CN102651936A - 发光二极管驱动电路 - Google Patents

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CN102651936A CN2011103979922A CN201110397992A CN102651936A CN 102651936 A CN102651936 A CN 102651936A CN 2011103979922 A CN2011103979922 A CN 2011103979922A CN 201110397992 A CN201110397992 A CN 201110397992A CN 102651936 A CN102651936 A CN 102651936A
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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,通过提供与输入电压成正比的分压给该发光二极管驱动电路的控制模块,并通过与输出信号相关联的反馈信号作运算而提供该控制模块功率因子校正功能。由于现有发光二极管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大幅提升该功率因子的好处外,也能符合能源之星对于发光二极管能有更好、更亮与寿命长的要求等优点。

Description

发光二极管驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路,尤其是一种发光二极管(LED)的驱动电路。通过应用功率因子校正(PFC)的做法,将交流电能转化为驱动大功率LED与阵列LED的直流电能输出。
背景技术
发光二极管(LED)的驱动电路是电子电力学向来讨论的重点,近来由于发光材料的制程的完备,与全球市场的需求殷切,如何能达到符合产品寿命周期的设计技术俨然成为研究热点。
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,然而本发明通过加入功率因子校正(PFC),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。
发光二极管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和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。它的控制模块11包括参考电压V2、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=V2/R3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。参考电压V2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该震荡器信号经由该RS正反器结合并通过该LED驱动开关去开启和截断流经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,如图1所示,可实现对大功率LED与阵列LED的电流驱动,然而熟悉该技术领域而能简单应用此技术的人员,却无法在固定频率信号的驱动下提高功率因子的效能,也就是该功率因子的校正未被实际加入该设计中。另外,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,于是乎另一种升降压(Buck-Boost)拓扑电源供应器应需产生。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,电流检测电压(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。为让驱动电路能有对所控制的LED负载电流做进一步的调节的功能,如图2所示的浮地降压Floating Ground Buck电路拓扑,将其驱动控制模块11的接地点提升至和该驱动电路的电感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11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Buck-Boost拓扑电源供应器,如图3所示,能改善该LED驱动电流I1的利用方式,并提高该LED的该电压降VLED使之大于该直流输入电压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
Figure BSA00000628321200031
得到。
本发明申请人鉴于现有技术中的不足,经过悉心试验和研究,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,克服现有技术的不足,以下为本发明的简要说明。
发明内容
依据本发明提出的一种发光二极管(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。
该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。值得注意的是,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。
本发明提出一种应用LED的驱动电路,通过提供与输入电压成正比的分压给该LED驱动电路的控制模块,并通过与输出信号相关联的反馈信号作运算,而提供该控制模块功率因子校正(PFC)功能。由于现有LED驱动电路的设计受限于体积小及高稳定度的要求,因此本发明除了具有大幅提升功率因子的好处外,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。
根据上述构想,本发明提出一种驱动电路,包含:控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;分压电路,提供第一电压给该控制模块,且包括:第一电阻;以及第二电阻,与该第一电阻串联。
本发明提出一种驱动电路,其中该第一电阻与该第二电阻耦合于该控制模块。
本发明提出一种驱动电路,还包括:桥式整流器,位于该驱动电路的输入端,将交流输入信号转为直流输入电压;电感,用以提供电路储能;金氧半场效晶体管,位于该驱动电路的输出端,接收由该控制模块输出的信号;以及第三电阻,其与该晶体管串联,该第三电阻与该晶体管共同对该负载电流提供控制。
本发明提出一种驱动电路,其中第二电流为该驱动电路内部提供的第二电压值与该第三电阻值的比值。
本发明提出一种驱动电路,其中该负载电流由该第二电流所决定。
本发明提出一种驱动电路,其中该第三电阻提供反馈信号给该控制模块。
本发明提出一种驱动电路,其中
本发明提出一种驱动电路,其中该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7。本发明提出一种驱动电路,其中该负载为LED。
本发明提出一种驱动电路,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。
本发明提出一种驱动电路,包含:控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;以及分压电路,提供第一电压给该控制模块以改善该驱动电路的功率因子。
本发明提出一种驱动电路,该分压电路包括:第一电阻;以及第二电阻,其中该第一电阻与该第二电阻串联耦合于该控制模块。
本发明提出一种驱动电路,包含:控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;以及分压电路,提供第一电压给该控制模块。
本发明提出一种驱动电路,包含:控制模块;以及分压电路,提供第一电压给该控制模块以改善该驱动电路的功率因子。
由于对现有LED的驱动电路的驱动方式不易在固定工作频率下增加PFC的技巧,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,是一种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大幅提升该功率因子的好处外,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。
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,此发明方法始于引用电源供应器的PFC原理,也将电路效率提升的领域大幅度地往前迈进一步。简言之,本发明为通过提供稳定电流来达到良好且精准的发光颜色和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为现有发光二极管降压(Buck)电路拓扑驱动方式的示意图;
图2为现有发光二极管浮地降压(Floating Ground Buck)电路拓扑驱动方式的示意图;
图3为现有发光二极管升降压(Buck-Boost)电路拓扑驱动方式的示意图;
图4为本发明的发光二极管驱动电路具备功率因子校正(PFC)的实施例的示意图。
【主要元件符号说明】
10:降压电路拓扑                    11:控制模块(Driver Controller)
20:浮地降压电路拓扑                30:升降压拓扑
40:驱动电路具备功率因子校正(PFC)
41:PFC控制模块
42:分压单元                        43:第一电阻
44:第二电阻                        45:比较器
46:OR逻辑门                        Vac:交流输入信号
Vin:直流输入电压                   C1、C2: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
R3:第三电阻                        V1:第一电压
V2:参考电压
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,使得熟悉本领域的技术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案例而被限制其实施型态;也就是,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。
请参考如图4所示的示例,其中包含控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流I1;分压电路,提供第一电压V1给该控制模块,且包括:第一电阻43;以及第二电阻44,与该第一电阻43串联。该第一电阻43与该第二电阻44耦合于该控制模块。该驱动电路还包括:桥式整流器,位于该驱动电路的输入端,将交流输入信号Vac转为直流输入电压Vin;电感,用以提供电路储能;金氧半场效晶体管,位于该驱动电路的输出端,接收由该控制模块输出的信号;以及第三电阻,其与该晶体管串联,该第三电阻R3与该晶体管共同对该负载电流提供控制,其中第二电流I2是该驱动电路内部提供的第二电压值V2与该第三电阻值的比值,该负载电流I1由该第二电流I2所决定,而该第三电阻R3提供反馈信号给该控制模块。
该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7,且该第一电压可由下列公式得到:
Figure BSA00000628321200071
更进一步说明该驱动电路,其中该第一电压值V1为该直流输入电压除以该第一电阻值与该第二电阻值的和。当该第一电压V1小于该参考电压V2时,该感应电流I2等于该第一电压V1除以该第三电阻值,也就是I2=V1/R3。此结论将推导出该LED的驱动电流I1及直流输入电流Iin将会正比于该直流输入电压Vin,并达到电流与电压的相位差减小,而有较高的功率因子。此功率因子校正,一般而言,可应用于降压(Buck)电路拓扑10、升降压(Buck-Boost)电路拓扑20与浮地降压(Floating Ground Buck)电路拓扑30。
为求在LED驱动技术上达到功率因子接近于1,以弥补现有技术的不足,本发明的图4所代表的LED的该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7。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,此发明方法始于引用电源供应器的PFC原理,也将电路效率提升的领域大幅度地往前迈进一步。
该功率因子校正应用于LED驱动技术上,通过调节第一电阻43与第二电阻44的匹配,使该功率因子接近于理想值1,可适应不同LED驱动控制模块11及驱动拓扑的设计方式,更可弹性地运用于变动的输入电压包含该交流输入信号Vac与直流输入电压Vin,因此得到广泛的应用。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与提升电路性能,从而减少发热及提高抗电磁辐射干扰。通过应用PFC的做法,将交流电能转化为驱动大功率LED与阵列LED的直流电能输出,除了能通过提供稳定电流来达到良好且精准的发光颜色和强度外,还能应用在包括LED阵列日光灯,与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。
实施例:
1.一种驱动电路,包含:
控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;
分压电路,提供第一电压给该控制模块,且包括:
第一电阻;以及
第二电阻,与该第一电阻串联。
2.如第1实施例所述的驱动电路,其中该第一电阻与该第二电阻耦合于该控制模块。
3.如第1实施例所述的驱动电路,还包括:
桥式整流器,位于该驱动电路的输入端,将交流输入信号转为直流输入电压;
电感,用以提供电路储能;
金氧半场效晶体管,位于该驱动电路的输出端,接收由该控制模块输出的信号;以及
第三电阻,其与该晶体管串联,该第三电阻与该晶体管共同对该负载电流提供控制。
4.如第3实施例所述的驱动电路,其中第二电流为该驱动电路内部提供的第二电压值与该第三电阻值的比值。
5.如第1、4实施例所述的驱动电路,其中负载电流由该第二电流所决定。
6.如第3实施例所述的驱动电路,其中该第三电阻提供反馈信号给该控制模块。
7.如第1实施例所述的驱动电路,其中:
8.如第1实施例所述的驱动电路,其中该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7。
9.如第1实施例所述的驱动电路,其中该负载为LED。
10.如第1实施例所述的驱动电路,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。
11.一种驱动电路,包含:
控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;以及
分压电路,提供第一电压给控制模块以改善该驱动电路的功率因子。
12.如第11实施例所述的驱动电路,该分压电路包括:
第一电阻;以及
第二电阻,其中该第一电阻与该第二电阻串联耦合于该控制模块。
13.如第11实施例所述的驱动电路,其中:
Figure BSA00000628321200092
14.如第11实施例所述的驱动电路,其中该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7。
15.如第11实施例所述的驱动电路,其中该负载为LED。
16.如第11实施例所述的驱动电路,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。
17.一种驱动电路,包含:
控制模块,提供控制信号以调节流经负载的一负载电流;以及
分压电路,提供第一电压给该控制模块。
18.如实施例17所述的驱动电路,该分压电路包括:
第一电阻;以及
第二电阻,其中该第一电阻与该第二电阻串联耦合于该控制模块。
19.如实施例17所述的驱动电路,其中
Figure BSA00000628321200101
20.如实施例17所述的驱动电路,其中该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7。
21.如实施例17所述的驱动电路,其中该负载为LED。
22.如实施例17所述的驱动电路,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。
23.一种驱动电路,包含:
控制模块;以及
分压电路,提供第一电压给该控制模块以改善该驱动电路的功率因子。
24.如第23实施例所述的驱动电路,分压电路包括:
第一电阻;以及
第二电阻,其中该第一电阻与该第二电阻串联耦合于该控制模块。
25.如第23实施例所述的驱动电路,其中:
26.如第23实施例所述的驱动电路,其中该驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7。
27.如第23实施例所述的驱动电路,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。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,当不能以此限定本发明,本发明的保护范围当视所附的权利要求及其均等领域而定,即凡是依本发明权利要求所作的均等变化与修饰,皆应属于本发明专利包含的范围内。

Claims (10)

1.一种驱动电路,包含:
控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;
分压电路,提供第一电压给所述控制模块,且包括:
第一电阻;以及
第二电阻,与所述第一电阻串联。
2.根据权利要求1所述的驱动电路,其中所述第一电阻与所述第二电阻耦合于所述控制模块。
3.根据权利要求1所述的驱动电路,还包括:
桥式整流器,位于所述驱动电路的输入端,将交流输入信号转为直流输入电压;
电感,用以提供电路储能;
金氧半场效晶体管,位于所述驱动电路的输出端,接收由所述控制模块输出的信号;以及
第三电阻,与所述晶体管串联,所述第三电阻与所述晶体管共同对所述负载电流提供控制。
4.根据权利要求3所述的驱动电路,其中:
第二电流为所述驱动电路内部提供的第二电压值与所述第三电阻值的比值,而所述负载电流由所述第二电流所决定;或
所述第三电阻提供反馈信号给所述控制模块。
5.根据权利要求1所述的驱动电路,其中:
6.根据权利要求1所述的驱动电路,其中:
所述驱动电路具有的功率因子的值大于一般LED驱动电路的0.7;
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。
7.一种驱动电路,包含:
控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;以及
分压电路,提供第一电压给所述控制模块以改善所述驱动电路的功率因子。
8.根据权利要求7所述的驱动电路,所述分压电路包括:
第一电阻;以及
第二电阻,其中所述第一电阻与所述第二电阻串联耦合于所述控制模块。
9.一种驱动电路,包含:
控制模块,提供控制信号以调节流经负载的负载电流;以及
分压电路,提供第一电压给所述控制模块。
10.一种驱动电路,包含:
控制模块;以及
分压电路,提供第一电压给所述控制模块以改善所述驱动电路的功率因子。
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