[发明专利]高效率LED驱动方法

说明书

背景介绍

发明所属领域

本专利是属于发光二极管(LED)驱动控制领域里的一项发明，更具体地说是公开了一种高效率地驱动多路LED的控制方式。

相关的领域描述

LED正在给照明领域带来一场革命性的变化。效率高，体积小，寿命长，无污染，容易调光，以及伴随固体发光特性而来的机械可靠性，便携性等使得它在许多领域成为发光器件的最佳选择。LCD显示器的背光照明和普通照明是其中具有巨大发展潜力的两大领域。

在较大尺寸的显示器背光照明和较大功率的普通照明应用中通常都采用多组LED串来完成照明功能。每个LED串由几个到几十个LED串联组成。单个LED正向压降为3.3伏左右，所以LED串的工作电压一般为几十伏到一两百伏。使用多组LED串的做法一方面可以保证整个发光面亮度均匀，同时也由于普通的单个发光二极管功率有限，而大功率的LED价格又较昂贵。同时功率损耗过于集中也会给散热带来很大的困难。这些LED串可以采用每串单独供电或多串并联公用电源。因每串单独供电成本比较高，大多数应用都采用多串并联公用电源的方式，如图1所示。

由于LED的正向导通压降有相当大的离散性，而且LED的正向电流电压特性为较陡的指数曲线，多串LED直接并联时各串电流会出现较大的差异以至于造成各串发光不均匀并导致寿命不一致。因此多串并联时需要加均流控制措施。目前最常用的做法是串联线性调节线路的闭环控制，如图1所示。图1中的MOSFET管Q1，Q2，......等就是调节控制元件，R1，R2......Rk等为电流检测元件。检测到的电流信号I_SNS1......I_SNSk等反馈到误差放大器EA1，EA2，......EAk等，并通过和参考信号IREF进行比较来实现闭环控制。LED串的供电电压由另一个环路电流反馈信号进行控制。控制目标是保持能使最大正向压降的LED串维持给定电流的最小电压值。这样通过调节控制管来维持各串LED的电流相等。而背光系统的调光一般以脉宽控制方式为主，也即用改变LED导通的占空比来控制亮度。各串LED都工作在相同的占空比。

很显然这种做法是把正向压降较低的LED串回路里多余的电压消耗在调节控制管上边。因此功耗比较大。而且调节控制管上的功耗造成器件温度上升以及相应的散热要求，从而增加系统成本及机内温度并降低系统可靠性。特别当某串LED有个别短路情形时其相应的调节控制管功耗会急剧增加，以至于导至损坏或关机。从上述可见LED驱动方案的效率是提高系统性能和可靠性以及降低系统成本的关键因素之一。

在LED工作电流较大时，图1方案的效率和散热问题就更突出。为了克服这些缺点人们通常对每一串LED使用一个单独的开关电源来供电。这种做法虽然效率高，功耗小，但成本显然比较高，对于LED应用的大规模推广也有严重的影响。

本发明的总结

综上所述，本发明的目的就是要提供一种高性能、高效率、电路简单而且成本低廉的多组LED驱动方案。本方案突破了传统的利用调节控制管的线性管压降来平衡LED串的瞬时电流和用多组开关电源对LED串一对一供电的电流控制方式，采用无损耗的平衡方法和低功耗的控制方法来实现LED电流的平衡和控制，从而使得LED驱动系统的效率得到大幅度的提高，成本也大为降低。

附图说明

图1所示为一种典型的传统线性降压调节式LED驱动方案。

图2显示了一种采用对称开关变换电路经变压器变压器隔离后来驱动双向LED串偶，并使用电容器来平衡LED电流的典型电路。

图3所示为使用对称型开关变换电路来驱动另一种双向LED结构，并使用电容器来平衡LED电流的典型电路。

图4所示为采用变压器隔离式直流变换电路，并使用电感来平衡驱动多串LED电流的典型电路。

图5所示为采用降压式直流变换电路，并使用电感来平衡驱动多串LED电流的典型电路。

图6所示为另一种采用变压器隔离的对称开关变换电路从PFC电路的高压输出直接供电来驱动多路LED，并能对每路LED进行独立电流调节的典型电路。

图7所示为采用一个公用升压电路供电来驱动多路LED，并能对每路LED进行独立电流调节的典型电路。

图8描述了一种通过对LED电流的时间积分来控制平均发光亮度的概念和工作原理。

主要元件符号和文字说明

DC SUPPLY      直流供电电源        IREF           电流控制参考信号