TWI617220B - 在脈衝寬度調變關閉時間期間維持ｌｅｄ驅動器操作點 - Google Patents

Abstract

驅動LED負載的方法與系統。存在供電級，供電級經配置以在PWM訊號為開啟時傳遞由控制訊號所指示的一位準的電流至LED負載，且在PWM訊號為關閉時停止傳遞此位準的電流。存在一回饋電路，回饋電路經配置以產生操作點訊號，操作點訊號使供電級在PWM訊號為開啟時傳遞由控制訊號指示的電流位準。一儲存保持電路經配置以儲存指示恰於PWM訊號轉變為關閉之後的操作點訊號位準的資訊，並使得操作點訊號在恰於PWM訊號轉變為開啟之前位於此位準。

Description

在脈衝寬度調變關閉時間期間維持LED驅動器操作點

對於相關申請案的交互參照：本申請案依專利法第28條之規定，主張對於名為「Maintaining LED Driver Operating Point During PWM OFF Times」、申請於2015年5月29日的美國臨時專利申請案第62/168,156號的優先權，在此併入此臨時專利申請案全文以作為參考。

本揭示內容一般而言相關於用於驅動發光二極體(light emitting diodes,LEDs)的方法與系統。更特定而言，本揭示內容相關於維持對於LED驅動供電級的輸入參考位準的LED驅動電路。

LED為P-N接面二極體，在適當的電壓施加至LED引線時LED發出光。對此，使用各種電路以對LED供電。此種電路不僅提供足以在所需亮度及色溫下點亮LED的電流，並也限制電流而防止損害LED。第1A圖圖示說明一種範例先前技術LED驅動電路100，在脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)節點105處的PWM訊號為開啟(ON)(亦即高(HI))時，LED驅動電路100將對LED 115的輸出電流101 調節至由控制訊號輸入103處的控制訊號所指示的位準。在PWM訊號為關閉(OFF)時，輸出電流101為零且LED負載115不發出光。因此，輸出電流101的平均值，係由PWM訊號的相對ON與OFF持續期間來控制。 換言之，LED 115發出的光的強度，可由較高的節點105處PWM訊號的工作週期(duty cycle)提升，並可由減少工作週期而調暗(dimmed)。

如第1A圖圖示說明，LED驅動電路100可包含具有控制訊號輸入103的誤差放大器107、兩個電子開關(亦即第一開關109與第二開關111)、操作點電容元件113、可選輸出電容117、LED驅動供電級119、以及電流感測器121。

誤差放大器107比較控制訊號輸入節點103處的控制輸入訊號與電流感測器121感測到的輸出電流101，以在誤差放大器107輸出節點123處產生訊號。 在開關109為ON時，此訊號123提供操作點訊號(例如電壓Vc)。誤差放大器107調整操作點，以減少控制訊號輸入103與流過LED負載115電流的電壓表示之間的誤差訊號。LED驅動供電級119使用操作點訊號節點Vc處的電壓，以設定傳遞給LED 115的輸出電流101的量。因此，誤差放大器輸出處的訊號123對LED驅動供電級119提供對於輸出電流101量的操作點，以符合誤差放大器107控制訊號輸入103處的控制訊號所指示的量。

因此，可將電容元件113稱為操作點電容，因為跨在電容元件113上的電壓(亦即操作點訊號)代表對LED驅動供電級119的輸入操作點訊號，此輸入操作點訊號用於使得對LED 115的輸出電流101相等於控制訊號103所指示的量。操作點電容元件113儲存對於LED驅動供電級119的節點Vc的操作點訊號。因此，電容元件113儲存LED驅動供電級119的操作點，使得LED負載115中的電流被調節至誤差放大器107的CTRL輸入103。電容元件113亦可用於穩定LED電流回饋控制迴路。有鑑於此，電容元件113的電容值的最大值可受到限制。

參考第1B圖以更加了解LED驅動電路100的特徵，第1B圖圖示說明LED驅動電路100的一些範例波形。理想上，電容元件113在開關109關閉(亦即開路)時應保持操作點訊號Vc的電壓，以使得操作點訊號Vc對於LED驅動供電級119為穩定。然而在現實情況下，在節點105處PWM訊號的關閉期間內，由於內部洩漏及/或連接至操作點電容元件113的任何電路(包含第一開關109)的洩漏，跨於操作點電容元件113上的電壓會衰減(亦即損失電荷)。隨著PWM關閉持續期間提升，電壓降將變得更為顯著。例如，在一段長的PWM關閉時間(例如多於一秒)之後，跨於操作點電容元件113上的操作點訊號Vc可低於在PWN訊號轉變為關閉時的(例如，恰於此後的)操作點訊號Vc值。換言之，於在 PWN轉變為關閉時的轉變點處的操作點訊號Vc值，高於一段長的PWM關閉時間之後的值。在PWM訊號105在一段長的PWM關閉期間之後PWM訊號105轉回開啟時，LED驅動供電級119可受到回復時間(recovery time)的影響，直到跨於操作點電容元件113上的電壓返回原始操作點訊號Vc為止。

在期望LED 115的色溫及/或強度在LED 115被轉變為開啟之後立即位於預定位準的應用中，此種延遲可帶來問題。使PWN開啟時間較長而除了所需的LED負載開啟時間之外另包含回復延遲的習知作法，不僅提升了電力消耗，也可不為有效率的，因為回復延遲可隨著操作點電容元件113的尺寸、製程、溫度、所需LED光強度、以及PWM關閉持續期間而改變。

本文揭示的各種方法與系統，相關於驅動LED負載。在一個具體實施例中存在一供電級，供電級經配置以在PWM訊號為開啟時傳遞由控制訊號所指示的一位準的電流至LED負載，且在PWM訊號為關閉時停止傳遞此位準的電流。存在一回饋電路，回饋電路經配置以產生操作點訊號，操作點訊號使供電級在PWM訊號為開啟時傳遞由控制訊號指示的一位準的電流。一儲存保持(store and hold)電路經配置以儲存指示恰於PWM訊號轉變為關閉之後的操作點訊號位準的資 訊，並使得操作點訊號在恰於PWM訊號轉變為開啟之前位於此位準。

在一個具體實施例中，回饋電路經配置以判定流過LED負載的第一電流，並比較第一電流的電壓表示以及控制訊號，以將操作點訊號提供至供電級的第二輸入。

在一個具體實施例中，回饋電路包含電流感測器，此電流感測器耦接至供電級的輸出的第二端點。 回饋電路進一步包含誤差放大器，此誤差放大器具有耦接至控制訊號輸入的第一輸入、耦接至電流感測器的第二輸入、以及經由第一開關耦接至供電級的第二輸入的輸出。

在一個具體實施例中，儲存保持電路經配置以基於操作點訊號由一數位碼維持操作點資訊。在另一具體實施例中，儲存保持電路經配置以基於操作點訊號，由一類比電壓維持操作點資訊。

在一個具體實施例中，存在一種由電路驅動發光二極體(light emitting diode,LED)負載的方法，電路包含供電級、回饋電路以及儲存保持電路。方法包含以下步驟：接收步驟，由供電級接收PWM訊號與操作點訊號。提供步驟，在PWM訊號為開啟(ON)時提供由控制訊號指示的一位準的電流至LED負載，並在PWM訊號為關閉(OFF)時停止傳遞該位準的電流。藉由以下步驟使回饋電路產生操作點訊號：判定流過 LED負載的電流；產生流過LED負載的電流的電壓表示；以及比較控制訊號與流過LED負載的電流的電壓表示。儲存保持電路儲存資訊，此資訊指示恰於PWM訊號轉變為關閉之後操作點訊號的位準。恰於PWM訊號轉變為開啟之前，使操作點訊號位於彼位準。

在一個具體實施例中，存在發光二極體(light emitting diode,LED)驅動電路，包含：控制訊號輸入，控制訊號輸入經配置以接收控制訊號；脈衝寬度調變(pulse-width modulation,PWM)輸入，PWM輸入經配置以接收PWM訊號；供電級，供電級具有第一輸入、第二輸入以及輸出，第一輸入耦接至PWM輸入，第二輸入經配置以接收操作點訊號。供電級經配置以在PWM訊號為開啟(ON)時傳遞由控制訊號指示的一位準的電流至LED負載，並在PWM訊號為關閉(OFF)時停止傳遞該位準的電流。存在回饋電路，此回饋電路耦接於供電級的輸出的第二節點以及供電級的第二輸入之間。回饋電路包含：數位控制器，此數位控制器具有耦接至PWM輸入的第一輸入；第二輸入，第二輸入經由第一類比數位轉換器(analog to digital converter,ADC)耦接至控制訊號輸入；第三輸入，此第三輸入耦接至第二ADC；以及輸出。回饋電路經配置以產生操作點訊號，以使供電級傳遞由控制訊號指示的一位準的電流。回饋電路進一步經配置以儲存資訊，此資訊指示恰於PWM訊號轉變為關閉之後操作點訊號 的位準，並使恰於PWM訊號轉變為開啟之前操作點訊號位於彼位準。

藉由下文對於發明較佳具體實施例的詳細說明，並參照附加圖式(其中類似的符號代表類似的部件)，將可更明瞭本發明的各種目標、特徵、態樣以及優點。

100‧‧‧LED驅動電路

101‧‧‧輸出電流

103‧‧‧控制訊號輸入

105‧‧‧PWM節點

107‧‧‧誤差放大器

109‧‧‧第一開關

111‧‧‧第二開關

113‧‧‧操作點電容元件

115‧‧‧LED負載

117‧‧‧可選輸出電容

119‧‧‧LED驅動供電級

121‧‧‧電流感測器

200‧‧‧LED驅動電路

201‧‧‧輸出電流

203‧‧‧控制訊號輸入

205‧‧‧PWM訊號

207‧‧‧誤差放大器

209‧‧‧第一開關

211‧‧‧第二開關

213‧‧‧操作點電容元件

215‧‧‧LED負載

217‧‧‧輸出電容元件

219‧‧‧LED驅動供電級

221‧‧‧電流感測器

223‧‧‧操作點訊號Vc

300A‧‧‧數位儲存保持電路

300B‧‧‧數位儲存保持電路

301‧‧‧類比數位轉換器(ADC)

303‧‧‧數位類比轉換器(DAC)

305‧‧‧反向器

307‧‧‧電子開關

309‧‧‧輸出節點

315‧‧‧第一輸出

317‧‧‧輸出節點

400A‧‧‧類比儲存保持電路

400B‧‧‧類比儲存保持電路

401‧‧‧第一開關

403‧‧‧洩漏抵銷電路

405‧‧‧反向器

407‧‧‧放大器

409‧‧‧儲存電容元件

411‧‧‧開關

413‧‧‧放大器

417‧‧‧節點

419‧‧‧節點

500A‧‧‧LED驅動電路

500B‧‧‧LED驅動電路

503‧‧‧控制節點CTRL

505‧‧‧ADC

507‧‧‧第二ADC

509‧‧‧數位控制器

513‧‧‧第二輸入

515‧‧‧第三輸入

517‧‧‧輸出

571‧‧‧額外DAC

圖式圖示說明性的具體實施例。圖式並未圖示說明所有具體實施例。可使用其他具體實施例以作為額外具體實施例或替代性具體實施例。可為顯然或非必要的細節可被省略，以節省空間或更有效率地圖示說明。可由額外部件或步驟，及/或不由所圖示說明的所有部件或步驟，來實施一些具體實施例。在不同圖式中出現相同符號時，此符號代表相同或類似的部件或步驟。

第1A圖圖示說明先前技術發光二極體(LED)驅動電路的範例。

第1B圖圖示說明第1A圖LED驅動電路的範例波形。

第2圖圖示說明LED驅動電路的範例，此LED驅動電路在PWM訊號為關閉時維持跨於操作點電容元件上的電壓，與示例性具體實施例一致。

第3A圖與第3B圖圖示說明將操作點資訊維持在數位碼中的電路的範例，此可用於實施第2圖的儲存保持電路。

第3C圖圖示說明第3A圖與第3B圖的數位儲存保持電路的範例波形。

第4A圖與第4B圖圖示說明將操作點資訊維持為類比電壓的電路的範例，此可用於實施第2圖的儲存保持電路。

第4C圖圖示說明第4A圖與第4B圖的類比儲存保持電路的範例波形。

第5A圖與第5B圖圖示說明使用數位控制器維持對於類比LED驅動供電級的操作點資訊的LED驅動電路，與示例性具體實施例一致。

在以下實施方式中，作為範例而說明數種特定細節，以提供對於相關教示內容的通透了解。然而應顯然明暸本教示內容的實施可無須此種細節。在其他實例中，已由相對高的階層說明了習知方法、程序、部件及/或電路系統而未說明其細節，以避免不必要地遮蔽本教示內容的態樣。可由額外的部件或步驟，及/或可不由所說明的全部部件或步驟，來實施一些具體實施例。

本文揭示的各種方法與電路，一般而言相關於維持對於LED驅動供電級的輸入參考位準，使得回復時間大量減少或消除的方法與電路。供電級經配置以在PWM訊號為開啟時傳遞由控制訊號指示的一位準的電流至LED負載，並在PWM訊號為關閉時停止傳遞此位準的電流。回饋電路經配置以產生操作點訊號，以在 PWM訊號為開啟時使供電級傳遞由控制訊號指示的一位準的電流。儲存保持電路經配置以儲存指示在PWM訊號轉變為關閉時的(例如恰於此後的)操作點位準訊號的資訊，並在PWM訊號轉變回開啟時(例如返回開啟狀態時)使得操作點訊號位於此位準。

第2圖圖示說明LED驅動電路200的範例，LED驅動電路200在PWM訊號為關閉的同時維持跨於操作點電容元件213上的電壓，與示例性具體實施例一致。LED驅動電路200可包含具有控制訊號輸入203的誤差放大器207、兩個電子開關(亦即第一開關209與第二開關211)、LED驅動供電級219、以及電流感測器221。可存在操作點電容元件213與可選的輸出電容元件217。

誤差放大器207具有耦接至控制訊號的第一輸入(例如正端點)以及耦接至電流感測器221的第二輸入(例如負端點)。誤差放大器207具有耦接至第一開關209(在本文中有時稱為斷接開關)輸入的輸出節點223。在各種具體實施例中，誤差放大器207可在誤差放大器207的輸出223處提供電流或電壓。為了討論的目的，將假定輸出223提供傳過開關209以產生操作點訊號Vc的電流。

第一開關209具有耦接至誤差放大器207輸出節點223的輸入節點、耦接至操作點訊號節點Vc的輸出節點、以及耦接至PWM訊號節點205的控制節點。存 在耦接至操作點訊號節點Vc的儲存保持電路201。儲存保持電路201具有耦接至PWM節點的輸入，使得儲存保持電路201受到PWM訊號控制。

LED驅動供電級219具有耦接至PWM節點205的第一輸入，以及耦接至操作點訊號節點Vc的第二輸入。LED驅動供電級219具有差動輸出，包含第一輸出(例如V_LED+)與第二輸出(V_LED-)。在一個具體實施例中，存在耦接在LED驅動供電級219的第一與第二輸出之間的可選輸出電容元件217。輸出電容元件217可濾除高頻交流(AC)電流與電壓，並減少通過LED負載215的電流漣波，從而提升在PWM為開啟時的LED負載215的操作生命期。此亦在PWM為關閉時維持LED驅動供電級219的輸出電壓。

再者，可包含一或更多個LED的LED負載215，耦接在LED驅動供電級219的第一與第二輸出之間。儘管電路200中的LED被作為範例而圖示說明為被串聯連接，將了解到在各種具體實施例中，可存在單一LED、LED可並聯連接、或LED可由任何適合的串聯/並聯組合方式連接以實施所需的輸出。

第二開關211具有耦接至LED驅動供電級219的第一輸出V_LED+的輸入，以及耦接至LED負載215輸入的輸出。第二開關211的控制節點耦接至PWM節點205。

在PWM訊號205為開啟(亦即位於「高(HI)」位準)時，來自PWM訊號在節點205處的開啟電壓可將電子開關209與211兩者驅動至閉路狀態(開啟(ON))，從而允許訊號各別傳輸通過開關209與211。在此開啟時間期間內，誤差放大器207、LED驅動供電級219、操作點電容元件213、以及輸出電容217可操作為回饋迴路。回饋迴路可使得至LED 215的電流，符合由誤差放大器207第一輸入節點203處的控制輸入訊號指示的位準。

例如，回饋電路經配置以判定流過LED負載215的電流，並比較此電流的電壓表示與控制節點203處的控制訊號，以在PWM訊號為開啟時提供操作點訊號至供電級219的第二輸入。因此，誤差放大器207比較控制訊號輸入節點203處的控制輸入訊號與電流感測器221感測到的輸出電流202。在一個具體實施例中，控制訊號為電壓，且電流感測器221感測到的輸出電流202被提供至誤差放大器的第二輸入而作為電壓。換言之，電流感測器221感測到的電流訊號被轉換成電壓，使得誤差放大器207可比較控制輸入訊號203與流過LED負載215的輸出電流202的電壓表示。

應注意到，回饋迴路的回饋電路包含電流感測器221，電流感測器221可耦接至供電級219的差動輸出的第二端點(例如V_LED-)。在其他具體實施例中，可將電流感測器221放置在任何適合的位置中，以感測 流過LED負載215的電流。回饋電路進一步包含誤差放大器203，誤差放大器203具有耦接至控制訊號203的第一輸入、耦接至電流感測器221的第二輸入、以及經由第一開關209耦接至供電級第二輸入的輸出。

誤差放大器207在第一開關209為開啟時提供操作點訊號Vc 223。LED驅動供電級219使用操作點訊號Vc，以設定傳遞至LED 215的輸出電流202的量。因此，誤差放大器207對LED驅動電路219提供對於輸出電流202量的操作點，以符合由誤差放大器207控制訊號輸入203處的控制訊號指示的量。

操作點電容元件213儲存對於LED驅動供電級219的操作點訊號Vc，並可用於提供回饋穩定性。 在各種具體實施例中，操作點電容可被實施為外部部件(例如通常小於10nF)，或可被實施在與儲存保持電路201相同的積體電路上(例如通常小於100pF)。

在PWM訊號205轉變為關閉(亦即在「低(LO)」位準)時，此PWM訊號205使得電子開關211與209兩者開路，且因此分別防止訊號傳輸通過開關209與211。因此在PWM為關閉時，防止從LED驅動供電級219傳遞能量至LED 215。

儲存保持電路201經配置以在PWM訊號為關閉時，保存操作點電容元件213上的操作點電壓Vc。 例如，在PWM訊號為開啟時，跨於操作點電容元件213上的電壓可被儲存在儲存保持電路201內。在PWM開啟 時間期間內，儲存保持電路201對LED驅動電路219沒有顯著的效應。儲存保持電路201可在PWM開啟時間期間內操作於儲存模式中，而不對操作點電壓Vc產生效應。儲存保持電路201亦可操作以儲存，且隨後在恰於PWM訊號轉變至關閉狀態之後保持。

例如，在PWM訊號205為關閉時，第一與第二開關(209與211)開路。因此，第二開關211使LED負載215與LED驅動供電級219輸出斷接，且第一開關209使操作點電容元件213與誤差放大器207回饋路徑斷接。然而，儲存保持電路201維持耦接至LED驅動供電級219第二輸入，此第二輸入耦接至操作點訊號節點Vc。

在此PWM關閉時間期間內，儲存保持電路201藉由提供操作點訊號Vc的儲存值以作為參考，而維持跨於操作點電容元件213上的操作點訊號Vc。因為由儲存保持電路201提供的此電壓維持，跨於操作點電容元件213上的電壓在PWM訊號關閉時間期間內保持在所需的位準。因此，藉由儲存保持電路201，在長的PWM關閉時間期間(例如超過一秒)內保存操作點電壓Vc，且LED驅動電路200不再受到操作點電容元件213電壓衰減的影響。因此，LED驅動電路200經配置以在每一次PWM訊號轉變回開啟時，快速返回(或維持在)所需的操作點(如在PWM為開啟時由操作點訊號Vc界定)，即使是在長的PWM關閉持續期間之後。

範例儲存保持電路

在各種具體實施例中，儲存保持電路201可為數位電路、類比電路、或以上之結合者。第3A圖與第3B圖圖示說明電路範例，此電路將操作點資訊維持在數位碼中，此數位碼可用於實施第2圖的儲存保持電路201。如第3A圖圖示說明，數位儲存保持電路300A可包含類比數位轉換器(analog to digital converter,ADC)301、數位類比轉換器(digital to analog converter,DAC)303、反向器305、以及電子開關307。第3B圖的數位儲存保持電路300B具有實質上類似的特徵，除了ADC 311為低態有效(active low)且因此不需要第3A圖的反向器305以外。因此，為了簡潔將不重複敘述第3B圖的儲存保持電路300B的特徵。

在第3A圖中，數位儲存保持電路300A具有ADC 301，ADC 301具有耦接至操作點訊號Vc的第一輸入、耦接至PWM訊號節點205的第二輸入、以及耦接至DAC 303輸入的第一輸出315。在一個具體實施例中，ADC 301具有耦接至開關307控制節點的個別輸出節點317。

在各種具體實施例中，ADC 301可為高態有效(active high)或低態有效。若ADC 301為高態有效，則可存在耦接於PWM輸入節點205與ADC 301第二輸入之間的反向器305。

數位儲存保持電路300A亦包含開關307，開關307耦接於操作點訊號節點Vc與DAC 303輸出之間。開關307的控制節點可受到ADC第二輸出的控制。

參考第3C圖可更加了解數位儲存保持電路300A的特徵，第3C圖圖示說明數位儲存保持電路300A與300B的一些範例波形。在節點205處PWM訊號為關閉時，反向PWM訊號將ADC 301轉變為開啟，此允許ADC 301將跨於第2圖操作點電容元件213上的電壓(亦即操作點訊號Vc)轉換成ADC 301的輸出315處的數位碼。可將此數位碼儲存在存儲記憶體中，此存儲記憶體可為ADC 301的部分或可與ADC 301分離。 因為數位儲存的值不會隨著時間飄移，而可維持操作點電壓Vc。

保持操作點電壓資訊的記憶體的數位輸出，可耦接至DAC 303的輸入。為了協助此討論，將假定保持操作點電壓的記憶體位於ADC中。DAC經配置以在DAC的輸入節點315處接收數位訊號，並在DAC的輸出節點309處提供數位訊號的類比版本。在節點205處PWM訊號轉變為關閉且ADC 301完成類比數位轉換之後，數位儲存保持電路300A使電子開關307閉路，從而提供從DAC 303輸出309至操作點電壓節點Vc的路徑。因此，所儲存的操作點電壓Vc被傳遞回跨於操作點電容元件213上。應注意到，因為ADC及/或DAC的操作是相當快的，跨於電容元件Cc 213上的操作點電壓 Vc的電壓衰減是可忽略的。因此，DAC 303傳遞的操作點電壓Vc，實質上類似於在PWM為開啟時操作點電容器213上的操作點電壓Vc。

在各種具體實施例中，DAC 303可為了較佳的速度而持續操作，或可在開關307轉變為開啟時(或在恰於轉變為開啟之前)立即轉變為開啟以節省電路，同時提供足夠的時間以讓DAC 303能夠將數位訊號轉換成類比訊號。

可使用不同類型的ADC以實施數位儲存保持電路300A與300B的ADC 311，此係取決於LED驅動電路的特定需求。本文討論的ADC操作在將連續訊號轉換成某些位元數N的常見原理下。使用越多位元，ADC的精度就越佳。常見的ADC類型，包含管線式(pipelined)、快閃式(flash)、循序漸進式(successive approximations register,SAR)、三角積分式(sigma delta,Σ△)、以及積分式或雙斜率式。

如第3A圖/第3B圖圖示說明，數位儲存保持電路可包含一或更多個經適當配置的DAC，以將數位訊號轉換至類比域。對此，在各種具體實施例中，可使用不同的DAC，包含但不限於脈衝寬度調變器、積分三角式(Σ△)、二元權重式、電阻梯式(R-2R)、循序漸進式、溫度計碼式、以及混合式(此可使用前述DAC的 結合者)。這些DAC可操作以將有限數值轉換成為電流或電壓形式的實體量值。

如第3C圖圖示說明，在PWM訊號為關閉之後操作點電壓Vc儲存在數位碼中。例如在PWM為開啟時，LED負載為開啟，同時數位儲存保持電路被重置。 在此時間期間內，操作點電壓Vc被由i_LED電流回饋迴路驅動。在PWM為關閉時，LED負載被轉變為關閉，且數位儲存保持電路進入初始「儲存」狀態。儲存時間的持續期間取決於特定實施例。在「儲存」狀態期間內，操作點電壓Vc為浮接(floating)，而跨於操作點電容元件Cc上的電壓的衰減為可忽略的。在儲存程序完成時，在剩餘的PWM關閉時間內操作點電壓可被數位儲存保持電路驅動。

如上文所提及的，在一些具體實施例中，本文討論的儲存保持電路亦可將操作點資訊維持為類比電壓。類比實施例可需要較少的晶片面積、消耗較少的電力、並可被較簡單地實施於這數個方塊中，諸如消除ADC與DAC。對此，第4A圖與第4B圖圖示說明可用於實施第2圖圖示說明的儲存保持電路201的類比電路的範例。如第4A圖圖示說明，類比儲存保持電路400A包含第一開關401、洩漏抵銷電路403、放大器407、以及儲存電容元件409。本地的儲存電容元件409可被整合在同一晶片上，雖然亦思及了外部的電容元件。在一 個具體實施例中，本地的儲存電容元件409非常小於操作點電容元件213(例如小於十倍或更小)。

在各種具體實施例中，放大器407自身可被轉變為開啟或關閉以節省電力，及/或可存在第二開關411於放大器407輸出處。在使用第二開關411時，可存在反向器405耦接於PWM輸入節點205與第二開關411控制節點之間。第4B圖的類比儲存保持電路400B具有實質上類似的特徵，除了類比儲存保持電路400B不具有第二開關411與反向器405以外。相反的，放大器407B直接由節點205處的PWM訊號控制。

洩漏抵銷電路耦接至放大器407的第一輸入(例如正端)417。放大器407可經配置為單一增益放大器，此單一增益放大器的第二輸入(例如負端)耦接至節點419處的此單一增益放大器的輸出。因此，節點417處的電壓實質上類似於節點419處的電壓，因為放大器407的增益足夠高。放大器輸出節點419的輸出耦接至操作點訊號Vc(例如經由開關411)。第一開關401具有第一節點與第二輸入，第一節點耦接至放大器407的第一輸入(例如非反相端)，第二輸入耦接至操作點訊號節點Vc。儲存電容器亦耦接至放大器407的非反相輸入。

第一與第二開關的每一者具有耦接至PWM節點205的控制節點。第一開關401經配置為在PWM訊號205為高(亦即開啟)時位於閉路狀態(亦即開啟)， 且在PWM訊號205為低(亦即關閉)時位於開路狀態(亦即關閉)。相反的，第二開關411經配置為在PWM訊號205為開啟時關閉，且在PWM訊號205為關閉時開啟。 因此，放大器407與413經配置為在PWM訊號205開啟時停用，且在PWM訊號205關閉時啟用。

參考第4C圖可更加了解儲存保持電路400A與400B的特徵，第4C圖圖示說明儲存保持電路400A與400B的一些範例波形。在第4A圖與第4B圖的電路400A與400B中，在節點205處的PWM訊號為開啟時，第一開關401為閉路，允許從操作點電容元件213至本地儲存電容元件409的路徑。換言之，操作點訊號節點Vc處的電壓被儲存為跨於本地儲存電容元件409上。

在節點205處的PWM訊號為關閉時，第一開關401開路(亦即關閉)，從而切斷操作點訊號節點Vc與本地儲存電容元件409在節點417處之間的路徑。然而，因為第一開關401與第二開關411之間存在相反關係，第二開關411現在為閉路(亦即開啟)，從而允許放大器407輸出與節點Vc處操作點訊號(被提供為跨於操作點電容元件213上)之間的路徑。由放大器407輸出提供的此操作點訊號，實質上類似於在PWM被轉變為關閉時(例如恰於關閉之後)儲存為跨於操作點電容元件213上的操作點訊號節點Vc的操作點訊號。換言之，放大器407輸出提供的操作點訊號，實質上類似於在 PWM訊號從開啟轉變至關閉時的操作點訊號的值。藉由使用本地儲存電容元件409(具有已知的電容值)，可提供更穩定的參考電壓。

在一個具體實施例中，存在洩漏抵銷電路403，洩漏抵銷電路403經配置以在節點205處的PWM訊號為關閉時，進一步維持在節點417處儲存為跨於本地儲存電容元件409上的電壓。換言之，在節點205處的PWM訊號為關閉時，跨於本地儲存電容元件409上的電壓不隨著時間下降。

如第4C圖圖示說明，在PWM訊號關閉之後，操作點電壓Vc可被保持為類比電壓。在PWM訊號為開啟時可執行「儲存」步驟。在此時間期間內，LED為開啟且操作點電壓Vc被i_LED電流回饋迴路驅動。在PWM為關閉時，LED被轉變為關閉且儲存保持電路進入保持狀態，其中操作點電壓Vc由儲存保持電路驅動。

現在參考第5A圖與第5B圖，第5A圖與第5B圖圖示說明LED驅動電路，此LED驅動電路使用數位控制器509以維持對於類比LED驅動供電級219的操作點資訊，與示例性具體實施例一致。LED驅動電路500A與500B的一些特徵類似於第2圖的LED驅動電路200的一些特徵，且因此為了簡潔而不再重複說明。 因此，下面的討論重點提示一些獨特的特徵。再者，第5B圖的LED驅動電路500B實質上類似於第5A圖的LED驅動電路500A，除了LED驅動電路500B具有耦 接於數位控制器509與LED驅動供電級219之間的額外DAC 571以外。因此，為了簡潔不再重複說明LED驅動電路500B的特徵。

LED驅動電路500A包含數位控制器509，數位控制器509經配置以控制LED驅動供電級219提供給LED負載215的電流。數位控制器具有耦接至PWM節點205的第一輸入、耦接至第一數位訊號的第二輸入513、以及耦接至第二數位輸入515的第三輸入。存在耦接於控制節點CTRL 503與數位控制器第二輸入之間的ADC 505。存在耦接於電流感測器221與數位控制器509第三輸入之間的第二ADC 507。

LED驅動電路500A經由ADC 505將類比CTRL訊號轉換成數位訊號。電流感測器221感測流過LED負載215的電流(例如輸出電流202)，此電流被經由ADC 507轉換成數位訊號。數位控制器509比較數位控制器509第二輸入513處的數位訊號以及數位控制器509第三輸入515處的數位訊號，並在數位控制器509輸出517處產生數位訊號以控制LED驅動供電級219。在LED驅動電路500A中，在節點205處的PWM訊號被轉變為關閉時(例如，恰於關閉之後)儲存數位操作點資訊，以在PWM訊號被轉回開啟時迅速執行LED電流回復。

結論

所討論的部件、步驟、特徵、物件、益處以及優點僅為說明性的。以上這些(或是所相關的討論)皆不意為由任何方式限制保護範圍。亦思量了數種其他的具體實施例。這些其他的具體實施例包含具有較少的、額外的、及/或不同的部件、步驟、特徵、物件、益處及/或優點的具體實施例。這些其他的具體實施例也包含其中由不同方式設置及/或排序部件及/或步驟的具體實施例。

例如，本文所討論的任何訊號可被縮放、緩衝、縮放且緩衝、轉換成另一模式(例如電壓、電流、電荷、時間等等)、或轉換成另一狀態(例如從高至低以及從低至高)、而不顯著地改變下層的控制方法。

根據本文的討論，所提出的在系統未活動期間內維持操作點電壓以快速執行回復的技術，可被應用至可由電流脈衝驅動的其他應用，諸如馬達驅動器。

所提出的技術的另一變異，可在PWM關閉時間期間內將操作點電壓調節為不同於在PWM開啟時間期間內的位準。取決於負載阻抗，操作點電壓在PWM關閉時間期間內可被維持在較高的或較低的位準，以在PWM返回開啟狀態時產生所需的回復響應。

除非另外說明，否則本說明書所述的所有測量結果、值、額定值、位置、量值、尺寸以及其他規格，皆為近略而非精確無誤的。他們意為具有合理的範圍， 此範圍與他們所相關的功能一致，並與他們所屬技術領域中的習知技藝一致。

除了即於上文說明以外，所說明或圖示說明的內容均非意為(也不應被解譯為)將任何部件、步驟、特徵、物件、益處、優點或均等者貢獻給公眾，不論這 些內容是否記載於申請專利範圍中。

在此併入本揭示內容中所引用的所有文章、專利、專利申請案以及其他刊物以作為參考。

將了解到，本文所使用的用詞與表達方式具有通常意義，與針對他們所對應的各調查和研究區域所給予這樣的用詞和表達方式的意義一致，除非本文另已說明特定的含義。諸如「第一」、「第二」與類似者的相對性用詞，可單獨用於分辨個體或動作，而不必須要求或隱含任何他們之間的任何實際關係或次序。用詞「包含」、「包括」以及任何其他變異者，在連同說明書或申請專利範圍中的一列元件使用時，意為指示列表並非為窮舉性的，而是可包含其他元件。類似的，由「一」前綴的元件，在沒有其他條件限制之下，並未排除其他相同類型的額外元件的存在。

提供對於揭示內容的摘要以允許讀者快速確認技術內容的本質。在了解摘要將不會用於解譯或限制申請專利範圍的範圍或意義的前提之下提供此摘要。此外，在上文實施方式中，可看到為了流暢說明揭示內容的目的，在各種具體實施例中各種特徵被分組在一起。 此種揭示方法不應被解譯為反映對於所請具體實施例需要比每一請求項明確記載者還要多的特徵的意圖。相反的，如下列申請專利範圍所反映的，具有進步性的技術主題在於少於單一個所揭示的具體實施例的所有特徵。 因此，在此將下列申請專利範圍併入實施方式中，且每一請求項自身獨立作為單獨請求的技術主題。

200‧‧‧LED驅動電路

201‧‧‧輸出電流

203‧‧‧控制訊號輸入

205‧‧‧PWM訊號

207‧‧‧誤差放大器

209‧‧‧第一開關

211‧‧‧第二開關

213‧‧‧操作點電容元件

215‧‧‧LED負載

217‧‧‧輸出電容元件

219‧‧‧LED驅動供電級

221‧‧‧電流感測器

223‧‧‧操作點訊號Vc

Claims (21)

1. 一種發光二極體(light emitting diode,LED)驅動電路，包含：一控制訊號輸入，該控制訊號輸入經配置以接收一控制訊號；一脈衝寬度調變(pulse-width modulation,PWM)輸入，該PWM輸入經配置以接收一PWM訊號；一供電級，該供電級具有一第一輸入、一第二輸入與一輸出，該第一輸入耦接至該PWM輸入，該第二輸入經配置以接收一操作點訊號，其中該供電級經配置以在該PWM訊號為開啟(ON)時傳遞一位準的電流至一發光二極體(light emitting diode,LED)負載，並在該PWM訊號為關閉(OFF)時停止傳遞該位準的電流，該位準由該控制訊號指示；一回饋電路，該回饋電路耦接於該供電級的該輸出與該第二輸入之間，其中該回饋電路經配置以產生該操作點訊號，以在該PWM訊號為開啟時使該供電級傳遞由該控制訊號指示的一位準的電流；及一儲存保持電路，該儲存保持電路具有一第一節點與一第二節點，該第一節點耦接至該PWM輸入，且該第二節點耦接至該供電級的該第二輸入，其中該儲 存保持電路經配置以儲存一資訊，該資訊指示恰於該PWM訊號轉變為關閉之後該操作點訊號的一位準，並使得恰於該PWM訊號轉變為開啟之前該操作點訊號位於彼位準。
2. 如請求項1所述之LED驅動電路，其中該回饋電路經配置以判定流過該LED負載的一第一電流，並比較該第一電流的一電壓表示以及該控制訊號，以在該PWM訊號為開啟時將該操作點訊號提供至該供電級的該第二輸入。
3. 如請求項2所述之LED驅動電路，其中該回饋電路包含：一電流感測器，該電流感測器耦接至該供電級的該輸出的一第二端點；以及一誤差放大器，該誤差放大器具有耦接至該控制訊號輸入的一第一輸入、耦接至該電流感測器的一第二輸入、以及經由一第一開關耦接至該供電級的該第二輸入的一輸出。
4. 如請求項2所述之LED驅動電路，該LED驅動電路進一步包含耦接於該供電級的該第二輸入與一地之間的一操作點電容元件，其中該操作點電容元件經配置以儲存該操作點訊號的一位準並穩定該回饋電路。
5. 如請求項2所述之LED驅動電路，其中該儲存保持電路經配置以基於該操作點訊號由一數位碼維持一操作點資訊。
6. 如請求項5所述之LED驅動電路，其中該儲存保持電路包含：一類比數位轉換器(analog to digital converter,ADC)，該ADC經配置以將該操作點訊號轉換成一第一數位訊號，該ADC包含：一輸入，該輸入耦接至該供電級的該第二輸入；一第二輸入，該第二輸入耦接至該PWM輸入；一第一輸出，該第一輸出經配置以提供該第一數位訊號；以及一第二輸出；一數位類比轉換器(digital to analog converter,DAC)，該DAC經配置以將該第一數位訊號轉換成一第一類比訊號，該DAC包含：一輸入，該輸入耦接至該ADC的該第一輸出；以及一輸出，該輸出經配置以提供該第一類比訊號；以及一開關，該開關包含：一第一節點，該第一節點耦接至該DAC的該輸 出；一第二節點，該第二節點耦接至該供電級的該第二輸入；以及一控制節點，該控制節點耦接至該ADC的該第二輸出。
7. 如請求項6所述之LED驅動電路，其中在該PWM訊號轉變為關閉且該ADC的一類比數位轉換完成時，該ADC的該第二輸出處的該控制節點轉變為開啟。
8. 如請求項2所述之LED驅動電路，其中該儲存保持電路經配置以基於該操作點訊號，由一類比電壓維持一操作點資訊。
9. 如請求項8所述之LED驅動電路，其中該儲存保持電路包含：一第一放大器，該第一放大器具有正輸入、一負輸入以及一輸出，該正輸入耦接至一儲存節點，該輸出耦接至該第一放大器的該負輸入，其中該第一放大器經配置以在該PWM訊號關閉時提供該操作點訊號，並在該PWM訊號開啟時停止傳遞該操作點訊號；一儲存電容元件，該儲存電容元件具有耦接至該儲存節點的一第一節點以及耦接至一地的一第二節點；以及 一第一開關，該第一開關耦接於該儲存節點與該供電級的該第二輸入之間，其中該第一開關經配置以在該PWM訊號為開啟時將該操作訊號提供至該放大器的該正輸入。
10. 如請求項9所述之LED驅動電路，該LED驅動電路進一步包含耦接至該儲存節點的一洩漏抵銷電路。
11. 如請求項10所述之LED驅動電路，其中該洩漏抵銷電路經配置以補充該儲存保持電路的該儲存電容元件的一洩漏電流。
12. 如請求項9所述之LED驅動電路，該LED驅動電路進一步包含耦接於該供電級的該第二輸入與該地之間的一操作點電容元件，其中：該操作點電容元件經配置以儲存該操作點訊號的一電壓位準；以及該儲存電容元件的一電容值小於該操作點電容元件的一電容值。
13. 如請求項12所述之LED驅動電路，其中該儲存電容元件進一步經配置以穩定該回饋電路。
14. 一種由一電路驅動一發光二極體(light emitting diode,LED)負載的方法，該 電路包含一供電級、一回饋電路以及一儲存保持電路，該方法包含以下步驟：接收步驟，由該供電級接收一PWM訊號與一操作點訊號；提供步驟，在該PWM訊號為開啟(ON)時提供由一控制訊號指示的一位準的電流至該LED負載，並在該PWM訊號為關閉(OFF)時停止傳遞該位準的電流；藉由以下步驟使該回饋電路產生該操作點訊號：判定流過該LED負載的一電流；產生流過該LED負載的該電流的一電壓表示；以及比較該控制訊號與流過該LED負載的該電流的該電壓表示；儲存步驟，由該儲存保持電路儲存一資訊，該資訊指示恰於該PWM訊號轉變為關閉之後該操作點訊號的一位準；以及恰於該PWM訊號轉變為開啟之前，使該操作點訊號位於彼位準。
15. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：該儲存保持電路在該PWM訊號為開啟時接收該操作點訊號的該位準，並在該PWM訊 號為關閉時提供該操作點訊號的該位準。
16. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：儲存該操作點訊號的該電壓位準。
17. 如請求項15所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：由一操作點電容元件穩定該回饋電路。
18. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將該操作點訊號轉換成一第一數位訊號；儲存該第一數位訊號；將該第一數位訊號轉換成一類比訊號；以及在該PWM為關閉之後提供該類比訊號作為該操作點訊號，以跨於一操作點電容元件維持一電壓。
19. 如請求項14所述之方法，其中由儲存保持電路維持指示該操作點訊號的該位準的該資訊的該儲存步驟，包含以下步驟：一第一放大器，該第一放大器具有耦接至一儲存節點的正輸入、一負輸入、以及耦接至該第一放大器的該負輸入的一輸出，其中該第一放大器經配置以在該PWM訊號為關閉時提供該操作點訊號，並在該PWM訊號為開啟時停止傳遞該操作點訊號；在該PWM為開啟時在一儲存電容元件上儲存該操 作點的該位準；以及補充該儲存電容元件的一洩漏電流。
20. 一發光二極體(light emitting diode,LED)驅動電路，包含：一控制訊號輸入，該控制訊號輸入經配置以接收一控制訊號；一脈衝寬度調變(pulse-width modulation,PWM)輸入，該PWM輸入經配置以接收一PWM訊號；一供電級，該供電級具有一第一輸入、一第二輸入以及一輸出，該第一輸入耦接至該PWM輸入，該第二輸入經配置以接收一操作點訊號，其中該供電級經配置以在該PWM訊號為開啟(ON)時傳遞由該控制訊號指示的一位準的電流至一LED負載，並在該PWM訊號為關閉(OFF)時停止傳遞該位準的電流；以及一回饋電路，該回饋電路耦接於該供電級的該輸出的一第二節點以及該供電級的該第二輸入之間，其中該回饋電路包含：一數位控制器，該數位控制器具有耦接至該PWM輸入的一第一輸入；一第二輸入，該第二輸入經由一第一類比數位 轉換器(analog to digital converter,ADC)耦接至該控制訊號輸入；一第三輸入，該第三輸入耦接至一第二ADC；以及一輸出；以及其中該回饋電路經配置以：產生該操作點訊號，以使該供電級傳遞由該控制訊號指示的一位準的電流；以及儲存一資訊，該資訊指示恰於該PWM訊號轉變為關閉之後該操作點訊號的一位準，並使恰於該PWM訊號轉變為開啟之前該操作點訊號位於彼位準。
21. 如請求項20所述之驅動電路，其中該回饋電路進一步包含一數位類比轉換器(digital to analog converter,DAC)，該DAC耦接於該數位控制器的該輸出與該供電級的該第二輸入之間。