CN102467881A - 发光二极管驱动装置、发光二极管装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管驱动装置包含有一发光二极管驱动芯片，用来根据相关于一或多个发光二极管串行的一回授电压，驱动该一或多个发光二极管串行；以及一电压限制器，具有一端耦接至该发光二极管驱动芯片，另一端可耦接至该一或多个发光二极管串行，用来根据该一或多个发光二极管串行的一底部电压，产生该回授电压予该发光二极管驱动芯片，并限制该回授电压的位准不超过一既定位准。

Description

发光二极管驱动装置、发光二极管装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及发光二极管驱动技术，尤其涉及一种可避免因接收高压而损坏的发光二极管驱动装置、发光二极管装置及其驱动方法。

背景技术

近年来由于环保意识提高与技术日渐成熟，发光二极管(light-emittingdiode，LED)已逐渐取代冷阴极荧光灯管(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)，成为计算机与电视屏幕背光源的主流。

请参考图1，图1为公知一发光二极管装置10的示意图。图中发光二极管装置10包含一发光二极管串行C1及一发光二极管驱动芯片102，而发光二极管驱动芯片102包含有一发光二极管驱动电路104、一短路侦测电路106及一升压电路108，分别用来对发光二极管串行C1进行驱动、短路侦测及提供一升压电压Vbst至发光二极管串行C1的顶部。须注意，此图为简明而仅绘示单一个发光二极管串行、单一个短路侦测电路及单一个驱动电路。实际上，发光二极管装置10可包含有多个并联的发光二极管串行，多个短路侦测电路及多个驱动电路。各发光二极管串行皆与发光二极管串行C1相似，是由发光二极管驱动芯片102中相对应的驱动电路、相对应的短路侦测电路及相对应的升压电路来进行驱动、短路侦测及提供升压电压。

仔细来说，在一般操作情况下，发光二极管驱动电路104可根据来自发光二极管串行C1的一回授电压Vfb(即发光二极管串行C1的底部电压Vbtm)来产生一控制信号Sctrl，并将此控制信号Sctrl提供给升压电路108。升压电路108继而可依据该控制信号Sctrl调整该升压电压Vbst的位准，以使回授电压Vfb与升压电压Vbst(约20V～60V)锁定于一合理的电压范围。然而，当譬如发光二极管驱动电路104控制发光二极管串行C1闪烁，或短路侦测电路106侦测短路(LED short)等情况发生时，发光二极管驱动电路104会关闭发光二极管串行C1的驱动电流Id。这造成发光二极管串行C1的一底部电压Vbtm上升至升压电压Vbst，即回授电压Vfb会上升至与升压电压Vbst相同的高压位准。

由于公知发光二极管驱动芯片102是以高压制程制作而成，因此发光二极管驱动电路104可接收此高压位准却不造成发光二极管驱动芯片102损坏。然而，在目前***整合芯片(system on chip，SOC)的趋势下，发光二极管驱动芯片还整合了影像处理电路，并以低压制程(通常操作电压不高于5V)制造以达到较高的操作速度。因此，考虑到低压单芯片在接收高压时容易烧毁，公知技术实有改进的必要，方能适用于低压单芯片的技术发展趋势。

发明内容

本发明提供一种发光二极管驱动装置、发光二极管装置及其驱动方法，其可避免高压直接进入芯片造成芯片烧毁，故可配合低压单芯片的技术发展趋势。

于一实施例中，公开一种发光二极管驱动装置。该发光二极管装置包含有一发光二极管驱动芯片，用来根据相关于该一或多个发光二极管串行的一回授电压，驱动该一或多个发光二极管串行；以及一电压限制器，具有一端耦接至该发光二极管驱动芯片，另一端可耦接至该一或多个发光二极管串行，用来根据该一或多个发光二极管串行的一底部电压，产生该回授电压予该发光二极管驱动芯片，并限制该回授电压的位准不超过一既定位准。

此外，于另一实施例中，亦公开一种发光二极管装置，包含有：一或多个发光二极管串行；以及上述的发光二极管驱动装置，用于驱动该一或多个发光二极管串行。

更于另一实施例中，公开一种发光二极管装置的驱动方法，该驱动方法包含有根据一或多个发光二极管串行的一底部电压，产生一回授电压，并限制该回授电压的位准不超过一既定位准，以及根据该回授电压，驱动该一或多个发光二极管串行。

在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1为公知一发光二极管装置的示意图。

图2为一实施例中一发光二极管装置的架构示意图。

图3为依据一实施例的图2中发光二极管装置的一细部电路示意图。

图4为依据一实施例的图2中发光二极管装置的一细部电路示意图。

图5为依据一实施例的发光二极管装置的一驱动流程的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、20       发光二极管装置

102、202     发光二极管驱动芯片

104          发光二极管驱动电路

106          短路侦测电路

108          升压电路

200          发光二极管驱动装置

204          电压限制器

C1           发光二极管串行

Vfb、Vfb’   回授电压

Vbtm         底部电压

Vbst      升压电压

Sctrl     控制信号

Id        驱动电流

M1        耐高压金氧半晶体管

Vs        特定电压

Q1        耐高压双极接面晶体管

具体实施方式

请参考图2，图2为依据一实施例的一发光二极管装置20的架构示意图。发光二极管装置20的架构及运作与发光二极管装置10部份相似，因此用途相同的组件及信号以相同符号表示，且在此不再赘述其操作方式，以求简明。发光二极管装置20主要包括发光二极管串行C1，以及发光二极管驱动装置200，其可耦接至发光二极管串行C 1以对其进行驱动。发光二极管装置20与发光二极管装置10的主要相异处在于，于发光二极管装置20中，发光二极管驱动装置200还包含有一电压限制器204，其一端耦接于发光二极管驱动芯片202的发光二极管驱动电路104，另一端则可对外耦接至发光二极管串行C1。于较佳的实施例中，发光二极管芯片202被实施为一低压芯片，电压限制器204被内嵌于一高压芯片中，并且此低压芯片与此高压芯片被整合至发光二极管驱动装置200。

电压限制器204经配置以接收发光二极管串行C1的底部电压Vbtm来产生回授电压Vfb’，并将该回授电压Vfb’提供至该发光二极管驱动芯片的该发光二极管驱动电路104。升压电路105继而可根据回授电压Vfb’来调整一升压电压Vbst的位准，并将该升压电压Vbst提供至发光二极管串行C1的顶部。此外，电压限制器204亦限制回授电压Vfb’的位准不超过(即小于或等于)一既定位准。于较佳的情况下，此既定位准被选择为不超过发光二极管驱动芯片202能忍受不烧坏的最大电压，即耐受电压；于更佳的情况下，此既定位准被选择为不超过发光二极管驱动芯片202本身的低操作电压Vlp。

换句话说，与传统发光二极管装置10是直接使用底部电压Vbtm来作为回授电压Vfb而未对回授电压Vfb的位准进行任何限制不同，发光二极管装置20的回授电压Vfb’乃受到电压限制器204的限制而不超过一既定位准。如此一来，电压限制器204可避免发光二极管驱动电路104接收高压而造成发光二极管驱动芯片202损坏。

于一特定实施例中，电压限制器204是依据底部电压Vbtm的位准来启动其限制功能。具体而言，当驱动电流尚未关闭时，底部电压Vbtm的位准不足以启动电压限制器204的限制功能，因此电压限制器204可直接输出底部电压Vbtm作为回授电压Vfb’。然当驱动电流关闭而导致底部电压Vbtm过高(其可约为一范围)时，电压限制器204开始限制回授电压Vfb’以使其几乎维持为该既定位准，而此既定位准可设计为不超过耐受电压或低操作电压Vlp。结果，无论驱动电流是否关闭，回授电压Vfb’皆不超过耐受电压或低操作电压Vlp。

在图2中，电压限制器204的实现方式皆不限于特定架构及操作。有种种不同结构的电路均可实现电压限制器204。以下将利用图3及图4来举例说明不同实施例的电压限制器204的细部结构及操作。

详细来说，请参考图3，图3为依据一实施例的图2中发光二极管装置20的一细部电路示意图。由图3可知，电压限制器204是以一耐高压金氧半(metal oxide semiconductor，MOS)晶体管M1(譬如为N型)耦接于发光二极管驱动芯片202与发光二极管串行C1之间来实现，其具有一汲极耦接于发光二极管串行C1的负极以接收底部电压Vbtm(即一汲极电压等于底部电压Vbtm)，一源极耦接发光二极管驱动芯片202以输出回授电压Vfb’(即一源极电压等于回授电压Vfb’)，且具有一闸极被施加一特定电压Vs。

当闸极电压(即特定电压Vs)大于源极电压(即回授电压Vfb’)与一门坎电压(threshold voltage)Vth(即Vs＞Vfb’+Vth，Vth譬如约为2V)之和时，耐高压N型金氧半晶体管M1才会导通。因此，当驱动电流尚未关闭，耐高压N型金氧半晶体管M1会导通，并将底部电压Vbtm直接输出为耐高压N型金氧半晶体管M1的源极电压(即回授电压Vfb’)。相反的，当驱动电流关闭，而导致底部电压Vbtm上升时，源极电压会随着上升，直到等于闸极电压减去门坎电压Vth为止，即耐高压N型金氧半晶体管M1开始关闭。换句话说，图3的特定电压Vs减去门坎电压Vth即等于图2的说明中所述的既定位准，其可设计为小于或等于发光二极管驱动芯片202的耐受电压或低操作电压Vlp。例如，当低操作电压Vlp为3.3V，可选择Vs为5V，此时回授电压Vfb’不超过3V(5V-2V)，因此不超过3.3V。结果，即使驱动电流关闭导致底部电压Vbtm上升过高，发光二极管驱动芯片202所接收的回授电压Vfb’仍不超过耐受电压或低操作电压Vlp而不会烧毁。值得注意的是，在此仅以单一个耐高压N型金氧半晶体管M1来作范例说明，然于其它实施例中，可采用一个以上相耦接的P型或N型金氧半晶体管甚至搭配其它类型的阻抗组件来实施电压限制器204。

请参考图4，图4为依据另一实施例的图2中发光二极管装置20的一细部电路示意图。图4与图3的差别主要在于电压限制器204改以耐高压双极接面晶体管(bipolar junction transistor，BJT)Q1(譬如是NPN型)来实施。与图3中的耐高压金氧半晶体管M1相似，当基极电压需大于射极电压与一正向基射极电压差之和时，耐高压NPN型双极接面晶体管Q1才会导通。因此即使当驱动电流关闭而导致底部电压Vbtm上升过高时，发光二极管驱动芯片202所接收的回授电压Vfb’仍不超过耐受电压或低操作电压Vlp而不会烧毁。值得注意的是，在此仅以单一个耐高压NPN型双极接面晶体管Q1来作范例说明，然于其它实施例中，可采用一个以上相耦接的NPN型或PNP型双极接面晶体管甚至搭配其它类型的阻抗组件来实施电压限制器204。

值得注意的是，在图2中，电压限制器204是进行电压限制的运作，其实现方式不限于特定规则。本领域普通技术人员当可据以修饰或变化，而不限于第3及4图的实施例所示的细部结构及操作。

另外，亦须注意的是，图2至图4为简明起见而分别仅绘示单一个发光二极管串行、单一个短路侦测电路、单一个限制器及单一个驱动电路。实际上，发光二极管装置20可包含至少一组的发光二极管串行、一或多个短路侦测电路、一或多个限制器，以及一或多个驱动电路。每一组发光二极管串行皆包含一或多个发光二极管串行，并且由发光二极管驱动芯片202中相对应的驱动电路来进行驱动，以及由相对应的短路侦测电路及限制器来进行短路侦测及电压限制。细部的架构与操作与上述相同，于此不再赘述。

发光二极管装置20的操作，可归纳为一驱动流程50，如图5的实施例所示，其包含以下步骤：

步骤500：开始。

步骤502：根据发光二极管串行C1的底部电压Vbtm来产生回授电压

Vfb’，并限制回授电压Vfb’的位准不超过一既定位准。

步骤504：根据回授电压Vfb’，驱动发光二极管串行C1。

步骤506：结束。

其中各步骤的细节可由发光二极管装置20的对应组件的操作类推而得，在此不另作赘述。

上述实施例的驱动流程50对于回授电压进行限制，而不直接接收高压，因此可避免驱动电流关闭时的芯片损坏问题。更详细的说，上述实施例是对回授电压Vfb’进行限制，以使其能小于发光二极管驱动芯片的耐受电压或低操作电压Vlp。因此，即便驱动电流关闭而导致底部电压Vbtm上升过高，回授电压Vfb’仍维持为低压。结果，可避免驱动电流关闭时发光二极管驱动芯片的损坏问题。

综合上述，在目前***整合芯片的趋势且高操作速度的要求下，发光二极管驱动芯片整合有影像处理相关电路并以低压制程来制造。然而，公知技术因直接接收底部电压Vbtm作为回授电压Vfb，因此会于发光二极管串行C1的驱动电流关闭导致回授电压Vfb上升过高时，发生高压进入芯片内部导致芯片损坏的问题。相较之下，上述实施例是增加一电压限制器来对回授电压进行限制，故可避免高压直接进入芯片造成芯片烧毁，从而可配合低压制程单芯片的技术发展趋势。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种发光二极管驱动装置，包含有：

一发光二极管驱动芯片，用来根据相关于一或多个发光二极管串行的一回授电压，驱动该一或多个发光二极管串行；以及

一电压限制器，具有一端耦接至该发光二极管驱动芯片，另一端可耦接至该一或多个发光二极管串行，用来根据该一或多个发光二极管串行的一底部电压，产生该回授电压予该发光二极管驱动芯片，并限制该回授电压的位准不超过一既定位准。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中该发光二极管驱动芯片更根据该回授电压来调整一升压电压，并将该升压电压提供至该一或多个发光二极管串行的顶部。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中该既定位准是不超过该发光二极管驱动芯片的一低操作电压及一耐受电压当中之一者。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中当该底部电压上升到达该既定位准时，该电压限制器开始限制该回授电压以使其实质上维持为该既定位准。

5.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中于该一或多个发光二极管串行所接收的一驱动电流切断而导致该底部电压升高之后，该电压限制器对该回授电压进行限制。

6.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中该电压限制器包含有一耐高压金氧半晶体管，其耦接于该一或多个发光二极管串行及该发光二极管驱动芯片之间，且其闸极接收一特定电压。

7.如权利要求6所述的发光二极管驱动装置，其中该回授电压不超过该特定电压减去该耐高压金氧半晶体管的一门坎电压。

8.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中该电压限制器包含有一耐高压双极接面晶体管，其耦接于该一或多个发光二极管串行与该发光二极管驱动芯片之间，且基极接收一特定电压。

9.如权利要求8所述的发光二极管驱动装置，其中该回授电压不超过该特定电压减去该耐高压型双极接面晶体管的一正向基射极电压差。

10.一种发光二极管装置，包含有：

一或多个发光二极管串行；以及

如申请专利范围第1项所述的发光二极管驱动装置，用于驱动该一或多个发光二极管串行。

11.一种用于发光二极管装置的驱动方法，包含有：

根据一或多个发光二极管串行的一底部电压，产生一回授电压，并限制该回授电压的位准不超过一既定位准；以及

根据该回授电压，驱动该一或多个发光二极管串行。

12.如权利要求11所述的驱动方法，其中驱动该一或多个发光二极管串行的步骤包含有根据该回授电压来调整一升压电压，并将该升压电压提供至该一或多个发光二极管串行的顶部。

13.如权利要求11所述的驱动方法，其中限制该回授电压的步骤包含有限制该回授电压以使其不超过一发光二极管驱动芯片的一低操作电压及一耐受电压当中之一者。

14.如权利要求11所述的驱动方法，其中限制该回授电压的步骤包含有当该回授电压上升到达该既定位准时，开始限制该回授电压以使其实质上维持为该既定位准。

15.如权利要求11所述的驱动方法，其中限制该回授电压的步骤是于该一或多个发光二极管串行所接收的一驱动电流切断而导致该底部电压升高之后实施。

16.如权利要求11所述的驱动方法，其中产生该回授电压的步骤包含有：

耦接一耐高压金氧半晶体管的一端至该一或多个发光二极管串行，并从该耐高压金氧半晶体管的另一端产生该回授电压；以及

提供一特定电压至该耐高压金氧半晶体管的闸极。

17.如权利要求11所述的驱动方法，其中产生该回授电压的步骤包含有：

耦接一耐高压双极接面晶体管的一端至该一或多个发光二极管串行，并从该耐高压双极接面晶体管的另一端产生该回授电压；以及

提供一特定电压至该耐高压双极接面晶体管的基极。

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