CN103687166B - 发光二级管驱动装置及其运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光二级管驱动装置及其运作方法。发光二级管驱动装置包含输出级、输入电阻、复数个分压电阻及控制电路。输出级包含至少一发光二级管。彼此串接于特定电压与接地端之间的第一分压电阻、第二分压电阻及第三分压电阻对特定电压进行分压。流经发光二级管的发光二级管电流的工作周期随特定电压而改变。控制电路分别于第一分压电阻与第二分压电阻之间、第二分压电阻与第三分压电阻之间及输入电阻感测第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号，并根据第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号调整控制电路输出至输出级的设定电压信号。

Description

发光二级管驱动装置及其运作方法

技术领域

本发明是与发光二级管的驱动有关，特别是关于一种发光二级管驱动装置及其运作方法。

背景技术

一般而言，传统的交流对直流型式的发光二级管驱动电路的操作原理是利用一个交流对直流转换器(AC to DC converter)产生发光二级管的上端导通所需要的跨压(输入电压)来驱动发光二级管发光，并同时在发光二级管的下端设置一电流源电路去控制流经发光二级管的固定电流至接地端，进而稳定发光二级管的发光亮度。由于输入电压为经过整流后的信号，并非直流电压，所以需要发光二级管驱动电路进行驱动，由此达到较高的PF功率因子与发光效率。

然而，由于现有技术中的设定电压产生器输出至发光二级管下端的电流源电路的设定电压随着输入电压而改变，因此，如图1A至图1C所示，从其输入电压、发光二级管电流及消耗功率的波形图可知：发光二级管电流(ILED)会随着输入电压的不同而改变，当输入电压变大时，发光二级管电流亦随之变大，因而导致发光二级管电流在不同输入电压(高输入电压VH及低输入电压VL)下的电流不准确问题，亦即输入电压调节率(Line Regulation)较差的问题。此外，由于设置于发光二级管下端的电流源电路的电压及电流都会变大，导致其消耗功率过大因而导致过热的问题产生。

因此，本发明提出一种发光二级管驱动装置及其运作方法，以解决上述问题。

发明内容

根据本发明的一具体实施例为一种发光二级管驱动装置。于此实施例中，发光二级管驱动装置包含输出级、输入电阻、复数个分压电阻及控制电路。输出级包含至少一发光二级管。输入电阻的一端耦接输入电压。复数个分压电阻耦接于特定电压与接地端之间。复数个分压电阻至少包含彼此串接的第一分压电阻、第二分压电阻及第三分压电阻，以对特定电压进行分压。流经发光二级管的发光二级管电流的工作周期随特定电压而改变。

控制电路分别耦接输出级、输入电阻的另一端、第一分压电阻与第二分压电阻之间以及第二分压电阻与第三分压电阻之间。控制电路分别于第一分压电阻与第二分压电阻之间、第二分压电阻与第三分压电阻之间及输入电阻的另一端感测第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号，并根据第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号调整控制电路输出至输出级的设定电压信号。

根据本发明的另一具体实施例为一种发光二级管驱动装置运作方法。于此实施例中，发光二级管驱动装置包含输出级、输入电阻、控制电路及彼此串接的第一分压电阻、第二分压电阻及第三分压电阻。输出级包含至少一发光二级管。复数个分压电阻耦接于特定电压与接地端之间。流经发光二级管的发光二级管电流的工作周期随特定电压而改变。控制电路分别耦接该输出级、输入电阻的另一端、第一分压电阻与第二分压电阻之间以及第二分压电阻与第三分压电阻之间。输出级包含至少一发光二级管。

发光二级管驱动装置运作方法包含下列步骤：(a)通过第一分压电阻、第二分压电阻及第三分压电阻对特定电压进行分压；(b)分别于第一分压电阻与第二分压电阻之间、第二分压电阻与第三分压电阻之间及输入电阻的另一端感测第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号；(c)根据第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号调整控制电路输出至输出级的设定电压信号。

相较于现有技术，根据本发明的发光二级管驱动装置及其运作方法可达成下列功效：(1)有效避免当输入电压过大时的功率消耗过大及过热问题；(2)有效避免当输入电压不同时的发光二级管平均电流不准确的问题，亦即输入电压调节率(Line Regulation)较差的问题；(3)使发光二级管能够工作于最佳的电流对应亮度点。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1A至1C分别为绘示现有技术中的发光二级管驱动装置的输入电压、发光二级管电流及两者相乘所得的消耗功率的波形图。

图2为绘示根据本发明的一具体实施例的发光二级管驱动装置的电路结构示意图。

图3为绘示图2中的控制电路的电路结构示意图。

图4A至4C分别为绘示发光二级管驱动装置的输入电压、发光二级管电流及两者相乘所得的消耗功率的波形图。

图5为绘示根据本发明的另一具体实施例的发光二级管驱动装置的电路结构示意图。

图6为绘示图5中的控制电路的电路结构示意图。

图7A至7C分别为绘示发光二级管驱动装置的输入电压、发光二级管电流及两者相乘所得的消耗功率的波形图。

图8为绘示根据本发明的另一具体实施例的发光二级管驱动装置运作方法的流程图。

【主要元件符号说明】

S10~S14：流程步骤                    26、56：比较器

V_IN：输入电压                        LED：发光二级管

I_LED：发光二级管电流                 SW：开关

P：消耗功率                    R_SET：设定电阻

VH：高输入电压                 VF1：第一电压信号

VL：低输入电压                 VF2：第二电压信号

2、5：发光二级管驱动装置       VF：第三电压信号

OS：输出级                     V_SET：设定电压信号

R_IN：输入电阻                  CL：时脉信号

20、50：控制电路               201、501：第一比较器

22：时脉产生器                 202、502：第二比较器

24、54：调节器                 203、503：多工器

R₁：第一分压电阻               204：斜波产生器

R₂：第二分压电阻               SC1：第一比较结果

R₃：第三分压电阻               SC2：第二比较结果

RV₁：第四分压电阻              RV₂：第五分压电阻

V1：第四电压信号               V_LED：发光二级管电压

V_N：特定电压

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种发光二级管驱动装置。于此实施例中，发光二级管驱动装置是用以驱动发光二级管发出光线，但不以此为限。

请参照图2，图2为绘示此实施例的发光二级管驱动装置的电路结构示意图。如图2所示，发光二级管驱动装置2包含有输出级OS、输入电阻R_IN、控制电路20、时脉产生器22、调节器24、彼此串接的第一分压电阻R₁、第二分压电阻R₂及第三分压电阻R₃。

输入电阻R_IN的一端耦接输入电压V_IN，另一端耦接调节器24。控制电路20分别耦接至输入电阻R_IN与调节器24之间、第一分压电阻R₁与第二分压电阻R₂之间、第二分压电阻R₂与第三分压电阻R₃之间、时脉产生器22以及输出级OS。

输出级OS包含比较器26、发光二级管LED、开关SW及设定电阻R_SET。比较器26的两输入端分别耦接控制电路20以及开关SW与设定电阻R_SET之间，其输出端耦接开关SW。发光二级管LED耦接于发光二级管电压V_LED与开关SW之间。

第一分压电阻R₁、第二分压电阻R₂及第三分压电阻R₃彼此串接于特定电压V_N与接地端之间，用以对特定电压V_N进行分压。其中，流经输出级OS中的发光二级管LED的发光二级管电流I_LED的工作周期(duty cycle)大小与特定电压V_N有关。于实际应用中，当特定电压V_N变大时，发光二级管电流I_LED的工作周期会随之变小。特定电压V_N可以和输入电压V_IN或发光二级管电压V_LED有关，但不以此为限。

控制电路20分别于第一分压电阻R₁与第二分压电阻R₂之间、第二分压电阻R₂与第三分压电阻R₃之间以及输入电阻R_IN与调节器24之间感测第一电压信号VF1、第二电压信号VF2及第三电压信号VF，并输出设定电压信号V_SET至输出级OS的比较器26。需特别说明的是，输出级OS亦可不包含比较器26，而是由开关SW的闸极直接接收控制电路20所输出的设定电压信号V_SET。

控制电路20将会根据其感测到的第一电压信号VF1、第二电压信号VF2及第三电压信号VF判断输入电压V_IN的电压值。时脉产生器22将会产生时脉信号CL至控制电路20，以供控制电路20调整其所输出的设定电压信号V_SET的工作周期大小。

请参照图3，图3为绘示图2中的控制电路20的电路结构示意图。如图3所示，控制电路20包含第一比较器201、第二比较器202、多工器203及斜波产生器204。其中，第一比较器201、第二比较器202及斜波产生器204均分别耦接多工器203。第一比较器201比较该第一电压信号VF1与第三电压信号VF以产生第一比较结果SC1。第二比较器202比较第二电压信号VF2与第三电压信号VF以产生第二比较结果SC2。接着，多工器203根据第一比较结果SC1、第二比较结果SC2及第三电压信号VF判断特定电压V_N的电压值大小，并据以控制斜波产生器204产生相对应的斜波，以调整多工器203输出至输出级OS的设定电压信号V_SET的工作周期(duty cycle)大小。由此，输出级OS亦可据以调整通过发光二级管LED的发光二级管电流I_LED的工作周期大小。

请参照图4A至4C，图4A至4C分别为绘示发光二级管驱动装置2的输入电压V_IN、发光二级管电流I_LED及两者相乘所得的消耗功率P的波形图。如图4B所示，当输入电压V_IN较大时，发光二级管电流I_LED的工作周期将会变小，亦即脉冲宽度变窄。因此，如图4C所示，当输入电压V_IN较大时，由于发光二级管电流I_LED的工作周期变小，使得消耗功率P不增反减，故可有效避免现有技术中的消耗功率过大及过热的问题。

根据本发明的另一具体实施例亦为一种发光二级管驱动装置。于此实施例中，发光二级管驱动装置是用以驱动发光二级管发出光线，但不以此为限。

请参照图5，图5为绘示此实施例的发光二级管驱动装置的电路结构示意图。如图5所示，发光二级管驱动装置5包含有输出级OS、输入电阻R_IN、控制电路50、彼此串接的第一分压电阻R₁、第二分压电阻R₂及第三分压电阻R₃、调节器54及彼此串接的第四分压电阻RV₁及第五分压电阻RV₂。

输入电阻R_IN的一端耦接输入电压V_IN，另一端耦接调节器54。第一分压电阻R₁、第二分压电阻R₂及第三分压电阻R₃彼此串接于特定电压V_N与接地端之间，用以对特定电压V_N进行分压。控制电路50分别耦接至输入电阻R_IN与调节器54之间、第一分压电阻R₁与第二分压电阻R₂之间、第二分压电阻R₂与第三分压电阻R₃之间、第四分压电阻RV₁与第五分压电阻RV₂之间以及输出级OS。

输出级OS包含比较器56、发光二级管LED、开关SW及设定电阻R_SET。比较器56的两输入端分别耦接控制电路50以及开关SW与设定电阻R_SET之间，其输出端耦接开关SW。发光二级管LED耦接于发光二级管电压V_LED与开关SW之间。

控制电路50分别于第一分压电阻R₁与第二分压电阻R₂之间、第二分压电阻R₂与第三分压电阻R₃之间、输入电阻R_IN与调节器54之间以及第四分压电阻RV₁与第五分压电阻RV₂之间感测第一电压信号VF1、第二电压信号VF2、第三电压信号VF及第四电压信号V1，并输出设定电压信号V_SET至输出级OS的比较器56。需特别说明的是，输出级OS亦可不包含比较器56，而是由开关SW的闸极直接接收控制电路50所输出的设定电压信号V_SET。

控制电路50将会根据其感测到的第一电压信号VF1、第二电压信号VF2、第三电压信号VF及第四电压信号V1判断特定电压V_N的电压值，并据以调整设定电压信号V_SET的一电压值大小。

请参照图6，图6为绘示图5中的控制电路50的电路结构示意图。如图6所示，控制电路50包含第一比较器501、第二比较器502及多工器503。其中，第一比较器501及第二比较器502均分别耦接多工器503。第一比较器501比较第一电压信号VF1与第三电压信号VF以产生第一比较结果SC1。第二比较器502比较第二电压信号VF2与第三电压信号VF以产生第二比较结果SC2。接着，多工器503根据第一比较结果SC1、第二比较结果SC2、第三电压信号VF及第四电压信号V1判断特定电压VN的电压值大小，并据以通过切换的方式去调整多工器503输出至输出级OS的设定电压信号V_SET的电压值大小。

举例而言，多工器503可切换设定电压信号V_SET的电压值为第三电压信号VF的电压值或第四电压信号V1的电压值，但不以此为限。由此，输出级OS亦可据以调整通过发光二级管LED的发光二级管电流I_LED的电流值大小。

请参照图7A至7C，图7A至7C分别为绘示发光二级管驱动装置5的输入电压V_IN、发光二级管电流I_LED及两者相乘所得的消耗功率P的波形图。如图7B所示，当输入电压V_IN较大时，发光二级管电流I_LED的电流值将会变小。因此，如图7C所示，当输入电压V_IN较大时，由于发光二级管电流I_LED的电流值变小，使得其消耗功率P不增反减，故可有效避免现有技术中的消耗功率过大及过热的问题。

根据本发明的另一具体实施例为一种发光二级管驱动装置运作方法。于此实施例中，发光二级管驱动装置包含输出级、输入电阻、控制电路及彼此串接的第一分压电阻、第二分压电阻及第三分压电阻。输出级包含至少一发光二级管。复数个分压电阻耦接于特定电压与接地端之间。流经发光二级管的发光二级管电流的工作周期随特定电压而改变。控制电路分别耦接该输出级、输入电阻的另一端、第一分压电阻与第二分压电阻之间以及第二分压电阻与第三分压电阻之间。输出级包含至少一发光二级管。

请参照图8，图8为绘示此实施例的发光二级管驱动装置运作方法的流程图。如图8所示，首先，该方法执行步骤S10，通过第一分压电阻、第二分压电阻及第三分压电阻对特定电压进行分压。接着，该方法执行步骤S12，分别于第一分压电阻与第二分压电阻之间、第二分压电阻与第三分压电阻之间及输入电阻的另一端感测第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号。然后，该方法执行步骤S14，根据第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号调整控制电路输出至输出级的设定电压信号。

于实际应用中，步骤S14可包含下列子步骤：比较第一电压信号与第三电压信号以产生第一比较结果；比较第二电压信号与第三电压信号以产生第二比较结果；根据第一比较结果、第二比较结果及第三电压信号判断输入电压的大小，并据以调整输出至输出级的设定电压信号。

于一实施例中，该方法可以产生时脉信号，并根据该时脉信号调整该设定电压信号的一工作周期大小。

于另一实施例中，发光二级管驱动装置进一步包含调节器、第四分压电阻及第五分压电阻。调节器耦接于输入电阻的另一端与接地端之间。第四分压电阻耦接输入电阻的另一端。第五分压电阻耦接于第四分压电阻与接地端之间。该方法可以于第四分压电阻与第五分压电阻之间感测第四电压信号，并根据第一比较结果、第二比较结果、第三电压信号及第四电压信号判断输入电压的大小，并据以调整设定电压信号的电压值大小。

相较于现有技术，根据本发明的发光二级管驱动装置及其运作方法可达成下列功效：(1)有效避免当输入电压过大时的功率消耗过大及过热问题；(2)有效避免当输入电压不同时的发光二级管平均电流不准确的问题，亦即输入电压调节率(Line Regulation)较差的问题；(3)使发光二级管能够工作于最佳的电流对应亮度点。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种发光二级管驱动装置，包含：

一输出级，包含至少一发光二级管；

一输入电阻，其一端耦接一输入电压；

复数个分压电阻，耦接于一特定电压与一接地端之间，该复数个分压电阻至少包含彼此串接的一第一分压电阻、一第二分压电阻及一第三分压电阻，以对该特定电压进行分压，其中流经该发光二级管的一发光二级管电流的工作周期随该特定电压而改变；以及

一控制电路，分别耦接该输出级、该输入电阻的另一端、该第一分压电阻与该第二分压电阻之间以及该第二分压电阻与该第三分压电阻之间，该控制电路分别于该第一分压电阻与该第二分压电阻之间、该第二分压电阻与该第三分压电阻之间及该输入电阻的该另一端感测一第一电压信号、一第二电压信号及一第三电压信号，并根据该第一电压信号、该第二电压信号及该第三电压信号调整该控制电路输出至该输出级的一设定电压信号；

其中该控制电路包含有：

一第一比较器，用以比较该第一电压信号与该第三电压信号以产生一第一比较结果；

一第二比较器，用以比较该第二电压信号与该第三电压信号以产生一第二比较结果；以及

一多工器，耦接该第一比较器及该第二比较器，用以根据该第一比较结果、该第二比较结果及该第三电压信号判断该特定电压的电压值大小，并据以调整输出至该输出级的该设定电压信号。

2.如权利要求1所述的发光二级管驱动装置，进一步包含：

一时脉产生器，耦接该控制电路，用以产生一时脉信号至该控制电路的该多工器，以供该多工器调整该设定电压信号的一工作周期大小。

3.如权利要求1所述的发光二级管驱动装置，进一步包含：

一调节器，耦接于该输入电阻的该另一端与该接地端之间；

一第四分压电阻，耦接该输入电阻的该另一端；以及

一第五分压电阻，耦接于该第四分压电阻与该接地端之间。

4.如权利要求3所述的发光二级管驱动装置，其中该多工器耦接至该第四分压电阻与该第五分压电阻之间，该多工器于该第四分压电阻与该第五分压电阻之间感测一第四电压信号，并根据该第一比较结果、该第二比较结果、该第三电压信号及该第四电压信号判断该特定电压的大小，并据以调整该设定电压信号的一电压值大小。

5.如权利要求1所述的发光二级管驱动装置，其中该特定电压的大小与该输入电压或该发光二级管的一发光二级管电压有关。

6.一种运作一发光二级管驱动装置的方法，该发光二级管驱动装置包含一输出级、一输入电阻、一控制电路及彼此串接的一第一分压电阻、一第二分压电阻及一第三分压电阻，该输出级包含至少一发光二级管，彼此串接的该第一分压电阻、该第二分压电阻及该第三分压电阻耦接于一特定电压与一接地端之间，流经该发光二级管的一发光二级管电流的工作周期随该特定电压而改变，该控制电路分别耦接该输出级、该输入电阻的另一端、该第一分压电阻与该第二分压电阻之间以及该第二分压电阻与该第三分压电阻之间，该输出级包含至少一发光二级管，该方法包含下列步骤：

(a)通过该第一分压电阻、该第二分压电阻及该第三分压电阻对该特定电压进行分压；

(b)分别于该第一分压电阻与该第二分压电阻之间、该第二分压电阻与该第三分压电阻之间及该输入电阻的该另一端感测一第一电压信号、一第二电压信号及一第三电压信号；以及

(c)根据该第一电压信号、该第二电压信号及该第三电压信号调整该控制电路输出至该输出级的一设定电压信号；

其中步骤(c)包含下列步骤：

(c1)比较该第一电压信号与该第三电压信号以产生一第一比较结果；

(c2)比较该第二电压信号与该第三电压信号以产生一第二比较结果；以及

(c3)根据该第一比较结果、该第二比较结果及该第三电压信号判断该特定电压的大小，并据以调整输出至该输出级的该设定电压信号。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包含下列步骤：

产生一时脉信号；以及

根据该时脉信号调整该设定电压信号的一工作周期大小。

8.如权利要求6所述的方法，其中该发光二级管驱动装置进一步包含一调节器、一第四分压电阻及一第五分压电阻，该调节器耦接于该输入电阻的该另一端与该接地端之间，该第四分压电阻耦接该输入电阻的该另一端，该第五分压电阻耦接于该第四分压电阻与该接地端之间。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包含下列步骤：

于该第四分压电阻与该第五分压电阻之间感测一第四电压信号；以及

根据该第一比较结果、该第二比较结果、该第三电压信号及该第四电压信号判断该特定电压的大小，并据以调整该设定电压信号的一电压值大小。

10.如权利要求6所述的方法，其中该特定电压的大小与该输入电压或该发光二级管的一发光二级管电压有关。