TWI465148B - 發光二極體驅動電路及發光二極體驅動控制器 - Google Patents

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Description

發光二極體驅動電路及發光二極體驅動控制器
本發明係關於一種發光二極體驅動電路及發光二極體驅動控制器。
請參見第一圖，為習知之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一電感L、一電晶體開關M1、一飛輪二極體M2、一發光二極體模組20、一電流偵測電阻Ri以及一控制器10。控制器10係以固定截止時間控制電晶體開關M1之導通與截止，使發光二極體模組20持續發光，詳細電路運作說明於下。
控制器10包含一比較器2、一SR正反器6以及一固定截止時間單元4。比較器2之一反相端接收一參考訊號Vr，一非反相端耦接電流偵測電阻Ri以接收一電流偵測訊號IFB。於每個週期之初，電晶體開關M1導通，一輸入電源Vin提供一電流經電感L、發光二極體模組20及電晶體開關M1到地。當此電流上升使電流偵測訊號IFB之一準位高於參考訊號Vr之一準位時，比較器2產生一高準位訊號至SR正反器6的一設定端S，使SR正反器6的一反相輸出端Q’的輸出一低準位訊號而截止電晶體開關M1。此時，電流會透過一飛輪二極體M2續流。同時，SR正反器6的一輸出端Q會產生一高準位訊號至固定截止時間單元4，固定截止時間單元4會計數一預定截止時間後，產生一脈衝訊號至SR正反器6的一重置端R，使SR正反器6的反相輸出端Q’輸出一高準位訊號以重新導通電晶體開關M1而進入下一個週期。
透過上述的控制方式，理論上發光二極體模組20的電流會在一電流峰值及一電流谷值之間震盪。然而，由於電流谷值會視預定截止時間而定，且會隨著輸入電源Vin之電壓高低而有不同。此會造成發光二極體模組20的平均電流會隨輸入電 源Vin的不同而改變，造成發光二極體模組20的亮度，甚至色溫也會改變。再者，因為電路操作上會有時間延遲、電感L的電感值的誤差也大，也會使發光二極體模組20的實際電流峰值也會不同。
鑑於先前技術中的固定截止時間模式之控制器應用於發光二極體之驅動時，平均電流值會隨輸入電壓、電感值誤差等因素而改變，本發明之發光二極體驅動電路及發光二極體驅動控制器會根據實際電流平均值與預定電流值之間的誤差調整固定導通/截止時間或電流峰/谷值之判斷準位，使發光二極體模組的平均電流修正至預定電流值，以補償任何可能造成平均電流偏移之因素影響。
為達上述目的，一種發光二極體驅動電路，包含一發光二極體模組、一電感、一飛輪單元、一切換開關以及一發光二極體驅動控制器。電感之一端與發光二極體模組之一端耦接。飛輪單元耦接發光二極體模組及電感以形成一電流迴路。切換開關耦接發光二極體模組，以控制一輸入電源之一電力是否提供至發光二極體模組。發光二極體驅動控制器，接收代表發光二極體模組之電流之一電流偵測訊號以據此週期性控制切換開關導通或截止一預定時間週期，其中預定時間週期隨電流偵測訊號調整，使發光二極體模組之電流之平均值被穩定於一預定電流值。
本發明同時提供一種發光二極體驅動控制器，用以控制一切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組。發光二極體驅動控制器包含一比較單元、一切換控制單元以及一電流修正單元。比較單元根據代表發光二極體模組之電流大小之一電流偵測訊號，產生一比較結果訊號。切換控制單元根據比較結果訊號及一預定時間週期產生一切換控制訊號，用以導通或截 止切換式轉換電路的一切換開關。電流修正單元根據電流偵測訊號產生一電流修正訊號以調整預定時間週期，使發光二極體模組之電流之平均值被穩定於一預定電流值。
本發明也提供另一種發光二極體驅動控制器一種發光二極體驅動控制器，用以控制一切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組。發光二極體驅動控制器包含一遲滯比較單元、一切換控制單元以及一電流修正單元。電流修正單元根據電流偵測訊號產生至少一參考訊號。遲滯比較單元根據代表發光二極體模組之電流大小之一電流偵測訊號及至少一參考訊號，產生一比較結果訊號。切換控制單元根據比較結果訊號產生一切換控制訊號，用以導通或截止切換式轉換電路的一切換開關。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。
請參見第二圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一切換式轉換電路以及一發光二極體驅動控制器100，發光二極體驅動控制器100控制切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組120。切換式轉換電路包含一電感L、一切換開關SW以及一飛輪二極體D。電感L之一端耦接一輸入電源Vin，另一端與發光二極體模組120之正端耦接。發光二極體模組120之負端耦接切換開關SW之一端，而切換開關SW之另一端接地。飛輪二極體D之正端耦接發光二極體模組120之負端，其負端耦接輸入電源Vin，以提供電感L之電流續流路徑。
在本實施例，發光二極體驅動控制器100為一固定截止時間控制器，包含一比較單元102、一切換控制單元以及一電流 修正單元108，而切換控制單元包含一SR正反器106及一固定截止時間單元104。一電流偵測電阻Ri耦接切換開關SW，於切換開關SW導通時，產生代表發光二極體模組120之電流大小之一電流偵測訊號IFB。比較單元102根據電流偵測訊號IFB以及一參考訊號Vr，產生一比較結果訊號。SR正反器106之一設定端S耦接比較單元102之一輸出端，一重設端R及一輸出端Q耦接固定載止時間單元104，而一反相輸出端Q’耦接切換開關SW之一控制端。於每一週期之初，發光二極體驅動控制器100導通切換開關SW，使輸入電源Vin之電流經電感L、發光二極體模組120、切換開關SW及電流偵測電阻Ri到地。此時，電感L電流持續上升。當電流上升致使電流偵測訊號IFB之一準位高於參考訊號Vr之一準位時，比較單元102產生一高準位訊號至SR正反器106，使SR正反器106截止切換開關SW及觸發固定截止時間單元104開始計時。固定截止時間單元104於計時一預定時間週期後產生一脈衝訊號，以重設SR正反器106，使切換開關SW重新導通以進入下一個週期。預定時間週期可配合實際電路的環境設定，而適當地設定預定時間週期，可使切換開關SW截止過程，電感L之電流仍均維持在零電流之上，而使電感L操作於一連續電流模式。
電流修正單元108根據電流偵測訊號IFB，以判斷電流之平均值與預定電流值之差異，並據此產生一電流修正訊號Ic以調整固定截止時間單元104的預定時間週期之長短，使發光二極體模組120之電流之平均值被穩定於一預定電流值。本實施例之電流偵測電阻Ri僅於切換開關SW導通時，能偵測電流。故本實施例之電流修正單元108同時耦接比較單元102及SR正反器106以判斷切換開關SW之導通時序，並於切換開關SW導通時，根據電流偵測訊號IFB及代表預定電流值之參考訊號Vr判斷電流之平均值與預定電流值是否有差異，若是則調整預定時間週期之長短。例如：當電流平均值高於預定電 流值時，電流修正單元108調長預定時間週期直至電流平均值等於預定電流值；當電流平均值低於預定電流值時，電流修正單元108調短預定時間週期直至電流平均值等於預定電流值。如此，本發明之發光二極體驅動電路可達到全電壓輸入(90-264V)及補償元件誤差或電路延遲等，使發光二極體模組之電流平均值被穩定於預定電流值。
本實施例係以偵測峰值電流及根據平均電流大小來決定截止時間長度之方式來進行切換開關之控制，如此可以確保發光二極體電流在可操作範圍內進而確保發光二極體之使用壽命。當然，本發明也可以偵測谷值電流及根據平均電流大小來決定導通時間長度之方式來進行切換開關之控制，請參見以下實施例之說明。
請參見第三圖，為根據本發明之一第二較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一切換式轉換電路以及一發光二極體驅動控制器200，發光二極體驅動控制器200控制切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組220。切換式轉換電路包含一電感L、一切換開關SW以及一飛輪二極體D。切換開關SW之一端耦接一輸入電源Vin，另一端與電感L之一端耦接。電感L之另一端耦接發光二極體模組220之一正端，而發光二極體模組220之一負端透過一電流偵測電阻Ri耦接地及飛輪二極體D之一正端。飛輪二極體D之一負端耦接電感L與切換開關SW之間的一連接點，以提供電感L之電流續流路徑。
在本實施例，發光二極體驅動控制器200為一固定導通時間控制器，包含一比較單元202、一切換控制單元以及一電流修正單元208，而切換控制單元包含一SR正反器206及一固定導通時間單元204。與第二圖實施例相較，本實施例之電流偵測電阻Ri不論切換開關SW導通或截止均可偵測到流經發光二極體模組220的電流，故發光二極體驅動控制器200可更 精確地判斷發光二極體模組220的平均電流大小。比較單元202根據電流偵測電阻Ri所產生之電流偵測訊號IFB以及一參考訊號Vr，產生一比較結果訊號。SR正反器206之一設定端S耦接比較單元202之一輸出端，一輸出端Q耦接固定導通時間單元204及切換開關SW之一控制端，而一重置端R耦接固定導通時間單元204之一輸出端。於每一週期之初，發光二極體模組220之電流過低致使比較單元202產生一高準位訊號。此時，SR正反器206於輸出端Q產生一高準位訊號以導通切換開關SW，使輸入電源Vin之電流經切換開關SW、電感L、發光二極體模組220、及電流偵測電阻Ri到地，此時電感L電流持續上升。固定導通時間單元204同時接收SR正反器206之高準位訊號後開始計時。固定導通時間單元204於計時一預定時間週期後產生一脈衝訊號，以重設SR正反器206。此時SR正反器206截止切換開關SW，電感L透過飛輪二極體D續流，此時電流開始下降。當電流過低致使比較單元202產生高準位訊號時，切換開關SW重新導通而進入下一個週期。由於電感L之電流均維持在(參考訊號Vr所代表的)一電流谷值之上，故電感L操作於一連續電流模式。
在本實施例中，電流修正單元208為一誤差放大器，接收電流偵測訊號IFB及參考訊號Vr，以判斷電流之平均值與一預定電流值之差異，並據此產生一電流修正訊號Ic以調整固定導通時間單元204的預定時間週期之長短。當電流平均值高於預定電流值時，電流修正單元208調短預定時間週期直至電流平均值等於預定電流值；當電流平均值低於預定電流值時，電流修正單元208調長預定時間週期直至電流平均值等於預定電流值。如此，可動態補償任何影響電流之因素，而使發光二極體模組220之電流之平均值被穩定於預定電流值。
上述兩實施例說明了本發明應用於固定截止時間控制(偵測電流的峰值)及固定導通時間控制(偵測電流的谷值)的電 路實施方式。實際上，本發明也可以應用至漣波控制模式(Ripple Mode)之發光二極體驅動電路，以偵測電流的峰值及谷值來控制切換開關的截止與導通。請參見第四圖，為根據本發明之一第三較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一切換式轉換電路以及一發光二極體驅動控制器300，發光二極體驅動控制器300控制切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組320。切換式轉換電路包含一電感L、一切換開關SW以及一飛輪二極體D。切換開關SW之一端耦接一輸入電源Vin，另一端耦接發光二極體模組320之一正端。發光二極體模組320之一負端耦接電感L之一端，電感L之另一端耦接飛輪二極體D之一正端，以透過飛輪二極體D提供電感L之電流續流路徑。一電流偵測電阻Ri也耦接電感L之另一端並接地，以產生代表發光二極體模組320電流大小之一電流偵測訊號IFB。
發光二極體驅動控制器300包含一遲滯比較單元302、一切換控制單元以及一電流修正單元308，而切換控制單元包含一SR正反器306及一反相器304。電流修正單元308根據電流偵測訊號IFB產生一參考訊號Vr。遲滯比較單元302根據電流偵測訊號IFB及參考訊號Vr，產生一比較結果訊號。電流修正單元308也可以根據不同的遲滯比較單元302需求，產生兩個參考訊號做為遲滯比較所需的參考準位。在本實施例中，遲滯比較單元302會根據參考訊號Vr及內設之一遲滯範圍來決定遲滯比較的上準位值及下準位值。如此，可使電感L之電流維持在零電流之上，即操作於一連續電流模式。本實施例之電流修正單元308可使用誤差放大器來實現，而在此介紹另一種實施電路，以積分方式判斷電流平均值來實現，且此電路亦可應用於上述實施例以取代誤差放大器。
電流修正單元308包含一比較器301、一充電單元、一放電單元以及一積分單元303，以產生參考訊號Vr。積分單元 303可以是電容或具有積分作用之電路。充電單元具有一第一電流源I1。第一電流源I1耦接積分單元303以提供一基本充電電流對積分單元303進行充電。放電單元具有一第二電流源I2以及一切換開關305，第二電流源I2透過切換開關305耦接積分單元303，以提供一放電電流對積分單元303進行放電。其中，第一電流源I1的電流大小小於第二電流源I2之電流大小。比較器301之一反相端接收一參考基準訊號Vr’，一非反相端接收電流偵測訊號IFB以據此控制切換開關305的導通與截止。當電流偵測訊號IFB之一準位低於參考基準訊號Vr’之一準位時，比較器301輸出一低準位訊號以截止切換開關305。此時第一電流源I1對積分單元303充電以提高積分單元303之電壓。當電流偵測訊號IFB之準位高於參考基準訊號Vr’之準位時，比較器301輸出一高準位訊號以導通切換開關305，使第二電流源I2對積分單元303放電，而第一電流源I1同時對積分單元303充電。由於而第一電流源I1之電流小於第二電流源I2之電流，此時積分單元303之電壓將降低。如此，當電流偵測訊號IFB之平均值高於參考基準訊號Vr’時，電流修正單元308將調低參考訊號Vr之一準位，而當電流偵測訊號IFB之平均值高低於參考基準訊號Vr’時，電流修正單元308將調高參考訊號Vr之準位。遲滯比較單元302接收電流偵測訊號IFB及參考訊號Vr，並產生一比較結果訊號。SR正反器306之一設定端S耦接遲滯比較單元302之一輸出端，而一重置端R透過反相器304耦接遲滯比較單元302之輸出端。一輸出端Q耦接切換開關SW之一控制端。於每一週期之初，發光二極體模組320之電流過低致使遲滯比較單元302產生一高準位訊號。此時，SR正反器306於輸出端Q產生一高準位訊號以導通切換開關SW，使輸入電源Vin之電流經切換開關SW、發光二極體模組320、電感L及電流偵測電阻Ri到地，此時電感L電流持續上升。當發光二極體模組320之電流升高致使遲滯比較單元302產生一低準位訊號。此時，SR 正反器306截止切換開關SW，電感L透過飛輪二極體D續流，電流開始下降。當電流過低致使遲滯比較單元302產生高準位訊號時，SR正反器306重新導通切換開關SW而進入下一個週期。
如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
先前技術：
2‧‧‧比較器
6‧‧‧SR正反器
4‧‧‧固定截止時間單元
10‧‧‧控制器
20‧‧‧發光二極體模組
Vr‧‧‧參考訊號
IFB‧‧‧電流偵測訊號
Vin‧‧‧輸入電源
S‧‧‧設定端
Q’‧‧‧反相輸出端
Q‧‧‧輸出端
R‧‧‧重置端
L‧‧‧電感
M1‧‧‧電晶體開關
M2‧‧‧飛輪二極體
Ri‧‧‧電流偵測電阻
本發明：
100、200、300‧‧‧發光二極體驅動控制器
102、202‧‧‧比較單元
104‧‧‧固定截止時間單元
106、206、306‧‧‧SR正反器
108、208、308‧‧‧電流修正單元
120、220、320‧‧‧發光二極體模組
204‧‧‧固定導通時間單元
301‧‧‧比較器
302‧‧‧遲滯比較單元
303‧‧‧積分單元
304‧‧‧反相器
305‧‧‧切換開關
L‧‧‧電感
SW‧‧‧切換開關
D‧‧‧飛輪二極體
Vin‧‧‧輸入電源
Ri‧‧‧電流偵測電阻
IFB‧‧‧電流偵測訊號
Vr‧‧‧參考訊號
D‧‧‧飛輪二極體
Vin‧‧‧輸入電源
Ri‧‧‧電流偵測電阻
IFB‧‧‧電流偵測訊號
Vr‧‧‧參考訊號
S‧‧‧設定端
Q’‧‧‧反相輸出端
Q‧‧‧輸出端
R‧‧‧重置端
Ic‧‧‧電流修正訊號
I1‧‧‧第一電流源
I2‧‧‧第二電流源
Vr’‧‧‧參考基準訊號
第一圖為習知之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第二圖為根據本發明之一第一較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第三圖為根據本發明之一第二較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第四圖為根據本發明之一第三較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
100‧‧‧發光二極體驅動控制器
102‧‧‧比較單元
104‧‧‧固定截止時間單元
106‧‧‧SR正反器
108‧‧‧電流修正單元
120‧‧‧發光二極體模組
L‧‧‧電感
SW‧‧‧切換開關
D‧‧‧飛輪二極體
Vin‧‧‧輸入電源
Ri‧‧‧電流偵測電阻
IFB‧‧‧電流偵測訊號
Vr‧‧‧參考訊號
S‧‧‧設定端
Q’‧‧‧反相輸出端
Q‧‧‧輸出端
R‧‧‧重置端
Ic‧‧‧電流修正訊號

Claims (10)

  1. 一種發光二極體驅動控制器，用以控制一切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組，該發光二極體驅動控制器包含：一比較單元，根據代表該發光二極體模組之電流大小之一電流偵測訊號，產生一比較結果訊號；一切換控制單元，根據該比較結果訊號及一預定時間週期產生一切換控制訊號，用以導通或截止該切換式轉換電路的一切換開關；以及一電流修正單元，根據該電流偵測訊號以判斷該發光二極體模組的電流的平均值並產生一電流修正訊號以調整該預定時間週期，使該發光二極體模組之電流之平均值被穩定於一預定電流值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動控制器，其中該切換控制單元包含一固定時間產生單元，產生代表該預定時間週期之一固定時間訊號且該固定時間訊號之產生時序係根據該比較結果訊號而定。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動控制器，其中該電流修正單元包含一誤差放大器，該誤差放大器根據該電流偵測訊號及一參考訊號產生一誤差放大訊號，該固定時間產生單元根據該誤差放大訊號調整該預定時間週期。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動控制器，其中該電流修正單元包含一積分單元，以根據該電流偵測訊號進 行積分以產生該電流修正訊號。
  5. 一種發光二極體驅動控制器，用以控制一切換式轉換電路提供一電源驅動一發光二極體模組，該發光二極體驅動控制器包含：一電流修正單元，根據代表該發光二極體模組之電流大小之一電流偵測訊號以判斷該發光二極體模組的電流的平均值並產生至少一參考訊號；一遲滯比較單元，根據該電流偵測訊號及該至少一參考訊號，產生一比較結果訊號；以及一切換控制單元，根據該比較結果訊號產生一切換控制訊號，用以導通或截止該切換式轉換電路的一切換開關。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動控制器，其中該電流修正單元包含一誤差放大器，該誤差放大器根據該電流偵測訊號及一參考訊號產生該至少一參考訊號。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動控制器，其中該電流修正單元包含一積分單元，以根據該電流偵測訊號及一電流參考訊號進行積分以產生該至少一參考訊號。
  8. 一種發光二極體驅動電路，包含：一發光二極體模組；一電感，一端與該發光二極體模組之一端耦接；一飛輪單元，耦接該發光二極體模組及該電感以形成一電 流迴路；一切換開關，耦接該發光二極體模組，以控制一輸入電源之電力是否提供至該發光二極體模組；以及一發光二極體驅動控制器，接收代表該發光二極體模組之電流之一電流偵測訊號以據此週期性控制該切換開關導通或截止一預定時間週期，其中該發光二極體驅動控制器根據該預定時間週期以判斷該發光二極體模組的電流的平均值並據此調整該預定時間週期，使該發光二極體模組之電流之平均值被穩定於一預定電流值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體驅動電路，其中該發光二極體驅動控制器為一固定截止時間控制器或一固定導通時間控制器。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體驅動電路，其中該電感操作於一連續電流模式(Continuous Current Mode)。
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