TWI467876B - 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
本發明係有關於發光二極體(LED)負載的電源驅動電路，特別係有關於具有過壓保護和過流保護的LED驅動電路。
當前，為保持發光二極體(LED)負載的燈亮度一致，大部分LED燈具廠商會選用固定流過LED的電流這種控制方式，當電源轉換模組未連接LED負載時，其輸出端由於沒有形成回路而無電流產生。此時，在諸如負反饋電路的作用下，電源轉換模組的輸出電壓會被抬升，並且很有可能會超過LED負載所能承受的最大載入電壓。若將LED負載以熱插拔方式引入電源驅動電路，所接入的LED負載會因過流而導致LED燈損壞。
為了應對上述LED負載損壞的風險，廠商一般會在醒目位置標示或說明，電源驅動電路在正常工作狀態下不允許LED負載和電源轉換模組的介面電性脫離。然而，在習知技術中，經常出現使用者私自將工作狀態下的電源轉換模組與LED負載脫離後再重新連接的情形，根據上述電路分析過程，這種違規操作行為無疑會導致LED負載發生過電流損壞，因為電源轉換模組的輸出電壓極有可能抬升到遠遠超過LED負載 所能承受的最大載入電壓，在形成電路回路的短時間內將會形成較高的電流峰值。
有鑑於此，如何設計一種LED驅動電路，當電源轉換模組處於空載的工作狀態時，即使使用者將LED負載熱插拔至電源轉換模組的輸出端，也不會造成LED負載的過電流損壞，進而對電源轉換模組和LED負載進行雙重保護，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。
針對習知技術中LED驅動電路在使用時所存在的上述缺陷，本揭示內容提供一種新穎的LED驅動電路。
本揭示內容之一態樣係在於提供一種LED驅動電路。該LED驅動電路包括一電源轉換模組、一過流保護模組和一過壓保護模組。該電源轉換模組具有一輸入端、一輸出端和一控制端。該電源轉換模組的輸入端用以接收一輸入電壓。該電源轉換模組的控制端用以接收一控制信號，藉由該控制信號控制該電源轉換模組內部占空比信號的調節。該電源轉換模組根據該輸入電壓和該控制信號，藉由其輸出端輸出一電流固定、電壓可調的直流電壓。該過流保護電路包括一開關模組和一第一電阻。該開關模組具有一第一端、一第二端和一第三端。該開關模組的第一端連接於一LED負載的第一端。該第一電阻具有一第一端和一第 二端。該第一電阻的第一端連接於該開關模組的第三端。該第一電阻的第二端連接該開關模組的第二端，該LED負載的第二端與該第一電阻的第二端連接於該電源轉換模組的輸出端。其中，過流保護電路檢測流經第一電阻的電流是否過流，並且在過流時藉由開關模組來斷開LED負載與電源轉換模組之間的電連接通路。該過壓保護電路用以檢測該直流電壓是否過壓，並在過壓時輸出該控制信號，藉由該控制信號對該LED負載進行過壓保護。
在一實施例中，開關模組為一雙開關互控型電路，包括一第一開關和一第二開關。該第一開關的第一端連接至開關模組的第一端。該第一開關的第二端連接至開關模組的第三端。該第一開關的第三端經由一第二電阻連接至該LED負載的第二端。該第二開關的第一端連接至第二電阻和第一開關的第三端。該第二開關的第二端連接至開關模組的第二端。該第二開關的第三端連接至開關模組的第三端。
開關模組為雙開關互控型電路的一實施例中，第一開關為一N型MOSFET，第二開關為一NPN型電晶體。
開關模組為雙開關互控型電路的另一實施例中，第一開關為一P型MOSFET，第二開關為一PNP型電晶體。
在一實施例中，該過流保護電路還包括一箝位電 路。該箝位電路跨接於該N型MOSFET的閘極與源極之間或該P型MOSFET的閘極與源極之間。
在一實施例中，開關模組為一單開關自控型電路。該單開關自控型電路包括一第一開關和一電源模組。該第一開關的第一端連接至開關模組的第一端。該第一開關的第二端連接至開關模組的第三端。該電源模組具有一第一端和一第二端。該電源模組的第一端連接至該第一開關的第三端。該電源模組的第二端連接至開關模組的第二端。
開關模組為單開關自控型電路的一實施例中，第一開關為一NPN型電晶體或一N型MOSFET。在一實施例中，該電源模組包括一穩壓電路。該穩壓電路具有一第一端和一第二端。該穩壓電路的第一端經由一第二電阻連接於該LED負載的陽極，該穩壓電路的第二端連接於該開關模組的第二端，其中，該穩壓電路的第一端與該第二電阻間的連接點連接於該第一開關的第三端。
開關模組為單開關自控型電路的另一實施例中，第一開關為一PNP型電晶體或一P型MOSFET。在一實施例中，該電源模組包括一穩壓電路。該穩壓電路具有一第一端和一第二端。該穩壓電路的第一端連接於該開關模組的第二端。該穩壓電路的第二端經由一第二電阻連接於該LED負載的陰極，其中，該穩壓電路的第二端與該第二電阻之間的連接點連接至該第一 開關的第三端。
在一實施例中，該過壓保護電路包括一第一處理單元和一第二處理單元。該第一處理單元的第一端連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子。該第一處理單元的第二端經由一第三電阻耦接至該電源轉換模組輸出端的負極端子。該第二處理單元的第二端用以輸出該控制信號。該第二處理單元的第一端連接至該第一處理單元的第二端和該第三電阻。
在一實施例中，該第二處理單元為一隔離型電路或一非隔離型電路。
該非隔離型電路的一實施例中，該第一處理單元為一穩壓二極體，該第二處理單元為一NPN型電晶體。其中該穩壓二極體的第一端連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子，第二端經由該第三電阻連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該NPN型電晶體的基極與該穩壓二極體的第二端連接，該NPN型電晶體的射極連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該NPN型電晶體的集極連接至該電源轉換模組的控制端。
該非隔離型電路的一實施例中，該第一處理單元為一運算放大器，該第二處理單元為一NPN型電晶體。其中該運算放大器的第一輸入端經由第一分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子且經由第二分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的負極端 子，該運算放大器的的第二輸入端連接至一參考電壓，該運算放大器的輸出端經由一電阻連接至該NPN型電晶體的基極，該NPN型電晶體的射極連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該NPN型電晶體的集極連接至該電源轉換模組的控制端。
該隔離型電路的一實施例中，該第一處理單元為一穩壓二極體，該第二處理單元為一光耦合器。其中該穩壓二極體的第一端連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子，該光耦合器的輸入側連接至一電阻和該穩壓二極體的第二端，該光耦合器的輸出側輸出該控制信號至該電源轉換模組的控制端。
該隔離型電路的一實施例中，該第一處理單元為一運算放大器，該第二處理單元為一光耦合器。其中該運算放大器的第一輸入端經由第一分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子且經由第二分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該運算放大器的的第二輸入端連接至一參考電壓，該運算放大器的輸出端經由一電阻連接至該光耦合器的輸入側，該光耦合器的輸出側輸出該控制信號至該電源轉換模組的控制端。
在一實施例中，LED負載為一個或多個並聯連接的LED燈串。在一實施例中，每一LED燈串包括一個或多個串聯連接的LED。
採用本發明的LED驅動電路，將過流保護電路設 置於LED負載和電源轉換模組輸出端之間，以便對LED負載進行過流保護，與此同時，藉由過壓保護電路來檢測直流電壓是否過壓，並在過壓時輸出控制信號從而使電源轉換模組根據該控制信號和所輸入的電壓來進行占空比信號的調節，從而對LED負載進行過壓保護。當LED驅動電路應用於LED負載熱插拔時，可將該電源轉換模組的輸出電流限制在LED負載的額定電流之下，防止LED負載在熱插拔過程中發生過流或過壓情形，從而保護電源轉換模組和LED負載，提升LED驅動電路運行時的穩定性和可靠性。
為了使本申請所揭示之技術內容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發明之下述各種具體實施例，附圖中相同之標記代表相同或相似之組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例並非用來限制本發明所涵蓋之範圍。此外，附圖僅僅用於示意性地加以說明，未依照其原尺寸進行繪製。
於本申請的具體實施方式部分與專利申請範圍部分，涉及『耦接(coupled with)』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接連接至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接連接至另一元件。
於本申請的具體實施方式部分與專利申請範圍部分，除非文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與 『該』可泛指單個或多個。
本文中所使用的『約』、『大約』或『大致』用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。於實施方式中若無特別說明，則代表以『約』、『大約』或『大致』所修飾之數值的誤差範圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是在百分之十以內，而更佳地則是在百分之五以內。
下面參照附圖，對本發明各個方面的具體實施方式作進一步的詳細描述。
第1圖繪示發光二極體(LED)驅動電路的電源轉換模組與LED負載之間的電路連接示意圖。第2圖繪示第1圖的LED負載上的電壓-電流特性曲線示意圖。
參照第1圖，電源轉換模組100包括一輸入端和一輸出端，其輸入端用來接收一輸入電壓Vin，其輸出端根據所接收的輸入電壓Vin來輸出一直流電壓Vo。更具體地，電源轉換模組100的輸出端包括一正極端子和一負極端子，LED負載的正極電性連接至電源轉換模組100的輸出端的正極端子，並且LED負載的負極電性連接至電源轉換模組100的輸出端的負極端子。
例如，LED負載由一組LED燈串構成，該LED燈串包括兩個或兩個以上串聯連接的LED。將LED燈串的首個LED的陽極電性連接至電源轉換模組100的 輸出端的正極端子，而將LED燈串的最後一個LED的陰極電性連接至電源轉換模組100的輸出端的負極端子。當LED負載處於穩定工作狀態時，電源轉換模組100輸出端的輸出電流保持恒定，因而LED負載中的每一LED具有持續不變的燈亮度。
在第2圖中，V_LED表示載入於LED負載兩端的負載電壓，I_LED表示流經LED負載的負載電流，不難看出，負載電流I_LED隨著負載電壓V_LED的增加而增加。例如，負載電壓V_LED為V1時所對應的負載電流為I1，負載電壓V_LED為V2時所對應的負載電流為I2，當V2大於V1時，對應的負載電流I2大於I1。由前述可知，當電源轉換模組100處於空載狀態(即LED負載並未接入)時，其輸出端的輸出電壓Vo將會明顯抬升。此時，若將LED負載接入到該電源轉換模組100的輸出端，載入於LED負載兩端的該輸出電壓Vo所對應的負載電流I_LED也會較高，當超出LED負載所能承受的最大電流時，LED負載將會出現過電流損壞情形。
第3圖繪示依據本發明的一具體實施方式的LED驅動電路的電路結構示意圖。
請參照第3圖，本發明的LED驅動電路包括一電源轉換模組300、一過流保護電路302和一過壓保護電路304。
電源轉換模組300具有一輸入端、一輸出端和一 控制端。電源轉換模組300的輸入端用於接收一輸入電壓Vin，該輸入電壓Vin既可以是交流電源，也可以是直流電源。電源轉換模組300的控制端用於接收來自過壓保護電路304的一控制信號，藉由該控制信號來控制電源轉換模組內部占空比信號的調節。電源轉換模組300根據輸入電壓Vin和該控制信號，藉由其輸出端輸出一電流固定、電壓可調的直流電壓Vo。
過流保護電路302設置在LED負載與電源轉換模組300的輸出端之間，檢測流經LED負載的電流，用以對LED負載進行過流保護。例如，該過流保護電路302設置在LED負載與電源轉換模組300的輸出端的正極端子之間，通過檢測流經LED負載的電流來判斷是否需要進行過流保護。又如，該過流保護電路302設置在LED負載與電源轉換模組300的輸出端的負極端子之間，通過檢測流經LED負載的電流來判斷是否需要進行過流保護。當LED負載需要進行過流保護時，該過流保護電路302切斷電源轉換模組300與LED負載之間的電連接通路。
過壓保護電路304並接於電源轉換模組300的輸出端，用以檢測電源轉換模組300的輸出電壓是否過壓，並在過壓時輸出一控制信號，藉由該控制信號來控制電源轉換模組300內部占空比信號的調節，抑制電源轉換模組300的輸出電壓Vo的抬升。在一實施例中，該過壓保護電路304可為一非隔離型電路。在另 一實施例中，該過壓保護電路304可為一隔離型電路，諸如利用光耦合器將控制信號的輸出與採樣電壓信號的處理分隔開。
第4A圖繪示第3圖的LED驅動電路中的LED負載熱插拔時，採用過流保護之前和之後，電源轉換模組的輸出端各自的電壓-電流特性曲線示意圖。
在第4A圖中，當LED負載包括一個或多個串聯連接的LED時，理想狀態下電源轉換模組的輸出端的電壓-電流特性對應於圖中的曲線1，即輸出電流恒定對應於LED負載的額定工作電流Io_1。當LED負載熱插拔於電源轉換模組時，採用本發明的過流保護電路之前，電源轉換模組的輸出端的電壓-電流特性對應於圖中的曲線3，在較高的輸出電壓時所對應的輸出電流急劇增加至Io_3，這將容易造成LED負載過電流損壞。而採用本發明的過流保護電路之後，電源轉換模組的輸出端的電壓-電流特性對應於圖中的曲線2，同樣在較高的輸出電壓時所對應的輸出電流限定為Io_2，並逐漸降低至LED負載的額定工作電流Io_1，由於引入了過電流保護機制，因而並不會造成LED負載過電流損壞。
在此，用語『熱插拔』是指LED驅動電路中的電源轉換模組處於正常工作狀態時，在無需斷開電源的情形下，將LED負載直接連接到電源轉換模組的輸出端；或者，在沒有斷開電源的情形下，將LED負載直 接與電源轉換模組的輸出端相脫離。此外，需要指出的是，本發明的LED驅動電路僅僅以LED負載熱插拔作為示例進行示意性說明，並不對本發明構成限制。例如，該過流保護電路還可適用於除了LED負載熱插拔情形之外的其他LED驅動電路。
第4B圖繪示第3圖的LED驅動電路中的LED負載熱插拔時，採用過流保護之前和之後，流經LED負載的電流各自隨時間變化的曲線示意圖。
在第4B圖中，當LED負載包括一個或多個串聯連接的LED時，理想狀態下流經該LED負載的電流隨時間變化的特性對應於圖中的曲線1，即流經該LED負載的額定工作電流Io_1隨著時間的延長並不發生改變。當LED負載熱插拔於電源轉換模組時，在採用本發明的過流保護電路之前，流經該LED負載的電流隨時間變化的特性對應於圖中的曲線3，在較短的時間內流經該LED負載的電流急劇增加至Io_3，這將容易造成LED負載過電流損壞。而採用本發明的過流保護電路之後，流經該LED負載的電流隨時間變化的特性對應於圖中的曲線2，流經該LED負載的電流在較長時間內保持為Io_2，並逐漸緩慢降低至LED負載的額定工作電流Io_1，由於引入了過電流保護機制，因而並不會造成LED負載過電流損壞。
第5圖繪示第3圖的LED驅動電路中的過壓保護電路和過流保護電路的一具體實施例。
參照第5圖，該LED驅動電路包括一過壓保護電路404和一過流保護電路402。其中，該過壓保護電路404包含一第一處理單元SW3和一第二處理單元SW4。該第一處理單元SW3的第一端連接至電源轉換模組輸出端的一端(該端既可為正極端子，亦可為負極端子)，第二端經由第三電阻R3連接於電源轉換模組輸出端的另一端(該另一端的極性與該端的極性始終相反)。第二處理單元SW4的第一端連接至第一處理單元SW3的第二端與第三電阻R3，第二端用以輸出控制信號FB至電源轉換模組300的控制端。電源轉換模組300藉由該控制信號FB來控制其內部占空比信號的調節。在本實施例中，該第二處理單元SW4可為一非隔離型電路。在另一實施例中，該第二處理單元SW4可為一隔離型電路，諸如利用光耦合器將控制信號的輸出與採樣電壓信號的處理分隔開。
過流保護電路402包括一開關模組4022和一第一電阻R1。更具體地，該開關模組4022具有一第一端T1、一第二端T2和一第三端T3，其第一端T1連接於LED負載的第一端，其第二端T2連接於第一電阻的第二端，其第三端T3連接於第一電阻R1的第一端，開關模組的第三端T3經由第一電阻R1連接於電源轉換模組的輸出端。應當理解，用語『LED負載的第一端和第二端』在不同的具體實施例中對應於LED負載的陰極或陽極。更具體地，當開關模組4022採用NPN 型電晶體和N型MOSFET配合的電路結構時，該LED負載的第一端對應於LED負載的陰極，該LED負載的第二端對應於LED負載的陽極；當開關模組4022採用PNP型電晶體和P型MOSFET配合的電路結構時，該LED負載的第一端對應於LED負載的陽極，該LED負載的第二端對應於LED負載的陰極。
該過流保護電路402檢測流經第一電阻R1的電流是否過流，並且在出現過流情形時藉由開關模組4022斷開LED負載與電源轉換模組300之間的電連接通路。
第6圖繪示第5圖的過流保護電路中的開關模組的一具體實施例。結合第5圖和第6圖，開關模組4022為一雙開關互控型電路。該開關模組4022包括一第一開關SW1和一第二開關SW2。第一開關SW1的第一端連接至開關模組4022的第一端T1(亦即，與LED負載的第一端串聯連接)，第一開關SW1的第二端連接至開關模組4022的第三端T3(亦即，與第一電阻R1的第一端串聯連接)，第一開關SW1的第三端經由一第二電阻R2連接至LED負載的第二端。第二開關SW2的第一端連接至第二電阻R2和第一開關SW1的第三端，第二開關SW2的第二端連接至開關模組4022的第二端(如，第一電阻R1的第二端)，第二開關SW2的第三端連接至開關模組4022的第三端(亦即，連接至第一開關SW1的第二端和第一電阻R1的第一端)。 在一實施例中，該第一開關SW1為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，該第二開關SW2為一NPN型電晶體。在另一實施例中，該第一開關SW1為一P型MOSFET，該第二開關SW2為一PNP型電晶體。
為了進一步說明第6圖中的雙開關互控型電路，第7A圖繪示第6圖中的開關模組採用雙開關互控方式時的第一實施例的電路結構圖，以及第7B圖繪示第6圖中的開關模組採用雙開關互控方式時的第二實施例的電流結構圖。
參照第7A圖，第一開關SW1與LED負載串聯連接，藉由該第一開關SW1的開通或關斷對LED負載進行過流保護。例如，該第一開關SW1為一MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效電晶體)或一電晶體。當電路出現過流情形時，第一開關SW1關斷，從而可切斷流經LED負載的電流通路。
在一實施例中，第一開關SW1為一N型MOSFET，第二開關SW2為一NPN型電晶體。更具體地，該N型MOSFET的汲極串聯連接至LED負載的負極(亦即LED負載的第一端)，其源極經由一第一電阻R1耦接至電源轉換模組輸出端的負極端子，其閘極經由一第二電阻R2連接至電源轉換模組輸出端 的正極端子(亦即LED負載的正極)。該NPN型電晶體的集極連接至N型MOSFET的閘極以及第二電阻R2，其射極連接至電源轉換模組輸出端的負極端子(亦即第一電阻R1的第二端)，其基極與N型MOSFET的源極和第一電阻R1的第一端相連接。此外，為了保護第一開關SW1，還可設置一箝位電路，跨接於N型MOSFET的閘極與源極之間。例如，該箝位電路為一穩壓二極體。
在另一實施例中，第一開關SW1為一P型MOSFET，第二開關SW2為一PNP型電晶體。更具體地，該P型MOSFET的源極經由一第一電阻R1耦接至電源轉換模組輸出端的正極端子，其汲極串聯連接至LED負載的正極(亦即LED負載的第一端)，其閘極經由一第二電阻R2連接至電源轉換模組輸出端的負極端子(亦即LED負載的負極)。該PNP型電晶體的集極連接至P型MOSFET的閘極以及第二電阻R2，其射極連接至電源轉換模組輸出端的正極端子(亦即第一電阻R1的第二端)，其基極與P型MOSFET的源極和第一電阻R1的第一端相連接。類似地，為保護第一開關SW1，還可設置一箝位電路，跨接於P型MOSFET的閘極與源極之間。例如，該箝位電路為一穩壓二極體。
第8圖繪示第5圖的過流保護電路的開關模組的另一具體實施例。
參照第8圖，該開關模組4022為一單開關自控型電路。詳細地，該單開關自控型電路包括一第一開關SW1和一電源模組V1。該第一開關SW1的第一端連接至開關模組4022的第一端T1(亦即，串聯連接至LED負載第一端)，第一開關SW1的第二端連接至開關模組4022的第三端T3(亦即，與第一電阻R1的第一端串聯連接)。電源模組V1具有一第一端和一第二端，其中，電源模組V1的第一端連接至第一開關SW1的第三端，電源模組V1的第二端連接至開關模組4022的第二端T2(亦即，與第一電阻R1的第二端連接)。當出現過流情形時，藉由該第一開關SW1的關斷來切斷電源轉換模組輸出端與LED負載之間的電流通路，進而達到過流保護的目的。
在一實施例中，第一開關為一NPN型電晶體或一N型MOSFET。該電源模組包括一穩壓電路，具有一第一端和一第二端，其第一端經由一第二電阻R2連接於該LED負載的陽極，其第二端連接於該開關模組4022的第二端(亦即，與第一電阻R1的第二端連接)，其中，該穩壓電路的第一端與該第二電阻之間的連接點連接於該第一開關的第三端。
在另一實施例中，第一開關為一PNP型電晶體或一P型MOSFET。該電源模組還包括一穩壓電路，具有一第一端和一第二端，其第一端連接於該開關模組4022的第二端(亦即，與第一電阻R1的第二端連接)， 其第二端經由一第二電阻R2連接於該LED負載的陰極，其中，該穩壓電路的第二端與該第二電阻之間的連接點連接至該第一開關的第三端。
第9A圖繪示第8圖中的開關模組採用單開關自控方式時的第一實施例的電路結構圖。第9B圖繪示第8圖中的開關模組採用單開關自控方式時的第二實施例的電路結構圖。
將第9A圖與第9B圖進行對比，不難看出，第9A圖的第一開關SW1為一NPN型電晶體，而在第9B圖的第一開關SW1為一N型MOSFET。
請參照第9A圖與第9B圖，應當指出，當第一開關SW1為NPN型電晶體時，對應於第一開關SW1的基極、集極和射極；當第一開關SW1為N型MOSFET時，對應於第一開關SW1的閘極、源極和汲極。該單開關自控型電路包括一第一開關SW1，其集極(或汲極)串聯連接至LED負載，其射極(或源極)經由一第一電阻R1耦接至電源轉換模組輸出端的負極端子，其基極(或閘極)經由一第二電阻R2耦接至電源轉換模組輸出端的正極端子。
在一具體實施例中，該單開關自控型過流保護電路還包括一穩壓電路，跨接於第一開關SW1的基極(或閘極)與電源轉換模組輸出端的負極端子之間。例如，該穩壓電路為穩壓二極體ZD1。
第10A圖繪示第8圖中的開關模組採用單開關自 控方式時的第三實施例的電路結構圖。第10B圖繪示第8圖中的開關模組採用單開關自控方式時的第四實施例的電路結構圖。類似於第9A圖與第9B圖，在第10A圖與第10B圖中的主要區別是在於，第10A圖的第一開關SW1為一PNP型電晶體，而在第10B圖的第一開關SW1為一P型MOSFET。
請參照第10A圖與第10B圖，該單開關自控型過流保護電路包括一第一開關SW1，其集極(或汲極)串聯連接至LED負載，其射極(或源極)經由一第一電阻R1耦接至電源轉換模組輸出端的正極端子，其基極(或閘極)經由一第二電阻R2耦接至電源轉換模組輸出端的負極端子。在此，當第一開關SW1為PNP型電晶體時，其具有集極、射極和基極；當第一開關SW1為P型MOSFET時，其具有汲極、源極和閘極。
在一具體實施例中，該單開關自控型電路還包括一穩壓電路，跨接於第一開關SW1的基極(或閘極)與電源轉換模組輸出端的正極端子之間。例如，該穩壓電路為穩壓二極體ZD1。
第11(a)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的非隔離型過壓保護電路的一具體實施例。
參照第11(a)圖，非隔離型過壓保護電路包括一第一處理單元SW3和一第二處理單元SW4。其中，該第一處理單元SW3為穩壓二極體，該第二處理單元 為一NPN型電晶體。詳細地，穩壓二極體的第一端連接至電源轉換模組輸出端的正極端子Vo，第二端經由一第三電阻R3連接至電源轉換模組輸出端的負極端子，NPN型電晶體的基極與穩壓二極體SW3的第二端連接，NPN型電晶體的射極連接至電源轉換模組輸出端的負極端子，NPN型電晶體的集極連接至電源轉換模組的控制端，用以輸出控制信號FB至該電源轉換模組的控制端。
應當理解，第11(a)圖僅僅示意性地描述了第二處理單元為NPN型電晶體的情形，然而，在其他一些實施例中，還可基於第二處理單元為PNP型電晶體來構建相應的過壓保護電路，同樣應當包含于本發明的範圍內。
第11(b)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的非隔離型過壓保護電路的另一具體實施例。
參照第11(b)圖，非隔離型過壓保護電路包括一第一處理單元SW3和一第二處理單元SW4。其中，該第一處理單元SW3為運算放大器，該第二處理單元為一NPN型電晶體。詳細地，運算放大器SW3的第一輸入端(如正相輸入端)經由第一分壓電阻R4連接至電源轉換模組輸出端的正極端子Vo且經由第二分壓電阻R5(即，第三電阻)連接至電源轉換模組輸出端的負極端子，該運算放大器SW3的第二輸入端(如負相輸入端)接至一參考電壓Vref，該運算放大 器的輸出端經由一電阻R6連接至NPN型電晶體SW4的基極，NPN型電晶體SW4的射極連接至電源轉換模組輸出端的負極端子，NPN型電晶體SW4的集極連接至電源轉換模組的控制端，用以輸出控制信號FB。
第12(a)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的隔離型過壓保護電路的一具體實施例。
參照第12(a)圖，隔離型過壓保護電路包括一第一處理單元SW3和一第二處理單元SW4。其中，該第一處理單元SW3為穩壓二極體，該第二處理單元為一光耦合器。詳細地，穩壓二極體SW3的第一端連接至電源轉換模組輸出端的正極端子，光耦合器SW4的輸入側連接至一電阻R3和穩壓二極體SW3的第二端，光耦合器SW4的輸出側輸出控制信號FB至電源轉換模組的控制端。
第12(b)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的隔離型過壓保護電路的另一具體實施例。
參照第12(b)圖，隔離型過壓保護電路包括一第一處理單元SW3和一第二處理單元SW4。其中，該第一處理單元SW3為運算放大器，該第二處理單元為一光耦合器。詳細地，運算放大器SW3的正相輸入端經由第一分壓電阻R4連接至電源轉換模組輸出端的正極端子，經由第二分壓電阻R5連接至電源轉換模組輸出端的負極端子，該運算放大器SW3的負相輸入端接收一參考電壓Vref，該運算放大器SW3的輸出端 經由一電阻R6連接至光耦合器SW4的輸入側，該光耦合器SW4的輸出側輸出控制信號FB至電源轉換模組的控制端。
採用本發明的LED驅動電路，將過流保護電路設置於LED負載和電源轉換模組輸出端之間，以便對LED負載進行過流保護，與此同時，藉由過壓保護電路來檢測直流電壓是否過壓，並在過壓時輸出控制信號從而使電源轉換模組根據該控制信號和所輸入的電壓來進行占空比信號的調節，從而對LED負載進行過壓保護。當LED驅動電路應用於LED負載熱插拔時，可將該電源轉換模組的輸出電流限制在LED負載的額定電流之下，防止LED負載在熱插拔過程中發生過流或過壓情形，從而保護電源轉換模組和LED負載，提升LED驅動電路運行時的穩定性和可靠性。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300‧‧‧電源轉換模組
Vin‧‧‧輸入電壓
Vo‧‧‧直流電壓
Vref‧‧‧參考電壓
V_LED、V1、V2‧‧‧負載電壓
I_LED、I1、I2‧‧‧負載電流
302、402‧‧‧過流保護電路
304、404‧‧‧過壓保護電路
Io_1、Io_2、Io_3‧‧‧電流
R1~R6‧‧‧電阻
FB‧‧‧控制信號
4022‧‧‧開關模組
T1、T2、T3‧‧‧端子
ZD1‧‧‧穩壓二極體
SW1、SW2‧‧‧開關
SW3‧‧‧第一處理單元
SW4‧‧‧第二處理單元
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示LED驅動電路的電源轉換模組與 LED負載之間的電路連接示意圖；第2圖係繪示第1圖的LED負載上的電壓-電流特性曲線示意圖；第3圖係繪示依據本發明的一具體實施方式的LED驅動電路的電路結構示意圖；第4A圖係繪示第3圖的LED驅動電路中的LED負載熱插拔時，採用過流保護之前和之後，電源轉換模組的輸出端各自的電壓-電流特性曲線示意圖；第4B圖係繪示第3圖的LED驅動電路中的LED負載熱插拔時，採用過流保護之前和之後，流經LED負載的電流各自隨時間變化的曲線示意圖；第5圖係繪示第3圖的LED驅動電路中的過壓保護電路和過流保護電路的一具體實施例；第6圖係繪示第5圖的過流保護電路中的開關模組的一具體實施例；第7A圖係繪示第6圖中的開關模組採用雙開關互控方式時的第一實施例的電路結構圖；第7B圖係繪示第6圖中的開關模組採用雙開關互控方式時的第二實施例的電流結構圖；第8圖係繪示第5圖的過流保護電路中的開關模組的另一具體實施例；第9A圖係繪示第8圖中的開關模組採用單開關自控方式時的第一實施例的電路結構圖；第9B圖係繪示第8圖中的開關模組採用單開關 自控方式時的第二實施例的電路結構圖；第10A圖係繪示第8圖中的開關模組採用單開關自控方式時的第三實施例的電路結構圖；第10B圖係繪示第8圖中的開關模組採用單開關自控方式時的第四實施例的電路結構圖；第11(a)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的非隔離型過壓保護電路的一具體實施例；第11(b)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的非隔離型過壓保護電路的另一具體實施例；第12(a)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的隔離型過壓保護電路的一具體實施例；以及第12(b)圖繪示第5圖的LED驅動電路中的隔離型過壓保護電路的另一具體實施例。
Vin‧‧‧輸入電壓
300‧‧‧電源轉換模組
302‧‧‧過流保護電路
304‧‧‧過壓保護電路
Vo‧‧‧直流電壓
I_LED‧‧‧負載電流
V_LED‧‧‧負載電壓

Claims (17)

  1. 一種發光二極體(LED)驅動電路，包括：一電源轉換模組，具有一輸入端、一輸出端和一控制端，該電源轉換模組之輸入端用以接收一輸入電壓，該電源轉換模組之控制端用以接收一控制信號，藉由該控制信號來控制該電源轉換模組內部占空比信號的調節，該電源轉換模組根據該輸入電壓和該控制信號，藉由其輸出端輸出一電流固定、電壓可調的直流電壓；一過流保護電路，包含：一開關模組，具有一第一端、一第二端和一第三端，該開關模組的第一端連接於一LED負載的第一端；及一第一電阻，具有一第一端和一第二端，該第一電阻的第一端連接於該開關模組的第三端，該第一電阻的第二端連接該開關模組的第二端，該LED負載的第二端與該第一電阻的第二端連接於該電源轉換模組之輸出端，其中，該過流保護電路檢測流經該第一電阻的電流是否過流，且在過流時藉由該開關模組斷開該LED負載與該電源轉換模組之間的電連接通路；及一過壓保護電路，用以檢測該直流電壓是否過壓，並在過壓時輸出該控制信號，藉由該控制信號對該LED負載進行過壓保護，其中該過壓保護電路包括：一第一處理單元，其第一端連接至該電源轉換模組 輸出端的正極端子，其第二端經由一第三電阻耦接至該電源轉換模組輸出端的負極端子；及一第二處理單元，其第二端用以輸出該控制信號，其第一端連接至該第一處理單元的第二端以及該第三電阻。
  2. 根據請求項1所述之LED驅動電路，其中該開關模組為一雙開關互控型電路，包括：一第一開關，其第一端連接至該開關模組的第一端，其第二端連接至該開關模組的第三端，其第三端經由一第二電阻連接至該LED負載的第二端；及一第二開關，其第一端連接至該第二電阻和該第一開關的第三端，其第二端連接至該開關模組的第二端，其第三端連接至該開關模組的第三端。
  3. 根據請求項2所述之LED驅動電路，其中該第一開關為一N型MOSFET，該第二開關為一NPN型電晶體。
  4. 根據請求項2所述之LED驅動電路，其中該第一開關為一P型MOSFET，該第二開關為一PNP型電晶體。
  5. 根據請求項3或4所述之LED驅動電路，其中 該過流保護電路還包括一箝位電路，跨接於該N型MOSFET或該P型MOSFET各自的閘極與源極之間。
  6. 根據請求項1所述之LED驅動電路，其中該開關模組為一單開關自控型電路，包括：一第一開關，其第一端連接至該開關模組的第一端，其第二端連接至該開關模組的第三端；及一電源模組，具有一第一端和一第二端，該電源模組的第一端連接至該第一開關的第三端，該電源模組的第二端連接至該開關模組的第二端。
  7. 根據請求項6所述之LED驅動電路，其中該第一開關為一NPN型電晶體或一N型MOSFET。
  8. 根據請求項7所述之LED驅動電路，其中該電源模組包括：一穩壓電路，具有一第一端和一第二端，該穩壓電路的第一端經由一第二電阻連接於該LED負載的陽極，該穩壓電路的第二端連接於該開關模組的第二端，其中，該穩壓電路的第一端與該第二電阻之間的連接點連接至該第一開關的第三端。
  9. 根據請求項6所述之LED驅動電路，其中該第一開關為一PNP型電晶體或一P型MOSFET。
  10. 根據請求項9所述之LED驅動電路，其中該電源模組包括：一穩壓電路，具有一第一端和一第二端，該穩壓電路的第一端連接於該開關模組的第二端，該穩壓電路的第二端經由一第二電阻連接於該LED負載的陰極，其中，該穩壓電路的第二端與該第二電阻之間的連接點連接至該第一開關的第三端。
  11. 根據請求項1所述之LED驅動電路，其中該第二處理單元為一隔離型電路或一非隔離型電路。
  12. 根據請求項11所述之LED驅動電路，其中該第一處理單元為一穩壓二極體，該第二處理單元為一NPN型電晶體，其中，該穩壓二極體的第一端連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子，該穩壓二極體的第二端經由該第三電阻連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該NPN型電晶體的基極與該穩壓二極體的第二端連接，該NPN型電晶體的射極連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該NPN型電晶體的集極連接至該電源轉換模組的控制端。
  13. 根據請求項11所述之LED驅動電路，其中該 第一處理單元為一運算放大器，該第二處理單元為一NPN型電晶體，其中，該運算放大器的第一輸入端經由第一分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子且經由第二分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該運算放大器的第二輸入端連接一參考電壓，該運算放大器的輸出端經由一電阻連接至該NPN型電晶體的基極，該NPN型電晶體的射極連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該NPN型電晶體的集極連接至該電源轉換模組的控制端。
  14. 根據請求項11所述之LED驅動電路，其中該第一處理單元為一穩壓二極體，該第二處理單元為一光耦合器，其中，該穩壓二極體的第一端連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子，該光耦合器的輸入側連接至一電阻和該穩壓二極體的第二端，該光耦合器的輸出側輸出該控制信號至該電源轉換模組的控制端。
  15. 根據請求項11所述之LED驅動電路，其中該第一處理單元為一運算放大器，該第二處理單元為一光耦合器，其中，該運算放大器的第一輸入端經由第一分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的正極端子且經由第 二分壓電阻連接至該電源轉換模組輸出端的負極端子，該運算放大器的第二輸入端連接一參考電壓，該運算放大器的輸出端經由一電阻連接至該光耦合器的輸入側，該光耦合器的輸出側輸出該控制信號至該電源轉換模組的控制端。
  16. 根據請求項1所述之LED驅動電路，其中該LED負載為一個或多個並聯連接的LED燈串。
  17. 根據請求項16所述之LED驅動電路，其中每一LED燈串包括一個或多個串聯連接的LED。
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