CN202696966U - 无损失转换驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无损失转换驱动装置，其包括有一取样电路电性连接一输入电压及一发光二极管负载，以根据一线性跨压的产生，使比流器据此决定是否输出一取样电流；一可调式电阻组则接收此取样电流并产生一控制电压至一责任周期为0～100％的脉波宽度调变电路，使其可根据控制电压来控制一开关元件的导通与截止，进而控制发光二极管负载的工作电流。本实用新型通过0～100％的脉波宽度调变电路来达成几乎无损耗的产生，并利用可调式电阻组来达到调整控制电压的效果。

Description

无损失转换驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种驱动装置，特别是关于一种应用于发光二极管驱动的无损失转换驱动装置。

背景技术

因发光二极管为单向导电元件，且为保证发光二极管元件的可靠性，驱动发光二极管的电流必须低于发光二极管额定值的要求，因此当发光二极管（LED）应用于照明与背光源领域时，需要对其驱动在固定电流下，以避免驱动电流超出最大额定值，影响发光二极管可靠度，故目前是通过具有脉波宽度调变模块（PWM）的驱动电路来驱动发光二极管。

如图1所示，现有的发光二极管驱动装置的基本组成大多是利用脉波宽度调变（PWM）电路10搭配晶体管开关元件12以及电感L1、电容C1、电阻Rs、R7～R8等被动元件，以利用OP放大器14产生的电压差来推动脉波宽度调变电路10输出调变控制信号，并藉此来切换耦接于发光二极管串列LED1～LEDn的晶体管开关元件12的导通或截止；调变控制信号可以使流过发光二极管串列LED1～LEDn的电流保持在额定值，并利用其责任周期（Duty Cycle）比例来调节流经发光二极管串列LED1～LEDn的电流。然而，此类驱动装置通常使用的脉波宽度调变电路10具有限流的设计，使其责任周期控制在大约98%以下，以避免过高的责任周期导致晶体管开关元件12损毁。另一方面，若因加工差异或其他因素而需调整线性跨压Vs时，则仅能再并联一个电阻R0来调整，相当麻烦。

因此，本实用新型遂针对上述困扰，提出一种无损失转换驱动装置，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无损失转换驱动装置，其通过责任周期0～100％的脉波宽度调变电路来使开关元件得以100%导通，进而使输入电压与发光二极管电压相当而几乎无损耗产生，以达到有效的定电流控制效益。

本实用新型的另一目的在于提供一种可微调整控制电压的无损失转换驱动装置。

为达到上述目的，本实用新型提出一种无损失转换驱动装置，主要包括有：一发光二极管负载，连接并接收一输入电压；一开关元件，电性连接至发光二极管负载；一取样电路，电性连接输入电压及发光二极管负载，以取样此发光二极管负载与输入电压间产生的线性跨压，并产生一取样电流；一比流器，电性连接取样电路，以根据线性跨压来决定是否输出取样电流；一可调式电阻组，电性连接该比流器，以根据该取样电流产生一控制电压；以及一脉波宽度调变电路，其责任周期为0～100％，该脉波宽度调变电路电性连接该比流器、该可调式电阻组及该开关元件，以根据该控制电压，控制该开关元件的导通与截止。

本实用新型提出的无损失转换驱动装置，其中，该发光二极管负载更包括一发光二极管串列，该发光二级管串列并联一输出电容以及串接一储能电感，以及一第一整流二极管跨接于该发光二极管串列以及该储能电感与该开关元件间。

本实用新型提出的无损失转换驱动装置，其中，该取样电路及该比流器为一电流镜电路。

本实用新型提出的无损失转换驱动装置，其中，该开关元件为NMOS晶体管元件。

本实用新型提出的无损失转换驱动装置，其中，该取样电路具有一跨压电阻，该跨压电阻二端分别连接该输入电压及该发光二极管负载，该跨压电阻于压差发生时会对应产生该线性跨压，且使该取样电路输出该取样电流。

本实用新型提出的无损失转换驱动装置，其中，该比流器更包括：

一运算放大器，连接该取样电路；以及

一晶体管，其基极连接该运算放大器的输出端，集极连接该取样电路，以及射极连接该可调式电阻组，该运算放大器根据该线性跨压来控制该晶体管导通与否。

本实用新型提出的无损失转换驱动装置，其中，该可调式电阻组更包括：

一第一电阻，连接该比流器；

一第二电阻，其一端连接该比流器及该第一电阻，另一端连接该脉波宽度调变电路；

一可变电阻，连接该第一电阻及一接地端，以利用该取样电流，使该第一电阻及该可变电阻产生该控制电压回馈至该脉波宽度调变电路。

与现有技术相比，本实用新型提出的为一种可调整控制电压的无损失转换驱动装置，且其利用责任周期0～100％的脉波宽度调变电路令开关元件得以100%导通，进而使输入电压与发光二极管电压相当而几乎无损耗产生，故可达到有效的定电流控制效益。

附图说明

图1为现有发光二极管电流驱动装置的电路示意图。

图2为本实用新型的电路示意图。

附图标记说明：10-脉波宽度调变（PWM）电路；12-晶体管开关元件；14-OP放大器；20-发光二极管负载；22-开关元件；24-取样电路；26-比流器；28-可调式电阻组；30-脉波宽度调变电路；C1-电容；D1-整流二极管；I-取样电流；L-储能电感；L1-电感；LED1～LEDn-发光二极管串列；OP-运算放大器；Q-晶体管；R0、R5～R8-电阻；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；Rs-跨压电阻；Rv-可变电阻；Vin-输入电压；VL-控制电压；Vs-线性跨压。

具体实施方式

首先，请参阅图2的无损失转换驱动装置的电路示意图，如图所示，此无损失转换驱动装置主要包括有一发光二极管负载20、一开关元件22、一取样电路24、一比流器26一可调式电阻组28以及一责任周期为0～100％的脉波宽度调变电路30。此发光二极管负载20连接并接收一输入电压Vin，另一端则电性连接一开关元件22，此开关元件22可为NMOS晶体管元件，例如N型金氧半导体场效晶体管（NMOSFET）；取样电路24电性连接输入电压Vin及发光二极管负载20，以根据发光二极管负载20的工作电压与输入电压Vin的压差产生一线性跨压Vs，并产生一取样电流I；比流器26电性连接输入电压Vin及前述取样电路24，以根据此线性跨压Vs决定是否输出取样电流I；一可调式电阻组28电性连接比流器26及脉波宽度调变电路30，以根据取样电流I产生一控制电压VL至脉波宽度调变电路30，其中取样电路24及比流器26为一电流镜电路（current mirror circuit）；此脉波宽度调变电路30电性连接可调式电阻组28及开关元件22，以根据接收到的控制电压VL来控制开关元件22的导通与截止。

具体而言，在本实施例所示的图2中，上述发光二极管负载20更包括一发光二极管串列LED1～LEDn，其并联一输出电容C1以及串接一储能电感L，并有一整流二极管D1跨接于取样电路24的跨压电阻Rs以及储能电感L与开关元件22之间。在取样电路24中的跨压电阻Rs具有第一端A及第二端B，跨压电阻Rs的第一端A电性连接输入电压Vin，跨压电阻Rs的第二端B则电性连接至发光二极管负载20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Vs，一第三电阻R3电性连接跨压电阻Rs的第一端A以及比流器26中的一运算放大器OP的正极，一第四电阻R4电性连接跨压电阻Rs的第二端B以及运算放大器OP之负极。在比流器26中之晶体管Q系为PNP晶体管，其基极连接运算放大器OP的输出端，集极连接至该第三电阻R3，以接收取样电流I，射极连接至可调式电阻组28。在可调式电阻组28中，第一电阻R1一端连接至比流器26的晶体管Q，另一端则连接至一可变电阻Rv，可变电阻Rv的另一端则连接至接地端，以及一第二电阻R2的一端连接至晶体管Q与该第一电阻R1，另一端则连接至脉波宽度调变电路30，使第一电阻R1及可变电阻Rv可根据取样电流I产生控制电压VL回馈至脉波宽度调变电路30，进而藉此控制开关元件22的作动。

当然，为了加工差异或其他因素而需调整控制电压VL时，可轻易藉由可变电阻Rv来调整至所需的电阻值，相当便利。

继续参考图2所示，当跨压电阻Rs的线性跨压Vs产生时，取样电路24亦会产生取样变流I﹦Vs/R3，此时因为有线性跨压Vs的产生，使运算放大器OP产生输出使晶体管Q导通，此时取样电流I得以通过晶体管Q而流至可调式电阻组28；取样电流I流经第一电阻R1及可变电阻Rv而产生控制电压VL，此控制电压即提供给脉波宽度调变电路30，其具体关系如下：

VL=I*(R1+Rv)=(Vs/R3)*(R1+Rv)

此即表示控制电压VL与第一电阻R1和可变电阻Rv呈线性关系；此时，脉波宽度调变电路30根据接收到的控制电压VL来控制开关元件22开启程度。由于脉波宽度调变电路30具有0～100％的责任周期，当责任周期为100%时，会使得输入电压Vin与发光二极管工作电压VLED相当而几乎无线性跨压Vs产生，故此时可视为几乎无损耗产生。对比流器26及可调式电阻组28而言，可侦测取样电流I来进行定电流控制，且控制电压VL可进一步控制驱动脉波宽度调变电路30输出的责任周期；当线性跨压Vs较大时，产生较大的控制变压VL，进而控制脉波宽度调变电路30将晶体管Q的开启脉宽调高，以提高发光二极管负载20的工作电流，且脉波宽度调变电路30最高可输出为100%的责任周期。

综上所述，本实用新型为一种可调整控制电压的无损失转换驱动装置，且其藉由责任周期0～100％的脉波宽度调变电路令开关元件得以100%导通，进而使输入电压与发光二极管电压相当而几乎无损耗产生，故可达到有效的定电流控制效益。

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 (7)

1.一种无损失转换驱动装置，其特征在于，包括：

一发光二极管负载，连接并接收一输入电压；

一开关元件，电性连接该发光二极管负载；

一取样电路，电性连接该输入电压及该发光二极管负载，以根据该发光二极管负载的工作电压与该输入电压的压差产生一线性跨压，并产生一取样电流；

一比流器，电性连接该取样电路，以根据该线性跨压，决定是否输出该取样电流；

一可调式电阻组，电性连接该比流器，以根据该取样电流产生一控制电压；以及

一脉波宽度调变电路，其责任周期为0～100％，该脉波宽度调变电路电性连接该比流器、该可调式电阻组及该开关元件，以根据该控制电压，控制该开关元件的导通与截止。

2.根据权利要求1所述的无损失转换驱动装置，其特征在于，该发光二极管负载更包括一发光二极管串列，该发光二级管串列并联一输出电容以及串接一储能电感，以及一第一整流二极管跨接于该发光二极管串列以及该储能电感与该开关元件间。

3.根据权利要求1所述的无损失转换驱动装置，其特征在于，该取样电路及该比流器为一电流镜电路。

4.根据权利要求1所述的无损失转换驱动装置，其特征在于，该开关元件为NMOS晶体管元件。

5.根据权利要求1所述的无损失转换驱动装置，其特征在于，该取样电路具有一跨压电阻，该跨压电阻二端分别连接该输入电压及该发光二极管负载，该跨压电阻于压差发生时会对应产生该线性跨压，且使该取样电路输出该取样电流。

6.根据权利要求5所述的无损失转换驱动装置，其特征在于，该比流器更包括：

一运算放大器，连接该取样电路；以及

一晶体管，其基极连接该运算放大器的输出端，集极连接该取样电路，以及射极连接该可调式电阻组，该运算放大器根据该线性跨压来控制该晶体管导通与否。

7.根据权利要求1所述的无损失转换驱动装置，其特征在于，该可调式电阻组更包括：

一第一电阻，连接该比流器；

一第二电阻，其一端连接该比流器及该第一电阻，另一端连接该脉波宽度调变电路；

一可变电阻，连接该第一电阻及一接地端，以利用该取样电流，使该第一电阻及该可变电阻产生该控制电压回馈至该脉波宽度调变电路。

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