专利名称：发光二极管驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)驱动装置，更具体地，涉及用于驱动用作液晶显示器背光的LED的LED驱动装置。
背景技术：
通常，液晶显示器具有诸如重量轻、厚度薄、功耗低等的特点，使得其应用领域不断增加。随着此趋势，液晶显示器已被用在办公自动化装置、音频/视频装置等中。由于如上所述的液晶显示器并不进行自发光，所以其要求被称为背光的单独光源。已使用了发光二极管(下文中称为“LED”)、冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EEFL)等作为此背光。近来，已主要使用了利用LED的背光光源。LED背光光源对环境友好并且具有高速响应，使得其可被有效地用于视频信号流。图1是示意性示出根据现有技术的LED驱动装置的电路图。参照图1，LED驱动装置I由直流电(DC)-DC变流器10形成，该变流器包括转换从控制电路11输入至其初级侧的电力以感应并输出该电力至其次级侧的变压器12、对从变压器12的次级侧输出的电压整流的整流二极管D1，以及对被整流的电压进行滤波的滤波电容器Cl。LED驱动装置I将对其施加的交流电电力通过DC-DC变流器10的操作转换成DC电并且将被转换的DC电力提供至LED D2 D4，从而允许期望的电流在LED D2 D4中流过。然而，在根据该现有技术的LED驱动装置中，变压器具有其使初级侧与次级侧彼此电分离的优点；然而,变压器体积大并且成本高。另外，通常使用高容量电解电容器作为滤波电容器。然而，此高容量电解电容器体积大、成本高并且使用寿命比LED的更短，因此，降低了 LED驱动装置的使用寿命。因此，为了解决上述问题，已提出了不需要诸如DC-DC变流器的变流器的用于驱动LED的技术。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种发光二极管(LED)驱动装置，其能够通过将每个LED与串联连接的多个能量存储器彼此并联连接并且根据所施加的电压的电平选择性地将电压充电进能量存储器/从能量存储器选择性地将电压放电而在无变流器的情况下容易地驱动LED。根据本发明的示例性实施方式，提供了一种发光二极管(LED)驱动装置，包括彼此串联连接的至少一个能量存储器；与能量存储器中的每一个均并联连接的多个LED ;以及开关控制单元，根据所施加的电压的电平选择性地连接至少一个能量存储器，以将电压充电进所选择的能量存储器/从所选择的能量存储器将电压放电并且通过充电/放电操作来控制LED的驱动。开关控制单元可根据所施加的电压的电平来将至少一个能量存储器与地(GND )选择性地连接以选择性地将电压充电进该至少一个能量存储器。·开关控制单元可根据所施加的电压的电平将至少一个能量存储器与LED彼此选择性地连接，以将被充电进该至少一个能量存储器中的电压选择性地放电，从而驱动LED。开关控制单元可包括至少一个第一开关，均连接在每个能量存储器的一端与地之间；以及至少一个第二开关，均连接在每个能量存储器的所述一端与LED中的每一个之间。开关控制单元可进一步包括控制器，输出用于根据施加的电压的电平选择性地操作第一开关和第二开关的第一控制信号和第二控制信号。控制器包括比较器，将所施加的电压与预设的基准电压相比较；以及控制信号输出器，利用来自比较器的比较结果输出第一控制信号和所述第二控制信号。在能量存储器包括连续设置的第一至第η能量存储器并且LED包括连续设置的第一至第n LED的情况下，当所施加的电压的电平小于预设的第一基准电压时，开关控制单元可连接对应于第一能量存储器的第一开关，以将电压充电进所述第一能量存储器。 在能量存储器包括连续设置的第一至第η能量存储器并且LED包括连续设置的第一至第n LED的情况下，当所施加的电压的电平等于或大于预设的第二基准电压时，开关控制单元可连接对应于第η能量存储器的第一开关，以将电压充电进第一至第η能量存储器。当在第一能量存储器中的电压的充电完成时，开关控制单元接通对应于第一能量存储器的第二开关以将被充电进第一能量存储器中的电压放电并且将放电的电压提供至第一 LED，从而驱动第一 LED。当在第一至第η能量存储器中的电压的充电完成时，开关控制单元可连接对应于第一至第η能量存储器的第二开关以将被充电进第一至第η能量存储器中的电压放电并且将放电的电压提供至第一至第n LED，从而驱动第一至第n LED。第一基准电压可小于第二基准电压。能量存储器可以是电容器、二次电池、超电容器以及超级电容器中的任意一个。
图1是示意性示出根据现有技术的LED驱动装置的电路图；图2是根据本发明的示例性实施方式的发光二极管(LED)驱动装置的构造图；图3是图2中示出的LED驱动装置的详细电路图；图4是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较低的状态中用于将电压充电进能量存储器中的开关控制单元的开关操作的示图；图5是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较高的状态中用于将电压充电进能量存储器中的开关控制单元的开关操作的示图；图6是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较低的状态中用于通过将电压从能量存储器放电来驱动LED的开关控制单元的开关操作的示图；图7是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较高的状态中用于通过从能量存储器将电压放电来驱动LED的开关控制单元的开关操作的示图；图8A是从根据本发明的示例性实施方式的电源输出的交流(AC)电压的波形；图8B是在根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置中的第一 LED中流过的电流的波形；图8C是在根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置中的第二 LED中流过的电流的波形；以及图8D是在根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置中的第三LED中流过的电流的波形。
具体实施例方式在本申请和权利要求中所使用的术语和词并不被解释为通常的或词典的含义，而是基于发明人能为了以最好的模式描述其自己发明而适当定义术语的概念的原则被解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，在本发明的实施方式和图示中描述的构造仅是最优选的实施方式，但并不表现本发明的技术思想的全部。因此，本发明应被解释为在提交此申请时在本发明的思想和范围中所包括的所有变化、等价物以及替换。在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。图2是根据本发明的示例性实施方式的发光二极管(LED)驱动装置的构造图，而图3是图2中示出的LED驱动装置的详细电路图。如图2和图3中所示，LED驱动装置100被构造成包括电源110，整流单元120，能量存储器130 :130a 130n，LED 140 :140a 140η，以及开关控制单元150。在上述组件中，整流单元120 (其是将产生自电源110的交流(AC)电压整流以输出脉冲形式的直流(DC)电压的单元)可将AC电压转换成全波整流正弦波形式的DC电压。能量存储器130 :130a 130n的数量可以是一个或多个。通常，为了获得高电压，多个能量存储器彼此串联连接。可使用电容器、二次电池、超电容器(ultracapacitor)以及超级电容器(supercapacitor)作为此能量存储器130。另外,可使用具有与电容器、二次电池、超电容器以及超级电容器的特性类似的特性的其他能量存储器。LED 140 :140a 140η的数量可以是一个或多个，并且LED中的每一个可与能量存储器130a 130η中的每一个并联连接。这里，作为由镓(Ga)、磷(P)、砷(As)制成的半导体的LED可具有二极管的特性。当LED上施加有电流时，LED发射红色、绿色以及黄色的光。LED具有比灯泡更长的使用寿命和快速的响应速度(这里，响应时间指在施加电流之后发射光所需要的时间)并可被制造成具有各种形状，使得LED最适合于指示峰值或数量。开关控制单元150根据所施加的电压的电平选择性地连接至少一个能量存储器130a 130n，以将电压充电进所选能量存储器/从所选能量存储器将电压放电并且通过充电/放电操作控制LED 140a 140η的驱动。更具体地， 开关控制单元150可根据所施加的电压的电平选择性地连接能量存储器130a 130η并且将电压充电进选择性地连接的能量存储器130a 130η。另外，开关控制单元150根据所施加的电压的电平选择性地将能量存储器130a 130η与LED 140a 140η之间连接以选择性地将被充电进能量存储器130a 130η中的电压放电，从而使得可驱动LED140a 140η。S卩，开关控制单元150感测所施加的电压的电平，根据感测的电压的电平选择要用电压充电的能量存储器130a 130n并且将电压充电进所选的能量存储器130a 130n，并且当充电完成时将所选的能量存储器13(Tl30n连接至对应的LED 140a 140η，因此，使得可将被充电进能量存储器130a 130η中的电压提供至LED 140a 140η。如上所述的开关控制单元150被构造成包括第一开关151 :151a 151n，第二开关152 :152a 152η以及控制器153。这里，第一开关151 151a^l51n的数量可以是一个或多个，并且第一开关151a 151n中的每一个可连接在能量存储器130a 130n中的每一个的一端与地之间。当第 一开关151a 151η被连接(S卩，接通)时，电压可被充电进对应于第一开关151a 151η的能量存储器130a 130η中。第二开关152 :152a 152η的数量可以是一个或多个，并且第二开关152a 152η中的每一个可连接在能量存储器130a 130n的所述一端与LED的每一个之间。当第二开关152a 152η被连接(即，接通)时，从对应于第二开关152a 152η的能量存储器130a 130η将电压充电，使得电压可被提供至LED 140a 140η。控制器153，其是为了根据所施加的电压的电平选择性地将电压充电进能量存储器130a 130η/从能量存储器130a 130η选择性地将电压放电而输出控制第一开关151a 151η和第二开关152a 152η的第一控制信号CPla CPln和第二控制信号CP2a CP2n的单兀，可包括比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c。在上述的组件中，比较器153a被构造成将所施加的电压与预设基准电压进行比较并且将作为比较结果的比较信号输出至控制信号输出器153b，从而感测所施加电压的电平。控制信号输出器153b利用来自比较器153a的比较结果选择性地输出用于控制第一开关151和第二开关152的第一控制信号CPl和第二控制信号CP2，从而执行控制，使得电压可被充电进能量存储器或从能量存储器将电压放电。基准信号输出器153c输出用于允许控制信号输出器153b选择性地输出第一控制信号CPl和第二控制信号CP2的基准信号。将参照图3描述上述的比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c的操作的实例。在能量存储器包括第一能量存储器130a至第三能量存储器130c并且LED包括第一 LED 140a至第三LED 140c的情况下，比较器153a可包括第一比较器153al和第二比较器153a2。这里，第一比较器153al可将所施加的电压与预设的第一基准电压VrefI相比较并且输出具有高或低电平的第一比较信号作为比较结果。另外，第二比较器153a2可将所施加的电压与预设的第二基准电压Vref2相比较并且输出具有高或低电平的第二比较信号作为比较结果。这里，第一基准电压Vrefl被配置成小于第二基准电压Vref2，使得根据所施加的电压的电平从第一比较器153al和第二比较器153a2输出具有高或低电平的第一和第二比较信号，从而使得可感测所施加的电压的电平。另外,控制信号输出器153b利用从第一比较器153al和第二比较器153a2输出的第一比较信号和第二比较信号输出第一控制信号CPla飞Pln和第二控制信号CP2a CP2n，使得可将电压选择性地充电到能量存储器130a 130c中/从能量存储器130a 130c选择性地将电压放电。此控制信号输出器153b可包括使从第一比较器153al和比较器153a2输出的第一和第二比较信号的电平反相的反相器(未不出)和将从第一比较器153al和第二比较器153a2输出的第一和第二比较信号与从反相器输出的信号与选通操作(AND-gating)的逻辑操作器(logic operator)(未示出)。由于比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c的操作,控制器153有选择性地连接第一开关151a 151η和第二开关152a 152η，从而使得可选择性地将电压充入能量存储器130a 130η/从能量存储器130a 130η选择性地将电压放电。
下文中，将详细描述用于根据所施加的电压将电压充电到能量存储器中/将能量存储器中的电压放电的开关控制单元的开关操作。图4是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较低的状态中用于将电压充电进能量存储器中的开关控制单元的开关操作的示图；而图5是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较高的状态中用于将电压充电进能量存储器中的开关控制单元的开关操作的示图。首先参照图4，当所施加的电压是50V时，第一基准电压是60V，而第二基准电压是110V,控制器153利用比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c执行控制以输出连接第一开关151a的第一控制信号CPla,因此,仅将电压充电进第一能量存储器130a。即，在输入电压较低的状态中，连接第一开关151a，使得电压仅被充电进被定位在最上部的第一能量存储器130a中。描述图5的情况，当所施加的电压是120V，第一基准电压是60V，并且第二基准电压是IlOV时，控制器153利用比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c执行控制以输出连接第一开关151η的第一控制信号CPln，从而将电压充电进所有的第一至第η能量存储器130a 130n中。即，在输入电压较高的状态中，连接第一开关151η，使得电压被充电进所有的能量存储器130a 130η中。图6是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较低的状态中用于通过将电压从能量存储器放电来驱动LED的开关控制单元的开关操作的示图；而图7是描述在图2中所示的LED驱动装置中输入电压较高的状态中用于通过从能量存储器将电压放电来驱动LED的开关控制单元的开关操作的示图。描述图6的情况，当所施加的电压是50V，第一基准电压是60V以及第二基准电压是IlOV时，控制器153利用比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c执行控制以输出连接第二开关152a的第二控制信号CP2a，从而将第一能量存储器130a与第一 LED 140a彼此连接。因此，被充电进第一能量存储器130a的电压被放电至第一 LED140a，使得第一 LED 140a可被驱动。即，在输入电压较低的状态中，连接第二开关152a，使得电压仅从被定位在最上部的第一能量存储器130a被放电。描述图7的情况，当所施加的电压是120V，第一基准电压是60V以及第二基准电压是IlOV时，控制器153利用比较器153a、控制信号输出器153b以及基准信号输出器153c执行控制以输出连接所有第二开关152a 152n的第二控制信号CP2a CP2a，从而从所有第一至第η能量存储器130a 130η放电电压。即，在输入电压较高的状态中，连接所有第二开关152a 152η，使得电压从所有能量存储器130a 130η被放电。图8Α是从根据本发明的示例性实施方式的电源输出的AC电压的波形；图SB是在根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置中的第一 LED中流过的电流的波形；图SC是在根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置中的第二 LED中流过的电流的波形；以及图8D是在根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置中的第三LED中流过的电流的波形。参照图8Α 图8D，在本发明的示例性实施方式中将描述包括三个能量存储器和三个LED的LED驱动装置的实例。 当从电源110输出图8Α中所示的AC电压时，从电源110输出的AC电压通过整流单元120被转换成全波整流正弦波形式的DC电压。然后，全波整流DC电压被提供至控制器153，以允许控制器153输出第一控制信号CPla CPlc和第二控制信号CP2a CP2c。因此，第一开关151a 151c和第二开关152a 152c被选择性地连接，以选择性地将电压充电进能量存储器/选择性地从能量存储器将电压放电。参照图8B和图8D，可理解的是，不管所施加的DC电压的电平如何被定位在最上部的第一 LED 140a中连续地流过电流，并且重复以下的处理，即，根据从电源110输出的电压的电平，在第二 LED 140b和第三LED140c中电流流过，之后不流过。如上所述，根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置根据所施加的电压的电平选择要用电压充电的能量存储器并且将该电压充电进所选的能量存储器，并且将所选的能量存储器选择性地连接至LED，从而从能量存储器将电压放电，因此使得可根据发光的LED的数量来控制光的明亮度。即，根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置可根据输入电压的电平来控制LED的明亮度。如上所述，通过根据本发明的示例性实施方式的LED驱动装置，通过将每个LED与串联连接的多个能量存储器中的每一个彼此并联连接并且根据所施加的电压的电平将电压选择性地充电进能量存储器/从能量存储器将电压放电，可在无变流器的情况下容易地驱动LED。更具体地，感测所施加的电压的电平，选择要用电压充电的能量存储器并且根据所感测的电压的电平用电压来充电，当充电完成时，所选择的能量存储器被连接至LED以提供被充电的电压，因此使得可在无变流器的情况下根据所施加的电压的电平来自动控制LED的明亮度。另外，仅在被设置在开关控制单元中的比较器中消耗电流，因此可提高LED驱动装置的效率。此外，不使用变压器和滤波电容器，因此可降低LED驱动装置的体积并且提高其使用寿命。尽管为了示出的目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域中的技术人员将理解，在不背离如所附的权利要求中所公开的本发明的范围和思想的情况下各种变形、附加以及替代是可能的。因此，这种变形、附加以及替代还应被理解成落入本发明的范围内。
权利要求
1.一种发光二极管(LED)驱动装置，包括 至少一个能量存储器，彼此串联连接； 多个LED，各自与所述能量存储器中的每一个并联连接；以及 开关控制单元，根据所施加的电压的电平选择性地连接所述至少一个能量存储器，以将电压充电进所选择的能量存储器/从所选择的能量存储器将电压放电并且通过所述充电/放电操作来控制所述LED的驱动。
2.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其中，所述开关控制单元根据所施加的电压的电平来将所述至少一个能量存储器与地(GND)选择性地连接，以选择性地将电压充电进所述至少一个能量存储器。
3.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其中，所述开关控制单元根据所施加的电压的电平将所述至少一个能量存储器与所述LED彼此选择性地连接，以将被充电进所述至少一个能量存储器中的电压选择性地放电，从而驱动所述LED。
4.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其中，所述开关控制单元包括 至少一个第一开关，均连接在每个所述能量存储器的一端与地之间；以及 至少一个第二开关，均连接在每个所述能量存储器的所述一端与所述LED中的每一个之间。
5.根据权利要求4所述的LED驱动装置，其中，所述开关控制单元进一步包括控制器，输出用于根据所述施加的电压的电平选择性地操作所述第一开关和第二开关的第一控制信号和第二控制信号。
6.根据权利要求5所述的LED驱动装置，其中，所述控制器包括 比较器，将所施加的电压与预设的基准电压相比较；以及 控制信号输出器，利用来自所述比较器的比较结果输出所述第一控制信号和所述第二控制信号。
7.根据权利要求5所述的LED驱动装置，其中，在所述能量存储器包括连续设置的第一至第η能量存储器并且所述LED包括连续设置的第一至第n LED的情况下，当所述所施加的电压的电平小于预设的第一基准电压时，所述开关控制单元接通对应于所述第一能量存储器的第一开关，以将所述电压充电进所述第一能量存储器。
8.根据权利要求5所述的LED驱动装置，其中，在所述能量存储器包括连续设置的第一至第η能量存储器并且所述LED包括连续设置的第一至第n LED的情况下，当所述所施加的电压的电平等于或大于预设的第二基准电压时，所述开关控制单元接通对应于所述第η能量存储器的第一开关，以将所述电压充电进所述第一至第η能量存储器。
9.根据权利要求7所述的LED驱动装置，其中，当在所述第一能量存储器中的电压的充电完成时，所述开关控制单元接通对应于所述第一能量存储器的第二开关以将被充电进所述第一能量存储器中的所述电压放电并且将所述放电的电压提供至所述第一 LED，从而驱动所述第一 LED。
10.根据权利要求8所述的LED驱动装置，其中，当在所述第一至第η能量存储器中的电压的充电完成时，所述开关控制单元接通对应于所述第一至第η能量存储器的第二开关以将被充电进所述第一至第η能量存储器中的所述电压放电并且将所述放电的电压提供至所述第一至第n LED，从而驱动所述第一至第n LED。
11.根据权利要求9所述的LED驱动装置，其中，所述第一基准电压小于所述第二基准电压。
12.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其中，所述能量存储器是电容器、二次电池、超电容器以及超级电容器中的任意一个。
全文摘要
本文公开了一种发光二极管(LED)驱动装置，包括彼此串联连接的至少一个能量存储器；各自与能量存储器中的每一个并联连接的多个LED；以及开关控制单元，根据所施加的电压的电平选择性地连接至少一个能量存储器，以将电压充电进所选择的能量存储器/从所选择的能量存储器将电压放电并且通过充电/放电操作来控制LED的驱动。从而，可在无变流器的情况下容易地驱动LED。
文档编号H05B37/02GK103024985SQ20121036408
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者朴得熙, 李演重, 车霜贤, 李在新, 李昌锡 申请人:三星电机株式会社