CN202617429U

CN202617429U - 定电流驱动装置

Info

Publication number: CN202617429U
Application number: CN 201220216022
Authority: CN
Inventors: 廖源成
Original assignee: HAWYANG SEMICONDUCTOR CORP
Current assignee: HAWYANG SEMICONDUCTOR CORP
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-14

Abstract

本实用新型公开一种定电流驱动装置，其主要包括有电流监控电路，所述电流监控电路电性连接输入电源及发光二极管负载，以根据线性跨压对应导通至接地或截止产生开路；并有驱动产生电路，电性连接输入电源及电流监控电路，以根据电流监控电路的开路而导通产生控制电压至脉波宽度调变电路，使脉波宽度调变电路根据控制电压来控制连接发光二极管负载的开关元件的导通与截止，进而藉此达到定电流的目的。本实用新型不但可适用于高电压，更可利用最少的功率，达到最佳的定电流控制效益。

Description

定电流驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管驱动装置，特别涉及一种应用于发光二极管驱动的定电流驱动装置。

背景技术

由于发光二极管（LED）具有轻薄短小、省电、色彩饱和度佳、寿命长等优点，使其广泛地应用于照明与背光源领域中。由于发光二极管为单向导电元件，故须使用直流驱动，且发光二极管的亮度与电流成比例但并非线性关系，因此大部份原始电源，例如：交流市电或电池等，需通过驱动电路对发光二极管供电。

发光二极管驱动方式有两种，一种是电压驱动方式，另一种是电流驱动方式。由于各家厂商所制造出来的发光二极管有所差异，使其电特性会相对有差异，亦即发光二极管的顺向导通电压存在有不一致性，所以对发光二极管最好的驱动方式是采用电流驱动控制。再者，由于发光二极管的操作特性，在过大的电压驱动下，一瞬间会流过远超过半导体界面所能负荷的电流密度，所以只要有些微的偏压变化就容易造成操作电流的大幅改变，进而导致发光二极管受损或是完全烧毁，故发光二极管必须以定电流驱动。

现有的定电流驱动装置大多是利用脉波宽度调变模块（PWM）搭配开关元件以及电感、电容、电阻等被动元件，以利用脉波宽度调变模块所输出的调变控制信号来切换耦接于发光二极管串列的开关元件的导通或截止。然而，此类驱动装置通常需要一定程度以上的功率来进行定电流的控制，除此之外，也仅适用于低电压的驱动，无法适用于高电压驱动。

因此，本实用新型针对上述困扰，提出一种发光二极管串列的定电流驱动装置，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种定电流驱动装置，利用非隔离式的定电流控制技术，以便利用最少的功率，达到最佳的定电流控制效益。

本实用新型的另一目的在于提供一种可有效适用于高电压驱动的定电流驱动装置。

本实用新型提出的定电流驱动装置，包括发光二极管负载，接收输入电源；开关元件，电性连接发光二极管负载；电流监控电路，电性连接输入电源及发光二极管负载，以根据线性跨压对应导通至接地或是截止产生开路；驱动产生电路，电性连接输入电源及电流监控电路，并根据电流监控电路的开路而导通产生控制电压；脉波宽度调变电路，电性连接所述驱动产生电路及所述开关元件，以根据控制电压来控制开关元件的导通与截止。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述电流监控电路及驱动产生电路为电流镜电路。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述发光二极管负载更包括发光二极管串列，所述发光二级管串列并联一输出电容以及串接一储能电感，以及第一整流二极管跨接于所述发光二极管串列及所述储能电感与所述开关元件。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述开关元件为MOS三极管元件。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述电流监控电路更包括：

储能电容，连接所述输入电源及第一节点；

箝位电阻，连接所述第一节点及接地端；

稽纳二极管，连接所述输入电源及所述第一节点；

跨压电阻，具有第一端及第二端，所述第一端连接所述输入电源，所述第二端连接所述发光二极管负载，所述跨压电阻于压差发生时会对应产生线性跨压；

偏置电阻，电性连接所述跨压电阻的第一端；

比较器，其正极与负极分别电性连接所述跨压电阻的第二端与所述跨压电阻；以及

第一三极管，其基极连接所述比较器的输出端，集电极连接所述偏置电阻的第二端，以及发射极连接所述驱动产生电路，以根据所述比较器的输出使所述第一三极管对应导通至接地或是截止产生开路。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述驱动产生电路更包括︰

第二整流二极管，顺向连接于所述偏置电阻；

第一电阻，连接所述第一三极管的发射极及所述第一节点；

第二电阻，连接第二节点以及所述接地端；

第三电阻，连接所述第二节点以及所述脉波宽度调变电路；以及

第二三极管，其基极连接所述第一三极管的发射极及所述第一电阻，所述第二三极管的发射极连接所述第二整流二极管，所述第二三极管的集电极则连接至所述第二节点，并根据所述电流监控电路的第一三极管开路而导通产生一控制电压至所述脉波宽度调变电路。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述第一三极管为NPN三极管，且所述第二三极管为PNP三极管。

本实用新型提出的定电流驱动装置，其中，所述驱动产生电路更包括一可变电阻，所述可变电阻连接所述第二节点及所述第二电阻，以调整控制电压的大小。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型提出的定电流驱动装置利用线性跨压来控制补偿，并利用最少的功率来达到最佳的定电流控制效益。另外，本实用新型可有效适用于高电压驱动，因此可广泛应用于不同输入电源的发光二极管串列。

附图说明

图1为本实用新型的定电流驱动装置的电路示意图。

图2为本实用新型增设有可变电阻的电路示意图。

附图标记说明：10-发光二极管负载；12-开关元件；14-电流监控电路；16-驱动产生电路；18-脉波宽度调变电路；C1-输出电容；C2、C4-电容；C 3-储能电容；D1-第一整流二极管；D2-第二整流二极管；D 3、D4-稽纳二极管；LED1～LEDN-发光二极管串列；L1-储能电感；M-第一节点；N-第二节点；OP-比较器；PWM-控制晶片；Q1-第一三极管；Q2-第二三极管；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R 3-第三电阻；R4、R5-电阻；Rc-箝位电阻；Rs-跨压电阻；A-第一端；B-第二端；Rg-偏置电阻；Rv-可变电阻；V i n-输入电源；VL-控制电压；V s-线性跨压。

具体实施方式

本实用新型为一种非隔离式的定电流控制技术，且所提出的发光二极管负载的定电流驱动装置更可适用于高电压驱动，亦即输入电源可为高电压电压，其提供30伏特至600伏特的高电压，下面通过详细电路来说明本实用新型的技术特征。

首先，请参阅图1的定电流驱动装置的电路示意图，如图所示，此定电流驱动装置主要包括有一发光二极管负载10、开关元件12、电流监控电路14、驱动产生电路16以及脉波宽度调变电路18。此发光二极管负载10系接收输入电源Vin，另一端则电性连接开关元件12，此开关元件12可为MOS三极管元件，例如金氧半导体场效三极管（MOSFET）；电流监控电路14电性连接输入电源Vin及发光二极管负载10，以根据线性跨压Vs对应导通至接地或是截止产生开路；驱动产生电路16电性连接输入电源Vin及前述电流监控电路14，并根据电流监控电路14的开路而对应导通产生一控制电压VL至脉波宽度调变电路18，其中电流监控电路14及驱动产生电路16为电流镜电路（current mirror circuit）；此脉波宽度调变电路18电性连接驱动产生电路16及开关元件12，以根据接收到的控制电压，进而控制开关元件12的导通与截止。

详言之，在本实施中，上述发光二极管负载10更包括一发光二极管串列LED1～LEDN，其并联输出电容C1以及串接储能电感L1，并有第一整流二极管D1跨接于电流监控电路14的跨压电阻Rs以及储能电感L1与开关元件12。电流监控电路14更包括储能电容C3电性连接至输入电源Vin及第一节点M，箝位电阻电性连接至第一节点及一接地端，稽纳二极管（Zener diode）D3电性连接输入电源Vin及第一节点M，以稳定电压；跨压电阻Rs具有第一端A及第二端B，跨压电阻Rs的第一端A电性连接输入电源Vin，跨压电阻Rs的第二端B则电性连接至发光二极管负载10的发光二极管串列LED1～LEDN，此跨压电阻Rs是于压差发生时会对应产生线性跨压；偏置电阻Rg电性连接跨压电阻Rs的第一端A以及比较器OP的负极；此比较器OP的正极则电性连接至跨压电阻Rs的第二端B；另有第一三极管Q1，例如NPN三极管，其基极B连接比较器OP的输出端，集电极C连接偏置电阻Rg的第二端B，以及发射极E连接驱动产生电路16的第二三极管Q2与第一电阻R1，以根据比较器OP的输出使第一三极管Q1对应导通至接地或是截止产生开路。驱动产生电路16更包括第二整流二极管D2，顺向连接于偏置电阻Rg及第二三极管Q2的发射极E，此第二三极管Q2为PNP三极管，其基极B连接第一三极管的发射极E及第一电阻R1，第二三极管Q2的集电极C则连接至第二节点N；第一电阻R1一端连接第一三极管Q1的射极及第二三极管Q2的基极之外，另一端连接至第一节点M；第二电阻R2连接第二节点N以及接地端；另有第三电阻R 3连接第二节点N以及脉波宽度调变电路18；此驱动产生电路16的第二三极管Q2根据电流监控电路14的第一三极管Q1开路，且因第一电阻R1所提供的微小电流而导通产生控制电压VL至脉波宽度调变电路18，使脉波宽度调变电路18可控制开关元件12导通，进而使流经发光二极管负载10的电流经过开关元件112及电阻R5到达接地端。

继续参考图1所示，根据跨压电阻Rs的线性跨压Vs，比较器OP的正端电压大于负端时，比较器OP产生正输出使第一三极管Q1导通，此时第二三极管Q2仍保持截止，输入电流I通过第一电阻R1及箝位电阻Rc导通至接地；此时，开关元件12保持截止（off）状态，发光二极管串列LED1～LEDN的电流I LED会在由发光二极管串列LED1～LEDN、储能电感L1、第一整流二极管D1及跨压电阻Rs所形成的回路中循环，如路径P1所示。当跨压电阻Rs的线性跨压产生变化时，比较器OP的正端电压小于负端时，比较器OP的负输出使第一三极管Q1截止产生开路，使第二三极管Q2因为第一电阻R1所提供的微小电流而导通，此时输入电流I流经第二电阻R2而产生控制电压VL，以提供给脉波宽度调变电路18，其具体关系如下：

VL=I*R2=(Vs/RG)*R2

此即表示控制电压VL与第二电阻R2呈线性关系；此时，脉波宽度调变电路18根据接收到的控制电压VL来控制开关元件12导通（on），进而使流经发光二极管串列LED1～LEDN的电流I LED会依序经过开关元件12及电阻R5到达接地端，如路径P2所示；其中流经发光二极管串列LED1～LEDN和储能电感L1的电流I LED会随时间逐渐增加，进而使跨压电阻Rs的第二端电压高于第一端电压，即比较器OP的正极电压大于负极时，使第一三极管Q1导通，第二三极管Q2仍保持截止，如上所述，此时因脉波宽度调变电路18无接收到控制电压VL推动，进而使开关元件12截止，则电流ILED回复至路径P1的回路传送，如此，即可根据线性跨压Vs的变化调整发光二极管串列LED1～LEDN的电流ILED的大小，故可有效控制输入电源Vin，达到并维持定电流的作用。

另外，在本实施例中，脉波宽度调变电路18如图所示包含有稽纳二极管D4、控制晶片PWM、电容C4以及电阻R4、R5等元件，此部份的电路结构为现有技术，故于此不再赘述。

除了图1所示的实施例之外，由于输入电源Vin的不同，所需的控制电压亦相对有所不同，由上述关系式可知道控制电压VL与第二电阻R2呈正比线性关系，因此可利用调整第二电阻R2的阻值来达成；除此之外，亦可如图2所示，于第二节点N与第二电阻R2之间增设有一可变电阻Rv，以藉此根据不同电压需求来调整可变电阻Vs的大小，进而调整控制电压VL的电压大小；其余结构及作动则与第1图相同，亦不在此赘述。

由于本新型是利用线性跨压来控制补偿，并利用最少的功率来达到最佳的定电流控制效益。再者，因本新型可有效适用于高电压驱动，因此可广泛应用于不同输入电源的发光二极管串列。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种定电流驱动装置，其特征在于，包括：

发光二极管负载，接收输入电源；

开关元件，电性连接所述发光二极管负载；

电流监控电路，电性连接所述输入电源及所述发光二极管负载，以根据线性跨压对应导通至接地或是截止产生开路；

驱动产生电路，电性连接所述输入电源及所述电流监控电路，并根据所述电流监控电路的开路而导通产生控制电压；以及

脉波宽度调变电路，电性连接所述驱动产生电路及所述开关元件，以根据控制电压，控制所述开关元件的导通与截止。

2.根据权利要求1所述的定电流驱动装置，其特征在于，所述电流监控电路及驱动产生电路为电流镜电路。

3.根据权利要求1所述的定电流驱动装置，其特征在于，所述发光二极管负载更包括发光二极管串列，所述发光二级管串列并联一输出电容以及串接一储能电感，以及第一整流二极管跨接于所述发光二极管串列及所述储能电感与所述开关元件。

4.根据权利要求1所述的定电流驱动装置，其特征在于，所述开关元件为MOS三极管元件。

5.根据权利要求1所述的定电流驱动装置，其特征在于，所述电流监控电路更包括：