专利名称：能够控制恒定发光二极管的电流的发光二极管驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)驱动电路。
技术背景
目前，LED主要用作用于移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记本计算机等的液晶显示器(LCD)的背光。然而，因为随着LED制造技术的发展，显著改进了效率和亮度，所以 LED也被广泛用作通用照明、监控灯、路灯等以及诸如电视机(TV)等的大型LCD的光源。由于LED的长寿命、环境友好性以及持续的光学效率改进努力，期望在10年内用LED替代当前广泛使用的荧光灯。
通常，当LED在恒定电流源驱动类型中用作通用照明时，交流(AC)的市电电压 220V应经过AC-直流(DC)转换。然而，当使用最简单的二极管整流器而不使用变压器时， AC-DC转换之后的DC电压变为大约310V，这对于驱动LED而言是非常高的电压。结果，使用通过利用降压DC-DC转换器将经初级整流的电压转换为适于驱动LED的电压所获得的电压。
图1例示了代表性的降压DC-DC转换器类型的LED电流控制电路。参照图1，使用开关元件SW的源极或发射极中的电阻器Rs检测流过LED的电流。尽管当开关元件SW导通时可以通过电阻器Rs两端的电压来检测流过LED的电流，但是如果开关元件SW截止，则不检测流过LED的电流。因此，通过仅在开关元件SW导通时检测和控制电流，仅控制输出电流的最大值。在此情况下，存在的问题在于因为根据输入电压的幅度和LED两端的电压的幅度的改变，实际上没有控制流过LED的电流的平均值。
为了解决这个问题，可以使用一种利用如图2所示的包括绝缘电流传感器的独立的电流检测电路来检测流过LED的电流的方法。然而，存在的问题在于因为在高电压环境下要求电流检测电路的高电压绝缘特性，所以简单的电流传感器不可用，并且因为应当添加具有高电压绝缘特性的独立的传感器，所以整个系统的大小和成本增大。发明内容
技术问题
所公开的技术的目的是提供一种LED驱动电路，该LED驱动电路用于在输入电压的高电压环境下以及低电压环境下独立于开关元件的导通/截止状态来恒定地控制流过 LED的电流。
所公开的技术的另一个目的是提供一种LED驱动电路，该LED驱动电路能够在没有独立的绝缘电流传感器或绝缘电压传感器的情况下精确地控制流过LED的电流的平均值或者LED两端的电压的平均值，并且减小流过LED的电流的脉动。
技术方案
根据为了实现所公开的技术的目的的示例性实施方式，提供了一种LED驱动电路，该LED驱动电路包括开关元件，该开关元件被配置为向LED提供输入电力或者阻止到5该LED的输入电力；第一感测元件，该第一感测元件连接到所述LED并被配置为产生与流过所述LED的电流对应的反馈电压；控制器，该控制器具有与所述第一感测元件相同的基准电压并被配置为基于所述反馈电压来控制所述开关元件的导通/截止操作；以及第一电感器和二极管，所述第一电感器和二极管连接到所述LED并被配置为在所述开关元件截止时为所述LED提供在所述导通操作期间感应的电流。
有益效果
所公开的技术可以具有以下效果。然而，这并不意味着具体实施方式
应该包括全部这些效果或者仅包括这些效果，并且所公开的技术的范围不应被理解为仅限于此。
根据示例性实施方式，LED驱动电路可以独立于开关元件的导通/截止操作来恒定地直接控制流过LED的电流。
根据另一个示例性实施方式，LED驱动电路在高电压环境下不要求用于恒定电流检测的独立的感测元件，因而减小了产品的大小和元件的数量。
根据另一个示例性实施方式，LED驱动电路可以独立于开关元件的导通/截止操作来直接检测和控制针对驱动LED所必需的电压。
根据另一个示例性实施方式，通过省略在高电压环境下驱动LED时的附加的高绝缘LED电流检测电路或者针对驱动所述LED所必需的电压检测电路，LED驱动电路可以减小整个产品的大小和元件的数量。
图1和图2是例示现有技术的LED驱动电路的电路图3是例示根据所公开的技术的示例性实施方式的LED驱动电路的框图4是例示根据所公开的技术的示例性实施方式的降压LED驱动电路的框图5是例示图4的降压LED驱动电路的电路图6是例示图4的降压LED驱动电路的另一个电路图7和图8是例示图5所例示的电路图的电路结构的修改的电路图9是例示当将迟滞控制施加于图5所例示的降压LED驱动电路时的电感器的电流波形的图示；
图10是例示图4的降压LED驱动电路的另一个电路图11到图14是例示图10所例示的电路图的电路结构的修改的电路图15是例示根据所公开的技术的示例性实施方式的升压/降压LED驱动电路的电路图；以及
图16到图25是例示图15所例示的电路图的电路结构的修改的电路图。
具体实施方式
本文公开了所公开的技术的示例性实施方式。然而，出于描述所公开的示例性实施方式的目的，本文公开的具体结构和功能细节仅是代表性的，然而，所公开的技术的示例性实施方式可以按照许多替换形式来实现，并且不应被理解为限于本文阐述的所公开的技术的示例性实施方式。
这里使用的术语仅是出于描述具体实施方式
的目的，而不旨在对本发明的限制。
除非上下文另行明确地指出，否则如这里使用的，单数形式“一个(a)、” 一种 (an) ”和“所述(the)，，旨在还包括复数形式。还将理解的是，当在这里使用术语“包括”、 “包含”时，指的是存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
除非上下文明确地指出特定顺序，否则步骤的发生可以不按照所记载的顺序。也就是说，这些步骤可以按照所记载的顺序来执行，这些步骤可以基本同时地执行，或者这些步骤可以按照相反的顺序来执行。
除非另行定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员所共同理解的相同含义。还要理解的是，除非在这里明确地定义，否则诸如常用词典中定义的那些术语的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的背景中的含义一致的含义，并且不能按照理想化或者过于形式化的意义来解释。
图3是例示根据所公开的技术的示例性实施方式的LED驱动电路的框图。参照图 3，该LED驱动电路包括悬浮电源120、控制器140、开关元件150、感测元件160和发光单元 200。在此，悬浮电源120和控制器140可以构成降压控制器100。
悬浮电源120通过从输入电源Vin接收电力来进行工作，并且向控制器140提供驱动电压。控制器140通过从悬浮电源120接收驱动电压来进行工作。控制器140从感测元件160接收反馈电压，并且基于该反馈电压来控制开关元件150导通/截止。开关元件 150根据控制器140的控制来切换输入电源Vin与发光单元200之间的连接。开关元件150 根据控制器140的控制来从输入电源Vin向发光单元200提供电力或者不从输入电源Vin 向发光单元200提供电力。
感测元件160通过独立于开关元件150的导通/截止状态感测流过包括在发光单元200中的LED的电流来产生反馈电压，并且将该反馈电压反馈回控制器140。例如，感测元件160可以通过感测电阻器实现。
首先，当开关元件150导通时，流过该LED的电流增大，以使得要从感测元件160 反馈到控制器140的反馈电压的幅度也增大。如果反馈电压超过基准电压，则控制器140 使开关元件150截止。当开关元件150截止时，流过该LED的电流减小，以使得从感测元件 160反馈到控制器140的反馈电压的幅度也减小。如果反馈电压低于基准电压，则控制器 140使开关元件150导通。通过这样，控制器140可以将流过该LED的电流控制为恒定。
发光单元200由该LED、二极管和电感器(或变压器)构成，并且可以包括滤波电容器。通过将该二极管和该电感器(或变压器)连接到该LED，当开关元件150截止时，流过该LED的电流被维持。通过将滤波电容器连接到该LED，能够减小流过该LED的电流的纹波(ripple)。
图4是例示根据所公开的技术的示例性实施方式的降压LED驱动电路的框图。
参照图4，降压LED驱动电路包括悬浮电源120、控制器140、连接到控制器140的开关元件150、连接到开关元件150的感测电容器Rs以及连接到感测电阻器Rs的LED。在此，悬浮电源120和控制器140可以构成降压控制器100。
连接到输入电源Vin和公共端子Vcom的悬浮电源120从输入电源Vin接收电力。
悬浮电源120独立于公共端子Vcom的电压改变来基于公共端子Vcom的电压为控制器140提供恒定的驱动电压。
连接到悬浮电源120和公共端子Vcom的控制器140通过从悬浮电源120接收电力来进行工作。控制器140从感测电阻器Rs接收反馈电压Vfb，并通过基于反馈电压Vfb控制开关元件150的导通/截止操作来将流过LED的电流控制为恒定。
根据控制器140的控制，开关元件150切换输入电源Vin与LED之间的连接的导通/截止。例如，开关元件150可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、双极结型晶体管(BJT)和结型场效应晶体管(JFET)中的至少一个。
连接到开关元件150和LED的感测电阻器Rs通过感测流过该LED的电流来产生反馈电压Vfb，并且将该反馈电压Vfb反馈回控制器140。感测电阻器Rs与流过该LED的电流成正比地产生反馈电压VFB。
图5是例示图4的降压LED驱动电路的电路图。参照图5，降压LED驱动电路包括悬浮电源120、控制器140、连接到控制器140的开关元件150、连接到开关元件150的感测电阻器Rs、连接到感测电阻器Rs的LED以及连接到该LED的电感器L和滤波电容器CF。 在此，悬浮电源120和控制器140可以构成降压控制器100。
降压控制器100通过控制开关元件150的占空比来执行大致上恒定地维持流过该 LED的电流的功能。降压控制器100包括悬浮电源120和控制器140。
连接到输入电源Vin和公共端子Vcom的悬浮电源120从输入电源Vin接收电力。 因为悬浮电源120连接到没有接地的公共端子Vcom，所以可以独立于公共端子Vcom的电压改变来向控制器140提供基于公共端子Vcom的电压的恒定驱动电压。例如，悬浮电源 120可以使用变压器型、电荷泵型和自举型中的任意一种。尽管本示例性实施方式中例示了将自举电容器C0添加到悬浮电源120的输出端的自举型的示例，但是所公开的技术不限于此。
连接到悬浮电源120和公共端子Vcom的控制器140从悬浮电源120接收电力。 控制器140从感测电阻器Rs接收反馈电压Vfb，并通过基于反馈电压Vfb控制开关元件150 的导通/截止操作来使得恒定电流能够流过LED。例如，控制器140对反馈电压Vfb与基准电压Vkef进行比较，如果反馈电压Vfb低于基准电压Vkef，则通过使开关元件150导通来增大流过该LED和电感器L的电流，并且如果反馈电压Vfb高于基准电压Vkef，则通过使开关元件 150截止来减小流过该LED和电感器L的电流。通过这样，控制器140可以控制通过流过该 LED的电流所产生的反馈电压Vfb收敛到基准电压VKEF。控制器140可以利用使用积分器的脉宽调制(PWM)控制、脉冲频率调制(PFM)或者在不具有积分器的情况下具有比较功能的迟滞控制来实现。
控制器140可以根据反馈电压Vfb与基准电压Vkef之间的比较结果来产生小信号占空比信号，并且通过缓冲该小信号占空比信号来提供高电流驱动能力。通过这样，控制器 140可以按照高频率切换高功率开关元件150。
连接到输入电源Vin和公共端子Vcom的开关元件150根据控制器140的控制切换输入电源Vin与LED之间的连接的导通/截止。开关元件150根据控制器140的控制将输入电源Vin连接到该LED或者将输入电源Vin从该LED断开。
连接到公共端子Vcom和LED的感测电阻器Rs根据流过感测电阻器Rs的电流来产生反馈电压Vfb，并且将反馈电压Vfb反馈回控制器140。在此，从感测电阻器Rs到控制器 140的反馈电压Vfb遵循下式(1)的欧姆定律。
[式1]
权利要求
1.一种发光二极管(LED)驱动电路，该LED驱动电路包括开关元件，该开关元件被配置为向LED提供输入电力或者阻止到该LED的输入电力； 第一感测元件，该第一感测元件连接到所述LED并被配置为产生与流过所述LED的电流对应的反馈电压；控制器，该控制器具有与所述第一感测元件相同的基准电压并被配置为基于所述反馈电压来控制所述开关元件的导通/截止操作；以及第一电感器和二极管，该第一电感器和该二极管连接到所述LED并被配置为在所述开关元件截止时为所述LED提供在所述导通操作期间感应的电流。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中， 所述第一感测元件串联连接到所述LED，所述第一感测元件的连接到所述LED的一端连接到所述控制器的所述反馈电压的输入端子；并且所述第一感测元件的另一端被连接以具有与所述控制器相同的基准电压。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括滤波电容器，该滤波电容器并联连接到所述第一感测元件和所述LED，并被配置为减小流过所述LED的电流的纹波。
4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括悬浮电源，该悬浮电源被配置为通过接收所述输入电力来工作，具有与所述第一感测元件相同的基准电压，以及向所述控制器提供恒定的驱动电压。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括自举电容器，该自举电容器被配置为一端连接到所述悬浮电源并且另一端被连接以具有与所述第一感测元件的基准电压相同的电压，在所述开关元件截止时执行充电操作， 以及在所述开关元件导通时向所述控制器提供所充电的电压。
6.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其中， 所述第一感测元件并联连接到所述LED ；所述第一感测元件的连接到所述LED的一端连接到所述控制器的所述反馈电压的输入端子；并且所述第一感测元件的另一端被连接以具有与所述控制器相同的基准电压。
7.根据权利要求2所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括 第二电感器，该第二电感器连接到所述LED，其中，所述第一电感器和所述第二电感器各自对应于变压器的初级侧和次级侧，并且所述变压器将流过所述第一感测元件的电流传送到所述LED。
8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其中，所述变压器的所述次级侧与所述LED之间包括整流器。
9.根据权利要求8所述的LED驱动电路，其中，所述整流器包括 电容器，该电容器并联连接到所述LED ；以及二极管，该二极管连接到所述变压器的所述次级侧和所述LED。
10.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其中， 第一感测元件串联连接到所述LED，所述第一感测元件的连接到所述LED的一端被连接以具有与所述控制器相同的基准电压，并且所述第一感测元件的另一端连接到所述控制器的所述反馈电压的所述输入端子。
11.根据权利要求10所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括 第二电感器，该第二电感器连接到所述LED，其中，所述第一电感器和所述第二电感器各自对应于变压器的初级侧和次级侧，并且所述变压器将流过所述第一感测元件的电流传送到所述LED。
12.根据权利要求11所述的LED驱动电路，其中，所述变压器的所述次级侧与所述LED 之间包括整流器。
13.根据权利要求12所述的LED驱动电路，其中，所述整流器包括 电容器，该电容器并联连接到所述LED ；以及二极管，该二极管连接到所述变压器的所述次级侧和所述LED。
14.根据权利要求1所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括滤波电容器，该滤波电容器被配置为在所述开关元件截止时执行充电操作，并且在所述开关元件导通时向所述第一感测元件和所述LED提供电流。
15.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其中， 所述第一感测元件串联连接到所述LED，并且所述滤波电容器并联连接到包括所述LED和所述第一感测元件的电路，并且通过所述二极管并联连接到所述第一电感器。
16.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其中，所述第一感测元件的连接到所述LED的一端连接到所述控制器的所述反馈电压的输入端子；并且所述第一感测元件的另一端被连接以具有与所述控制器相同的基准电压。
17.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其中，所述滤波电容器与所述LED之间的公共节点通过所述二极管和电阻器连接到悬浮电源。
18.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其中， 所述LED连接到恒流驱动级，并且所述滤波电容器并联连接到包括所述恒流驱动级和所述LED的电路，并且并联连接到所述第一感测元件。
19.根据权利要求18所述的LED驱动电路，其中，所述恒流驱动级包括具有预设值的电阻器。
20.根据权利要求19所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括转换器，该转换器在包括所述电阻器和所述LED的电路与所述滤波电容器之间。
21.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其中，所述第一感测元件的连接到所述LED的一端被连接以具有与所述控制器相同的基准电压，并且所述第一感测元件的另一端连接到所述控制器的所述反馈电压的所述输入端子。
22.根据权利要求15所述的LED驱动电路，其中，所述LED的连接到所述第一感测元件的一端连接到所述控制器的所述反馈电压的输入端子；并且所述LED的另一端被连接以具有与所述控制器相同的基准电压。
23.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其中，所述滤波电容器通过所述二极管并联连接到所述第一电感器，并且包括所述滤波电容器和所述第一电感器的电路串联连接到所述第一感测电阻器，并且串联连接到所述LED。
24.根据权利要求14所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括第二感测元件，该第二感测元件连接到所述开关元件，其中，所述第二感测元件连接到所述控制器、所述电感器和所述滤波电容器，并连接在连接到所述第一感测元件的一端的公共电压与所述开关元件之间，并且连接到所述开关元件的一端连接到所述控制器。
25.根据权利要求14所述的LED驱动电路，该LED驱动电路还包括第二感测元件，该第二感测元件连接到所述开关元件，其中，所述第二感测元件的一端连接到所述控制器的公共电压和所述电感器的一端， 并且所述第二感测元件的另一端连接到所述开关元件、所述滤波电容器和所述第一感测元件的一端，并且连接到所述开关元件的一端连接到所述控制器。
26.根据权利要求14所述的LED驱动电路，其中，所述第一感测元件串联连接到所述第一电感器，并且所述滤波电容器并联连接到所述LED，并且通过所述二极管并联连接到所述第一感测元件和所述电感器。
27.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述控制器包括脉宽调制控制、脉冲频率调整控制、突发模式控制和迟滞控制中的至少一个。
28.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中，所述开关元件包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、双极结型晶体管(BJT)和结型场效应晶体管(JFET)中的至少一个。
全文摘要
本发明涉及一种发光二极管驱动电路，该发光二极管驱动电路包括开关元件，该开关元件向发光二极管提供输入电力或者切断到该发光二极管的电力供应；第一感测元件，该第一感测元件连接到所述发光二极管并产生与流过所述发光二极管的电流对应的反馈电压；控制器，该控制器的基准电压与所述第一感测元件的基准电压相同，并且该控制器基于所述反馈电压来控制所述开关元件的导通/截止操作；以及第一电感器和二极管，该第一电感器和该二极管连接到所述发光二极管并在所述开关元件截止时为所述发光二极管提供在所述开关元件的所述导通操作期间感应的电流。
文档编号H05B37/02GK102549647SQ201080036639
公开日2012年7月4日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者朴恃弘 申请人:檀国大学校产学协力团