TWI481301B - 發光二極體驅動裝置 - Google Patents

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Description

發光二極體驅動裝置
本發明是有關於一種驅動裝置，且特別是有關於一種發光二極體驅動裝置。
在傳統的發光二極體驅動裝置中一般係由控制晶片、功率開關以及外掛電路等等的電路所組成。其中，控制晶片可提供驅動訊號來切換功率開關，使得發光二極體串得以依據功率開關的切換所產生之電流而發光。
一般而言，控制晶片除了可提供驅動訊號外，通常更可提供電路保護或者補償整體電路穩定性等等的功能。並且，控制晶片所提供的功能可依據設計者的設計需求而於控制晶片中設置對應的電路單元，並且搭配對應的外掛電路來實現。
更進一步地說，控制晶片中之各個電路單元皆須參照控制晶片的接地腳位之電壓準位作為各個電路單元的參考電壓準位，藉以令各個電路單元穩定的操作。
在一般的發光二極體驅動裝置中，設計者通常係提供接地電位或固定的參考電位至控制晶片的接地腳位，以作為各個電路單元的參考電壓準位。然而，由於電路配置的關係，有時接地腳位的電壓準位可能不是控制晶片中之各個腳位中的最低電壓準位。
由於積體化之控制晶片，其腳位間的配置可等效為類 似PN接面的關係。通常接地腳位可等效為P型井(P-well)，而其他腳位可等效為類似N型井(N-well)。若是在接地腳位之電壓準位不為最低電壓準位的情況下，腳位間的電壓準位差異，即可能造成控制晶片中之逆向導通的問題而使得控制晶片的電路特性被破壞。更甚者，甚至可能造成控制晶片的損毀。
本發明提供一種發光二極體驅動裝置，其可防止控制晶片於驅動發光二極體串期間可能產生的逆向導通問題。
本發明提出一種發光二極體驅動裝置，其適於驅動發光二極體串，所述之發光二極體驅動裝置包括降壓式電源轉換電路以及控制晶片。降壓式電源轉換電路耦接發光二極體串且具有功率切換路徑。控制晶片耦接降壓式電源轉換電路，用以控制降壓式電源轉換電路的運作。其中，控制晶片具有接地腳位，接地腳位間接連接至功率切換路徑且處於浮動狀態。
在本發明一實施例中，降壓式電源轉換電路更包括頻率設定電路，控制晶片更具有輸出腳位，且控制晶片包括脈寬調變訊號產生單元以及頻率設定單元。脈寬調變訊號產生單元操作在電源電壓下而產生脈寬調變驅動訊號，並且經由輸出腳位輸出脈寬調變驅動訊號以切換功率切換路徑上的功率開關，從而使得發光二極體串操作於定電流之下而發光。頻率設定單元，耦接脈寬調變訊號產生單元與 頻率設定電路，用以在發光二極體驅動裝置的初始化期間，反應於頻率設定電路的電氣特性而設定脈寬調變驅動訊號的頻率。
在本發明一實施例中，功率開關具有第一端、第二端以及控制端，功率開關的第一端接收電源電壓，功率開關的第二端耦接接地電位，且功率開關的控制端耦接輸出腳位以接收脈寬調變驅動訊號。
在本發明一實施例中，頻率設定電路包括第一電阻，第一電阻的第一端耦接輸出腳位，且第一電阻的第二端耦接功率切換路徑，其中頻率設定單元於初始化期間反應於第一電阻的電阻值而設定脈寬調變驅動訊號的頻率。
在本發明一實施例中，降壓式電源轉換電路更包括電流感測電路，控制晶片更具有感測腳位，且控制晶片更包括電流感測單元。電流感測單元耦接脈寬調變訊號產生單元，且經由感測腳位耦接電流感測電路，用以反應於流經電流感測電路的電流而調整脈寬調變驅動訊號的責任週期。
在本發明一實施例中，頻率設定電路包括第一電阻，第一電阻串接於感測腳位與功率切換路徑之間，其中頻率設定單元於初始化期間反應於第一電阻的電阻值而設定脈寬調變驅動訊號的頻率。
在本發明一實施例中，電流感測電路包括第二電阻。第二電阻的第一端耦接感測腳位與功率切換路徑，且第二電阻的第二端耦接接地腳位，其中於發光二極體驅動裝置 驅動發光二極體串的期間內，感測腳位的電壓準位大於接地腳位的電壓準位。
在本發明一實施例中，控制晶片更具有電源腳位，且發光二極體驅動裝置更包括直流電壓產生電路。直流電壓產生電路係用以產生電源電壓。其中，控制晶片經由電源腳位接收電源電壓，藉以操作在電源電壓下而控制降壓式電源轉換電路的運作。
在本發明一實施例中，直流電壓產生電路包括交流電源以及橋式整流器。交流電源用以提供交流電壓。橋式整流器耦接交流電源，用以整流交流電壓並據以產生電源電壓。
在本發明一實施例中，降壓式電源轉換電路更包括分壓-穩壓電路，控制晶片更具有偵測腳位，且控制晶片更包括電壓偵測調光單元。電壓偵測調光單元經由偵測腳位與分壓-穩壓電路以耦接直流電壓產生電路，用以反應於交流電源的開關狀態而調整脈寬調變驅動訊號的責任週期。
在本發明一實施例中，直流電壓產生單元更包括二極體以及穩壓電容。二極體的陽極端耦接橋式整流器，且二極體的陰極端耦接控制晶片的電源腳位。穩壓電容耦接二極體的陰極端與接地電位之間。
在本發明一實施例中，電壓偵測調光單元反應於二極體的陽極端的電壓而獲得偵測電壓，並且比較偵測電壓與參考偵測電壓以獲得交流電源的開關狀態。
在本發明一實施例中，控制晶片更包括過電壓保護單 元。過電壓保護單元耦接脈寬調變訊號產生單元，用以偵測電源電壓是否超過預設上限電壓。其中，當電源電壓超過預設上限電壓時，脈寬調變訊號產生單元停止產生脈寬調變驅動訊號。
在本發明一實施例中，控制晶片更包括低電壓鎖定單元。低電壓鎖定單元耦接脈寬調變訊號產生單元，用以偵測電源電壓是否超過預設下限電壓。其中，當電源電壓未超過預設下限電壓時，脈寬調變訊號產生單元停止產生脈寬調變驅動訊號。
在本發明一實施例中，控制晶片更包括過溫度保護單元。過溫度保護單元耦接脈寬調變訊號產生單元，用以偵測控制晶片的溫度是否超過溫度臨界值。其中，當控制晶片的溫度大於溫度臨界值時，脈寬調變訊號產生單元停止產生脈寬調變驅動訊號。
在本發明一實施例中，取電回授電路耦接於電源腳位與發光二極體串的陽極端，用以提供回授電流至電源腳位。
在本發明一實施例中，降壓式電源轉換電路更包括補償電路，控制晶片更具有補償腳位，且控制晶片更包括補償單元。補償單元經由補償腳位耦接補償電路，其中補償單元提供補償訊號來調整脈寬調變驅動訊號的責任週期。
在本發明一實施例中，降壓式電源轉換電路更包括濾波電路。濾波電路耦接於接地腳位與發光二極體串之間，用以反應於功率開關的切換而產生定電流來驅動發光二極體串。
在本發明一實施例中，濾波電路包括電感器以及電容器。電感器的第一端耦接接地腳位，且電感器的第二端耦接發光二極體串的陽極端。電容器的第一端耦接電感器的第二端與發光二極體串的陽極端，且電容器的第二端耦接接地電位。
基於上述，本發明實施例提出一種發光二極體驅動裝置，其藉由將控制晶片的接地腳位經由電路元件間接耦接功率切換路徑的配置方式，藉以使控制晶片的接地腳位具有控制晶片中的最低電壓準位，因此可避免控制晶片的各個腳位間的逆向導通問題。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。
圖1為依照本發明一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。在本實施例中，發光二極體驅動裝置100至少適於驅動發光二極體串10。請參照圖1，發光二極體驅動裝置100包括降壓式電源轉換電路(buck power conversion circuit)110以及控制晶片120。降壓式電源轉換電路110耦接發光二極體串10，並且具有功率切換路徑112。控制 晶片120耦接降壓式電源轉換電路110，用以控制降壓式電源轉換電路110的運作。
在本實施例中，降壓式電源轉換電路110係以包括功率開關SW、蕭特基二極體(Schottky Diode)SD、電阻R、電感器L以及電容器C的電路架構作為示例來說明。
在圖1所繪示之降壓式電源轉換電路110的架構下，功率開關SW反應於控制晶片120所提供的驅動訊號而切換導通或截止，使得降壓式電源轉換電路110可依據功率開關SW的切換以及電源電壓VCC來驅動發光二極體串10。其中，蕭特基二極體SD用於當功率開關SW截止時形成迴路，並且電感器L與電容器C則可用以提供濾波功能以產生定電流來驅動發光二極體串10。
在此，所述之蕭特基二極體SD、電感器L以及電容器C的配置皆係屬設計選擇。換言之，在其他實施例中，本領域通常知識者可藉由其他的穩壓元件或穩壓電路架構來實現蕭特基二極體SD的功能，並且亦可透過其他的濾波元件配置來實現電感器L與電容器C在降壓式電源轉換電路110中的功能，本發明不限定於圖1所繪示之配置。
詳細而言，功率切換路徑112係由功率開關SW與蕭特基二極體SD所構成的偏壓路徑。當功率開關SW依據控制晶片120所提供的驅動訊號而導通時，降壓式電源轉換電路110透過功率切換路徑112而提供節點N1穩定的偏壓，因此電感器L得以反應於節點N1的電壓而儲能，並據以產生驅動電流I_LED；當功率開關SW依據控制晶 片120所提供的驅動訊號而截止時，電感器L則釋放電能而持續產生驅動電流I_LED。
雖然電感器L於功率開關SW切換的期間會反應於儲能跟放能的動作而使驅動電流I_LED有微幅地振盪，然而當驅動訊號為脈波寬度調變訊號且頻率足夠快的情況下，驅動電流I_LED的變動幅度很小，而可視為定電流。
另一方面，控制晶片120的接地腳位PIN_G耦接至節點NG，並且以節點NG的電壓準位作為控制晶片120中之各個電路單元的參考電壓準位。
詳細而言，節點NG的電壓準位係反應於節點N1的電壓準位以及電阻R所造成的壓降而建立。由於在功率開關SW導通的期間，降壓式電源轉換電路110將會產生流經功率開關SW、節點N1、電阻R以及電感器L的電流，亦即電流方向為節點N1至節點NG的電流。因此，不論節點N1的電壓準位為何，或者流經電阻R的電流大小為何，節點NG的電壓準位都將反應於電阻R的壓降而小於節點N1的電壓準位。
如此一來，節點NG的電壓準位應小於降壓式電源轉換電路110中任一節點的電壓準位，而使得控制晶片120中之其他的電路單元所對應的腳位無論耦接至降壓式電源轉換電路110的任何節點皆無法具有低於接地腳位PIN_G的電壓準位。
更進一步地說，由於控制晶片120的接地腳位PIN_G間接連接至功率切換路徑112且處於浮動狀態，故使得接 地腳位PIN_G具有控制晶片120中的最低電壓準位。因此，控制晶片120中將不會產生腳位之間的逆向導通問題。其中，在此所指的間接連接表示接地腳位PIN_G係經由至少一個可產生壓降的電路元件耦接功率切換路徑112。此外，接地腳位PIN_G處於浮動狀態表示接地腳位PIN_G的電壓準位將依據流經電阻R的電流大小而改變，並藉以維持於控制晶片120中的最低電壓準位。
值得注意的是，在本實施例中配置於節點N1與NG之間的電阻R僅為一示例，任何可造成壓降而使接地腳位PIN_G處於浮動狀態之電路元件與架構皆可用以取代電阻R，本發明不以此為限。
為了更進一步地說明本發明的實施方式，請參照圖2，其中，圖2為依照本發明另一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。
在本實施例中，發光二極體驅動裝置200包括降壓式電源轉換電路210、控制晶片220以及直流電壓產生電路230。降壓式電源轉換電路210耦接發光二極體串10，且具有功率切換路徑212。控制晶片220耦接降壓式電源轉換電路210，用以控制降壓式電源轉換電路210的運作。直流電壓產生電路230則用以產生降壓式電源轉換電路210與控制晶片220所需的電源電壓VCC。
就降壓式電源轉換電路210的架構而言，降壓式電源轉換電路210包括功率切換路徑212、頻率設定電路Ckt_Freq、電流感測電路Ckt_A、濾波電路Ckt_Ftr、取電 回授電路Ckt_Fb、補償電路Ckt_Com、電阻Ri、電容器C2以及齊納二極體ZD1。其中，功率切換路徑212係由功率開關SW與蕭特基二極體SD所構成的偏壓路徑。濾波電路Ckt_Ftr係以電感器L與電容器C的架構來實現。齊納二極體ZD1則是為了保護輸出節點Nout的電壓穩定。
具體而言，功率切換路徑112上的功率開關SW具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接直流電壓產生電路230以接收電源電壓VCC，其第二端經由節點N1與蕭特基二極體SD耦接接地電位GND，且其控制端耦接控制晶片220的輸出腳位PIN_O以接收控制晶片220所輸出的脈寬調變驅動訊號S_PWM。
濾波電路Ckt_Ftr耦接於節點NG(等同於耦接控制晶片220的接地腳位PIN_G)與發光二極體串10之間，用以反應於功率開關SW的切換而產生定電流來驅動發光二極體串10。
更進一步地說，濾波電路Ctt_Ftr的電感器L的第一端耦接節點NG，且其第二端耦接輸出節點Nout(等同於發光二極體串10的陽極端)，而濾波電路Ckt_Ftr的電容器C的第一端耦接電感器L的第二端與輸出節點Nout，且其第二端耦接接地電位GND。
另一方面，降壓式電源轉換電路210對應於控制晶片220中各個電路單元而配置有對應的頻率設定電路Ckt_Freq、電流感測電路Ckt_A、取電回授電路Ckt_Fb以及補償電路Ckt_Com，以令控制晶片220得以正常地控制 降壓式電源轉換電路210的操作。
在本實施例中，控制晶片220根據其所包括的電路單元而可提供驅動發光二極體串10時之電路保護的功能、分段調光功能、調整驅動訊號頻率的功能以及電路穩定性補償的功能。以下分別就控制晶片220的各個電路單元及其所對應的功能來進行發光二極體驅動裝置200的說明。
圖3為依照本發明一實施例之控制晶片的示意圖。請參照圖3，在本實施例中，控制晶片220係以具有電源腳位PIN_V、偵測腳位PIN_D、輸出腳位PIN_O、感測腳位PIN_S以及補償腳位PIN_C之六腳位(6-pin)的晶片架構為例，但本發明不以此為限。控制晶片220包括電壓偵測調光單元VU、脈寬調變訊號產生單元PWMU、頻率設定單元FU、電流感測單元AU、過電壓保護單元OVP、過溫度保護單元OTP、低電壓鎖定單元UVLO以及補償單元CU。電壓偵測調光單元VU經由偵測腳位PIN_D耦接直流電壓產生電路230。脈寬調變訊號產生單元PWMU、電流感測單元AU以及補償單元CU則分別經由輸出腳位PIN_O、感測腳位PIN_S以及補償腳位PIN_C耦接降壓式電源轉換電路210。其中，控制晶片220經由電源腳位PIN_V接收電源電壓VCC以令各個電路單元可操作在電源電壓下而進行相對應的操作，藉以控制降壓式電源轉換電路的運作。此外，各個電路單元的接地端(未繪示)則共同耦接至接地腳位PIN_G，以參照接地腳位PIN_G的電壓準位作為參考電壓準位。
請同時參照圖2與圖3，本實施例之直流電壓產生電路230可藉由交流電源232與橋式整流器234的架構來實現，但本發明不以此為限。此外，直流電壓產生電路230更包括二極體D1與穩壓電容C1。二極體D1的陽極端耦接橋式整流器234，並且二極體D1的陰極端經由電阻Ri耦接控制晶片220的電源腳位PIN_V。穩壓電容C1耦接二極體D1的陰極端與接地電位GND之間。其中，直流電壓產生電路230可透過穩壓電容C1的充放電而提供穩定的電源電壓VCC。
在此直流電壓產生電路230的架構下，電壓偵測調光單元VU可反應於交流電源232的開關狀態而調整控制晶片220所輸出的脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。
更詳細地說，電壓偵測調光單元VU可經由偵測腳位與降壓式電源轉換電路210的分壓-穩壓電路Ckt_Dsv耦接二極體D1陽極端，使得電壓偵測調光單元VU可反應於二極體D1陽極端的電壓而獲得偵測電壓V_D，並且藉由比較偵測電壓與參考偵測電壓以獲得交流電源232的開關狀態。因此，控制晶片220可依據交流電源232的開關狀態而調整所輸出之脈寬調變驅動訊號的責任週期，並藉以改變發光二極體串10的發光強度以實現分段調光的功能。在此，分壓-穩壓電路Ckt_Dsv可利用電阻R5與R6的架構來對二極體D1陽極端的電壓進行分壓以獲取對應的偵測電壓V_D，並利用齊納二極體ZD3來對偵測電壓V_D進行穩壓的動作，但分壓-穩壓電路Ckt_Dsv的架構 並不限於圖2所繪示的實施方式。
舉例來說，電壓偵測調光單元VU可包括一控制邏輯(未繪示)，控制邏輯可依據交流電源232的開關狀態而輸出調光訊號S_V至脈寬調變訊號產生單元PWMU以調升或調降脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。當電壓偵測調光單元VU偵測到交流電源232的開關狀態改變時，控制邏輯可基於前一次所調整的責任週期而累計調整，並輸出對應的調光訊號S_V以調整脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。因此，電壓偵測調光單元VU可藉以依次提升或降低發光二極體串10的發光強度以實現分段調光。例如，當電壓偵測調光單元VU偵測到交流電源232第一次開啟時，輸出對應於調整脈寬調變驅動訊號S_PWM至例如為50%責任週期的調光訊號S_V；當電壓偵測調光單元VU偵測到交流電源232關閉後再次開啟時，則輸出對應於調整脈寬調變驅動訊號S_PWM至例如為60%責任週期的調光訊號S_V，以此類推。
此外，在降壓式電源轉換電路210中，耦接於電源腳位PIN_V與輸出節點Nout之間的取電回授電路Ckt_Fb可在驅動發光二極體串10的期間內提供回授電流I_FB至電源腳位PIN_V，提供電流給控制晶片220之電源。在此，取電回授電路Ckt_Fb可藉由串接齊納二極體ZD2、電阻R3以及二極體D2所構成的回授路徑來實現，但本發明並不以此揭露為限。
脈寬調變訊號產生單元PWMU操作在直流電壓產生 電路230所提供的電源電壓VCC下而產生脈寬調變驅動訊號S_PWM，並且經由輸出腳位PIN_O輸出脈寬調變驅動訊號S_PWM以切換功率切換路徑212上的功率開關SW透過流經第二電阻R2上的電流回授，從而使得發光二極體串10操作於定電流之下而發光。舉例來說，脈寬調變訊號產生單元PWMU可例如藉由直流參考訊號產生器、斜波訊號(ramp signal)產生器、比較器以及SR正反器(SR flip-flop)所組成的電路架構來實現。
具體而言，脈寬調變訊號產生單元PWMU可比較直流參考訊號產生器所產生的直流參考訊號以及斜波訊號產生器所產生的斜波訊號而產生具有脈波寬度調變(pulse width modulation)特性的脈寬調變驅動訊號S_PWM，並且可依據SR正反器的操作而進一步地調整脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。
據此，本領域通常知識者應可明白藉由上述電路如何實現脈寬調變產生單元PWMU的功能，故不另行繪示脈寬調變訊號產生單元PWMU中的詳細電路架構。
此外，脈寬調變訊號產生單元PWMU亦可包括抖頻單元(未繪示)，以藉由抖頻(jitting)技術來降低電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)的影響。
頻率設定單元FU耦接脈寬調變訊號產生單元PWMU與降壓式電源轉換電路210的頻率設定電路Ckt_Freq，用以在發光二極體驅動裝置200的初始化期間(initialize period)，反應於頻率設定電路CKt_Freq的電氣特性而設定 脈寬調變驅動訊號S_PWM的頻率。其中，頻率設定單元FU可藉由改變脈寬調變訊號產生單元PWMU中的直流參考訊號之準位或改變斜波訊號的斜率之方式來調整脈寬調變驅動訊號S_PWM的頻率，本發明不以此為限。
在本實施例中，頻率設定電路Ckt_Freq可藉由電阻的架構來實現，在此頻率設定電路Ckt_Freq以包括第一電阻R1為例，其中設計者可藉由調整第一電阻R1的電阻值來對應地設定脈寬調變驅動訊號S_PWM的頻率，但本發明之頻率設定電路Ckt_Freq不僅限於以電阻的架構來實現。
詳細而言，第一電阻R1的第一端耦接輸出腳位PIN_O，且其第二端耦接功率切換路徑212上的節點N1。在初始化期間內，脈寬調變訊號產生單元PWMU被禁能而不輸出脈寬調變驅動訊號S_PWM，並且頻率設定單元FU將經由輸出端提供一個流經第一電阻R1的設定電流。
此時，頻率設定單元FU可藉由設定電流與第一電阻R1在輸出腳位PIN_O上所建立的電壓準位而獲得一個頻率設定訊號S_F。其中，由於頻率設定單元FU所提供的設定電流為定電流，故頻率設定訊號S_F係與第一電阻R1的電阻值相關。
更進一步地說，頻率設定單元FU可基於輸出腳位PIN_O上的電壓準位而利用計數或查表的方式來獲得頻率設定訊號S_F，並據以設定脈寬調變驅動訊號S_PWM的頻率。舉例來說，頻率設定單元FU可反應於輸出腳位PIN_O上的電壓準位而進行計數，並且將計數值經過數位 類比轉換後回授至比較器(未繪示)與輸出腳位PIN_O上的電壓準位進行比較，藉以獲得對應於不同電壓準位的頻率設定訊號S_F。
另一方面，頻率設定單元FU亦可藉由查詢包括各個電壓準位與頻率設定值的對應關係的頻率設定表(未繪示)來獲得頻率設定訊號S_F，其中頻率設定表可內建於頻率設定單元FU、可儲存於控制晶片220中的記憶單元(未繪示)或者由頻率設定單元FU自外部電子裝置讀取，本發明不以此為限。
此外，頻率設定電路Ckt_Freq可不僅有如圖2所繪示之配置方式，如圖4所示。圖4為依照本發明再一實施例之發光二極體驅動裝置的局部示意圖。圖4之發光二極體驅動裝置400的架構大致與圖2的發光二極體驅動裝置200相同，故於此僅繪示發光二極體驅動裝置400的局部示意圖。
請同時參照圖2與圖4，圖4相較於圖2不同之處在於，用以實現頻率設定電路Ckt_Freq的第一電阻R1係串接於控制晶片220的感測腳位PIN_S與降壓式電源轉換電路210的功率切換路徑212之間。此時，控制晶片220的頻率設定單元FU將對應地耦接至感測腳位PIN_S，並且藉由類似於圖2實施例所述之頻率設定方式，於初始化期間反應於第一電阻R1的電阻值而設定脈寬調變驅動訊號S_PWM的頻率。
換言之，頻率設定電路Ckt_Freq利用如圖4的配置方 式亦可達成相同於圖2之頻率設定的目的。因此，只要是能夠使頻率設定單元FU於初始化期間根據頻率設定電路Ckt_Freq之電氣特性的不同而得到相應的頻率設定訊號S_F，使得頻率設定單元FU可根據頻率設定訊號S_F而設定脈寬調變驅動訊號S_PWM的頻率，任一架構與配置的頻率設定電路Ckt_Freq與頻率設定單元FU皆不脫離本發明之範疇。
請再同時參照圖2與圖3，電流感測單元AU耦接脈寬調變訊號產生單元PWMU，且經由感測腳位PIN_S耦接電流感測電路Ckt_A，用以反應於流經電流感測電路Ckt_A的電流而調整脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。
在本實施例中，電流感測電路Ckt_A可藉由電阻的架構來實現，在此電流感測電路Ckt_A以包括第二電阻R2為例，但本發明之電流感測電路Ckt_A不僅限於以電阻的架構來實現。
詳細而言，第二電阻R2的第一端耦接感測腳位PIN_S與功率切換路徑212，且第二電阻R2的第二端耦接接地腳位PIN_G。其中，電流感測單元AU可反應於流經第二電阻R2的電流以進行過電流保護，並且在流經第二電阻R2之電流過高時，降低脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期以保護發光二極體驅動裝置200。電流感測單元AU可反應於流經第二電阻R2的電流而產生對應的電流感測訊號S_C。
舉例來說，電流感測單元AU可擷取節點N1的電壓以作為電流感測訊號S_C。接著，電流感測單元AU可利用比較電路(未繪示)比較電流感測訊號S_C與預設的過電流參考訊號以判斷流經第二電阻R2的電流是否超過預設的電流保護值，並藉以決定是否輸出過電流保護訊號S_OC來調整脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。
此外，於發光二極體驅動裝置200驅動發光二極體串10的期間內，流經第二電阻R2的電流之電流方向係從節點N1至節點NG的方向。因此，基於第二電阻R2的電阻值與流經的第二電阻R2的電流所造成的壓降，使得感測腳位PIN_S雖然直接連接於功率切換路徑212上，其電壓準位仍大於接地腳位PIN_G的電壓準位。
另一方面，除了過電流保護的電路保護機制外，控制晶片220亦可具有多種電路保護的機制，例如過電壓保護、過溫度保護以及低電壓鎖定等電路保護機制。在本實施例中，控制晶片220以包括過電壓保護單元OVP、低電壓鎖定單元UVLO以及過溫度保護單元OTP的電路保護架構為例，但本發明不以此為限。
詳細而言，過電壓保護單元OVP耦接脈寬調變訊號產生單元PWMU，用以偵測電源電壓VCC是否超過預設上限電壓。其中，當電源電壓VCC超過預設上限電壓時，脈寬調變訊號產生單元PWMU停止產生脈寬調變驅動訊號S_PWM。
低電壓鎖定單元UVLO耦接脈寬調變訊號產生單元 PWMU，用以偵測電源電壓VCC是否超過預設下限電壓。其中，當電源電壓VCC未超過預設下限電壓時，脈寬調變訊號產生單元PWMU停止產生脈寬調變驅動訊號S_PWM，以防止各個電路單元誤操作。
過溫度保護單元OTP耦接脈寬調變訊號產生單元PWMU，用以偵測控制晶片220的溫度是否超過溫度臨界值。其中，當控制晶片220的溫度大於溫度臨界值時，脈寬調變訊號產生單元PWMU停止產生脈寬調變驅動訊號S_PWM，以避免控制晶片220過熱而導致運作效能降低或甚至燒毀。
補償單元CU經由補償腳位PIN_C耦接補償電路Ckt_Com，其中補償單元CU提供補償訊號S_COM來調整脈寬調變驅動訊號S_PWM的責任週期。具體來說，補償單元CU可藉由比較脈寬調變訊號產生單元PWMU與電流感測單元AU的訊號以補償發光二極體驅動裝置200電路操作的傳輸延遲(propagation delay)。舉例來說，補償單元CU可接收電流感測單元AU所產生的電流感測訊號S_C，並據以與脈寬調變訊號產生單元PWMU中，用以產生脈寬調變驅動訊號S_PWM的斜波訊號進行比較，藉以判斷發光二極體驅動裝置200的傳輸延遲狀態。因此，補償單元CU可依據比較的結果而輸出對應的補償訊號S_COM來調整脈波寬度驅動訊號S_PWM的責任週期，藉以補償發光二極體驅動裝置200的傳輸延遲。
此外，補償單元CU亦可透過補償電路Ckt_Com來補 償發光二極體驅動裝置200的相位裕度(phase margin)，藉以提高操作的穩定性，並且避免發光二極體驅動裝置200於操作時產生振盪而影響發光二極體串10的發光特性。其中，補償電路Ckt_Com在本實施例中可利用如圖2所示之電容器C3與C4以及電阻R4的架構來實現，但本發明不以此為限。
值得注意的是，降壓式電源轉換電路210、控制晶片220以及直流電壓產生電路230的電路配置僅為說明本發明一較佳實施方式。實際上，只要是控制晶片220的接地腳位PIN_G間接連接至功率切換路徑212，而使得接地腳位PIN_G的電壓準位經由電路元件(例如第二電阻R2)的壓降而具有控制晶片220中的最低電壓準位的架構下，即不脫離本發明之範疇。
綜上所述，本發明實施例提出一種發光二極體驅動裝置，其藉由將控制晶片的接地腳位經由電路元件間接耦接功率切換路徑的配置方式，藉以使控制晶片的接地腳位具有控制晶片中的最低電壓準位，因此可避免控制晶片的各個腳位間的逆向導通問題。此外，所述之發光二極體驅動裝置更可反應於頻率設定電路而設定脈寬調變驅動訊號的頻率，進而提升電路設計上的選擇性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧發光二極體串
100、200‧‧‧發光二極體驅動裝置
110、210‧‧‧降壓式電源轉換電路
112、212‧‧‧功率切換路徑
120、220‧‧‧控制晶片
230‧‧‧直流電壓產生電路
232‧‧‧交流電源
234‧‧‧橋式整流器
C、C2、C3、C4‧‧‧電容器
C1‧‧‧穩壓電容
Ckt_A‧‧‧電流感測電路
Ckt_Com‧‧‧補償電路
Ckt_Fb‧‧‧取電回授電路
Ckt_Freq‧‧‧頻率設定電路
Ckt_Ftr‧‧‧濾波電路
Ckt_Dsv‧‧‧分壓-穩壓電路
D1、D2‧‧‧二極體
GND‧‧‧接地電位
L‧‧‧電感器
N1、NG‧‧‧節點
PIN_C‧‧‧補償腳位
PIN_D‧‧‧偵測腳位
PIN_G‧‧‧接地腳位
PIN_O‧‧‧輸出腳位
PIN_S‧‧‧感測腳位
PIN_V‧‧‧電源腳位
AU‧‧‧電流感測單元
CU‧‧‧補償單元
FU‧‧‧頻率設定單元
PWMU‧‧‧脈寬調變訊號產生單元
VU‧‧‧電壓偵測調光單元
OTP‧‧‧過溫度保護單元
OVP‧‧‧過電壓保護單元
UVLO‧‧‧低電壓鎖定單元
R、R3、R4、R5、R6、Ri‧‧‧電阻
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
SW‧‧‧功率開關
S_COM‧‧‧補償訊號
S_F‧‧‧頻率設定訊號
S_OC‧‧‧過電流保護訊號
S_PWM‧‧‧脈寬調變驅動訊號
S_V‧‧‧調光訊號
VCC‧‧‧電源電壓
V_D‧‧‧偵測電壓
ZD1、ZD2、ZD3‧‧‧齊納二極體
SD‧‧‧蕭特基二極體
圖1為依照本發明一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。
圖2為依照本發明另一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。
圖3為依照本發明一實施例之控制晶片的示意圖。
圖4為依照本發明再一實施例之發光二極體驅動裝置的局部示意圖。
10‧‧‧發光二極體串
100‧‧‧發光二極體驅動裝置
110‧‧‧降壓式電源轉換電路
112‧‧‧功率切換路徑
120‧‧‧控制晶片
SW‧‧‧功率開關
N1、NG‧‧‧節點
PIN_G‧‧‧接地腳位
GND‧‧‧接地電位
I_LED‧‧‧驅動電流
R‧‧‧電阻
C‧‧‧電容器
L‧‧‧電感器
VCC‧‧‧電源電壓
SD‧‧‧蕭特基二極體

Claims (18)

  1. 一種發光二極體驅動裝置，至少適於驅動一發光二極體串，該發光二極體驅動裝置包括：一降壓式電源轉換電路，耦接該發光二極體串，且具有一功率切換路徑；以及一控制晶片，耦接該降壓式電源轉換電路，用以控制該降壓式電源轉換電路的運作，其中，該控制晶片具有一接地腳位，該接地腳位間接連接至該功率切換路徑且處於一浮動狀態，其中，該降壓式電源轉換電路更包括一頻率設定電路，該控制晶片更具有一輸出腳位，且該控制晶片包括：一脈寬調變訊號產生單元，用以操作在一電源電壓下而產生一脈寬調變驅動訊號，並且經由該輸出腳位輸出該脈寬調變驅動訊號以切換該功率切換路徑上的一功率開關，從而使得該發光二極體串操作於一定電流之下而發光；以及一頻率設定單元，耦接該脈寬調變訊號產生單元與該頻率設定電路，用以在該發光二極體驅動裝置的一初始化期間，反應於該頻率設定電路的電氣特性而設定該脈寬調變驅動訊號的頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該功率開關具有第一端、第二端以及控制端，該功率開關的第一端接收該電源電壓，該功率開關的第二端耦接接地電位，且該功率開關的控制端耦接該輸出腳位以 接收該脈寬調變驅動訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該頻率設定電路包括一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接該輸出腳位，且該第一電阻的第二端耦接該功率切換路徑，其中該頻率設定單元於該初始化期間反應於該第一電阻的電阻值而設定該脈寬調變驅動訊號的頻率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該降壓式電源轉換電路更包括一電流感測電路，該控制晶片更具有一感測腳位，且該控制晶片更包括：一電流感測單元，耦接該脈寬調變訊號產生單元，且經由該感測腳位耦接該電流感測電路，用以反應於流經該電流感測電路的電流而調整該脈寬調變驅動訊號的責任週期。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動裝置，其中該頻率設定電路包括一第一電阻，該第一電阻串接於該感測腳位與該功率切換路徑之間，其中該頻率設定單元於該初始化期間反應於該第一電阻的電阻值而設定該脈寬調變驅動訊號的頻率。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動裝置，其中該電流感測電路包括一第二電阻，該第二電阻的第一端耦接該感測腳位與該功率切換路徑，且該第二電阻的第二端耦接該接地腳位，其中於該發光二極體驅動裝置驅動該發光二極體串的期間內，該感測腳位的電壓準位大於該接地腳位的電壓準位。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該控制晶片更具有一電源腳位，且該發光二極體驅動裝置更包括：一直流電壓產生電路，用以產生該電源電壓，其中，該控制晶片經由該電源腳位接收該電源電壓，藉以操作在該電源電壓下而控制該降壓式電源轉換電路的運作。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動裝置，其中該直流電壓產生電路包括：一交流電源，用以提供一交流電壓；以及一橋式整流器，耦接該交流電源，用以整流該交流電壓並據以產生該電源電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體驅動裝置，其中該降壓式電源轉換電路更包括一分壓-穩壓電路，該控制晶片更具有一偵測腳位，且該控制晶片更包括：一電壓偵測調光單元，經由該偵測腳位與該分壓-穩壓電路以耦接該直流電壓產生電路，用以反應於該交流電源的開關狀態而調整該脈寬調變驅動訊號的責任週期。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體驅動裝置，其中該直流電壓產生單元更包括：一二極體，其陽極端耦接該橋式整流器，且其陰極端耦接該電源腳位；以及一穩壓電容，耦接該二極體的陰極端與一接地電位之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動裝置，其中該電壓偵測調光單元反應於該二極體的陽極端的電壓而獲得一偵測電壓，並且比較該偵測電壓與一參考偵測電壓以獲得該交流電源的開關狀態。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動裝置，其中該降壓式電源轉換電路更包括：一取電回授電路，耦接於該電源腳位與該發光二極體串的陽極端，用以提供一回授電流至該電源腳位。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該控制晶片更包括：一過電壓保護單元，耦接該脈寬調變訊號產生單元，用以偵測該電源電壓是否超過一預設上限電壓，其中，當該電源電壓超過該預設上限電壓時，該脈寬調變訊號產生單元停止產生該脈寬調變驅動訊號。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該控制晶片更包括：一低電壓鎖定單元，耦接該脈寬調變訊號產生單元，用以偵測該電源電壓是否超過一預設下限電壓，其中，當該電源電壓未超過該預設下限電壓時，該脈寬調變訊號產生單元停止產生該脈寬調變驅動訊號。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該控制晶片更包括：一過溫度保護單元，耦接該脈寬調變訊號產生單元，用以偵測該控制晶片的溫度是否超過一溫度臨界值， 其中，當該控制晶片的溫度大於該溫度臨界值時，該脈寬調變訊號產生單元停止產生該脈寬調變驅動訊號。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該降壓式電源轉換電路更包括一補償電路，該控制晶片更具有一補償腳位，且該控制晶片更包括：一補償單元，經由該補償腳位耦接該補償電路，其中該補償單元提供一補償訊號來調整該脈寬調變驅動訊號的責任週期。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該降壓式電源轉換電路更包括：一濾波電路，耦接於該接地腳位與該發光二極體串之間，用以反應於該功率開關的切換而產生該定電流來驅動該發光二極體串。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體驅動裝置，其中該濾波電路包括：一電感器，其第一端耦接該接地腳位，且其第二端耦接該發光二極體串的陽極端；以及一電容器，其第一端耦接該電感器的第二端與該發光二極體串的陽極端，且其第二端耦接接地電位。
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