CN2870365Y - 发光二极管驱动装置 - Google Patents

Abstract

本新型公开了一种发光二极管驱动装置，用以控制发光二极管的亮度。本新型包括一能量转换组件与一切换开关串联耦接于发光二极管，用来控制调整发光二极管电流。一二极管并联耦接于该能量转换组件，二极管具有飞轮作用，将储存在能量转换组件上的能量经过发光二极管进行放电。一控制电路根据能量转换组件产生的一反射信号与发光二极管电流，用以输出一控制信号控制切换开关。反射信号的振幅值与发光二极管的温度相关，可以用来调整发光二极管电流。因此，发光二极管的温度可以调整发光二极管电流。

Description

发光二极管驱动装置

技术领域

本新型涉及一种发光二极管驱动装置，尤其涉及一种控制电路用以控制发光二极管的光亮度的装置。

背景技术

发光组件，如发光二极管(light emission diode；LED)的发光效果，是由流过发光二极管电流的大小而定，高电流流过发光二极管将获得高光亮度的发光效果，反之，若是减少流过发光二极管电流，则发光二极管的光亮度将相对的减弱。但持续提供高电流会减少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该些发光二极管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。

实用新型内容

本新型所要解决的技术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光亮度。

本新型的发光二极管驱动装置包括有一能量转换组件，能量转换组件具有一第一线圈，是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的第一线圈，该切换开关用来控制该发光二极管电流；一第一电阻串联耦接于该切换开关，该第一电阻检测该发光二极管电流，并输出一电流信号；一控制电路耦接于该能量转换组件的一第二线圈、该第一电阻及该切换开关，该控制电路从该能量转换组件取得一反射信号与从该第一电阻取得电流信号，用以输出一控制信号到该切换开关；一二极管并联耦接于该能量转换组件与该发光二极管，通过该发光二极管，用以对该能量转换组件的储存能量进行放电。

该控制信号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。当该能量转换组件的储存能量完全放电，再经过一可调整延迟时间后，该切换开关导通。此外，该第一临界值是根据该能量转换组件的该反射信号而变动。该反射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，本新型是以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)与亮度(luminosity)。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

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为本新型流过发光二极管的电流波形示意图；

图5为本新型的控制电路的电路示意图；

图6为本新型的延迟电路的电路示意图；

图7为本新型的取样电路的电路示意图；

图8为本新型控制电路的信号波形示意图；

图9为本新型的监视定时器的电路示意图；及

图10为本新型的电流调整电路的电路示意图。

其中，附图标记：

现有技术：

20、21…25：发光二极管        10：电压源

15：电阻器                    35：电流源

30：电压源

发光二极管电流I_LED

本新型：

50：能量转换组件              20~25：发光二极管

70：切换开关                  75：第一电阻

100：控制电路                 57、58：电阻器

55：二极管                    60：电流I_LED波形

65：第一临界值V_R的最大值     131：反相器

140：触发器                   115：第二电路

180：与门                     200：延迟电路

600：调整电路                 500：监视定时器

110：比较电路                 300：取样电路

250：定电流源                 210：操作放大器

205：电阻器                   59：第二电阻

220、230、231、270：晶体管    260：电容器

280：反相器                   350：脉冲产生器

310、311：切换开关            315、317：电容器

316：晶体管                   320：比较电路

562：电容器                   561：晶体管

560：电流源                   525：反相器

531、532：电阻器              510：定时器

520：反相器                   580：与门

610、611：操作放大器          620、621：电阻器

615：操作放大器               630~635：晶体管

650：电阻器

第一线圈N₁           第二线圈N₂

发光二极管电流I_LED    电流信号V_S

控制信号V_G           反射信号V_D

电源V_CC              控制电压V_CNT

第二临界值V_TH        延迟信号INH

致能信号V_F           第一取样信号V_H1

第二取样信号V_H2      过电压信号OVP

定电流I_R             第一脉冲SMP1

第二脉冲SMP2          第一延迟时间T_D1

第一临界值V_R         重置信号RST

致能信号V_F           第二延迟时间T_D2

电流I₆₃₃、I₆₃₅

具体实施方式

如图3所示，为本新型切换式的发光二极管驱动装置的电路示意图。本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的一第一线圈N₁串联耦接于发光二极管20~25，该第一线圈N₁为一电感器，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的第一线圈N₁，切换开关70用来控制发光二极管电流I_LED。一第一电阻75串联耦接于该切换开关70，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。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)得知：

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。

控制电路100还通过电阻器57、58耦接到能量转换组件50的一第二线圈N₂，用以接收一反射信号V_D。一二极管55并联耦接于该能量转换组件50与发光二极管20~25。当切换开关70截止时，储存在能量转换组件50上的能量，会经过发光二极管20~25与二极管55进行放电。在切换开关70截止期间，发光二极管20~25的顺向电压会从能量转换组件50的第一线圈N₁反射到能量转换组件50的第二线圈N₂。

因此，能量转换组件50的第二线圈N₂所得到的反射信号V_D可以呈现出发光二极管20~25的顺向电压。在此，发光二极管20~25的顺向电压与发光二极管20~25的温度相关，当顺向电压减小则温度增高，反之，顺向电压增大则温度下降。因此，反射信号V_D可以呈现出发光二极管20~25的温度的变化。此外，当储存在能量转换组件50上的能量已经完全放电后，反射信号V_D会下降到零。

一旦储存在能量转换组件50上的能量已经完全放电后，控制电路100检测到下降到零的反射信号V_D，会经过一延迟时间T_D而导通切换开关70。如图4A与如图4B所示，为本新型发光二极管电流波形示意图。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，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。然而，延迟时间T_D可调整，用来控制发光二极管电流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，从该能量转换组件50取得反射信号V_D，同时，控制电路100根据该反射信号V_D与发光二极管电流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的切换动作，进而调整发光二极管电流I_LED。为了保持发光二极管20~25的色度与亮度的稳定，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。

本新型中，第一临界值V_R和反射信号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的变动根据反射信号V_D，第一临界值V_R用以补偿发光二极管20~25的色度与亮度。另外，本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的变化与该反射信号V_D的变化的相对关系。

如图5所示，为本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，当反射信号V_D小于一第二临界值V_TH，则控制信号V_G会被致能，进而该切换开关70导通。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与一致能信号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是从触发器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通过电阻57、58耦接到能量转换组件50的第二线圈N₂，该取样电路300根据该反射信号V_D，用以输出一第一取样信号V_H1、一第二取样信号V_H2及一过电压信号OVP。过电压信号OVP传送到与门180的第二输入端，用以停用控制信号V_G，作发光二极管20~25的过电压保护。一调整电路600耦接于取样电路300与一定电流I_R，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。

一监视定时器(watchdog timer)500耦接于触发器140的输出端与取样电路300，监视定时器500根据控制信号V_G，用以输出一重置信号RST，并将重置信号RST传送到取样电路300，用以重置取样电路300。一比较电路110耦接于与门180的第三输入端，根据该反射信号V_D小于第二临界值V_TH，用以输出一致能信号V_F，该致能信号V_F耦接于与门180的第三输入端，可以致能该控制信号V_G。

如图6所示，为本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，可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在晶体管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是受控于控制信号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上建立的电压而在输出端产生该延迟信号INH。

如图7所示，为本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的停用与反射信号V_D用以产生一第一脉冲SMP1与一第二脉冲SMP2。配合图8，为本新型控制电路的信号波形示意图。其中，第一脉冲SMP1在控制信号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，反射信号V_D是稳定状态。第二脉冲SMP2在反射信号V_D下降到零值之前产生，而第二延迟时间T_D2可以确保反射信号V_D下降到零值之前，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分别对反射信号V_D进行取样，而分别在电容器315、317上建立一第一取样信号V_H1与一第二取样信号V_H2。因此，第一取样信号V_H1与第二取样信号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的一第一顺向电压与一第二顺向电压。

取样电路300中，还包括一晶体管316耦接于电容器315，晶体管316受控于一重置信号RST而对该电容器315放电。一比较电路320耦接于电容器315，比较电路320比较第一取样电压V_H1与一临界电压V_R2，当第一取样电压V_H1大于临界电压V_R2则产生过电压信号OVP。

如图9所示，为本新型的监视定时器的电路示意图。在监视定时器500中，一重置电路包括一电容器562、一晶体管561、一电流源560、一反相器525及电阻器531、532。重置电路根据电源V_CC的启用而产生一激活电源重置(power-on reset)信号。一定时器510通过一反相器520接收控制信号V_G，当控制信号V_G停用超过一逾时(time-out)周期后，定时器510即产生一逾时信号输出。一与门580耦接于重置电路与定时器510，与门580接收激活电源重置信号与逾时信号，以产生该重置信号RST输出。

如图10所示，为本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，并且在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及一电阻器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59的电阻值而产生电流I₆₃₃、I₆₃₅。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。

第一取样信号V_H1与第二取样信号V_H2分别由下面公式(3)、(4)得之：

$V_{H1}=\frac{R_{58}}{R_{57}+R_{58}}\×\frac{N_{T2}}{N_{T1}}\×V1---\left(3\right)$

$V_{H2}=\frac{R_{58}}{R_{57}+R_{58}}\×\frac{N_{T2}}{N_{T1}}\×V2---\left(4\right)$

上面公式(3)、(4)中，N_T1、N_T2分别表示第一线圈N₁与第二线圈N₂的线圈匝数；R₅₇、R₅₈分别为电阻器57、58的电阻值；V1、V2分别为第一顺向电压与第二顺向电压。

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分别由下面公式(5)、(6)得之：

I₁＝I_O×e^V1/VT            (5)

I₂＝I_O×e^V2/VT            (6)

在公式(5)、(6)中，VT可由公式(7)得之：

$\mathrm{VT}=\frac{k\×\mathrm{Temp}}{q}---\left(7\right)$

在公式(7)中，Temp可由公式(8)得之：

$\mathrm{Temp}=\frac{q}{k}\×\frac{V1-V2}{\mathrm{in}\left(\frac{I_1}{I_2}\right)}---\left(8\right)$

上述公式(5)到(8)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。

综上所述，本新型发光二极管驱动装置通过反射信号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流过发光二极管20~25电流，以补偿发光二极管20~25的色度与亮度。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

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讯号的第一电阻，串联耦接于该切换开关；

一控制电路，耦接于该能量转换组件与该切换开关；及

一二极管，并联耦接于该能量转换组件与该发光二极管。

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，进一步包括：

一第二电阻，耦接于该控制电路。

3.根据权利要求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：

一接收该延迟信号与该致能信号以及致能该控制信号的第一控制电路，包括一与门、一反相器及一触发器，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；

一在控制信号截止时输出具有一可调整延迟时间的一延迟信号的延迟电路，耦接于该反相器；

一输出一致能信号的比较电路，耦接于该与门的一第二输入端；

一停用该控制信号的第二控制电路，耦接于该触发器；及

一取样电路，耦接于该能量转换组件与该切换开关。

4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该能量转换组件具有一第一线圈与一第二线圈，该第一线圈串联耦接于该发光二极管，该切换开关串联耦接于该发光二极管与该第一线圈，该控制电路耦接于该第二线圈、该第一电阻及该切换开关，该二极管并联耦接于该电感器与该发光二极管。

5.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该能量转换组件为一电感或一变压器。

Images