CN113645736B - 高速驱动发光组件的发光驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高速驱动发光组件的发光驱动器。第二晶体管的控制端连接第一晶体管的控制端和第一端。运算放大器的一输入端连接第一晶体管的第一端，而另一输入端连接第一开关和第二开关的第一端。第三晶体管的控制端以及第四晶体管的控制端连接运算放大器的输出端。第一开关的第二端以及第四晶体管的第二端连接第二晶体管的第一端。第二开关的第二端以及电流源连接第三晶体管的第二端。第四晶体管的第一端连接发光组件。控制电路连接电流源、第一开关与第二开关的控制端。

Description

高速驱动发光组件的发光驱动器
技术领域
本发明涉及显示设备的发光驱动器，特别是一种高速驱动发光组件的发光驱动器。
背景技术
传统发光驱动器的电路组件通过如图4B所示的脉波频率调变信号PFM01控制，以驱动发光组件发光之前，由于需要一预备时间，用于建立运算放大器的负反馈机制，导致驱动延迟，造成脉波频率调变信号PFM01的能量损失，形成脉波频率调变信号PFM02。其结果为，发光组件的电流ILED01的能量损失，影响发光组件的发光亮度。为了解决此问题，传统发光驱动器中设置电流检测电流以及补偿电路。在能量损失之后，补偿电路依据电流检测电流电路所检测到的发光组件的电流，进行事后补偿作业，补回发光组件的电流ILED0损失的能量。
然而，当传统发光驱动器的电路组件转为采用如图4C所示的具有较高工作周期(High Duty)的脉波频率调变信号PFM03时，频率调变信号PFM03的能量损失，形成脉波频率调变信号PFM04。在此情况下，由于脉波频率调变信号PFM03的工作周期太高，不具有足够的时间，完全补偿发光组件的电流ILED02损失的能量，造成发光组件的电流ILED02呈非线性变化，进而导致发光组件的发光状态不如预期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种高速驱动发光组件的发光驱动器，包含第一电流镜、运算放大器、快速切换电路、第四晶体管以及控制电路。第一电流镜包含第一晶体管以及第二晶体管。第一晶体管的第一端连接共享电压源。第二晶体管的控制端连接第一晶体管的控制端和第一端。第一晶体管的第二端以及第二晶体管的第二端耦接一参考电位。运算放大器具有第一输入端以及第二输入端，分别连接第一晶体管的第一端以及第二晶体管的第一端。快速切换电路包含输入电流源、第三晶体管、第一开关及第二开关。第三晶体管的第一端连接共享电压源。第三晶体管的第二端连接输入电流源。第三晶体管的控制端连接运算放大器的输出端。第一开关的第一端连接运算放大器的第二输入端。第一开关的第二端连接第二晶体管的第一端。第二开关的第一端连接运算放大器的第二输入端。第二开关的第二端连接第三晶体管的第二端。第四晶体管的第一端连接发光组件。第四晶体管的第二端连接第二晶体管的第一端。第四晶体管的控制端连接运算放大器的输出端。控制电路连接第一开关的控制端以及第二开关的控制端，配置以互补切换第一开关以及第二开关。
在一实施例中，输入电流源为可变电流源。控制电路连接可变电流源，并响应于发光组件的运作参数，控制可变电流源供应的电流。
在一实施例中，所述高速驱动发光组件的发光驱动器还包含参考电流源，连接在第一晶体管的第一端以及共享电压源之间，并连接控制电路。控制电路依据发光组件的运作参数，控制参考电流源供应的电流。
在一实施例中，所述高速驱动发光组件的发光驱动器还包含第三开关。第三开关的第一端连接第四晶体管的控制端。第三开关的第二端接地。第三开关的控制端连接控制电路。
在一实施例中，第三晶体管的控制端连接运算放大器的输出端。第三晶体管与第四晶体管组成第二电流镜。第三晶体管与第四晶体管的比例系数取决于发光组件的运作参数。
在一实施例中，所述高速驱动发光组件的发光驱动器还包含第四开关。第四开关的第一端连接运算放大器的输出端。第四开关的第二端连接第四晶体管的控制端。第四开关的控制端连接控制电路。
在一实施例中，运算放大器的第一输入端为非反相输入端，第二输入端为反相输入端。
在一实施例中，发光组件包含多个发光二极管。多个发光二极管相互串联。
如上所述，本发明提供一种高速驱动发光组件的发光驱动器，其借由快速切换电路的配置，在运算放大器从开回路(open loop)回复至闭回路(closed lopp)的过程中，保持住运算放大器的输入端的电压，以防止如传统发光驱动器需要重新建立内部直流操作点，而导致发光组件的电流损失。再者，在本发明的快速切换电路中的输入电流源可采用可变电流源，并响应于发光电路的运作参数(例如发光组件的电流值)调整可变电流源供应的电流，使发光驱动器适用于驱动发光组件的电流在一电流值范围内变化。
为使能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的高速驱动发光组件的发光驱动器的电路布局图。
图2为本发明第二实施例的高速驱动发光组件的发光驱动器的电路布局图。
图3为本发明实施例的高速驱动发光组件的发光驱动器的信号波形图。
图4A为传统发光驱动器用于驱动发光组件的信号波形图。
图4B为传统发光驱动器用于驱动发光组件的信号波形图。
图4C为传统发光驱动器用于驱动发光组件的信号波形图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
[第一实施例]
请参阅图1，其为本发明第一实施例的高速驱动发光组件的发光驱动器的电路布局图。如图1所示，本实施例的发光驱动器可包含第一电流镜MR1、运算放大器OPA、第四晶体管T4以及控制电路COT。
值得注意的是，为了高速驱动发光组件ST(例如但不限于多个发光二极管的串行电路)发光，本实施例的发光驱动器可还包含快速切换电路。本实施例的快速切换电路可包含输入电流源INC、第三晶体管T3、第一开关SW1以及第二开关SW2。
第一电流镜MR1可包含第一晶体管T1以及第二晶体管T2。第一电流镜MR1的输入电流(即第一晶体管T1的电流)与第一电流镜MR1的输出电流(即第二晶体管T2的电流)的比例可为1：K，其中K为比例系数，可为任意适当的正整数值。第一晶体管T1的控制端连接第一晶体管T1的第一端以及第二晶体管T2的控制端。第一晶体管T1的第二端以及第二晶体管T2的第二端耦接一参考电位。
运算放大器OPA具有第一输入端以及第二输入端。运算放大器OPA的第一输入端例如非反相输入端连接第一晶体管T1的第一端，即连接节点A1。运算放大器OPA的第二输入端例如反相输入端连接第一开关SW1的第一端以及第二开关SW2的第一端，即连接节点A2。
第一开关SW1的第二端连接第二晶体管T2的第一端。第二开关SW2的第二端连接第三晶体管T3的第二端。换言之，第一开关SW1的第二端连接在第四晶体管T4的第二端以及第二晶体管T2的第一端之间的节点NM。第二开关SW2的第二端连接在第三晶体管T3的第二端以及输入电流源INC之间的节点ND。运算放大器OPA的输出端连接第三晶体管T3的控制端，并可(通过第四开关SW4)连接第四晶体管T4的控制端。第三晶体管T3的第一端连接共享电压源VDD。第三晶体管T3的第二端连接输入电流源INC。
控制电路COT互补切换第一开关SW1以及第二开关SW2。
举例而言，当控制电路COT输出低电平的脉波频率调变信号PFM时，即在脉波频率调变信号PFM的非工作周期时间内，第一开关SW1关闭。在关闭第一开关SW1后，开启第二开关SW2。在此情况下，运算放大器OPA配置以取得第三晶体管T3的第二端(即节点ND)的电压，以输出运算放大信号EAO1至第三晶体管T3的控制端，使第三晶体管T3的第二端的电压输入运算放大器OPA的第二输入端。
如此，将运算放大器OPA的第二输入端的电压保持为节点ND的电压，趋近运算放大器OPA的第二输入端在脉波频率调变信号PFM的一脉波的工作周期时间内时的电压，借此可达成高速驱动发光组件ST发光的功效。
当控制电路COT输出高电平的脉波频率调变信号PFM时，即进入脉波频率调变信号PFM的下一脉波的工作周期时间内时，开启第一开关SW1，关闭第二开关SW2。在第一开关SW1开启时，运算放大器OPA的第二输入端例如反相输入端通过第一开关SW1连接第二晶体管T2的第一端。在此情况下，运算放大器OPA配置以将第二晶体管T2的第一端(即节点NM)的电压与第一晶体管T1的第一端(即节点A1)的电压之间的差值乘上一增益值，以输出运算放大信号EAO2至第四晶体管T4的控制端，用以控制第四晶体管T4的运作，进而控制发光组件ST的电流ILED。
进一步地，若输入电流源INC为固定电流源，节点ND的电压为固定值，适用于驱动发光组件ST的电流ILED维持为一固定值的发光驱动器。若欲驱动发光组件ST的电流ILED在一电流值范围内变化，发光驱动器的输入电流源INC需采用可变电流源。
控制电路COT可连接输入电流源INC以及发光组件ST。控制电路COT可取得发光组件ST的运作参数BRN(例如电流值、电压值、发光强度等)，并响应于发光组件ST的运作参数BRN，控制输入电流源INC供应的电流，以改变第三晶体管T3的第二端(即节点ND)的电压，预期在一电流值范围内变化下，节点ND的电压可以接近的追踪节点NM的电压。例如，当输入电流源INC输出的电流越高时，发光组件ST的电流ILED越高。
进一步地，第一晶体管T1的第一端可直接连接共享电压源VDD，或是如图1所示通过参考电流源IFR连接共享电压源VDD。此参考电流源IFR可为可变电流源。控制电路COT可连接参考电流源IFR，配置以依据发光组件ST的运作参数BRN，输出一参考控制信号CR，以控制参考电流源IFR供应的电流，进而调整输入运算放大器OPA的第一输入端例如非反相输入端(即节点A1)的电压。
另外，第三开关SW3以及第四开关SW4可设置在运算放大器OPA以及第四晶体管T4之间。详言之，第四开关SW4的第一端连接运算放大器OPA的输出端。第四开关SW4的第二端连接第四晶体管T4的控制端。第三开关SW3的第一端可连接第四晶体管T4的控制端。第三开关SW3的第二端接地。
第三开关SW3的控制端以及第四开关SW4的控制端可连接控制电路COT。控制电路COT输出脉波频率调变信号PFM以开启第四开关SW4、关闭第三开关SW3时，允许运算放大器OPA的运算放大信号EAO2输出至第四晶体管T4，以控制第四晶体管T4的运作，进而控制发光组件ST的发光状态。当控制电路COT输出脉波频率调变信号PFM以开启第三开关SW3、关闭第四开关SW4时，第四晶体管T4通过第三开关SW3接地，以将第四晶体管T4的控制端的电压重置为零值。
[第二实施例]
请参阅图2，其为本发明第二实施例的高速驱动发光组件的发光驱动器的电路布局图。
如图2所示，本实施例的发光驱动器可包含第二电流镜MR2、集成电路MRC、快速切换电路(包含输入电流源INC、第三晶体管T3、第一开关SW1及第二开关SW2)、运算放大器OPA、控制电路COT、参考电流源IFR、第三开关SW3以及第四开关SW4。与第一实施例相同之处，不在此赘述，两差异之处如下具体说明。
第二电流镜MR2包含第三晶体管T3与第四晶体管T4。第三晶体管T3的控制端连接运算放大器OPA的输出端。第四晶体管T4的比例系数K1可取决于发光组件ST的运作参数BRN。
举例而言，控制电路COT可连接第四晶体管T4，配置以依据发光组件ST的运作参数BRN，以输出一控制信号，调整第四晶体管T4的比例系数K1，其中K1可为任意适当数值。
也就是说，第三晶体管T3与第四晶体管T4的比例可取决于发光组件ST的运作参数BRN，例如但不限于发光组件ST的电流ILED。发光组件ST的电流ILED越小，第四晶体管T4的比例系数K1越小，使得第四晶体管T4的栅极至源极间的电容(Cgs)和栅极至漏极间的电容(Cgd)降低，以提升第四晶体管T4的反应速度，进而加快本实施例的发光驱动器对发光组件ST的驱动作业。
另外，集成电路MRC的输入端IN和栅极端Gate可通过参考电压源IFR连接共享电压源VDD。集成电路MRC的第一输出端OUT1可连接第四晶体管T4的第二端。集成电路MRC的第二输出端OUT2可连接第三晶体管T3的第二端。集成电路MRC可包含多个晶体管构成的电流镜，借由调整集成电路MRC内的电流镜的比例为1：M：N，进而调整发光组件ST的驱动作业，其中N和M可为任意适当数值。
请一并参阅图3和图4A，其中图3为本发明实施例的高速驱动发光组件的发光驱动器的信号波形图；图4A为传统发光驱动器用于驱动发光组件的信号波形图。
当如图1和图2所示的本发明实施例的发光驱动器的控制电路COT输出如图3所示的高电平的频率调变信号PFM时，开启第一开关SW1，同时关闭第二开关SW2。相反地，当控制电路COT输出低电平的频率调变信号PFM时，关闭第一开关SW1，同时开启第二开关SW2。
借由本发明实施例的快速切换电路(包含输入电流源INC、第三晶体管T3、第一开关SW1以及第二开关SW2)的配置，以驱动发光组件的电流ILED从0mA快速上升至150mA，以降低电流ILED的能量损失。在此过程中，本发明实施例的发光驱动器的运算放大器OPA输出如图3所示的运算放大信号EAO1。
相比之下，如图4A所示，当传统发光驱动器用于驱动发光组件时，发光组件ST的电流ILED0需耗费一段时间缓慢上升，导致电流ILED0的能量损失大，影响发光组件的发光状态。应理解，当发光组件的电流ILED0越高时，所需的上升时间越长，能量损失越大。
[实施例的有益效果]
本发明的其中一有益效果在于，本发明提供一种高速驱动发光组件的发光驱动器，其借由快速切换电路的配置，在运算放大器从开回路(open loop)回复至闭回路(closed lopp)的过程中，保持住运算放大器的输入端的电压，以防止如传统发光驱动器需要重新建立内部直流操作点，而导致发光组件的电流损失。再者，在本发明的快速切换电路中的输入电流源可采用可变电流源，并响应于发光电路的运作参数(例如发光组件的电流值)调整可变电流源供应的电流，使发光驱动器适用于驱动发光组件的电流在一电流值范围内变化。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。

Claims (8)

1.一种高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，包含：
第一电流镜，包含第一晶体管以及第二晶体管，所述第一晶体管的第一端连接一共享电压源，所述第二晶体管的控制端连接所述第一晶体管的控制端和第一端，所述第一晶体管的第二端以及所述第二晶体管的第二端耦接参考电位；
运算放大器，具有第一输入端以及第二输入端，分别连接所述第一晶体管的第一端以及所述第二晶体管的第一端；
快速切换电路，包含：
输入电流源；
第三晶体管，所述第三晶体管的第一端连接所述共享电压源，所述第三晶体管的第二端连接所述输入电流源，所述第三晶体管的控制端连接所述运算放大器的输出端；
第一开关，所述第一开关的第一端连接所述运算放大器的所述第二输入端，所述第一开关的第二端连接所述第二晶体管的第一端；及
第二开关，所述第二开关的第一端连接所述运算放大器的所述第二输入端，所述第二开关的第二端连接所述第三晶体管的第二端；
第四晶体管，所述第四晶体管的第一端连接所述发光组件，所述第四晶体管的第二端连接所述第二晶体管的第一端，所述第四晶体管的控制端连接所述运算放大器的输出端；以及
控制电路，连接所述第一开关的控制端以及所述第二开关的控制端，配置以互补切换所述第一开关以及所述第二开关。
2.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述输入电流源为可变电流源，所述控制电路连接所述可变电流源，并响应于所述发光组件的运作参数，控制所述可变电流源供应的电流。
3.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述高速驱动发光组件的发光驱动器还包含参考电流源，连接在所述第一晶体管的第一端以及所述共享电压源之间，并连接所述控制电路，所述控制电路依据所述发光组件的运作参数，控制所述参考电流源供应的电流。
4.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述高速驱动发光组件的发光驱动器还包含第三开关，所述第三开关的第一端连接所述第四晶体管的控制端，所述第三开关的第二端接地，所述第三开关的控制端连接所述控制电路。
5.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述第三晶体管的控制端连接所述运算放大器的输出端，所述第三晶体管与所述第四晶体管组成第二电流镜，所述第三晶体管与所述第四晶体管的比例系数取决于所述发光组件的运作参数。
6.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述高速驱动发光组件的发光驱动器还包含第四开关，所述第四开关的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述第四开关的第二端连接所述第四晶体管的控制端，所述第四开关的控制端连接所述控制电路。
7.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述运算放大器的所述第一输入端为非反相输入端，所述第二输入端为反相输入端。
8.根据权利要求1所述的高速驱动发光组件的发光驱动器，其特征在于，所述发光组件包含多个发光二极管，所述多个发光二极管相互串联。
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一种高精度高转换效率的LED驱动电路;唐俊龙;罗磊;周斌腾;肖仕勋;谢海情;邹望辉;;半导体技术(第06期);全文 *
基于单稳态电路的PFM控制器设计;邹雪城;陈继明;郑朝霞;肖华;;华中科技大学学报(自然科学版)(第01期);全文 *

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