TWI434600B - 發光二極體驅動電路 - Google Patents

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Description

發光二極體驅動電路
本發明主張於2009年08月18日所申請之韓國專利申請案號10-2009-0076050的優先權，此全文將併入本案以作為參考。
本發明係關於一種發光二極體(LED)驅動電路，其安置有恆電流控制裝置(constant current means)。
一種LED光源裝置包含複數個LED串列正迅速普及，並被廣泛用於LCD面板的發光裝置和背光模組的使用。
一般而言，具有高亮度的LED可被使用在各種不同的應用裝置上，包含用於LCD的背光模組、監視器和電視機(後文將通稱為監視器)。應用在大尺寸監視器的LED通常需要一或更多以串聯連接方式的串列來實現。
為了使一背光模組應用到LCD監視器，可採用兩種基本技術中的其中一個。第一種技術是使用一或更多包含白色LED的串列，其中該白色LED通常包含具有螢光材料的一藍色LED。螢光材料吸收由LED產生的藍光以發射出白光。第二種技術是用包含色彩(colored)LED的一或多個獨立串列以鄰接排列，因此結合後的色彩看起來像白色。
不過，因為包含LED串列的LED元件中的特性(例如，順向壓降)差異，甚至是包含相同型式LED的LED串列亦會顯示出相互不同的電氣特徵(例如，電壓降)。因為那樣，為了讓相同的電流流經每一LED串列，因此需要增加一恆電流控制區塊以串聯連接至每一LED串列，用以補償不同的電壓降，而恆電流控制區塊裝配有一耗能主動元件(dissipative active element)用於補償LED串列的不同電壓降。
然而，耗能主動元件的缺點在於，耗能主動元件為一顯著熱源，因此增加了散熱成本至整個LED驅動器，而且由於減少的功率傳輸效率，因而需要一大容量的電源供應裝置。
例如，如圖1所示，根據習知之LED驅動電路，其包含一電源供應器10、一LED串列20以及一恆電流控制模組40。
為了使LED串列20在相同亮度下運作，恆電流控制模組40接收通過LED串列20的一電流，以及恆電流控制模組40改變一輸出振幅和維持一恆電流。
再者，恆電流控制模組40產生脈波寬度調變(pulse width modulation,PWM)控制訊號用以線性控制亮度調光(brightness dimming)，藉以控制負載比(duty ratio)。恆電流控制模組40藉由線性切換作業，作為吸收因LED串列的電壓增加/減少所造成而電壓差(voltage difference)的負載。
如果包含LED串列20的LED元件串聯的數量增加進而提供高功率，包含恆電流控制模組40的元件則受到包含高電壓與高功率的高元件額定(ratings)的要求。再者，增加的驅動功率將加深熱產生的問題，其來自於線性操作切換元件的高功率。結果造成可被選擇用來形成所繪示的恆電流控制模組40的元件範圍變為相當狹窄，進而增加了製造成本。
本發明提供一種包含LED保護裝置的LED驅動電路，其具有減少熱量的能力。本發明同時提供一種包含LED保護裝置的LED驅動電路，其具有減少製造成本的能力。
在本發明的一些實施例中，一種LED驅動電路之特徵在於：一LED串列；一恆電流控制區塊用以控制該LED串列的一電流路徑；一偵測器用以偵測在該恆電流控制區塊的一電壓；以及一電源供應裝置用以供應一驅動電力至該LED串列以響應該偵測到的電壓。
根據本發明之LED驅動電路配置方式具有之優點在於：其可以有效驅動LED元件進而減少熱量的產生。另一優點在於：LED驅動電路可藉由配置較便宜的元件於電路上以減少製造成本。
圖2為根據本發明一實施例之LED驅動電路之電路示意圖。
LED(發光二極體)驅動電路可包含至少兩個LED串列120；至少兩個恆電流控制區塊140用以個別控制該至少兩個LED串列的一電流路徑；一偵測器160用以偵測在該至少兩個恆電流控制區塊的一電壓；以及一電源供應裝置200用以供應一驅動電力至該至少兩個LED串列120以響應偵 測到的該電壓。
恆電流控制區塊140可包含一恆電流源144而使一恆電流流向LED串列120的一電流路徑、一線性元件142連接在LED串列與該恆定電流源之間且用以提供一可改變阻抗部件(variable resistance component)至LED串列120的電流路徑、以及一回授控制元件150根據LED串列120之電流路徑的電氣特性來控制線性元件的一阻抗值。
線性元件142可以是一雙極性電晶體線性地控制一通道寬度以響應一基極端電流。回授控制元件150可包含一作業放大器(amplifier)152經由一負輸入端(-input terminal)接收線性元件142的一連接節點的一電壓和恆電流源144經由一正輸入端(+input terminal)接收一PMW(脈波寬度調變)訊號及連接在一輸出端至一雙極性電晶體的一基極端、以及一PMW訊號產生器154藉以產生一PWM訊號。
圖3為根據本發明另一實例繪示出圖2電源供應裝置200在LED驅動電路內的細部電路示意圖例。
LED驅動電路可包含至少兩個LED串列(120-1,120-2)、至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)用以分別控制該至少兩個LED串列(120-1,120-2)的一電流路徑、一偵測器162用以偵測在該至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)的一電壓、一PFC(功率因素校正)轉換器220將來自一外部AC(交流)電源輸入的電力轉換成一DC(直流)電源、一切換 模式電源供應器(Switched-Mode Power Supply)240其根據由偵測器162所偵測到的電壓將由PFC轉換器轉換的DC電源轉換成一不同電壓的DC電源、以及一DC-DC轉換器260將來自切換模式電源供應器240輸出的DC電源轉換成適用於LED驅動的一DC電源以供應該DC電源至該至少兩個LED串列。
根據LED驅動電路，偵測器160不是偵測該至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)的一電壓，而是偵測切換模式電源供應器240和DC-DC轉換器260的一連接節點的一電壓，其為由該至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)的一電壓所決定。在圖示中，偵測器162可包含一光藕合器結構以阻擋來自於切換模式電源供應器的一次側(primary side)和二次側(second side)之電氣的影響。
切換模式電源供應器240可更包含切換元件用以轉換DC電源成AC電源，以及一間歇切換元件(intermittent switch element)預防驅動切換元件的一驅動訊號被傳送到切換元件，其中間歇切換元件可以被開啟(turn on)或關閉(turn off)以響應偵測器162的一輸出訊號。
其間，可以被採用使用偵測器162和切換模式電源供應器240的一回授控制以及將藉由該至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)直接偵測到的電壓施加至DC-DC轉換器260的一回授控制以增加對於電源供應的一回授控制效率。為此目的，LED驅動電路可更包含一PWM控制器190控制切 換模式電源供應器240的一切換作業以響應恆電流控制區塊(140-1,140-2)和LED串列(120-1,120-2)的一連接節點的電壓。
根據藉由接收恆電流控制區塊(140-1,140-2)和LED串列(120-1,120-2)的一連接節點的電壓來執行一預定的作業程序的結果，PWM控制器190產生一PWM訊號用以驅動DC-DC轉換器260的切換元件。例如，假設DC-DC轉換器260安裝有電荷泵(charge pump)以及切換元件為一種用於電荷泵的泵浦運轉(pumping operation)的一元件。在此狀況下，假使恆電流控制區塊(140-1,140-2)和LED串列(120-1,120-2)的一連接節點的電壓(在該至少兩個連接節點的至少一電壓)結果是過度增加的話，PWM控制器190控制PWM控制訊號以降低電荷泵的泵浦頻率。
圖4為根據本發明再一實施例之LED驅動電路之電路示意圖。
LED驅動電路可包含至少兩個LED串列(120-1,120-2)、至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)用以分別控制該至少兩個LED串列(120-1,120-2)的一電流路徑、一偵測器162用以偵測在該至少兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)的一電壓、一PFC(功率因素校正)轉換器220將來自一外部AC(交流)電源輸入的電力轉換成一DC(直流)電源、以及一切換模式電源供應器240其根據由偵測器162所偵測到的電壓，將由功率因素校正轉換器轉換的DC電源轉換成一不同電壓的 DC電源和提供該DC電源到該至少兩個LED串列(120-1,120-2)。
偵測器162可接收藉由混合兩個恆電流控制區塊(140-1,140-2)和兩個LED串列(120-1,120-2)的連接節點的多個電壓(多於兩個電壓)所獲得的一值。至少兩個偵測電壓的一混合器(mixer)M可以藉由兩個類比值的一累加器(accumulator)或一計算單元尋找出一平均值來實現。
再者，偵測器162可包含一光藕合器結構以預防來自於切換模式電源供應器240的一次側和二次側的電氣影響。切換模式電源供應器240更可包含切換元件用以轉換AC電源成DC電源以及一間歇切換元件用以間歇預防驅動切換元件的一驅動訊號被傳送到切換元件，其中間歇切換元件可以被開啟或關閉以響應偵測器162的一輸出訊號。
圖5為根據本發明一實施例之LED驅動電路之DC-AC轉換器260之電路圖。其中，DC-AC轉換器260可包含一電荷泵結構並執行電荷充放電(charge pumping)以響應一場效電晶體Q的開啟與關閉(ON/OFF)。圖3的PMW控制訊號可以脈波寬度調變控制(PWM-control)場效電晶體Q。
圖6根據本發明之LED驅動電路之切換模式電源供應器240實施例電路圖。其中切換模式電源供應器240可包含四個場效電晶體(S1-S4)其為切換元件用以轉換DC電源成AC電源、一間歇切換元件SW1用以間歇限制用於驅動切換元件的一驅動訊號被傳送到切換元件、以及一變壓器T。 間歇切換元件SW1可以藉由來自圖3或圖4的偵測器162的一輸出訊號C而被開啟或關閉。
所呈現的內容已搭配實施例加以說明，但本發明概念並非限定於上述實施例。因此一般熟知此技藝者可從本發明內容中做出變化與修飾，但仍屬於本發明權利宣告內所定義之精神與範圍。
例如，雖然本發明提出一LED驅動電路驅動兩個LED串列作為舉例，但本發明可以簡單地將一LED驅動電路驅動三個或更多LED串列，而其仍屬於本發明之範圍。
【產業利用性】
根據本發明之LED驅動電路配置具有產業利用性，因為其可以有效驅動LED元件且減少熱量的產生。另一利用性是LED驅動電路可藉由配置較便宜之元件於電路上而減少製造成本。
10．．．電源供應器
20．．．LED串列
40．．．恆電流控制模組
120、120-1、120-2．．．LED串列
140、140-1、140-2．．．電流控制區塊
142．．．線性元件
144．．．恆電流源
150．．．回授控制元件
152．．．作業放大器
154．．．PMW訊號產生器
160、162．．．偵測器
190．．．PWM控制器
200．．．電源供應裝置
220．．．PFC轉換器
240．．．切換模式電源供應器
260．．．DC-DC轉換器
C．．．輸出訊號
Q．．．場效電晶體
S1、S2、S3、S4．．．場效電晶體
圖1為習知LED驅動電路之電路配置示意圖；圖2為根據本發明一實施例之LED驅動電路之電路示意圖；圖3為根據本發明另一實施例之LED驅動電路之電路示意圖；圖4為根據本發明再一實施例之LED驅動電路之電路示意圖；圖5為根據本發明一實施例之LED驅動電路之DC-AC轉換器之電路圖；以及 圖6根據本發明之LED驅動電路之切換模式電源供應器實施例電路圖。
120．．．LED串列
140．．．恆電流控制區塊
142．．．線性元件
144．．．恆電流源
150．．．回授控制元件
152．．．作業放大器
154．．．PMW訊號產生器
160．．．偵測器
200．．．電源供應裝置

Claims (4)

  1. 一種發光二極體(LED)驅動電路，其特徵在於：一LED串列；一恆電流控制區塊，用以控制該LED串列的一電流路徑；一偵測器，用以偵測在該恆電流控制區塊的一電壓；一切換模式電源供應器(SMPS)，用以轉換輸入電壓以響應自該偵測器之該電壓；一DC-DC轉換器，用以轉換自該切換模式電源供應器輸出的該電源成適用於LED驅動的一電源以供應該電源給該LED串列；以及一脈波寬度調變(PWM)控制器，用以接收該恆電流控制區塊與該LED串列之連接節點的一電壓，以及產生驅動該DC-DC轉換器之一切換訊號，其中該偵測器偵測該切換模式電源供應器與該DC-DC轉換器之連接節點的一電壓，且根據該切換模式電源供應器與該DC-DC轉換器之連接節點的該電壓而控制該切換模式電源供應器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，更包括一功率因子校正轉換器，用以轉換自一外部AC電源的電力為DC電源的電力，且將該被轉換後的電力提供給該切換模式電源供應器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其 中該偵測器包含一光藕合器轉換偵測到的該電壓成為一光學訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該恆電流控制區塊包含一恆電流源用以將一恆電流流向該LED串列的該電流路徑；一線性元件連接在該LED串列與該恆定電流源之間，且用以提供一可改變阻抗部件至該LED串列的該電流路徑；以及一回授控制元件其根據該LED串列之該電流路徑的一電氣特性來控制該線性元件的一阻抗值。
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