发光二极管驱动器

摘要

公开了一种LED驱动器(10)。LED驱动器(10)包括高频逆变器(20)和阻抗电路(30)。高频逆变器(20)用来产生高频电压源，而阻抗电路(30)引导交变电流通过LED阵列(40)流动，LED阵列(40)包括一对或多对反并联LED对、一个或多个反并联LED串和/或一个或多个反并联LED矩阵。可以采用晶体管(T3)来改变来自LED阵列(40)的交变电流流动的方向或者改变通过LED阵列(40)的交变电流流动的方向。

权利要求

1.一种发光二极管驱动器，用于驱动具有反并联结构的发光二 极管阵列(40)，该驱动器包括：逆变器(20)，可用来以开关频率提供交变电压；

阻抗电路(30)，可用来引导交变电流通过所述发光二极管阵列 (40)的流动，以响应所述交变电压；

其特征在于，至少一个开关(T3)并联耦合到所述发光二极管阵 列(40)。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中所述发光二极管 阵列(40)包括具有至少两个发光二极管(LED1，LED2)的至少一个反 并联结构，这个反并联结构与第一电容器(C2)串联耦合；

其中一个所述开关(T3)并联耦合到所述第一电容器(C2)和所 述发光二极管的反并联结构的串联结构。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中所述发光二极管 阵列(40)包括具有至少两个发光二极管(LED1，LED2)的至少一个反 并联结构，这个反并联结构与第一电容器(C2)串联耦合；

其中至少一个所述开关(T3)串联耦合到相应的第二电容器(C6)； 和

其中所述开关(T3)和所述相应的第二电容器(C6)的串联结构 被并联耦合到所述第一电容器(C2)和所述发光二极管的反并联结构 的串联结构。

4.如权利要求2所述的发光二极管驱动器，其中所述阻抗电路(30) 包括第三电容器(C5)，该第三电容器(C5)串联耦合到电感器(L1)以 及串联耦合到以下两个方面的并联结构，其中一方面是一个所述开关 (T3)，且另一方面是所述第一电容器(C2)和所述发光二极管的反并 联结构的所述串联结构。

5.如权利要求3所述的发光二极管驱动器，其中所述阻抗电路(30) 包括第三电容器(C5)，该第三电容器(C5)串联耦合到电感器(L1)以 及串联耦合到以下两个方面的并联结构，其中一方面是所述开关(T3) 和所述相应的第二电容器(C6)的所述串联结构，且另一方面是所述 第一电容器(C2)和所述发光二极管的反并联结构的所述串联结构。

6.如权利要求1或2所述的发光二极管驱动器，其中至少一个所 述开关(T3)以脉冲宽度调制的方式进行切换。

7.如权利要求1或2所述的发光二极管驱动器，进一步包括具有 反并联结构的发光二极管阵列(40)，该发光二极管阵列(40)是发光 二极管驱动器的组成部分。

8.如权利要求1或2所述的发光二极管驱动器，进一步包括连接 端子，用于连接具有反并联结构的发光二极管阵列(40)。

9.如权利要求1或2所述的发光二极管驱动器，其中所述发光二 极管阵列(40)包括具有至少两个发光二极管的发光二极管对(40a)、 一对发光二极管串(40b)或发光二极管矩阵。

说明书

本发明一般涉及用于启动发光二极管(“LED”)阵列的驱动器。本 发明具体地涉及由高频逆变器电路提供的交变电流供电的LED阵列， 以及由可以切换来实现减光和切换功能的阻抗阵列控制的LED阵列。

LED是向其提供电流就能发光的半导体器件。LED本质上是直流 (DC)器件，它只能传送一个极性的电流，并且历来由DC电压源驱动， 利用电阻器来限制通过LED的电流。一些控制器以电流控制方式来 启动器件，这种方式比电阻控制方式更简单和高效，并可通过脉冲 宽度调制来提供”线性”光输出控制。但这种方法一次只能控制一个阵 列而且很复杂。

如果LED连接成”反并联”配置，如专利WO98/02020和JP11/330561 所述，那么，也可以利用AC电源来启动LED。这样的工作允许用简 单的方法来控制LED阵列，不过是用低频AC线路来启动LED阵列。 但是，这种方法采用大的元件并且不提供光输出的控制。

本发明将解决先有技术的这些问题。

本发明是发光二极管驱动器。本发明的许多方面是新颖的，非 显而易见的，而且具有各种优点。虽然这里涉及的本发明的实际性 质仅可参考所附权利要求书来确定，但在此简要说明能代表此文公 开的实施例特征的一些特性。

本发明的一种形式是LED驱动器，它包括用于连接LED阵列的 连接端子，逆变器和阻抗电路。LED阵列具有”反并联”配置。逆变器 可以用来提供开关频率的交变电压。阻抗电路可以用来对交变电压 作出响应而引导交变电流通过连接所述LED阵列的连接端子流动。 一方面，阻抗电路包括电容器，而LED阵列包括与所述电容器串联 的反并联LED对、反并联LED串和/或反并联LED矩阵。另一方面， 晶体管并联到连接所述LED阵列的连接端子，所述晶体管可以用来 控制(例如改变或使其转向)通过LED阵列的交变电流。

从以下结合附图对优选实施例的详细说明中，可以更清楚地了 解本发明的上述形式以及其它形式、特征和优点。详细说明和附图 仅是为了说明而非限制本发明，本发明的范围由所附权利要求书及 其等效物所定义。

图1示出本发明的LED驱动器的方框图；

图2说明图1的LED驱动器的第一实施例，所述驱动器驱动按 照本发明的LED阵列的第一实施例；

图3说明图1的LED驱动器，所述驱动器驱动按照本发明的LED 阵列的第二实施例；

图4说明图1的LED驱动器的第二实施例，所述驱动器驱动按 照本发明的LED阵列的第三实施例；

图5说明图1的LED驱动器的所述第二实施例，所述驱动器驱 动按照本发明的LED阵列的第四实施例；

图6说明图1的LED驱动器的第三实施例，所述驱动器驱动按 照本发明的LED阵列的第五实施例；

图7说明按照本发明的照明系统的第一实施例；以及

图8说明按照本发明的照明系统的第二实施例。

图1示出本发明的LED驱动器10，用于驱动LED阵列40。LED 驱动器10包括高频(HF)逆变器20和阻抗电路30。对来自直流电压 源VDC的直流电流IDC作出响应，HF逆变器20以开关频率(例如20kHz 到100kHz)将交变电压VAC传送到阻抗电路30，阻抗电路30再将交变 电流IAC传送到LED阵列40。HF逆变器20允许以一种简单而高效的 方法来控制传送到LED阵列40的电流。HF逆变器20还允许来自直 流电压源VDC的高效电流控制。HF逆变器20的形式包括但不限于电 压馈电的半桥式、电流馈电的半桥式和电流馈电的推挽式。也可采 用本领域的已知技术使用频率调制来控制输出电流，频率调制可以 用来进一步改进本发明的调整过程。

图2说明本发明的LED驱动器10(图1)的第一实施例。HF逆变 器20a包括用于控制半桥的半桥式控制器21，所述半桥由MOSFET形 式的晶体管T1和T2组成。HF逆变器20a通常以交替反向方式激活或 去激活晶体管T1和T2，以便在晶体管T1和T2之间产生DC脉冲电压(未 示出)。DC脉冲电压被加到电容器C1的两端，产生加到阻抗电路30a 上的电压方波(未示出)。

阻抗电路30a包括串联到电容器C1上的电感器L1和电容器C2。 电感器L1和电容器C2通过连接端子401、402引导交变电流IAC通过 连接到驱动器电路的LED阵列40a，LED阵列40a有发光二极管LED1 和发光二极管LED2，二者反并联连接(即极性相反)。当交变电流IAC 为正极性时，交变电流IAC流过发光二极管LED1。当交变电流IAC为 负极性时，交变电流IAC流过发光二极管LED2。阻抗元件L1和C2与发 光二极管LED1和发光二极管LED2连接成”串联谐振、串联加载”结构。 在这种结构中，可以将环行电流减至最小且可以实现晶体管T1和T2 的”零电压转换”，形成有效而简单的电路。

这种结构的另一优点是能够通过改变半桥的频率来改变通过LED 的电流。在这种结构中，随着频率增加，通过LED的电流一般会减 小，而随着频率降低，电流会增加。如果对半桥加上频率控制，就 可实现LED的可变光输出。

图3示出驱动LED阵列40b的HF逆变器20a(图2)和阻抗电路 30a(图2)，LED阵列40b具有连接成反并联结构的LED串，代替了单 个的LED。当交变电流IAC为正极性时，交变电流IAC流过发光二极管 LED1、发光二极管LED3和发光二极管LED5。当交变电流IAC为负极性 时，交变电流IAC流过发光二极管LED2、发光二极管LED4和发光二极 管LED6。在另外的实施例中，如果必要，LED串可以有串联LED的不 同编号，并且也可连接成电气上等效的结构或”矩阵结构”等本专业的 技术人员已知的结构。

图4示出LED驱动器10(图1)的第二实施例。阻抗电路30b包 括与并联连接的电容器C2、电容器C3和电容器C4串联的电感器L1。 阻抗电路30b引导交变电流IAC通过LED阵列40C。反并联连接的发光 二极管LED1和发光二极管LED2与电容器C2串联。反并联连接的发光 二极管LED3和发光二极管LED4与电容器C3串联。反并联连接的发光 二极管LED5和发光二极管LED6与电容器C4串联。当交变电流IAC为 正极性时，交变电流IAC的各分流部分流过发光二极管LED1、发光二 极管LED3和发光二极管LED5。当交变电流IAC为负极性时，交变电流 IAC的各分流部分流过发光二极管LED2、发光二极管LED4和发光二极 管LED6。电容器C2、电容器C3和电容器C4的电容值相等，所以交变 电流IAC在反并联的LED接法之间等量分流。

电容器C2、电容器C3和电容器C4可以是低成本小型表面安装型 电容器，可以作为子组件直接安装到LED阵列40c上。用这种方式驱 动LED对，这种驱动方案就具有以下优势：即，如果一个LED失效” 断开”，就只有一对LED变暗，而不是像其它驱动方案那样一整串变 暗。虽然示出由三对反并联连接的LED构成的LED阵列40c，但本专 业技术人员可以看出图3所示的反并联连接的LED”串”也可用同样方 式连接，也可具有任何数量的LED对/串/矩阵，以及相应数量的分流 电容器。而且，如果在不同的LED对/串/矩阵中需要不同大小的电流， 那么，通过选择具有与所需电流比成反比的不同电容量的电容器就 可实现到这一点。

图5示出LED驱动器10(图1)的第三实施例。阻抗电路30c包 括电感器L1，它与电容器C5串联，而电容器C5与并联连接的电容器 C2、电容器C3和电容器C4串联。阻抗电路30c引导交变电流IAC通过 由连接端子401、402连接的LED阵列40d。反并联连接的发光二极 管LED1和发光二极管LED2与电容器C2串联。反并联连接的发光二极 管LED3和发光二极管LED4与电容器C3串联。反并联连接的发光二极 管LED5和发光二极管LED6与电容器C4串联。形式为晶体管T3的开关 并联到反并联的LED接法。本专业的技术人员能理解，其它形式的 开关也可取代晶体管T3。在所示实施例中，T3是LED驱动器的一部分。 或者，也可将晶体管T3组合到LED阵列40d中。当交变电流IAC为正 极性时，交变电流IAC的各分流部分流过发光二极管LED1、发光二极 管LED3和发光二极管LED5。当交变电流IAC为负极性时，交变电流IAC 的各分流部分流过发光二极管LED2、发光二极管LED4和发光二极管 LED6。可以按比例分配电容器C2、电容器C3和电容器C4的电容值， 以便将交变电流IAC按任何所需比例分配给各LED对。晶体管T3的工 作用来将来自反并联LED接法的交变电流IAC转变方向，从而断开 LED。该图中包括电容器C5，以便在晶体管T3导通或断开而所述电路 仍然可以以仅由电容器C2、电容器C3和电容器C4构成的串联谐振电 容工作时，将从半桥20a看去的有效阻抗的变化以及电流电平IAC的 变化减至最小。也可以用图3所示的LED串或LED的矩阵连接来代替 LED对。

虽然为了演示，在图中示出三个LED对和三个电容器，但是， 对于本专业的技术人员来说，显然任何数量的LED对、LED串和/或LED 矩阵都可以配以适当的电容器来使用，由半桥20a驱动并可用晶体 管T3切换。

图6示出LED驱动器10(图1)的第四实施例。阻抗电路30c包 括电感器L1，它与电容器C5串联，而电容器C5与并联连接的电容器 C2、电容器C3、电容器C4和电容器C6串联。阻抗电路30d引导交变 电流IAC通过LED阵列40d。反并联连接的发光二极管LED1和发光二 极管LED2与电容器C2串联。反并联连接的发光二极管LED3和发光二 极管LED4与电容器C3串联。反并联连接的发光二极管LED5和发光二 极管LED6与电容器C4串联。晶体管T3与电容器C6串联。当交变电流 IAC为正极性时，交变电流IAC的各分流部分流过发光二极管LED1、发 光二极管LED3和发光二极管LED5。当交变电流IAC为负极性时，交变 电流IAC的各分流部分流过发光二极管LED2、发光二极管LED4和发光 二极管LED6。可以按比例分配电容器C2、电容器C3和电容器C4的电 容值，以便将交变电流IAC按任何所需比例分配给各LED对。晶体管 T3的工作是借助于转变通过电容器C6的电流方向而降低通过反并联 LED接法的交变电流IAC各分流部分的安培电平。

可以用图3所示的LED串或LED的矩阵连接来代替LED对。

虽然为了演示，在图中示出三个LED对和三个电容器，但对本 专业的技术人员来说，显然，可以使用具有适当电容器的任何数量 的LED对、LED串或LED矩阵，所述LED对、LED串或LED矩阵由半 桥20a驱动并且可以利用晶体管T3和适当的电容器来切换通过它们 的电流幅度。

本专业的技术人员应理解，通过使用图5和图6所示开关方案 的组合并通过使用如图6配置的多个开关和电容器，对于给定的LED 阵列就可实现多种程度的照明。如果附加的电容器和开关配置成如 图6的C6和T3，则可实现多种程度的照明。如果加上一个开关晶体 管如图5的晶体管T3，还可加上接通/断开功能。

在另外的实施例中，如果在图5或图6的配置中是以”脉冲宽度 调制”方式接通和断开晶体管T3的话，则还可以把”线性”减光控制应 用到这些配置上。如果以这种方式接通和断开晶体管T3，光输出就 可以线性控制，由晶体管T3的”全通”或”全断”确定最大和最小输出， 其间的所有各种亮度电平则是晶体管T3导通时间的占空比的函数。

图7示出本发明照明系统的第一实施例，它组合了图5所示的 通/断开关特征和图6所示的幅度控制特征。汽车后照明系统就是这 种要求的应用实例。在汽车后照明系统中，通/断要求用于转向信号 功能，而两种光输出电平用于尾灯和刹车灯功能。

HF逆变器20、阻抗电路30c和连接的LED阵列40c构成转向信 号装置，如前结合图5所述的晶体管T3的工作便于LED阵列40c闪 烁发光。HF逆变器20、阻抗电路30d和连接的LED阵列40d构成刹 车信号装置，如前结合图6所述的晶体管T3的工作便于LED阵列40d 的亮/暗交替发光。这样，单一的半桥驱动级就可用来分别控制两组 LED，各有程度不同的照明。

虽然图7示出一个半桥使两组LED阵列工作，但本专业的技术 人员应理解可以连接任何数量的不同结构的阵列，每个阵列通过附 图和前述的控制方案独立工作。

图8示出本发明照明系统的第二实施例，它组合了图5所示的 通/断开关特征和图6所示的幅度控制特征，可以用作汽车后照明系 统。阻抗电路30e包括电感器L1，L1与容性阵列31a串联，而阵列31a 由电容器C2、电容器C3、电容器C4和电容器C5构成，如对图5的 说明所述。电感器L1还串联到容性阵列31b，阵列31b由电容器C2、 电容器C3、电容器C4、电容器C5和电容器C6构成，如对图6的说明 所述。HF逆变器20、阻抗电路30e和连接的LED阵列40c构成转向 信号装置，如前结合图5所述的晶体管T3的工作便于LED阵列40c 闪烁发光。HF逆变器20、阻抗电路30e和连接的LED阵列40d构成 刹车信号装置，如前结合图5所述的晶体管T3的工作便于LED阵列40d 的亮/暗交替发光。在此实施例中，只用单一的电感器L1，将控制电 路的尺寸和成本减至最小。

在上述结合图1-8说明的本发明中，本专业的技术人员应理解， HF逆变器20及其实施例组合了体积小和高效率的优点。而且，阻抗 电路30、LED阵列40及其实施例采用基于简单多阵列能力的可变频 率的”线性”光输出控制。此外，LED阵列40d及其各种变型允许从单 一驱动器进行多LED的”阶跃式”光输出和通/断开关控制。这种类型 的控制在操作汽车上的行进/停止/转向信号或交通灯的停止/注意/前 行信号都很有用。

虽然此处公开的本发明的实施例当前被认为是优选的，但也可 作各种变化和修改，而不背离本发明的精神和范围。本发明的范围 在所附权利要求书中表明，且在等效的意义和范围内所有改变应包 括在权利要求书内。

对于上述详细说明的实施例的可供选择的方案是：LED阵列40 可以是LED驱动器的一个组成部分。