CN102651934A - 发光二极管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种应用于发光二极管的驱动电路，本发明为驱动电路的控制模块提供脉冲宽度调变信号，并通过与稳定电路结合而实现该驱动电路的抗噪声与增加激发效应。脉冲宽度调变一向为电源供应器设计上的重点，尤其在控制模块上的应用能有效解决数字信号与模拟信号间存在差异性的问题，甚至提供控制信号与电力电机元件之间整合的良方。本发明增加史密特触发器对控制信号稳定地进行抑制噪声，除了加强驱动电路模块的电子元件匹配性，也让光显示元件的照明能受到完整的激励，改善现有LED普遍亮度不足的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其是一种LED的驱动电路。通过为该驱动电路的控制模块提供脉冲宽度调变信号，并通过与稳定电路结合而实现该驱动电路的抗噪声与增加激发效应。
背景技术
发光二极管(LED)的驱动电路为电子电力学向来讨论的重点，近来鉴于发光材料的制程的完备，与全球市场的需求殷切，如何能达到契合产品寿命周期的设计技术已经成为研究热点。
发光二极管(LED)的问市已久，起初仅作为红色的指示灯使用，接着黄光、橘光、绿光以及最晚出现的蓝光LED使应用层面大幅扩展，用途包括交通指示灯、车灯与壁式照明(情境照明)及LED阵列日光灯等等。当电流很低时(约小于20mA)，驱动单颗或多颗的LED比较简单，当不考虑功率损失时，利用一个简单的线性调节器或限流电阻即可完成驱动电路，其中限流电阻的目的在于避免电流过大而使LED烧毁。但通常会用到高效率的切换式调节电路以避免功率损耗或产生热能，LED串联也会使得驱动电压的变动范围增大而增加驱动设计的难度，然而本发明通过为驱动电路的控制模块提供脉冲宽度调变信号，并通过与稳定电路结合而实现该驱动电路的抗噪声与增加激发效应，可在简化设计的复杂度的同时提高电路驱动能力，避免产生上述缺点。
LED为一种稳定的发光体，其能通过提供稳定电流来达到良好且精准的发光颜色与强度及减少耗能上升的温度，并对需求的应用环境能达到符合任何电性规范，如CE的EN60598、EN61347与EN60825及绿色环保的要求。它的驱动电路11包括参考电压V3、电流检测比较器COMPARATOR、斜坡RAMP信号、RS正反器、震荡器OSC、与LED驱动开关，LED的驱动电流I1可由感应电流I2决定，而I2可由公式I2＝V3/R5公式得到。一个重要的LED驱动特性为它的调光能力，LED的亮度调整可通过设置电流ON与OFF高于60赫兹来达成。该参考电压V3的占空比Duty Cycle与加入反馈信号的该斜坡信号作比较后，通过该电流检测比较器的输出信号与震荡器信号经由RS正反器结合并通过LED驱动开关去开启与截断流经LED的感应电流I2决定其亮度。
一种降压BUCK拓扑电源供应器包含上述LED驱动电路，可实现对大功率LED与阵列LED的电流驱动。传统技术上为节省能源，会在LED驱动电路的交流电输入端加上可控硅调光器，以减半输入的波形能量，然而本领域的技术人员却无法得知造成在输入周期波能量下降的期间，控制模块11的输入信号，会出现巨幅上下震荡的不稳定状态，并会造成该控制模块11内信号的处理元件难以进行相关运算以产生可驱动该LED的控制信号，从而导致驱动电路难以对不同升降压拓扑提供LED稳定电流的原因。此外，此降压拓扑意味着该LED的电压降VLED必须小于直流输入电压Vin，于是另一种升降压Buck-Boost拓扑电源供应器应需而生。另外，此降压拓扑也可使用“固定关断时间的操作”，即该震荡器可在该电流检测比较器输出被拉高时开始计数固定期间。此外，电流检测压，即该反馈信号，在加入人工化的该斜坡信号后能减小因工作在固定频率而呈现的震荡现象。为让驱动电路能对所控制的LED负载电流做进一步的调节，浮地降压Floating Ground Buck电路拓扑将其驱动控制模块11的接地点提升至与该驱动电路的电感Inductor储能元件接近等电位，并同时接收该电流检测电压，而控制该金氧半场效晶体管MOSFET以更有效率的方式调节流入该LED的驱动电流I1，且能让该控制模块11进行浮动地电位的操作方式。然而，由于该驱动控制模块11内多个元件未能运作于稳定的大地平面，该多个元件的彼此搭配规格易造成设计上的瓶颈，进而导致该控制模块的LED驱动开关的输出控制信号未能对该电源供应器提供节约电能的要求有所帮助。另一种升降压拓扑电源供应器，能改善该LED驱动电流I1的利用方式，并提高该LED的电压降VLED使其大于直流输入电压Vin。若能使该电压降VLED保持接近固定值，则该LED的驱动电流I1可由公式I1≌(Vin+VLED)/VLED*I2得到。
本发明中请人鉴于现有技术中的不足，经过悉心试验与研究，并本着锲而不舍的精神，终构思出本发明的发光二极管驱动电路的技术，能有效在低成本考虑下，克服先前技术的不足，以下为本发明的简要说明。
发明内容
发光二极管(LED)是由P-N结所构成，其所产生的光线是由电流转换成光线或光子，这表示电流加倍则光亮度也加倍，故可通过减少电流而降低亮度。要值的注意的是，LED规格的规定波长是在通过特定电流所发出的，当电流与规定电流不同时，波长会稍微改变。因此有效控制电流大小，并同时提高驱动速度是当前重要的课题。
依据本发明提出的一种LED驱动方式，能在简单且有效率的条件下，对LED作激发，并且能提供类似电路设计上的参考准则，对光电元件应用的普及性，产生极大的效益。本发明提出一种应用于LED的驱动电路，本发明为驱动电路的控制模块提供脉冲宽度调变信号，并通过与稳定电路结合而实现驱动电路的抗噪声与增加激发效应。脉冲宽度调变一向为电源供应器设计上的重点，尤其在控制模块上的应用能有效解决数字信号与模拟信号间存在差异性的问题，甚至提供控制信号与电力电机元件之间整合的良方。本发明增加史密特触发器对控制信号稳定地进行抑制噪声，除了加强驱动电路模块的电子元件匹配性，也让光显示元件的照明能受到完整的激励，改善现有LED普遍亮度不足的缺点。根据上述构想，本发明提出一种驱动电路装置，包含：控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及脉冲宽度调变模块，协同该功率校正模块以调变该控制信号，其中该脉冲宽度调变模块包含电压提供单元与史密特触发电路，且该电压提供单元提供脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，还包括电压箝位模块，用于提供电源电压给该控制模块。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该功率校正模块具有功率因子校正功能。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该电压提供单元由第四电阻与齐纳二极管组成，该第四电阻与该齐纳二极管提供脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该电压提供单元由第一电阻、第二电阻与第三电阻组成，该第一电阻、该第二电阻与该第三电阻同时提供第一电压与该脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该史密特触发电路接收该脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，还包括可控硅调光器TRIAC Dimmer，用于调节输入信号的波形。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该负载为LED。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该驱动电路可应用于降压(Buck)电路拓扑、升降压(Buck-Boost)电路拓扑与浮地降压(Floating Ground Buck)电路拓扑。
本发明提出一种脉冲宽度调变模块，包含：电压提供单元，提供脉冲宽度调变信号；以及稳定电路，电连接于该电压提供单元，且产生极限值因应该脉冲调变信号。
本发明提出一种脉冲宽度调变模块，其中该电压提供单元由第四电阻与齐纳二极管组成，该第四电阻与该齐纳二极管提供该脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种脉冲宽度调变模块，其中该电压提供单元由第一电阻、第二电阻与第三电阻组成，该第一电阻、该第二电阻与该第三电阻同时提供第一电压与该脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种脉冲宽度调变模块，该稳定电路为史密特触发电路。
本发明提出一种脉冲宽度调变模块，该极限值是上限和/或下限值。
本发明提出一种脉冲宽度调变模块，其中该稳定电路接收该脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，包含：控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及脉冲宽度调变模块，协同该功率校正模块以调变该控制信号，其中该脉冲宽度调变模块包含电压提供单元与稳定电路，且该电压提供单元提供脉冲宽度调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，具有脉冲宽度调变信号，包含：稳定电路，产生极限值因应脉冲调变信号。
本发明提出一种驱动电路装置，该稳定电路为史密特触发电路。
本发明提出一种驱动电路装置，其中该稳定电路接收该脉冲宽度调变信号。
由于对于现有LED的驱动电路的驱动方式，该控制模块的输入信号，会出现巨幅上下震荡的不稳定状态，并会造成控制模块内信号的处理元件难以进行相关运算以产生可驱动该LED的控制信号，从而导致驱动电路难以对不同升降压拓扑提供该LED稳定电流。此发明提供包含：电压提供单元，提供脉冲宽度调变信号；以及稳定电路，与该电压提供单元电连接，且产生极限值因应该脉冲调变信号，该极限值是上限和/或下限值，能有效率的排除信号在快速变动其大小下，所衍生出的电子元件硬件不能对其处理的信号做合理的搭配，因而形成不希望得到的突波噪声，对于如何能合格于各类LED的产品规范与推进现有技术层次，重新定义光电产业分工合作的结构，具有不可忽视的影响力。本发明采用上述电路和/或方法，为一种LED的驱动电路，能用作相关光电元件驱动应用实例，如LED阵列日光灯，大功率光电显示器等，提供关键性电子电路解决性方案。另由于现有LED驱动电路的设计受限于体积小与高稳定度的要求，因此本发明除了具有稳定该驱动电路的控制模块工作型态的好处外，也能符合能源之星对于LED能有更好、更亮与寿命长的要求等优点。此项发明能广泛使用在现代社会的各种应用性光电产品外，也能增进使用元件的利用率，促进产业发展。
简言之，本发明通过提供稳定电流来达到良好且精准的发光颜色与强度及减少耗能上升的温度，并对需求的应用环境能达到符合任何电性规范，如CE的EN60598、EN61347与EN60825及绿色环保的要求。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明发光二极管驱动电路控制模块加入脉冲宽度调变信号的第一实施例的示意图；
图2为本发明发光二极管驱动电路控制模块加入脉冲宽度调变信号的第二实施例的示意图。
【主要元件符号说明】
10：控制模块加入脉冲宽度调变信号的第一实施例
11：控制模块(Driver Controller)
12：电压箝位模块 13、14：电压提供单元
15：史密特触发电路 16：第四电阻
17：齐纳二极管
20：控制模块加入脉冲宽度调变信号的第二实施例
21：第一电阻 22：第二电阻
23：第三电阻 Vac：交流输入信号
Vin：直流输入电压 BJT：双极结型晶体管
C1、C2、C3：电容 D1：桥式整流器
D2：二极管 LED：发光二极管
MOSFET：金氧半场效晶体管 R1、R2、R5、R6：电阻
V1：第一电压 V2：脉冲宽度调变信号
V3：参考电压 ZD：齐纳二极管
具体实施方式
本发明将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得熟知本技术领域的人员可以据以完成本发明，然而本发明的实施并非可由下列实施例而被限制其实施型态；即本发明的范围不受已提出的实施例的限制，而应以本发明提出的权利要求书为准。
请参照如图1所示的示例，第一实施例为一种驱动电路，其中控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及脉冲宽度调变模块，协同该功率校正模块以调变该控制信号，其中该脉冲宽度调变模块包含电压提供单元13与史密特触发电路，且该电压提供单元13提供脉冲宽度调变信号。该驱动电路装置还包括电压箝位模块12，用于提供电源电压给该控制模块，且该功率校正模块具有功率因子校正功能。
该驱动电路装置，其中该电压提供单元13由第四电阻16与齐纳二极管17组成，该第四电阻16与该齐纳二极管17提供该脉冲宽度调变信号，且其中该史密特触发电路接收该脉冲宽度调变信号。该驱动电路装置还包括可控硅调光器TRIAC Dimmer，用以调节输入信号的波形，另，其中该负载为LED。该驱动电路装置，其中该驱动电路可应用于降压(Buck)电路拓扑、升降压(Buck-Boost)电路拓扑与浮地降压(Floating Ground Buck)电路拓扑。
本发明第二实施例提出一种驱动电路，如图2所示，其中控制模块包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及脉冲宽度调变模块，协同该功率校正模块以调变该控制信号，其中该脉冲宽度调变模块包含电压提供单元14与史密特触发电路15，且该电压提供单元14提供脉冲宽度调变信号。该驱动电路装置，其中还包括电压箝位模块12，用于提供电源电压给该控制模块，且该功率校正模块具有功率因子校正功能。
该驱动电路装置，其中该电压提供单元由第一电阻21、第二电阻22与第三电阻23组成，该第一电阻21、该第二电阻22与该第三电阻23同时提供第一电压与该脉冲宽度调变信号，且其中该史密特触发电路15接收该脉冲宽度调变信号。该驱动电路装置，还包括可控硅调光器，用以调节输入信号的波形，，另，其中该负载为LED。此种为该驱动电路的控制模块提供脉冲宽度调变信号，并通过与稳定电路结合而实现驱动电路的抗噪声及增加激发效应的方式，一般而言，可应用于降压电路拓扑、升降压电路拓扑与浮地降压电路拓扑。
为求在LED驱动技术上解决该驱动电路的控制模块在输入周期波能量下降的期间，该控制模块的输入信号，会出现巨幅上下震荡的不稳定状态，并会造成控制模块内信号的处理元件难以进行相关运算以产生可驱动LED的控制信号，从而降低控制模块的性能的问题，得到相对应于近似信号处理的方法。本发明通过提供脉冲宽度调变信号，以补偿先前技术的不足，本发明的图1及图2所示的LED的驱动电路具有该脉冲宽度调变模块供给该脉冲宽度调变信号与LED驱动电路控制模块。为提供光显示元件足够的驱动能力，降低电路设计上不易克服的盲点，例如使设计的电路能适用于电路分析理论，并扩大其设计理念的应用范围，本发明方法始于稳定电源供应器的元件工作型态的概念，也将电路效率提升的领域大幅度地往前迈进一步。
该脉冲宽度调变信号加入驱动电路的控制模块应用于LED驱动技术上，可适应不同LED驱动控制模块及驱动拓扑的设计方式，更可弹性地运用于电源供应器设计上的重点，尤其在控制模块上的应用能有效解决数字信号及模拟信号间存在差异性的问题，甚至提供控制信号与电力电机元件之间整合的良方。电子设备须符合电磁辐射干扰EMI的规范是法律的规定，良好的电磁辐射干扰设计技术可减少滤波器与屏蔽的需求，所以仔细地考虑电磁辐射干扰对减少产品的成本和尺寸来说非常重要。另外，LED驱动电路的发热对效率与功率损耗也有很大的影响，本技术增加功率因子校正PFC，提高电能利用率，以及能通过该反馈信号的并行加入降低噪声及提升电路性能，从而减少发热与提高抗电磁辐射干扰。通过应用加入脉冲宽度模块与该驱动电路控制模块进行调变的做法，将交流电能转化为驱动大功率LED及阵列LED的直流电能输出，除能通过提高驱动信号可靠度来达到良好且精准的发光颜色与强度，还能应用在包括LED阵列日光灯，和其它需要以电路驱动方式，激发光电发光元件的应用上。其还能有效提高驱动电路的工作效率，达到产品符合国际规范节能的目标。
虽然本发明已将两个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
实施例：
1.一种驱动电路装置，包含：
控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及
脉冲宽度调变模块，协同该功率校正模块以调变该控制信号，其中该脉冲宽度调变模块包含电压提供单元与史密特触发电路，且该电压提供单元提供脉冲宽度调变信号。
2.如第1实施例所述的驱动电路装置，还包括电压箝位模块，用于提供电源电压给该控制模块。
3.如第1实施例所述的驱动电路装置，其中该功率校正模块具有功率因子校正功能。
4.如第1实施例所述的驱动电路装置，其中该电压提供单元由第四电阻与齐纳二极管组成，该第四电阻与该齐纳二极管提供该脉冲宽度调变信号。
5.如第1实施例所述的驱动电路装置，其中该电压提供单元由第一电阻、第二电阻与第三电阻组成，该第一电阻、该第二电阻与该第三电阻同时提供第一电压与该脉冲宽度调变信号。
6.如第1实施例所述的驱动电路装置，其中该史密特触发电路接收该脉冲宽度调变信号。
7.如第1实施例所述的驱动电路装置，还包括可控硅调光器，用以调节输入信号的波形。
8.如第1实施例所述的驱动电路装置，其中该负载为LED。
9.如第1实施例所述的驱动电路装置，其中该驱动电路可应用于降压(Buck)电路拓扑、升降压(Buck-Boost)电路拓扑与浮地降压(Floating GroundBuck)电路拓扑。
10.一种脉冲宽度调变模块，包含：
电压提供单元，提供脉冲宽度调变信号；以及
稳定电路，电连接于该电压提供单元，且产生极限值因应该脉冲调变信号。
11.如第10实施例所述的模块，其中该电压提供单元由第四电阻与齐纳二极管组成，该第四电阻与该齐纳二极管提供该脉冲宽度调变信号。
12.如第10实施例所述的模块，其中该电压提供单元由第一电阻、第二电阻与第三电阻组成，该第一电阻、该第二电阻与该第三电阻同时提供第一电压与该脉冲宽度调变信号。
13.如第10实施例所述的模块，该极限值是上限和/或下限值。
14.如第10实施例所述的模块，其中该稳定电路接收该脉冲宽度调变信号。
15.如第10实施例所述的模块，该稳定电路为史密特触发电路。
16.一种驱动电路装置，包含：
控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及
脉冲宽度调变模块，协同该功率校正模块以调变该控制信号，其中该脉冲宽度调变模块包含电压提供单元与稳定电路，且该电压提供单元提供脉冲宽度调变信号。
17.如第16实施例所述的驱动电路装置，其中该功率校正模块具有功率因子校正功能。
18.如第16实施例所述的驱动电路装置，其中该电压提供单元由第四电阻与齐纳二极管组成，该第四电阻与该齐纳二极管提供该脉冲宽度调变信号。
19.如第16实施例所述的驱动电路装置，其中该电压提供单元由第一电阻、第二电阻与第三电阻组成，该第一电阻、该第二电阻与该第三电阻同时提供第一电压与该脉冲宽度调变信号。
20.如第16实施例所述的驱动电路装置，该稳定电路为史密特触发电路。
21.如第16实施例所述的驱动电路装置，其中该稳定电路接收该脉冲宽度调变信号。
22.如第16实施例所述的驱动电路装置，其中该负载为LED。
23.一种驱动电路装置，具有脉冲宽度调变信号，包含：
稳定电路，产生极限值以调整该脉冲宽度调变信号。
24.如第23实施例所述的驱动电路装置，其中该稳定电路接收该脉冲宽度调变信号。
25.如第23实施例所述的驱动电路装置，该稳定电路为史密特触发电路。
Claims (10)
1.一种驱动电路装置，包括：
控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及
脉冲宽度调变模块，协同所述功率校正模块以调变所述控制信号，其中所述脉冲宽度调变模块包含电压提供单元与史密特触发电路，且所述电压提供单元提供脉冲宽度调变信号。
2.根据权利要求1所述的驱动电路装置，还包括：
电压箝位模块，用于提供电源电压给所述控制模块；或
可控硅调光器，用于调节输入信号的波形。
3.根据权利要求1所述的驱动电路装置，其中所述电压提供单元由第一电阻、第二电阻与第三电阻组成，所述第一电阻、所述第二电阻与所述第三电阻同时提供第一电压与所述脉冲宽度调变信号。
4.根据权利要求1所述的驱动电路装置，其中所述电压提供单元由第四电阻与齐纳二极管组成，所述第四电阻与所述齐纳二极管提供所述脉冲宽度调变信号。
5.根据权利要求1所述的驱动电路装置，其中：
所述史密特触发电路接收所述脉冲宽度调变信号；或
所述功率校正模块具有功率因子校正功能。
6.根据权利要求1所述的驱动电路装置，其中：
所述负载为LED；或
所述驱动电路可应用于降压(Buck)电路拓扑、升降压(Buck-Boost)电路拓扑与浮地降压(Floating Ground Buck)电路拓扑。
7.一种脉冲宽度调变模块，包含：
电压提供单元，用于提供脉冲宽度调变信号；以及
稳定电路，与所述电压提供单元电连接，且产生极限值因应所述脉冲宽度调变信号。
8.根据权利要求7所述的模块，其中：
所述极限值是上限和/或下限值；或
所述稳定电路是史密特触发电路。
9.一种驱动电路装置，包含：
控制模块，包括功率校正模块，并提供控制信号以调节流经负载的电流；以及
脉冲宽度调变模块，协同所述功率校正模块以调变所述控制信号，其中所述脉冲宽度调变模块包含电压提供单元与稳定电路，且所述电压提供单元提供脉冲宽度调变信号。
10.一种驱动电路装置，具有脉冲宽度调变信号，包含：
稳定电路，产生极限值因应脉冲调变信号。
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