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TWI384171B - 發光二極體的熱折返控制電路及方法 - Google Patents

發光二極體的熱折返控制電路及方法 Download PDF

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TWI384171B
TWI384171B TW099100122A TW99100122A TWI384171B TW I384171 B TWI384171 B TW I384171B TW 099100122 A TW099100122 A TW 099100122A TW 99100122 A TW99100122 A TW 99100122A TW I384171 B TWI384171 B TW I384171B
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Pei Cheng Huang
Jing Meng Liu
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Description

發光二極體的熱折返控制電路及方法
本發明係有關一種發光二極體(LED)的控制器，特別是關於一種LED的熱折返(thermal foldback)控制電路及方法。
過熱保護機制(Over Temperature Protection;OTP)係保護控制器晶片的技術，其在控制器晶片的溫度上升到設定值時，關閉控制器晶片，以避免控制器晶片燒毀。熱折返技術係保護LED的機制，其在LED的溫度上升到設定值時，減少LED的驅動電流，以避免LED的溫度繼續升高。現行LED燈具的設計著重在LED本身的安全及散熱，因此將LED與其驅動電路分開設置，並特別為LED保留可供空氣對流的空間，以降低其表面接觸的溫度，而驅動電路大多被設置在密閉的空間中，散熱不易，因此，有時反而是驅動電路的控制器晶片的溫度高於LED的溫度，觸動OTP使控制器晶片進入熱保護模式，造成LED的驅動電流被切斷，LED因而產生閃爍的現象。
本發明的目的之一，在於提出一種LED的熱折返控制電路及方法，根據溫度變化逐步調整LED的驅動電流。
本發明的目的之一，在於提出一種簡單的電路及方法，同時偵測LED及控制器晶片的溫度變化，據以智能調節LED的驅動電流，進而自行調節LED及控制器晶片的溫度。
根據本發明，一種LED的控制電路及方法同時監視該發光二極體的溫度及其控制器晶片的溫度，判斷何者較高，再決定溫度平衡的位準。
圖1係根據本發明的實施例的示意圖，LED陣列10經電阻R1耦接電源Vcc，控制器晶片12連接LED陣列10，用來控制LED陣列10的驅動電流Iled。控制器晶片12包含BJT 14與LED陣列10串聯，因此BJT 14的集極電流Ic等於LED陣列10的驅動電流Iled。驅動器16連接BJT 14的基極，以控制BJT 14的集極電流Ic。如同習知技術一般，控制器晶片12具有調光(dimming)接腳DIM連接驅動器16，用來接受調光輸入，以控制LED陣列10的亮度。控制器晶片12尚包含熱折返控制電路18，用來提供熱調節訊號給驅動器16，據以調節BJT 14的集極電流Ic。熱敏電阻NTCR偵測LED陣列10的溫度，據以產生外部熱偵測訊號VTO 給控制器晶片12。當溫度升高時，熱敏電阻NTCR的電阻值下降，使得外部熱偵測訊號VTO 降低。熱折返控制電路18具有外部熱偵測端20，接收外部熱偵測訊號VTO ，熱可控電路22偵測控制器晶片12本身的溫度，產生內部熱偵測訊號VTI ，以及多路偵測電路24根據外部熱偵測訊號VTO 與內部熱偵測訊號VTI 決定熱調節訊號。在多路偵測電路24中，比較器26具有兩正輸入端分別接收外部熱偵測訊號VTO 與內部熱偵測訊號VTI ，將其與門檻訊號VTH 比較，產生比較訊號給電壓產生器28，據以產生過熱偵測電壓Vt，磁滯比較器30比較過熱偵測電壓Vt與來自LED陣列10的回授電壓Vf產生熱調節訊號。由於驅動電流Iled流經電阻R1，因此回授電壓Vf=Vcc-Iled×R1， 公式1是驅動電流Iled的函數。比較器26的門檻訊號VTH 由不受溫度影響的電壓源32提供。電壓產生器28包含電流源34根據比較訊號決定過熱偵測電流It，以及電阻R2連接在電源Vcc與磁滯比較器30的正輸入端之間，過熱偵測電流It流過電阻R2產生跨壓，因而決定過熱偵測電壓Vt=Vcc-It×R2， 公式2是過熱偵測電流It的函數。在一實施例中，過熱偵測電流It的初始值為零。當外部的LED陣列10溫度過高或控制器晶片12的內部溫度過高時，比較器26產生的比較訊號使電流源34增加其過熱偵測電流It，從而降低過熱偵測電壓Vt，磁滯比較器30因而觸發熱調節訊號，導致驅動器16減少BJT 14的集極電流Ic，但是仍然維持LED陣列10工作。每次熱調節訊號被觸發後，驅動器16就會將集極電流Ic減少一個預定的差值，除非控制器晶片12的溫度升高到OTP的設定值，才會觸動OTP機制關閉控制器晶片12。因此，不論是LED陣列10的溫度或控制器晶片12的溫度過高，都會促使集極電流Ic減少，但是LED陣列10仍然維持在工作中。藉由比較器26，可以判斷外部的LED陣列10溫度及控制器晶片12的內部溫度何者較高，再決定溫度平衡的位準。此偵測架構比較有彈性，使用者可以有更多掌握燈具溫度保護的設定。
圖2係熱可控電路22的實施例，其使用一個簡單的BJT電路產生內部熱偵測訊號VTI 。BJT 36的基-射極電壓VBE 在正常溫度下約為0.7V，當溫度升高時，VBE 會降低，造成其集極電流Ic增加，因此內部熱偵測訊號VTI 下降。可藉由調整設定電阻Rset決定內部熱偵測訊號VTI 的初始值，設定電阻Rset的電阻值越高，則內部熱偵測訊號VTI 的初始值越低，換言之，控制器晶片12自身的臨界溫度越低。如圖3所示，在熱可控電路22的輸出端增設電容C，可以提高內部熱偵測訊號VTI 的穩定性。為減少控制器晶片12的面積，圖3的實施例將熱可控電路10的設定電阻Rset設置在控制器晶片12外部，但在其他實施例中，亦可將設定電阻Rset設置在控制器晶片12內部。
本發明的熱折返控制電路18可以自動判斷是LED陣列10的溫度高或是控制器晶片12的內部溫度高進而開始智能調節LED陣列10的驅動電流Iled，隨控制器晶片12的內部溫度或LED陣列10的溫度升高而逐漸減少，以緩和溫度上升的趨勢，達到自行調節控制器晶片12內部及LED陣列10的溫度的效果，降低LED陣列10因為控制器晶片12過熱而中止工作的發生機率。
在圖1的實施例中，內部控制器晶片12的溫度監視和外部LED陣列10的溫度監視都使用同一個門檻訊號VTH ，但是在其他實施例中，亦可分別為LED陣列10的溫度和控制器晶片12的溫度設置不同的門檻訊號VTH1 和VTH2 ，如圖4所示，使用兩個比較器38和40分別比較，比較的結果經或閘42產生比較訊號給電壓產生器28。
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陣列
12．．．控制器晶片
14．．．BJT
16．．．驅動器
18．．．熱折返控制電路
20．．．外部熱偵測端
22．．．熱可控電路
24．．．多路偵測電路
26．．．比較器
28．．．電壓產生器
30．．．磁滯比較器
32．．．電壓源
34．．．電流源
36．．．BJT
38．．．比較器
40．．．比較器
42．．．或閘
圖1係根據本發明的實施例的示意圖；
圖2係熱可控電路的實施例；
圖3係熱可控電路的實施例；以及
圖4係使用多門檻訊號的實施例。
10．．．LED陣列
12．．．控制器晶片
14．．．BJT
16．．．驅動器
18．．．熱折返控制電路
20．．．外部熱偵測端
22．．．熱可控電路
24．．．多路偵測電路
26．．．比較器
28．．．電壓產生器
30．．．磁滯比較器
32．．．電壓源
34．．．電流源

Claims (22)

  1. 一種發光二極體的熱折返控制電路，該發光二極體受控制器晶片控制的驅動電流點亮，該熱折返控制電路包括：外部熱偵測端，接收與該發光二極體的溫度相關的外部熱偵測訊號；熱可控電路，偵測該控制器晶片的溫度，據以決定內部熱偵測訊號；以及多路偵測電路，連接該外部熱偵測端及該熱可控電路，在該外部熱偵測訊號超過第一門檻訊號或該內部熱偵測訊號超過第二門檻訊號時，觸發熱調節訊號以智能調節該驅動電流，進而自行調節該發光二極體及該控制器晶片的溫度。
  2. 如請求項1之熱折返控制電路，其中該外部熱偵測端連接熱敏電阻。
  3. 如請求項1之熱折返控制電路，其中該熱可控電路包括雙極性接面電晶體，具有基-射極電壓因應溫度變化而改變該內部熱偵測訊號。
  4. 如請求項1之熱折返控制電路，其中該熱可控電路連接設定電阻，以決定該內部熱偵測訊號的起始值。
  5. 如請求項1之熱折返控制電路，其中該第一門檻訊號與該第二門檻訊號彼此相等。
  6. 如請求項5之熱折返控制電路，其中該多路偵測電路包括：比較器，比較該外部熱偵測訊號與該第一門檻訊號，以及該內部熱偵測訊號與該第二門檻訊號，以產生比較訊號；電壓產生器，連接該比較器，根據該比較訊號產生過熱偵 測電壓；以及磁滯比較器，比較該過熱偵測電壓與來自該發光二極體的回授電壓，以產生該熱調節訊號。
  7. 如請求項6之熱折返控制電路，其中該電壓產生器包括：電流源，根據該比較訊號產生過熱偵測電流；以及電阻，連接該電流源；其中，該過熱偵測電流流經該電阻產生該過熱偵測電壓。
  8. 如請求項6之熱折返控制電路，其中該回授電壓係該驅動電流的函數。
  9. 如請求項1之熱折返控制電路，其中該第一門檻訊號與該第二門檻訊號彼此不相等。
  10. 如請求項9之熱折返控制電路，其中該多路偵測電路包括：第一比較器，比較該外部熱偵測訊號與該第一門檻訊號；第二比較器，比較該內部熱偵測訊號與該第二門檻訊號；或閘，根據該第一及第二比較器的比較結果產生比較訊號；電壓產生器，連接該或閘，根據該比較訊號產生過熱偵測電壓；以及磁滯比較器，比較該過熱偵測電壓與來自該發光二極體的回授電壓，以產生該熱調節訊號。
  11. 如請求項10之熱折返控制電路，其中該電壓產生器包括：電流源，根據該比較訊號產生過熱偵測電流；以及電阻，連接該電流源；其中，該過熱偵測電流流經該電阻產生該過熱偵測電壓。
  12. 如請求項10之熱折返控制電路，其中該回授電壓係該驅動 電流的函數。
  13. 如請求項1之熱折返控制電路，更包括電壓源連接該多路偵測電路，提供該第一及第二門檻訊號。
  14. 如請求項1之熱折返控制電路，其中該熱調節訊號包含用以截止該驅動電流，使該發光二極體自動過熱關閉以降低溫度
  15. 一種發光二極體的熱折返控制方法，該發光二極體受控制器晶片控制的驅動電流點亮，該熱折返控制方法包括：(A)接收與該發光二極體的溫度相關的外部熱偵測訊號；(B)偵測該控制器晶片的溫度以決定內部熱偵測訊號；以及(C)在該外部熱偵測訊號超過第一門檻訊號或該內部熱偵測訊號超過第二門檻訊號時，觸發熱調節訊號以智能調節該驅動電流，進而自行調節該發光二極體及該控制器晶片的溫度。
  16. 如請求項15之熱折返控制方法，其中該步驟B包括根據雙極性接面電晶體的基-射極電壓的變化改變該內部熱偵測訊號。
  17. 如請求項15之熱折返控制方法，更包括設定該內部熱偵測訊號的起始值。
  18. 如請求項15之熱折返控制方法，其中該第一門檻訊號與該第二門檻訊號彼此相等。
  19. 如請求項15之熱折返控制方法，其中該第一門檻訊號與該第二門檻訊號彼此不相等。
  20. 如請求項15之熱折返控制方法，其中該步驟C包括：比較該外部熱偵測訊號與該第一門檻訊號，以及該內部熱偵測訊號與該第二門檻訊號，據以產生過熱偵測電壓；以及比較該過熱偵測電壓與來自該發光二極體的回授電壓，以 決定該熱調節訊號。
  21. 如請求項20之熱折返控制方法，其中該回授電壓係該驅動電流的函數。
  22. 如請求項15之熱折返控制方法，其中該步驟C更包括截止該驅動電流，使該發光二極體自動過熱關閉以降低溫度。
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