CN100556220C - 半导体发光组件的省电型驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体发光组件的省电型驱动装置，其特征在于包括一直接或间接地耦合于电源电流输入端口及控制输出端口之间的省电单元，例如可储存及稳定电压的取样/保持(sample & hold)电路。通过本发明的设计，电源电流输入端口只需于一时段内输入与传统驱动装置相同的电流，其余时段则可输入较低的电流，以达到省电的效果。

Description

半导体发光组件的省电型驱动装置

技术领域

本发明是关于一种半导体发光组件的省电型驱动装置，尤指一种适用于LED的省电型驱动装置。

背景技术

一般说来，流经LED的电流为固定电流(I_LED)，LED驱动集成电路(IC，integrated circuit)则用以提供一产生固定电流(I_LED)的机制。LED驱动IC通常包括一固定电位及特定电阻共同形成的基本电流源，再通过流经外接电阻的稳定电流(I_REXT)及数个电流镜(multiple current mirror)产生I_LED。其中，I_LED与I_REXT具有倍数关系：

I_LED＝M_TOTAL×I_REXT

其中，M_total为电流镜倍数。然而，基本电流源及电流镜需使用较大电流，导致整体消耗功率提高。以单一驱动集成电路为例：

I_LED＝60mA，

I_REXT＝1mA，

M_TOTAL＝M1×M2＝10×6；

其中，M1为第一级电流镜的倍数，也就是电流源与第一级电流的倍数关系，是由集成电路映射产生；M2为第二级电流镜的倍数，也就是第一级电流与输出至LED的定电流的倍数关系。由上式可知，集成电路最低消耗电流为11mA(＝I_REXT(1mA)+第一级集成电路映射电流镜电流(10mA))。

集成电路为产生定电流需固定消耗电流12mA(＝I_REXT(1mA)+第一级集成电路映射电流镜电流(10mA)+产生电流镜效应所需辅助电路的电流(1mA))。

取样/保持(sample and hold)电路为一种公知的电路设计技巧，通常用于抽取电压或稳定电压。若善加储存定电流输出所需的特定电压，则可降低集成电路为产生定电流所需的固定消耗电流。

至于另一种公知的脉宽调变(PWM，pulse width modulation)式驱动IC，虽亦可提供定电流驱动LED，但仍具有耗费能量的缺点。

本发明结合电子电路专业知识及光电组件设计制造经验，经多次实体测试，证明上述取样/保持电路对定电流LED驱动IC具有非常良好的省电效果，并可据以推申至其它半导体发光组件的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体发光组件的驱动装置，其具有显著的省电效果。

本发明提供一种半导体发光组件的省电型驱动装置，一耦合至一外部电压供应源的电源电流输入端口；一连接至一半导体发光组件的控制输出端口，可提供该半导体发光组件发光所需的能量；及一输入端及输出端分别直接或间接的耦合至该电源电流输入端口及该控制输出端口的省电单元，储存电压；该驱动装置的特征在于：该电源电流输入端口在两段长短不同的时段T1、时段T2内分别提供大小不同的电流I1与电流I2至该驱动装置，T1＜T2，I1＞I2，该电源电流输入端口输入的电流具有周期性变化，且该省电单元提供一稳定电压至该控制输出端口，其中该省电单元是一取样/保持电路。

本发明提供一种半导体发光组件的省电型驱动装置，用以点亮或控制一半导体发光组件的亮度，该驱动装置具有一耦合至一外部电压供应源的电源电流输入端口，以提供该驱动装置所需的工作电流；该驱动装置的特征在于：该电源电流输入端口于两段长短不同的时段T1、时段T2内分别提供大小不同的电流I1与电流I2至该驱动装置，T1＜T2，I1＞I2，由该电源电流输入端口输入的电流具周期性变化。

本发明提供一种半导体发光组件的省电型驱动装置，包括：一耦合至一外部电压供应源的电源电流输入端口；一耦合至一外部接地线的集成电路电流输出端口；一控制输出电流参考倍数端口，输出固定电位并至外接电阻以提供定电流及复制此定电流镜的倍数关系至另一电流输出控制驱动输出端口，控制半导体发光组件，以提供该半导体发光组件发光所需驱动电流；及一其输入端及输出端分别直接或间接地耦合至该电源电流输入端口及集成电路电流输出端口的省电单元；该省电单元提供的电源电流输入端于时段T1内获得电流I1，输出端则于时段T2内输入电流I2，I1＞I2，其中该省电单元是一取样/保持电路。

本发明的省电单元可为取样/保持(sample&hold)电路或其它适当的电路设计。

本发明的省电型驱动装置通常包括一定电流镜产生电路(currentmirror)或一脉宽调变(PWM，Pulse Width Modulation)产生器。本发明的省电型驱动装置通常亦包括一控制开关，用以点亮发光半导体组件或控制其亮度。

附图说明

图1显示一典型LED驱动IC芯片及其输出/输入端口；

图2显示驱动IC供电电流的类似周期性变化；

图3及涂分别为定电流驱动IC及PWM驱动IC中，设置取样/保持电路的方块示意图；

图5显示一定电流驱动IC的较佳电路设计实施例；

图6显示实际仿真及量测集成电路电流输出端口(REXT)的电压；

图7为图6的时间轴放大图。

图式组件符号说明

工作线性放大器 10   电流镜 20

取样/保持电路 30    开关 31

电容 32             电压侦测/回馈电路 40

NMOS晶体管开关 50   LED  60

具体实施方式

本发明的较佳实施例配合图式详述如下。

图1为一典型的LED驱动IC芯片，其连接封装接脚的输出/输入端口通常包括电源电流输入端口(VCC)、复数个LED控制输出端口、接地电流输出端口(GND)及调整控制输出电流的集成电路电流输出端口(REXT)。

集成电路电流输出端口(REXT)外接一电阻(Rext)，形成基本电流源。基本电流源的电流经内部电路放大数倍，再输出至每一串接LED阴极所对应连接的控制输出端口，每一串接LED的阳极则共同连接至一定电压源(V_LED)；藉此，则可点亮及控制LED的亮度。如图所示，流经电源电流输入端口(VCC)的电流为I_VCC，流经接地电流输出端口(GND)及外接电阻(Rext)的电流分别为I_GND及I_REXT。

本发明的特征之一即表现在驱动IC供电电流I_VCC具有I1及I2两种变化。如图2所示，在一相对较短的时间T1内，流入较大电流I1；而在一相对较长的时间T2内，流入较小电流I2；平均电流大小为Ia。其中较大电流I1与公知技术中，LED驱动IC芯片所需的固定电流相同。显然地，Ia比I1小甚多，因此可达到省电效果。由于流经电源电流输入端口(VCC)的电流I_VCC具有周期性的变化，使流经接地电流输出端口(GND)及外部电阻(Rext)的电流I_GND及I_REXT亦随的作周期性地变化。

要达到上述省电效果，可针对驱动IC内部电路作适当设计。本发明的较佳实施例即是增设一取样/保持(sample and hold)电路。图3及图4分别为定电流驱动IC及PWM驱动IC中，设置取样/保持电路的方块示意图。定电流驱动IC是在定电流产生器与LED控制输出端口之间设置取样/保持电路；PWM驱动IC则是在能隙电压产生器(bandgap generator)与PWM产生器之间设置取样/保持电路，其中电流回授电路的作用为控制驱动输出LED恒电流。通过电压侦测/回馈电路，当取样/保持电路输出电压被侦测到与原设定值的误差达一限值(本实施例为0.001％)时，即开始进行采样。

图5则针对定电流驱动IC进一步说明一较佳电路设计例。图中，工作线性放大器10的Vi+接受能隙电压产生器所产生的固定电位，Vi-接至外接电阻，可提供基本电流源一固定电流，电源电流输入端口(VCC)则提供基本电流源一固定电压及其它电路电流。本实施例的基本电流源是一电流镜(currentmirror)20，典型地包括二个NMOS晶体管及二个PMOS晶体管，其输出端的一外接一电阻(Rext)，用以调整基本电流源的电流大小。

在此较佳实施例中，取样/保持电路30包括一开关31及一电容32；开关31的ON/OFF是由电压侦测/回馈电路40控制。当电容32充足适当电位时，开关31为OFF，并持续输出稳定电压VP至NMOS晶体管开关50的闸极；藉此可产生固定电流I_LED，以驱动及控制对应的LED 60的亮度。当电压侦测/回馈电路40侦测到取样/保持电路30输出的电压低于0.99999VP时，便开启开关31为ON，使电容32开始充电。实际上，由0.99999VP充电至VP所需时间T1极短，因此流经LED的电流I_LED几乎不变，亮度亦几乎不变。相对地，输出电压由VP降至0.99999VP所需时间T2却相对极长。换言的，只需在甚短时间内提供电流镜20与公知驱动IC相同的电流I1，其余时间只需提供较小电流I2，便可获得稳定输出电压VP；且完全不影响LED发光表现。上述开始进行采样的时机可依据实际设计需要调整，也就是取样/保持电路输出电压与原设定值的误差不限于0.001％。

一般来说，一个面板共需大约10,000个驱动IC；若通过本发明将每一个IC的工作电流降低至1.2mA，也就是传统IC所消耗的电流(12mA)的十分的一，则本发明所消耗总电流仅约12A(＝1.2mA×10,000)。

如前所述，当流经电源电流输入端口(VCC)的电流I_VCC具有周期性的变化时，则流经接地电流输入端口(GND)及外部电阻(Rext)的电流I_GND及I_REXT亦随的作周期性地变化。因此，只需量测集成电路电流输出端口(REXT)的电压V_REXT，便可得知I_REXT，并进一步得知I_VCC的变化。

本发明经实际模拟及量测集成电路电流输出端口(REXT)的电压V_REXT，结果如图6所示，图7则将图6的时间轴放大约100倍。图中，T1约为8μs，而T2约为800μs，也就是T2约为T1的100倍。V1约为1.24v(Bandgap outputvoltage)，V2则几乎为0；也就是I1的大小与公知驱动IC相同，而I2约为0，与图2的电流特征相符合。事实证明本发明确实可达上述省电效果，故省电效能是一极具商业价值与竞争力的技术。

Claims (9)

1.一种半导体发光组件的省电型驱动装置，其特征在于包括：

一耦合至一外部电压供应源的电源电流输入端口；

一连接至一半导体发光组件的控制输出端口，可提供该半导体发光组件发光所需的能量；及

一输入端及输出端分别直接或间接的耦合至该电源电流输入端口及该控制输出端口的省电单元，储存电压；

该驱动装置的特征在于：

该电源电流输入端口在两段长短不同的时段T1、时段T2内分别提供大小不同的电流I1与电流I2至该驱动装置，T1＜T2，I1＞I2，该电源电流输入端口输入的电流具有周期性变化，且该省电单元提供一稳定电压至该控制输出端口，其中该省电单元是一取样/保持电路。

2.如权利要求1所述的省电型驱动装置，其特征在于包括：一定电流镜产生电路。

3.如权利要求1所述的省电型驱动装置，其特征在于：该省电单元与该发光半导体组件之间包括一脉宽调变产生器。

4.如权利要求1所述的省电型驱动装置，其特征在于包括：一用以控制该发光半导体组件的点亮或亮度的控制开关。

5.如权利要求1所述的省电型驱动装置，其特征在于包括：一耦合至一外部接地线的集成电路电流输出端口，其输出电流随该电源电流输入端口输入的电流变化。

6.一种半导体发光组件的省电型驱动装置，用以点亮或控制一半导体发光组件的亮度，该驱动装置具有一耦合至一外部电压供应源的电源电流输入端口，以提供该驱动装置所需的工作电流；该驱动装置的特征在于：该电源电流输入端口于两段长短不同的时段T1、时段T2内分别提供大小不同的电流I1与电流I2至该驱动装置，T1＜T2，I1＞I2，由该电源电流输入端口输入的电流具周期性变化。

7.如权利要求6所述的省电型驱动装置，其特征在于包括：一耦合至一外部接地线的集成电路电流输出端口，其输出电流随该电源电流输入端口输入的电流变化。

8.一种半导体发光组件的省电型驱动装置，包括：

一耦合至一外部电压供应源的电源电流输入端口；

一耦合至一外部接地线的集成电路电流输出端口；

一控制输出电流参考倍数端口，输出固定电位并至外接电阻以提供定电流及复制此定电流镜的倍数关系至另一电流输出控制驱动输出端口，控制半导体发光组件，以提供该半导体发光组件发光所需驱动电流；及一其输入端及输出端分别直接或间接地耦合至该电源电流输入端口及集成电路电流输出端口的省电单元；

该驱动装置的特征在于：

该省电单元提供的电源电流输入端于时段T1内获得电流I 1，输出端则于时段T2内输入电流I2，I1＞I2，其中该省电单元是一取样/保持电路。

9.如权利要求8所述的省电型驱动装置，其特征在于：该省电单元与该输入端口之间更包括一控制开关，用以控制该发光半导体组件的点亮或亮度。

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