CN2870364Y - 发光二极管驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种发光二极管驱动装置，驱动一发光二极管，包括：一能量转换组件，串联耦接于该发光二极管；一控制该发光二极管电流的切换开关，串联耦接于该发光二极管与该能量转换组件；一检测该发光二极管电流以及输出电流信号的第一电阻，串联耦接于该发光二极管；一控制电路，耦接于该发光二极管、该第一电阻及该切换开关；及一二极管，耦接于该能量转换组件与该发光二极管。利用本实用新型可有效控制发光二极管的亮度与色度。

Description

发光二极管驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管驱动装置，特别是涉及一种控制电路用以控制发光二极管的亮度的装置。

背景技术

发光组件例如发光二极管(light emission diode；LED)的发光效果，由流过发光二极管电流的大小决定。高电流流过发光二极管将获得高亮度的发光效果，反之，若是降低发光二极管电流，则发光二极管的亮度将相对的减弱。但持续提供高电流会缩短发光二极管的使用寿命，并且浪费许多电力。图1为现有发光二极管驱动电路的第一实施例。可调整的电压源10通过电阻器15，用以提供流过发光二极管20、21…25的发光二极管电流电流I_LED，并可由下面公式(1)得知：

$I_{\mathrm{LED}}=\frac{V_{10}-V_{F20}-V_{F21}-..-V_{F25}}{R_{15}}---\left(1\right)$

其中V_F20、V_F21…V_F25分别为发光二极管20、21…25的顺向压降；R₁₅为电阻器15的电阻值。

在第一实施例中，现有发光二极管驱动电路的主要缺点在于发光二极管20、21…25的顺向压降并不为固定值，会受到大量生产与温度的变异而影响发光二极管电流I_LED；同时电阻器15会造成电路的功率损失。

图2为现有发光二极管驱动电路的第二实施例。第二实施例中电压源30用以提供一固定电力给发光二极管20、21…25使用。而发光二极管20、21…25的发光效果，可由电流源35加以调整。然而，此种控制方式下，因为电压源30为高压，发光二极管20、21…25的压降为低压，因此电流源35会产生极大的功率损失。

发明内容

本实用新型所要解决的主要问题在于提供一种切换式的发光二极管驱动装置来控制一发光二极管的亮度。

为了实现上述问题，本实用新型提供了一种发光二极管驱动装置，其包括有一能量转换组件，能量转换组件串联耦接于该发光二极管，能量转换组件可为一电感器或一变压器；一切换开关串联耦接于该发光二极管与该能量转换组件，该切换开关用来控制一发光二极管电流；一第一电阻串联耦接于该发光二极管，该第一电阻检测该发光二极管电流，输出一电流信号到该控制电路；一控制电路耦接于该第一电阻、该发光二极管及该切换开关，撷取该电流信号并且从该发光二极管取得一电压信号，该控制电路根据该电压信号与该电流信号以输出一控制信号到切换开关；一二极管耦接于该能量转换组件与该发光二极管，该二极管通过该发光二极管，用以对该能量转换组件的存储能量进行放电。

该控制信号用来控制该切换开关与发光二极管电流，当该电流信号大于一第一临界值时，该切换开关截止。并且，当该电流信号小于一第二临界值时，该控制信号会再经过一可调整延迟时间，该切换开关导通。此外，该第一临界值根据该电压信号而变动。该电压信号的振幅值呈现发光二极管的顺向电压，而发光二极管的顺向电压与发光二极管的温度相关。因此，本实用新型调整发光二极管电流，用以补偿发光二极管随温度变化的色度(chromaticity)与流明度(luminosity)。

利用本实用新型可有效控制发光二极管的亮度与色度。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本实用新型的权利要求。而有关本实用新型的其它目的与优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。

附图说明

图1为现有发光二极管控制电路的第一实施例；

图2为现有发光二极管控制电路的第二实施例；

图3为本实用新型切换式的发光二极管驱动装置的电路示意图；

图4A与图4B为本实用新型流过发光二极管的电流波形示意图；

图5为本实用新型的控制电路的电路示意图；

图6为本实用新型的延迟电路的电路示意图；

图7为本实用新型的取样电路的电路示意图；

图8为本实用新型控制电路的信号波形示意图；及

图9为本实用新型的电流调整电路的电路示意图。

其中，附图标记：

电阻器15                    发光二极管电流I_LED

电压源30                    电流源35

能量转换组件50              发光二极管20～25

切换开关70                  发光二极管电流I_LED

第一电阻75                  电流信号V_S

控制信号V_G                 电压信号V_D

控制电路100                 第二电阻59

二极管55                    延迟时间T_D

控制电压V_CNT               电流I_LED波形60

第一临界值V_R的最大值65     第二临界值V_TH

与门180                     反相器131

触发器140                   延迟信号INH

致能信号V_F                 第二控制电路115

延迟电路200                 第一取样信号V_H1

第二取样信号V_H2            电流调整电路600

定电流I_R                   比较电路110

第一临界值V_R               取样电路300

定电流源250                 运算放大器210

晶体管220、230、231、270    电阻器205

电容器260                   反相器280

脉冲产生器350               第一脉冲SMP1

第二脉冲SMP2                第一延迟时间T_D1

第二延迟时间T_D2            切换开关310、311

电容器315、317              运算放大器610、611、615

电阻器620、621、59、650     电压源10

晶体管630～635              电流I₆₃₃、I₆₃₅

具体实施方式

请参阅图3，为本实用新型切换式的发光二极管驱动装置的电路示意图。本实用新型切换式的发光二极管驱动装置使用一能量转换组件50串联耦接于发光二极管20～25，能量转换组件50可为一变压器。一切换开关70串联耦接于发光二极管20～25与能量转换组件50，切换开关70用来控制流过发光二极管20～25的发光二极管电流I_LED。一第一电阻75耦接于该发光二极管20～25，该第一电阻75检测该发光二极管电流I_LED，输出一电流信号V_S到一控制电路100。控制电路100进一步耦接于该发光二极管25以接收一电压信号V_D，电压信号V_D即为发光二极管25的顺向电压。一二极管55耦接于能量转换组件50与发光二极管20～25。

当电流信号V_S高于控制电路100中的一第一临界值V_R时，切换开关70截止，而得以限制发光二极管电流I_LED。发光二极管电流I_LED的最大值可由下面公式(2)得的：

上述公式(2)中，L₅₀表示能量转换组件50的电感值；T_ON表示切换开关70的导通时间；V_F20、V_F21…V_F25分别为发光二极管20、21…25的顺向压降。

当切换开关70截止时，存储于能量转换组件50的能量会经由二极管55与发光二极管20～25而放电。在能量转换组件50的能量放电期间，控制电路100会同时检测该发光二极管25的顺向电压的值，根据发光二极管25的特性，发光二极管25的顺向电压与其温度成反比。因此，从发光二极管25检测到的电压信号V_D可以得知发光二极管25的温度。

请参阅图4A与图4B，为本实用新型发光二极管的电流波形示意图。其中，第一临界值V_R的最大值65限制了发光二极管电流I_LED波形60的峰值。当该电流信号V_S小于一第二临界值V_TH时，切换开关70会经过延迟时间T_D而被开启，用以建立发光二极管电流I_LED。第一临界值V_R的最大值65可决定发光二极管电流I_LED的平均值，因此，发光二极管电流I_LED的平均值受到控制，为一固定值，而不会随着能量转换组件50的电感值而改变。此外，延迟时间T_D可调整，用来调整发光二极管电流I_LED的振幅值与发光二极管20～25的发光亮度。

控制电路100撷取发光二极管电流I_LED，并且，从该发光二极管25取得电压信号V_D，同时，控制电路100根据该电压信号V_D与发光二极管25的工作电流I_LED以产生一控制信号V_G。控制信号V_G用来控制切换开关70的切换，进而调整发光二极管电流I_LED。为了保持发光二极管20～25的色度与流明度的稳定，发光二极管20～25必须考虑发光二极管20～25的温度的影响，而需随着温度调整发光二极管电流I_LED的大小。

本实用新型中，第一临界值V_R和电压信号V_D分别与发光二极管电流I_LED和温度相关。第一临界值V_R的变动根据电压信号V_D，第一临界值V_R的变动可以补偿发光二极管20～25的色度与流明度。另外，本实用新型为了适应各种发光二极管的特性，可进一步使用一第二电阻59耦接于该控制电路100，用以决定一调整斜率(slope)，该调整斜率表示第一临界值V_R的变化与该电压信号V_D的变化的相对关系。

请参考图5，为本实用新型的控制电路的电路示意图。在控制电路100中，当该电流信号V_S大于第一临界值V_R时，控制信号V_G会被停用，进而该切换开关70截止。在控制电路100中，当电流信号V_S小于一第二临界值V_TH，则控制信号V_G会被一致能信号V_F致能，进而控制该切换开关70导通。在控制电路100中，该电压信号V_D从发光二极管25取得。

在控制电路100中，一第一控制电路包括有一与门180、一反相器131及一触发器140，第一控制电路根据一延迟信号INH与该致能信号V_F用以输出该控制信号V_G。与门180的输出端耦接于触发器140，且该控制信号V_G从触发器140的输出端产生。一第二控制电路115耦接于触发器140，当电流信号V_S大于第一临界值V_R时，第二控制电路115即通过触发器140停用该控制信号V_G。

一延迟电路200通过反相器131耦接于与门180的第一输入端，延迟电路200在控制信号V_G停用状态下，输出一具有延迟时间T_D的延迟信号INH到该与门180的第一输入端。如此，控制信号V_G在延迟时间T_D这段期间内被停用。一取样电路300耦接于该发光二极管，该取样电路根据该电压信号V_D，用以输出一第一取样信号V_H1、一第二取样信号V_H2、一电流调整电路600耦接于取样电路300与一定电流I_R，电流调整电路600接收第一取样信号V_H1、第二取样信号V_H2及定电流I_R，用以调整第一临界值V_R的振幅值。一比较电路110耦接于与门180的第二输入端，于该电流信号V_S小于第二临界值V_TH时，用以输出致能信号V_F，该致能信号V_F耦接于与门180的第二输入端，可以致能该控制信号V_G。

请参考图6，为本实用新型的延迟电路的电路示意图。在延迟电路200中，一定电流源250耦接于控制电路100的输入端IN，控制电路100通过该输入端IN耦接于一电阻器(未标示)的一端，该电阻器的另一端可以耦接到一接地参考端，或是该输入端IN也可耦接于一控制电压V_CNT，以用来调整延迟时间T_D，进而控制发光二极管20～25的亮度。

一电压/电流转换电路包括有一运算放大器210、一电阻器205及一晶体管220、230、231。电压/电流转换电路根据耦接于输入端IN的电阻器上的电压而于晶体管231上产生一充电电流。延迟电路200中还使用一电容器260耦接于晶体管231与一晶体管270，该晶体管270受控于控制信号V_G。当控制信号V_G停用使得晶体管270截止时，晶体管231上产生的充电电流立即对该电容器260充电，然而当晶体管270导通时，电容器260上的电压即通过晶体管270进行放电。一反相器280的输入端耦接于电容器260，反相器280根据电容器260上建立的电压而于输出端产生该延迟信号INH。

请参考图7，为本实用新型的取样电路的电路示意图。在取样电路300中，一脉冲产生器350根据控制信号V_G的停用与电流信号V_S用以产生一第一脉冲SMP1与一第二脉冲SMP2。配合图8，为本实用新型控制电路的信号波形示意图。其中，第一脉冲SMP1于控制信号V_G停用后经过一第一延迟时间T_D1而产生，该第一延迟时间T_D1可以确保在致能第一脉冲SMP1之前，电压信号V_D是稳定状态。第二脉冲SMP2于电流信号V_S下降到零值之前产生，而第二延迟时间T_D2可以确保电流信号V_S下降到零值的前时，产生第二脉冲SMP2。第一脉冲SMP1与第二脉冲SMP2分别控制切换开关310、311的导通或截止。切换开关310、311分别对电压信号V_D进行取样，而分别在电容器315、317上建立第一取样信号V_H1与第二取样信号V_H2因此，第一取样信号V_H1与一第二取样信号V_H2，系根据流过发光二极管20～25的一第一电流与一第二电流，而分别表示发光二极管20～25的一第一顺向电压V1与一第二顺向电压V2。

请参考图9，为本实用新型的电流调整电路的电路示意图。电流调整电路600中，一差动电路包括有运算放大器610、611与电阻器620、621。差动电路接收第一取样信号V_H1与第二取样信号V_H2，并且于差动电路的输出端输出一电压差值。差动电路的输出端即运算放大器610的输出端耦接于一运算放大器615的输入端。运算放大器615、晶体管630～635及电阻器650形成另一电压/电流转换电路。该另一电压/电流转换电路根据电压差值与第二电阻器59的电阻值而产生电流I₆₃₃、I₆₃。电阻器650耦接于定电流I_R、电流I₆₃₃及I₆₃₅，而产生第一临界值V_R。通过调整电流I₆₃₃、I₆₃₅的电流值可以有效的调整第一临界值V_R的值。

根据上述说明得知，第一取样信号V_H1与一第二取样信号V_H2根据流过发光二极管20～25的一第一电流与一第二电流而分别表示发光二极管20～25的第一顺向电压V1与第二顺向电压V2。

第一顺向电压V1与第二顺向电压V2对应于第一发光二极管电流I₁与第二发光二极管电流I₂，第一发光二极管电流I₁与第二发光二极管电流I₂分别可由下面公式(3)、(4)得的：

I₁＝I_O×e^V1/VT                (3)

I₂＝I_O×e^V2/VT                (4)

在公式(3)、(4)中，VT可由公式(5)得的：

$\mathrm{VT}=\frac{k\×\mathrm{Temp}}{q}---\left(5\right)$

在公式(5)中，Temp可由公式(6)得的：

$\mathrm{Temp}=\frac{q}{k}\×\frac{V1-V2}{\mathrm{in}\left(\frac{I_1}{I_2}\right)}---\left(6\right)$

上述公式(3)到(6)中，k为保尔兹曼常数(Boltzmann’s constant)；q为电子电荷量；Temp为绝对温度；Io为二极管的逆向饱和电流。

综上所述，本实用新型发光二极管驱动装置利用电压信号V_D可以精确的取得发光二极管20～25的温度，并且利用温度来调整发光二极管电流，以补偿发光二极管20～25的色度与流明度。

上述仅为本实用新型最佳实施例的详细说明与附图，任何本领域的普通技术人员在本实用新型的领域内，当可做略微变化或修改，皆可涵盖在以下本案的专利范围。

Claims (4)

1、一种发光二极管驱动装置，驱动一发光二极管，其特征在于，包括：

一能量转换组件，串联耦接于该发光二极管；

一控制该发光二极管电流的切换开关，串联耦接于该发光二极管与该能量转换组件；

一检测该发光二极管电流以及输出电流信号的第一电阻，串联耦接于该发光二极管；

一控制电路，耦接于该发光二极管、该第一电阻及该切换开关；及

一二极管，耦接于该能量转换组件与该发光二极管。

2、如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，进一步包括一第二电阻，该第二电阻耦接于该控制电路。

3、如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该控制电路包括：

一第一控制电路，包括一与门、一反相器与一触发器，该反相器耦接于该与门的一第一输入端，该与门的输出端耦接于该触发器；

一延迟电路，耦接于该反相器；

一比较电路，耦接于该与门的一第二输入端；

一第二控制电路，耦接于该触发器；及

一取样电路，耦接于该发光二极管与该切换开关。

4、如权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该控制电路包括：

一第一控制电路，包括一与门、一反相器与一触发器，该反相器耦接于该与门的一第一输入端，该与门的输出端耦接于该触发器；

一延迟电路，耦接于该反相器；

一比较电路，耦接于该与门的一第二输入端；

一第二控制电路，耦接于该触发器；及

一取样电路，耦接于该发光二极管与该切换开关。

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