发光二极管开路失效旁路开关及包含所述旁路开关的电路

技术领域

本发明涉及电学领域旁路开关，特别是发光二极管开路失效旁路开关及包含所述旁路开关的电路。

背景技术

目前已公布的用于保护发光二极管开路失效的半导体旁路开关电路，如图1所示，由一只与一组同向串联连接的发光二极管中的一颗发光二极管相并联的晶闸管，和与该晶闸管并联的电压分压器组成；分压器由电阻器构成并与晶闸管的门极连接，为该晶闸管门极提供一定的电势，使晶闸管在发光二极管正常工作的情况下关闭，在发光二极管开路失效的情况下开启成“开态”；因此，该晶闸管扮演了旁路开关的作用；与晶闸管并联的电压分压器扮演了电压检测电路的作用；当串联相接的多只发光二极管串中的一颗发光二极管出现开路失效时，该晶闸管提供了旁路通路，使电流能流过发光二极管串中其余正常的发光二极管。

这一类型的旁路电路技术在Norimasa Furukawa的美国专利US7,538,497 B2中已被提出。这一旁路电路绕过开路失效的发光二极管，向其它与该失效的发光二极管串联的正常发光二极管提供继续工作所需要的电流。

鉴于该旁路电路中的旁路开关器件在开态下的压降约为1V，而目前典型的基于宽禁带半导体材料的发光二极管正向压降约2.5-3.5V，这二者之间存在失配：

1、在恒流电源驱动串联发光二极管串的情况下，该旁路开关技术不但有效地为发光二极管串中的开路失效发光二极管提供了电流旁路，保证了电流能持续流过其余串联相接的正常发光二极管，使之有光输出；而且该旁路开关具有较低功耗；但是，由于失效的发光二极管不发光，发光二极管串的整体发光强度会有所减弱；

2、在发光二极管矩阵配置，或者发光二极管串-并联阵列配置等情况下，发光二极管的正向压降和旁路开关器件的开态压降之间的失配，将导致受影响的发光二极管串上通过发光二极管的电流增加，这种电流增加与压降失配的程度成比例；而这种压降失配的程度与上述开态压降、正向压降之间的差异，以及串联发光二极管串中发光二极管数量相关。电流增加的后果可能会导致其余正常的发光二极管承受电过应力，逐渐劣化，甚至失效；特别是当电源是恒压电源时，这种电过应力效应将更加显著。

因此，需要一种新的旁路开关电路，对开路失效的发光二极管进行旁路。特别是在基于宽禁带半导体材料的发光二极管，尤其是以恒压电源进行驱动，发光二极管矩阵配置，或者发光二极管串-并联阵列配置等情况下。

发明内容

本发明的目的是提供发光二极管开路失效旁路开关，该种旁路开关压降与发光二极管压降之差小于背景技术中旁路开关电路压降与发光二极管压降之差。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：发光二极管开路失效旁路开关，它包括

用于在与之并联的发光二极管开路失效时导通的执行器件，

与执行器件并联并用于触发执行器件导通的触发器件，

与执行器件串联并用于弥补执行器件与发光二极管之间压降差的弥补器件。

弥补器件的设置有效减小了旁路开关与发光二极管之间的压降差，因此，相互串联中的发光二极管在即使有多个甚至大量发光二极管开路失效的情况下，其余的发光二极管不仅仍能导通，且承受较低过电流，从而解决了背景技术的不足。

作为上述技术方案的优选，所述执行器件为晶闸管，触发器件与晶闸管的门极连接，所述弥补器件为非线性器件。

作为上述技术方案的优选，所述非线性器件为导通方向与所述晶闸管导通方向一致的二极管。

通过二极管与执行器件串联，从而相对背景技术达到减小旁路开关与发光二极管之间压降差的目的。

作为上述技术方案的优选，所述非线性器件为导通方向与所述晶闸管导通方向一致的另一晶闸管。

以一个晶闸管作为弥补器件与另一个作为执行器件的晶闸管串联，从而相对背景技术达到减小旁路开关与发光二极管之间压降差的目的。

本发明的另一目的是提供包括上述发光二极管开路失效旁路开关的保护电路，包括至少具有两个发光二极管的发光二极管串，连接于发光二极管串公共阴阳极且能够为发光二极管提供正向电压的电源，与所述发光二极管并联并用于在相应发光二极管开路失效时导通的执行器件，与执行器件并联并用于触发执行器件导通的触发器件，与执行器件串联并用于弥补执行器件与所述发光二极管之间压降差的弥补器件。

综上所述，本发明具有以下有益效果：相对背景技术，本发明有效减小了旁路开关与发光二极管之间的压降差，从而避免在部分发光二极管开路失效的情况下，其余的发光二极管承受过电流而易劣化，甚至失效的情况。

附图说明

图1是背景技术示意图；

图2是实施例1示意图；

图3是实施例2示意图；

图4是实施例3示意图；

图5是实施例4示意图，为图4中晶闸管、硅二极管、齐纳二极管的集成于半导体硅片上的等效电路示意图。

图中，26、n型硅片，27、p型区域一，28、p型区域二，29、p型区域三，30、n型区域一，31、n型区域二，32、n型区域三，33、金属二，34、金属一，35、金属三。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：如图2所示，发光二极管开路失效旁路开关，包括

与发光二极管并联的用于在与之并联的发光二极管开路失效时导通的执行器件，

与执行器件并联并用于触发执行器件导通的触发器件，

与执行器件串联并用于弥补执行器件与发光二极管之间压降差的弥补器件。

所述执行器件为导通方向与发光二极管导通方向一致的晶闸管；触发器件由两个相互串联的电阻组成，晶闸管的门极连接于两电阻之间；弥补器件为导通方向与晶闸管导通方向一致的二极管且为硅二极管。

在发光二极管都导通情况下，晶闸管虽承受正向阳极电压，然而由于其门极电势力较低而处于截止状态；当某个发光二极管开路失效时，则流过与之并联的触发器件，即本实施例图2上的两个电阻的电流增大，则晶闸管门极的电势变高，达到晶闸管的触发电势，从而使晶闸管导通，继续使与开路失效的发光二极管串联的发光二极管仍能导通。

本实施例，一般地，晶闸管和二极管产生的总压降约在2V的左右，与发光二极管的正向压降1.6V-2.7V相比会产生25%以内的失配；因此，与背景技术相比，通过其余正常发光二极管的过电流将减少高达至60%。

实施例2：如图3所示，与实施例1的不同之处在于，所述触发器件为一个连接于晶闸管门极和阳极之间的齐纳二极管。

实施例3：如图4所示，发光二极管开路失效旁路开关，包括阴极门极和阳极门极通过两个电阻分别连接至它的阴极和阳极的晶闸管、一只和晶闸管串联且导通方向与晶闸管一致的硅二极管、一只齐纳二极管作为触发器件连接在晶闸管的阴极门极和阳极之间。

实施例4：如图5所示，本实施例为实施例3中晶闸管、硅二极管、齐纳二极管的集成于半导体材料上，本实施例为硅，形成的集成电路实体；制造方法中包括氧化、光刻、扩散和薄膜技术。

该集成电路在n型硅片26上制作，包括扩散形成的p型区域一27、p型区域二28、p型区域三29、在n型硅片26上形成的n型区域一30、在p型区域二28内形成的n型区域二31、n型区域三32搭接在n型硅片26和p型区域二28的边界上；金属一34是对p型区域一27形成的金属接触；金属二33和金属三35分别是对p型区域三29、n型区域一30和p型区域二28、n型区域二31形成的金属接触。

对应于实施例3，晶闸管由n型硅片26和p型区域二28、p型区域三29、n型区域二31构成，n型区域三32构成齐纳二极管的负极，p型区域一27构成硅二极管的正极，而p型区域二28和n型硅片26分别构成齐纳二极管、硅二极管的正极和负极。