专利名称：Led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED驱动电路，具体涉及即便在如环境温度和自发热的温度环境改变的情况下，依然可以使发光二极管(LED)保持恒定亮度的LED驱动电路。
背景技术：
LED中的PN结带隙具有温度依赖性并且随温度升高而降低。因此，LED的前向电压具有负的温度依赖性，表现特点为随温度的升高而降低。
因此，当LED被以恒定电压驱动时，由于环境温度和自发热而引起的LED温度升高降低前向电压而且增加LED的前向电流。
增加的前向电流促使温度进一步升高而且前向电压进一步降低。就功率而言这是正反馈状态，其最终会导致热失控。
为了避免该问题，提出了如图4的电路图所示的以恒定电流驱动LED的方法。这种情况下，电路的包括串联连接的n个LED1-LEDn的LED单元LU串联连接到电流感应电阻RS，电流检测电阻RS的另一端接地。
流过LED单元LU的LED驱动电流IL(电流值Il)在电流感应电阻RS(电阻值Rs)上引起电压VRS(电压值Vrs)＝Il×Rs，该电压被馈入输出控制电路OCC的反馈端FB。
在输出控制电路OCC中设定参考电压Vref，馈入反馈端FB的反馈电压VRS的电压值Vrs和参考电压Vref之间的差值用于控制晶体管Q，以控制输出电压Vo。
这样可以控制与电容C并联连接的LED单元LU中流过的LED驱动电流IL。该反馈控制持续到反馈电压VRS的电压值Vrs达到和参考电压Vref同样的电势。因此，LED单元中流过的LED驱动电流IL可以保持恒定。
这种使与LED单元LU串联的电流感应电阻RS上的电压的电压值Vrs保持恒定的反馈技术配置所谓恒定电流类型的步进DC/DC转换器(例如，参见专利文件1JP 2001-215913A)。
从特性的角度来看，用于恒定电流驱动LED单元LU的电路在没有负载的情况下(例如，当LED单元LU中的至少一个LED发生故障而开路时)引起输出电压Vo的异常增加(引起过电压)。因此，一个问题是其需要保护电路。相反，即便温度增加使得LED的前向电压降低，就使LED中流过的电流IL恒定的功率而言，驱动电路进入负反馈状态。因此，其有益地操作来抑止LED中的过电流，防止LED的温度由于自发热而增加，防止发生热失控。
通常，输出电压Vo约为30-50V，尽管其会响应于由前述的恒定电流控制引起的前向电压波动而波动。LED单元LU中流过的LED驱动电流IL的电流值Il基于LED单元的指标而确定。这种情况下，如果期望有较高的亮度，具有较大的绝对最大额定前向电流的LED用于配置LED单元。因此，电流值确定为约0.5-1.0A。
由于电流感应电阻RS和LED单元LU串联连接，前文的在先技术的LED驱动电路表现出电流感应电阻RS的较大功率损耗和较低功率利用效率。
例如，如果LED单元LU中流过的LED驱动电流IL的电流值Il为0.5A，电流感应电阻RS上的反馈电压VRS的电压值Vrs为1V，那么电流感应电阻RS的电阻值Rs表示如下Rs＝1/0.2＝2Ω因此，电流感应电阻RS上消耗的功率PRS如下表示PRS＝(IL)2×RS＝(0.5)2×2＝0.5W因此，为了增加LED单元LU的发光亮度而增加LED单元LU中流过的LED驱动电流IL的电流值Il也增加电流感应电阻RS上消耗的功率PRS，并相应地增加功率损耗。
发明内容
为了克服上述问题而提出本发明，其目的是提供一种即便在如环境温度和自发热的温度环境改变的情况下，依然可以使LED保持恒定亮度的LED驱动电路。该LED驱动电路不需要使用在先技术的电流感应电阻来感应反馈电压，也不需要无负载时的过电压保护电路。
本发明提供一种LED驱动电路，包括包括一个LED或多个串联的LED的LED单元；包括电阻和与之串联的电阻温度传感器的电路，该电阻温度传感器具有正的线性温度系数，所述电路与所述LED单元并联连接，所述电阻温度传感器和所述LED排列为共享环境温度；输出控制电路；以及晶体管，其中由电流在所述电阻温度传感器中流过而在其上引起的电压被反馈给所述输出控制电路，根据所述电压和在所述输出控制电路设定的参考电压而被PWM控制的输出被用来打开/关闭所述晶体管以控制施加于所述LED单元的所述电压。
在本发明中，施加于所述LED单元的所述电压Vo满足下列关系(1)Vo＝(1+RX/RTH)·Vref...(1)其中RX表示所述电阻器的电阻值；RTH表示所述电阻温度传感器的温度电阻值；Vref表示所述参考电压。
包围LED单元的环境温度可以增加以降低LED单元中包括的LED的前向电压。即便这种情况下，本发明的LED驱动电路就用来降低用于驱动LED单元的电压并降低LED单元中流过的电流的功率而言，进入负反馈状态。因此，LED驱动电路用于抑止LED的自发热并防止电流的热失控。
其具有消耗较低功率并具有较高功率利用效率的电路，因为其需要在电阻温度传感器中流过较低电流。
待控制的LED驱动电压不依赖于流过LED单元的电流。因此，即便当LED单元LU中的至少一个LED发生故障而开路时，防止引起LED驱动电压的异常增加(引起过电压)，因此不需要任何负载开路时的保护电路。
图1是说明本发明的实施例的电路图。
图2的表格格示出相对于本发明的实施例中包括的电阻温度传感器的温度变化的电路工作状态。
图3的表格示出本发明的实施例中包括的电阻温度传感器的温度电阻和相对于电阻温度传感器的输出电压之间的关系。
图4是在先技术的电路图。
具体实施例方式
下面结合图1-3详细描述本发明的优选实施例。下面描述的实施例是本发明的优选具体例子，相应地给出的各种技术的优选限制，尽管除非给出了限定本发明的具体描述，本发明的范围不限于本实施例。
图1是说明和本发明的LED驱动电路相关的实施例的电路图。该电路包括扼流线圈2，其一端连接到DC电源1，另一端连接到NPN晶体管3的集电极和二极管4的阳极，晶体管3的发射极接地。
电阻5一端连接到二极管4的阴极，另一端连接到电阻温度传感器6的一端，电阻温度传感器6的另一端接地。二极管4的阴极连接到电容器7的一端，电容器7的另一端接地。二极管4的阴极还连接到包括多个串联连接的LED1-LEDn的LED单元8的阳极端。LED单元8的阴极端接地。
晶体管3的基极连接到输出控制电路9。输出控制电路9利用单独的使用误差放大器的激励PMW控制系统。优选地，可将公知的电路用于此目的。输出控制电路具有反馈端FB。反馈端FB连接到电阻5和电阻温度传感器6之间的节点。齐纳二极管10被用于设定参考电压Vref。
下面描述如此配置的电路的操作。晶体管3被从输出控制电路9输出的PWM控制信号开启/关闭。随着晶体管3开启/关闭，电流流过扼流线圈2和二极管4(进行整流)和电容器7(进行平滑)。这种情况下，电容器7充电到升压到比DC电源的电压高的一个电压。电容器7上的该输出电压Vo使得电流IS流经与电容器7并联的电路，其包括电阻5和与之串联的电阻温度传感器6，而且电流IL流过LED单元8。这种情况下，电阻5的电阻值用RX表示，电阻温度传感器6的电阻值用RTH表示。
由流过电阻温度传感器6的电流引起的电压VRS＝IS×RTH被馈入输出控制电路9的反馈端FB。
这样，输出控制电路9施加使用误差放大器的单独激励PMW控制，以基于反馈电压VRS和参考电压Vref来PWM控制输出电压Vo。因此，输出电压Vo和参考电压Vref可以保持下式表示的关系(1)Vo＝(1+RX/RTH)·Vref...(1)图2示出了相对于电阻温度传感器6的温度变化的电路操作状态。电阻温度传感器6具有正线性温度系数。随着电阻温度传感器6的温度增加，电阻温度传感器6的温度电阻值RTH增加。这样，输出电压Vo被降低以降低流过LED单元8的电流IL的电流值Il。相反，随着电阻温度传感器6的温度下降，电阻温度传感器6的温度电阻值RTH下降。这样，输出电压Vo被升高以增加流过LED单元8的电流IL的电流值Il。
流过电阻5和电阻温度传感器6的电流可以为mA量级的。这是因为从电阻5和电阻温度传感器6之间的节点流到输出控制电路9的反馈端FB的电流在其量级为μA时工作。因此，电阻5和电阻温度传感器6上消耗的功率PXTH，也就是功率损耗如下计算，假定RX＝47kΩ，RTH＝1.2kΩ，Vo＝40V。
PXTH＝(Vo)2/(RX+RTH)＝(40)2/(47×103+1.2×103)＝(1.6×103)/(48.2×103)＝0.033W在先技术的LED驱动电路的功率损耗为0.5W，本实施例的LED驱动电路的功率损耗为0.033W，这是在先技术的功率损耗的6.6％，极大地降低了功率损耗。
具体确定了电路的常量以查看电路功能。如果在25℃、RTH＝1.2kΩ时，电阻温度传感器6的电阻温度系数TCR＝2400(×10-6/K)，电阻5的电阻值为RX＝47kΩ，输入到输出控制电路9的参考电压为Vref＝1.0V，图3所示的关系可以从上述表达式(1)中导出。
如图3所示，当电阻温度传感器6的温度增加时，电阻温度传感器6的温度电阻值RTH增加并引起降低的输出电压。因此，这样的负反馈降低LED单元8中包括的每个LED的前向电压，以抑止LED中流过的电流，防止LED单元8中流过的电流的热失控。
从公式(1)显而易见的是，输出电压Vo不依赖于负载(LED单元)的状态，而且可以根据电阻温度传感器6的温度电阻和输出控制电路9的参考电压Vref确定。因此，即便没有负载(如，当LED单元8中的至少一个LED发生故障而开路时)，输出电压也不会异常增加(引起过电压)，因此负载开路时不需要任何保护电路。
电阻温度传感器6放置在包括在LED单元8中的LED附近，以共享围绕LED的环境温度。因此，LED所经受的环境温度可以精确地从反馈上反应出来，以实现可靠的电流控制。
和流过LED单元8的电流IL的电流值Il相比，流过包括电阻5和电阻温度传感器6的串联电路的电流IS的电流值IS非常小(IS＜＜IL)。因此，考虑用输出电压Vo来仅仅控制流过LED单元8的电流IL并无害处。
如上所述，本发明的LED驱动电路包括LED单元和与之并联的串联电路。串联电路包括电阻和具有正线性温度系数的电阻温度传感器。由于电流流经电阻温度传感器而在其上引起的电压被馈入输出控制电路。基于设定到输出控制电路的参考电压而被PWM控制的输出用于控制驱动LED单元的电压。
结果，即便围绕LED单元的环境温度增加以降低LED单元中包括的LED的前向电压，就功率而言的负反馈用来降低用于驱动LED单元的电压并降低LED单元中流过的电流。因此，LED驱动电路用于抑止LED的自发热并防止电流的热失控。
此外，该电路消耗较低功率并具有较高功率利用效率，因为其需要在电阻温度传感器中流过较低电流。
由输出控制电路PWM控制的LED驱动电压不依赖于LED单元中流过的电流。因此，即便LED单元中的至少一个LED发生故障而引起开路，防止LED驱动电压会异常增加(引起过电压)，因此负载开路时不需要任何保护电路。这样，可以获得这些及其他优良效果。
权利要求
1.一种LED驱动电路，包括包括一个LED或多个串联的LED的LED单元；包括电阻和与之串联的电阻温度传感器的电路，该电阻温度传感器具有正的线性温度系数，所述电路与所述LED单元并联连接，所述电阻温度传感器和所述LED放置为共享环境温度；输出控制电路；以及晶体管；其中由电流在所述电阻温度传感器中流过而在其上引起的电压被反馈给所述输出控制电路，根据所述电压和在所述输出控制电路设定的参考电压而被PWM控制的输出被用来打开/关闭所述晶体管以控制施加于所述LED单元的所述电压。
2.根据权利要求1的LED驱动电路，其中施加于所述LED单元的所述电压Vo满足下列关系(1)Vo＝(1+RX/RTH)·Vref…(1)其中RX表示所述电阻的电阻值；RTH表示所述电阻温度传感器的温度电阻值；Vref表示所述参考电压。
全文摘要
本发明的LED驱动电路包括LED单元和与之并联的串联电路。串联电路包括电阻和具有正线性温度系数的电阻温度传感器。由于电流流经电阻温度传感器而在其上引起的电压被馈入输出控制电路。基于设定到输出控制电路的参考电压而被PWM控制的输出电压驱动LED单元。
文档编号H01L33/00GK101043773SQ20071008873
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者藤野隆史 申请人:斯坦雷电气株式会社