發光二極管驅動裝置的制作方法

專利名稱：發光二極管驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及發光二極管(LED)驅動裝置，更具體地，涉及用于驅動用作液晶顯示器背光的LED的LED驅動裝置。
背景技術：
通常，液晶顯示器具有諸如重量輕、厚度薄、功耗低等的特點，使得其應用領域不斷增加。隨著此趨勢，液晶顯示器已被用在辦公自動化裝置、音頻/視頻裝置等中。由于如上所述的液晶顯示器并不進行自發光，所以其要求被稱為背光的單獨光源。已使用了發光二極管(下文中稱為“LED”)、冷陰極熒光燈(CCFL)、外部電極熒光燈(EEFL)等作為此背光。近來，已主要使用了利用LED的背光光源。LED背光光源對環境友好并且具有高速響應，使得其可被有效地用于視頻信號流。圖1是示意性示出根據現有技術的LED驅動裝置的電路圖。參照圖1，LED驅動裝置I由直流電(DC)-DC變流器10形成，該變流器包括轉換從控制電路11輸入至其初級側的電力以感應并輸出該電力至其次級側的變壓器12、對從變壓器12的次級側輸出的電壓整流的整流二極管D1，以及對被整流的電壓進行濾波的濾波電容器Cl。LED驅動裝置I將對其施加的交流電電力通過DC-DC變流器10的操作轉換成DC電并且將被轉換的DC電力提供至LED D2 D4，從而允許期望的電流在LED D2 D4中流過。然而，在根據該現有技術的LED驅動裝置中，變壓器具有其使初級側與次級側彼此電分離的優點；然而,變壓器體積大并且成本高。另外，通常使用高容量電解電容器作為濾波電容器。然而，此高容量電解電容器體積大、成本高并且使用壽命比LED的更短，因此，降低了 LED驅動裝置的使用壽命。因此，為了解決上述問題，已提出了不需要諸如DC-DC變流器的變流器的用于驅動LED的技術。

發明內容
本發明的一個目標是提供一種發光二極管(LED)驅動裝置，其能夠通過將每個LED與串聯連接的多個能量存儲器彼此并聯連接并且根據所施加的電壓的電平選擇性地將電壓充電進能量存儲器/從能量存儲器選擇性地將電壓放電而在無變流器的情況下容易地驅動LED。根據本發明的示例性實施方式，提供了一種發光二極管(LED)驅動裝置，包括彼此串聯連接的至少一個能量存儲器；與能量存儲器中的每一個均并聯連接的多個LED ;以及開關控制單元，根據所施加的電壓的電平選擇性地連接至少一個能量存儲器，以將電壓充電進所選擇的能量存儲器/從所選擇的能量存儲器將電壓放電并且通過充電/放電操作來控制LED的驅動。開關控制單元可根據所施加的電壓的電平來將至少一個能量存儲器與地(GND )選擇性地連接以選擇性地將電壓充電進該至少一個能量存儲器。·開關控制單元可根據所施加的電壓的電平將至少一個能量存儲器與LED彼此選擇性地連接，以將被充電進該至少一個能量存儲器中的電壓選擇性地放電，從而驅動LED。開關控制單元可包括至少一個第一開關，均連接在每個能量存儲器的一端與地之間；以及至少一個第二開關，均連接在每個能量存儲器的所述一端與LED中的每一個之間。開關控制單元可進一步包括控制器，輸出用于根據施加的電壓的電平選擇性地操作第一開關和第二開關的第一控制信號和第二控制信號。控制器包括比較器，將所施加的電壓與預設的基準電壓相比較；以及控制信號輸出器，利用來自比較器的比較結果輸出第一控制信號和所述第二控制信號。在能量存儲器包括連續設置的第一至第η能量存儲器并且LED包括連續設置的第一至第n LED的情況下，當所施加的電壓的電平小于預設的第一基準電壓時，開關控制單元可連接對應于第一能量存儲器的第一開關，以將電壓充電進所述第一能量存儲器。 在能量存儲器包括連續設置的第一至第η能量存儲器并且LED包括連續設置的第一至第n LED的情況下，當所施加的電壓的電平等于或大于預設的第二基準電壓時，開關控制單元可連接對應于第η能量存儲器的第一開關，以將電壓充電進第一至第η能量存儲器。當在第一能量存儲器中的電壓的充電完成時，開關控制單元接通對應于第一能量存儲器的第二開關以將被充電進第一能量存儲器中的電壓放電并且將放電的電壓提供至第一 LED，從而驅動第一 LED。當在第一至第η能量存儲器中的電壓的充電完成時，開關控制單元可連接對應于第一至第η能量存儲器的第二開關以將被充電進第一至第η能量存儲器中的電壓放電并且將放電的電壓提供至第一至第n LED，從而驅動第一至第n LED。第一基準電壓可小于第二基準電壓。能量存儲器可以是電容器、二次電池、超電容器以及超級電容器中的任意一個。


圖1是示意性示出根據現有技術的LED驅動裝置的電路圖；圖2是根據本發明的示例性實施方式的發光二極管(LED)驅動裝置的構造圖；圖3是圖2中示出的LED驅動裝置的詳細電路圖；圖4是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較低的狀態中用于將電壓充電進能量存儲器中的開關控制單元的開關操作的示圖；圖5是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較高的狀態中用于將電壓充電進能量存儲器中的開關控制單元的開關操作的示圖；圖6是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較低的狀態中用于通過將電壓從能量存儲器放電來驅動LED的開關控制單元的開關操作的示圖；圖7是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較高的狀態中用于通過從能量存儲器將電壓放電來驅動LED的開關控制單元的開關操作的示圖；圖8A是從根據本發明的示例性實施方式的電源輸出的交流(AC)電壓的波形；圖8B是在根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置中的第一 LED中流過的電流的波形；圖8C是在根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置中的第二 LED中流過的電流的波形；以及圖8D是在根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置中的第三LED中流過的電流的波形。
具體實施例方式在本申請和權利要求中所使用的術語和詞并不被解釋為通常的或詞典的含義，而是基于發明人能為了以最好的模式描述其自己發明而適當定義術語的概念的原則被解釋為符合本發明的技術思想的含義和概念。因此，在本發明的實施方式和圖示中描述的構造僅是最優選的實施方式，但并不表現本發明的技術思想的全部。因此，本發明應被解釋為在提交此申請時在本發明的思想和范圍中所包括的所有變化、等價物以及替換。在下文中，將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施方式。圖2是根據本發明的示例性實施方式的發光二極管(LED)驅動裝置的構造圖，而圖3是圖2中示出的LED驅動裝置的詳細電路圖。如圖2和圖3中所示，LED驅動裝置100被構造成包括電源110，整流單元120，能量存儲器130 :130a 130n，LED 140 :140a 140η，以及開關控制單元150。在上述組件中，整流單元120 (其是將產生自電源110的交流(AC)電壓整流以輸出脈沖形式的直流(DC)電壓的單元)可將AC電壓轉換成全波整流正弦波形式的DC電壓。能量存儲器130 :130a 130n的數量可以是一個或多個。通常，為了獲得高電壓，多個能量存儲器彼此串聯連接。可使用電容器、二次電池、超電容器(ultracapacitor)以及超級電容器(supercapacitor)作為此能量存儲器130。另外,可使用具有與電容器、二次電池、超電容器以及超級電容器的特性類似的特性的其他能量存儲器。LED 140 :140a 140η的數量可以是一個或多個，并且LED中的每一個可與能量存儲器130a 130η中的每一個并聯連接。這里，作為由鎵(Ga)、磷(P)、砷(As)制成的半導體的LED可具有二極管的特性。當LED上施加有電流時，LED發射紅色、綠色以及黃色的光。LED具有比燈泡更長的使用壽命和快速的響應速度(這里，響應時間指在施加電流之后發射光所需要的時間)并可被制造成具有各種形狀，使得LED最適合于指示峰值或數量。開關控制單元150根據所施加的電壓的電平選擇性地連接至少一個能量存儲器130a 130n，以將電壓充電進所選能量存儲器/從所選能量存儲器將電壓放電并且通過充電/放電操作控制LED 140a 140η的驅動。更具體地， 開關控制單元150可根據所施加的電壓的電平選擇性地連接能量存儲器130a 130η并且將電壓充電進選擇性地連接的能量存儲器130a 130η。另外，開關控制單元150根據所施加的電壓的電平選擇性地將能量存儲器130a 130η與LED 140a 140η之間連接以選擇性地將被充電進能量存儲器130a 130η中的電壓放電，從而使得可驅動LED140a 140η。S卩，開關控制單元150感測所施加的電壓的電平，根據感測的電壓的電平選擇要用電壓充電的能量存儲器130a 130n并且將電壓充電進所選的能量存儲器130a 130n，并且當充電完成時將所選的能量存儲器13(Tl30n連接至對應的LED 140a 140η，因此，使得可將被充電進能量存儲器130a 130η中的電壓提供至LED 140a 140η。如上所述的開關控制單元150被構造成包括第一開關151 :151a 151n，第二開關152 :152a 152η以及控制器153。這里，第一開關151 151a^l51n的數量可以是一個或多個，并且第一開關151a 151n中的每一個可連接在能量存儲器130a 130n中的每一個的一端與地之間。當第 一開關151a 151η被連接(S卩，接通)時，電壓可被充電進對應于第一開關151a 151η的能量存儲器130a 130η中。第二開關152 :152a 152η的數量可以是一個或多個，并且第二開關152a 152η中的每一個可連接在能量存儲器130a 130n的所述一端與LED的每一個之間。當第二開關152a 152η被連接(即，接通)時，從對應于第二開關152a 152η的能量存儲器130a 130η將電壓充電，使得電壓可被提供至LED 140a 140η。控制器153，其是為了根據所施加的電壓的電平選擇性地將電壓充電進能量存儲器130a 130η/從能量存儲器130a 130η選擇性地將電壓放電而輸出控制第一開關151a 151η和第二開關152a 152η的第一控制信號CPla CPln和第二控制信號CP2a CP2n的單兀，可包括比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c。在上述的組件中，比較器153a被構造成將所施加的電壓與預設基準電壓進行比較并且將作為比較結果的比較信號輸出至控制信號輸出器153b，從而感測所施加電壓的電平。控制信號輸出器153b利用來自比較器153a的比較結果選擇性地輸出用于控制第一開關151和第二開關152的第一控制信號CPl和第二控制信號CP2，從而執行控制，使得電壓可被充電進能量存儲器或從能量存儲器將電壓放電。基準信號輸出器153c輸出用于允許控制信號輸出器153b選擇性地輸出第一控制信號CPl和第二控制信號CP2的基準信號。將參照圖3描述上述的比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c的操作的實例。在能量存儲器包括第一能量存儲器130a至第三能量存儲器130c并且LED包括第一 LED 140a至第三LED 140c的情況下，比較器153a可包括第一比較器153al和第二比較器153a2。這里，第一比較器153al可將所施加的電壓與預設的第一基準電壓VrefI相比較并且輸出具有高或低電平的第一比較信號作為比較結果。另外，第二比較器153a2可將所施加的電壓與預設的第二基準電壓Vref2相比較并且輸出具有高或低電平的第二比較信號作為比較結果。這里，第一基準電壓Vrefl被配置成小于第二基準電壓Vref2，使得根據所施加的電壓的電平從第一比較器153al和第二比較器153a2輸出具有高或低電平的第一和第二比較信號，從而使得可感測所施加的電壓的電平。另外,控制信號輸出器153b利用從第一比較器153al和第二比較器153a2輸出的第一比較信號和第二比較信號輸出第一控制信號CPla飛Pln和第二控制信號CP2a CP2n，使得可將電壓選擇性地充電到能量存儲器130a 130c中/從能量存儲器130a 130c選擇性地將電壓放電。此控制信號輸出器153b可包括使從第一比較器153al和比較器153a2輸出的第一和第二比較信號的電平反相的反相器(未不出)和將從第一比較器153al和第二比較器153a2輸出的第一和第二比較信號與從反相器輸出的信號與選通操作(AND-gating)的邏輯操作器(logic operator)(未示出)。由于比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c的操作,控制器153有選擇性地連接第一開關151a 151η和第二開關152a 152η，從而使得可選擇性地將電壓充入能量存儲器130a 130η/從能量存儲器130a 130η選擇性地將電壓放電。
下文中，將詳細描述用于根據所施加的電壓將電壓充電到能量存儲器中/將能量存儲器中的電壓放電的開關控制單元的開關操作。圖4是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較低的狀態中用于將電壓充電進能量存儲器中的開關控制單元的開關操作的示圖；而圖5是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較高的狀態中用于將電壓充電進能量存儲器中的開關控制單元的開關操作的示圖。首先參照圖4，當所施加的電壓是50V時，第一基準電壓是60V，而第二基準電壓是110V,控制器153利用比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c執行控制以輸出連接第一開關151a的第一控制信號CPla,因此,僅將電壓充電進第一能量存儲器130a。即，在輸入電壓較低的狀態中，連接第一開關151a，使得電壓僅被充電進被定位在最上部的第一能量存儲器130a中。描述圖5的情況，當所施加的電壓是120V，第一基準電壓是60V，并且第二基準電壓是IlOV時，控制器153利用比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c執行控制以輸出連接第一開關151η的第一控制信號CPln，從而將電壓充電進所有的第一至第η能量存儲器130a 130n中。即，在輸入電壓較高的狀態中，連接第一開關151η，使得電壓被充電進所有的能量存儲器130a 130η中。圖6是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較低的狀態中用于通過將電壓從能量存儲器放電來驅動LED的開關控制單元的開關操作的示圖；而圖7是描述在圖2中所示的LED驅動裝置中輸入電壓較高的狀態中用于通過從能量存儲器將電壓放電來驅動LED的開關控制單元的開關操作的示圖。描述圖6的情況，當所施加的電壓是50V，第一基準電壓是60V以及第二基準電壓是IlOV時，控制器153利用比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c執行控制以輸出連接第二開關152a的第二控制信號CP2a，從而將第一能量存儲器130a與第一 LED 140a彼此連接。因此，被充電進第一能量存儲器130a的電壓被放電至第一 LED140a，使得第一 LED 140a可被驅動。即，在輸入電壓較低的狀態中，連接第二開關152a，使得電壓僅從被定位在最上部的第一能量存儲器130a被放電。描述圖7的情況，當所施加的電壓是120V，第一基準電壓是60V以及第二基準電壓是IlOV時，控制器153利用比較器153a、控制信號輸出器153b以及基準信號輸出器153c執行控制以輸出連接所有第二開關152a 152n的第二控制信號CP2a CP2a，從而從所有第一至第η能量存儲器130a 130η放電電壓。即，在輸入電壓較高的狀態中，連接所有第二開關152a 152η，使得電壓從所有能量存儲器130a 130η被放電。圖8Α是從根據本發明的示例性實施方式的電源輸出的AC電壓的波形；圖SB是在根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置中的第一 LED中流過的電流的波形；圖SC是在根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置中的第二 LED中流過的電流的波形；以及圖8D是在根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置中的第三LED中流過的電流的波形。參照圖8Α 圖8D，在本發明的示例性實施方式中將描述包括三個能量存儲器和三個LED的LED驅動裝置的實例。 當從電源110輸出圖8Α中所示的AC電壓時，從電源110輸出的AC電壓通過整流單元120被轉換成全波整流正弦波形式的DC電壓。然后，全波整流DC電壓被提供至控制器153，以允許控制器153輸出第一控制信號CPla CPlc和第二控制信號CP2a CP2c。因此，第一開關151a 151c和第二開關152a 152c被選擇性地連接，以選擇性地將電壓充電進能量存儲器/選擇性地從能量存儲器將電壓放電。參照圖8B和圖8D，可理解的是，不管所施加的DC電壓的電平如何被定位在最上部的第一 LED 140a中連續地流過電流，并且重復以下的處理，即，根據從電源110輸出的電壓的電平，在第二 LED 140b和第三LED140c中電流流過，之后不流過。如上所述，根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置根據所施加的電壓的電平選擇要用電壓充電的能量存儲器并且將該電壓充電進所選的能量存儲器，并且將所選的能量存儲器選擇性地連接至LED，從而從能量存儲器將電壓放電，因此使得可根據發光的LED的數量來控制光的明亮度。即，根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置可根據輸入電壓的電平來控制LED的明亮度。如上所述，通過根據本發明的示例性實施方式的LED驅動裝置，通過將每個LED與串聯連接的多個能量存儲器中的每一個彼此并聯連接并且根據所施加的電壓的電平將電壓選擇性地充電進能量存儲器/從能量存儲器將電壓放電，可在無變流器的情況下容易地驅動LED。更具體地，感測所施加的電壓的電平，選擇要用電壓充電的能量存儲器并且根據所感測的電壓的電平用電壓來充電，當充電完成時，所選擇的能量存儲器被連接至LED以提供被充電的電壓，因此使得可在無變流器的情況下根據所施加的電壓的電平來自動控制LED的明亮度。另外，僅在被設置在開關控制單元中的比較器中消耗電流，因此可提高LED驅動裝置的效率。此外，不使用變壓器和濾波電容器，因此可降低LED驅動裝置的體積并且提高其使用壽命。盡管為了示出的目的公開了本發明的優選實施方式，但本領域中的技術人員將理解，在不背離如所附的權利要求中所公開的本發明的范圍和思想的情況下各種變形、附加以及替代是可能的。因此，這種變形、附加以及替代還應被理解成落入本發明的范圍內。
權利要求
1.一種發光二極管(LED)驅動裝置，包括 至少一個能量存儲器，彼此串聯連接； 多個LED，各自與所述能量存儲器中的每一個并聯連接；以及 開關控制單元，根據所施加的電壓的電平選擇性地連接所述至少一個能量存儲器，以將電壓充電進所選擇的能量存儲器/從所選擇的能量存儲器將電壓放電并且通過所述充電/放電操作來控制所述LED的驅動。
2.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其中，所述開關控制單元根據所施加的電壓的電平來將所述至少一個能量存儲器與地(GND)選擇性地連接，以選擇性地將電壓充電進所述至少一個能量存儲器。
3.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其中，所述開關控制單元根據所施加的電壓的電平將所述至少一個能量存儲器與所述LED彼此選擇性地連接，以將被充電進所述至少一個能量存儲器中的電壓選擇性地放電，從而驅動所述LED。
4.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其中，所述開關控制單元包括 至少一個第一開關，均連接在每個所述能量存儲器的一端與地之間；以及 至少一個第二開關，均連接在每個所述能量存儲器的所述一端與所述LED中的每一個之間。
5.根據權利要求4所述的LED驅動裝置，其中，所述開關控制單元進一步包括控制器，輸出用于根據所述施加的電壓的電平選擇性地操作所述第一開關和第二開關的第一控制信號和第二控制信號。
6.根據權利要求5所述的LED驅動裝置，其中，所述控制器包括 比較器，將所施加的電壓與預設的基準電壓相比較；以及 控制信號輸出器，利用來自所述比較器的比較結果輸出所述第一控制信號和所述第二控制信號。
7.根據權利要求5所述的LED驅動裝置，其中，在所述能量存儲器包括連續設置的第一至第η能量存儲器并且所述LED包括連續設置的第一至第n LED的情況下，當所述所施加的電壓的電平小于預設的第一基準電壓時，所述開關控制單元接通對應于所述第一能量存儲器的第一開關，以將所述電壓充電進所述第一能量存儲器。
8.根據權利要求5所述的LED驅動裝置，其中，在所述能量存儲器包括連續設置的第一至第η能量存儲器并且所述LED包括連續設置的第一至第n LED的情況下，當所述所施加的電壓的電平等于或大于預設的第二基準電壓時，所述開關控制單元接通對應于所述第η能量存儲器的第一開關，以將所述電壓充電進所述第一至第η能量存儲器。
9.根據權利要求7所述的LED驅動裝置，其中，當在所述第一能量存儲器中的電壓的充電完成時，所述開關控制單元接通對應于所述第一能量存儲器的第二開關以將被充電進所述第一能量存儲器中的所述電壓放電并且將所述放電的電壓提供至所述第一 LED，從而驅動所述第一 LED。
10.根據權利要求8所述的LED驅動裝置，其中，當在所述第一至第η能量存儲器中的電壓的充電完成時，所述開關控制單元接通對應于所述第一至第η能量存儲器的第二開關以將被充電進所述第一至第η能量存儲器中的所述電壓放電并且將所述放電的電壓提供至所述第一至第n LED，從而驅動所述第一至第n LED。
11.根據權利要求9所述的LED驅動裝置，其中，所述第一基準電壓小于所述第二基準電壓。
12.根據權利要求1所述的LED驅動裝置，其中，所述能量存儲器是電容器、二次電池、超電容器以及超級電容器中的任意一個。
全文摘要
本文公開了一種發光二極管(LED)驅動裝置，包括彼此串聯連接的至少一個能量存儲器；各自與能量存儲器中的每一個并聯連接的多個LED；以及開關控制單元，根據所施加的電壓的電平選擇性地連接至少一個能量存儲器，以將電壓充電進所選擇的能量存儲器/從所選擇的能量存儲器將電壓放電并且通過充電/放電操作來控制LED的驅動。從而，可在無變流器的情況下容易地驅動LED。
文檔編號H05B37/02GK103024985SQ20121036408
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者樸得熙, 李演重, 車霜賢, 李在新, 李昌錫 申請人:三星電機株式會社