专利名称：级联式发光二极管驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种级联式发光二极管驱动电路，尤指一种可根据电压变化而点亮不同数量的发光二极管，可提高效率的级联式发光二极管驱动电路。
背景技术：
请参阅图1，图1是一现有的发光二极管(LED)驱动电路的示意图。为了缩减电路体积及节省成本，部分厂商利用晶体管控制电路于特定的电压区间导通，藉以省略变压器及滤波电容等大体积的组件。其LED驱动电路10主要是将一交流电源12以包含有多个二极管141的桥式整流器14进行整流后，形成一直流电源。LED驱动电路10中，以一 N型金氧半功率晶体管16控制电流的导通与关闭，以一第一晶体管151限制通过LED 18的电流，并以一第二晶体管153 控制电流导通的时间。其中，功率晶体管16的汲极连接桥式整流器14，源极连接第一晶体管151的基极， 闸极连接第一晶体管151的集极。LED 18则串联于第一晶体管151的射极与桥式整流器 14之间。还包含有一第一电阻171连接于功率晶体管16的汲极与闸极之间，第五电阻175 连接于第一晶体管151的基极与射极之间，第六电阻176连接于第一晶体管151的集极与基极之间。第二电阻172与第三电阻173串联于功率晶体管16与第一晶体管151的射极之间，第二晶体管153的基极连接第二电阻172与第三电阻173的连接点，射极连接第一晶体管151的射极，第四电阻174则连接于第二晶体管153的集极与功率晶体管16的闸极之间。 另设有一电容器155，连接于LED 18的两端。根据上述的配置，当桥式整流器14输出的电压由零逐渐升高时，功率晶体管16的闸极电位亦随着升高，当闸极与源极之间的电位差大于其起始电压时，功率晶体管16开始导通，而流经第五电阻175的电流开始增加。当电流流经第五电阻175的电位差大于第一晶体管151的起始电压时，第一晶体管151亦开始导通，此时功率晶体管16的闸极电压被下拉到较低的电位而使导通电流变小。功率晶体管16导通电流变小会令流经第五电阻175 的电位差变小，导致第一晶体管151的导通程度变小，而功率晶体管16闸极电压下拉程度也会变小。如此，功率晶体管16的导通电流再度增加，于是相互牵制限制流经第五电阻175 的电流，使其成为一固定值。在桥式整流器14输出电压增加的同时，流经第二电阻172与第三电阻173的电流也渐渐变大，最后使第二晶体管153导通而将功率晶体管16的闸极电位下拉，导致功率晶体管16关闭。当桥式整流器14输出的电压由高电位逐渐下降时，第三电阻173电流逐暂减少， 当电流流经第三电阻173的电位差小于第二晶体管153的起始电压后，第二晶体管153关闭。而功率晶体管16的闸极电压提高，并使功率晶体管16导通，再度提供LED 18驱动电流。最后，桥式整流器14输出的电压降至零位，整个电路回归零电流状态并形成一循环。
上述的电路配置虽然可达到省略变压器与滤波电容的目的，然而，在整个电压的波形中，为了防止LED 18烧毁，该电路只能在很小的电压区间中导通，其余的电压范围电路都为关闭，对于能源的利用效率太低。为了提高能源使用效率，美国专利公开案US 2009/0230883 Al公开了一种堆栈式 LED控制器，各LED控制器分别用以驱动一或多个LED，可将多个LED控制器串联于电源与地电位之间。当一 LED控制器侦测其输入电压低于临界值而无法驱动其上一级LED控制器时，则由一旁路开关将上一级LED控制器旁路绕过。当输入电压高于临界值时，则关闭其旁路开关，将上一级LED控制器启动。上述的LED控制器虽可提高能源的利用效率，然而电路太过复杂，制作成本太高。 而且电压未达到一级LED控制器的临界电压前，其能量仍然被浪费掉了。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，尤指一种可根据电压变化而点亮不同数量的发光二极管，可提高效率的级联式发光二极管驱动电路。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，其主要是利用一恒流旁路电路连接发光二极管，可供级联使用。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，其中该恒流旁路电路是可由一稳压器实施。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，其发光二极管可连接于稳压器的输入端与输出端之间，由输入端输入电压，而由接地端连接下一级电路。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，可调整感测电阻值而改变恒流旁路电路的额定旁路电流值。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，于级联电路中设置一恒流组件，藉以保护各发光二极管。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，其中各恒流旁路电路的额定旁路电流值是略小于恒流组件的额定电流。本发明的又一目的，在于提供一种级联式发光二极管驱动电路，其电源可以是不稳定的直流或只需将交流电源加以整流即可使用。为达成上述目的，本发明提供一种级联式发光二极管驱动电路，包括一电源模块，用以提供一直流电压及一地电位；多个发光二极管模块，串联于直流电压与地电位之间，各发光二极管模块分别包含有一恒流旁路电路及一发光二极管，其中各恒流旁路电路分别包含有一第一端、一第二端及一第三端，各发光二极管分别连接于对应恒流旁路电路的第一端与第二端之间，各恒流旁路电路的第一端连接直流电压或上一级恒流旁路电路的第三端；及一恒流组件，串联于该多个发光二极管模块与电源模块之间。上述的级联式发光二极管驱动电路，其中各恒流旁路电路分别包含有一第一端、一第二端及一第三端；一参考电压源，连接所述第一端及第三端，用以产生一参考电压；一限流晶体管，连接于所述第一端与第二端间，用以调整通过的旁路电流；一误差放大器，其正输入端连接参考电压源，负输入端连接第二端，
所述误差放大器的输出端连接限流晶体管的闸极或基极；及一感测电阻，连接所述第二端与第三端。上述的级联式发光二极管驱动电路，其中各恒流旁路电路可分别以一稳压器实施，其中各稳压器的输入端、输出端及接地端分别为所述恒流旁路电路的第一端、第二端及
Λ-Λ- ~‘上山
弟二兄而°上述的级联式发光二极管驱动电路，其中恒流旁路电路可整合于一芯片中。上述的级联式发光二极管驱动电路，其中该恒流旁路电路的参考电压源、限流晶体管及误差放大器可整合于一芯片中，所述感测电阻则设于芯片外部。上述的级联式发光二极管驱动电路，其中所述感测电阻是可调整电阻值或更换不同电阻值的感测电阻。上述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中所述恒流组件可为一恒流
二极管。上述的级联式发光二极管驱动电路，其中各发光二极管模块可分别包含有多数个发光二极管，串联于对应恒流旁路电路的第一端与第二端间。上述的级联式发光二极管驱动电路，还包括多数个发光二极管串联于所述多数个发光二极管模块与电源模块间。上述的级联式发光二极管驱动电路，其中所述恒流组件可以一限流电阻取代。
图1 是一现有的发光二极管驱动电路的示意图。图2 是本发明优选实施例的电路示意图。图3 是本发明发光二极管模块优选实施例的电路示意图。图4 是本发明另一实施例的电路示意图。图5 是本发明又一实施例的电路示意图。图6 是本发明发光二极管模块另一实施例的电路示意图。
具体实施例方式首先，请参阅图2，图2是本发明优选实施例的电路示意图。如图所示，本实施例的级联式发光二极管驱动电路20主要包含有一电源模块22、多个发光二极管模块沈及一定电流组件观。其中，电源模块22主要用以提供一直流电压及一地电位，可由一交流电源221加上一整流单元M提供。整流单元M是以二极管241组成的桥式整流器为较佳。各发光二极管模块沈分别包含有一恒流旁路电路260及一发光二极管沈7。在各发光二极管模块26中，恒流旁路电路260具有一第一端沈1、一第二端263及一第三端沈5，发光二极管267则连接于第一端与第二端263之间。直流电压或上一级发光二极管模块沈的输出电压连接恒流旁路电路沈0的第一端261 ；恒流旁路电路沈0的第三端265则连接下一级发光二极管模块沈的恒流旁路电路 260的第一端沈1，藉由多个发光二极管模块沈串联而形成一级联电路。恒流组件(current regulative device，CRD)沘可连接于电源模块22与多个发光二极管模块26之间，或级联的发光二极管模块26之间，用以提供最终的限流功能，防止发光二极管267因通过的电流过大而烧毁。该恒流组件观可以恒流二极管(current regulative diode, CRD)实施。请参阅图3，图3是本发明发光二极管模块优选实施例的电路示意图。如图所示， 在本实施例中，恒流旁路电路30包含有一误差放大器(error amplifier，EA) 34、一参考电压源32、一限流晶体管36及一感测电阻38。其中，参考电压源32连接恒流旁路电路30的第一端301与第三端305，用以产生一参考电压。限流晶体管36连接于第一端301与第二端303之间，用以调整通过的旁路电流。误差放大器34的正输入端连接参考电压源，接收该参考电压，负输入端连接恒流旁路电路30的第二端303 ；误差放大器34的输出端则连接限流晶体管36的闸极或基极。感测电阻38连接于第二端303与第三端305之间。发光二极管307连接于第一端301与第二端303之间。假设发光二极管307为理想组件，即供应电压低于临界电压时无电流通过。则根据上述配置，当由第一端301输入的电压低于发光二极管307的临界电压时，发光二极管307为断路，所有电流流经恒流旁路电路30的限流晶体管36形成一旁路电流(bypass current, IP) 311，经感测电阻38而由第三端305流向下一级发光二极管模块。当第一端301的电压大于发光二极管307的临界电压后，发光二极管307开始导通，形成一负载电流(load current，IL) 313。由于本发明的配置，当负载电流313增加时， 将导致旁路电流311减少。当负载电流313大于或等于恒流旁路电路30的额定旁路电流时，负载电流313流经感测电阻38所产生的压降将会令误差放大器34将限流晶体管36完全关闭，所有电流经由发光二极管307及感测电阻38由第三端305流向下一级发光二极管模块。事实上，实体发光二极管307在供应电压达到临界电压之前，即开始有电流通过。 然而在本发明的配置下，只要有经过发光二极管307的负载电流313产生，则通过限流晶体管36的旁路电流311就会减少，直到限流晶体管36完全关闭，故不会有浪费能源的情形发生。当稳压器30的限流晶体管36完全关闭后，负载电流313有可能因为输入端301 的电压继续升高而增加。故为防止发光二极管307烧毁，需于驱动电路中设置一定电流组件(如图2的观)。本发明的恒流旁路电路30可整合于一芯片中，可利于后续的相关运用。请参阅图4，图4是本发明另一实施例的电路示意图。本实施例的串联式发光二极管驱动电路40的构造与图2所示实施例大致相同，惟本实施例是以稳压器420结合发光二极管427实施发光二极管模块42的功能。其中，稳压器420的输入端421对应于恒流旁路电路的第一端，稳压器420的输出端423对应于恒流旁路电路的第二端，稳压器420的接地端425则对应于恒流旁路电路的第三端。
由于稳压器420具有与本发明的恒流旁路电路类似的电路构造，故经由上述的配置方式，可达成本发明的恒流旁路的效果。此外，本发明的发光二极管模块42中，其稳压器420是以低压差稳压器(lowdropout regulator, LDO)为较佳。请参阅图5，图5是本发明又一实施例的电路示意图。本实施例的构造与图2所示实施例大致相同，惟本实施例的串联式发光二极管驱动电路50中，各发光二极管模块52、 54、56的恒流旁路电路521541、561可具有些微差异的额定旁路电流。假设恒流旁路电路Ml的额定旁路电流最大，其次是恒流旁路电路561，恒流旁路电路521最小。当电源模块22输出的直流电压零开始升高时，由于恒流旁路电路521的额定旁路电流最小，故流经发光二极管523的负载电流会最早将恒流旁路电路521的限流晶体管完全关闭，使电流完全通过发光二极管523。相对而言，即发光二极管523最早被完全点亮，其次为发光二极管563，发光二极管543则最后被完全点亮。故，经由适当的安排各发光二极管模块52、54、56中恒流旁路电路521、M1、561的输出电压，即可控制各发光二极管523、M3、563点亮的顺序。 此外，本发明的级联式发光二极管驱动电路50中，亦可直接串联多个发光二极管 58。使用此一构造，在电源模块22输出的直流电压由零开始上升时，直接串联的发光三极管58将首先被点亮，同时点亮的时间也最长，可做为灯具的中心照明使用。在直流电压高于该多个发光二极管58所造成的压降之前，电流是经由各发光二极管模块52、54、56恒流旁路电路521、M1、561的限流晶体管旁路通过，各发光二极管523、M3、563将不会被点亮。电源模块22输出的直流电压高于该多个发光二极管48所造成的压降后，持续升高的电压才会依序点亮各发光二极管模块52、56、M的发光二极管523、563、M3。当电源模块22输出的直流电压由高电位降至零时，各发光二极管将依与上述相反的顺序熄灭。请参阅图6，是本发明发光二极管模块另一实施例的电路示意图。如图所示，本实施例的发光二极管模块构造与图3所示实施例大致相同，惟其本实施例的发光二极管模块可于恒流旁路电路60的第一端601与第二端603之间串联多个发光二极管66。直流电源或上一级发光二极管模块的第三端605同样连接第一端601，第三端605 连接下一级发光二极管模块的第一端601或地电位。由于第一端601与第二端603之间串联较多的发光二极管66，恒流旁路电路60的第一端601第二端603间的跨压也应有对应的改变。调整恒流旁路电路60的第一端601与第二端603间的跨压，可使用不同的参考电压源62，或改变感测电阻64的电阻值来达成。为了方便调整第一端601与第二端603之间的跨压及额定旁路电流的大小，本发明可将恒流旁路电路60的参考电压62、误差放大器34及限流晶体管36整合于一芯片中， 而感测电阻64则外接于第二端603与第三端605之间。该感测电阻64可使用可变电阻，以利于调整电阻值，亦可于使用时视需求更换不同电阻值的电阻，以达到电路需求的功效。上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。
权利要求
1.一种级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，包括一电源模块，用以提供一直流电压及一地电位；多个发光二极管模块，串联于直流电压与地电位之间，各发光二极管模块分别包含有一恒流旁路电路及一发光二极管，其中各恒流旁路电路分别包含有一第一端、一第二端及一第三端，各发光二极管分别连接于对应恒流旁路电路的第一端与第二端之间，各恒流旁路电路的第一端连接直流电压或上一级恒流旁路电路的第三端；及一恒流组件，串联于所述多个发光二极管模块与电源模块之间。
2.如权利要求1所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中各恒流旁路电路分别包含有Λ-Λ- AjJUΛ-Λ- ~· AjJU TX A-A- ~‘ AjJU一弟一《、一弟一《及一弟二《 ；一参考电压源，连接所述第一端及第三端，用以产生一参考电压；一限流晶体管，连接于所述第一端与第二端之间，用以调整通过的旁路电流；一误差放大器，其正输入端连接参考电压源，负输入端连接第二端，所述误差放大器的输出端连接限流晶体管的间极或基极；及一感测电阻，连接所述第二端与第三端。
3.如权利要求2所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中各恒流旁路电路可分别以一稳压器实施，其中各稳压器的输入端、输出端及接地端分别为所述恒流旁路电路的第一端、第二端及第三端。
4.如权利要求2所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中恒流旁路电路可整合于一芯片中。
5.如权利要求2所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中该恒流旁路电路的参考电压源、限流晶体管及误差放大器可整合于一芯片中，所述感测电阻则设于芯片外部。
6.如权利要求5所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中所述感测电阻是可调整电阻值或更换不同电阻值的感测电阻。
7.如权利要求1所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中所述恒流组件可为一恒流二极管。
8.如权利要求1所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中各发光二极管模块可分别包含有多个发光二极管，串联于对应恒流旁路电路的第一端与第二端之间。
9.如权利要求1所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，还包括多个发光二极管串联于所述多个发光二极管模块与电源模块之间。
10.如权利要求1所述的级联式发光二极管驱动电路，其特征在于，其中所述恒流组件可以一限流电阻取代。
全文摘要
本发明是关于一种级联式发光二极管驱动电路，尤指一种可根据电压变化而点亮不同数量的发光二极管，可提高效率的级联式发光二极管驱动电路。其主要是包含有一电源模块、多个发光二极管模块及一恒流组件。其中，各发光二极管模块包含有一恒流旁路电路及至少一发光二极管，发光二极管串联于恒流旁路电路的第一端与第二端之间。各恒流旁路电路的第一端连接电源模块或上一级恒流旁路电路的第三端，再于电路中串联恒流组件，即可达到根据不同的电压点亮不同数量的发光二极管及提高能源使用效率的功效。
文档编号H05B37/02GK102480824SQ201010565000
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者陈德铮 申请人:数能科技股份有限公司