CN104080231A - 发光二极管驱动*** - Google Patents

Abstract

一种发光二极管驱动***，用于将外部交流电源电压转换为适合驱动发光二极管阵列工作的电压，所述发光二极管驱动***包括电压转换电路、采样电路、控制电路、反馈电路、脉冲宽度调制控制器、整流器。上述发光二极管驱动***之控制电路根据流经发光二极管阵列中每一发光二极管串的电流来调整每一发光二极管串的驱动电压，达到实时根据流经当前的发光二极管串的电流实现对每一发光二极管串驱动电压快速调整，同时提高了电源使用效率。

Description

发光二极管驱动***

技术领域

本发明涉及发光二极管驱动***，尤其涉及一种背光源的发光二极管驱动***。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）因省电节能，而越来越多的应用于显示设备的背光源中。因每一发光二极管不同的特性造成相同数量发光二极管的发光二极管串，每一发光二极管串所需的驱动电压也不同，如何实现针对发光二极管阵列中每一个发光二极管串驱动电压快速调整，提高电源使用效率是一大研究课题。

发明内容

有鉴于此，需提供一种发光二极管驱动***，其能提高电源使用效率。

本发明实施方式提供的一种发光二极管驱动***，用于将外部交流电源电压转换为适合驱动发光二极管阵列工作的驱动电压，所述发光二极管阵列包括多个发光二极管串。所述发光二极管驱动***包括电压转换电路、控制电路、采样电路、反馈电路、脉冲宽度调制控制器。所述电压转换电路用于电性连接所述外部交流电源，用于转换所述外部交流电源提供的交流电压并输出。所述控制电路用于电性连接所述电压转换电路及所述多个发光二极管串的阳极，包括多个控制单元，每一所述控制单元用于将所述电压转换电路转换后输出的电压转换为对应电性连接的每一所述发光二极管串的驱动电压。所述采样电路用于电性连接于所述发光二极管阵列的阴极与所述控制电路之间，包括多个采样单元，每一所述采样单元用于根据每一所述发光二极管串的电流输出采样电压，所述每一控制单元还用于根据每一所述采样单元所输出的采样电压来输出控制信号。所述反馈电路用于电性连接所述控制电路，用于根据所述多个控制单元输出的多个控制信号产生并输出反馈信号。所述脉冲宽度调制控制器用于电性连接所述反馈电路及所述电压转换电路，用于根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号，以调节所述电压转换电路转换后输出的电压。

优选地，每一所述控制单元输出的控制信号为对应所述采样单元两端的电压差。

优选地，所述反馈电路包括比较单元、信号产生单元。所述比较单元用于比较所述多个采样单元两端的电压差，以得到所述多个采样单元两端的电压差的最小值。所述信号产生单元用于根据所述多个采样单元两端的电压差的最小值产生并输出所述反馈信号至所述脉冲宽度调制控制器。

优选地，每一所述控制单元还用于根据每一所述采样单元所输出的采样电压得到电压相同且占空比不同的控制信号。

优选地，所述反馈电路包括占空比检测单元、信号产生单元。所述占空比检测单元用于比较所述多个控制信号的占空比，以得到所述多个控制信号占空比的最大值。所述信号产生单元用于根据所述多个控制信号占空比的最大值产生并输出所述反馈信号至所述脉冲宽度调制控制器。

优选地，所述控制电路还包括基准电压产生单元，用于产生基准电压。

优选地，每一所述控制单元均包括比较器、电子开关、电容。所述比较器，包括正向输入端、反向输入端及输出端，所述正向输入端电性连接于所述基准电压产生单元，所述反向输入端电性连接于所述采样电路，用于根据所述采样电路所输出的采样电压与所述基准电压输出第一调节信号。所述电子开关包括第一端、第二端与第三端，其中所述第一端电性连接于所述比较器的输出端，所述第二端电性连接于所述电压转换电路，所述第三端对应电性连接于所述发光二极管串的阳极。所述电容一端电性连接于所述电子开关的第三端，另一端接地。所述比较器输出的第一调节信号用于控制电子开关的导通与断开。

优选地，所述基准电压产生单元包括基准电压源、第一电阻、二级管。所述基准电压源正极电性连接于所述比较器的正向输入端，负极接地。所述第一电阻电性连接于所述基准电压源正极与所述比较器的正向输入端之间。所述二级管正极电性连接于所述比较器的正向输入端，负极电性连接于所述电子开关的第二端。

优选地，所述控制单元还包括驱动电路，所述驱动电路的输入端电性连接于所述比较器的输出端，所述驱动电路的输出端电性连接于所述电子开关的第一端，用于将所述比较器输出的第一调节信号转换为能控制所述电子开关导通与断开的第二调节信号。

优选地，所述电子开关为N型金属氧化物半导体场效应管，所述电子开关元件的第一端为所述N型金属氧化物半导体场效应管的栅极，所述关元件的第二端为所述N型金属氧化物半导体场效应管的漏极，所述电子开关元件的第三端为所述N型金属氧化物半导体场效应管的源极。

优选地，每一所述采样单元均为一采样电阻，每一所述采样电阻一端电性连接于每一所述发光二极管串的阴极，另一端接地。

优选地，所述发光二极管驱动***还包括整流器，所述整流器电性连接于所述外部交流电源与所述电压转换电路之间。

优选地，所述电压转换电路为反激式变换电路、正激式变换电路、桥式变换电路、谐振变换电路中的任意一种。

上述发光二极管驱动***经由控制电路根据流经发光二极管阵列中每一发光二极管串的电流来调整每一发光二极管串的驱动电压，达到实时根据流经当前的发光二极管串的电流实现对每一发光二极管串驱动电压快速调整，同时提高了电源使用效率。

附图说明

图1为本发明发光二极管驱动***一实施方式的模块图。

图2为本发明发光二极管驱动***一实施方式的电路图。

图3为本发明发光二极管驱动***另一实施方式的电路图。

图4为本发明发光二极管驱动***又一实施方式的电路图。

主要元件符号说明

外部交流电源             10

发光二极管驱动***       20、20a、20b、20c

发光二极管阵列           30

发光二极管串             301、302、303

电压转换电路             201

采样电路                 202

采样单元                 2021、2022、2023

控制电路                 203、203a、203b

控制单元                 2031、2032、2033、2031a、

                            2032a、2033a

基准电压产生单元            2034

反馈电路                    204、204a、204b

比较单元                    2041

信号产生单元                2042

占空比检测单元              2043

脉冲宽度调制控制器          205

整流器                      206

第一至第三电子开关          Q1、Q2、Q3

驱动电路                    U1、U2、U3

第一至第三比较器            A1、A2、A3

第一至第三采样电阻          R1、R2、R3

第一至第三电容              C1、C2、C3

第一电阻                    Ra

基准电压源                  S1

二极管                      D1

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

图1为本发明发光二极管（Light  Emitting  Diode,  LED）驱动***20一实施方式的模块图，在本实施方式中，发光二极管驱动***20驱动发光二极管阵列30发光。发光二极管阵列30包括多个并联的发光二极管串301、301、303（在本实施方式中，仅以三个为例，但是不以三个为限，可以包含少于或多于三个LED串），每个发光二极管串301、302、303由多个发光二极管顺向串联组成，每个发光二极管串301、302、303的阳极是指该发光二极管串依据电流方向的第一个发光二级管的阳极，每个发光二极管串301、302、303的阴极是指该发光二极管串最后一个发光二级管的阴极。发光二极管驱动***20将外部交流电源10提供的交流电压转换为合适驱动发光二极管阵列30工作的驱动电压。

发光二极管驱动***20包括电压转换电路201、采样电路202、控制电路203、反馈电路204、脉冲宽度调制控制器205。电压转换电路201电性连接外部交流电源10，将外部交流电源10提供的交流电压转换并输出。控制电路203电性连接电压转换电路201及多个发光二极管串301、302、303的阳极，包括多个控制单元2031、2032、2033，每一控制单元2031、2032、2033将电压转换电路201转换后输出的电压转换为对应电性连接的每一发光二极管串301、302、303的驱动电压。采样电路202电性连接于多个发光二极管串301、302、303的阴极与控制电路203之间，包括多个采样单元2021、2022、2023，每一采样单元2021、2022、2023根据每一发光二极管串301、302、303的电流输出采样电压，每一控制单元2031、2032、2033还根据每一采样单元2021、2022、2023所输出的采样电压来输出控制信号。在本实施方式中，采样单元2021、2022、2023以及控制单元2031、2032、2033的数量与发光二极管串301、302、303的数量相对应，因在本实施方式中发光二极管阵列30是以三个发光二极管串301、302、303为例，故相应的采样单元2021、2022、2023为三个，控制单元2031、2032、2033亦为三个。反馈电路204电性连接控制电路203，反馈电路204根据多个控制单元2031、2032、2033输出的多个控制信号产生并输出反馈信号。脉冲宽度调制控制器205电性连接反馈电路204及电压转换电路201，根据反馈电路204输出的反馈信号，输出脉冲宽度调制信号，以调节电压转换电路201转换后输出的电压。

作为本发明一实施例之进一步改进，发光二极管驱动***20还包括整流器206，电性连接于外部交流电源10与电压转换电路201之间，用于对外部交流电源10输出的交流电压进行整流滤波。

图2详解了本发明发光二极管驱动***20a一实施方式的电路图。图2a中控制电路203a、反馈电路204a分别为图1中控制电路203、反馈电路204一具体实施例。

电压转换电路201包含有变压器，可以为反激式变换电路、正激式变换电路、桥式变换电路、谐振变换电路中的任意一种。本发明一实施方式中电压转换电路201采用现有电压变换电路技术来实现对输入外部电压进行转换，故此处不再详述。

采样电路202包括多个采样单元2021、2022、2023。在本实施方式中，采样单元2021为第一采样电阻R1，采样单元2022为第二采样电阻，采样单元2023为第三采样电阻。第一采样电阻R1一端电性连接于发光二极管串301的阴极，另一端接地。第二采样电阻R2一端电性连接于发光二极管串302的阴极，另一端接地。第三采样电阻R3一端电性连接于发光二极管串303的阴极，另一端接地。每一采样电阻R1、R2、R3用于采集流经所对应电性连接的发光二极管串301、302、303的电流并转换成电压信号传送至控制电路203a.

控制电路203a包括多个控制单元2031、2032、2033及基准电压产生单元2034。在本实施方式中，每一控制单元2031、2032、2033一一对应电性连接于每一采样单元2021、2022、2023。每一控制单元2031、2032、2033的电路相似，以下仅以控制单元2031为例做详细介绍。控制单元2031包括第一比较器A1、第一电子开关Q1、第一电容C1。第一比较器A1包括正向输入端、反向输入端及输出端。第一比较器A1的正向输入端电性连接于基准电压产生单元2034，第一比较器A1的反向输入端电性连接于第一采样电阻R1的一端。第一电子开关Q1包括第一端、第二端与第三端，第一电子开关Q1的第一端电性连接于第一比较器A1的输出端，第一电子开关Q1的第二端电性连接于电压转换电路201，第一电子开关Q1的第三端电性连接于发光二极管串301的阳极。第一电容C1一端电性连接于第一电子开关Q1的第三端，另一端接地。控制单元2031根据采样单元2021所输出的采样电压与基准电压产生单元2034所输出的基准电压进行比较并输出第一调节信号来控制第一电子开关Q1的导通与断开，从而实现将电压转换电路201转换后输出的电压转换为发光二极管串301所需要的驱动电压。基准电压产生单元2034用于产生基准电压，包括基准电压源S1、第一电阻Ra、二极管D1。基准电压源S1正极电性连接于每一比较器A1、A2、A3的正向输入端，负极接地。第一电阻Ra电性连接于基准电压源S1的正极与每一比较器A1、A2、A3的正向输入端之间。二级管D1正极电性连接于每一比较器A1、A2、A3的正向输入端，负极电性连接于每一电子开关Q1、Q2、Q3的第二端。当电压转换电路201输出为高电平时，即脉冲宽度调制控制器205输出的脉冲宽度调制信号为正半周期时，基准电压产生单元2034产生并输出基准电压至每一比较器A1、A2、A3的正向输入端，当电压转换电路201输出为低电平时，即脉冲宽度调制控制器205输出的脉冲宽度调制信号为负半周期时，由于二级管D1的正极电性连接于基准电压源S1，负极电性连接于电压转换电路输出端，此时基准电压产生单元2034无基准电压输出至每一比较器A1、A2、A3的正向输入端，每一比较器A1、A2、A3均无第一调节信号输出，实现对每一发光二极管串301、302、303同步整流。

反馈电路204a包括比较单元2041、信号产生单元2042。比较单元2041用于比较多个采样单元2021、2022、2023两端的电压差，以得到多个采样单元2021、2022、2023两端的电压差的最小值。信号产生单元2042根据多个采样单元2021、2022、2023两端的电压差的最小值产生并输出反馈信号至脉冲宽度调制控制器205，脉冲宽度调制控制器205产生并输出脉冲宽度调制信号至电压转换电路201，实现对电压转换电路201所输出的电压进行调节，从而实现对发光二极管阵列30的每一发光二极管串301、302、303的驱动电压进行调节。

在本实施方式中，第一电子开关Q1为N型金属氧化物半导体场效应管，第一电子开关Q1的第一端为栅极，第一电子开关Q1的第二端为漏极，第一电子开关Q1的第三端为源极。第二电子开关Q2为N型金属氧化物半导体场效应管，第二电子开关Q2的第一端为栅极，第二电子开关Q2的第二端为漏极，第二电子开关Q2的第三端为源极。第三电子开关Q3为N型金属氧化物半导体场效应管，第三电子开关Q3的第一端为栅极，第三电子开关Q3的第二端为漏极，第三电子开关Q3的第三端为源极。在其他实施方式中，第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、第三电子开关Q3也可以为P型金属氧化物半导体场效应管，也可为晶体三极管。

作为对本实施方式的进一步改进，每一控制单元2031a、2032a、2033a均还对应包括驱动电路U1、U2、U3，具体电路架构如图3所示。图3详解了本发明发光二极管驱动***20b另一实施方式的电路图。本实施方式的电路及电路工作原理与图2发光二极管驱动***20a基本相同，不同之处在于控制电路203b包括多个驱动电路U1、U2、U3。每一控制单元2031a、2032a、2033a的电路相似，以下同样仅以控制单元2031a做详细介绍。驱动电路U1的输入端电性连接于第一比较器A1的输出端，驱动电路U1的输出端电性连接于第一电子开关Q1的第一端，将第一比较器A1输出的第一调节信号转换为能控制第一电子开关Q1导通与断开的第二调节信号，避免第一比较器A1输出的第一调节信号过小，未能达到控制第一电子开关Q1导通与断开的门限值。本发明一实施方式中驱动电路U1采用现有驱动电路技术来实现将较低的输入电压转换为所需要的较高的输出电压，故此处不再详述。

图4详解了本发明发光二极管驱动***20c又一实施方式的电路图。本实施方式中发光二极管驱动***20c与图3所示发光二极管驱动***20b的电路基本相同，区别在于反馈电路204b包括占空比检测单元2043、信号产生单元2042。占空比检测单元2043用于比较控制电路203b输出的多个控制信号的占空比，以得到多个控制信号占空比的最大值。信号产生单元2042根据多个控制信号占空比的最大值产生并输出反馈信号至脉冲宽度调制控制器205。在本实施方式中，控制电路203b输出的多个控制信号为多个比较器A1、A2、A3输出的第一调节信号。

本实施方式的电路工作原理与图3所示发光二极管驱动***20b工作原理基本相同，不同之处在于每一控制单元2031a、2032a、2033a根据每一采样单元2021、2022、2023所输出的采样电压得到电压相同且占空比不同的控制信号，占空比检测单元2043比较控制单元203b输出的多个控制信号的占空比并得到多个控制信号占空比的最大值，信号产生单元2042根据多个控制信号占空比的最大值产生并输出反馈信号至脉冲宽度调制控制器205，脉冲宽度调制控制器205产生并输出脉冲宽度调制信号至电压转换电路201，实现对电压转换电路201所输出的电压进行调节，从而实现对发光二极管阵列30的每一发光二极管串301、302、303的驱动电压进行调节。

上述发光二极管驱动***20、20a、20b，20c经由控制电路根据流经发光二极管阵列中每一发光二极管串的电流来调整每一发光二极管串的驱动电压，达到实时根据流经当前的发光二极管串的电流实现对每一发光二极管串驱动电压快速调整，同时提高了电源使用效率。

Claims (13)

1.一种发光二极管驱动***，用于将外部交流电源电压转换为适合驱动发光二极管阵列工作的驱动电压，所述发光二极管阵列包括多个发光二极管串，其特征在于，所述发光二极管驱动***包括：

电压转换电路，用于电性连接所述外部交流电源，用于转换所述外部交流电源提供的交流电压并输出；

控制电路，用于电性连接所述电压转换电路及所述多个发光二极管串的阳极，包括多个控制单元，每一所述控制单元用于将所述电压转换电路转换后输出的电压转换为对应电性连接的每一所述发光二极管串的驱动电压；

采样电路，用于电性连接于所述多个发光二极管串的阴极与所述控制电路之间，包括多个采样单元，每一所述采样单元用于根据每一所述发光二极管串的电流输出采样电压，其中，所述每一控制单元还用于根据每一所述采样单元所输出的采样电压来输出控制信号；

反馈电路，用于电性连接所述控制电路，用于根据所述多个控制单元输出的多个控制信号产生并输出反馈信号；及

脉冲宽度调制控制器，用于电性连接所述反馈电路及所述电压转换电路，用于根据所述反馈信号输出脉冲宽度调制信号，以调节所述电压转换电路转换后输出的电压。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，每一所述控制单元输出的控制信号为对应所述采样单元两端的电压差。

3.如权利要求2所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述反馈电路包括：

比较单元，用于比较所述多个采样单元两端的电压差，以得到所述多个采样单元两端的电压差的最小值；及

信号产生单元，用于根据所述多个采样单元两端的电压差的最小值产生并输出所述反馈信号至所述脉冲宽度调制控制器。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，每一所述控制单元还用于根据每一所述采样单元所输出的采样电压得到电压相同且占空比不同的控制信号。

5.如权利要求4所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述反馈电路包括：

占空比检测单元，用于比较所述多个控制信号的占空比，以得到所述多个控制信号占空比的最大值；及

信号产生单元，用于根据所述多个控制信号占空比的最大值产生并输出所述反馈信号至所述脉冲宽度调制控制器。

6.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述控制电路还包括基准电压产生单元，用于产生基准电压。

7.如权利要求6所述的发光二极管驱动***，其特征在于，每一所述控制单元均包括：

比较器，包括正向输入端、反向输入端及输出端，所述正向输入端电性连接于所述基准电压产生单元，所述反向输入端电性连接于所述采样电路，用于根据所述采样电路所输出的采样电压与所述基准电压输出第一调节信号；

电子开关，包括第一端、第二端与第三端，其中所述第一端电性连接于所述比较器的输出端，所述第二端电性连接于所述电压转换电路，所述第三端对应电性连接于所述发光二极管串的阳极；及

电容，一端电性连接于所述电子开关的第三端，另一端接地；

其中，所述比较器输出的第一调节信号用于控制电子开关的导通与断开。

8.如权利要求7所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述基准电压产生单元包括：

基准电压源，正极电性连接于所述比较器的正向输入端，负极接地；

第一电阻，电性连接于所述基准电压源正极与所述比较器的正向输入端之间；

二级管，正极电性连接于所述比较器的正向输入端，负极电性连接于所述电子开关的第二端。

9.如权利要求7所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述控制单元还包括驱动电路，所述驱动电路的输入端电性连接于所述比较器的输出端，所述驱动电路的输出端电性连接于所述电子开关的第一端，用于将所述比较器输出的第一调节信号转换为能控制所述电子开关导通与断开的第二调节信号。

10.如权利要求7所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述电子开关为N型金属氧化物半导体场效应管，所述电子开关元件的第一端为所述N型金属氧化物半导体场效应管的栅极，所述关元件的第二端为所述N型金属氧化物半导体场效应管的漏极，所述电子开关元件的第三端为所述N型金属氧化物半导体场效应管的源极。

11.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，每一所述采样单元均为一采样电阻，每一所述采样电阻一端电性连接于每一所述发光二极管串的阴极，另一端接地。

12.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，还包括整流器，所述整流器电性连接于所述外部交流电源与所述电压转换电路之间。

13.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，所述电压转换电路为反激式变换电路、正激式变换电路、桥式变换电路、谐振变换电路中的任意一种。