專利名稱：發光二極管電流平衡電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電路領域，特別涉及一種發光二極管電流平衡電路。
背景技術：
LED (Light-Emitting Diode，發光二極管)由于具有省電、色彩飽和度高、反應速 度快、耐震耐壓和體積小等多項優點，目前開始廣泛應用于液晶顯示器、液晶電視、掃描儀、 廣告燈箱和筆記本電腦等電子裝置所需的光源。請參見圖1，圖1是現有技術提供的LED電 流平衡電路的電路示意圖。LED光源1包括多個并聯耦接的燈串11 16，且每個燈串包括 多個串聯耦接的LED Dl Dn，其中η為大于1的整數。在每個燈串中，LED Dl的陽極端為 燈串的第一端，LED Di的陰極端耦接LED D(i+1)的陽極端，LED Dn的陰極端為燈串的第二 端，其中 i 為 1 (n-1)中任一整數。DC/DC (Direct-Current to Direct-Current，直流至 直流)轉換器2用于將直流電壓Vin轉換成可驅動燈串11 16工作的直流電壓Vout。燈串11 16的第一端均耦接DC/DC轉換器2以接收直流電壓Vout，而為了讓燈串 11 16的亮度均等，燈串11 16的第二端通常會耦接LED電流平衡電路3，以控制流經燈 串11 16的電流111 116相同或平衡。LED電流平衡電路3包括控制電路30，控制電路 30通常采用現有的通用集成電路外接一些組件來實現，或采用現有的專用集成電路外接較 少組件或不需外接組件來實現。控制電路30具有電源端VIN、設定端ISET、檢測端ISEm ISEN6和驅動端LDR，其中電源端VIN接收直流電壓Vin以提供工作所需電源，設定端ISET 接收電流設定信號Vset，控制電路30根據電流設定信號Vset設定檢測端ISEm ISEN6 通過的電流大小，進而控制與檢測端ISEm ISEN6耦接的燈串11 16的電流111 116 相同或平衡。控制電路30還根據燈串11 16的電流111 116大小，從驅動端LDR輸出 PWM(Pulse-Width Modulation，脈寬調制)控制信號Vpwm以控制DC/DC轉換器2調整直流 電壓Vout的大小。請參見圖2，圖2是圖1所示的DC/DC轉換器2和控制電路30的具體電路示意圖。 DC/DC轉換器2是升壓轉換器，其包含電感器L、功率開關SW、二極管D和電容器C，其中功 率開關SW根據PWM控制信號Vpwm調整其導通和截止的時間比例，以調整直流電壓Vout的 大小。控制電路30的每個檢測端通過內部一個相應的電流平衡器控制外部一個相應的燈 串的電流。以檢測端ISEm為例，檢測端ISEm耦接內部相應的電流平衡器3οι且耦接外 部相應的燈串11的第二端。電流平衡器301包含運算放大器0P、晶體管Q和電阻器R。電 阻器R檢測流過燈串11的電流111大小，并根據電流111大小輸出電流檢測信號Vdet。運 算放大器OP比較電流檢測信號Vdet和電流設定信號Vset以控制晶體管Q的導通程度，進 而控制流過燈串11的電流111大小。當燈串越多時，LED電流平衡電路就需要越多的電流平衡器，成本相對較高。另 外，對同樣數量的燈串而言，若采用具有較多電流平衡器的控制電路，則可采用較少的控制 電路來控制所有燈串的電流平衡，但因封裝較多的電流平衡器且需要在布局和散熱付出較 多設計，導致成本仍然較高；而若采用具有較少電流平衡器的控制電路，則需要采用較多的
3控制電路來控制所有燈串的電流平衡，雖然具有較少電流平衡器的控制電路成本較低，但 應用到較多燈串時需要采用較多控制電路并聯且需要復雜的同步控制電路。
實用新型內容本實用新型實施例的目的就是提供一種發光二極管電流平衡電路，可減少電流平 衡器的使用數量，進而簡化控制電路的設計。本實用新型實施例提供一種發光二極管電流平衡電路，適用于M個燈串組構成的 光源，每個燈串組包括多個燈串，每個燈串包括多個發光二極管串聯耦接而具有一個第一 端和一個第二端。這些燈串的第一端耦接在一起并接收直流電壓。這些燈串包括一個第一 燈串和N個第二燈串。發光二極管電流平衡電路包括M個電流平衡單元，每個電流平衡單元耦接一個相應的燈串組。每個電流平衡單元 包括一個二極管、一個第一電阻器、N個第二電阻器、一個第一晶體管和N個第二晶體管，其 中二極管、第一電阻器和第二電阻器均具有一個第一端和一個第二端，第一晶體管和第二 晶體管均具有一個控制端、一個第一端和一個第二端。在每個電流平衡單元中，二極管的第 一端耦接第一燈串的第二端和第一晶體管的第一端，二極管的第二端通過第一電阻器耦接 第一晶體管的控制端，二極管的第二端還通過每個第二電阻器各自耦接一個相應的第二晶 體管的控制端，每個第二晶體管的第一端各自耦接一個相應的第二燈串的第二端。一個控制電路，具有一個設定端和M個檢測端，其中設定端接收電流設定信號，這 些檢測端各自耦接一個相應的電流平衡單元的第一晶體管和每個第二晶體管的第二端。控 制電路用于根據電流設定信號設定這些檢測端通過的電流大小。M和N均為大于或等于1的整數。 在本實用新型實施例中，每個電流平衡單元還包括一個第三電阻器和N個第四電 阻器，第三電阻器和第四電阻器均具有一個第一端和一個第二端，第一晶體管的第二端通 過第三電阻器耦接一個相應的控制電路的檢測端，每個第二晶體管的第二端通過一個相應 的第四電阻器耦接所述相應的控制電路的檢測端。在本實用新型實施例中，二極管為PN接面二極管或齊納(Zener) 二極管。在本實用新型實施例中，第一晶體管和第二晶體管均為雙載子接面晶體管或均為 場效應晶體管。在本實用新型實施例中，控制電路還具有一個驅動端，控制電路用于檢測這些檢 測端實際通過的電流大小，并根據所述電流大小從驅動端輸出控制信號以調整直流電壓。本實用新型實施例提供的技術方案的有益效果是本實用新型實施例因將光源分成M個燈串組且每個燈串組包括(1+N)個燈串，每 個燈串組由一個相應的電流平衡單元控制其中所有燈串的電流平衡，再由控制電路的檢測 端檢測以控制所有電流平衡單元的電流平衡，因此通過適當設計燈串組的數量和燈串組中 燈串的數量，可減少LED電流平衡電路中電流平衡器的使用數量，進而簡化控制電路的設 計。另外，本實用新型實施例還可通過在電流平衡單元的第一和第二晶體管的第二端(如 發射極端)加上第三和第四電阻器，以降低第一和第二晶體管的電流增益值(hfe)的差異 對電流平衡單元的電流平衡效果的影響。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現有技術提供的LED電流平衡電路的電路示意圖；圖2是圖1所示的DC/DC轉換器和控制電路的具體電路示意圖；圖3是本實用新型實施例一提供的LED電流平衡電路的電路示意圖；圖4是圖3所示的電流平衡單元改進后的電路示意圖；圖5是本實用新型實施例二提供的LED電流平衡電路的電路示意圖；圖6是圖5所示的電流平衡單元改進后的電路示意圖。圖中符號的說明ILED光源，11 16燈串，2DC/DC轉換器，3、5、7LED電流平衡電路；30、50、70控制電路，301電流平衡器，41 43、61、62燈串組；51 53、71、72電流平衡單元，51A 51C、71A 71C電流平衡單元；C電容器，D 二極管，Dl Dn LED, Ddl 二極管，Dzl齊納二極管，L電感器；OP運算放大器，Q晶體管，Ql第一晶體管，Q2UQ22第二晶體管；R電阻器，Rl第一電阻器，R21、R22第二電阻器，SW功率開關；ISENl ISEN6控制電路的檢測端，ISET控制電路的設定端；LDR控制電路的驅動端，VIN控制電路的電源端，111 116燈串的電流；141 143、161、162檢測端的電流，Vdet電流檢測信號；Vin、Vout直流電壓，Vpwm P麗控制信號，Vset電流設定信號。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新 型實施方式作進一步地詳細描述。圖3是本實用新型實施例一提供的LED電流平衡電路的電路示意圖。請參見圖3， LED電流平衡電路5適用于M個燈串組構成的光源，每個燈串組包括多個燈串，這些燈串包 括一個第一燈串和N個第二燈串，M和N均為大于或等于1的整數。換句話說，LED電流平 衡電路5適用于MX (1+N)個燈串構成的光源。在本實用新型實施例中，采用如圖1所示的 燈串11 16構成的LED光源1，這些燈串11 16分成3 (M= 3)個燈串組41 43，且每 個燈串組包括第一燈串和1 (N= 1)個第二燈串，例如燈串組41包括第一燈串11和第二燈 串12、燈串組42包括第一燈串13和第二燈串14。在本實用新型實施例中，M = 3且N = 1。每個燈串包括多個串聯耦接的LED Dl Dn，且具有第一端和第二端，這些燈串11 16 的第一端耦接在一起并接收DC/DC轉換器2輸出的直流電壓Vout。DC/DC轉換器2用于將 直流電壓Vin轉換成可驅動燈串11 16工作的直流電壓Vout。LED電流平衡電路5包括3 (M = 3)個電流平衡單元51 53和控制電路50，其中 每個電流平衡單元耦接一個相應的燈串組，例如電流平衡單元51耦接燈串組41、電流平衡 單元52耦接燈串組42。每個電流平衡單元包括二極管Ddl、第一電阻器R1、1(N= 1)個第二電阻器R21、第一晶體管Ql和1(N= 1)個第二晶體管Q21，其中二極管Ddl、第一電阻器 Rl和第二電阻器R21均具有第一端和第二端，第一晶體管Ql和第二晶體管Q21均具有控制
乂而、弟 乂而不U弟_^而。在每個電流平衡單元中，以電流平衡單元51為例，二極管Ddl的第一端耦接第一 燈串11的第二端和第一晶體管Ql的第一端，二極管Ddl的第二端通過第一電阻器Rl耦接 第一晶體管Ql的控制端，二極管Ddl的第二端還通過第二電阻器R21耦接第二晶體管Q21 的控制端，第二晶體管Q21的第一端耦接第二燈串12的第二端，因此，本實用新型實施例通 過二極管Ddl檢測第一燈串11的電壓以提供電壓使第一晶體管Ql和第二晶體管Q21導通， 且通過匹配的第一晶體管Ql和第二晶體管Q21使流過第一燈串11和第二燈串12的電流相 同或平衡。在本實用新型實施例中，二極管Ddl采用PN 二極管，故二極管Ddl的第一端和 第二端分別為其陽極端和陰極端。第一晶體管Ql和第二晶體管Q21采用NPNBJT(Bipolar Junction Transistor，雙載子接面晶體管)，故第一晶體管Ql和第二晶體管Q21的控制端、 第一端和第二端分別為基極端、集電極端和發射極端。控制電路50具有電源端VIN、設定端ISET、3 (M = 3)個檢測端ISEm ISEN3和驅 動端LDR，其中電源端VIN接收直流電壓Vin以提供工作所需電源，設定端ISET接收電流設 定信號Vset，檢測端ISEm ISEN3各自耦接一個相應的電流平衡單元的第一晶體管和每 個第二晶體管的第二端，例如檢測端ISEm耦接電流平衡單元51的第一晶體管Ql的第二 端和第二晶體管Q21的第二端、檢測端ISEN2耦接電流平衡單元52的第一晶體管Ql的第二 端和第二晶體管Q21的第二端。控制電路50根據電流設定信號Vset設定檢測端ISEm ISEN3通過的電流大小，以控制檢測端ISEm ISEN3的電流141 143相同或平衡，進而 控制燈串11 16的電流111 116相同或平衡。控制電路30還根據燈串11 16的電 流111 116大小，從驅動端LDR輸出PWM控制信號Vpwm以控制DC/DC轉換器2調整直流 電壓Vout的大小。圖4是圖3所示的電流平衡單元51改進后的電路示意圖，改進后的電路示意圖同 樣適用于電流平衡單元52和53。請參見圖4，和電流平衡單元51相比，電流平衡單元5IA 還包括第三電阻器R3和1 (N= 1)個第四電阻器R41，其中第三電阻器R3和第四電阻器R41 均具有第一端和第二端，第一晶體管Ql的第二端通過第三電阻器R3耦接一個相應的控制 電路30的檢測端ISEN1，第二晶體管Q21的第二端通過一個相應的第四電阻器R41耦接所 述相應的控制電路30的檢測端ISEN1。第三電阻器R3和第四電阻器R41可降低第一晶體 管Ql和第二晶體管Q21的電流增益值(hfe)的差異對電流平衡單元51A的電流平衡效果 的影響。 和電流平衡單元51相比，電流平衡單元5IB的二極管改采用齊納二極管Dz 1，故齊 納二極管Dzl的第一端和第二端分別為陰極端和陽極端。齊納二極管Dzl用于檢測第一燈 串11的電壓以提供穩定的電壓使第一晶體管Ql和第二晶體管Q21導通，再通過匹配的第 一晶體管Ql和第二晶體管Q21使流過第一燈串11和第二燈串12的電流相同或平衡。另 外，和電流平衡單元51B相比，電流平衡單元51C還包括第三電阻器R3和1(N= 1)個第四 電阻器R41，其耦接方式和效果類似于電流平衡單元51A，在此不再贅述。 圖5是本實用新型實施例二提供的LED電流平衡電路的電路示意圖。請參見圖5， 和LED電流平衡電路5相比，LED電流平衡電路7同樣采用如圖1所示的燈串11 16構成的LED光源1，但是這些燈串11 16分成2 (M = 2)個燈串組61 62，且每個燈串組包 括第一燈串和2 (N = 2)個第二燈串，例如燈串組61包括第一燈串11和第二燈串12 13、 燈串組62包括第一燈串14和第二燈串15 16。在本實施例中，M = 2且N = 2。LED電流平衡電路7包括2 (M = 2)個電流平衡單元71 72和控制電路70，其中 每個電流平衡單元耦接一個相應的燈串組，例如電流平衡單元71耦接燈串組61、電流平衡 單元72耦接燈串組62。每個電流平衡單元包括二極管Ddl、第一電阻器R1、2(N = 2)個 第二電阻器R21 R22、第一晶體管Ql和2 (N = 2)個第二晶體管Q21 Q22，其中二極管 Ddl、第一電阻器Rl和第二電阻器R21 R22均具有第一端和第二端，第一晶體管Ql和第 二晶體管Q21 Q22均具有控制端、第一端和第二端。在每個電流平衡單元中，以電流平衡單元71為例，二極管Ddl的第一端耦接第一 燈串11的第二端和第一晶體管Ql的第一端，二極管Ddl的第二端通過第一電阻器Rl耦接 第一晶體管Ql的控制端，二極管Ddl的第二端還通過第二電阻器R21 R22各自耦接一個 相應的第二晶體管的控制端(例如通過第二電阻器R21耦接第二晶體管Q21的控制端、通 過第二電阻器R22耦接第二晶體管Q22的控制端)，第二晶體管Q21 Q22的第一端各自耦 接一個相應的第二燈串的第二端(例如第二晶體管Q21的第一端耦接第二燈串12的第二 端、第二晶體管Q22的第一端耦接第二燈串13的第二端)。控制電路70具有電源端VIN、設定端ISET、2 (M = 2)個檢測端ISEm ISEN2和 驅動端LDR，其中檢測端ISEm ISEN2各自耦接一個相應的電流平衡單元的第一晶體管 和每個第二晶體管的第二端，例如檢測端ISEm耦接電流平衡單元71的第一晶體管Ql的 第二端和第二晶體管Q21 Q22的第二端、檢測端ISEN2耦接電流平衡單元72的第一晶體 管Ql的第二端和第二晶體管Q21 Q22的第二端。控制電路70根據電流設定信號Vset 設定檢測端ISEm ISEN2通過的電流大小，以控制檢測端ISEm ISEN2的電流161 162相同或平衡，進而控制燈串11 16的電流111 116相同或平衡。圖6是圖5所示的電流平衡單元71改進后的電路示意圖，改進后的電路示意圖同 樣適用于電流平衡單元72。請參見圖6，和電流平衡單元71相比，電流平衡單元7IA還包 括第三電阻器R3和2(N = 2)個第四電阻器R41 R42，其中第三電阻器R3和第四電阻器 R41 R42均具有第一端和第二端，第一晶體管Ql的第二端通過第三電阻器R3耦接一個相 應的控制電路70的檢測端ISEN1，每個第二晶體管的第二端通過一個相應的第四電阻器耦 接所述相應的控制電路70的檢測端ISEm (例如第二晶體管Q21的第二端通過第四電阻器 R41耦接檢測端ISEN1、第二晶體管Q22的第二端通過第四電阻器R42耦接檢測端ISEN1)。 第三電阻器R3和第四電阻器R41 R42可降低第一晶體管Ql和第二晶體管Q21 Q22的 電流增益值(hfe)的差異對電流平衡單元71A的電流平衡效果的影響。和電流平衡單元71相比，電流平衡單元7IB的二極管改采用齊納二極管Dz 1，故齊 納二極管Dzl的第一端和第二端分別為陰極端和陽極端。齊納二極管Dzl用于檢測第一燈 串11的電壓以提供穩定的電壓使第一晶體管Ql和第二晶體管Q21 Q22導通，再通過匹 配的第一晶體管Ql和第二晶體管Q21 Q22使流過第一燈串11和第二燈串12 13的電 流相同或平衡。另外，和電流平衡單元71B相比，電流平衡單元71C還包括第三電阻器R3 和2 (N = 2)個第四電阻器R41 R42，其耦接方式和效果類似于電流平衡單元71A,在此不 再贅述。[0048]綜上所述，本實用新型實施例因將MX (1+N)個燈串構成的LED光源分成M個燈串 組且每個燈串組包括(1+N)個燈串，每個燈串組由一個相應的電流平衡單元控制其中所有 燈串的電流平衡，再由控制電路的檢測端檢測以控制所有電流平衡單元的電流平衡，因此 通過適當設計燈串組的數量和燈串組中燈串的數量，可減少LED電流平衡電路中電流平衡 器的使用數量，進而簡化控制電路的設計。另外，本實用新型實施例還可通過在電流平衡單 元的第一和第二晶體管的第二端(如發射極端)加上第三和第四電阻器，以降低第一和第 二晶體管的電流增益值(hfe)的差異對電流平衡單元的電流平衡效果的影響。以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內。
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權利要求一種發光二極管電流平衡電路，適用于M個燈串組構成的光源，每個燈串組包括多個燈串，每個燈串包括多個發光二極管串聯耦接而具有一個第一端和一個第二端，所述燈串的第一端耦接在一起并接收直流電壓，所述燈串包括一個第一燈串和N個第二燈串，其特征在于，所述發光二極管電流平衡電路包括M個電流平衡單元，每個電流平衡單元耦接一個相應的燈串組，每個電流平衡單元包括一個二極管、一個第一電阻器、N個第二電阻器、一個第一晶體管和N個第二晶體管，所述二極管、第一電阻器和每個第二電阻器均具有一個第一端和一個第二端，所述第一晶體管和每個第二晶體管均具有一個控制端、一個第一端和一個第二端，所述二極管的第一端耦接所述第一燈串的第二端和所述第一晶體管的第一端，所述二極管的第二端通過所述第一電阻器耦接所述第一晶體管的控制端，所述二極管的第二端還通過每個第二電阻器各自耦接一個相應的第二晶體管的控制端，每個第二晶體管的第一端各自耦接一個相應的第二燈串的第二端；一個控制電路，具有一個設定端和M個檢測端，所述設定端接收電流設定信號，所述檢測端各自耦接一個相應的電流平衡單元的第一晶體管和每個第二晶體管的第二端，所述控制電路用于根據所述電流設定信號設定所述檢測端通過的電流大小；所述M和N均為大于或等于1的整數。
2.如權利要求1所述的發光二極管電流平衡電路，其特征在于，所述每個電流平衡單 元還包括一個第三電阻器和N個第四電阻器，所述第三電阻器和每個第四電阻器均具有一個第 一端和一個第二端，所述第一晶體管的第二端通過所述第三電阻器耦接一個相應的控制電 路的檢測端，每個第二晶體管的第二端通過一個相應的第四電阻器耦接所述相應的控制電 路的檢測端。
3.如權利要求1所述的發光二極管電流平衡電路，其特征在于，所述二極管為PN接面二極管。
4.如權利要求1所述的發光二極管電流平衡電路，其特征在于，所述二極管為齊納二極管。
5.如權利要求1所述的發光二極管電流平衡電路，其特征在于，所述第一晶體管和每 個第二晶體管均為雙載子接面晶體管。
6.如權利要求1所述的發光二極管電流平衡電路，其特征在于，所述第一晶體管和每 個第二晶體管均為場效應晶體管。
7.如權利要求1所述的發光二極管電流平衡電路，其特征在于，所述控制電路還包括 一個驅動端，所述控制電路用于檢測所述檢測端實際通過的電流大小，并根據所述電流大小從所述驅動端輸出一個控制信號以調整直流電壓。
專利摘要本實用新型提供了一種發光二極管電流平衡電路，屬于電路領域。發光二極管電流平衡電路包括M個電流平衡單元和控制電路。每個電流平衡單元耦接一個相應燈串組，每個燈串組包括一個第一燈串和N個第二燈串，所有燈串第一端耦接直流電壓。每個電流平衡單元包括二極管、一個第一晶體管和N個第二晶體管，二極管第一端耦接第一燈串第二端和第一晶體管第一端，二極管第二端通過第一電阻器耦接第一晶體管控制端且通過第二電阻器各自耦接一個相應第二晶體管控制端，第二晶體管第一端各自耦接一個相應第二燈串第二端。控制電路具有M個檢測端，各自耦接一個相應電流平衡單元的第一和第二晶體管第二端。本實用新型利用電流平衡單元來簡化控制電路的設計。
文檔編號H05B37/02GK201754643SQ20102050169
公開日2011年3月2日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者葉俊宏, 王舜弘, 賴茂瑩, 陳義雄, 高志明 申請人:冠捷投資有限公司