專利名稱：發(fā)光二極管驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及作為照明系統(tǒng)的發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動電路，更具體地說，涉及提供改進的系統(tǒng)效率和熱性能以及降低的成本的多種顏色(例如紅色、綠色和藍色)的發(fā)光二極管驅(qū)動電路。
發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體器件，具體地說，是一種p-n結(jié)，在向它引入電流時，它發(fā)射電磁輻射。一般，發(fā)光二極管包括一種半導(dǎo)體材料，這種材料是適當(dāng)選擇的化合物，例如鎵-砷-磷化合物。通過改變磷對砷的比例，可以調(diào)整由發(fā)光二極管發(fā)射的光的波長，進而提供不同顏色的光。通過采用不同的半導(dǎo)體材料(例如，AlInGaP和InGeN)以及受控的“雜質(zhì)”，可以制造不同顏色(諸如紅色、綠色和藍色)的LED。
隨著半導(dǎo)體材料和光學(xué)技術(shù)的進步，發(fā)光二極管日益被用于照明目的。例如，高亮度發(fā)光二極管目前正用于汽車信號、交通燈以及交通標志、大面積顯示器等。
目前，驅(qū)動單色發(fā)光二極管陣列的電子驅(qū)動電路一般采用逆向變換器。通過將輸入的線電壓(比如230Vac輸入線電壓)轉(zhuǎn)換為電壓源(比如30V電壓源)，逆向變換器被用于驅(qū)動發(fā)光二極管陣列燈。然后利用線性調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)光二極管陣列電流。
對于采用多種顏色發(fā)光二極管陣列的系統(tǒng)，目前使用的電子驅(qū)動電路一般采用多個功率變換器。例如，

圖1說明了一種驅(qū)動電路的典型方案，其中發(fā)光二極管陣列具有三種顏色。具體地說，圖1示出了具有紅色、藍色和綠色發(fā)光二極管的系統(tǒng)10，其中各個發(fā)光二極管陣列采用單獨的功率變換器。
例如，紅色發(fā)光二極管陣列12采用功率變換器22，而綠色發(fā)光二極管陣列14采用功率變換器24，同時藍色發(fā)光二極管陣列16采用功率變換器26。由光電檢測器測量來自各個發(fā)光二極管陣列的光強度，該光電檢測器將對應(yīng)于強度的信號發(fā)送到控制模塊30?？刂颇K30被配置成交替地接通或斷開相應(yīng)的發(fā)光二極管陣列，從而可以獨立地測量各個陣列的強度。另外，控制模塊30向功率變換器22、24和26傳遞信號，這些功率變換器中的每一個利用該信號控制流經(jīng)它們相應(yīng)的發(fā)光二極管的電流。
但是，用于各個發(fā)光二極管的單獨的功率變換器的部件的冗余性增加了驅(qū)動電路的尺寸和成本，并降低了電路的效率。所以，需要一種改進的發(fā)光二極管驅(qū)動電路，這種發(fā)光二極管驅(qū)動電路沒有先有技術(shù)如上所述的問題。
根據(jù)一個實施例，本發(fā)明涉及具有多個局部反饋輸出電流控制電路的白光LED驅(qū)動電路。驅(qū)動電路包括電源和具有初級繞組的變壓器，該初級繞組被連接到所述電源并且被配置成從所述電源接收電流。變壓器也具有多個耦合到初級繞組的次級繞組。該電路也包括多個發(fā)光二極管(LED)陣列，其中各個發(fā)光二極管陣列在局部反饋控制配置中被連接到次級繞組之一。
主控制器被配置成控制流向變壓器初級繞組的電流。該電路也包括多個次級控制器。各個次級控制器被連接到相應(yīng)的發(fā)光二極管陣列。另外，各個次級控制器被配置成控制流向其相應(yīng)的發(fā)光二極管陣列的電流。在另一實施例中，主控制器被連接到第一LED陣列。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，各個發(fā)光二極管具有連接到其負極端子的電阻。各電阻的輸出信號被傳遞到相應(yīng)的控制器，同時該輸出信號被用于確定流向發(fā)光二極管陣列的適當(dāng)?shù)碾娏鳌ｒ?qū)動電路可被配置成逆向變換器或者正向變換器，在所述逆向變換器中，變壓器初級繞組纏繞的方向與變壓器次級繞組纏繞的方向相反，在所述正向變換器中，變壓器初級繞組纏繞的方向與變壓器次級繞組纏繞的方向相同。
從以下參考附圖的描述將進一步理解本發(fā)明，附圖中圖1說明采用多個彩色發(fā)光二極管陣列的典型發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路配置，就像先有技術(shù)的照明系統(tǒng)所采用的一樣；圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子發(fā)光二極管驅(qū)動電路；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電子發(fā)光二極管驅(qū)動電路；圖4說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電子發(fā)光二極管驅(qū)動電路；圖5說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電子發(fā)光二極管驅(qū)動電路。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子發(fā)光二極管驅(qū)動電路。具體地說，圖2說明白色發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路100，它具有多個LED陣列并采用多個輸出逆向變換器，這一點將在下面進行更詳細的討論。另外，發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路100采用輸出電流模式控制，這一點也將在下面進行更詳細的討論。電路最好具有LED陣列，每一個陣列對應(yīng)于顏色紅、綠和藍中的一種顏色。
如圖2所示，電壓源101提供輸入電壓信號Vin，后者在變壓器初級繞組104被接收。被配置為與變壓器初級繞組104相鄰并與變壓器初級繞組104聯(lián)合工作的是變壓器次級繞組114、124和134。如圖所示，變壓器初級繞組104纏繞的方向與變壓器次級繞組114、124和134纏繞的方向相反，從而提供逆向功能。
電路驅(qū)動器100還包括晶體管106和電容108。晶體管106和電容108提供有源箝位能力。變壓器次級繞組114向連接在變壓器次級繞組114的相對的兩端的紅色發(fā)光二極管陣列110提供電流信號。并聯(lián)連接在變壓器次級繞組114兩端的是電容116。連接在變壓器次級繞組114和電容116之間的是二極管117。
在電阻112檢測紅色發(fā)光二極管陣列110的輸出電流信號并將該輸出電流信號發(fā)送到主控制器140。主控制器140接收電流信號并利用該信號控制流向變壓器初級繞組104的電流。晶體管開關(guān)150被連接到主控制器140，并且也被用來控制流經(jīng)變壓器初級繞組104的電流。
如上所述，變壓器次級繞組124也被耦合到變壓器初級繞組104，以便與之聯(lián)合工作。變壓器次級繞組124向連接在繞組124的相對的兩端的綠色發(fā)光二極管陣列120提供電流。并聯(lián)連接在變壓器次級繞組124兩端的是電容126。在電阻122上檢測綠色發(fā)光二極管陣列120的輸出電流信號并將其發(fā)送到控制器128。
連接在變壓器次級繞組124和電容126之間的是二極管127和晶體管129。晶體管129最好是n溝道增強型MOSFET晶體管。變壓器次級繞組124的第一端被直接連接到控制器128，而第二端被連接到二極管127的正極端子。二極管127的負極端子被連接到晶體管129的漏極端子。晶體管129的柵極端子被連接到控制器128。晶體管129的源極端子被連接到控制器128，并且還連接到包括電容126和綠色發(fā)光二極管陣列120的并聯(lián)支路。通過控制晶體管129的操作，控制器128控制發(fā)送到綠色發(fā)光二極管陣列120的電流信號。
變壓器次級繞組134也被耦合到變壓器初級繞組104。變壓器次級繞組134向連接在繞組134相對的兩端的藍色發(fā)光二極管陣列130提供電流信號。并聯(lián)連接在變壓器次級繞組134兩端并在藍色發(fā)光二極管陣列130之前的是電容136。在電阻132上檢測藍色發(fā)光二極管陣列130的輸出電流信號并將其發(fā)送到控制器138。
連接在變壓器次級繞組134和電容136之間的是二極管137和晶體管139。如之前針對晶體管129所提及的，晶體管139最好是n溝道增強型MOSFET晶體管。變壓器次級繞組134的第一端被直接連接到控制器138，而第二端被連接到二極管137的正極端子。二極管137的負極端子被連接到晶體管139的漏極端子。晶體管139的柵極端子被連接到控制器138。晶體管139的源極端子被連接到控制器138，并且還連接到包括電容136和藍色發(fā)光二極管陣列130的并聯(lián)支路。通過控制晶體管139的操作，控制器138控制發(fā)送到藍色發(fā)光二極管陣列130的電流信號。
應(yīng)當(dāng)指出，盡管圖2所示本發(fā)明的實施例說明主控制器140被連接到紅色發(fā)光二極管陣列110，但本發(fā)明也設(shè)想主控制器140被連接到綠色發(fā)光二極管陣列120或藍色發(fā)光二極管陣列130。具體地說，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，驅(qū)動電路100被配置為綠色發(fā)光二極管陣列120被連接到主控制器140，而紅色和藍色發(fā)光二極管陣列110和130被連接到獨立的諸如控制器128和138的次級控制器。在本發(fā)明的又一個實施例中，驅(qū)動電路100被配置為藍色發(fā)光二極管陣列130被連接到主控制器140，而紅色和綠色發(fā)光二極管陣列110和120被連接到獨立的諸如控制器128和138的次級控制器。
不論哪個發(fā)光二極管陣列被連接到主控制器140，采用連接到剩下的發(fā)光二極管陣列的諸如控制器128和138的次級控制器能夠在局部反饋回路控制配置中獨立控制各個輸出電流。即使在輸出通路之間存在某種交互作用時也是這種情況。
與先有技術(shù)的典型發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路比較，本發(fā)明的多個輸出逆向變換器具有減少電路中的冗余部件的優(yōu)點。具體地說，先有技術(shù)的典型發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路對每種顏色的發(fā)光二極管陣列采用獨立的變換器，而本發(fā)明的電路采用具有多個輸出的單一變換器，從而降低了電路的尺寸和成本。
現(xiàn)在參考圖4，也可以對本發(fā)明的驅(qū)動電路進行如下配置對紅色發(fā)光二極管陣列也進行局部控制。例如，在圖4所示的實施例中，利用局部次級控制器418控制流向紅色發(fā)光二極管陣列的電流，其控制方式與分別利用控制器428和438控制流向綠色和藍色發(fā)光二極管陣列的電流的方式一樣。在這個實施例中，另一晶體管被連接到二極管417的負極端子以及局部次級控制器，其連接方式與晶體管429和439被連接到它們相應(yīng)的二極管和局部次級控制器的方式相似。電阻412上的電流信號被發(fā)送到局部控制器，而不是主控制器440。因此，在此實施例中，所有發(fā)光二極管都是局部控制的。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電子發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路。具體地說，圖3說明白光LED驅(qū)動電路200，它采用了多輸出前向變換器，與圖2所示的驅(qū)動電路100的逆向變換器相反。類似于驅(qū)動電路100，發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路200采用輸出電流模式控制，其中利用發(fā)光二極管陣列輸出電流信號控制該電路。
如上述實施例中，電壓源201提供輸入電壓信號Vin，它作為交流信號在變壓器初級繞組204被接收。變壓器初級繞組204纏繞的方向與變壓器次級繞組214、224和234纏繞的方向相同，從而提供前向而不是逆向的變換器功能。
驅(qū)動電路200也包括晶體管206和電容208。晶體管206和電容208提供有源箝位能力。變壓器次級繞組214向連接在繞組214相對的兩端的紅色發(fā)光二極管陣列210提供電流信號。連接在變壓器次級繞組214的第一端上的是電容217和變壓器繞組215。并聯(lián)連接在變壓器次級繞組214兩端并且在二極管217和變壓器繞組215之間的是二極管213。另外，并聯(lián)連接在變壓器次級繞組214兩端并且在變壓器繞組215和紅色發(fā)光二極管陣列210之間的是電容216。
在電阻212上檢測紅色發(fā)光二極管陣列210的輸出電流信號。主控制器240接收電流信號并利用該信號控制流經(jīng)電路200、具體地說是流經(jīng)紅色發(fā)光二極管陣列210的電流。晶體管開關(guān)250被連接到主控制器240，并且也控制流經(jīng)紅色發(fā)光二極管陣列210的電流。
變壓器次級繞組224也被耦合到變壓器初級繞組204。連接到變壓器次級繞組224的是綠色發(fā)光二極管陣列220。連接在變壓器次級繞組224和電容226之間的是二極管227、變壓器繞組225和晶體管229。具體地說，變壓器次級繞組224被連接到二極管227的正極端子，而二極管227的負極端子被連接到晶體管229的漏極端子。晶體管229最好是n溝道增強型MOSFET晶體管。晶體管229的柵極端子被連接到控制器228。
并聯(lián)連接在變壓器次級繞組224兩端并在變壓器繞組225和綠色發(fā)光二極管陣列220之間的是電容226。另外，并聯(lián)連接在變壓器次級繞組224兩端并在晶體管229和變壓器繞組225之間的是二極管223。在電阻222上檢測流經(jīng)綠色發(fā)光二極管陣列220的電流信號。電阻222的電流信號被發(fā)送到控制器228。連接在變壓器次級繞組224和電容226之間的是二極管227和晶體管229。通過控制晶體管229的操作，控制器228控制發(fā)送到綠色發(fā)光二極管陣列220的電流信號。
變壓器次級繞組234也被耦合到變壓器初級繞組204。連接到變壓器次級繞組234的是藍色發(fā)光二極管陣列230。連接在變壓器次級繞組234和電容236之間的是二極管237、變壓器繞組235和晶體管239。具體地說，變壓器次級繞組234被連接到二極管237的正極端子，而二極管237的負極端子被連接到晶體管239的漏極端子。晶體管239最好是n溝道增強型MOSFET晶體管。晶體管239的柵極端子被連接到控制器238。
并聯(lián)連接在變壓器次級繞組234兩端并在變壓器繞組235和藍色發(fā)光二極管陣列230之間的是電容236。另外，并聯(lián)連接在變壓器次級繞組234兩端并在晶體管239和變壓器繞組235之間的是二極管233。在電阻232上檢測流經(jīng)藍色發(fā)光二極管陣列230的電流信號。電阻232上的電流信號被發(fā)送到控制器238。連接在變壓器次級繞組234和電容236之間的是二極管237和晶體管229。通過控制晶體管229的操作，控制器228控制發(fā)送到藍色發(fā)光二極管陣列220的電流信號。
如結(jié)合圖2中所示的本發(fā)明的實施例所指出的那樣，圖3所示實施例也可以被配置成將主控制器240連接到綠色發(fā)光二極管陣列220或藍色發(fā)光二極管陣列230，而不是紅色發(fā)光二極管陣列210。具體地說，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，驅(qū)動電路200被配置成綠色發(fā)光二極管陣列220被連接到主控制器240，而紅色和藍色發(fā)光二極管陣列210和230被連接到諸如控制器228和238的獨立控制器。在本發(fā)明的又一個實施例中，驅(qū)動電路100被配置成藍色發(fā)光二極管陣列230被連接到主控制器240，而紅色和綠色發(fā)光二極管陣列210和220被連接到諸如控制器128和138的獨立控制器。
不論哪個發(fā)光二極管陣列被連接到主控制器240，采用連接到剩下的發(fā)光二極管陣列的諸如控制器228和238的獨立控制器能夠獨立地控制發(fā)光二極管的各個輸出電流。即使在輸出通路之間存在某種交互作用時也是這種情況。
現(xiàn)在參考圖5，本發(fā)明的驅(qū)動電路也可以被配置成對紅色發(fā)光二極管陣列也進行局部控制。例如，在圖5所示的實施例中，利用局部次級控制器518控制流向紅色發(fā)光二極管陣列的電流，其控制方式與分別利用控制器528和538控制流向綠色和藍色發(fā)光二極管陣列的電流的方式一樣。在這個實施例中，另一晶體管被連接到二極管517的負極端子以及局部控制器，其連接方式與晶體管529和539被連接到它們相應(yīng)的二極管和局部控制器的方式相似。電阻512上的電流信號被發(fā)送到局部控制器518，而不是主控制器540。因此，在此實施例中，所有的發(fā)光二極管都是局部控制的。
如結(jié)合圖2的逆向變換器所討論的，本發(fā)明的多個輸出前向變換器與先有技術(shù)的典型發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路相比，具有減少電路中的冗余部件的優(yōu)點。具體地說，先有技術(shù)的典型發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路對每種顏色的發(fā)光二極管陣列采用獨立的變換器，而本發(fā)明的電路采用具有多個輸出的單一變換器，從而降低了電路的尺寸和成本。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的具體實施例，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然可以在其中進行變化和修改，并不背離本發(fā)明，因此，所附權(quán)利要求書應(yīng)該被理解為覆蓋所有落在本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動電路(100，200)，它包括電源(101)；變壓器，它具有初級繞組(104)、后者連接到所述電源并被配置成從所述電源接收電流以及多個耦合到所述初級繞組的次級繞組(114、124、134)；多個發(fā)光二極管陣列(110、120、130)，其中每個發(fā)光二極管(LED)陣列被連接到所述多個次級繞組之一；主控制器(140)，它被配置成控制流向所述變壓器初級繞組的電流；多個次級控制器(128、138)，每個所述次級控制器被連接到所述多個發(fā)光二極管陣列中相應(yīng)的那個陣列，其中所述次級控制器被配置成控制流向相應(yīng)的發(fā)光二極管陣列的電流。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其特征在于所述主控制器被連接到所述LED陣列的第一個，而所述每個次級控制器分別被連接到所述其它LED陣列中的一個。
3.如權(quán)利要求1所述的電路(100)，其特征在于所述多個發(fā)光二極管中的每一個連接到電阻(112、122、132)。
4.如權(quán)利要求3所述的電路(100)，其特征在于所述各個電阻的輸出信號被發(fā)送到相應(yīng)的所述控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的電路(100)，其特征在于所述變壓器包括逆向變換器。
6.如權(quán)利要求5所述的電路(100)，其特征在于所述逆向變換器包括所述變壓器初級繞組，該初級繞組的所述纏繞方向與所述變壓器次級繞組纏繞的方向相反。
7.如權(quán)利要求1所述的電路(200)，其特征在于所述變壓器包括前向變換器。
8.如權(quán)利要求7所述的電路(200)，其特征在于所述前向變換器包括所述變壓器初級繞組，所述初級繞組的所述纏繞方向與所述變壓器次級繞組纏繞的方向相同。
9.如權(quán)利要求1所述的電路(100)，其特征在于所述電路是白色發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路。
10.如權(quán)利要求1所述的電路(100)，其特征在于所述多個發(fā)光二極管陣列是三個。
全文摘要
一種具有多個輸出的逆向或正向變換器并具有輸出電流模式控制的白色發(fā)光二極管陣列驅(qū)動電路。電路包括電源和變壓器。該變壓器具有被連接到電源并被配置成從電源接收電流的初級繞組(104)以及多個耦合到所述初級繞組的次級繞組。電路還包括多個發(fā)光二極管陣列，其中每個發(fā)光二極管陣列被連接到所述多個次級繞組之一。主控制器被配置成控制流向所述變壓器初級繞組的電流。電路還包括多個次級控制器，每個所述次級控制器被連接到所述多個發(fā)光二極管陣列中相應(yīng)的那個陣列。另外，每個次級控制器被配置成控制流向其相應(yīng)的發(fā)光二極管陣列的電流。
文檔編號H05B33/08GK1418452SQ01806744
公開日2003年5月14日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者張勁, S·穆圖, G·W·布倫林 申請人:皇家菲利浦電子有限公司