CN101179879A - 发光装置与其驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管的驱动电路，包括电源转换模块和保护模块。其中，电源转换模块可以依据一脉宽调制讯号的工作周期，而将一输入电压的电位向上位移或向下位移，以输出一驱动讯号来驱动发光二极管。另外，保护模块则是依据驱动讯号的电位，来决定一保护讯号的状态，以控制电源转换模块的运作。当驱动讯号的电位大于一第一默认值和小于一第二默认值时，则使保护讯号为一第一电平，以使电源转换模块停止输出驱动讯号。而当驱动讯号的电位不大于第一默认值以及不小于第二默认值时，则使保护讯号为一第二电平，以使电源转换模块正常运作。

Description

发光装置与其驱动电路

技术领域

本发明涉及一种光源的驱动电路，特别是涉及一种发光二极管的驱动电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)可以将电能转换成光能，逐渐被使用于各种的照明场所或消费性产品的背光模块中作为所需的光源。一般来说，为了使发光二极管可以提供较为稳定的光源，通常会设计一个直流转直流的电源转换器，以提供一个稳定的直流电源给发光二极管。

图1示出了现有的直流转直流电源转换器的电路图。请参照图1，现有的电源转换器100包括电感102、晶体管104、二极管106和电容108。其中，电感102的一端接收一输入电压VIN1，另一端耦接至晶体管104的第一源/漏极端，并耦接二极管106的阳极端，而二极管106的阴极端则是通过电容108接地。此外，晶体管104的第二源/漏极端接地，其栅极端则接收一脉宽调制讯号SP1，其中脉宽调制讯号的工作周期，则是依据电源转换器100所驱动的发光二极管的工作电流所决定。

当脉宽调制讯号SP1为高电位时，晶体管104为导通，此时电感102开始储存输入电压VIN1所传来的电力，而电感102与二极管106的节点的电位由于耦合接地的关系，二极管106为关闭状态。当脉宽调制讯号SP1为低电位时，晶体管104为关闭，此时电感102的续流特性，使与二极管106的节点电位提高，而使二极管106导通，储存于电感102的能量开始传送至电容108储存及驱动发光二极管发光。当脉宽调制讯号SP1再变为高电位时，电容108释放所储存的能量使发光二极管持续发光，而电感102再度储存能量以便下次再传给电容108级发光二极管之用。如此周而复始，而提供高于输入电压VIN1的电压以驱动发光二极管。

举例来说，VIN＝12V，经过电源转换器100可提供高于12V的驱动讯号DS1，白光发光二极管的临界电压约3.5V。当发光二极管为四颗(或以上)串联时，需要14V(或以上)的驱动讯号DS1，上述的升压电源转换器100可以提供。然，当需要驱动三颗(或以下)串联的发光二极管时，升压电源转换器100就无法胜任。

虽然现有的电源转换器可以将输入电压的电位转换成较高的电位，然而却没办法将输入电压的电位转换成较低的电位。因此在有些技术中，会使用降压电路当作电源转换器。但是无论是用升压电路或是降压电路，都无法同时满足需要较高电压的负载以及需要较低电压的负载。

发明内容

因此，本发明的目的就是在提供一种发光二极管的驱动电路，对于驱动需要较高电压的发光二极管负载以及需要较低电压的发光二极管负载均可适用。

因此，本发明提供一种发光二极管的驱动电路，包括一第一电感、一第一电容、一开关、一第二电感、一二极管、一第二电容、一负载检测器以及一讯号产生单元。该第一电感的第一端耦接一输入电压，该第一电容的第一端耦接该第一电感的第二端。该开关依据一脉宽调制讯号来决定是否将该第一电感的第二端耦接地。该第二电感的第一端耦接该第一电容的第二端，而该第二电感的第二端接地。该二极管的阳极端耦接该第一电容的第二端，该第二电容的第一端耦接该二极管的阴极端及一光源模块，以提供该光源模块一驱动讯号，而该第二电容的第二端则接地，其中该光源模块具有至少一发光二极管。该负载检测器检测该光源模块的电流以输出一回授讯号。该讯号产生单元耦接该负载检测器，并根据该回授讯号以产生该脉宽调制讯号。该驱动电路还可包括一保护模块根据驱动讯号的电位是否大于一第一默认值和小于一第二默认值来决定是否输出保护讯号，以使电源转换模块停止输出驱动讯号。

从另一观点来看，本发明提供一种发光装置，包括光源模块、电源转换模块和保护模块。其中，光源模块至少包括一发光二极管，而电源转换模块则是依据一脉宽调制讯号的工作周期，而将一输入电压升压或降压成一驱动讯号来驱动光源模块。另外，保护模块则是依据驱动讯号的电位，来决定一保护讯号的状态，以控制电源转换模块的运作。

由于本发明中的电源转换模块，可以依据脉宽调制讯号的工作周期而将输入电压的电位提升或降低。因此，本发明可以同时满足需要较高电压的发光二极管负载或是需要较低电压的发光二极管负载。

为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1示出了现有的直流转直流电源转换器的电路图。

图2示出了依照本发明的一较佳实施例的一种发光装置的电路图。

图3示出了依照本发明的一较佳实施例的一种脉宽调制讯号的时序图。

图4示出了依照本发明的一较佳实施例的一种讯号产生单元的电路图。

图5(a)-(d)示出了依照本发明的一较佳实施例的保护功能的时序图。

附图符号说明

100：电源转换器

102、222、228：电感

104、224：晶体管

106、230：二极管

108、226、232：电容

200：发光装置

210：驱动电路

212：电源转换模块

214：保护模块

216、2162：讯号产生单元

233、234、266：电阻

236：比较单元

260：光源模块

262：发光二极管

264：负载检测器

412：误差放大器

414：脉宽调制(PWM)

DS1：驱动讯号

FB：回授讯号

SE：保护讯号

SF：电压检测讯号

SP1、SP2：脉宽调制讯号

VIN1、VIN2：输入电压

Vref：参考电压

具体实施方式

图2示出了依照本发明的一较佳实施例的一种发光装置的电路图。请参照图2，在本发明所提供的发光装置200中，包括驱动电路210和光源模块260。在本发明中，驱动电路210会依据一输入电压VIN2而产生驱动讯号DS2来驱动光源模块260。在本实施例中，光源模块260至少包括一发光二极管。

在本实施例中，光源模块260包括多个(或至少一个)发光二极管262。每一发光二极管的阴极端皆耦接至下一发光二极管的阳极端，而第一个发光二极管的阳极端则耦接驱动电路210，以接收驱动讯号DS2。

在一些选择实施例中，光源模块260还包括负载检测器264，其将最后一个发光二极管的阴极端接地。负载检测器264是为了检测流经发光二极管262的工作电流，并可以将其转换为电压型态的回授讯号FB，再传送至讯号产生单元216。在本实施例中，负载检测器264可以利用电阻266来实现。其中，电阻266的一端接地，另一端则耦接最后一个发光二极管的阴极端。

驱动电路210包括电源转换模块212、保护模块214和讯号产生单元216。在本实施例中，电源转换模块212会输出驱动讯号DS2来驱动光源模块260，而保护模块214可以检测驱动讯号DS2的电位，并且输出一保护讯号SE。其中，保护讯号SE的状态是由驱动讯号DS2的电位来决定。

另外，讯号产生单元216则会根据所接收由光源模块260所产生的回授讯号FB以及保护模块214所输出的保护讯号SE，以产生脉宽调制讯号SP2给电源转换模块212。藉此，电源转换模块212就可以依据脉宽调制讯号SP2的工作周期，而将输入电压VIN2的电位提升或降低，以产生驱动讯号DS2。

电源转换模块212主要包括电感222和228、开关224、电容226和232、以及二极管230。在本实施例中，电感222的一端耦接输入电压VIN2，另一端则耦接开关224。藉此，开关224可以依据脉宽调制讯号SP2而决定是否将电感222耦接地。在较佳的实施例中，开关224可以利用NMOS晶体管来实现，其第一源/漏极端可以耦接电感222和电容226、其栅极端可以接收脉宽调制讯号SP2，而其第二源/漏极端则接地。

另外，电容226的一端与电感222共同耦接至开关224，而电容226的另一端则耦接至二极管230的阳极端及电感228的一端，电感228的另一端接地。在本实施例中，二极管230可以是萧特基二极管，而其阴极端耦接电容232的一端，电容232的另一端接地。

图3示出了依照本发明的一较佳实施例的一种脉宽调制讯号的时序图。请合并参照图2和图3，假设电源转换模块212已处于稳定操作状态，在时间区间T1期间，脉宽调制讯号SP2为高电位状态，使开关224导通。此时，输入电压VIN2会对电感222充电使电感222储存能量，而电容226也经由开关224将所储存的能量释放，并储存至电感228。其中二极管为关闭状态，电容232则释放能量以驱动光源模块260发光。

在时间区间T2期间，脉宽调制讯号SP2为低电位状态，使开关224关闭(Trun Off)。此时，电感222、228会释放能量，驱动光源模块260发光(此时二极管230为导通状态)，而电容226、232储存电感222、228所释放部分的能量，以稳定提供给光源模块260的驱动讯号DS2的电压。

在时间区间T3期间，脉宽调制讯号SP2再度变为高电位，使开关224再次导通。此时，电感222、228再度为储能状态，而电容226、232为释能状态，其中电容232将所储存的电能释放，而持续输出驱动讯号DS2。

在本发明中，驱动讯号DS2的电位与输入电压VIN2的电位的比例，可以用下式表达：

$\frac{D}{1-D}$

其中D代表脉宽调制讯号SP2的工作周期。也就是说，当脉宽调制讯号SP2的工作周期大于50％时(例如图3中脉宽调制讯号SP2在时间区间T4期间的工作周期)，电源转换电路212可以将输入电压VIN2的电位提升。相对地，当脉宽调制讯号SP2的工作周期小于50％时(例如图3中脉宽调制讯号SP2在时间区间T5期间的工作周期)，电源转换电路212可以将输入电压VIN2的电位降低。藉此，本发明仅需要调整脉宽调制讯号的周期，就可以满足不同电压需求的光源模块。

请再参照图2，保护模块214包括以电阻233和234所组成的电压检测器电路以及比较单元236。电阻233和234彼此串联，并且一端耦接二极管230的阴极端，另一端则耦接地。在本实施例中，电阻233和234二者耦接的节点电位，会传送至比较单元236，以送出一电压检测讯号SF。当比较单元236接收到电压检测讯号SF时，会依据电压检测讯号SF而输出保护讯号SE给讯号产生单元216。

在本实施例中，电压检测讯号SF是用来指示驱动讯号DS2的电位。因此，当比较单元236接收到电压检测讯号SF时，会依据电压检测讯号SF，而比较驱动讯号DS2的电位是否大于一第一默认值或小于一第二默认值。

当驱动讯号DS2的电位大于第一默认值或小于第二默认值时，代表驱动电路210可能异常操作。因此，比较单元236会输出具有第一电平的保护讯号SE，来中断讯号产生单元216的运作，使得讯号产生单元216停止输出脉宽调制讯号SP2给电源转换模块212，而导致电源转换模块212停止输出驱动讯号DS2给光源模块260。藉此，就可以避免光源模块260因为驱动电路210的异常运作所造成损坏。

相对地，当驱动讯号DS2的电位介于第一默认值与第二默认值之间时，代表驱动电路210应该是正常操作。此时，比较单元会输出具有第二电平的(或者可以说停止输出)保护讯号SE，使得讯号产生单元216持续产生脉宽调制讯号SP2给电源转换模块212。其中，第一电平可以大于第二电平。

图4示出了依照本发明的一较佳实施例的一种比较单元的电路图。请参照图4，比较单元2162可以适用于图2中的讯号产生单元216，其包括了误差放大器412和脉宽调制(PWM)414。在本实施例中，误差放大器412用来接收例如图2的光源模块260所输出的回授讯号FB以及一参考电压Vref。当误差放大器412接收了回授讯号FB之后，会将其与参考电压Vref进行比较，并且输出一补偿讯号给脉宽调制单元414。

脉宽调制单元414是用来产生脉宽调制讯号SP2。如上所述，脉宽调制单元414是依据保护讯号SE来决定是否正常的输出脉宽调制讯号SP2。另外，脉宽调制单元414也是依据误差放大器412的补偿讯号来调整脉宽调制讯号SP2的工作周期。

当回授讯号FB的电位小于参考电压Vref时，脉宽调制单元414可以增加脉宽调制讯号SP2的工作周期。相对地，当回授讯号FB的电位大于参考电压Vref时，脉宽调制单元414可以降低脉宽调制讯号SP2的工作周期。藉此，本发明就可以有效地控制例如图2中的光源模块260。

图5(a)-(d)示出了依照本发明的一较佳实施例的保护功能的时序图。当时间点t1的前，驱动电路210稳定地提供驱动讯号DS2，保护讯号SE处于第二电平。然于时间点t1，电路发生异常，致使驱动讯号DS2的电平突然地提高。在时间点t1到t2之间，回授讯号FB的电平也上升，讯号产生单元216根据回授讯号FB而减少脉宽调制讯号SP2的工作周期。于时间点t2，电压检测讯号SF高于一第一值(即代表驱动讯号DS2高于一第一默认值)，保护讯号SE改变为第一电平并锁住，使讯号产生单元216不再输出脉宽调制讯号SP2。当然，保护讯号SE从第二电平改变为第一电平后，亦可以不锁住，当电压检测讯号SF回到第一值与第二值之间时，讯号产生单元216再度输出脉宽调制讯号SP2；或者持续一预定时间，电压检测讯号SF持续大于第一值(或小于第二值)附近时，保护讯号SE才改变至第一电平并锁位。锁住于于第一电平的保护讯号SE须经重设来解除锁住状态。

综上所述，由于在本发明中，电源转换模块可以依据脉宽调制讯号的工作周期来将输入电压的电位提升或降低。因此，本发明可以适用不同电压需求的光源负载。另外，由于在本发明中具有保护模块。因此，当本发明异常操作时，可以避免造成负载损坏。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (12)

1.一种发光二极管的驱动电路，包括：

一第一电感，其第一端耦接一输入电压；

一第一电容，其第一端耦接该第一电感的第二端；

一开关，依据一脉宽调制讯号来决定是否将该第一电感的第二端耦接地；

一第二电感，其第一端耦接该第一电容的第二端，而该第二电感的第二端接地；

一二极管，其阳极端耦接该第一电容的第二端；

一第二电容，其第一端耦接该二极管的阴极端及一光源模块，以提供该光源模块一驱动讯号，而该第二电容的第二端则接地，其中该光源模块具有至少一发光二极管；

一负载检测器，检测该光源模块的电流以输出一回授讯号；以及

一讯号产生单元，耦接该负载检测器，并根据该回授讯号以产生该脉宽调制讯号。

2.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，还包括一保护模块，耦接该讯号产生单元并依据该驱动讯号的电位，来决定一保护讯号的状态，使该讯号产生单元更根据该保护讯号来决定是否产生该脉宽调制讯号。

3.如权利要求2所述的发光二极管的驱动电路，其中当该驱动讯号的电位大于一第一默认值或小于一第二默认值时，该讯号产生单元停止输出该驱动讯号。

4.如权利要求2所述的发光二极管的驱动电路，其中当该驱动讯号的电位一旦大于一第一默认值或小于一第二默认值，该讯号产生单元停止输出该驱动讯号。

5.如权利要求2所述的发光二极管的驱动电路，其中当该驱动讯号的电位一旦持续一预设时间大于一第一默认值或小于一第二默认值，该讯号产生单元停止输出该驱动讯号。

6.如权利要求3至5中的任一权利要求所述的发光二极管的驱动电路，其中该讯号产生单元包括：

一误差放大器，用以将该回授讯号与一参考电压进行比较，并产生一补偿讯号；以及

一脉宽调制单元，依据该保护讯号的状态和该补偿讯号而产生脉宽调制讯号。

7.如权利要求2所述的发光二极管的驱动电路，其中该保护模块包括：

一电压检测器，用以检测该驱动讯号的电位；以及

一比较单元，用以将该驱动讯号的电位与一第一值和一第二值进行比较，并输出该保护讯号。

8.一种发光装置，包括：

一光源模块，至少包括一发光二极管；

一电源转换模块，用以依据一脉宽调制讯号的工作周期而将一输入电压升压或降压成一驱动讯号来驱动该光源模块；以及

一保护模块，用以依据该驱动讯号的电位，来决定一保护讯号的状态，以控制该电源转换模块的运作。

9.如权利要求8所述的发光装置，其中当该驱动讯号的电位大于一第一默认值或小于一第二默认值时，则该保护模块输出该保护讯号以使该电源转换模块停止输出该驱动讯号。

10.如权利要求8所述的发光装置，其中当该驱动讯号的电位一旦大于一第一默认值或小于一第二默认值，则该保护模块输出该保护讯号以使该电源转换模块停止输出该驱动讯号。

11.如权利要求8所述的发光装置，其中当该驱动讯号的电位一旦持续一预设时间大于一第一默认值或小于一第二默认值，则该保护模块输出该保护讯号以使该电源转换模块停止输出该驱动讯号。

12.如权利要求9至11中的任一权利要求所述的发光装置，其中该保护模块包括：

一电压检测器，用以检测该驱动讯号的电位；以及

一比较单元，根据该驱动讯号的电位与该第一默认值和该第二默认值的比较结果，并输出该保护讯号。

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