动芯片单价都过高，故而较不适用于低制作成本的发光二极管照明装置/产品当中。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种发光二极管驱动装置，其不但电路架构简单，且又兼具有双重过压保护的功能。
本实用新型提供一种发光二极管驱动装置，其包括电压转换单元与驱动单元。其中，电压转换单元包括全桥整流器，接收交流电压，并对所述交流电压进行全波整流，从而输出直流电压。驱动单元耦接电压转换单元，用以接收所述直流电压，并依据分压信号与参考电压决定是否将所述直流电压输出，以驱动至少一发光二极管。其中，所述驱动单元包括开关单元，耦接所述电压转换单元，接收所述直流电压，并依据比较结果决定是否输出所述直流电压；分压单元，耦接所述开关单元，对通过所述开关单元所输出的所述直流电压进行分压，从而输出所述分压信号；以及比较单元，耦接所述开关单元与所述分压单元，比较所述分压信号与所述参考电压，从而控制所述开关单元是否输出所述直流电压。
在本实用新型的一实施例中，电压转换单元更包括滤波电容，其第一端耦接全桥整流器以接收所述直流电压，其第二端则耦接至接地电位。
在本实用新型的一实施例中，驱动单元更包括过压保护单元，耦接开关单元，用以当开关单元所输出的直流电压过压时，强迫开关单元停止输出所述直流电压。
基于上述，本实用新型所提出的发光二极管驱动装置由简单的主被动元件所组成，因此电路架构相当的简单(成本低廉)，且非常适用于低制作成本的发光二极管照明装置/产品当中(但并不限制于此)。另外，本实用新型所提出的发光二极管驱动装置更通过其驱动单元来提供两道过压保护的机制，即比较单元与过压保护单元。如此一来，即可确保发光二极管可不受到市电突波所造成的损坏。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下，但是上述一般描述及以下实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所保护的范围。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的发光二极管驱动装置的方块图。
图2为本实用新型一实施例的发光二极管驱动装置的电路图。
附图标记：
100：发光二极管驱动装置； 101：电压转换单元； 103：驱动单元；
105：开关单元； 107：分压单元； 109：比较单元；
111：过压保护单元； L1～Ln：发光二极管； FBR：全桥整流器；
Cf：滤波电容； R1～R8：电阻； VR：可变电阻；
ZD1～ZD3：齐纳二极管； Q1：P型晶体管； OC：光耦合器；
LT：比较元件； VAC：交流电压； VDC：直流电压；
SDIV：分压信号； Vref：参考电压； Cp：电容；
Co：输出电容； Q2：N型晶体管。
具体实施方式
现将详细参考本实用新型的实施例，在附图中说明所述实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/符号代表相同或类似部分。
图1为本实用新型一实施例的发光二极管驱动装置100的方块图。请参照图1，发光二极管驱动装置100包括电压转换单元101与驱动单元103。在本实施例中，电压转换单元101用以接收交流电压(AC voltage)VAC(例如市电110V/220V)，并将交流电压VAC转换为直流电压(DC voltage)VDC。驱动单元103耦接电压转换单元101，用以接收直流电压VDC，并据以驱动一串发光二极管L1～Ln(甚至可依实际设计需求驱动多串并接在一起的发光二极管)。
在本实施例中，电压转换单元101包括全桥整流器(full bridge rectifier)FBR与滤波电容(filter capacitor)Cf。其中，全桥整流器FBR用以接收交流电压VAC，并对交流电压VAC进行全波整流，以输出直流电压VDC给驱动单元103。另外，滤波电容Cf的第一端耦接全桥整流器FBR以接收直流电压VDC，滤波电容Cf的第二端则耦接至接地电位(ground potential)。在此，滤波电容Cf(容值例如为33uF/400V，但并不限制于此)用以对直流电压VDC进行滤波，从而降低直流电压VDC的涟波(ripple)。
另一方面，驱动单元103包括开关单元(switching unit)105、分压单元(voltage-dividing unit)107、比较单元(comparison unit)109、过压保护单元(over voltage protection unit)111，以及输出电容(output capacitor)Co。其中，开关单元105耦接电压转换单元101，用以接收直流电压VDC，并依据比较单元109的比较结果决定是否输出直流电压VDC。分压单元107耦接开关单元105，用以对通过开关单元105所输出的直流电压VDC进行分压，以输出分压信号SDIV给比较单元109。
比较单元109耦接开关单元105与分压单元107，用以比较分压信号SDIV与其所内建的参考电压(reference voltage)Vref，以控制开关单元105是否输出直流电压VDC。过压保护单元111耦接开关单元105，用以当开关单元105所输出的直流电压VDC过压时，强迫开关单元105停止输出直流电压VDC，以保护该串发光二极管L1～Ln。
更清楚来说，图2为本实用新型一实施例的发光二极管驱动装置100的电路图。请合并参照图1与图2，在本实施例中，开关单元105包括电阻R1～R5(阻值例如分别为100KΩ、4.7KΩ、1KΩ、1KΩ、10KΩ，但并不限制于此)、齐纳二极管(Zener diode)ZD1(例如12V，但并不限制于此)与ZD2(例如2.7V，但并不限制于此)、光耦合器(optical coupler)OC，以及P型晶体管Q1(例如可以为P沟道金氧半导体场效应晶体管(P-channel MOSFET)，但并不限制于此)。其中，电阻R1的第一端耦接滤波电容Cf的第一端。电阻R2的第一端耦接电阻R1的第二端，电阻R2的第二端则耦接至接地电位。齐纳二极管ZD1的阴极(cathode)耦接电阻R1的第二端，齐纳二极管ZD1的阳极(anode)则耦接至接地电位。
齐纳二极管ZD2的阴极耦接电阻R1的第二端。光耦合器OC的第一端耦接齐纳二极管ZD2的阳极，光耦合器OC的第二端与第三端耦接至接地电位。电阻R3的第一端耦接光耦合器OC的第四端。电阻R4的第一端耦接电阻R3的第二端，电阻R4的第二端则耦接电阻R1的第一端。P型晶体管Q1的栅极(gate)耦接电阻R3的第二端，P型晶体管Q1的漏极(drain)耦接电阻R4的第二端，P型晶体管Q1的源极(source)则用以输出直流电压VDC。电阻R5的第一端耦接P型晶体管的源极，电阻R5的第二端则耦接至接地电位。
在本实施例中，分压单元107包括电阻R6(阻值例如为10KΩ，但并不限制于此)与可变电阻VR(阻值例如为10KΩ，但并不限制于此)。其中，电阻R6的第一端耦接P型晶体管Q1的源极。可变电阻VR的第一端耦接电阻R6的第二端，可变电阻VR的第二端则耦接至接地电位。另外，比较单元109包括电容Cp与比较元件LT。其中，电容Cp的第一端耦接可变电阻VR的第三端，电容Cp的第二端则耦接电阻R1的第二端。比较元件LT可以采用型号为LT431C的三端主动元件(但并不限制于此)，且其内建有参考电压Vref(即2.4V)。比较元件LT的第一端耦接可变电阻VR的第三端，比较元件LT的第二端耦接电容Cp的第二端，比较元件LT的第三端则耦接至接地电位。在本实施例中，当分压信号SDIV的电压值大于参考电压Vref的电压值时，则比较元件LT会导通，否则截止。
另一方面，过压保护单元111包括齐纳二极管ZD3、电阻R7与R8(阻值例如皆为4.7KΩ，但并不限制于此)，以及N型晶体管Q2(例如可以为N沟道金氧半导体场效应晶体管(N-channel MOSFET)，但并不限制于此)。其中，齐纳二极管ZD3的阴极耦接P型晶体管Q1的源极。电阻R7的第一端耦接齐纳二极管ZD3的阳极。电阻R8的第一端耦接电阻R7的第二端，电阻R8的第二端则耦接至接地电位。N型晶体管Q2的栅极耦接电阻R8的第一端，N型晶体管Q2的源极耦接至接地电位，N型晶体管Q2的漏极则耦接至电容Cp的第二端。
另外，输出电容Co(容值例如为1uF/63V，但并不限制于此)用以对开关单元105所输出的直流电压VDC进行滤波，从而更加降低直流电压VDC的涟波。在本实施例中，输出电容Co的第一端耦接P型晶体管Q1的源极与该串发光二极管L1～Ln的阳极，输出电容Co的第二端则耦接至接地电位与该串发光二极管L1～Ln的阴极。
基于上述，当电压转换单元101接收到交流电压VAC时，电压转换单元101会对交流电压VAC进行全波整流与滤波，以提供一个相对稳定的直流电压VDC给驱动单元103。一旦驱动单元103接收到直流电压VDC时，基于齐纳二极管ZD1与ZD2的稳压机制将使得光耦合器OC的第三端与第四端连接在一起，从而导通P型晶体管Q1。如此一来，P型晶体管Q1的漏极所接收的直流电压VDC将会传导至其源极，以驱动该串发光二极管L1～Ln。
在本实施例中，一旦开关单元105输出直流电压VDC以驱动该串发光二极管L1～Ln后，分压单元107便会持续对直流电压VDC进行分压，以提供分压信号SDIV给比较单元109。由于比较单元109内的比较元件LT的型号为LT431C，所以其内建的参考电压Vref为一定值(即2.4V)。在此特别说明的是，熟习此技术领域者应可知晓，只要是内建有参考电压为定值的比较元件，便可用以实现本实施例中比较单元109的功效，因此本实施例并不限制于此。如此一来，当分压单元107所提供的分压信号SDIV的电压值低于参考电压Vref的电压值时，则比较元件LT会截止，且过压保护单元111也不会运作，而如此将表示开关单元105所输出的直流电压VDC落在原先的设计范围内，以至于开关单元105会持续输出直流电压VDC以驱动该串发光二极管L1～Ln。
另一方面，当分压单元107所提供的分压信号SDIV的电压值大于参考电压Vref的电压值时(可能是市电突波所引起的结果)，则比较元件LT会转为导通。此时，由于P型晶体管Q1会截止，从而使得开关单元105会停止输出直流电压VDC，而如此将表示开关单元105所输出的直流电压VDC落在原先的设计范围外，且有可能造成该串发光二极管L1～Ln的损毁，以至于开关单元105会转为停止输出直流电压VDC以保护该串发光二极管L1～Ln，直至直流电压VDC回复到原先的设计值为止。
除此之外，若比较元件LT失效时(即比较元件LT已损毁)，本实施例亦可通过过压保护单元111来做为该串发光二极管L1～Ln的另一道防护。换言之，一旦比较元件LT失效，且此时开关单元105所输出的直流电压VDC过高时，基于齐纳二极管ZD3的稳压以及电阻R7与R8的分压将使得N型晶体管Q2导通，以至于开关单元105会停止输出直流电压VDC，以保护该串发光二极管L1～Ln，直至直流电压VDC回复到原先的设计值为止。
综上所述，本实用新型所提出的发光二极管驱动装置由简单的主被动元件所组成，因此电路架构相当的简单(成本低廉)，且非常适用于低制作成本的发光二极管照明装置/产品当中(但并不限制于此)。另外，本实用新型所提出的发光二极管驱动装置更通过其驱动单元来提供两道过压保护的机制，即比较单元与过压保护单元。如此一来，即可确保发光二极管可不受到市电突波所造成的损坏。
虽然本实用新型已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当以权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管驱动装置，其特征在于，包括：
一电压转换单元，其包括一全桥整流器，该全桥整流器接收一交流电压，并对该交流电压进行全波整流，从而输出一直流电压；以及
一驱动单元，耦接该电压转换单元，接收该直流电压，并依据一分压信号与一参考电压，决定是否将该直流电压输出，从而驱动至少一发光二极管，
其中，该驱动单元包括：
一开关单元，耦接该电压转换单元，接收该直流电压，并依据一比较结果决定是否输出该直流电压；
一分压单元，耦接该开关单元，对通过该开关单元所输出的该直流电压进行分压，从而输出该分压信号；以及
一比较单元，耦接该开关单元与该分压单元，比较该分压信号与该参考电压，从而控制该开关单元是否输出该直流电压。
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，其中该电压转换单元更包括：
一滤波电容，其第一端耦接该全桥整流器以接收该直流电压，其第二端则耦接至一接地电位。
3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该开关单元包括：
一第一电阻，其第一端耦接该滤波电容的第一端；
一第二电阻，其第一端耦接该第一电阻的第二端，其第二端则耦接至该接地电位；
一第一齐纳二极管，其阴极耦接该第一电阻的第二端，其阳极则耦接至该接地电位；
一第二齐纳二极管，其阴极耦接该第一电阻的第二端；
一光耦合器，其第一端耦接该第二齐纳二极管的阳极，其第二端与第三端耦接至该接地电位；
一第三电阻，其第一端耦接该光耦合器的第四端；
一第四电阻，其第一端耦接该第三电阻的第二端，其第二端则耦接该第一电阻的第一端；
一第一晶体管，其栅极耦接该第三电阻的第二端，其漏极耦接该第四电阻的第二端，其源极输出该直流电压；以及
一第五电阻，其第一端耦接该第一晶体管的源极，其第二端则耦接至该接地电位。
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，其中该分压单元包括：
一第六电阻，其第一端耦接该第一晶体管的源极；以及
一可变电阻，其第一端耦接该第六电阻的第二端，其第二端则耦接至该接地电位。
5.根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该比较单元包括：
一电容，其第一端耦接该可变电阻的第三端，其第二端则耦接该第一电阻的第二端；以及
一比较元件，内建有该参考电压，且其第一端耦接该可变电阻的第三端，其第二端耦接该电容的第二端，其第三端则耦接至该接地电位。
6.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该比较元件在该分压讯号的电压值大于该参考电压的电压值的条件下导通，且该比较元件在该分压讯号的电压值小于该参考电压的电压值的条件下截止。
7.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该驱动单元更包括：
一过压保护单元，耦接该开关单元，该过压保护单元在该开关单元所输出的该直流电压过压的条件下，强迫该开关单元停止输出该直流电压。
8.根据权利要求7所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该过压保护单元包括：
一第三齐纳二极管，其阴极耦接该第一晶体管的源极；
一第七电阻，其第一端耦接该第三齐纳二极管的阳极；
一第八电阻，其第一端耦接该第七电阻的第二端，其第二端则耦接至该接地电位；以及
一第二晶体管，其栅极耦接该第八电阻的第一端，其源极耦接至该接地电位，其漏极则耦接至该电容的第二端。
9.根据权利要求8所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该第一晶体管为一P型晶体管，该第二晶体管为一N型晶体管。
10.根据权利要求3所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，其中该驱动单元更包括：
一输出电容，其第一端耦接该第一晶体管的源极与该发光二极管的阳极，其第二端则耦接至该接地电位与该发光二极管的阴极。
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