CN102612201B - 发光二极管驱动电路及其*** - Google Patents

发光二极管驱动电路及其*** Download PDF

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Abstract

一种发光二极管驱动电路及其***，该发光二极管驱动电路包括：至少一发光二极管驱动模块，耦合于至少一发光二极管串，用以驱动相对应的该发光二极管串；一电压调节模块，耦合于该至少一发光二极管驱动模块，根据该至少一发光二极管模块的输出信号，提供一调节信号；其中，该至少一发光二极管串的输入电压根据该调节信号而调整。本发明不仅能够确保发光二极管驱动模块中所有的驱动晶体管皆被推入饱和区操作，还能够将上述驱动晶体管的功率损失减至最低。

Description

发光二极管驱动电路及其***
技术领域
本发明有关于发光二极管驱动技术，特别是有关于发光二极管中驱动晶体管的电压调节技术。
背景技术
发光二极管(Light Emitting diode)驱动晶片广泛应用于诸如液晶电视等显示装置之中。图1为现有技术中的发光二极管驱动晶片示意图。现有的发光二极管驱动晶片110包括多个发光二极管驱动模块112。多个发光二极管串130串联多个发光二极管于一电压源Vsupply与发光二极管驱动模块112之间。发光二极管驱动模块112用以驱动相连接的发光二极管串130。
值得注意的是，现有技术会在电压源Vsupply与所述发光二极管串130之间配置一可变电阻Rad，借以对发光二极管驱动模块112上的压降进行调整。明确地说，图1中各元件的电性关系会满足等式Vsupply＝ILED×Rad+VLEDs+V112，其中ILED为流经发光二极管130上的电流，而VLEDs为发光二极管130上的电压，两者皆依据发光二极管130的规格而有固定值。因此，当对可变电阻Rad的值进行调整时，发光二极管驱动模块112的压降V112即可因此获得调整。
然而，现有技术无法自动将上述发光二极管驱动模块112的压降调整在适当的范围。因此，本发明提供一种新的电路以解决此一问题。
发明内容
本发明提供一种发光二极管驱动电路，包括：至少一发光二极管驱动模块，耦合于至少一发光二极管串，用以驱动相对应的该发光二极管串；一电压调节模块，耦合于该至少一发光二极管驱动模块，根据该至少一发光二极管模块的输出信号，提供一调节信号；其中，该至少一发光二极管串的输入电压根据该调节信号而调整。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该发光二极管串还耦接至一电压源；该电压调节模块包括：一用以产生一参考电压的参考电压产生器以及一漏极电压比较器；该漏极电压比较器包括：至少一漏极电压输入，用以耦接至该至少一发光二极管驱动模块的驱动晶体管的漏极，以撷取至少一漏极电压；一参考电压输入，耦接至该参考电压产生器，用以接收该参考电压；以及一调节信号输出，用以输出该调节信号至一控制器，以使该控制器调节该电压源供应至该驱动晶体管的电压，其中该调节信号是该漏极电压比较器将该至少一漏极电压与该参考电压进行比较的结果。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该参考电压产生器所产生的参考电压被设定为使该驱动晶体管进入饱和区的最小漏极电压。
本发明所述的发光二极管驱动电路，当该至少一漏极电压低于该参考电压时，该控制器调高该电压源输出的电压。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该至少一漏极电压输入连接至一第一晶体管的栅极，该参考电压输入连接至一第二晶体管的栅极，该调节信号是该第一晶体管的漏极的电压。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该调节信号由一或门的输出提供，该或门包括至少一输入，该至少一输入耦接至该第一晶体管的漏极，用以输入该第一晶体管的漏极的电压；该电压调节模块还包括一反相器，该反相器耦接至该调节信号，用以将该调节信号反相。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该电压调节模块还包括一双输入或门，该双输入或门包括：一第一输入端，耦接至该电压调节模块的该反相器的输出；一第二输入端，耦接至另一发光二极管驱动电路的电压调节模块的双输入或门的输出；以及一输出端，耦接至该控制器。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该至少一发光二极管驱动模块还包括一运算放大器，该运算放大器的一输出耦接至该驱动晶体管的栅极。
本发明所述的发光二极管驱动电路，该电压源是一直流对直流电压转换器。
本发明另提供一种发光二极管驱动***，包括：一电压源，提供一电压于多个该发光二极管串；多个前述发光二极管驱动电路，耦合于多个该发光二极管串，用以驱动相连接的该发光二极管串；一控制器，耦合于该电压源，传送一控制信号至该电压源以调整供给至多个该发光二极管串的输入电压；其中，多个该发光二极管驱动电路为串列方式排列，下一级的该发光二极管驱动电路接收来自上一级的该发光二极管驱动电路的输出信号，并经过一逻辑运算后提供其输出信号；其中，最后一级的该发光二极管驱动电路传送输出信号至该控制器，用以调整多个该发光二极管串的输入电压。
本发明不仅能够确保发光二极管驱动模块中所有的驱动晶体管皆被推入饱和区操作，还能够将上述驱动晶体管的功率损失减至最低。
附图说明
图1为现有技术中的发光二极管驱动晶片示意图。
图2为依据本发明一实施例的发光二极管驱动电路示意图。
图3为驱动晶体管212的特性曲线。
图4A为依据本发明另一实施例的发光二极管驱动电路示意图。
图4B为依据本发明又一实施例的发光二极管驱动电路示意图。
图5为依据本发明一实施例的多级发光二极管驱动电路示意图。
附图中符号的简单说明如下：
200：发光二极管驱动电路；210：发光二极管驱动模块；220：电压调节模块；212：驱动晶体管；214：运算放大器；222：参考电压产生器；224：漏极电压比较器；230：发光二极管串；241：漏极电压输入；242：参考电压输入；243：调节信号；250：控制器；260：双输入或门；261：第一输入端；262：第二输入端；263：第三输入端；270：电压源；290：反相器；400：发光二极管驱动电路；410：发光二极管驱动模块；420：电压调节模块；412：驱动晶体管；414：运算放大器；422：参考电压产生器；424：漏极电压比较器；430：发光二极管串；450：控制器；470：电压源；501～503：发光二极管驱动电路；511～513：发光二极管串；550：控制器；570：电压源。
具体实施方式
下文为介绍本发明的较佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围当以权利要求书的范围为准。
图2为依据本发明一实施例的发光二极管驱动电路示意图。本发明的发光二极管驱动电路200通过反馈控制而达到自动调节其上电压的目的。发光二极管驱动电路200包括多个发光二极管驱动模块210以及一电压调节模块220。其中，各个发光二极管驱动模块210包括一驱动晶体管212以及一运算放大器214，而该电压调节模块220则包括一参考电压产生器222及一漏极电压比较器224。明确地说，本发明所提供的自动调整机制主要目的在于调整驱动晶体管212的漏源电压而使其将该驱动晶体管212推入饱和区操作，借以使所驱动的发光二极管串230上具有稳定的电流并产生稳定的亮度。此外，该驱动晶体管212的漏源电压仍需被进一步控制，使得不至于因为漏源电压过大而产生不必要的功率损失(功率损失等于驱动晶体管212的漏源电压乘以驱动晶体管212上的电流)，借以有效提高驱动模块的效率。
下文将分别说明本发明的上述各个元件。
本发明的驱动晶体管212可用以驱动多个发光二极管230，其中该多个发光二极管串230将多个发光二极管串联于一电压源270与发光二极管驱动模块210之间。该驱动晶体管212的漏极连接至发光二极管串230。此外，本发明的运算放大器214以一输出耦接至该驱动晶体管212的栅极，并以一正输入端接收一驱动电压Vdr。
本发明电压调节模块220中的参考电压产生器222可用以产生一参考电压，以作为和驱动晶体管212的漏极电压比较的基准。在图2的实施例中，参考电压产生器222可耦接至运算放大器214的正输入端以接收驱动电压Vdr(驱动电压Vdr约略等于驱动晶体管212的源极电压)，并在该驱动电压Vdr上另加上一电压差Vest，而使参考电压产生器222产生总和等于该驱动晶体管212的理想漏极电压的一参考电压。
图3为驱动晶体管212的特性曲线，用以说明驱动晶体管212的理想漏极电压。该理想漏极电压应该略大于使该驱动晶体管212进入饱和区的最小漏极电压Vth，以使驱动晶体管212有稳定的电流却有最小的功率损耗。因此，在一实施例中，若参考电压设定为该最小漏极电压Vth，则所加上的电压差Vest可设定为Vth-Vdr。
本发明电压调节模块中的漏极电压比较器224为具有多个输入的比较器，包括多个漏极电压输入241、一参考电压输入242，以及一调节信号243。其中，该漏极电压比较器224的各个漏极电压输入241可分别与一发光二极管驱动模块210的驱动晶体管212的漏极耦接，用以撷取各个发光二极管驱动模块210的驱动晶体管212的漏极所提供的一输出信号(漏极电压)。漏极电压比较器224的参考电压输入242则耦接至该参考电压产生器222，可用以自该参考电压产生器222上接收前述的参考电压。
本发明的该漏极电压比较器224可将该漏极电压输入241所接收的漏极电压与参考电压输入242所接收的该参考电压进行比较而产生一调节信号，并将该调节信号输出至一控制器250。之后，外部的控制器250可依据该调节信号调整该电压源270供应至所述发光二极管230的电压，进而调整到该驱动晶体管212的漏源电压Vds。调整的规则，举例而言，若每一个驱动晶体管212中，至少有一个漏极电压低于该参考电压时，代表至少有一个驱动晶体管212的漏源电压Vds太低，如此将导致具有过低漏源电压Vds的驱动晶体管212，其连接的发光二极管串230处于不稳定的操作状态。当漏极电压比较器224侦测到上述过低的漏源电压Vds信号，即传送调节信号至控制器250，而控制器250可根据调节信号调整电压源270输出的电压，以确保所有的驱动晶体管212皆被推入饱和区操作。反之，若所接收到的所有漏极电压皆高于该参考电压时，代表该驱动晶体管212的漏源电压太高，则控制器250会调低该电压源270输出的电压，进而降低所有驱动晶体管的漏源电压Vds，借此将驱动晶体管212的功率损失减至最低。
图4A为依据本发明另一实施例的发光二极管驱动电路示意图。与图2的发光二极管驱动电路200相似，图4A的发光二极管驱动电路400包括多个发光二极管驱动模块410以及一电压调节模块420。其中，各个发光二极管驱动模块410用以驱动发光二极管串430，包括一驱动晶体管412以及一运算放大器414，而该电压调节模块420则包括一参考电压产生器422及一漏极电压比较器424。此外，在图4A的漏极电压比较器424中，原图2电压调节模块220的漏极电压比较器224被多个晶体管Q1、Q2及Q3所取代，所述晶体管Q1、Q2及Q3构成多组电流镜。各个漏极电压输入至第一晶体管Q1的栅极；而参考电压产生器422所产生的该参考电压Vest连接至第二晶体管Q2的栅极。此外，调节信号是该第一晶体管Q1的漏极的电压，将被输出至一控制器450。之后，外部的控制器450可依据该调节信号调整该电压源470供应至所述发光二极管430的电压，进而调整到该驱动晶体管412的漏源电压Vds。
图4B为依据本发明又一实施例的发光二极管驱动电路示意图。与图2的发光二极管驱动电路200相似，图4B的发光二极管驱动电路400同样包括多个发光二极管驱动模块410以及一电压调节模块420。其中，各个发光二极管驱动模块410用以驱动发光二极管串430，包括一驱动晶体管412以及一运算放大器414，而该电压调节模块420则包括一参考电压产生器422及一漏极电压比较器424。此外，在图4A的一漏极电压比较器424中，原图2电压调节模块220的漏极电压比较器224被多个晶体管Q1、Q2及Q3所取代，所述晶体管Q1、Q2及Q3构成多组电流镜。图4B与图4A不同之处在于，图4A的实施例的调节信号是第一晶体管Q1的漏极的电压，而图4B的实施例的调节信号是一或门(OR gate)280的输出，其中该或门280包括多个输入，分别耦接至一第一晶体管Q1的漏极，用以输入该第一晶体管Q1的漏极的电压。
图2、图4A及图4B中，本发明还包括一反相器290，耦接至该调节信号，用以将该调节信号予以反相。当发光二极管驱动模块200/400的驱动晶体管212/412的漏极电压高于参考电压时，则该调节信号呈高态(H)，而反相器290的输出为低态(L)；同理，当发光二极管驱动模块200/400的驱动晶体管212/412的漏极电压低于参考电压时，则该调节信号呈低态(L)，而反相器290的输出为低态(H)。
本发明另提供一发光二极管驱动调节***，其同样可通过反馈控制而达到自动调节其上电压的目的。图5为依据本发明的发光二极管驱动***500示意图。本发明的发光二极管驱动调节***包括各级发光二极管驱动模块501～503、电压源570以及控制器550。各级发光二极管驱动电路501～503可分别用以驱动及调节多个列发光二极管串511～513，举例而言，可为图2的发光二极管驱动模块200。由于该发光二极管驱动模块200已详述于前文，故在此不再赘述各级发光二极管驱动电路501～503的细部节构。本***中，电压源570用以提供一电压；而该控制器570则依据前述调节信号而输出一控制信号至该电压源570以调节供给至所述发光二极管串511～513的输入电压。一般而言，本发明的发光二极管驱动电路可分别以晶片形式应用于诸如液晶屏幕等显示装置之中，虽然其中单一发光二极管驱动电路即可处理多串列发光二极管，然而单一发光二极管驱动模块所能驱动的发光二极管串数目有其极限。因此，在发光二极管串的数目较多的应用时(超过16列以上)，例如，应用一大型液晶屏幕，则需要应用如图5所示的多个发光二极管驱动电路。
请参照图2、图4A、图4B及图5。在一较佳实施例中，该电压调节模块还包括一双输入或门260，其以一第一输入端261耦接至该电压调节模块的该反相器290的输出，另以一第二输入端262，耦接至上一级发光二极管驱动电路(图未显示)的电压调节模块的双输入或门的输出，并以一输出端263耦接下一级发光二极管驱动电路(图未显示)的电压调节模块的双输入或门的输入，或是耦接至控制器。
图5的发光二极管驱动电路501～503采用串列方式排列，下一级的发光二极管驱动电路接收来自上一级的发光二极管驱动电路的输出信号后，经过前述逻辑元件260及290所执行的逻辑运算后提供其输出信号，其中，最后一级的发光二极管驱动电路则传送输出信号至该控制器550，用以调整所有发光二极管511～513的输入电压。举例而言，图5的发光二极管驱动电路502的双输入或门的输出耦接至下一级发光二极管驱动电路503；而发光二极管驱动电路503的双输入或门的输出则耦接至控制器550。在此实施例中，当各级发光二极管驱动电路501～503的驱动晶体管皆进入饱和区，则各级中的漏极电压比较器皆会输出高态信号(H)，而经反相器作用后皆会输出低态信号(L)，使得最后一级发光二极管驱动电路503的双输入或门输出一低态信号，控制器550则据此将电压源570输出的电压调降以减低各级驱动晶体管的功率损耗；反之，当某一级发光二极管驱动电路驱动晶体管未进入饱和区，则该级中的漏极电压比较器皆会输出低态信号，而经反相器作用后会输出高态信号，使得最末级发光二极管驱动电路503输出一高态信号，控制器550则据此将电压源570输出的电压调升以确保各级的驱动晶体管皆会进入饱和状态。在一实施例中，该电压源570是一直流对直流电压转换器，然而在其他实施例中则不必以此为限。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种发光二极管驱动电路，其特征在于，包括：
至少一发光二极管驱动模块，耦合于至少一发光二极管串，用以驱动相对应的该发光二极管串，其中该发光二极管串还耦接至一电压源；以及
一电压调节模块，耦合于该至少一发光二极管驱动模块，根据该至少一发光二极管驱动模块的输出信号，提供一调节信号，其中该电压调节模块包括：
一参考电压产生器，用以产生一参考电压；以及
一漏极电压比较器，至少由一第一晶体管与一第二晶体管所组成，该漏极电压比较器包括：
至少一漏极电压输入，用以耦接至该至少一发光二极管驱动模块的驱动晶体管的漏极且连接至该第一晶体管的栅极，以撷取至少一漏极电压；
一参考电压输入，耦接至该参考电压产生器且连接至该第二晶体管的栅极，用以接收该参考电压；以及
一调节信号输出，用以输出该调节信号至一控制器，以使该控制器调节该电压源供应至该驱动晶体管的电压，其中该调节信号是该漏极电压比较器将该至少一漏极电压与该参考电压进行比较的结果，
其中，该至少一发光二极管串的输入电压根据该调节信号而调整，且该调节信号是该第一晶体管的漏极的电压。
2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该参考电压产生器所产生的参考电压被设定为使该驱动晶体管进入饱和区的最小漏极电压。
3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，当该至少一漏极电压低于该参考电压时，该控制器调高该电压源输出的电压。
4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该调节信号由一或门的输出提供，该或门包括至少一输入，该至少一输入耦接至该第一晶体管的漏极，用以输入该第一晶体管的漏极的电压；
该电压调节模块还包括一反相器，该反相器耦接至该调节信号，用以将该调节信号反相。
5.根据权利要求4所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该电压调节模块还包括一双输入或门，该双输入或门包括：
一第一输入端，耦接至该电压调节模块的该反相器的输出；
一第二输入端，耦接至另一发光二极管驱动电路的电压调节模块的双输入或门的输出；以及
一输出端，耦接至该控制器。
6.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该至少一发光二极管驱动模块还包括一运算放大器，该运算放大器的一输出耦接至该驱动晶体管的栅极。
7.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该电压源是一直流对直流电压转换器。
8.一种具有权利要求1所述的发光二极管驱动电路的发光二极管驱动***，其特征在于，包括：
一电压源，提供一电压给多个该发光二极管串；
多个该发光二极管驱动电路，耦合于多个该发光二极管串，用以驱动相连接的该发光二极管串；
一控制器，耦合于该电压源，传送一控制信号至该电压源以调整供给至多个该发光二极管串的输入电压；
其中，多个该发光二极管驱动电路为串列方式排列，下一级的该发光二极管驱动电路接收来自上一级的该发光二极管驱动电路的输出信号，并经过一逻辑运算后提供其输出信号；
其中，最后一级的该发光二极管驱动电路传送输出信号至该控制器，用以调整多个该发光二极管串的输入电压。
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