CN104853467A - 发光二极管驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管的驱动装置，适用于数个发光二极管，且包含：一交流直流转换模块，接收一交流电压并转换成一直流电压；一变压器，包括一接收该直流电压的一次侧绕组、一第一二次侧绕组，及一第二二次侧绕组，该第一、第二二次侧绕组分别根据各自的一匝数比产生正比该直流电压的一第一感应电压及一第二感应电压；一第一储能电路，接收该第一感应电压并据以产生一正比该第一感应电压的第一储能电压；一升压电路，接收该第一储能电压，并将该第一储能电压进行升压以产生一升压电压；一第二储能电路，接收该第二感应电压并产生一正比该第二感应电压的第二储能电压，并将该第二储能电压加上升压电压以得到一驱动电压，供应至每一发光二极管。

Description

发光二极管驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，特别是涉及一种发光二极管的驱动装置。

背景技术

随着发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有诸多优于传统光源的多项优点，例如：效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可靠性高等，因此发光二极管的应用越来越广泛，而发光二极管在使用上，一般由一发光二极管驱动装置接收一输入电压，再驱动发光二极管作动。该发光二极管驱动装置包括一升压电路，及一控制电路。该升压电路接收该输入电压并用于将该输入电压转换成所述发光二极管所需的一输出电压并传送给每一发光二极管，该控制电路用于调节每一发光二极管的电流并达到平衡。

然而，现有的该升压电路在设计上必须考虑两个问题：

问题一：因考虑该升压电路在转换时所产生的耗损，则该升压电路需提供高于需求的电压升压比例，但常因受限于物理升压比的限制，无法提供足够大的电压升压比例。

问题二：当需启动多个发光二极管作动时，该升压电路中需使用较大热能耐受的元件，元件成本、尺寸因而提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述问题的发光二极管的驱动装置。

本发明发光二极管的驱动装置，适用于供电以驱动数个发光二极管，每一发光二极管具有一阳极，及一阴极，其特征在于：该发光二极管驱动装置包含：

一交流直流转换模块，接收一交流电压,并将该交流电压转换成一直流电压；

一变压器，包括一电连接该交流直流转换模块以接收该直流电压的一次侧绕组、一第一二次侧绕组，及一第二二次侧绕组，该第一二次侧绕组根据一匝数比产生一正比该直流电压的第一感应电压，该第二二次侧绕组根据一匝数比产生一正比该直流电压的第二感应电压，该第一、第二二次侧绕组分别具有一第一端，及一第二端，且该第一二次侧绕组的第二端接地；

一第一储能电路，电连接该第一二次侧绕组，接收该第一感应电压并据以产生一正比该第一感应电压的第一储能电压，且包括一输出该第一储能电压的第一输出端；

一升压电路，电连接该第一储能电路，接收该第一储能电压，并将该第一储能电压进行升压以产生一升压电压；

一第二储能电路，包括一电连接所述发光二极管的阳极的第二输出端，且该第二储能电路电连接该第二二次侧绕组以接收该第二感应电压并产生一正比该第二感应电压的第二储能电压，电连接该升压电路以接收该升压电压，并将该第二储能电压加上升压电压以得到一驱动电压，从该第二输出端供应至每一发光二极管的阳极。

本发明的有益效果在于：通过该变压器提供的该第一感应电压与该第二感应电压，大幅降低该升压电路需提供的电压升压比例，也减轻该升压电路中元件需承受的热能耐受。

附图说明

图1是一电路图，说明本发明发光二极管的驱动装置的一较佳实施例在一切换开关为导通的状态；及

图2是一电路图，说明该较佳实施例在该切换开关为不导通的状态。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1与图2，本发明发光二极管驱动装置的一较佳实施例适用于供电以驱动数个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)100，为方便说明，以三个发光二极管100作说明，但不以此为限。每一发光二极管100具有一阳极，及一阴极，且该发光二极管驱动装置包含一交流直流转换模块1、一变压器2、一第一储能电路3、一升压电路4、一第二储能电路5，及一控制模块6。

该交流直流转换模块1电连接一交流电源200，用于接收该交流电源200输出的一交流电压V_AC，并将该交流电压V_AC转换成一直流电压V_IN，且该交流直流转换模块1包括一电连接该交流电源200且用于降低该交流电压V_AC的电磁干扰的滤波电路11，及一电连接该滤波电路11且用于将该交流电压V_AC转换成该直流电压V_IN的整流电路12。

该变压器2包括一一次侧绕组21、一第一二次侧绕组22，及一第二二次侧绕组23。该一次侧绕组21、该第一、第二二次侧绕组22、23分别具有一第一端，及一第二端。该一次侧绕组21的第一端及第二端分别电连接该整流电路12以接收该直流电压V_IN，而该第一二次侧绕组22根据一匝数比产生一正比该直流电压V_IN的第一感应电压V_NS1；该第二二次侧绕组23根据一匝数比产生一正比该直流电压V_IN的第二感应电压V_NS2，且该第一二次侧绕组22的第二端接地。该第一、第二二次侧绕组22、23的匝数分别为N_s1、N_s2。

该第一储能电路3电连接该第一二次侧绕组22，接收该第一感应电压V_NS1并据以产生一正比该第一感应电压V_NS1的第一储能电压V₁，且包括一第一二极管D₁、一第一电容C₁，及一第一输出端31。该第一二极管D₁具有一电连接该第一二次侧绕组22的第一端的阳极，及一电连接该第一输出端31的阴极。该第一电容C₁具有一电连接该第一输出端31的第一端，及一电连接该第一二次侧绕组22的第二端的第二端，且该第一电容C₁的跨压为该第一储能电压V₁，则该第一输出端31输出该第一储能电压V₁。

该升压电路4电连接该第一储能电路3，接收该第一储能电压V₁，并将该第一储能电压V₁进行升压以产生一升压电压V_X，且包括一第一电感L₁、一第一晶体管Q₁、一第三二极管D₃，及一第三电容C₃。该第一电感L₁具有一电连接该第一输出端31的第一端，及一第二端。该第一晶体管Q₁具有一电连接该第一电感L₁的第二端的第一端、一接地的第二端，及一控制端，且该控制端受控制使该第一晶体管Q₁于导通与不导通间切换。该第一晶体管Q₁为一N型功率半导体晶体管，并该第一端为汲极、第二端为源极、控制端为闸极。该第三二极管D₃具有一电连接该第一电感L₁的第二端的阳极，及一电连接该第二二次侧绕组23的第二端的阴极。该第三电容C₃具有一电连接该第三二极管D₃的阴极的第一端，及一接地的第二端。该升压电路4从该第一电感L₁的第一端接收该第一储能电压V₁进行升压，且在该第三电容C₃的跨压为该升压电压V_X。

该第二储能电路5电连接该第二二次侧绕组23以接收该第二感应电压V_NS2并产生一正比该第二感应电压V_NS2的第二储能电压V₂，电连接该升压电路4以接收该升压电压V_X，并将该第二储能电压V₂加上该升压电压V_X以得到一驱动电压V_o，且包括一第二二极管D₂、一第二电容C₂，及一第二输出端51。该第二二极管D₂具有一电连接该第二二次侧绕组23的第一端的阳极，及一电连接该第二输出端51的阴极。该第二电容C₂具有一电连接该第二输出端51的第一端，及一电连接该第三电容C₃的第一端的第二端，且该第二电容C₂的跨压为该第二储能电压V₂。该第二输出端51电连接所述发光二极管100的阳极并输出该驱动电压V_o给所述发光二极管100。

该控制模块6包括一电流平衡电路61、一保护电路62，及一逻辑驱动电路63。

该电流平衡电路61电连接每一发光二极管100的阴极以控制流经每一发光二极管100的电流大小，且具有数个电流源611、一及逻辑闸612、一切换开关SW，及一设定电阻R_set。所述电流源611的个数与所述发光二极管100的个数相同，每一电流源611具有一电连接相对应的发光二极管100的阴极的第一端、一控制电流量的第二端，及一接地的第三端。该及逻辑闸612具有二分别接收一调整所述发光二极管100亮度的调光讯号DIM和一驱动所述发光二极管100的驱动讯号ON/OFF的输入端，及一输出端，将该调光讯号DIM和该驱动讯号ON/OFF进行及逻辑运算后产生一控制信号由该输出端输出。该切换开关SW具有一接收一参考电压V_ref的第一端，及一电连接每一电流源611的第二端的第二端，及一电连接该及逻辑闸612的输出端以接收该控制信号的控制端613，且受该控制信号控制于导通与不导通间切换。该设定电阻R_set具有一电连接该切换开关SW的第一端的第一端，及一接地的第二端，当该切换开关SW导通时，产生一流进所述电流源611的第二端的设定电流I_set，用于控制所述电流源611的电流大小。

该保护电路62电连接每一发光二极管100的阴极以侦测每一发光二极管100的阴极的电压，并根据所述发光二极管100的阴极的电压大小以决定是否提供微电流I_lk控制所述发光二极管100微微发光，且具有一比较器621、一除法器622、一反相逻辑闸623、一第一电阻R₁，及一第二电阻R₂。该比较器621具有一输入一设定电压V_set的非反相输入端、数个分别电连接所述发光二极管100的阴极的反相输入端，及一输出端。该除法器622具有一电连接该比较器621的输出端的驱动端、一电连接该设定电阻R_set的第一端的输入端，及一分别电连接所述电流源611的第二端的输出端，以输出微电流I_lk控制所述发光二极管100微微发光。该反相逻辑闸623具有一电连接该及逻辑闸612输出端以接收该控制信号的输入端，及一电连接该比较器621的输出端，将该控制信号进行反相后产生一反相信号从该反相逻辑闸623的输出端输出,以控制该比较器621的致能或禁能。该第一电阻R₁与该第二电阻R₂串联一电源V与地端间，且该第一电阻R₁与该第二电阻R₂具有一共同端点624，在本例中，该电源V为该第一储能电压V₁。该比较器621的非反相输入端电连接该第一电阻R₁与该第二电阻R₂的共同端点624，则可通过调整该第一、第二电阻R₁、R₂的阻值，以调变输入该比较器621的非反相输入端的该设定电压V_set。

该逻辑驱动电路63电连接该及逻辑闸612的输出端与该第一晶体管Q₁的控制端间，则该及逻辑闸612输出的控制信号可经由该逻辑驱动电路63传至该第一晶体管Q₁，以控制该第一晶体管Q₁于导通与不导通间切换。

在操作时，驱动所述发光二极管100的驱动电压V_o，即等于该升压电压V_X加上该第二储能电压V₂，则降低该升压电路4需提供的电压升压比例，且该控制模块6的保护电路62侦测每一发光二极管100的阴极的电压，并根据所述发光二极管100的阴极的电压大小以决定是否提供微电流I_lk控制所述发光二极管100微微发光，以消耗该第二二次侧绕组23产生的能量，保护该电流平衡电路61及所述发光二极管100。以下说明本发明发光二极管驱动装置如何作动。

状态一：

参阅图1，当该调光讯号DIM与该驱动讯号ON/OFF皆为1输入至该及逻辑闸612时，该及逻辑闸612运算后输出的控制信号为1，则该控制信号驱动该升压电路4的第一晶体管Q₁导通，且控制该切换开关SW为导通的状态，但该控制信号经过该反相逻辑闸623后输出的反相信号为0，使该比较器621不作动，因此该保护电路62也不作动。该一次侧绕组21接收该直流电压V_IN，使该第一、第二二次侧绕组22、23根据各自与该一次侧绕组21的匝数比分别产生该第一、第二感应电压V_NS1、V_NS2，且该第一、第二储能电路3、5分别接收该第一、第二感应电压V_NS1、V_NS2，并分别产生该第一、第二储能电压V₁、V₂。

该升压电路4接收该第一储能电压V₁，且根据该第一晶体管Q₁的导通周期D，产生的该升压电压V_X如下所示：

V_x=V₁*(1/(1-D))…………(1)

参数D为该第一晶体管Q₁的导通周期。

则该驱动电压V_o等于从该第二电容C₂的第二端接收该升压电压V_X，加上该第二电容C₂本身跨压的第二储能电压V₂，再从该第二输出端51供电给所述发光二极管100，该驱动电压V_o如下所示：

V_o=V_x+V₂=V₁*((1/(1-D))+(N_s2/N_s1))………(2)

由公式(2)得知，该驱动电压V_o可通过累加该升压电压V_X及该第二储能电压V₂而得到，可降低该第一晶体管Q₁的导通周期D，因而分担该升压电路4所需承担的升压比例。

所述发光二极管100分别接收该驱动电压V_o而发光，又该切换开关SW为导通状态，则所述发光二极管100的发光亮度可经由调整该设定电阻R_set，改变该设定电流I_set的大小，以控制所述电流源611的电流大小。

状态二：

参阅图2，当该调光讯号DIM与该驱动讯号ON/OFF皆无讯号或只有其中的一为1输入至该及逻辑闸612时，该及逻辑闸612运算后输出的控制信号为0，则无法驱动该升压电路4的第一晶体管Q₁，该第一晶体管Q₁为不导通，且控制该切换开关SW为不导通的状态，而该及逻辑闸612输出的控制信号经过该反相逻辑闸623输出的反相信号为1，以驱动该比较器621开始作动，该比较器621开始侦测所述发光二极管100的阴极的电压，因此该保护电路62开始作动。同状态一，该一次侧绕组21接收该直流电压V_IN，使该第一、第二二次侧绕组22、23根据各自与该一次侧绕组21的匝数比分别产生该第一、第二感应电压V_NS1、V_NS2，且该第一、第二储能电路3、5分别接收该第一、第二感应电压V_NS1、V_NS2，并分别产生该第一、第二储能电压V₁、V₂。因该第一晶体管Q₁不导通，该升压电路4产生的升压电压V_X的大小等于该第一储能电压V₁的大小。

在实际应用中，该第一储能电压V₁除了供电给所述发光二极管100，也会供电给其他电路(图未示)使用，因此，该第一二次侧绕组22产生的该第一感应电压V_NS1很快的就被消耗，而该第二二次侧绕组23产生的该第二感应电压V_NS2却没有被消耗，则导致该第二储能电压V₂大于原本的预定值，如下所示：

V₂>V₁*(N_s2/N_s1)………(3)

过大的该第二储能电压V₂导致所述发光二极管100的阴极的电压过大，因而很容易破坏该电流平衡电路61及所述发光二极管100。因此，本状态驱动该比较器621侦测所述发光二极管100的阴极的电压，当每一发光二极管100的阴极的电压大于输入至该比较器621非反相输入端的设定电压V_set时，该比较器621的输出端输出的讯号为1，驱动该除法器622开始作动，该除法器622使该设定电流I_set自该输入端流入，再由该输出端流出该微电流I_lk至所述电流源611的第二端，该微电流I_lk的大小为I_set/X，控制所述发光二极管100微微发光以消耗能量，需注意的是，可控制该除法器622的参数X使发光二极管100微微发光，但人体的肉眼不易查觉，在本例中，设定参数X为100。如此，该保护电路62就能消耗该第二感应电压V_NS2，保护该电流平衡电路61及所述发光二极管100。

综上所述，上述实施例具有以下优点：

1.因该第一储能电压V₁提供给该升压电路4转换成该升压电压V_X，则提供给所述发光二极管100的驱动电压V_o可由该升压电压V_X加上该第二储能电压V₂得到，则大幅降低该升压电路4需提供的电压升压比例，即使考虑该升压电路4所产生的耗损，该驱动电压V_o也容易在该升压电路4受限的物理升压比例中达到。

2.因该升压电路4需提供的电压升压比例降低，减轻该升压电路4中元件需承受的热能耐受，则让组件的成本、尺寸降低就可达到相较于现有的升压电路同样的效果。

所以本发明发光二极管驱动装置的设计可解决现有技术的问题，还达到缩小尺寸、降低成本的功效。

Claims (8)

1.一种发光二极管驱动装置，适用于供电以驱动数个发光二极管，每一发光二极管具有一阳极，及一阴极，其特征在于：该发光二极管驱动装置包含：

一交流直流转换模块，接收一交流电压,并将该交流电压转换成一直流电压；

一变压器，包括一电连接该交流直流转换模块以接收该直流电压的一次侧绕组、一第一二次侧绕组，及一第二二次侧绕组，该第一二次侧绕组根据一匝数比产生一正比该直流电压的第一感应电压，该第二二次侧绕组根据一匝数比产生一正比该直流电压的第二感应电压，该第一、第二二次侧绕组分别具有一第一端，及一第二端，且该第一二次侧绕组的第二端接地；

一第一储能电路，电连接该第一二次侧绕组，接收该第一感应电压并据以产生一正比该第一感应电压的第一储能电压，且包括一输出该第一储能电压的第一输出端；

一升压电路，电连接该第一储能电路，接收该第一储能电压，并将该第一储能电压进行升压以产生一升压电压；

一第二储能电路，包括一电连接所述发光二极管的阳极的第二输出端，且该第二储能电路电连接该第二二次侧绕组以接收该第二感应电压并产生一正比该第二感应电压的第二储能电压，电连接该升压电路以接收该升压电压，并将该第二储能电压加上升压电压以得到一驱动电压，从该第二输出端供应至每一发光二极管的阳极。

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：该第一储能电路包括：

一第一二极管，具有一电连接该第一二次侧绕组的第一端的阳极，及一电连接该第一输出端的阴极；及

一第一电容，具有一电连接该第一输出端的第一端，及一电连接该第一二次侧绕组的第二端的第二端，且该第一电容的跨压为该第一储能电压。

3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于：

该升压电路包括：

一第一电感，具有一电连接该第一输出端的第一端，及一第二端；

一第一晶体管，具有一电连接该第一电感的第二端的第一端、一接地的第二端，及一控制端，且该控制端受控制使该第一晶体管于导通与不导通间切换；

一第三二极管，具有一电连接该第一电感的第二端的阳极，及一电连接该第二二次侧绕组的第二端的阴极；及

一第三电容，具有一电连接该第三二极管的阴极的第一端，及一接地的第二端。

4.根据权利要求3所述的发光二极管驱动装置，其特征在于：该第二储能电路包括：

一第二二极管，具有一电连接该第二二次侧绕组的第一端的阳极，及一电连接该第二输出端的阴极；及

一第二电容，具有一电连接该第二输出端的第一端，及一电连接该第三电容的第一端的第二端，且该第二电容的跨压为该第二储能电压。

5.根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其特征在于：该驱动电压如下所示：

V_o=V₁*((1/(1-D))+(N_s2/N_s1))

参数V_o为该驱动电压，参数V₁为该第一储能电压，参数D为该第一晶体管的导通周期，参数N_s2为该第二二次侧绕组的匝数，参数N_s1为该第一二次侧绕组的匝数。

6.根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其特征在于：该发光二极管驱动装置还包含：

一控制模块，包括：

一电流平衡电路，电连接每一发光二极管的阴极以控制流经每一发光二极管的电流大小；

一保护电路，电连接每一发光二极管的阴极以侦测每一发光二极管的阴极的电压，并根据所述发光二极管的阴极的电压大小以决定是否提供微电流控制所述发光二极管微微发光。

7.根据权利要求6所述的发光二极管驱动装置，其特征在于：该电流平衡电路具有：

数个电流源，每一电流源具有一电连接相对应的发光二极管的阴极的第一端、一控制电流量的第二端，及一接地的第三端；

一及逻辑闸，具有二分别接收一调光讯号和一驱动讯号的输入端，及一输出端,将该调光讯号和该驱动讯号进行及逻辑运算后产生一控制信号由其输出端输出；

一切换开关，具有一接收一参考电压的第一端，及一电连接每一电流源的第二端的第二端，及一电连接该及逻辑闸的输出端以接收该控制信号的控制端，且受该控制信号控制于导通与不导通间切换；及

一设定电阻，具有一电连接该切换开关的第一端的第一端，及一接地的第二端，当该切换开关导通时产生一流进所述电流源的第二端的设定电流，用于控制所述电流源的电流大小。

8.根据权利要求6所述的发光二极管驱动装置，其特征在于：该保护电路具有：

一比较器，具有一输入一设定电压的非反相输入端、数个分别电连接所述发光二极管的阴极的反相输入端，及一输出端；

一除法器，具有一电连接该比较器输出端的驱动端、一电连接该设定电阻第一端的输入端，及一分别电连接所述电流源的第二端的输出端，以输出微电流控制所述发光二极管微微发光；及

一反相逻辑闸，具有一电连接该及逻辑闸输出端以接收该控制信号的输入端，及一电连接该比较器的输出端，将该控制信号进行反相后产生一反相信号从该反相逻辑闸的输出端输出,以控制该比较器的致能或禁能。