TWM437004U - Constant-current drive - Google Patents

Description

M437004 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係有關一種發光二極體驅動裝置，特別是關於一種應用於發光 二極體驅動之定電流驅動裝置。 【先前技術】 由於發光二極體（LED)具有輕薄短小、省電、色彩飽和度佳、壽命 長等之優點，使其廣泛地應角於照明與背光源領域t。由於發光二極體為 單向導電元件’故須制直流鶴’且發光二極_亮度與電流成比例但 並非線性關係，因此大部份原始電源，例如：交流市電或電池等，需透過 驅動電路對發光二極體供電。 發光二極體鶴方式有兩種，—種是電壓驅動方式另—種是電流驅 動方式。由於各家廠商所製造出來的發光二極體有所差異使其電特性會 相對有差異’亦即發光二極體的順向導通電壓存在有不—致性，所以對發 光-極體最好的輪方式最好採用電流軸控制。再者，由於發光二極體 的操作特性，在過大的電_動下，—瞬間會流過遠超過半導體界面所能 負荷的電流密度’所以只要有些微的偏壓變化就容易造成操作電流的大幅 改變’進”致《二極體就會受損歧完全燒毀，故發光二極體必須以 定電流驅動。 見有的疋Ue動裝置大多是利用脈波寬度調變模組（p觀）搭配開 關兀件以及電感、電容、電_被動元件，以脈波寬度婦模組所輸 出的調變控制信號來切換_於發光二極體串列之開關元件的導通或截 止。然而，此議練置通常需要—定程如上的辨來進行定 電流的控 M437004 制，除此之外，也僅適用於低電壓的驅動，無法適用於高電壓驅動。 因此，本創作遂針對上述之困擾，提出一種發光二極體串列的定電流 驅動裝置，以解決上述問題。 【新型内容】 本創作之主要目的係在提供-種定電流驅钱置，其顧由非隔離式 的定電流控制技術，以便利用最少的功率，達到最佳的定電流控制效益。 本創作之另—目祕在提供_種可有效適驗高龍驅動之定電流驅 動裝置。 本創作之”流驅動裝置係包括有—發光二極體負載，接收一輸入電 源，並有-開關元件電性連接發光二極體負載；一電流監控電路係電性連 接輸入電源及發光二減負載，以根據—線性跨壓對應導通至接地或是截 止產生開路，另有—驅動產生電路電性連接輸人電源及電流監控電路，此 驅動產生電路係根據電流監控電路之開路而導通產生一控制電壓至一脈波 寬度调電路’使脈波寬度調變電路根據控制電壓來控制開關元件的導通 與截止。 底下藉由具她_合所_圖式詳加綱，#更容練解本創作 之目的、技術内容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 本創作係為-種非隔離式的定電流控制技術，且所提出之發光二極體 負載的疋U動裝置更可_於高電_動，亦即輸人電源可為高電麼 電U提供30伏特至侧伏特之高電壓底下係藉由詳細電路來說明 本創作之技術特徵與作動。 M437004 首先，請參閱第1圖之定電流驅動裝置的電路示意圖，如圖所示，此 疋電流驅動裂置主要包括有—發光二極體負載1G、―開關元件12、一電流 監控电路14、一驅動產生電路16以及一脈波寬度調變電路18。此發光二 極體負載1G係接收-輸人電源Vin，另—端則電性連接—開關元件12，此 開關兀件12係可為M0S電晶體元件，例如金氧半導體場效電晶體 (MOSFET);電流監控電路14係電性連接輸入電源vin及發光二極體負載 10 ’以根據-線性跨壓Vs對應導通至接地或是截止產生開路；驅動產生電 路16係電性連接輸入電源Vin及前述電流監控電路14，並根據電流監控電 路14之開路而對應導通產生一控制電壓VL至脈波寬度調變電路18，其中 電流監控電路14及驅動產生電路16係為—電流鏡電路（eu_t mirr〇r circuit)，此脈波寬度調變電路18係電性連接驅動產生電路16及開關元件 12 ’以根據接收到的控制電壓’進而控制開關元件12的導通與截止。 詳言之’在本實施中，上述之發光二極體負載1〇更包括一發光二極體 串列LED1〜LEDN，其係並聯-輸出電容α以及串接一儲能電感u，並 有-第-整流二極體D1跨接於電流監控電路14之跨壓電阻Rs以及儲能電 感L1與開關元件Π。電流監控電路M更包括一儲能電容ο電性連接至 輸入電源Vin及-第-節點Μ，-箝位電阻係電性連接至第__亂點及一接 地端，-稽納二極體（Zener diode) D3電性連接輸入電源Vin及第一節點 Μ，以穩定電壓；-跨壓電阻Rs係具有第一端a及第二端B，跨壓電随 Rs之第-端A電性連接輸入電源Vin，跨壓電阻Rs之第二端b則電性連 接至發光二極體負載ίο之發光二極體_列LED1〜LEDN，此跨壓電阻仏 係於壓差發生0轉對應產生雜跨壓；—偏置電阻Rg電性連接跨壓電随 5 1VI4J/004

Rs之第一端A以及一比較器0P之負端；此比較器OP之正端則電性連接 至跨壓電阻Rs之第二端B ;另有—第—電晶體φ，例如腦電晶體，| 基極B連無較HOP之輸出端，集虹魏偏置雜吨之第二 及射極E連接驅動產生電路16之第二電晶體Q2與第—電阻幻，以根據比 較器0P之輸出使第-電晶體Q1對應導通至接地或是截止產生開路。驅動 產生電路i6更包括-第二整流二倾防，順向連接於偏置電阻以及第二

電晶體Q2之射極E ’此第二電晶體φ為pNp電晶體，其基極B係連接第 -電晶體之射極E及第-電阻R1，第二電晶體Q2之集極c則連接至第二 節點N ;第-電阻R1 -猶連接第—電晶體Q1之射極及第二電晶體氓 之基極之外’另一端係連接至第一節點M ; 一第二電阻似係連接第二節點 N以及接地端；另有-第三電阻幻係連接第二節㈣以及脈波寬度調變電 路18 ;此驅動產生電路16之第二電晶體Q2係根據電流監控電路14之第 -電晶體Q1開路’且因第-電阻R1所提供之微小電流而導通產生一控制 電壓VL至脈波寬度調魏路18，使脈波寬度織電路18可控制_元件

12導通’進而使流經發光二極體負載1〇之電流經過開關元件ιΐ2及電阻 R5到達接地端。 繼續參考第1 ®所示，根據跨壓電阻&之雜跨壓％，比較器〇p之 正端電壓大於負端時’比較器0P產生正輸出使第一電晶體qi導通，此時 第二電晶體Q2健賊止’輸人電流！透過第—電阻Ri及箝位電阻Rc 導通至接地；此時，開關元件12係保持截止（〇ff)狀態，發光二極體串列 LED1〜LEDN的電流iLED會在由發光二極體串列LED1 〜ledn、儲能電感 U、第-整流二極體D1狀壓電阻&所形成之迴路中循環，如路徑？！ 料47004 所示。當跨壓電阻Rs之線性跨壓產生變化時，比較器〇p之正端電壓小於 負端時，比較器OP之負輪出使第一電晶體以截止產生開路，使第二電晶 體Q2因為第-電阻ru所提供之微小電流而導通，此時輸入電流工流經第 -電阻R2而產生-控制電麼VL ’以提供給脈波寬度調變電路，其具體 關係如下： VL=l：i：i<2=(Vs/RG)*R2 &此即表示控㈣壓VL與第二電阻μ呈線關係；此時，脈波寬度調 變電路18根據接收到的控制電壓VL來控制開關元件12導通（⑻，進而 使流經發光二串列LED1〜LEDN的電流“會依雜過·元件！2 及電阻R5到達接地端，如路徑p2所示；其中流經發光二極體串列l咖 LEDN和儲成電感L1的電流^會隨時間逐漸增加，進而使跨壓電阻

Rs之第二端電壓高於第—端，^ ^ 丨比奴斋0p之正端電壓大於負端時， 使第-電晶體Q1導通，第二電晶 曰體Q2仍保持截止，如上所述，此時因脈 凌寬度調變電路18無接收到控 推動，進而使開關元件12截止， 4電流ILED回復至路徑PI的迴路 ,, 、运如此，即可根據線性跨壓Vs的變 化調整發光二極體串gEDl〜LED 乂 入 、电机1LED的大小，故可有效控制輸 電源Vm，達到並維持定電流之作用。 另外，在本實施例中，脈波 钰辦η4 μ 克度。周戈電路18如圖所示係包含有稽納二 體D4、控制晶片pwM、電 ^阻R4、R5等元件，此部份之電 4仏為熱知技術，故於此不再贅述。 除了第1圖所示之實施例之外，由於輪 制電細目_确…™，所需之控 知遏控制電壓VL與第二電阻R2 7 M437004 呈正比線_係’因此可勤婦第二電阻们之阻值來達成；除此之外， 亦可如第2圖所TF ’於第二節點N與第二電阻μ之間增設有—可變電阻 以，以藉此根據不同電塵需求來調整可變電阻Vs之大小，進而調整控制電 壓VL的電壓大小’其餘結構及作動則與第i圖相同亦不在此費述。 由於本新型係儀線性跨絲控制補償，並糊最少的功率來達到最 佳的定電流控繼益。再者，因本新型可有效適祕高電壓驅動，因此可 廣泛應用於不同輸入電源之發光二極體串列。 以上所述之貫施例僅係為說明本創作之技術思想及特 • 丹θ的在使 熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之内容並據以實施， 田个月匕以之限定 本創作之專利範圍，即大凡依本創作所揭示之精神所作之解變化〆灰 飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍内。 或修 【圖式簡單說明】 第1圖係為本創作之定電流驅動裝置的電路示意圖。 第2圖係為本創作增設有可變電阻的電路示意圖。 【主要元件符號說明】 10 發光二極體負載 12 開關元件 14 電流監控電路 16 驅動產生電路 18 脈波寬度調變電路 C1輸出電容 C2 ' C4 電容 M437004 C3 儲能電容 D1 第一整流二極體 D2 第二整流二極體 D3、D4 稽納二極體 LED1〜LEDN 發光二極體串列 L1 儲能電感 ' Μ 第一節點 • Ν 第二節點 0Ρ 比較器 PWM 控制晶片 Q1 第一電晶體 Q2 第二電晶體 R1 第一電阻 R2 第二電阻 鲁R3第三電阻 R4 ' R5 電阻 Rc 箝位電阻

Rs 跨壓電阻 A第一端 B第二端

Rg 偏置電阻 Rv 可變電阻 Vin 輸入電源

VL 控制電壓 9 M437004

Vs 線性跨壓

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍： L —種定電流驅動裝置，包括： —發光二極體負載，接收—輸入電源； —開關元件’電性連接該發光二極體負載； 電路，電性連接該輸人電源及該發光二極體負载以根據一 線性跨壓職導通至接地或錢止產生開路； —驅動產生電路，其係㉟生連接該輸人電源及該電流監控電路，並根據 該電流監控電路之該開路而導通產生一控制電壓；以及 —脈波寬度_路’電,蝴_動產生電路及該開關元件，以根據 該控制電1，控制賴關元件的導通與截止。 2.如請求項1所述之定電流驅練置，其中該電流監控電路及驅動產生電 路係為一電流鏡電路。 .如請求項1所述之m鶴裝置，其中該發光二極體負載更包括一發 光—極體串列，其係並聯一輸出電容以及率接-儲能電感’以及—第一 整流-極财接於該發S二極體串列及該儲能電感與該開關元件。 4.如請求項1所述之定電流驅動裝置，其中該開社件係為M〇s電晶體 元件。 5.如請求項1所述之定電流驅動m中該電流監控電路更包括： 一儲能電容，其係連接該輸入電源及一第一節點； 一箱位電卩且’其係連接該第一節點及一接地端； 一稽納二極體’其係連接該輸入電源及該第一節點； 一跨壓電®'，其係具有第—端及第m端連接該輸人電源，該 州 /〇〇4 第一知連接该發光二極體負載，該跨壓電阻於壓差發生時會對應產生 該線性跨壓； 偏置電阻，電性連接該跨壓電阻之該第一端； 一比較，其正端與負端分別電性連接該跨壓電阻之該第二端與該跨壓 電阻；以及 -第-電晶體’其基極連接該比較II之輸出端，集極連接該偏置電阻之 該第二端，以及射極連接該驅動產生電路，以根據該比較器之輸出使 該第一電晶體對應導通至接地或是截止產生開路。 6.如印求項5所述之定電流轉裝置，其巾該驅誠生電路更包括： —第二整流二極體，順向連接於該偏置電阻； —第-電阻，其係連接該第-電晶體之射極及該第一節點； 一第二電阻，其係連接一第二節點以及該接地端； 第一電阻其係連接該第一節點以及該脈波寬度調變電路；以及 —第二電晶體，其基極係連接該第一電晶體之射極及該第一電阻，該第 電aa體之射極連接4第二整流二極體，其集極則連接至該第二節 點’並根_糕餘電路之該第—電晶體騎而導通產生一控制電 壓至該脈波寬度調變電路。 .如請求項6所述之㈣流鶴裝置，其中該第—電晶體係為謂^電晶 體，且該第二電晶體為PNP電晶體。 .如請求項6所述之定電流驅動裝置，其中根據該線性跨壓，該比較器之 該正端電壓大於負端時，使第—電晶體導通，糾該第二電晶體截止， 輸入電流透過該籍位電阻導通至該接地端；以及該比較器之該正端電壓 12 M437004 小於該負端時’該第一電晶體截止產生開路，使該第二電晶體因為該第 电阻提供之微小電流而導通’此時該輸入電流流經該第二電阻而產生 一控制電壓，以提供給該脈波寬度調變電路，使其控制該開關元件導通， 進而使流經該發光二極體負載之電流經過該開關元件到達該接地端。 9.如清求項6或8所述之定電流驅動袭置，射該輸入電源係為高電壓電 鲁 6G0伏特之高電壓。

   月求項9所述之定電流驅動裝置，其中該高電壓電源係提供％伏特至 k驅動^置，其中該驅動產生電路更包括一 節點及該第二電阻，以調整該控制電壓的大