专利名称：发光二极管驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管驱动装置，尤其涉及一种发光二极管驱动装 置，适用于高功率输出，以驱动至少一发光二极管模块。
背景技术：
发光二极管(LED)由半导体材料所制成的发光元件，不同于传统照明， 其属冷发光，具有高亮度、高发光效率、驱动电路简单、耗电量低、反应速度 快等多项优点，目前已逐渐取代传统照明。
于发光二极管驱动电路的设计上， 一般为了安全考虑会采取一、二次侧隔 离设计。参照图l，输入电压Vin经由桥式整流电路110整流后产生一次侧电 压V1。于此， 一次侧电压Vl约为输入电压Vin的V^倍；举例来说，当输入电 压Vin约为110V (伏特)的交流电压，经桥式整流电路110整流后，产生的 一次侧电压VI约为156V的直流电压，脉宽调变(P丽)控制器120通过输出 脉宽调变信号Vg控制功率开关Ql的切换，致使变压器130的一次侧电压VI 转换至变压器130的二次侧，而产生输出电压Vo，以点亮串接于输出端上的 发光二极管LED。以返驰式架构(Flyback Topology)为例，当功率开关Ql 导通(on)时，能量储存于变压器130 —次侧的激磁电感LP,此时二次侧不 导通；而当功率开关Q1截止(off)时，储存于变压器130—次侧的激磁电感 LP内的能量释放至二次侧，进而产生输出电压Vo。于此，输出电压Vo为直流 (DC)电压。
流经发光二极管LED的电流信号LED，可通过线性稳压器TL和光耦合器 (photo coupler) 140，决定脉宽调变控制器120的补偿接脚COMP的电压准 位。脉宽调变控制器120根据补偿接脚COMP的电压准位来调整脉宽调变信号 Vg，即调整功率开关Q1的责任周期(duty cycle)大小。换句话说，将依据 线性稳压器TL的准位电压(Vref)及电阻(R，)稳定电流信号LED，即I咖 =Vref/R，。因此，当输出端上的发光二极管LED越多颗时，输出功率越大，
则控制功率开关Q1的脉宽调变信号Vg的责任周期会越大；反之亦然。
当应用于高功率输出(即，输出端连接非常多个发光二极管LED)时，为
了满足电流谐波规范， 一般会于前级加入功率因子修正电路(power factor correction (PEC) circuit) 150，如图2所示。
请参照图2,交流的输入电压Vin经由桥式整流电路110整流和功率因子 修正电路150调整后，产生直流的一次侧电压V2。举例来说，若输入电压Vin 约为110V (交流)，产生的一次侧电压V2约为200V (直流)；而若输入电压 Vin约为220V (交流)，产生的一次侧电压V2则约为400V (直流)。
于功率因子修正电路150内部会有两组回授路径。一为电流回授路径152， 用以使输入电流Iin的波形能够追随输入电压Vin的波形且与输入电压Vin同 相位，以提高功率因素进而满足电流谐波规范。另一为电压回授路径154，通 过一次侧电压V2回授调整输入电流Iin大小，进而稳住一次侧电压V2。
然而，此些驱动电路的设计必须使用线性稳压器及光耦合器做一、二次侧 隔离。另外，于高功率输出(一般大于150W)的应用时，须搭配适用大尺寸 的变压器，因而导致成本增加，且占空间，并且不易解决伴随而来的散热问题。 此外，为配合高功率输出的应用，整个驱动电路必需使用到两颗独立的控制 IC (集成电路)，即PFC控制器和PWM控制器，不仅线路设计较为复杂，成本 也较为昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种发光二极管驱动装置，借以解决 现有技术所存在线路设计复杂且高成本的问题。
为实现上述目的，本发明所揭露的发光二极管驱动装置，包括功率因子 修正(PFC)电路、桥式开关电路、谐振电路、变压器和回授电路。功率因子 修正电路会根据一回授信号调整其输出信号。桥式开关电路连接功率因子修正 电路的输出端，其可将功率因子修正电路的输出信号切换成一脉波信号。谐振 电路连接桥式开关电路的输出端，其可根据脉波信号进行振荡以输出一弦波信 号。变压器一次侧的第一端连接谐振电路，以接收弦波信号。回授电路连接至 变压器一次侧的第二端，其相应变压器的一次侧电流而输出回授信号至功率因 子修正电路的回授端。
桥式开关电路可为一半桥式开关电路，其包括一对串联的开关元件。此对 开关元件连接于功率因子修正电路的输出端和接地之间，且两开关元件之间的 串联接点连接至谐振电路。
于此，半桥式开关电路的两开关元件的驱动控制信号可为一对互补的脉波 信号，分别输入至半桥式开关电路的两开关元件的控制端。其中，此对互补式 控制信号可具有50%责任周期。
谐振电路可包括电容-电感所组成的谐振槽。
回授电路可包括电阻和整流元件。回授电路的电阻连接于变压器一次侧的 第二端和接地之间。其中，变压器的一次侧电流流经电阻而形成一交流跨压于 电阻上，且回授电路将此交流跨压进行整流以产生回授信号。
回授电路更可包括滤波元件，以将回授信号进行滤波，并将滤波后的回授 信号提供给功率因子修正电路。
变压器的二次侧还耦接至少一发光二极管模块，且回授电路中的电阻的阻 值相应于发光二极管模块的亮度。
于根据本案的发光二极管驱动装置中，利用变压器的一次侧电流来进行回 授控制，因此，不需要通过线性稳压器及光耦合器来隔离变压器的一次侧和二 次侧，以避免更换输出发光二极管时发生触电的危险，且可降低成本。另外， 于根据本案的发光二极管驱动装置中，通过调整回授电路的阻值，例如调整 电阻Rcs的电阻值，来调整输出电流(即，变压器的二次侧电流)，进而控制 发光二极管模块的发光亮度，相较于现有技术，控制方式较为简单。此外，根 据本案的发光二极管驱动装置适用于高功率输出(例如〉200W)。并且，于 根据本案的发光二极管驱动装置中，仅使用到单一具有回授功能的控制器(即， 功率因子修正电路)，其控制线路较为简单且整体价格较为便宜。
图1为现有技术的发光二极管驱动装置的示意图2为另一现有技术的发光二极管驱动装置的示意图3为根据本发明一实施例的发光二极管驱动装置的示意图4为图3中各个信号的波形图；以及
图5为根据本发明另一实施例的发光二极管驱动装置的示意图。
射，附图标记
110:桥式整流电路120:脉宽调变(P画)控制器
130:变压器140:光耦合器
150:功率因子修正电路152:电流回授路径
154:电压回授路径210:桥式整流电路
220:桥式开关电路230:变压器
240:谐振电路250:功率因子修正电路
252:电流回授路径254:电压回授路径
260:回授电路280:信号产生器
290:发光二极管模块292:第一发光二极管模块
294:第二发光二极管模块VI: —次侧电压
Vin:输入电压Ql:功率开关
Vg:脉宽调变信号Vo:输出电压
LP:变压器一次侧激磁电感NP:变压器一次侧匝数
NS:变压器二次侧匝数1，电流信号
TL:线性稳压器C0MP:补偿接脚
Vref:准位电压RLED:电阻
V2:一次侧电压Iiru输入电流
CS:回授信号V3: PFC电路的输出信号
Sa:脉波信号Sb:弦波信号
Ipri: 一次侧电流I sec: 二次侧电流
Q2:开关元件Q3:开关元件
Sc:控制信号Sc':控制信号
Cr:电容Lr:电感
RCS:电阻DCS:整流元件
GCS:滤波元件VCS:回授信号的电压值
具体实施例方式
请参照图3，显示根据本发明一实施例的发光二极管驱动装置。根据本发 明一实施例的发光二极管驱动装置，包括桥式开关电路220、变压器230、
谐振电路240、功率因子修正(PFC)电路250和回授电路260。
功率因子修正电路250耦接于桥式整流电路210和桥式开关电路220之 间。谐振电路240耦接于桥式开关电路220和变压器230 —次侧的第一端之间。 回授电路260耦接于变压器230 —次侧的第二端和功率因子修正电路250的电 压回授端之间。
输入电压Vin经桥式整流电路210整流后，输入至功率因子修正电路250。 功率因子修正电路250具有两组回授路径。电流回授路径252连接至桥式开关 电路220，以使输入电流Iin的波形能够追随输入电压Vin的波形且与输入电 压Vin同相位。电压回授路径254接收来自回授电路260的回授信号CS，并 根据回授信号CS调整输入电流Iin的大小，据以调整功率因子修正电路250 的输出信号V3。换言之，功率因子修正电路250可根据回授信号CS调整其输 出信号V3。
桥式开关电路220可将功率因子修正电路250的输出信号V3切换成脉波 信号Sa。脉波信号Sa经由谐振电路240振荡后，于变压器230的一次恻产生 一弦波信号Sb，且变压器230的一次侧电流Ipri也为一弦波信号。换言之， 谐振电路240可根据脉波信号Sa进行振荡以输出一弦波信号Sb。回授电路260 则相应于变压器230的一次侧电流Ipri，而输出回授信号CS。
其中，桥式开关电路220可为全桥式开关电路或半桥式开关电路。以半桥 式开关电路为例，桥式开关电路220包括一对串联的开关元件Q2、 Q3。于此， 开关元件Q2、 Q3串接于功率因子修正电路250的输出端和接地之间，且两开 关元件Q2、 Q3之间的串联接点连接至谐振电路240的输入端。
于此，可通过一对控制信号Sc、 Sc'来控制两开关元件Q2、 Q3的运作。 此对控制信号Sc、 Sc'较佳可为一对互补的脉波信号。将此对互补式控制信 号Sc、 Sc'分别输入至开关元件Q2、 Q3的控制端，致使两开关元件Q2、 Q3 根据此对互补式控制信号Sc、 Sc'交错开关，以将功率因子修正电路250的 输出信号V3切换成脉波信号Sa。于此，可采用责任周期为50%的互补式控制 信号Sc、 Sc'。
此外，可于发光二极管驱动装置内设置一信号产生器280，以产生控制信 号来驱动桥式开关电路220。
谐振电路240可包括电容Cr和电感Lr。电容Cr的一端连接至桥式开关
电路220，另一端则连接至电感Lr。而电感Lr相对电容Cr的一端则连接至变 压器230 —次侧的第一端。换言之，谐振电路240可包括电容-电感组成的谐 振槽。
于一实施例中，电容Cr连接于两开关元件Q2、 Q3之间的串接接点和电感 Lr之间，以接收经由开关元件Q2、 Q3的切换而产成的脉波信号Sa。
回授电路260可包括电阻Rcs和整流元件Dcs。电阻Rcs耦接于变压器230 一次侧的第二端和接地之间。整流元件Dcs耦接于电阻Rcs相对接地的一端和 功率因子修正电路250之间。
变压器230的一次侧电流Ipri流经电阻Rcs，会形成一交流跨压于电阻 Rcs上，并且此电阻Rcs的交流跨压经由整流元件Dcs的整流后，产生回授信 号CS。
于此，回授电路260还可包括一滤波元件Ccs，因此电阻Rcs的交流跨压 经由整流元件Dcs整流及滤波元件Ccs的滤波后，产生回授信号CS给功率因 子修正电路250。
于此，变压器230可为顺向式也或返驰式。另外，于变压器230的两侧的 电路中可采用不同的接地。
于发光二极管驱动装置的输出端，即变压器230的二次侧，可耦接至少一 个由一个或多个发光二极管LED所构成的发光二极管模块290。并且，可通过 调整回授电路260，即调整电阻Rcs的阻值，控制的发光二极管模块290的亮 度。换言之，电阻Rcs的阻值相应于发光二极管模块290的亮度。
于此，若调整电阻Rcs的阻值，相应地，回授信号CS的电压值Vcs会随 着电阻Rcs的阻值改变。而功率因子修正电路250根据回授信号CS而调整其 输出信号V3，因此其输出信号V3则会相应回授信号CS的改变而被改变，进 而影响了脉波信号Sa的电压峰值，并改变弦波信号Sb的电压峰值。根据变压 器230的特性，变压器230的二次侧电流Isec为一次侧电流Ipri乘上变压器 230的一次侧和二次侧的匝数比(NP/NS)。因此，改变变压器230的一次恻 电流Ipri等效上相当于改变变压器230的二次侧电流Isec。举例来说，若增 加电阻Rcs的阻值，回授信号CS的电压值Vcs会随之上升，致使功率因子修 正电路250的输出信号V3的电压值下降，进而导致变压器230的一次侧电流 Ipri下降，相应于一次侧电流Ipri的二次侧电流Isec则会随之下降。并且，
因变压器230的一次侧电流Ipri下降，回授信号CS的电压值Vcs则会随之下 降，最后回授信号CS的电压值Vcs会稳定于一定值。于此，电阻Rcs可采用 可变电阻，以便于进行发光亮度的调整。
换句话说，可通过改变回授电路260的电阻Rcs阻值来调控发光二极管模 块290的发光亮度。
此外，由于谐振电路240的谐振频率是kHz以上的频率，因此对人眼来说， 并不会感受到发光二极管模块290有闪烁的现象。
以返驰式架构为例，脉波信号Sa、回授信号CS、流经发光二极管模块的 电流信号I咖、及变压器230的一次侧电流Ipri和二次侧电流Isec的信号波 形如图4所示，图4显示于根据本案的发光二极管装置驱动装置运作时，各信 号信号间的关系。由图4可见，相应于脉波信号，于变压器230的一次侧形成 一次侧电流Ipri，由于应于反驰式架构上，于变压器230的一次侧形成与一 次侧电流Ipri反向的二次侧电流Isec，进而相应于二次侧电流Isec产生电 流信号L,.d，流经发光二极管模块290，以驱动发光二极管模块290。并且，于 电阻Rcs阻值固定下，回授信号CS维持稳定，以致使功率因子修正电路250 的输出信号V3稳定输出，进而桥式开关电路220得以据以提供电压峰值稳定 的脉波信号Sa。
在另一实施例中，参照图5，于发光二极管驱动装置的输出端，即变压器 230的二次侧，可耦接至少一第一发光二极管模块292和至少一第二发光二极 管模块294。并且，第一发光二极管模块292和第二发光二极管模块294反向 并联，目卩，第一发光二极管模块292和第二发光二极管模块294反向耦接于变 压器230的二次侧的两端。于此，变压器230会根据一次侧电流Ipri，而于 其二次侧提供一输出电压Vo，以驱动第一发光二极管模块292和第二发光二 极管模块294。此输出电压Vo为一交流弦波，且于输出电压Vo的正半周可驱 动第一发光二极管模块292，负半周则可驱动第二发光二极管模块294。换言 之，变压器230会根据一次侧电流Ipri交替驱动第一发光二极管模块292和 第二发光二极管模块294。并且，电阻Rcs的阻值相应于两发光二极管模块 (292、 294)的亮度。
于根据本案的发光二极管驱动装置中，由于利用变压器的一次侧电流来进 行回授控制，变压器的两端一、二次侧为互相隔离，因此可节省线性稳压器及
光耦合器元件的成本以及整体空间体积，也可避免更换发光二极管时发生触电 的危险。另外，于根据本案的发光二极管驱动装置中，仅需调整回授电路的阻 值，例如调整电阻RCS的电阻值，即可调整变压器的二次侧电流，进而控制 发光二极管模块的发光亮度，相较于现有技术技术，控制方式较为简单。此外， 根据本案的发光二极管驱动装置适用于高功率输出(例如〉200W)。并且， 于根据本案的发光二极管驱动装置中，仅使用到单一具有回授功能的控制器 (即，功率因子修正电路)，其控制线路较为简单且整体价格较为便宜。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种发光二极管驱动装置，其特征在于，包括一功率因子修正电路，用以根据一回授信号调整一输出信号；一桥式开关电路，连接该功率因子修正电路，以将该功率因子修正电路的该输出信号切换成一脉波信号；一谐振电路，连接该桥式开关电路(220)，用以根据该脉波信号输出一弦波信号；一变压器，该变压器的一次侧的第一端连接该谐振电路，以接收该弦波信号；以及一回授电路，连接该变压器的一次侧的第二端，以输出相应该变压器的一次侧电流的该回授信号。
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，该桥式开 关电路为一半桥式开关电路，包括一对串联的开关元件，该对开关元件连接于 该功率因子修正电路的输出端和一接地之间，且该对开关元件的串联接点连接 至该谐振电路。
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，该对开关 元件以 一对互补式控制信号驱动。
4、 根据权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，还包括 一信号产生器，连接该对开关元件的控制端，以控制该对开关元件的切换。
5、 根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其^^征在于，该信号产 生器产生一对互补式控制信号以控制该对开关元件。
6、 根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该对互补 式控制信号具有50%的责任周期。
7、 根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，还包括 一信号产生器，连接该桥式开关电路，以驱动该桥式开关电路。
8、 根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该谐振电 路包括一电容，该电容的一端连接至该桥式开关电路，以接收该脉波信号；以及 一电感，连接于该电容的另一端和该变压器的一次侧的第一端之间，以输出该弦波信号。
9、 根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该回授电 路包括一电阻，该电阻连接于该变压器的一次侧的第二端和一接地之间，该一次 侧电流流经该电阻而形成一交流跨压于该电阻上；以及一整流元件，以将该电阻的该交流跨压进行整流据以产生该回授信号。
10、 根据权利要求9所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该回授电 路更包括一滤波元件，以将该回授信号进行滤波，滤波后提供给该功率因子修 正电路。
11、 根据权利要求9所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该变压器 的二次侧还耦接一第一发光二极管模块，且该电阻的阻值相应于该第一发光二 极管模块的亮度。
12、 根据权利要求11所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该变压 器的二次侧还耦接一第二发光二极管模块，该第二发光二极管模块反向并联该 第一发光二极管模块，且该电阻的阻值相应于该第二发光二极管模块的亮度。
13、 根据权利要求l所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该变压器 的二次侧还耦接一第一发光二极管模块，且该变压器根据该一次侧电流驱动该 第一发光二极管模块。
14、 根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该变压器的二次侧还耦接一第二发光二极管模块，该第二发光二极管模块反向并联该第 一发光二极管模块，且该变压器根据该一次侧电流交替驱动该第一发光二极管 模块和该第二发光二极管模块。
全文摘要
本发明公开一种发光二极管驱动装置，包括功率因子修正电路、桥式开关电路、谐振电路、变压器和回授电路。其中，功率因子修正电路会根据一回授信号调整其输出信号。桥式开关电路将功率因子修正电路的输出信号切换成一脉波信号。谐振电路根据脉波信号输出一弦波信号给变压器的一次侧。回授电路可相应变压器的一次侧电流而输出回授信号至功率因子修正电路的回授端。因此，通过调控回授电路即可调整输出电流。
文档编号H05B37/02GK101394699SQ200710153018
公开日2009年3月25日 申请日期2007年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者朱益杉, 赵兴国 申请人:通嘉科技股份有限公司