TWI468080B - LED drive device and method - Google Patents

Description

LED驅動裝置及方法

本發明係有關一種LED驅動裝置及方法，特別是關於一種改善功率效率並減少功率消耗的LED驅動裝置及方法。

近來，在各種應用中經常使用發光二極體(Light Emitting Diode；LED)作為光源，由於LED的亮度與通過該LED的電流成正比，因此LED驅動裝置必需控制通過LED的電流的大小，然而高功率消耗及溫度問題影響LED的壽命、效能及應用。圖1顯示傳統的LED驅動裝置10，其包括電壓源Vboost連接LED光源12，LED光源12包括多個串聯的LED，電晶體T11連接在LED光源12及電阻Rref1之間，用以控制通過LED光源12的電流I1，電流I1通過電阻Rref1產生電壓Vsen1，藉由偵測電壓Vsen1可以得知電流I1的大小。由圖1可知，電晶體T11及電阻Rref1都會消耗功率，因而使LED驅動裝置10的效能下降，為了降低因電阻Rref1而造成的功率消耗，電阻Rref1的阻值必需很小，然而，以現有的技術來說，要精確的控制小電阻的阻值是相當困難的。

圖2顯示另一習知的LED驅動裝置20，其中LED光源22連接在電壓Vboost及電流感測電路24之間，該LED光源22包括多個串聯的LED，電流感測電路24根據通過 LED光源22的電流I2產生一與電流I2具有比例關係的電流I3，電流I3通過電阻Rref2產生電壓Vsen2，LED驅動裝置20藉由該電壓Vsen2調節電壓Vboost。在LED驅動裝置20中，利用電流感測電路24提供較小的電流I3給電阻Rref2，因此能降低電阻Rref2所消耗的功率，提高LED驅動裝置20的效能。

圖3顯示又一習知的LED驅動裝置30，其包括調節器32提供固定的電壓Vs給紅色LED光源34、綠色LED光源36及藍色LED光源38，電阻R1連接在紅色LED光源34及電流源CS1之間，電阻R2連接在綠色LED光源及電流源CS2之間，電阻R3連接在藍光LED光源及電流源CS3之間，電流源CS1、CS2及CS3分別用來控制通過紅色LED光源34、綠色LED光源36及藍色LED光源38的電流，而電阻R1、R2及R3則是用來分擔電流源CS1、CS2及CS3的功率消耗以減少散熱問題(thermal issue)。LED驅動裝置30的優點在於能非常精準的控制通過紅色LED光源34、綠色LED光源36及藍色LED光源38的電流，然而LED光源34、36及38以及電阻R1、R2及R3所造成的功率消耗卻增加。

下頁表格1顯示以圖3中LED驅動裝置30的測試資料，其中欄位R表示電阻R1、R2及R3的阻值，欄位Vr表示電阻R1、R2及R3上的跨壓，欄位Vcs表示電流源CS1、CS2及CS3的跨壓，欄位Vf表示LED光源34、36及38的跨壓，欄位lled表示通過LED光源34、36及38 的電流。參照圖3及表格1，以紅色LED光源34為例，調節器32所提供的電壓Vs為5V，而紅色LED光源34的跨壓為2.1V，又電流源CS1提供18mA的電流，因此阻值為50歐姆的電阻R1的跨壓為0.9V，而電流源CS1的跨壓為2V，由此可知，紅色LED光源34的功率效率只有42%。由表格1可知，另二個LED光源36及38的功率效率也分別只有84%及64%。

因此，一種改善功率效率的LED驅動裝置，乃為所冀。

本發明的目的之一，在於提出一種能提供適當電壓給LED的LED驅動裝置。

本發明的目的之一，在於提出一種改善功率效率的LED驅動裝置。

本發明的目的之一，在於提出一種減少功率消耗以改善散熱問題的LED驅動裝置。

本發明的目的之一，在於提出一種能非常精確控制 LED上電流的LED驅動裝置。

根據本發明，一種LED驅動裝置及方法包括一調節器提供一輸出電壓給一LED光源，一電流源可以精確的控制該LED光源上的電流，以及一控制電路偵測該電流源上的跨壓產生一控制信號，該調節器根據該控制信號調節該輸出電壓，以使該電流源上的跨壓維持在較低的準位，因此該輸出電壓幾乎都施加在LED光源上，故功率效率得到改善，功率消耗也將大大地減少，散熱問題也得到改善，由於功率消耗減少，因此總輸入功率的需求也減少，故該調節器功率容量也可以降低。

圖4顯示本發明的第一實施例，調節器42提供輸出電壓Vout給LED光源46，電流源CS1控制LED光源46上的電流I1，電流源CS1能精確的控制電流I1的大小，控制電路44偵測電流源CS1上的跨壓Vsen1以產生控制信號Sc，調節器42根據控制信號Sc調節輸出電壓Vout，進而讓電流源CS1上的跨壓Vsen1維持在較低的準位。其中，調節器42可以是降壓式切換式轉換器、升壓式切換式轉換器或升降壓式切換式轉換器。在LED驅動裝置40中，電流源CS1的跨壓Vsen1控制在可以讓電流源CS1工作的最小電壓，例如0.2V，控制電路44則根據所偵測到的電壓Vsen1控制調節器42調節輸出電壓Vout，以使輸出電壓Vout維持在適當的準位，例如，當LED光源46 需要3.2V的電壓時，輸出電壓Vout將被控制在3.4V，因此功率效率約為94%，由於在電流源及LED光源的串聯路徑上沒有電阻，故電壓幾乎都供應給LED光源46，因此功率消耗可以大大地減少，散熱問題也因而獲得改善，另一方面，由於功率消耗降低，因此總輸入功率的需求也減少，故調節器42的功率容量(power capacity)也可以降低。

圖5顯示本發明的第二實施例，在LED驅動裝置50中，調節器52提供一輸出電壓Vout給紅色LED光源56、綠色LED光源58及藍色LED光源60，電流源CS1、CS2及CS3分別控制LED光源56、58及60上的電流I1、I2及I3，電流源CS1、CS2及CS3可以精確的控制電流I1、I2及I3的大小，控制電路54偵測電流源CS1、CS2及CS3上的跨壓Vsen1、Vsen2及Vsen3產生控制信號Sc，調節器54根據控制信號Sc調節輸出電壓Vout，進而使電流源CS1、CS2及CS3的跨壓維持在較低的準位。其中，調節器52可以是降壓式切換式轉換器、升壓式切換式轉換器或升降壓式切換式轉換器。圖6顯示圖5中控制電路54的實施例，其包括一最小電壓偵測器62偵測電壓Vsen1、Vsen2及Vsen3中最小的電壓，並據以產生信號Vsen，參考電壓產生電路63提供參考電壓Vref，差動放大器64比較信號Vsen及參考電壓Vref產生控制信號Sc。在LED驅動裝置50中，電流源CS1、CS2及CS3的跨壓Vsen1、Vsen2及Vsen3控制在可以讓電流源CS1、CS2及CS3工 作的最小電壓，控制電路54則根據所偵測到的最小電壓控制調節器52調節輸出電壓Vout，以使輸出電壓Vout維持在適當的準位，進而改善功率效率，由於在電流源及LED光源的串聯路徑上沒有電阻，故電壓幾乎都供應給LED光源56、58及60，因此功率消耗可以大大地減少，散熱問題也因而獲得改善，另一方面，由於功率消耗降低，因此總輸入功率的需求也減少，故調節器52的功率容量也可以降低。

圖7顯示本發明的第三實施例，在LED驅動裝置70中，調節器72提供輸出電壓Vout1、Vout2及Vout3分別給紅色LED光源76、綠色LED光源78及藍色LED光源80，電流源CS1控制LED光源76上的電流I1，電流源CS2控制LED光源78上的電流I2，電流源CS3控制LED光源80上的電流I3，電流源CS1、CS2及CS3可以精確的控制電流I1、I2及I3的大小，控制電路74偵測電流源CS1、CS2及CS3上的跨壓Vsen1、Vsen2及Vsen3以產生控制信號Sc，調節器72根據控制信號Sc調節輸出電壓Vout1、Vout2及Vout3，進而使電流源CS1、CS2及CS3的跨壓Vsen1、Vsen2及Vsen3維持在可以讓電流源CS1、CS2及CS3工作的最小電壓，其中輸出電壓Vout1係根據電壓Vsen1來調節，輸出電壓Vout2係根據電壓Vsen2來調節，輸出電壓Vout3係根據電壓Vsen3來調節。其中，調節器72可以是降壓式切換式轉換器、升壓式切換式轉換器或升降壓式切換式轉換器。

表格2顯示圖7中LED驅動裝置70的測試資料，其中欄位Vs表示調節器72所提供的輸出電壓Vout1、Vout2及Vout3，欄位Vcs表示電流源CS1、CS2及CS3的跨壓，欄位Vf表示LED光源76、78及80的跨壓，欄位lled表示通過LED光源34、36及38的電流I1、I2及I3。參照圖7及表格2，其中紅色LED光源76的跨壓為2.1V，電流源CS1的跨壓為0.2V，因此輸出電壓Vout1為2.3V，故紅色LED光源76的功率效率約為91.3%。綠色LED光源78的跨壓為4.2V，電流源CS2的跨壓為0.2V，因此輸出電壓Vout2為4.4V，故綠色LED光源78的功率效率約為95.5%。藍色LED光源80跨壓為3.2V，電流源CS3的跨壓為0.2V，因此輸出電壓Vout3為3.4V，故藍色LED光源80的功率效率約為94%。比較表格1及表格2，很明顯的，LED驅動裝置70在功率效率上有很大的提升，而且由於在電流源及LED光源的串聯路徑上沒有電阻，故電壓幾乎都供應給LED光源76、78及80，因此功率消耗可以大大地減少，散熱問題也因而獲得改善，另一方面， 由於功率消耗降低，因此總輸入功率的需求也減少，故調節器72的功率容量也可以降低。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。

10‧‧‧LED驅動裝置

12‧‧‧LED光源

20‧‧‧LED驅動裝置

22‧‧‧LED光源

24‧‧‧電流感測電路

30‧‧‧LED驅動電路

32‧‧‧調節器

34‧‧‧LED光源

36‧‧‧LED光源

38‧‧‧LED光源

40‧‧‧LED驅動裝置

42‧‧‧調節器

44‧‧‧控制電路

46‧‧‧LED光源

50‧‧‧LED驅動裝置

52‧‧‧調節器

54‧‧‧控制電路

56‧‧‧LED光源

58‧‧‧LED光源

60‧‧‧LED光源

62‧‧‧最小電壓偵測器

63‧‧‧參考電壓產生電路

64‧‧‧差動放大器

70‧‧‧LED驅動裝置

72‧‧‧調節器

74‧‧‧控制電路

76‧‧‧LED光源

78‧‧‧LED光源

80‧‧‧LED光源

圖1顯示傳統的LED驅動裝置；圖2顯示另一習知的LED驅動裝置；圖3顯示又一習知的LED驅動裝置；圖4顯示本發明的第一實施例；圖5顯示本發明的第二實施例；圖6顯示圖5中控制電路的實施例；以及圖7顯示本發明的第三實施例。

40‧‧‧LED驅動裝置

42‧‧‧調節器

44‧‧‧控制電路

46‧‧‧LED光源

Claims (16)

1. 一種LED驅動裝置，用以驅動LED光源，該LED驅動裝置包括：一調節器，提供一輸出電壓給該LED光源；一電流源，控制通過該LED光源的電流；以及一控制電路，偵測該電流源的跨壓產生一控制信號至該調節器以調節該輸出電壓，進而調整該電流源的跨壓以減少功率消耗。
2. 如請求項1之LED驅動裝置，其中在該LED光源與該電流源的串聯路徑上不包含電阻。
3. 一種LED驅動裝置，用以驅動多組LED光源，該LED驅動裝置包括：一調節器，提供一輸出電壓給該多組LED光源；多個電流源，每一該電流源控制通過該多組LED光源其中一組的電流；以及一控制電路，偵測該多個電流源的跨壓產生一控制信號至該調節器以調節該輸出電壓，進而調整該多個電流源的跨壓以減少功率消耗。
4. 如請求項3之LED驅動裝置，其中該控制電路根據該多個電流源的跨壓中的最小值決定該控制信號。
5. 如請求項3之LED驅動裝置，其中該控制電路包括：一最小電壓偵測器，偵測該多個電流源的跨壓，並輸出該多個電流源的跨壓中的最小值；以及一差動放大器，比較該最小電壓偵測器的輸出及一 參考電壓產生該控制信號。
6. 如請求項3之LED驅動裝置，其中在每一該電流源與LED光源的串聯路徑上不包含電阻。
7. 一種LED驅動裝置，用以驅動多組LED光源，該LED驅動裝置包括：一調節器，提供多個輸出電壓，每一該輸出電壓供應給其中一組LED光源；多個電流源，每一該電流源控制其中一組LED光源上的電流；以及一控制電路，偵測該多個電流源的跨壓產生控制信號至該調節器以調節該多個輸出電壓，進而調整該多個電流源的跨壓以減少功率消耗；其中，每一個電流源的跨壓用以調節供應給該電流源所連接的LED光源的輸出電壓。
8. 如請求項7之LED驅動裝置，其中在每一該電流源與LED光源的串聯路徑上不包含電阻。
9. 一種LED驅動方法，包括下列步驟：提供一輸出電壓給LED光源；利用一電流源控制通過該LED光源的電流；以及偵測該電流源的跨壓產生一控制信號用以調節該輸出電壓，進而調整該電流源的跨壓以減少功率消耗。
10. 如請求項9之LED驅動方法，其中在該LED光源與該電流源的串聯路徑上不包含電阻。
11. 一種LED驅動方法，包括下列步驟：提供一輸出電壓給多組LED光源；利用多個電流源分別控制該多組LED光源上的電流；以及偵測該多個電流源的跨壓產生一控制信號至該調節器以調節該輸出電壓，進而調整該多個電流源的跨壓以減少功率消耗。
12. 如請求項11之LED驅動方法，其中該偵測該多個電流源的跨壓產生一控制信號的步驟包括根據該多個電流源的跨壓中的最小值決定該控制信號。
13. 如請求項11之LED驅動方法，其中該偵測該多個電流源的跨壓產生一控制信號的步驟包括：從該多個電流源的跨壓中選取一最小值；以及比較該最小值及一參考電壓產生該控制信號。
14. 如請求項11之LED驅動方法，其中在每一該電流源與LED光源的串聯路徑上不包含電阻。
15. 一種LED驅動方法，包括下列步驟：提供多個輸出電壓分別供應給多組LED光源；利用多個電流源分別控制該多組LED光源上的電流；以及偵測該多個電流源的跨壓產生控制信號至該調節器以調節該多個輸出電壓，進而調整該多個電流源的跨壓以減少功率消耗，其中每一個電流源的跨壓用以調節供應給該電流源所連接的 LED光源的輸出電壓。
16. 如請求項15之LED驅動方法，其中在每一該電流源與LED光源的串聯路徑上不包含電阻。