Led驅動裝置的製作方法
2023-05-30 00:35:41 1
專利名稱：Led驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及LED驅動裝置。更詳細而言，本發明涉及向LED負載及其它負載提供電力的LED驅動裝置。
背景技術：
以往作為驅動串聯連接的多個LED (Light Emitting Diode)的LED驅動裝置，例如已知專利文獻1。專利文獻1公開的LED驅動裝置是由多個將多個LED元件串聯連接而成的LED負載組(LED串)並聯連接而形成的。然而由於LED元件具有彼此不同的Vf (順向電壓)，因而如果在多個LED負載組並聯連接的狀態下被驅動，則在LED負載組中分別流過的電流會變得不平衡。於是，專利文獻1中設置與各個LED負載組對應的恆流電路，從而控制LED負載組中分別流過的電流，使流過LED負載組的電流變得平衡。專利文獻1日本特開2004-319583號公報然而在現有的LED驅動裝置中，需要按照LED負載組的並聯數量設置恆流電路，因此會招致LED驅動裝置的大型化和高成本化。進而，現有的LED驅動裝置沒有考慮到向LED 負載之外的負載提供電力的情況。
發明內容
本發明的目的在於，著眼於上述問題點，提供一種構成為簡易且低成本的LED驅動裝置，其能夠確保提供給LED負載組及其他負載的電力，並能平衡在LED負載組分別流過的電流。為了解決上述課題，本發明涉及的LED驅動裝置的特徵在於，具有電力供給單元，其具有具備一次繞組和多個二次繞組的變壓器，且從多個二次繞組輸出交變電力；與上述多個二次繞組的第1二次繞組連接的第1繞組和第1整流平滑電路的第1串聯連接體； 第ILED負載組，其由多個LED串聯連接而成，且被提供經上述第1整流平滑電路平滑後的電力；與上述第1 二次繞組連接的第2繞組和第2整流平滑電路的第2串聯連接體；第2LED 負載組，其由多個LED串聯連接而成，且被提供經上述第2整流平滑電路平滑後的電力；電力控制部，其基於流過上述第ILED負載組和第2LED負載組的電流，控制提供給上述第ILED 負載組和第2LED負載組的電力；以及直流負載，其與上述多個二次繞組的第2 二次繞組的兩端連接，上述第1繞組和第2繞組彼此電磁耦合，上述電力供給單元基於提供給上述直流負載的電力，控制上述交變電力。根據本發明涉及的LED驅動裝置，由構成電力供給單元的多個二次繞組向LED負載組及其它直流負載提供電力。而且由於與第1和第2整流平滑電路連接的第1和第2繞組彼此電磁耦合起來，因而流過第1和第2LED負載組的電流得以平衡。因此能夠提供一種構成為簡易且低成本的LED驅動裝置，其能夠確保提供給LED負載組及其他負載的電力，並能平衡在LED負載組分別流過的電流。
圖1是本發明第1實施方式涉及的LED驅動裝置100的電路構成圖。圖2是開關電路21的詳細電路構成圖(a)和電力控制單元6的詳細電路構成圖 (b)。圖3是表示LED的Vf-If特性的圖。圖4是本發明第2實施方式涉及的LED驅動裝置200的電路構成圖。圖5是本發明第3實施方式涉及的LED驅動裝置300的電路構成圖。圖6是本發明第4實施方式涉及的LED驅動裝置400的電路構成圖。圖7是電流平衡部3和第1整流平滑部4的詳細電路構成圖。圖8是電流平衡部3和第1整流平滑部4的變形後的電路構成圖。圖9是電流平衡部3和第1整流平滑部4的變形後的電路構成圖。圖10是電流平衡部3和第1整流平滑部4的變形後的電路構成圖。符號說明1直流電源；2電力供給單元；3電流平衡部；4第1整流平滑部；5LED負載組；6電力控制單元；7電流檢測部；8第2整流平滑部；9負載電壓檢測部；10第3整流平滑部；11 直流負載；21開關電路；22開關控制單元；LDl LD4LED負載
具體實施例方式下面參照附圖詳細說明本發明實施方式的LED驅動裝置。在如下附圖內容中，對相同或類似部分賦予相同或類似的符號。其中，附圖是示意性的，不同於現實情況。另外， 附圖彼此之間可能存在彼此尺寸關係和比率不同的部分。實施例1圖1是表示本發明第1實施方式涉及的LED驅動裝置100的電路構成的圖。LED 驅動裝置100具有具有一次繞組Np、二次繞組Nsl和Ns2的變壓器T ；電力供給單元2 ；具有電流平衡部3和第1、第2整流平滑電路的第1整流平滑部4 ；具有多個LED負載的LED 負載組5 ；電力控制部6、直流負載11。關於本實施方式涉及的LED驅動裝置100，說明的是用於驅動由4系統LED負載 LDl LD4構成的LED負載組的情況。另外，構成各LED負載的LED元件具有不同的Vf (順向電壓)，因而各LED負載LDl LD4具有彼此不同的阻抗。直流電源1由電池等直流電源構成，或者由從商用電源等交流電源經由整流平滑電路獲得的公知的直流電源構成。電力供給單元2通過具有開關元件的開關電路21和開關控制單元22以及變壓器 T構成。開關電路21與直流電源1連接，基於負載電壓檢測部9的輸出，通過從開關控制單元22輸出的控制信號使開關元件進行導通截止工作，從而將來自直流電源1的直流電壓轉換為高頻交流電壓(交變電壓)，提供給變壓器T的一次繞組Np。該交流電壓作為電力供給單元2的輸出電壓從變壓器T的第1 二次繞組Nsl提供給電流平衡部3，並且從第2 二次繞組Ns2提供給第2整流平滑部8。圖2表示本實施方式涉及的開關電路21的詳細電路構成(a)和電力控制單元6的詳細電路構成(b)。電力供給單元2例如由諧振型開關電源裝置構成。詳細而言，為了提供正弦波狀的交變電流，在直流電源1的兩端連接由MOSFET構成的開關元件QH與由MOSFET 構成的開關元件QL的串聯電路。在開關元件QH與開關元件QL的接點連接有變壓器T的一次繞組Np與電流諧振電容器Cri的串聯諧振電路。變壓器T具有漏電感Lrl、Lr2。Lp 是變壓器T的勵磁電感。開關元件QL和開關元件QH交替地導通截止，從而從變壓器T的二次繞組Nsl和Ns2提供由漏電感Lrl、Lr2和電流諧振電容器Cri諧振來產生的正弦波狀的交變電流。電流平衡部3將從變壓器T的第1 二次繞組Nsl提供的交流電壓從多個輸出端子輸出給第1整流平滑部4。電流平衡部3由與多個LED負載對應的多個繞組構成。另外，如上所述，為了使阻抗彼此不同的各LED負載LDl LD4所流過的電流均衡化，多個繞組彼此電磁耦合。第1整流平滑部4使通過電流平衡部3均衡化後的交流電力整流平滑，作為直流電力提供給LED負載組5。第1整流平滑部4由與多個LED負載對應的二極體Dl D4以及電容器Cl C4構成。並且，電容器所帶的+記號表示陽極(正極)。LED負載組5如上所述具有阻抗彼此不同的LED負載LDl LD4，構成照明模塊、 LED顯示裝置或液晶電視機的背光模塊。LED負載LDl LD4各自具有例如由同樣數量的白色LED串聯連接而成的構成。圖1中的LED負載的並聯數量為4個，然而不限於此。另外，構成LED負載的白色LED的串聯數量可為任意數量。電流檢測部7 —並檢測出在LED負載LDl LD4分別流過的電流，將其與預定的電流設定值之間的差分作為電流檢測信號輸出給電力控制部6。電流檢測部7例如具有與 LED負載LDl LD4的陰極連接的檢測電阻Rs和誤差放大器(運算放大器)。預定的電流設定值可以是任意的固定值，還可以是通過未圖示的外部信號而變化的可變值。電力控制部6基於電流檢測部7的電流檢測信號控制流過LED負載組的電流，調整LED元件的亮度。如圖2(b)所示，電力控制部6例如由具有電抗器L、開關元件Q、二極體D的升壓斬波電路構成。電抗器L的一端與第2整流平滑部8的輸出端子連接，另一端與二極體D的陽極和開關元件Q的一端連接。二極體D的陰極與電容器CO的一端和第1整流平滑部4的電容器Cl C4連接。開關元件Q的另一端與電容器CO的另一端和地線連接。開關元件Q的控制端子與電流檢測部7連接，輸入電流檢測信號。即，電力控制部6的輸入端子與第2整流平滑部8的輸出端子連接，該輸出端子與第1整流平滑部4連接。本實施方式涉及的電力控制部6按照電流檢測信號轉換第2整流平滑部8的輸出電壓，控制電容器CO的兩端電壓，從而對第1整流平滑部4的電容器Cl C4的兩端電壓進行升壓， 將LED負載組5控制為期望亮度。第2整流平滑部8對從變壓器T的第1 二次繞組Nsl提供的交流電壓進行整流平滑，作為直流電力提供給電力控制部6和直流負載11。第2整流平滑部8與第1整流平滑部4同樣是由二極體和電容器構成的。直流負載11例如構成液晶電視機的液晶驅動器或圖像處理電路、LED顯示裝置的控制電路或者周邊設備。負載電壓檢測部9檢測第2整流平滑部8的輸出電壓，將其與第1或第2基準值之間的差分作為電壓檢測信號輸出給開關控制單元22。即，開關控制單元22通過反饋到開關控制單元22的電壓檢測信號控制構成開關電路21的開關元件QH和QL，將第2整流平滑部8的輸出電壓維持在期望電壓。在此說明LED電壓Vf (順電壓)和電流If (順電流)的特性。圖3表示LED電壓 Vf-電流If的特性的具體例子。如圖3所示，通常LED處於電壓Vf以下時呈現電流If約為OA的特性。圖3的特性中，當成為約2. 4V以下的電壓Vf時，流過的電流If非常小(大致為OA)。因此，當熄滅LED負載LDl LD4的情況下，通過第2整流平滑部8對第1 二次繞組Nsl或與第1 二次繞組Nsl纏繞於同一變壓器T的第2 二次繞組Ns2的電壓進行平滑， 通過電力控制部6對該電壓進行電壓控制，從而使得從第1 二次繞組Nsl經由電流平衡部 3整流平滑後的電壓成為使在LED負載LDl LD4流過的電流消失的電壓(在圖3所示特性中，每個LED小於等於2. 4V、例如為2V)，從而能熄滅LED負載LDl LD4。另一方面，當點亮LED負載LDl LD4時，通過電力控制部6使得電流流過LED元件的電壓、例如每個LED元件的電壓為3. 4V，從而在LED元件流過大約30mA電流，能點亮 LED 負載 LDl LD4。如圖1所示，構成電力供給單元2的開關控制單元22被輸入來自負載電壓檢測部 9的電壓檢測信號。熄滅LED負載LDl LD4時，開關控制單元22控制開關電流21，使得電壓檢測信號接近第1基準值。另外，熄滅LED負載LDl LD4時，開關控制單元22控制開關電流21，使得電壓檢測信號接近第2基準值。在本實施方式中，開關控制單元22構成為按照電壓檢測信號調製開關元件QH和QL的工作頻率。並且，第1基準值是大於第2基準值的值。如上所述，本實施方式的LED驅動裝置100對向直流負載11提供電力的第2整流平滑部8的輸出電壓進行控制，同時按照變壓器T的各繞組的匝數比控制第1整流平滑部4 的電容器Cl C4的兩端電壓。進而，按照流過LED負載組5的電流控制第1整流平滑部 4的電容器Cl C4的兩端電壓，就能控制LED負載組5的亮度。另外，電流平衡部3能夠通過繞組的電磁耦合使在LED負載LDl LD4分別流過的電流變得均衡。實施例2圖4是表示本發明第2實施方式涉及的LED驅動裝置200的電路構成的圖。LED 驅動裝置200與第1實施方式所示的LED驅動裝置100的不同之處在於，添加了第3 二次繞組Ns3和第3整流平滑部10，並將第3整流平滑部10與電力控制部6連接起來。第3整流平滑部10對從變壓器T的第3 二次繞組Ns3提供的交流電壓進行整流平滑，作為直流電力提供給電力控制部6。第3整流平滑部10與第2整流平滑部8同樣由二極體和電容器構成。電力控制部6與第1實施方式同樣由升壓斬波電路構成，電抗器L的一端與第3 整流平滑部10的輸出端子連接。本實施方式涉及的電力控制部6按照電流檢測信號轉換第3整流平滑部10的輸出電壓，控制電容器CO的兩端電壓，從而將LED負載組5控制為期
望亮度。本實施方式涉及的LED驅動裝置200與第1實施方式涉及的LED驅動裝置100同樣能夠控制LED負載組5的亮度，能夠使在LED負載LDl LD4分別流過的電流變得均衡。實施例3
圖5是表示本發明第3實施方式涉及的LED驅動裝置300的電路構成的圖。LED 驅動裝置300與第2實施方式所示的LED驅動裝置200的不同之處在於，將構成第1整流平滑部4的二極體Dl D4和電容器Cl C4與LED負載LDl LD4極性相反地連接起來， 將電力控制部6的輸出端子與LED負載組5連接，將電流檢測部7與第1整流平滑部4連接。構成電流控制部6的電抗器L的一端與第3整流平滑部10的輸出端子連接，另一端與二極體D的陽極和開關元件Q的一端連接。二極體D的陰極與電容器CO的一端和LED 負載LDl LD4的陽極連接。電流檢測部7具有與第1整流平滑部3的二極體Dl D4以及電容器Cl C4連接的檢測電阻Rs和誤差放大器，一併檢測出在二極體Dl D4以及電容器Cl C4流過的電流，將其與預定電流設定值之間的差分作為電流檢測信號輸出給電力控制部6。本實施方式涉及的電力控制部6按照電流檢測信號轉換第3整流平滑部10的輸出電壓，控制LED負載LDl LD4的陽極電壓，從而將LED負載組5控制為期望亮度。本實施方式涉及的LED驅動裝置300與第1實施方式涉及的LED驅動裝置100同樣能夠控制LED負載組5的亮度，能夠使在LED負載LDl LD4分別流過的電流變得均衡。實施例4圖6是表示本發明第4實施方式涉及的LED驅動裝置400的電路構成的圖。LED 驅動裝置400與第1實施方式所示LED驅動裝置200的不同之處在於，在LED負載組5與電流檢測部7之間連接開關SW1，設置了用於控制開關SWl的開關控制單元12。設置開關SWl和開關控制單元12是為了間歇地控制流過LED負載組5的直流電流，從而對LED負載組5進行PWM調光。開關SWl由電晶體或MOSFET構成，在其控制端子被輸入調光單元12的輸出信號(PWM信號)。調光單元12例如基於從LED驅動裝置400的外部輸入的外部信號，調製PWM信號的佔空比率(導通寬度)並輸出給開關SWl的控制端子。開關SWl和調光單元12也可以連接於第1整流平滑部3的電容器與檢測電阻Rs之間。本實施方式涉及的LED驅動裝置300與第1實施方式涉及的LED驅動裝置100同樣能夠控制LED負載組5的亮度，能夠使在LED負載LDl LD4分別流過的電流變得均衡。 另外，能夠更高精度地控制流過LED負載組5的直流電流。圖7是表示本發明涉及的LED驅動裝置的電流平衡部3和第1整流平滑部4的詳細電路構成的圖。第1 二次繞組Nsl連接著第1 第4串聯電路，其中，第1串聯電路具有繞組S4、 繞組m以及由電容器C1、C11和二極體D1、D11構成的第1半波2倍電壓整流電路，第2串聯電路具有繞組Si、繞組N2以及由電容器C2、C12和二極體D2、D12構成的第2半波2倍電壓整流電路，第3串聯電路具有繞組S2、繞組N3以及由電容器C3、C13和二極體D3、D13 構成的第3半波2倍電壓整流電路，第4串聯電路具有繞組S3、繞組N4以及由電容器C4、 C14和二極體D4、D14構成的第4半波2倍電壓整流電路。即，第1整流平滑部4由倍壓整流電路構成，在第1至第4半波2倍電壓整流電路的輸出連接有LED負載LDl LD4。繞組m (N2、N3、N4)與繞組Sl (S2、S3、S4)以二極體的半波整流後的電流變得均勻的方式磁耦合而構成變壓器Tl (和T2、T3、T4)。即，各串聯電路具有串聯連接的2個繞組，每2個繞組作為變壓器的一次繞組和二次繞組電磁耦合。由於變壓器T1(T2、T3、T4)的一次繞組Ν1(Ν2、Ν3、Ν4)與二次繞組Sl (S2、S3、S4)磁耦合，因此對電容器Cl C4充電相同電流。因此，阻抗不同時在與電容器Cl C4連接的LED負載LDl LD4也會流過均衡的電流。圖8是表示作為圖7所示的電流平衡部3的變形例的電路構成的圖。 第1 二次繞組Nsl連接著第1 第4串聯電路，其中，第1串聯電路由繞組附以及由電容器Cl、Cll以及二極體D1、D11構成的第1半波2倍電壓整流電路構成，第2串聯電路由繞組N2以及由電容器C2、C12和二極體D2、D12構成的第2半波2倍電壓整流電路構成，第3串聯電路由繞組N3以及由電容器C3、C13和二極體D3、D13構成的第3半波2倍電壓整流電路構成，第4串聯電路由繞組N4以及由電容器C4、C14和二極體D4、D14構成的第4半波2倍電壓整流電路構成。繞組Si、繞組S2、繞組S3、繞組S4以閉環方式連接，繞組附(N2、N3、N4)與繞組 S1(S2、S3、S4)彼此電磁耦合以構成變壓器Tl T4。即，各串聯電路都具有1個繞組，與各個繞組電磁耦合的繞組串聯連接而構成閉環，在繞組Si、繞組S2、繞組S3、繞組S4上流過相等的電流。圖9是表示作為圖7所示的第1整流平滑部4的變形例的電路構成的圖。第1 二次繞組Nsl連接著第1 第4串聯電路，其中，第1串聯電路具有繞組S4、 繞組m以及由電容器Cl和二極體Dl構成的第1半波整流電路，第2串聯電路具有繞組
51、繞組N2以及由電容器C2和二極體D2構成的第2半波整流電路，第3串聯電路具有繞組
52、繞組N3以及由電容器C3和二極體D3構成的第3半波整流電路，第4串聯電路具有繞組S3、繞組N4以及由電容器C4和二極體D4構成的第4半波整流電路。進而，電容器Cl C4經由電容器ClO和二極體DlO的串聯電路連接有繞組Sl S4。S卩，第1整流平滑部4 構成為包含半波整流電路，在第1至第4半波整流電路的輸出連接著LED負載LDl LD4。如上所述，通過連接由電容器ClO和二極體D4構成的串聯電路，能經由該串聯電路將在半波整流電路不流過電流的期間的電流提供給LED負載組5。圖10是表示作為圖7所示的電力供給單元2和第1整流平滑部4的變形例的電路構成的圖。將第1 二次繞組Nsl對應於LED負載LDl LD4而分割為繞組Nsll Nsl4。繞組Nsll連接著具有繞組S1、N2以及由電容器C2和二極體橋DB2構成的第1全波整流電路的第1串聯電路；繞組Nsl2連接著具有繞組S2、N3以及由電容器C3和二極體橋DB3構成的第2全波整流電路的第2串聯電路；繞組Nsl3連接著具有繞組S3、N4以及由電容器C4 和二極體橋DB4構成的第3全波整流電路的第3串聯電路；繞組Nsl4連接著具有繞組S4、 Nl以及由電容器C4和二極體橋DB4構成的第2全波整流電路的第4串聯電路。S卩，能對電力供給單元2輸出的交變電力進行全波整流，提供給LED負載組5。以上說明了本發明實施方式的一個例子，而本發明不限於所述特定實施例，可以在權利要求書所述的本發明主旨範圍內進行各種變形、變更。例如，構成LED負載LDl LD2的LED元件不限於白色LED，也可以是R、G、B等LED元件。另外，LED元件的串聯連接數量可以在每個系統中都不同。另外，電力提供單元2可以通過回掃式開關電源裝置或有源鉗位式開關電源裝置構成。
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權利要求
1.一種LED驅動裝置，其特徵在於具有電力供給單元，其具有具備一次繞組和多個二次繞組的變壓器，且從多個二次繞組輸出交變電力；與上述多個二次繞組中的第1二次繞組連接的第1繞組和第1整流平滑電路的第1串聯連接體；第ILED負載組，其由多個LED串聯連接而成，從上述第1整流平滑電路向該第ILED負載組提供平滑後的電力；與上述第1二次繞組連接的第2繞組和第2整流平滑電路的第2串聯連接體；第2LED負載組，其由多個LED串聯而成，從上述第2整流平滑電路向該第2LED負載組提供平滑後的電力；電力控制部，其基於流過上述第ILED負載組和第2LED負載組的電流，控制提供給上述第ILED負載組和第2LED負載組的電力；以及直流負載，其與上述多個二次繞組中的第2 二次繞組的兩端連接，上述第1繞組和第2繞組彼此電磁耦合，上述電力供給單元基於提供給上述直流負載的電力，控制上述交變電力。
2.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其特徵在於，上述第1整流平滑電路和第2整流平滑電路是具有多個二極體和多個電容器的倍壓整流電路。
3.根據權利要求1或2所述的LED驅動裝置，其特徵在於，該LED驅動裝置具有電流檢測部，該電流檢測部一併檢測出流過上述第ILED負載組和第2LED負載組的電流，輸出電流檢測信號，上述電力控制部基於上述電流檢測信號，控制提供給上述第ILED負載組和第2LED負載組的電力。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的LED驅動裝置，其特徵在於，上述電力控制部具有將上述交變電力轉換為預定電壓的升壓斬波電路。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的LED驅動裝置，其特徵在於，該LED驅動裝置具有負載電壓檢測部，該負載電壓檢測部檢測提供給上述直流負載的電壓，輸出電壓檢測信號，上述電力供給單元基於上述電壓檢測信號控制上述交變電力。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的LED驅動裝置，其特徵在於，上述變壓器具有第 3 二次繞組，上述電力控制部與上述第3 二次繞組連接。
全文摘要
本發明提供構成為簡易且低成本的LED驅動裝置，其能夠確保提供給LED負載組及其他負載的電力，並能平衡在LED負載組分別流過的電流。該LED驅動裝置具有電力供給單元，其具有具備一次繞組和多個二次繞組的變壓器，且從多個二次繞組輸出交變電力；與上述多個二次繞組的第1二次繞組連接的電流平衡部和第1整流平滑部；LED負載組，其由多個LED串聯連接而成，且被提供經上述第1整流平滑部平滑後的電力；電力控制部，其基於流過上述第1和第2LED負載組的電流，控制提供給上述第1和第2LED負載的電力；以及與上述多個二次繞組的第2二次繞組的兩端連接的直流負載，上述電力供給單元基於提供給上述直流負載的電力，控制上述交變電力。
文檔編號H05B37/02GK102215623SQ20111008793
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月8日 優先權日2010年4月9日
發明者麻生真司 申請人:三墾電氣株式會社