Led驅動裝置製造方法
2023-05-28 12:15:01
Led驅動裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種可通過將光輸出補償電路添加到多級電流驅動方式的驅動電路，並考慮到光輸出補償電路的固有操作特性和考慮到由多級電流驅動電路驅動的LED陣列的正向電壓的效率而有效地設計，來消除非發光區間並延長裝置的壽命的LED驅動裝置。所述LED驅動裝置通過連接到具有多個LED組的LED陣列來依次驅動多個LED組，包括：整流單元，對交流電壓進行整流來產生脈動電壓；光輸出補償單元，連接到整流單元的輸出端以在脈動電壓小於多個LED組中的最小正向電壓的區間中向LED陣列提供預先存儲的補償電壓；恆流驅動單元，連接到多個LED組中的每個以用恆定電流依次驅動每個LED組。
【專利說明】LED驅動裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種LED (Light Emitting Diode)驅動裝置,具體地講,涉及一種可通過將光輸出補償電路添加到多級電流驅動方式的驅動電路，並考慮到光輸出補償電路的固有操作特性和考慮到由多級電流驅動電路驅動的LED陣列的正向電壓的效率而有效地設計，來消除非發光區間並延長裝置的壽命的LED驅動裝置。
【背景技術】
[0002]LED (Light Emitting Diode)作為一種光電元件,具有由包括p_n結的多個半導體層構成的發光結構，並通過轉換電能來釋放光能。與作為光源來使用的其他裝置相比，LED可以以低電壓來釋放高亮度的光，從而具有能源效率高的優點。尤其是，在發光結構由氮化鎵(GaN)系半導體物質形成的情況下，LED可被設計為釋放從紅外線至紫外線的寬波長區域選擇的波長的光。由此，LED具有可被廣泛應用於液晶顯示裝置的背光單元(BacklightUnit)、電光板、顯示裝置、家電產品等的各種設備的優點，此外，因具有不需要砷(As)、水銀(Hg)等環境有害物質的優點而作為新一代光源備受矚目。
[0003]此外，LED可被通過轉換器由常用交流電源轉換的直流電壓來驅動。例如，現有的使用交流電壓的LED驅動電路的最簡單的形態是利用從橋式整流器等整流電路輸出的直流電壓來驅動LED元件。在這些大部分的LED驅動電路中，在提供到LED元件的驅動電壓和驅動電流之間發生預定相位差。因此，上述的現有LED驅動電路中存在功率因數及總諧波失真等的電氣特性無法滿足LED照明等的產品中所要求的規格的問題。
[0004]為了改善這些問題，曾提出了一種通過利用多級驅動開關向多個LED組提供階梯波或矩形波形態的驅動電流來依次驅動多個LED組的方法。通過利用多級驅動開關來依次驅動多個LED組的技術已被公開於美國專利7，081，722等，並且本 申請人:首爾半導體株式會社從2006年11月開始曾使通過利用多級驅動開關來依次驅動多個LED組的阿克裡奇(Acrich)產品商用化。
[0005]圖1是示出現有的依次驅動方式的LED驅動裝置的示例的構成圖。圖2是示出供應到圖1的LED驅動裝置的交流電源的交流電壓和交流電流的波形圖。
[0006]如圖1所示，現有的LED驅動裝置包括:橋式整流器(Bridge Diode) 3、開關(SWl、SW2、SW3、SW4)5及開關控制單元(Switch Controller) 6，並且在沒有將交流電源2轉換為相對均一的直流電源的單獨的轉換器的情況下，通過橋式整流器3對交流電源2進行整流來產生脈動電壓並將產生的脈動電壓供應到LED陣列4。LED陣列4具備多個LED組，並且各個LED組具備至少一個LED元件。
[0007]當彼此串聯的多個LED組具有從其輸入端隨著LED組的數量的增加而階段性增加的正向電壓(Forward Voltage, Vf)時,這種現有的LED驅動裝置通過開關控制單元6來控制連接到各個LED組的開關5，以根據電壓大小隨著時間而變化的脈動電壓的波形使多個LED組依次發光。
[0008]上述的LED驅動裝置應被製作為使功率因數及總諧波失真等的電氣特性滿足產品(Application)所要求的規格。即，為了滿足產品所要求的規格，在現有的LED驅動裝置中，控制多個LED組的依次發光以使驅動電流的波形被形成為跟蹤脈動電壓形態的驅動電壓。在這種情況下，如圖2所示，現有的LED驅動裝置具有通過使供應到LED驅動裝置的常用交流電源側的交流電壓和交流電流的相位一致來改善LED驅動裝置和利用它的產品的功率因數及總諧波失真等的特性的優點。此外，上述的現有LED驅動裝置還具有通過被設定為使導通LED組的時間點變快並使截止發光的LED組的時間點變慢來提高一個周期內的光利用效率的優點。
[0009]然而，由於在上述的多級電流驅動方式的LED驅動裝置中，可用於LED驅動裝置的多個LED組的形態或者種類有限，並且從有限的多個LED組選擇的LED組的正向電壓已被固定，因此不容易構成LED驅動裝置和LED驅動裝置的最佳組合。即，在現有的多級電流驅動方式的LED驅動裝置中，存在難以考慮到效率而調節或者設定多個LED組的正向電壓的缺點。
[0010]此外，當在從驅動電壓或者驅動電流的一個周期轉到下一個周期的區間驅動電壓小於多個LED組中的第一個LED組的正向電壓時，上述的多級電流驅動方式的LED驅動裝置產生非發光區間。這樣的沒有光輸出的區間(非發光區間)存在導致光振動現象的問題。
【發明內容】
[0011]技術問題
[0012]本發明用於解決上述問題,根據本發明的LED (Light Emitting Diode)驅動裝置的目的在於，通過將光輸出補償電路添加到多級電流驅動方式的驅動電路，並考慮到光輸出補償電路的固有操作特性和考慮到由多級電流驅動電路驅動的LED陣列的正向電壓的效率而有效地設計，來消除非發光區間並延長裝置的壽命。
[0013]技術方案
[0014]為了實現上述目的，根據本發明的LED (Light Emitting Diode)驅動裝置連接到包括多個LED (Light Emitting Diode)組的LED陣列而依次驅動多個LED組，包括:整流單元，對交流電壓進行整流而產生脈動電壓；光輸出補償單元，連接到整流單元的輸出端，並在所述脈動電壓小於多個LED組中的最小正向電壓的區間將預先存儲的補償電壓供應到LED陣列；及恆流驅動單元，連接到多個LED組中的各個組而用恆定電流依次驅動每個LED組。
[0015]在根據本發明的實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元包括:第一電容器、第二電容器、第一二極體、第二二極體及第三二極體，其中，第一電容器包括:連接到整流單元的高電位側輸出端的第一端子、及連接到第一二極體的正極的第二端子，第二電容器包括:連接到第一二極體的負極的第一端子、及連接到整流單元的低電位側輸出端的第二端子，第二二極體包括:連接到整流單元的低電位側輸出端的正極、及共同連接到第一電容器的第二端子和第一二極體的正極的負極，第三二極體包括:共同連接到第二電容器的第一端子和第一二極體的負極的正極、及連接到整流單元的高電位側輸出端的負極。
[0016]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元還包括:在第一電容器及第二電容器之間串聯連接的電阻器。
[0017]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元按比最小正向電壓大的電壓分別對第一電容器及第二電容器進行充電。
[0018]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，整流單元將具有比LED陣列的正向電壓大的峰值電壓的脈動電壓施加到光輸出補償單元和LED陣列。
[0019]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，恆流驅動單元根據補償電壓來驅動LED陣列中的至少一個LED組連續發光。
[0020]根據本發明的LED驅動裝置包括:整流單元，對交流電壓進行整流來產生整流電壓；發光單元，包括連接到整流單元的輸出端的至少一個發光元件；及光輸出補償單元，連接到整流單元和發光單元之間，從而在整流電壓小於發光元件的正向電壓的區間與預先存儲的整流電壓對應地向發光單元供應電流。
[0021]根據本發明的實施例的LED驅動裝置還包括:開關單元，包括連接到發光元件的負極的至少一個開關。
[0022]根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置還包括:開關控制單元，用於感測流過所述開關的電流，並根據感測到的電流的大小來控制所述開關使其短路或者打開。
[0023]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元用於在整流電壓大於等於設定的第一電壓的區間按整流電壓進行充電，在整流電壓小於第一電壓的區間使充電的電壓放電。
[0024]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元包括:第一電容器及第二電容器，在整流單元的高電位側輸出端和低電位側輸出端之間串聯連接；第一二極體，在第一電容器和第二電容器之間正向連接；第二二極體，其負極連接到第一電容器，正極連接到低電位側輸出端；及第三二極體，其正極連接到第一二極體和第二電容器的連接節點，負極連接到整流單元的高電位側輸出端。
[0025]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，按整流電壓的峰值電壓除以電容器的級數而得到的電壓來對第一電容器及第二電容器進行充電。
[0026]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元用於如果整流電壓大於等於由包括在光輸出補償單兀的電容器的級數確定的第一電壓，則電壓充電到第一電容器和第二電容器，如果驅動電壓小於第一電壓，則使在第一電容器及第二電容器充電的電壓向發光單元放電。
[0027]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，光輸出補償單元還包括:電阻器，其一端連接到第二二極體的負極，另一端連接到第二電容器和第三二極體的連接節點。
[0028]在根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置中，第一電壓大於發光元件的正向電壓。
[0029]有益效果
[0030]通過上述構成，根據本發明的LED (Light Emitting Diode)驅動裝置可通過將填谷電路等光輸出補償電路添加到多級電流驅動方式的驅動電路，並考慮到光輸出補償電路的固有操作特性，來提供一種可考慮裝置的效率而對由多級電流驅動電路驅動的LED陣列的正向電壓進行設計的效果。
[0031]根據本發明的實施例的LED驅動裝置在從接收交流電源的輸入並使包括多個LED組的LED陣列依次發光的驅動裝置中，通過不使用轉換器、平滑電路等電力轉換電路而使用無源元件配件來消除非發光區間所引起的非發光區間，從而提供提高光源的品質的效果O
[0032]根據本發明的其他實施例的LED驅動裝置在通過多級步驟控制方法來實現由多個LED組構成的LED陣列的依次發光的驅動裝置中利用光輸出補償單元，從而提供一種可省略在平滑電路等中使用的相對體積大的電解電容器，由此可實質性地延長裝置的壽命且使裝置小型化，並且更容易將LED驅動裝置應用於照明器具等產品的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是示出現有的LED驅動裝置的示例的構成圖。
[0034]圖2是示出供應到圖1的LED驅動裝置的交流電源的交流電壓和交流電流的波形圖。
[0035]圖3是根據本發明的LED驅動裝置的概略的構成圖。
[0036]圖4是用於描述圖3的LED驅動裝置的光輸出補償單元的工作原理的波形圖。
[0037]圖5是用於描述圖3的LED驅動裝置的光輸出補償單元的工作原理的示意圖。
[0038]圖6是用於描述圖3的LED驅動裝置的光輸出補償單元的工作原理的時序圖。
[0039]圖7是用於描述作為不包括光輸出補償單元的比較示例的LED驅動裝置的工作過程的時序圖。
[0040]圖8是可用於根據本發明的實施例的LED驅動裝置的光輸出補償單元的電路圖。
[0041]圖9是用於描述根據本發明的LED驅動裝置的光輸出補償單元的工作原理的波形圖。
【具體實施方式】
[0042]在本說明書及權利要求書中使用的術語和詞語不應被解釋為局限於通常的或者詞典上的意思，基於發明人為了以最佳的方法對他的發明進行描述而可適當地對術語的概念進行定義的原則，應以符合本發明的技術思想的意思和概念來進行解釋。因此，本說明書所記載的實施例和附圖中所示的構成只是本發明的最優選的一實施例，而不是代表本發明的所有技術思想，因此應該理解，在提出本申請時，可存在能夠代替這些實施例的各種等同物和變形示例。
[0043]在本說明書中所使用的術語是用於描述特定實施例，而不是限制本發明。如本說明書中所使用，如果單數形式從上下文來看不是明確指示其他情況，則可包括複數形式。
[0044]在本說明書中，當某部分被表示為與其他部分「連接」時，這不僅包括「直接連接」的情況，還包括存在介於中間的其他元件而「電連接」的情況。此外，為了在附圖中清楚地描述本發明，省略了與描述無關的部分，在整個說明書中，相似的部分附加了相似的附圖標號。
[0045]實施例
[0046]圖3是根據本發明的LED (Light Emitting Diode)驅動裝置的概略的構成圖。
[0047]參照圖3，LED驅動裝置包括:整流單元10、光輸出補償單元11、第一開關13、第二開關14及開關控制單元15。
[0048]整流單元10對交流電源(常用交流電源等)進行整流而輸出具有交流成分的電壓(脈動電壓)。整流單元10可利用對交流電源進行全波整流的橋式整流器(BridgeDiode)等現有的所有整流電路。其中，作為LED驅動裝置的輸入電源的交流電源具有根據基本頻率其大小和方向發生變化的特性。
[0049]光輸出補償單元11由從整流單元10輸出且電壓的大小隨時間變化的脈動電壓來進行充電，從脈動電壓的特定區間向包括第一 LED組121及第二 LED組122的LED陣列供應用於消除非發光區間的補償電壓。
[0050]在本實施例中，光輸出補償單兀11包括:第一電容器Cl、第二電容器C2、第一二極體Dl、第二二極體D2及第三二極體D3。其中，第一電容器Cl包括第一端子及第二端子，第一端子連接到整流單元10的高電位側輸出端，第二端子連接到第一二極體Dl的正極。第二電容器包括第一端子及第二端子，第一端子連接到第一二極體Dl的負極，第二端子連接到整流單元10的低電位側輸出端。第二二極體D2的正極連接到低電位側輸出端，並且其負極共同連接到第一電容器的第二端子和第一二極體Dl的正極。第三二極體D3的正極共同連接到第二電容器C2的第一端子和第一二極體Dl的負極，並且其負極連接到整流單元10的高電位側輸出端。
[0051]光輸出補償單兀11的第一電容器Cl及第二電容器C2優選為具有相同的容量以匹配充電及放電特性。這樣的二級電容器電路具有使通過脈動電壓供應到LED陣列的驅動電流的電流峰值減小的效果。因此，LED陣列12具有使功率因數及諧波得到改善的效果。
[0052]此外，光輸出補償單元11的第一電容器Cl及第二電容器C2與現有的用於平滑的電解電容器相比具有更小的體積及更小的容量，從而可利用陶瓷電容器等來實現，由此可防止因現有的電解電容器的短壽命特性而導致的LED驅動裝置的壽命的縮短，且實現利用LED驅動裝置的產品的小型化。
[0053]光輸出補償單元11可無需另外的控制電路而具有由電感器L、電容器C、電阻器R等無源元件構成的填谷(Valley-fill)、電荷泵(Charge-pump)、滴澤(Dizzer)等功率因數補償電路的形態。如果在光輸出補償單元11中使用無源功率因數補償電路，則可改善功率因數及總諧波失真特性，並且可消除非發光區間。為了便於描述，本實施例舉例描述了利用作為代表性的無源(Passive)功率因數補償電路的填谷式功率因數補償電路的情況。
[0054]第一開關(SWl) 13串聯連接到第一 LED組121的輸出端以控制第一 LED組121的電流流動。第二開關(SW2) 14串聯連接到第二 LED組122的輸出端以控制彼此串聯連接的第一 LED組121及第二 LED組122的電流流動。第一開關13及第二開關14被實現為半導體開關，並且可構成具有多個開關的開關單元。半導體開關包括MOSFET (Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)等。
[0055]由於第一開關13及第二開關14表示多個開關，因此本發明的實施例中開關可被配置為三個或者四個或者更多個數量。並且，由於第一 LED組121及第二 LED組122表示多個LED組，因此本發明的實施例中LED組可以是三個以上。多個LED組與一個LED陣列12對應，並且各個LED組連接到一個開關，從而可通過開關的操作來進行恆流驅動。並且，LED陣列12中至少兩個LED組串聯連接，並且可包括相同的極性彼此連接(即，並聯連接)的多個LED組。各個LED組包括至少一個發光元件。LED陣列12與通過LED驅動裝置的控制來驅動的發光單元對應。
[0056]開關控制單元15控制第一開關13及第二開關14的操作。開關控制單元15可感測流經各個開關的電流並控制各個開關的操作，以使第一開關13對流經第一 LED組121的驅動電流進行恆流控制，第二開關14對流經第一 LED組121及第二 LED組122的驅動電流進行恆流控制。例如，開關控制單元15可將控制信號施加到開關的控制端子，以根據從整流單元10施加的驅動電壓和從光輸出補償單元11施加的補償電壓來按預先設定的大小控制流經開關的電流。這種開關控制單元15可被實現為電流調節器。
[0057]在第一開關13及第二開關14為常開型開關的情況下，開關控制單元15可操作為使第一開關斷開以實現第二開關的操作，或者使其餘開關(第二開關等)斷開以實現第一開關的操作。
[0058]第一開關13、第二開關14及開關控制單元15的組合可以與對LED陣列12的多個LED組的每個組依次進行恆流驅動的至少一個恆流驅動單元對應。
[0059]圖4是用於描述圖3的LED驅動裝置的光輸出補償單元的工作原理的波形圖。圖5是用於描述圖3的LED驅動裝置的光輸出補償單元的工作原理的示意圖。
[0060]參照圖4及圖5，如果在脈動電壓Vr被施加到LED陣列12的第一區間Tl及第三區間T3，脈動電壓Vr比Vp/2大，則光輸出補償單元11的第一二極體Dl導通而形成第一通路(Pathl)，並按Vp/2對第一通路上的第一電容器Cl和第二電容器C2進行充電。這裡，假設第一電容器Cl的電壓和第二電容器C2的電壓相同。脈動電壓是指從整流單元10被輸出，並具有預定的峰值電壓Vp，並且根據交流成分使得電壓的大小隨著時間周期性變化的電壓。並且，由於第一二極體Dl的正向電壓遠小於Vp/2,因此可被忽略。此外,如果脈動電壓Vr大於Vp/2，則可根據通過第1-1通路(Pathl-1)從整流單元10輸出的整流電源來驅動LED陣列12。(模式I)
[0061]用公式表不前述第一模式(模式I)的效率，如以下數學式I。
[0062]數學式I
[0063]
【權利要求】
1.一種LED驅動裝置，連接到包括多個LED組的LED陣列而依次驅動所述多個LED組，包括: 整流單元，對交流電壓進行整流而產生脈動電壓； 光輸出補償單元，連接到所述整流單元的輸出端，並在所述脈動電壓小於所述多個LED組中的最小正向電壓的區間將預先存儲的補償電壓供應到所述LED陣列；及 恆流驅動單元，連接到所述多個LED組中的各個組而用恆定電流依次驅動每個LED組。
2.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其中， 光輸出補償單元包括:第一電容器、第二電容器、第一二極體、第二二極體及第三二極體， 所述第一電容器包括:連接到所述整流單元的高電位側輸出端的第一端子、及連接到所述第一二極體的正極的第二端子， 所述第二電容器包括:連接到所述第一二極體的負極的第一端子、及連接到所述整流單元的低電位側輸出端的第二端子， 所述第二二極體包括:連接到所述整流單元的低電位側輸出端的正極、及共同連接到所述第一電容器的第二端子和所述第一二極體的正極的負極， 所述第三二極體包括:共同連接到所述第二電容器的第一端子和所述第一二極體的負極的正極、及連接到所述整流單元的高電位側輸出端的負極。
3.根據權利要求2所述的LED驅動裝置，其中，光輸出補償單元還包括:在所述第一電容器及所述第二電容器之間串聯連接的電阻器。
4.根據權利要求2所述的LED驅動裝置，其中，光輸出補償單元按比所述最小正向電壓大的電壓分別對所述第一電容器及所述第二電容器進行充電。
5.根據權利要求2所述的LED驅動裝置，其中，所述整流單元將具有比所述LED陣列的正向電壓大的峰值電壓的所述脈動電壓施加到光輸出補償單元和所述LED陣列。
6.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其中，所述恆流驅動單元根據所述補償電壓來驅動所述LED陣列中的至少一個LED組連續發光。
7.一種LED驅動裝置，包括: 整流單元，對交流電壓進行整流來產生整流電壓； 發光單元，包括連接到所述整流單元的輸出端的至少一個發光元件；及 光輸出補償單元，連接到所述整流單元和所述發光單元之間，從而在所述整流電壓小於所述發光元件的正向電壓的區間與預先存儲的整流電壓對應地向所述發光單元供應電流。
8.根據權利要求7所述的LED驅動裝置，還包括:開關單元，包括連接到所述發光元件的負極的至少一個開關。
9.根據權利要求8所述的LED驅動裝置，還包括:開關控制單元，用於感測流過所述開關的電流，並根據感測到的電流的大小來控制所述開關使其短路或打開。
10.根據權利要求7所述的LED驅動裝置，其中，所述光輸出補償單元用於在所述整流電壓大於等於設定的第一電壓的區間按所述整流電壓進行充電，在所述整流電壓小於所述第一電壓的區間使充電的電壓放電。
11.根據權利要求7所述的LED驅動裝置，其中，所述光輸出補償單元包括:第一電容器及第二電容器，在所述整流單元的高電位側輸出端和低電位側輸出端之間串聯連接； 第一二極體，在所述第一電容器和所述第二電容器之間正向連接； 第二二極體，其負極連接到所述第一電容器，正極連接到所述低電位側輸出端 '及 第三二極體，其正極連接到所述第一二極體和所述第二電容器的連接節點，負極連接到所述整流單元的高電位側輸出端。
12.根據權利要求11所述的LED驅動裝置，其中，按整流電壓的峰值電壓除以電容器的級數而得到的電壓來對所述第一電容器及所述第二電容器進行充電。
13.根據權利要求11所述的LED驅動裝置，其中，所述光輸出補償單元用於如果所述整流電壓大於等於由包括在所述光輸出補償單元的電容器的級數確定的第一電壓，則電壓充電到所述第一電容器和所述第二電容器，如果所述驅動電壓小於所述第一電壓，則使在所述第一電容器及所述第二電容器充電的電壓向發光單元放電。
14.根據權利要求11所述的LED驅動裝置，其中，所述光輸出補償單元還包括:電阻器，其一端連接到所述第二二極體的負極，另一端連接到所述第二電容器和所述第三二極體的連接節點。
15.根據權利要求11至14中的任意一項所述的LED驅動裝置，其中，所述第一電壓大於所述發光兀件的正向電 壓。
【文檔編號】H05B37/02GK103999552SQ201280061990
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月14日 優先權日:2011年12月16日
【發明者】姜玄九, 鄭蕙萬 申請人:首爾半導體株式會社