TWM468756U - 發光二極體驅動裝置 - Google Patents

Description

發光二極體驅動裝置

本創作係有關於一種驅動裝置，尤指一種發光二極體的驅動裝置。

平面型顯示裝置，例如為液晶顯示裝置，因具有高畫質、體積小、重量輕等優點，已成為顯示裝置的主流。為更進一步地達到低消耗功率之特點，目前已多使用耗電量小的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)取代傳統的白熾燈管或螢光燈管作為平面型顯示裝置顯示時所需的光源提供。

發光二極體為一種電流驅動之低電壓單向導電元件，加上發光二極體本身的光通量係隨著流過該發光二極體的電流而有所改變，因此為使得平面型顯示裝置能夠均勻亮度的發光，必須提供一穩定電流源供給由發光二極體所組成之串列或陣列，使其亮度達到一致性。習知用以提供發光二極體串列穩定電流源的發光二極體驅動電路主要是在每個發光二極體串列上串聯一定電流元件，例如為電流鏡，然而此電路架構勢必因發光二極體串列的數量增加而變得龐大，是故，如何有效地穩定導通至發光二極體串列的電流並使通過所有發光二極體串列的電流達到一致，同時達到縮減發光二極體驅動裝置之電路架構(或體積)，成為本領域技術人欲急欲解決之問題。

鑒於先前技術所述，本揭示內容之一技術態樣，在於提供一種發光二極體驅動裝置，所述發光二極體驅動裝置用以提供穩定電流及電流予發光二極體串列，使發光二極體串列的亮度一致。

本技術態樣之一實施方式提供一種發光二極體驅動裝置，所述發光二極體裝置電連接於一電壓源及複數發光二極體串列，發光二極體驅動裝置包含一定電壓輸出模組、一整流單元及一定電流控制單元。定電壓輸出模組電連接於電壓源，所述定電壓輸出模組包含一切換單元、一諧振單元、一轉換單元及一電力平衡單元；諧振單元電連接於切換單元，轉換單元包含一初級繞組、二第一次級繞組及一第二次級繞組，初級繞組電連接於諧振單元。電力平衡單元包含一平衡變壓器，所述平衡變壓器包含二平衡線圈，平衡線圈電連接於第一次級繞組。整流單元電連接於電力平衡單元及發光二極體串列。定電流控制單元電連接於該第二次級繞組及發光二極體串列。

在本技術態樣其他實施方式中，定電流控制單元包含一驅動元件及一電力轉換電路，驅動元件電連接於發光二極體串列，電力轉換電路電連接於驅動元件及第二次級繞組。

在本技術態樣其他實施方式中，電力平衡單元更包含二平衡電容器，平衡電容器電連接於第一次級繞組及整流單元，平衡電容器、第一次級繞組及平衡線圈呈串聯連接。

在本技術態樣其他實施方式中，發光二極體驅動裝置更包含一控制器，電連接於第二次級繞組及切換單元，控制器控制切換單元的切換頻率。

在本技術態樣其他實施方式中，發光二極體驅動裝置更包含複數保護電容器，保護電容器並聯於發光二極體串列。

在本技術態樣其他實施方式中，整流單元包含二第一整流器及一第二整流器，第一整流器分別電連接於第一次級繞組及發光二極體串列，第二整流器電連接於第二次級繞組。

在本技術態樣其他實施方式中，發光二極體驅動裝置更包含一準位偵測電容器，電連接於第二整流器。

在本技術態樣其他實施方式中，平衡線圈具有相同匝數。

在本技術態樣其他實施方式中，諧振單元包含一諧振電容器、一諧振電感器及一激磁電感器，諧振電容器、諧振電感器及激磁電感器呈串聯電連接，激磁電感器並聯電連接於初級繞組，激磁電感器電連接於諧振電感器。

在本技術態樣其他實施方式中，切換單元包含二切換元件，電連接於控制器，控制器調變切換元件的切換頻率。

1‧‧‧發光二極體驅動裝置

10‧‧‧切換單元

100‧‧‧切換元件

11‧‧‧控制器

12‧‧‧諧振單元

120‧‧‧諧振電容器

122‧‧‧諧振電感器

124‧‧‧激磁電感器

14‧‧‧轉換單元

140‧‧‧初級繞組

142‧‧‧第一次級繞組

144‧‧‧第二次級繞組

15‧‧‧準位偵測電容器

16‧‧‧整流單元

160‧‧‧第一整流器

161、163‧‧‧二極體

162‧‧‧第二整流器

18‧‧‧電力平衡單元

180‧‧‧平衡變壓器

182‧‧‧平衡電容器

184‧‧‧平衡線圈

20‧‧‧定電流控制單元

200‧‧‧驅動元件

202‧‧‧電力轉換電路

22‧‧‧保護電容器

3‧‧‧發光二極體串列

30‧‧‧發光二極體

4‧‧‧定電壓輸出模組

VIN‧‧‧電壓源

第一圖為本揭示內容第一實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖。

第二圖為本揭示內容第一實施方式之發光二極體驅動裝置之電路圖。

請參考隨附圖示，本揭示內容之以上及額外目的、特徵及優點將透過本揭示內容之較佳實施方式之以下闡釋性及非限制性詳細描敘予以更好地理解。

配合參閱第一圖，為本揭示內容之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖。發光二極體驅動裝置1電連接於複數發光二極體串列3，用以驅動發光二極體串列3發出光線。發光二極體驅動裝置1包含一定電壓輸出模組4、一整流單元16及一定電流控制單元20，定電壓輸出模組4用以提供恆定電壓輸出，以穩定導通至發光二極體串列3的電壓，定電流控制單元20用以提供恆定電流輸出，使發光二極體串列3得以均勻亮度的發光。

配合參閱第二圖，為本揭示內容第一實施方式之發光二極體驅動裝置之電路圖。發光二極體驅動裝置1電連接於一電壓源VIN及發光二極體串列3，所述電壓源VIN為直流電壓源。發光二極體串列3包含複數發光二極體30，所述發光二極體30呈串聯連接。在本實施方式中，發光二極體串列3的數量以三組做為說明為例。發光二極體30可例如為發光二極體晶粒或發光二極體封裝，發光二極體晶粒是由複數半導體層所組成，而發光二極體封裝係於前述發光二極體晶粒上包覆透光樹脂材料或螢光層。發光二極體驅動裝置1用以驅動發光二極體串列3，使發光二極體30均勻亮度地發光。

定電壓輸出模組4包含一切換單元10、一諧振單元12、一轉換單元14及一電力平衡單元18。切換單元10電連接於電壓源VIN，諧振單元12電連接於切換單元10，轉換單元14電連接於諧振單元12，電力平衡單元18電連接於轉換單元14。整流單元16電連接於電力平衡單元18、定電流控制單元20及發光二極體串列3。

切換單元10用以將電壓源VIN切換成為脈動直流信號。在本實施方式中，切換單元10為包含二切換元件100的半橋切換電路，且切換元件100可例如(但不限定)為金屬氧化物半導體場效應電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSEFT)。在實際實施時，切換單元10也可以為全橋切換電路，並搭配使用其他具有切換功能的功率開關，例如絕緣閘雙極電晶體(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。切換單元10電連接於一控制器11，控制器11用以控制切換元件100的切換頻率。

諧振單元12電連接於切換元件100之間，以在切換元件100交替導通和截止之時接收脈動直流信號，並依據切換單元100輸出的脈動直流信號的頻率進行電壓調變，以輸出穩定電壓。諧振單元12包含一諧振電容器120、諧振電感器122及一激磁電感器124，諧振電容器120串聯電連接於諧振電感器122，激磁電感器124並聯於轉換單元14之一初級繞組140，激磁電感器124同時電連接於諧振電感器122。諧振電容器120用以阻隔直流脈動信號的直流成份，並與諧振電感器122形成一諧振電路。在本實施方式中，激磁電感器124是實施成如第二圖所示的外在電感器，實際實施時，激磁電感器124也可以為轉換單元14的磁化電感。

轉換單元14包含初級繞組140、二第一次級繞組142及一第二次級繞組144。初級繞組140電連接於諧振單元12，用以將電能轉換為磁能，並將磁能傳遞至第一次級繞組142及第二次級繞組144。第一次級繞組142及第二次級繞組144將磁能轉換為電能，以達成升壓或降壓的功能。第一次級繞組142具有相同匝數，第二次級繞組144的匝數可以相同於第一次級繞組142的匝數，或者第二次級繞組144的匝數可以不相同於第一次級繞組142的匝數。在本實施方式中，第二次級繞組144為中心抽頭型繞組。

第二次級繞組144電連接於一準位偵測電容器15。所述準位偵測電容器15用以偵測第二次級繞組144輸出的電壓。藉由調整第二次級繞組144及第一次級繞組142的匝數比，就可以經由偵測準位偵測電容器15的電壓而得知第一次級繞組142輸出的電壓。此外，控制器11也電連接於第二次級繞組144，控制器11藉由偵測第二次級繞組144輸出的電壓以控制切換元件100切換的頻率，藉以調變第一次級繞組142及第二次級繞組144輸出的電壓。

整流單元16包含二個第一整流器160及一個第二整流器162，第一整流器160電連接於第一次級繞組142及發光二極體串列3，用以將第一次級繞組142輸出之呈交流電形式的電能轉換為具高頻脈動成分的直流電。第二整流器162電連接於第二次級繞組144及定電流控制單元20。在本實施方式中，第一整流器160是由四個二極體161所構成的橋式整流器，第二整流器162是由二個二極體163所構成的全波整流器。

電力平衡單元18包含一平衡變壓器180及二平衡電容器182，平衡變壓器180包含二平衡線圈184，所述平衡線圈184具有相同匝數。平衡線圈184分別電連接於第一次級繞組142及第一整流器160，用以平衡流經平衡線圈184的電流，使傳遞至整流單元16的電流一致。平衡電容器182電連接於第一次級繞組142及第一整流器160，所述平衡電容器182具有穩定電壓的功能。各該平衡電容器182、各該第一次級繞組142及各該平衡線圈184呈串聯連接。

定電流控制單元20包含一驅動元件200及一電力轉換電路202，驅動元件200用以偵測導通於發光二極體串列3的電流，並將所述電流回授至電力轉換電路202。當導通於發光二極體串列3的電流過大或過小時，電力轉換電路202係對應減少或提高由定電壓輸出模組4輸出的電壓，使導通於發光二極體串列3的電流維持在一定值。在本實施方式中，電力轉換電路202以升壓電路作為說明範例，實際實施時，電力轉換電路202也可以為降壓電路。

此外，發光二極體驅動裝置1更包含複數保護電容器22，每一個保護電容器22並聯連接於一個發光二極體串列3。每個發光二極體串列3具有特定的工作電壓，所述工作電壓等於每個發光二極體串列3之發光二極體30的順向導通電壓的總和。由於每個發光二極體串列3的工作電壓不盡相同，是故為有效地驅動所有發光二極體串列3，則轉換單元14之第一次級繞組142輸出的電壓必須相同於這些發光二極體串列3中具有最大工作電壓之發光二極體串列3的工作電壓。而其中工作電壓小於前述最大工作電壓之發光二極體串列3就必須利用保護電容器22儲存由第一次級繞組142輸出但高於工作電壓的差值電壓，藉以避免發光二極體30承受過大電壓而損壞。

此外，要說明的是，當發光二極體串列3的數量增加時，則必須增加第一二次側繞組142、平衡線圈184及第一整流器160的數量，並且每增加一個第一二次側繞組142，就可以增加二個呈並聯連接的發光二極體串列3；當然，增加一二次側繞組142也可以只增加一個發光二極體串列3。並且，每增加一個第一二次側繞組142，就必須對應增加一個平衡線圈184及一個第一整流器160。

在實際操作時，發光二極體驅動裝置1接收電壓源VIN提供的直流信號後，切換單元10將直流電力切換為脈動直流信號，諧振單元12依據脈動直流信號的切換頻率以調變輸出的電壓，並將所述電壓傳遞至轉換單元14。轉換單元14用以提供電源轉換功能，使轉換單元14的第一次級繞組142輸出可供點亮發光二極體串列3的電壓，同時轉換單元14的第二次級繞組144輸出作為校準需求的電壓。

電力平衡單元18之平衡線圈182用以使傳遞至轉換單元16之第一整流器160的電流一致，平衡電容器182用以穩定電壓，如此一來，就可以讓傳遞至發光二極體串列3的電流為一定值，藉以使發光二極體串列3達到一致的亮度。定電流控制單元20之驅動元件200偵測導通於發光二極體串列3的電流是否達到一預定值，例如導通於每一個發光二極體串列3為200微安培，則為使得本實施方式的三個發光二極體串列3的發光亮度一致，則定電壓輸出模組4必須提供600微安培的電流。當定電流控制單元20偵測定電壓輸出模組4輸出的電壓可以使導通至發光二極體串列3的電流達到前述預定值，則使定電壓輸出模組4輸出的電壓值維持在定值。假若定電流控制單元20偵測定電壓輸出模組4輸出的電流未達到前述預定值，則驅動元件200送出一信號給電力轉換電路202，並使得控制器11調變切換元件100的切換頻率，藉以提升導通於發光二極體串列3的電壓。

綜合以上所述，本揭示內容的發光二極體裝置1利用定電壓輸出模組4及定電流控制單元20使導通於發光二極體串列3的電壓及電流維持在定值，如此一來，就可以讓發光二極體串列3達到一致亮度的發光。其次，本揭示內容的發光二極體裝置4之定電壓輸出模組4及電流控制單元20同時可連接於多個發光二極體串列3，如此一來，可以有效地縮減發光二極體驅動裝置1的電路架構，進而縮小發光二極體驅動裝置1的體積。

然以上所述者，僅為本揭示內容之較佳實施例，當不能限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

1‧‧‧發光二極體驅動裝置

10‧‧‧切換單元

100‧‧‧切換元件

11‧‧‧控制器

12‧‧‧諧振單元

120‧‧‧諧振電容器

122‧‧‧諧振電感器

124‧‧‧激磁電感器

14‧‧‧轉換單元

140‧‧‧初級繞組

142‧‧‧第一次級繞組

144‧‧‧第二次級繞組

15‧‧‧準位偵測電容器

16‧‧‧整流單元

160‧‧‧第一整流器

161、163‧‧‧二極體

162‧‧‧第二整流器

18‧‧‧電力平衡單元

180‧‧‧平衡變壓器

182‧‧‧平衡電容器

184‧‧‧平衡線圈

20‧‧‧定電流控制單元

200‧‧‧驅動元件

202‧‧‧電力轉換電路

22‧‧‧保護電容器

3‧‧‧發光二極體串列

30‧‧‧發光二極體

4‧‧‧定電壓輸出模組

VIN‧‧‧電壓源

Claims (10)

1. 一種發光二極體驅動裝置，電連接於一電壓源及複數發光二極體串列，該發光二極體驅動裝置包含:
   一定電壓輸出模組，電連接於該電壓源，該定電壓輸出模組包含:
   一切換單元；
   一諧振單元，電連接於該切換單元；
   一轉換單元，包含一初級繞組、二第一次級繞組及一第二次級繞組，該初級繞組電連接於該諧振單元；
   一電力平衡單元，包含一平衡變壓器，該平衡變壓器包含二平衡線圈，該等平衡線圈電連接於該等第一次級繞組；
   一整流單元，電連接於該電力平衡單元及該等發光二極體串列；以及
   一定電流控制單元，電連接於該第二次級繞組及該等發光二極體串列。
2. 如請求項1所述之發光二極體驅動裝置，其中該定電流控制單元包含一驅動元件及一電力轉換電路，該驅動元件電連接於該等發光二極體串列，該電力轉換電路電連接於該驅動元件及該第二次級繞組。
3. 如請求項2所述之發光二極體驅動裝置，其中該電力平衡單元更包含二平衡電容器，該等平衡電容器電連接於該等第一次級繞組及該整流單元，各該平衡電容器、各該第一次級繞組及各該平衡線圈呈串聯連接。
4. 如請求項3所述之發光二極體驅動裝置，更包含一控制器，電連接於該第二次級繞組及該切換單元，該控制器控制該切換單元的切換頻率。
5. 如請求項4所述之發光二極體驅動裝置，更包含複數保護電容器，各該保護電容器並聯於各該發光二極體串列。
6. 如請求項5所述之發光二極體驅動裝置，其中該整流單元包含二第一整流器及一第二整流器，該等第一整流器分別電連接於該等第一次級繞組及該等發光二極體串列，該第二整流器電連接於該第二次級繞組。
7. 如請求項6所述之發光二極體驅動裝置，更包含一準位偵測電容器，電連接於該第二整流器。
8. 如請求項7所述之發光二極體驅動裝置，其中該等平衡線圈具有相同匝數。
9. 如請求項8所述之發光二極體驅動裝置，其中該諧振單元包含一諧振電容器、一諧振電感器及一激磁電感器，該諧振電容器、該諧振電感器及該激磁電感器呈串聯電連接，該激磁電感器並聯電連接於該初級繞組，該激磁電感器電連接於該諧振電感器。
10. 如請求項9所述之發光二極體驅動裝置，其中該切換單元包含二切換元件，電連接於該控制器，該控制器調變該等切換元件的切換頻率。