CN102244951A - 发光二极管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管(LED)驱动电路，属于发光二极管驱动技术领域，包括输入整流滤波电路、直流至直流转换器、定电流控制电路、电压箝制及反馈控制电路及调光控制电路，用以驱动至少一LED灯串。本发明因采用直流至直流转换器直接提供输出电压到每个LED灯串，可减少电源转换损失以提高效率；另外利用LED灯串的正向电压小于LED灯串的切入电压时其电流为零的特性，降低LED驱动电路的输出电压在调光时的振幅，以降低电压涟波及电磁干扰(EMI)；而且采用定电流控制电路调整流过每个LED灯串的电流及采用电压箝制及反馈控制电路调整输出电压至最佳值，可精简电路架构以降低成本及提高信赖度。

Description

发光二极管驱动电路

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)驱动技术领域，特别涉及一种使用交流电源供电的LED驱动电路。

背景技术

图1所示为一种现有的使用交流电源供电且驱动单个LED灯串的LED驱动电路的结构图。请参照图1，LED驱动电路1由前段的切换式直流电源供应器11及后段的LED驱动器12所组成，用以驱动单个LED灯串9。切换式直流电源供应器11包括电磁干扰(ElectroMagnetic Interference，EMI)滤波器111、输入整流滤波电路112、具隔离的直流至直流转换器(其包括高频转换器113、隔离变压器114和输出整流滤波电路115)、电压反馈控制电路116和光耦合器117。LED驱动器12包括直流升降压(Buck/Boost)转换器121、电压反馈控制电路122、电流控制电路123和调光控制电路124。

直流电源供应器11首先将经过EMI滤波器111输入的交流电源Vac利用输入整流滤波电路112整流及滤波成无调整性的直流电压Vdc1，此处的EMI滤波器111用以避免传导型EMI。接着利用直流至直流转换器将无调整性的直流电压Vdc1转换成所需电平且具调整性的直流电压Vdc2，其原理为利用高频转换器113的高频切换将直流电压Vdc1转换成高频交流电压，再通过隔离变压器114隔离，然后利用输出整流滤波电路115整流及滤波成直流电压Vdc2，此处的高频转换器113例如是脉宽调制式(Pulse-Width Modulation，PWM)转换器、半谐振式(Quasi-Resonant)转换器或谐振式(LLC Resonant)转换器。然后通过电压反馈控制电路116检测直流电压Vdc2以产生控制信号，此控制信号再经过光耦合器117传送到高频转换器113以控制其切换来调整直流电压Vdc2。

LED驱动器12利用直流升降压转换器121将直流电压Vdc2转换成具有驱动LED灯串9所需电平的输出电压Vo，并由电压反馈控制电路122检测LED灯串9的两端电压以及由电流控制电路123检测流过LED灯串9的输出电流Io，以便控制直流升降压转换器121来调整输出电压Vo。LED灯串9使用PWM调光，通过调光控制电路124接收调光信号Dim以产生PWM信号，此PWM信号控制直流升降压转换器121的切换以调整输出电压Vo和/或控制电流控制电路123的切换以调整输出电流Io，进而控制LED灯串9一下亮一下暗，利用人眼视觉暂留使得人眼不会感受到一下亮一下暗而只会感受到某一亮度且该亮度与亮暗比例成正比。

当LED灯串应用于液晶显示器或液晶电视的背光时，必须采用多个LED灯串才能提供性能较好的面光源。请参照图2，所示为一种现有的使用交流电源供电且驱动多个LED灯串的LED驱动电路的结构图。LED驱动电路2由前段的切换式直流电源供应器11及后段的多个LED驱动器12-1～12-n所组成(n为正整数)，用以驱动多个LED灯串9-1～9-n。后段的LED驱动器12-1～12-n所需个数(即n)显然随着LED灯串9-1～9-n的个数(即n)的增加而增加。而且，对于各个LED灯串9、9-1、9-2、…、或9-n而言，其都需要一级直流至直流转换器(其包括高频转换器113、隔离变压器114和输出整流滤波电路115)和一级直流升降压转换器121的电源转换，除增加电源转换损失之外，硬件成本当然也比较高。

图3所示为一种现有的LED驱动电路的调光信号、输出电压及电流的波形图，此处的LED驱动电路例如是图1所示的LED驱动电路1。请参照图3，调光信号Dim为PWM信号，其每一周期T包括一致能期间Ton及一禁能期间Toff。调光信号Dim控制直流升降压转换器121及电流控制电路123，在致能期间Ton使输出电压Vo为LED灯串9的额定电压Vrt(其为LED灯串9中每个LED的额定电压之和)，故可驱动LED灯串9发光(亮)且流过的输出电流Io为额定电流Irt；而在禁能期间Toff使输出电压Vo为零，故LED灯串9不发光(暗)且流过的输出电流Io为零。

现有的这种PWM调光方式使得LED灯串9在亮暗切换时，LED驱动电路1提供的输出电压Vo的振幅较高，例如输出电压Vo在Vrt及0两种电压之间切换。当LED灯串9中串接的LED个数越多时，LED灯串的额定电压Vrt越大，使得输出电压Vo的振幅需要越高，这样将造成更大的电压涟波、更强的EMI，甚至于需要加入额外的电路来降低这些涟波、EMI的影响。

发明内容

本发明的目的就是在提出一种发光二极管(LED)驱动电路，其使用交流电源供电且直接驱动单个或多个LED灯串，可减少电源转换损失而提高效率、降低输出电压的振幅而降低电压涟波及EMI、精简电路架构而降低成本及提高信赖度。

为了达成上述目的及其它目的，本发明提出一种发光二极管驱动电路，用以接收交流电源及调光信号以驱动至少一发光二极管灯串，其中调光信号每一周期包括一致能期间及一禁能期间。发光二极管驱动电路包括输入整流滤波电路、直流至直流转换器、定电流控制电路、电压箝制及反馈控制电路以及调光控制电路。输入整流滤波电路用以将交流电源转换为直流电压。直流至直流转换器用以将直流电压转换为输出电压提供到所述至少一发光二极管灯串的第一端。定电流控制电路耦接至所述至少一发光二极管灯串的第二端，用以调整流过所述至少一发光二极管灯串的电流。电压箝制及反馈控制电路用以根据所述至少一发光二极管灯串的第一端及第二端电压控制直流至直流转换器的切换以调整输出电压至最佳值。调光控制电路用以根据调光信号控制定电流控制电路和/或电压箝制及反馈控制电路，使所述至少一发光二极管灯串的正向电压在致能期间大于所述至少一发光二极管灯串的切入电压(cut-involtage)并在禁能期间小于所述至少一发光二极管灯串的切入电压且大于零。

在一实施例中，输入整流滤波电路包括桥式整流器以及滤波电容器，其中桥式整流器用以将交流电源转换为直流电压，滤波电容器用以对直流电压进行滤波。

在一实施例中，直流至直流转换器包括高频转换器、隔离变压器以及输出整流滤波电路，其中高频转换器用以利用高频切换将直流电压转换成高频交流电压，隔离变压器用以提供电气隔离及能量传输，输出整流滤波电路用以将高频交流电压转换成输出电压。在一实施例中，高频转换器包括脉宽调制式转换器、半谐振式转换器或谐振式转换器。在一实施例中，输出整流滤波电路包括二极管整流器以及滤波电容器，其中二极管整流器用以将高频交流电压转换成输出电压，滤波电容器用以对输出电压进行滤波。

在一实施例中，所述至少一发光二极管灯串应用于显示装置的背光。在一实施例中，显示装置包括液晶显示器或液晶电视。

本发明因采用直流至直流转换器直接提供输出电压到每个LED灯串，可省下现有的LED驱动电路的直流升降压转换器(如图1或图2所示121)，减少一级电源转换损失以提高效率；另外利用LED灯串的正向电压小于LED灯串的切入电压时其电流为零的特性，降低LED驱动电路的输出电压在调光时的振幅，以降低电压涟波及EMI；而且采用定电流控制电路调整流过每个LED灯串的电流，不像现有的LED驱动电路在驱动多个LED灯串时需要多个LED驱动器(如图2所示12-1～12-n)，再采用电压箝制及反馈控制电路调整输出电压至最佳值，从而可精简电路架构以降低成本及提高信赖度。

附图说明

图1是一种现有的使用交流电源供电且驱动单个LED灯串的LED驱动电路的结构图；

图2是一种现有的使用交流电源供电且驱动多个LED灯串的LED驱动电路的结构图；

图3是一种现有的LED驱动电路的调光信号、输出电压及电流的波形图；

图4是依照本发明一实施例的使用交流电源供电且驱动单个LED灯串的LED驱动电路的结构图；

图5是依照本发明一实施例的使用交流电源供电且驱动多个LED灯串的LED区动电路的结构图。

图6是依照本发明一实施例的LED驱动电路的调光信号、输出电压及电流的波形图。

【主要元件符号说明】

1、2、4、5：LED驱动电路   11：直流电源供应器

111：EMI滤波器            112：输入整流滤波电路

113：高频转换器           114：隔离变压器

115：输出整流滤波电路     116：电压反馈控制电路

117：光耦合器             12、12-1～12-n：LED驱动器

121：直流升降压转换器     122：电压反馈控制电路

123：电流控制电路         124：调光控制电路

41、51：定电流控制电路    42、52：电压箝制及反馈控制电路

53：反馈逻辑电路          9、9-1～9-n：LED灯串

Dim：调光信号             Io：输出电流

Irt：LED灯串的额定电流    Vac：交流电源

Vdc1、Vdc2：直流电压      Vo：输出电压

VH：高电平信号            VL：低电平信号

Vrt：LED灯串的额定电压    Vx：介于0～Vr的电压

Vr：LED灯串的切入电压     T：周期

Ton：致能期间             Toff：禁能期间

t：时间

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图4所示为依照本发明一实施例的使用交流电源供电且驱动单个LED灯串的LED驱动电路的结构图。请参照图4，LED驱动电路4用以接收交流电源Vac及调光信号Dim以驱动LED灯串9。LED驱动电路4包括EMI滤波器111、输入整流滤波电路112、具隔离的直流至直流转换器(其包括高频转换器113、隔离变压器114和输出整流滤波电路115)、定电流控制电路41、电压箝制及反馈控制电路42、光耦合器117以及调光控制电路124。需要说明的是，元件符号相同的装置表示相同电路结构的装置，但并非用以限定本发明；例如，若图1所示输出整流滤波电路115采用二极管整流器和滤波电容器实现，则图4所示输出整流滤波电路115同样采用二极管整流器和滤波电容器实现，但图4所示输出整流滤波电路115当然还可采用其它如二极管整流器和π型滤波器实现。

在LED驱动电路4中，EMI滤波器111用以避免传导型EMI，如避免被污染而带有EMI杂讯的交流电源Vac通过电源线耦合传送到LED驱动电路4，且避免LED驱动电路4产生的EMI杂讯通过电源线耦合传送到交流电源Vac而污染其所在的公共电网。输入整流滤波电路112通常采用桥式整流器和滤波电容器实现，用以将经过EMI滤波器111的交流电源Vac整流及滤波成无调整性的直流电压Vdc1。直流至直流转换器再将无调整性的直流电压Vdc1转换成所需电平且具调整性的直流输出电压Vo，其原理为利用高频转换器113的高频切换将直流电压Vdc1转换成高频交流电压，再通过隔离变压器114隔离，然后利用输出整流滤波电路115整流及滤波成输出电压Vo，此处的高频转换器113例如是脉宽调制式转换器、半谐振式转换器或谐振式转换器，而输出整流滤波电路115可采用二极管整流器和滤波电容器实现。

输出电压Vo提供到LED灯串9的第一端。定电流控制电路41耦接至LED灯串9的第二端，用以调整流过LED灯串9的电流(即输出电流Io)。电压箝制及反馈控制电路42检测LED灯串9的第一端及第二端电压以产生控制信号，此控制信号再经过光耦合器117传送到高频转换器113以控制其切换来调整输出电压Vo至最佳值。通过电压箝制及反馈控制电路42的电压箝制，使得定电流控制电路41可在极低且安全的工作电压下完成定电流控制任务，降低定电流控制电路41的功率损耗及提高效率，而通过电压箝制及反馈控制电路42的电压反馈控制，使得当LED灯串9断路(open)时，可将输出电压Vo限制保持在安全范围内。

LED灯串9使用PWM调光，其通过调光控制电路124接收调光信号Dim以产生PWM信号，此PWM信号控制定电流控制电路41的切换以调整输出电流Io和/或通过电压箝制及反馈控制电路42控制高频转换器113的切换以调整输出电压Vo至最佳值，进而控制LED灯串9一下亮一下暗，利用人眼视觉暂留使得人眼不会感受到一下亮一下暗而只会感受到某一亮度且该亮度与亮暗比例成正比。而且，利用LED灯串9的正向电压小于LED灯串的切入电压时其电流为零的特性，降低LED驱动电路4的输出电压Vo在调光时的振幅，以降低电压涟波及EMI，其进一步说明如下。

请参照图6，其所示为依照本发明一实施例的LED驱动电路的调光信号、输出电压及电流的波形图，此处的LED驱动电路例如是图4所示的LED驱动电路4。调光信号Dim为PWM信号，其每一周期T包括一致能期间Ton及一禁能期间Toff；在本实施例中，调光信号Dim在高电平VH时为致能期间Ton，而在低电平VL时为禁能期间Toff。由于定电流控制电路41操作在极低的工作电压，输出电压Vo因此约略等于LED灯串9的正向电压。

调光信号Dim控制定电流控制电路41以调整输出电流Io和/或通过电压箝制及反馈控制电路42以调整输出电压Vo至最佳值。在致能期间Ton，使输出电压Vo或LED灯串9的正向电压大于LED灯串9的切入电压Vr(其为LED灯串9中每个LED的切入电压之和)，故可驱动LED灯串9发光(亮)且流过的输出电流Io不为零；在本例中，使输出电压Vo或LED灯串9的正向电压为LED灯串9的额定电压Vrt(其为LED灯串9中每个LED的额定电压之和)，故输出电流Io为额定电流Irt。在禁能期间Toff，使输出电压Vo或LED灯串9的正向电压小于LED灯串9的切入电压Vr且大于零，故LED灯串9不发光(暗)且流过的输出电流Io为零；在本例中，使输出电压Vo或LED灯串9的正向电压为介于0～Vr的电压Vx，故输出电流Io为零。由图6可明显看出本发明降低LED驱动电路4的输出电压Vo在调光时的振幅，可降低电压涟波及EMI。

当LED灯串应用于液晶显示器或液晶电视的背光时，必须采用多个LED灯串才能提供性能较好的面光源。请参照图5，其所示为依照本发明一实施例的使用交流电源供电且驱动多个LED灯串的LED驱动电路的结构图。LED驱动电路5与图4所示LED驱动电路4差异在于定电流控制电路51、电压箝制及反馈控制电路52及反馈逻辑电路53。定电流控制电路51可调整流过多个LED灯串9-1～9-n的电流，各个流过LED灯串的电流可由定电流控制电路51依需求分别设定(即一对一控制)、分组设定或整体设定(即一对多控制)，而各个流过LED灯串的电流可以相等也可以不相等。由图5可明显看出本发明不像图2所示现有的LED驱动电路2在驱动多个LED灯串9-1～9-n时需要多个LED驱动器12-1～12-n。反馈逻辑电路53用以在检测到LED灯串9-1～9-n任一灯串电压过高(其表示定电流控制电路51部分电路并未操作在极低的工作电压)时通知电压箝制及反馈控制电路52以调整输出电压Vo至最佳值。在一实施例中，反馈逻辑电路53可以包含在电压箝制及反馈控制电路52中。

综上所述，本发明因采用直流至直流转换器直接提供输出电压到每个LED灯串，可省下现有的LED驱动电路的直流升降压转换器(如图1或图2所示121)，减少一级电源转换损失以提高效率；另外利用LED灯串的正向电压小于LED灯串的切入电压时其电流为零的特性，降低LED驱动电路的输出电压在调光时的振幅，以降低电压涟波及EMI；而且采用定电流控制电路调整流过每个LED灯串的电流，不像现有的LED驱动电路在驱动多个LED灯串时需要多个LED驱动器(如图2所示12-1～12-n)，再采用电压箝制及反馈控制电路调整输出电压至最佳值，从而可精简电路架构以降低成本及提高信赖度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发光二极管驱动电路，其特征在于，用以接收一交流电源及一调光信号以驱动至少一发光二极管灯串，该调光信号每一周期包括一致能期间及一禁能期间，该发光二极管驱动电路包括：

一输入整流滤波电路，用以将该交流电源转换为一直流电压；

一直流至直流转换器，用以将该直流电压转换为一输出电压提供到该至少一发光二极管灯串的第一端；

一定电流控制电路，耦接至该至少一发光二极管灯串的第二端，用以调整流过该至少一发光二极管灯串的电流；

一电压箝制及反馈控制电路，用以根据该至少一发光二极管灯串的第一端及第二端电压控制该直流至直流转换器的切换以调整该输出电压至最佳值；以及

一调光控制电路，用以根据该调光信号控制该定电流控制电路和/或该电压箝制及反馈控制电路，使该至少一发光二极管灯串的正向电压在该致能期间大于该至少一发光二极管灯串的切入电压并在该禁能期间小于该至少一发光二极管灯串的切入电压且大于零。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该输入整流滤波电路包括：

一桥式整流器，用以将该交流电源转换为该直流电压；以及

一滤波电容器，用以对该直流电压进行滤波。

3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该直流至直流转换器包括：

一高频转换器，用以利用高频切换将该直流电压转换成一高频交流电压；

一隔离变压器，用以提供电气隔离及能量传输；以及

一输出整流滤波电路，用以将该高频交流电压转换成该输出电压。

4.根据权利要求3所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该高频转换器包括一脉宽调制式转换器、半谐振式转换器或谐振式转换器。

5.根据权利要求3所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该输出整流滤波电路包括：

一二极管整流器，用以将该高频交流电压转换成该输出电压；以及

一滤波电容器，用以对该输出电压进行滤波。

6.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该至少一发光二极管灯串应用于一显示装置的背光。

7.根据权利要求6所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该显示装置包括一液晶显示器或液晶电视。

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