专利名称：Led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动LED (发光二极管)的LED驱动电路。
背景技术：
LED提供诸如低电流消耗和较长寿命之类的优点，并且已经发现日益宽泛 的应用范围，不仅应用于显示设备也应用于照明装置等。在LED照明装置中， 通常使用多个LED来获得所需的照明度。
因为LED的寿命在超过额定电流的电流通过它们时被縮短，所以它们需要 用恒定电流驱动、或者施加限流以使没有等丁或大于预定电流的电流通过它 们。
普通照明装置通常使用交流100V的商用电源；考虑到使用LED照明装置 来代替白炽灯的情况，优选LED照明装置类似于普通照明装置被配置成使用交 流I00V的商用电源。
在此，可用在LED照明装置中的常规LED驱动电路的配置的一个示例(参 见JP-A-2003-59335的图3)如图4所示。如图4所示的常规LED驱动电路是施加 限流以使没有等于或大于预定电流的电流通过LED的LED驱动电路，并且其由 桥接二极管2、电阻器R1到R3、相角控制电路All、诸如SBS (硅双向开关) 或者diac (二极管交流开关元件的简称，也称为双向二极管晶闸管)之类的触 发器件5以及晶闸管4组成。
交流100V的商用电源1连接到桥接二极管2的输入侧；电阻器3、 LED模块 3 (其是串联的多个LED)、以及晶闸管4按以下顺序从桥接二极管2的正输出 端连接到桥接二极管2的输出侧电阻器R3、 LED模块3、以及晶闸管4。电阻 器R2的一端连接到电阻器R3与LED模块3之间的节点，并且电阻器R2的另一端 连接到LED模块3与晶闸管4的阳极之间的节点。
相角控制电路A11设置有电阻器Rll，其一端连接到电阻器R2的另一端；可变电阻器VRll，其一端连接到电阻器R11的另一端并且其另一端连接到电容 器C11的一端并经由触发器件5连接到晶闸管4的门极；以及电容器Cll，其另
一端经由电阻器R1连接到晶闸管4的门极并到晶闸管4的阴极。
使用此配置，由交流100V的商用电源1输出的交流电压被桥接二极管2全 波整流，并且获得具有约141V的峰值的脉动电压。在相角控制电路AU中，通 过调节可变电阻器VR11的阻抗，调节晶闸管4的点火角是可能的。因而可能调 节晶闸管4的导通时间，从而在经调节的导通时间内向LED模块3提供脉动电 压，从而调节照明。
注意，在图4所示的常规LED驱动电路中，使用电阻器R3施加限流，以使 没有等于或大于预定电流的电流通过LED模块3 。
接着，可用在LED照明装置中的常规LED驱动电路的配置的另一示例(参 见JP-A-2000-260578的图l)如图5所示。图5中所示的常规LED驱动电路是使用 恒定电流驱动LED的LED驱动电路，并且其由桥接二极管2、电阻器R5、以及 恒流电路B11组成。恒流电路BU由NPN晶体管Q1、电阻器R4、以及齐纳二级 管ZD11组成。
交流100V的商用电源1连接到桥接二极管2的输入侧；LED模块3 (其是串 联的多个LED) 、 NPN晶体管Q1、以及电阻器R4按以下顺序从桥接二极管2的 正输出端连接到桥接二极管2的输出侧LED模块3、 NPN晶体管Q1、以及电阻 器R4。电阻器R5的一端连接到桥接二极管2与LED模块3之间的节点；电阻器 R5的另一端以及齐纳二级管ZD11的阴极连接到NPN晶体管Q1的基极；并且齐 纳二级管ZD11的阳极连接到电阻器R4与桥接二极管2之间的节点。
使用此配置，由交流100V的商业电源1输出的交流电压被桥接二极管2全 波整流，并且获得具有约141V的峰值的脉动电压。在恒流电路B11中，因为NPN 晶体管Ql的基极电势被钳位在齐纳二级管ZDll的齐纳电压Vz并且是固定的， 所以在NPN晶体管Q1的基极一发射极电压为VBEQ,时，电阻器R4两端的电压为 (Vz-VBEQ1);并且在电阻器R4的阻抗为R4时，通过电阻器R4的电流是常数 (Vz-VBEQ1)/R4。艮口，通过LED模块3的电流是常数为(Vz-VBEQ1)/R4。
虽然图4所示的常规LED驱动电路可通过晶闸管4的相角控制来调节照明， 但是由于使用电阻器R3执行限流，所以在由交流100V的商用电源1输出的交流电压改变时，通过LED模块3的电流据此改变，因而亮度改变。此外，在图4所 示的常规LED驱动电路中，如果LED模块3中的串联级数改变而电阻器R3 (其 执行限流)的阻抗不变，则通过LED模块3的电流值显著改变。
虽然图5中所示的常规LED驱动电路不能调节照明，但是即使在由交流 100V的商用电源输出的交流电压改变、或者LED模块3中的串联级数改变的情 况下也能使用在由NPN晶体管Q1的耐压所允许范围内的恒定电流驱动LED模 块3。此外，设每个LED的正向电压为Vp、并且LED模块3中的串联级数为N， 则在由交流100V的商用电源1输出的交流电压的峰值超过VF x N时电流开始通 过LED模块3、并且在它低于VpxN时没有电流通过LED模块3。在由交流100V 的商用电源1输出的交流电压的峰值低于VF x N时，因为没有电流通过LED模 块3，所以如果由交流100V的商用电源1输出的交流电压的峰值超过齐纳二级管 ZDll的齐纳电压Vz，则电流沿从桥接二极管2到电阻器R5接着到NPN晶体管 Ql的基极、然后至(JNPN晶体管Q1的发射极再到电阻器R4的路径通过；因而恒 流电路B11趋向于通过使用从NPN晶体管Q1的基极到发射极的电流来生成恒 定电流。此外， 一般而言齐纳二级管的电压的温度响应是正的(随着温度升高， 电压增大)，晶体管的基极一发射极电压的温度响应是负的(随着温度升高， 电压下降)，并且电阻器的温度响应是正的(随着温度升高，阻抗增大)；因 而恒流电路B11的温度响应是正的(随着温度升高，恒定电流值增大)。因而， 在图5所示的常规LED驱动电路中，温度的升高可引起等于或大于预定电流的 电流通过LED。
发明内容
本发明的一个目的是提供LED驱动电路，该LED驱动电路可调节照明，即 使所提供电压改变也可防止等于或大于预定电流的电流通过LED，并且操作效
率提咼°
为了实现上述目的，根据本发明的LED驱动电路设置有向LED提供恒定 电流以驱动它的恒流电路；晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管或 者光控三端双向可控硅开关元件(phototriac);以及调节晶闸管、三端双向可 控硅开关元件、光控晶闸管或者光控三端双向可控硅开关元件的点火角的相角控制电路。在这里，LED、恒流电路、以及晶闸管、三端双向可控硅开关、光
控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关串联。
使用此配置，相角控制电路调节晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控
晶闸管或光控三端双向可控硅开关元件的点火角；因而有可能调节LED的照 明。此外，使用此配置，恒流电路向LED提供恒定电流以驱动它，并且因而通 过该LED的电流的峰值不超过由恒流电路设置的值。这使得即使在电源电压改 变或者在多个LED串联的配置中级数改变的情况下也有可能防止等于或大于 预定电流的电流通过LED。
图6A、 6B、 7A和7B示出使用常规限流电阻器获得的LED电流波形与 使用根据本发明的恒流电路获得的LED电流波形之间的比较。如将从图中所 示的清楚可见，与使用限流电阻器实现的限流相比，使用恒流电路所实现的限 流在除LED以外的部分(即限流电路)的功耗较低；尤其在如图7A和7B所 示的情况下，当照明被控制成较暗时，除了 LED以外基本没有功耗。因而， 通过采用使用恒流电路执行限流的LED驱动电路，有可能提供具有提高效率 的光控电路。
恒流电路可只由一个或多个晶体管或电阻器组成。此外，晶体管可以是双 极晶体管。
相角控制电路可具有电容器或电阻器，从而将晶闸管、三端双向可控硅开 关元件、光控晶闸管、或光控三端双向可控硅开关元件的点火角调节成与根据 电阻器的阻抗和电容器的电容确定的时间常数相对应的角度。
基于交流电源电压的电压可施加到LED、恒流电路、以及晶闸管、三端双 向可控硅开关元件、光控晶闸管或光控三端双向可控硅开关元件的串联电路； 相角控制电路可检测交流电源电压的零交叉点，并且在交流电源电压的零交叉 点之后的预定时间对晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管或光控三 端双向可控硅开关元件点火；该预定时间是可变的。
图1是示出根据本发明的LED驱动电路的配置的示例的示图。 图2是示出根据本发明的LED驱动电路的配置的另一示例的示图。图3是示出根据本发明的LED驱动电路的配置的又一示例的示图。
图4是示出常规LED驱动电路的配置的示例的示图。
图5是示出常规LED驱动电路的配置的另一示例的示图。
图6A是示出在照明被控制成相对较亮时在常规LED驱动电路中的相关点 观察到的电流和电压波形的示图。
图6B是示出在照明被控制成相对较亮时在根据本发明的LED驱动电路中 的相关点观察到的电流和电压波形的示图。
图7A是示出在照明被控制成较暗(诸如用于通宵照明)时在常规LED驱 动电路中的相关点观察到的电流和电压波形的示图。
图7B是示出在照明被控制成较暗(诸如用于通宵照明)时在根据本发明 的LED驱动电路中的相关点观察到的电流和电压波形的示图。
图8A和8B是示出将其他恒流电路用于根据本发明的LED驱动电路的各实 施例的示图。
具体实施例方式
以下将参考附图描述根据本发明的LED驱动电路的各实施例。根据本发明 的LED驱动电路的配置的一个示例在图1中示出。图1中所示的如在图4中找到 其对应物的这些部件由通用附图标记标识，并且将不再赘述。
与图4中所示的常规LED驱动电路相比，图1中所示的根据本发明的LED驱 动电路的不同之处在于设置在图4中的电阻器R3被去除，并且恒流电路B21被 附加地设置在LED模块3与晶闸管4的阳极之间。
恒流电路B21是由电阻器R21和R22、以及NPN晶体管Q21和Q22组成。电 阻器R21的一端和NPN晶体管Q21的集电极被连接到LED模块3，电阻器R22的 一端和NPN晶体管Q22的发射极连接到晶闸管4的阳极，电阻器R21的另一端连 接到NPN晶体管Q21的基极和NPN晶体管Q22的集电极，并且电阻器R22的另一 端连接到NPN晶体管Q21的发射极和NPN晶体管Q22的基极。
使用此配置，由交流100V的商用电源1输出的交流电压被桥接二极管2全 波整流，并且获得具有约141V的峰值的脉动电压。在相角控制电路A11中，通 过调节可变电阻器VR11的电阻，有可能改变根据电阻器R11的阻抗、可变电阻器VR11的阻抗、以及电容器C11的电容确定的时间常数，从而调节晶闸管4的
点火角。因而有可能调节晶闸管4的导通时间，从而在经调节的导通时间内向 LED模块3提供脉动电压，从而调节照明。
在恒流电路B21中，因为NPN晶体管Q22的基极一发射极电压VBEQ22被施加 在设置于NPN晶体管Q22的基极与发射极之间的电阻器R22的两端，所以恒定
电流VBEQ22/R22通过具有阻抗R22的电阻器R22，并且此恒定电流是NPN晶体管
Q21的发射极电流lEQ^。当NPN晶体管Q21的基极电流被忽略时，LED模块3由 此发射极电流1印21驱动。
上述具有约141V的峰值的脉动电压被施加到LED模块3、恒流电路B21以 及晶闸管4的串联电路；因而设每个LED的正向电压为Vp、并且LED模块3中的 串联级数为N，则在由交流100V的商用电源1输出的交流电压的峰值超过VF x N时电流开始通过LED模块3、并且在它低于Vp x N时没有电流通过LED模块3; 因此通过LED模块3的电流是脉动电流，但是通过LED模块3的电流的峰值不超 过由恒流电路B21设置的值(VBEQ22/R22)。这使得即使在由交流100V的商用 电源1输出的交流电压改变或者在LED模块3中的串联级数改变时也可能防止 等于或大于预定电流的电流通过LED模块3 。将电阻器R22插在NPN晶体管Q22 的基极与发射极之间，则恒流电路B21具有负的温度响应(随着温度升高，恒 定电流值减小)。因而，在如图1所示的根据本发明的LED驱动电路中，即使 温度升高，也没有等于或大于预定电流的电流通过LED模块3。
接着，根据本发明的LED驱动电路的配置的另一个示例在图2中示出。在 图2中所示的如在图4中找到其对应物的这些部件由通用附图标记标识，并且将 不再赘述。
与图4中所示的常规LED驱动电路相比，图2中所示的根据本发明的LED驱 动电路的不同之处在于设置在图4中的电阻器R3被去除，并且附加地设置恒流 电路B31来代替被去除的电阻器R3 。
恒流电路B31由电阻器R31和R32、以及PNP晶体管Q31和Q32组成。电阻 器R31的一端和PNP晶体管Q31的发射极连接到桥接二极管2的正输出端，电阻 器R32的一端和PNP晶体管Q32的集电极连接到LED模块3与电阻器R2之间的 节点，电阻器R31的另一端连接到PNP晶体管Q31的基极和PNP晶体管Q32的发射极，并且电阻器R32的另一端连接到PNP晶体管Q31的集电极和PNP晶体管 Q32的基极。
使用此配置，由交流100V的商用电源1输出的交流电压被桥接二极管2全 波整流，并且获得具有约141V的峰值的脉动电压。在相角控制电路A11中，通 过调节可变电阻器VR11的电阻，有可能改变根据电阻器R11的阻抗、可变电阻 器VR11的阻抗、以及电容器C11的电容确定的时间常数，由此调节晶闸管4的 点火角。因而有可能调节晶闸管4的导通时间，由此在经调节的导通时间内向 LED模块3提供脉动电压，从而调节照明。
在恒流电路B31中，因为PNP晶体管Q31的基极一发射极电压VBEQ3,被施加 在设置于PNP晶体管Q31的基极与发射极之间的电阻器R31的两端，所以恒定电 流Vbec^/R3,通过具有阻抗R^的电阻器R31，并且此恒定电流是PNP晶体管 Q32的发射极电流I叨32。当PNP晶体管Q32的基极电流被忽略时，LED模块3由
此发射极电流lEQ32驱动。
上述具有约141V的峰值的脉动电压被施加到恒流电路B31、 LED模块3、 以及晶间管4的串联电路；因而设每个LED的正向电压为Vp、并且LED模块3中 的串联级数为N，则在由交流100V的商用电源1输出的交流电压的峰值超过VF x N时电流开始通过LED模块3、并且在它低于Vf x N时没有电流通过LED模块 3;因此通过LED模块3的电流是脉动电流，但是通过LED模块3的电流的峰值 不超过由恒流电路B31设置的值(VBEQ31/R31)。这使得即使在由交流100V的 商用电源1输出的交流电压改变或者在LED模块3中的串联级数改变时也可能 防止等于或大于预定电流的电流通过LED模块3。将电阻器R31插在PNP晶体管 Q31的基极与发射极之间，则恒流电路B31具有负的温度响应(随着温度升高， 恒流值减小)。因而，在如图2所示的根据本发明的LED驱动电路中，即使温 度升高，也没有等于或大于预定电流的电流通过LED模块3。
接着，根据本发明的LED驱动电路的配置的又一个示例在图3中示出。图3 中所示的如在图2中找到其对应物的这些部件由通用附图标记标识，并且将不 再赘述。
与图2中所示的根据本发明的LED驱动电路相比，图3中所示的LED驱动电 路的不同之处在于设置在图2中的电阻器R2、相角控制电路All、触发器件5、以及电阻器R1被去除，并且附加地设置了恒压电路7、相角控制电路A21、以 及连接在相角控制电路A21与交流100V的商用电源1之间的电阻器。
恒流电路B31、 LED模块3、以及晶闸管4按以下顺序从桥接二极管2的正输 出端串联到该桥接二极管2的输出侧恒流电路B31、LED模块3、以及晶闸管4。
恒压电路7的输入端连接到桥接二极管2的正输出端，恒压电路7的接地端 连接到桥接二极管2的负输出端和微型计算机8的端口84，并且恒压电路7的输 出端连接到微型计算机8的端口81 。
相角控制电路A21是由光电耦合器6、微型计算机8、电阻器R6、以及可变 电阻器VR1组成。光电耦合器6是由两个反向连接并且用作光发射部件的LED、 以及用作光接收部件的光电晶体管组成。反向连接并用作光电耦合器6的光发 射部件的两个LED经由电阻器连接到交流100V的商用电源1。用作光耦合器6 的光接收部件的光电晶体管的发射极连接到恒压电路7的接地端，并且用作光 电耦合器6的光接收部件的光电晶体管的集电极连接到微型计算机8的端口83、 并且经由电阻器R6连接到恒压电路7的输出端。微型计算机8的端口82是微型计 算机8读取插入恒压电路7的输出端与接地端之间的可变电阻器VR1的电压的 端口 ；微型计算机8的端口85连接到晶闸管4的门极。
使用此配置，由交流100V的商用电源1输出的交流电压被桥接二极管2全 波整流，并且获得具有约141V的峰值的脉动电压。在恒压电路7中，输入到输 入端与接地端之间的脉动电压被转变为恒定电压，并且该恒定电压作为输出端 一接地端电压输出。使用从恒压电路7输出并且施加在端口81与84之间的恒定 电压驱动微型计算机8。微型计算机8基于输入到端口83的光电耦合器6的输出 信号检测由交流100V的商用电源1输出的交流电压的零交叉点，从端口82读取 可变电阻器VR1的电压，并且在由交流100V的商用电源1输出的交流电压的零 交叉点之后的预定时间(对应于可变电阻器VR1的电压的时间)从端口85输出 脉冲信号以将它馈送到晶闸管4的门极。因此，通过调节可变电阻器VR1的阻 抗，调节晶闸管4的点火角是可能的。因而有可能调节晶闸管4的导通时间，由 此在经调节的导通时间内向LED模块3提供脉动电压，从而调节照明。
在恒流电路B31中，因为PNP晶体管Q31的基极一发射极电压VBEQH被施加 在设置于PNP晶体管Q31的基极与发射极之间的电阻器R31的两端，所以恒定电流Vbeq3!/R31通过具有阻抗Rw的电阻器R31，并且此恒定电流是PNP晶体管 Q32的发射极电流I印32。当PNP晶体管Q32的基极电流被忽略时，LED模块3由
此发射极电流lEQ32驱动。
上述具有约141V的峰值的脉动电压被施加到恒流电路B31、 LED模块3、 以及晶闸管4的串联电路；因而设每个LED的正向电压为VF、并且LED模块3中 的串联级数为N，则在由交流100V的商用电源1输出的交流电压的峰值超过VF x N时电流开始通过LED模块3、并且在它低于Vf x N时没有电流通过LED模块 3;因此通过LED模块3的电流是脉动电流，但是通过LED模块3的电流的峰值 不超过由恒流电路B31设置的值(VBEQ31/R31)。这使得即使在由交流100V的 商用电源1输出的交流电压改变或者在LED模块3中的串联级数改变时也可能 防止等于或大于预定电流的电流通过LED模块3。将电阻器R31插在PNP晶体管 Q31的基极与发射极之间，则恒流电路B31具有负的温度响应(随着温度升高， 恒流值减小)。因而，在如图3所示的根据本发明的LED驱动电路中，即使温 度升高，也没有等于或大于预定电流的电流通过LED模块3。
图8A和8B示出使用分别配置有一个晶体管、 一个齐纳二极管以及两个电 阻器的其他恒流电路B41和B51的实施例。
注意，在上述的任一实施例中，有可能使用三端双向可控硅开关元件、光 控晶闸管或者光控三端双向可控硅开关元件来代替晶闸管4。当用光控晶闸管 或光控三端双向可控硅开关元件代替晶闸管4时，还设置有输出光信号以控制 光控晶闸管或光控三端双向可控硅开关元件的光发射部件。根据本发明的LED 驱动电路例如在照明装置和电子显示设备中使用。
权利要求
1.一种LED驱动电路，包括恒流电路，所述恒流电路向LED提供恒定电流以驱动所述LED；晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件；相角控制电路，所述相角控制电路调整所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件的点火角；其中所述LED、所述恒流电路、以及所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件串联。
2. 如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流电路只由一个或多个晶体管或电阻器组成。
3. 如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述相角控制电路具有电容器和电阻器，并且将所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件的所述点火角调整到与根据所述电阻器的阻抗和所述电容器的电容确定的时间常数相对应的角度。
4. 如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，基于交流电源电压的电压被施加到所述LED、所述恒流电路、以及所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件的串联电路，并且其中所述相角控制电路检测所述交流电源电压的零交叉点，并且在所述交流电源电压的零交叉点之后的预定时间点火所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件，所述预定时间是可变的。
5. 如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述晶体管是双极晶体管。
6. 如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述相角控制电路具有电容器和电阻器，并且将所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件的 点火角调整到与根据所述电阻器的阻抗和所述电容器的电容确定的时间常数 相对应的角度。
7. 如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，基于交流电源电压的电压被施加到所述LED、所述恒流电 路、以及所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端 双向可控硅开关元件的串联电路，并且其中所述相角控制电路检测所述交流电源电压的零交叉点，并且在所述交 流电源电压的零交叉点之后的预定时间点火所述晶闸管、三端双向可控硅开关 元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件，所述预定时间是可变 的。
8. 如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述相角控制电路具有电容器和电阻器，并且将所述晶闸管、 三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件的 点火角调整到与根据所述电阻器的阻抗和所述电容器的电容确定的时间常数 相对应的角度。
9. 如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，基于交流电源电压的电压被施加到所述LED、所述恒流电 路、以及所述晶闸管、三端双向可控硅开关元件、光控晶闸管、或者光控三端 双向可控硅开关元件的串联电路，并且其中所述相角控制电路检测所述交流电源电压的零交叉点，并且在所述交 流电源电压的零交叉点之后的预定时间点火所述晶闸管、三端双向可控硅开关 元件、光控晶闸管、或者光控三端双向可控硅开关元件，所述预定时间是可变 的。
全文摘要
本发明公开了一种LED驱动电路，其包括向LED模块提供恒定电流以驱动它的恒流电路；晶闸管；以及调整晶闸管的点火角的相角控制电路。该LED模块、恒流电路、以及晶闸管串联。
文档编号H01L33/00GK101516148SQ200910004749
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月21日
发明者丸山康弘 申请人:夏普株式会社