CN104253594B - 充电模块、驱动电路及驱动电路的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了充电模块、驱动电路及驱动电路的操作方法。该充电模块用以预充一控制节点至一预充电压，使得在一控制模块输出一控制电压的情形下，一驱动模块根据由该控制电压与该预充电压加总的一栅极电压启动。

Description

充电模块、驱动电路及驱动电路的操作方法

技术领域

本发明涉及一种电子电路。特别是涉及一种驱动电路、其充电模块，以及应用于驱动电路的操作方法。

背景技术

随着电子的快速进展，各种驱动电路已被广泛地应用在人们的生活当中。

一般而言，驱动电路包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管(power metaloxide semiconductor filed-effect transistor，power MOSFET)，功率金属氧化物半导体场效应晶体管用以根据控制电压启动，以令一驱动电流得以通过功率金属氧化物半导体场效应晶体管，以驱动相应的元件(例如是作为室内外照明设备的发光二极管模块或电子装置的背光模块等)。在实作上，由于功率金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端存在耦合电容，故功率金属氧化物半导体场效应晶体管的启动速度将因而受限。如此一来，当驱动电路执行发光二极管模块的高频调光操作时，将造成误差或偏移，并进一步导致调光操作的不准确以及驱动电路的不稳定。

因此提出了一种具有高启动速度的驱动电路。

发明内容

本发明的一态样为一种充电模块。根据本发明一实施例，该充电模块用以预充(pre-charge)一控制节点至一预充电压，使得在一控制模块输出一控制电压的情形下，一驱动模块根据由该控制电压与该预充电压加总的一栅极电压启动。该充电模块包括一第一开关、一充电开关以及一第二开关。该第一开关用以提供一第一电压至一操作节点。该充电开关用以相应于该操作节点的该第一电压开启，以充电该控制节点。该第二开关用以根据该栅极电压提供一第二电压至该操作节点。在该栅极电压大于一预设电压的情形下，该第二开关提供该第二电压至该操作节点，以令该充电开关关闭，以停止充电该控制节点。

本发明的另一态样为一种驱动电路。根据本发明一实施例，该驱动电路包括一充电模块、一驱动模块、一感测模块以及一控制模块。该充电模块用以预充一控制节点至一预充电压。该驱动模块用以根据由一控制电压与该预充电压加总的一栅极电压启动，以使一驱动电流得以通过该驱动模块。该感测模块用以接收该驱动电流，并根据该驱动电流输出一回授电压。该控制模块用以接收一参考电压、该回授电压以及一脉冲宽度调制讯号，并用以根据该参考电压、该回授电压以及该脉冲宽度调制讯号，输出该控制电压至该驱动模块。

本发明的另一态样为一种应用于一驱动电路的操作方法。根据本发明一实施例，该操作方法包括预充一控制节点至一预充电压；根据一参考电压、一回授电压以及一脉冲宽度调制讯号，产生一控制电压；根据由一控制电压与该预充电压加总的一栅极电压启动一驱动模块，以使一驱动电流得以通过该驱动模块；以及根据该驱动电流产生该回授电压。

综上所述，通过应用上述一实施例，可实现一种充电模块。而藉由通过充电模块预充控制节点至预充电压的操作，可令具备此一充电模块的驱动电路具有高启动速度。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的驱动电路的示意图；

图2a为根据本发明一实施例所绘示的充电模块的示意图；

图2b为根据本发明另一实施例所绘示的充电模块的示意图；

图3a为根据本发明一实施例所绘示的单击脉冲产生器的示意图；

图3b为根据本发明一实施例所绘示的图3a中的单击脉冲产生器的示意图；

图4为根据本发明一实施例所绘示的操作方法的流程图；

图5a为根据本发明一实施例所绘示的操作方法的细部流程图；以及

图5b为根据本发明另一实施例所绘示的操作方法的细部流程图。

附图符号说明

100：驱动电路 VG：控制节点

110：驱动模块 Q：操作节点

120：感测模块 VDD：第一电压

130：控制模块 VSS：第二电压

140：充电模块 VREF：参考电压

141：逻辑单元 VFB：回授电压

142：单击脉冲产生器 PWM：脉冲宽度调制讯号

1422：反相器 VP：单击脉冲

1424：反相器 IBP：操作讯号

1426：或非门 CH：控制讯号

400：操作方法 I：驱动电流

SW1-SW7：开关 S1-S4：步骤

M：晶体管 S11a-S14a：步骤

R：电阻 S11b-S17b：步骤

C：耦合电容 L：端点

具体实施方式

以下将以附图及详细叙述清楚说明本揭示内容的精神，本领域技术人员在了解本揭示内容的较佳实施例后，可由本揭示内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本揭示内容的精神与范围。

关于本文中所使用的『第一』、『第二』、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的『电性连接』，可指二个或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而『电性连接』还可指二个或多个元件相互操作或动作。

本发明的一实施态样为一种驱动电路，为使叙述清楚，以下段落将以发光二极管模块的电流槽(current sink)电路为例进行说明，然而本发明不以此为限。

图1为根据本发明一实施例所绘示的驱动电路100的示意图。驱动电路100可包括驱动模块110、感测模块120、控制模块130以及充电模块140。在本实施例中，驱动模块110可电性连接感测模块120、控制模块130、充电模块140以及用以电性连接发光二极管模块(未绘示)的端点L。感测模块120可电性连接控制模块130。控制模块130可电性连接充电模块140。

在本实施例中，驱动模块110可包括晶体管M(例如是功率金属氧化物半导体场效应晶体管)。此外，在图1中，晶体管M虽表示为N型晶体管，然而本领域技术人员可轻易将N型晶体管置换为P型晶体管，故晶体管M的型态不以图1中所示为限。感测模块120可包括电阻R。控制模块130可以一个或多个放大器实现。晶体管M可电性连接于端点L与电阻R之间，且晶体管M的栅极端(即控制节点VG)可电性连接控制模块130与充电模块140。此外，晶体管M的栅极端可电性连接耦合电容C(未绘示)。电阻R可连接于晶体管M与第二电压VSS之间。

在本实施例中，充电模块140用以预充(pre-charge)控制节点VG至预充电压。驱动模块110用以根据由控制电压与预充电压加总的栅极电压启动，以使驱动电流I得以通过驱动模块110。驱动电流I的大小相应于栅极电压的大小。感测模块120用以接收驱动电流I，并根据驱动电流I输出回授电压VFB。控制模块130用以接收参考电压VREF、回授电压VFB以及脉冲宽度调制讯号PWM，并用以根据参考电压VREF、回授电压VFB以及脉冲宽度调制讯号PWM输出控制电压至驱动模块110，以启动驱动模块110，并调整驱动电流I的大小。此外，控制模块130还用以接收一第一电压VDD以及第二电压VSS以进行运作。另一方面，参考电压VREF可为固定电压，回授电压VFB可为变动电压。

藉由通过充电模块140预充控制节点VG(即预充耦合电容C)至预充电压，在控制模块130输出控制电压的情形下，驱动模块110可根据由控制电压与预充电压加总的栅极电压迅速启动。如此一来，可缩减驱动模块110的启动时间长度，而使得一种具有高启动速度的驱动电路可被实现。

举例而言，在启动驱动模块110的临界电压为0.7V的情况下，若充电模块140可预充控制节点VG至0.5V，则控制模块130仅需将控制节点VG由0.5V充电至0.7V以启动驱动模块110。如此一来，可缩减控制模块130启动驱动模块110的时间长度。

图2a为根据本发明第一实施例所绘示的充电模块140的示意图。在本实施例中，充电模块140可包括开关SW1、开关SW2及开关SW3。开关SW1可电性连接于第一电压VDD与操作节点Q之间。开关SW2可电性连接于第二电压VSS与操作节点Q之间。开关SW3可电性连接于第一电压VDD与控制节点VG之间。

在本实施例中，开关SW1用以接收操作讯号IBP，并根据操作讯号IBP以提供第一电压VDD至操作节点Q。开关SW2用以决定控制节点VG上的栅极电压是否大于一预设电压，并用以根据栅极电压提供第二电压VSS至操作节点Q。开关SW3用以相应于操作节点Q的第一电压VDD开启，以充电控制节点VG(即充电耦合电容C)。当注意到，在一实施例中，开关SW1可为电流源。

此外，在一实施例中，每一开关SW1-SW3皆可包括一晶体管(例如是金属氧化物场效应晶体管)。应当注意到，虽然在图2a中，开关SW1包括一P型晶体管，开关SW2包括一N型晶体管，且开关SW3包括一N型晶体管，然而本领域技术人员可轻易以N型晶体管置换P型晶体管，或以P型晶体管置换N型晶体管。因此，开关SW1-SW3中的晶体管的型态不以图2a中所示为限。此外，在一实施例中，预设电压的大小可等于开关SW2中的晶体管的临界电压的大小，且预设电压的大小可略小于晶体管M的临界电压的大小。

在第一操作状态下，在栅极电压不大于预设电压的情形下，开关SW2关闭。此时，开关SW1开启并传导第一电压VDD至操作节点Q。开关SW3根据操作节点Q的第一电压VDD开启，以令控制节点VG充电，并使栅极电压提升。

在第二操作状态下，在栅极电压大于预设电压的情形下，开关SW2开启并传导第二电压VSS至操作节点Q。开关SW3根据操作节点Q的第二电压VSS关闭，以令控制节点VG停止充电，并使栅极电压停止提升。

通过如此的设置，控制节点VG可被充电至预充电压，如此一来，驱动模块110的启动时间长度可被缩减，且一种具有高启动速度的驱动电路可被实现。

图2b为根据本发明另一实施例所绘示的充电模块140的示意图。在本实施例中，与图2a中实施例相似的部份在此将不覆述。在本实施例中，充电模块140可还包括一逻辑单元141(例如是一与门)以及一单击脉冲产生器142。逻辑单元141的第一输入端电性连接于操作节点Q，逻辑单元141的第二输入端电性连接于单击脉冲产生器142，且逻辑单元141的输出端电性连接开关SW3中的晶体管的栅极端。

在此实施例中，逻辑单元141用以接收操作节点Q的第一电压VDD或第二电压VSS并接收单击脉冲(one-shot pulse)VP，以根据操作节点Q的第一电压VDD或第二电压VSS以及单击脉冲VP操作性地输出充电讯号CH至开关SW3。单击脉冲产生器142用以接收脉冲宽度调制讯号PWM，并根据脉冲宽度调制讯号PWM输出单击脉冲VP至逻辑单元141。

在此实施例中，单击脉冲VP可为脉冲讯号，此脉冲讯号相应于脉冲宽度调制讯号PWM的正缘(positive edge)而具有高电压电平，并在短时间(例如2μs)内拉降至低电压电平。换言之，单击脉冲VP的相位与脉冲宽度调制讯号PWM的相位相同，且单击脉冲VP的工作周期(duty cycle)小于脉冲宽度调制讯号PWM的工作周期。

在第一操作状态下，单击脉冲VP具有高电压电平且栅极电压不大于预设电压的期间中，此时开关SW2关闭，且开关SW1开启并传导第一电压VDD至操作节点Q。逻辑单元141输出控制讯号CH(例如是高电压电平)至开关SW3，以令开关SW3开启，以充电控制节点VG，以提升栅极电压。

在第二操作状态下，于栅极电压大于预设电压的期间中，开关SW2开启并传导第二电压VSS至操作节点Q。逻辑单元141不输出控制讯号CH，以令开关SW3关闭，以停止充电控制节点VG，并停止提升栅极电压。

在第三操作状态下，于单击脉冲VP具有低电压电平的情况下，逻辑单元141不输出控制讯号CH，以令开关SW3关闭，以停止充电控制节点VG，并停止提升栅极电压。

通过如此的设置，控制节点VG可被充电至预充电压，如此一来，驱动模块110的启动时间长度可被缩减，且一种具有高启动速度的驱动电路可被实现。

此外，通过如此的设置，使控制节点VG仅在于单击脉冲VP具有高电压电平的情况下被充电，如此一来，可实现控制节点VG的过充保护机制。

参照图3a与图3b。图3a为根据本发明一实施例所绘示的单击脉冲产生器142的示意图。单击脉冲产生器142可包括反相器1422、反相器1424以及或非门1426。反相器1422用以接收脉冲宽度调制讯号PWM，并用以反相(invert)脉冲宽度调制讯号PWM，以产生一反相的脉冲宽度调制讯号。反相器1424用以接收反相的脉冲宽度调制讯号，并用以反相且延迟反相的脉冲宽度调制讯号，以产生延迟的脉冲宽度调制讯号。或非门1426用以接收反相的脉冲宽度调制讯号以及延迟的脉冲宽度调制讯号，以根据反相的脉冲宽度调制讯号以及延迟的脉冲宽度调制讯号产生单击脉冲VP。

图3b为根据本发明一实施例所绘示的图3a中的单击脉冲产生器142的示意图。在本实施例中，单击脉冲产生器142可包括反相器1422、或非门1426以及开关SW4-SW7。单击脉冲产生器142中各元件的连接关系可参照图3b中所示，在此不赘述。

通过上述的设置，单击脉冲产生器142可被实现。

本发明的另一实施态样为一种操作方法400。此操作方法400可应用于结构与前述图1中相同或类似的驱动电路。为方便说明，下述操作方法400系以图1所示的驱动电路100为例进行描述，但并不以图1的驱动电路100为限

当注意到，在以下操作方法400中的步骤中，除非另行说明，否则并不具有特定顺序。另外，以下步骤亦可能被同时执行，或者于执行时间上有所重迭

同时参照图1及图4，图4为根据本发明一实施例所绘示的操作方法400的流程图。操作方法400包括以下步骤。通过充电模块140，预充控制节点VG至预充电压(步骤S1)。通过控制模块130，根据参考电压VREF、一回授电压VFB以及脉冲宽度调制讯号PWM，产生控制电压(步骤S2)。根据由控制电压与预充电压加总的栅极电压启动驱动模块110，以使驱动电流I得以通过驱动模块110(步骤S3)。通过感测模块120，根据驱动电流I产生回授电压VFB(步骤S3)。

通过上述的方法，可缩减驱动模块110的启动时间长度。

同时参照图2a及图5a，在一实施例中，步骤S1包括以下步骤。首先，通过开关SW1，提供第一电压VDD至一操作节点Q(步骤S11a)。接着，根据操作节点Q的第一电压VDD开启开关SW3，以充电控制节点VG，以提升栅极电压(步骤S12a)。接着，通过开关SW2，判断栅极电压是否大于预设电压(步骤S13a)。若是，则通过开关SW2提供第二电压VSS至操作节点Q，以令开关SW3关闭，以停止充电控制节点VG，以令栅极电压停止提升(步骤S14a)。若否，则回到步骤S12a。

在一实施例中，步骤S14a包括一步骤，此一步骤是通过在开关SW2中的晶体管以提供第二电压VSS至操作节点Q。上述预设电压的大小可等于开关SW2中的晶体管的临界电压的大小。

另一方面，参照图2b，图3a及图5b。在一实施例中，步骤S1包括以下步骤。通过开关SW1，提供第一电压VDD至操作节点Q(步骤S11b)。通过单击脉冲产生器142，根据脉冲宽度调制讯号PWM产生单击脉冲VP(步骤S12b)。通过逻辑单元(例如是与门)141，以对操作节点Q的第一电压VDD或第二电压VSS以及单击脉冲VP进行逻辑连接(logical conjunction)，以操作性地产生控制讯号CH(例如是高电压电平)(步骤S13b)。通过开关SW3判断控制讯号CH是否产生(步骤S14b)。若否，则继续执行步骤S14b。若是，则开关SW3开启，以充电控制节点VG，以提升栅极电压(步骤S15b)。接着，通过开关SW2，判断栅极电压是否大于预设电压(步骤S16b)。若是，则通过开关SW2提供第二电压VSS至操作节点Q，以令开关SW3关闭，以停止充电控制节点VG，以令栅极电压停止提升(步骤S17b)。若否，则继续执行步骤S16b。

当注意到，预设电压的相关细节可参考前一实施例，故在此不重复。

此外，在一实施例中，单击脉冲VP的相位与该脉冲宽度调制讯号PWM的相位相同，且单击脉冲VP的工作周期小于脉冲宽度调制讯号PWM的工作周期。

再者，在一实施例中，步骤S12b可包括以下步骤。通过反相器1422，反相脉冲宽度调制讯号PWM，以产生反相的脉冲宽度调制讯号。通过反相器1424，反相且延迟反相的脉冲宽度调制讯号，以产生延迟的脉冲宽度调制讯号。通过或非门1426，对反相的脉冲宽度调制讯号以及延迟的脉冲宽度调制讯号进行异操作，以操作性地产生单击脉冲VP。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (15)

1.一种充电模块，用以预充一控制节点至一预充电压，使得在一控制模块输出一控制电压的情形下，一驱动模块根据由该控制电压与该预充电压加总的一栅极电压启动，其中该充电模块包括：

一第一开关，用以提供一第一电压至一操作节点；

一充电开关，用以相应于该操作节点的该第一电压开启，以充电该控制节点；以及

一第二开关，用以根据该栅极电压提供一第二电压至该操作节点，

其中在该栅极电压大于一预设电压的情形下，该第二开关提供该第二电压至该操作节点，以令该充电开关关闭，以停止充电该控制节点。

2.如权利要求1所述的充电模块，其中该第二开关包括一晶体管，该预设电压与该晶体管的临界电压相等。

3.如权利要求1所述的充电模块，还包括：

一逻辑单元，用以接收该操作节点的该第一电压或该第二电压并接收一单击脉冲，以根据该操作节点的该第一电压或该第二电压并根据该单击脉冲操作性地输出一充电讯号，以令该充电开关开启。

4.如权利要求3所述的充电模块，还包括：

一单击脉冲产生器，用以根据一脉冲宽度调制讯号产生该单击脉冲，其中该单击脉冲的相位与该脉冲宽度调制讯号的相位相同，且该单击脉冲的工作周期小于该脉冲宽度调制讯号的工作周期。

5.如权利要求4所述的充电模块，其中该单击脉冲产生器包括：

一第一反相器，用以接收该脉冲宽度调制讯号，并用以反相该脉冲宽度调制讯号，以产生一反相的脉冲宽度调制讯号；

一第二反相器，用以接收该反相的脉冲宽度调制讯号，并用以反相且延迟该反相的脉冲宽度调制讯号，以产生一延迟的脉冲宽度调制讯号；以及

一或非门，用以接收该反相的脉冲宽度调制讯号以及该延迟的脉冲宽度调制讯号，以根据该反相的脉冲宽度调制讯号以及该延迟的脉冲宽度调制讯号产生该单击脉冲。

6.如权利要求3所述的充电模块，其中在该单击脉冲具有一第一电压电平的情形下，该逻辑单元不输出控制讯号，以令该充电开关关闭，以停止 充电该控制节点。

7.如权利要求6所述的充电模块，其中在该单击脉冲具有一第二电压电平且该控制节点的该栅极电压不大于该预设电压的情形下，该逻辑单元输出该控制讯号，以令该充电开关开启，以充电该控制节点。

8.一种驱动电路，包括：

一充电模块，用以预充一控制节点至一预充电压；

一驱动模块，用以根据由一控制电压与该预充电压加总的一栅极电压启动，以使一驱动电流得以通过该驱动模块；

一感测模块，用以接收该驱动电流，并根据该驱动电流输出一回授电压；以及

一控制模块，用以接收一参考电压、该回授电压以及一脉冲宽度调制讯号，并用以根据该参考电压、该回授电压以及该脉冲宽度调制讯号，输出该控制电压至该驱动模块；

其中该充电模块包括：

一第一开关，电性连接于一第一电压与一操作节点之间，其中该第一开关用以传导该第一电压至该操作节点；

一充电开关，电性连接于该第一电压与该控制节点之间，其中该充电开关用以相应于该操作节点的该第一电压开启，以充电该控制节点；以及

一第二开关，电性连接于一第二电压与一操作节点之间，其中该第二开关用以在该栅极电压大于一预设电压的期间中，传导该第二电压至该操作节点，以操作性地关闭该充电开关。

9.如权利要求8所述的驱动电路，其中该驱动模块包括一晶体管，该预设电压小于该驱动模块中的该晶体管的临界电压。

10.如权利要求8所述的驱动电路，其中该充电模块还包括：

一逻辑单元，用以接收该操作节点的该第一电压或该第二电压并接收一单击脉冲，以根据该操作节点的该第一电压或该第二电压并根据该单击脉冲操作性地输出一充电讯号，以令该充电开关开启。

11.如权利要求10所述的驱动电路，其中该充电模块还包括：

一单击脉冲产生器，用以根据该脉冲宽度调制讯号产生该单击脉冲，其中该单击脉冲的相位与该脉冲宽度调制讯号的相位相同，且该单击脉冲的工作周期小于该脉冲宽度调制讯号的工作周期。

12.如权利要求11所述的驱动电路，其中该单击脉冲产生器还包括：

一第一反相器，用以接收该脉冲宽度调制讯号，并用以反相该脉冲宽度调制讯号，以产生一反相的脉冲宽度调制讯号；

一第二反相器，用以接收该反相的脉冲宽度调制讯号，并用以反相且延迟该反相的脉冲宽度调制讯号，以产生一延迟的脉冲宽度调制讯号；以及

一或非门，用以接收该反相的脉冲宽度调制讯号以及该延迟的脉冲宽度调制讯号，以根据该反相的脉冲宽度调制讯号以及该延迟的脉冲宽度调制讯号产生该单击脉冲。

13.如权利要求10所述的驱动电路，其中在该单击脉冲具有一第一电压电平的情形下，该逻辑单元不输出控制讯号，以令该充电开关关闭，以停止充电该控制节点。

14.如权利要求13所述的驱动电路，其中在该单击脉冲具有一第二电压电平且该控制节点的该栅极电压不大于该预设电压的情形下，该逻辑单元输出该控制讯号，以令该充电开关开启，以充电该控制节点。

15.如权利要求8所述的驱动电路，其中该第二开关包括一晶体管，该预设电压与该第二开关中的该晶体管的临界电压相等。