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TWI400989B - 發光二極體驅動電路及其控制器 - Google Patents

發光二極體驅動電路及其控制器 Download PDF

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TWI400989B
TWI400989B TW097120287A TW97120287A TWI400989B TW I400989 B TWI400989 B TW I400989B TW 097120287 A TW097120287 A TW 097120287A TW 97120287 A TW97120287 A TW 97120287A TW I400989 B TWI400989 B TW I400989B
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TW097120287A
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Chung Che Yu
Chen Hsung Wang
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Green Solution Technology Inc
Niko Semiconductor Co Ltd
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Description

發光二極體驅動電路及其控制器
本發明係有關於一種用於發光二極體驅動電路及其控制器，尤指一種具調光及異常反饋功能之發光二極體驅動電路及其控制器。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)相較於目前作為主要照明的螢光燈管而言，有壽命長、省電、低壓驅動、安全、環保等優點，尤其應用於液晶顯示器面板(LCD panel)背光模組之光源時，其色彩飽和度遠高於目前主流的冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)，而且兼具環保(不含汞)，完全合乎有害物質限用(Restriction of Hazardous Substances，ROHS)的規範。因此，眾多廠商莫不致力研發以期以發光二極體取代其他的照明光源。
如第一圖所示，為傳統的電流平衡(Current Balancing)發光二極體驅動電路之示意電路圖。一輸入電源AC經一交流轉直流轉換器30先轉成一直流電壓VDD後，再經一直流轉直流轉換器40轉成所需之驅動電壓Vin，以提供給發光二極體驅動電路。其中，該交流轉直流轉換30器包含一橋式整流(圖未示)，將該輸入電源AC轉換成一直流電壓VDD，再由直流轉直流轉換器40中的一切換式轉換電路(圖未示)將該直流電壓VDD降壓成驅動電壓Vin。該發光二極體驅動電路包含了一發光二極體模組10以及一電流平衡器20。發光二極體模組10為多個發光二極體所並聯及串聯而成，而為了使每一串發光二極體的亮度趨近一致，需透過電流平衡器20，使每一串發光二極體流過的電 流平衡一致而達到幾近相同的亮度。電流平衡器20係以電流鏡的架構來達到電流平衡效果，並透過電阻R的調整而控制流經每個發光二極體的電流大小(電流I=(YDD-VG)/R，VG為半導體開關的閘極電壓)。
傳統的電流平衡發光二極體驅動電路並無保護機制，電路若有異常，例如：短路、開路、超過可操作範圍等，電流平衡發光二極體驅動電路仍會持續運作而造成不必要的功率損耗或電路毀損。而且，傳統的電流平衡發光二極體驅動電路亦無法提供調光功能，無法配合對某些應用場合的需求(例如：背光模組)，故應用上亦有所限制。
有鑑於此，本發明揭露了一種具調光及異常反饋信號等功能之發光二極體驅動電路，根據發光二極體的偵測訊號，判斷發光二極體之驅動是否有異常，來啟動保護機制而停止運作或指示裝置；並且可接受任何模式的調光訊號之控制，來調整發光二極體之亮度。
為達到上述優點，本發明提供了一種發光二極體驅動電路，包含一轉換電路、至少一電流控制單元、至少一電流偵測單元以及一驅動控制單元。上述轉換電路耦接一輸入電源以轉換成一直流輸出訊號以驅動一發光二極體模組。每一該電流控制單元具有一受控腳位、一第一輸出入腳位以及一第二輸出入腳位，且該第一輸出入腳位耦接該發光二極體模組。每一該電流偵測單元係對應耦接每一該電流控制單元之該第二輸出入腳位，以產生至少一偵測訊號。上述驅動控制單元耦接該電流控制單元之該受控腳位、該第一輸出入腳位以及該電流偵測單元，該驅動控制 單元基於該偵測訊號來調整對應之該電流控制單元的受控腳位之準位，使流經該發光二極體模組之電流穩定於一預設電流值附近。其中，上述驅動控制單元於任一該第一輸出入腳位高於一第一預設準位時，使對應之該電流控制單元截止。
本發明亦提供另一種發光二極體驅動電路，包含一轉換電路、至少一電流控制單元、至少一電流偵測單元以及一驅動控制單元。上述轉換電路耦接一輸入電源以轉換成一直流輸出訊號以驅動一發光二極體模組。每一該電流控制單元具有一受控腳位、一第一輸出入腳位以及一第二輸出入腳位，且該第一輸出入腳位耦接該發光二極體模組。每一該電流偵測單元係對應耦接每一該電流控制單元之該第二輸出入腳位，以產生至少一偵測訊號。上述驅動控制單元耦接該電流控制單元之該受控腳位、該第一輸出入腳位以及該電流偵測單元，該驅動控制單元基於該偵測訊號來調整對應之該電流控制單元的受控腳位之準位，使流經該發光二極體模組之電流穩定於一預設電流值附近。其中，上述驅動控制單元於任一該第一輸出入腳位高於一第一預設準位時，發出一錯誤訊號。
本發明也提供一種發光二極體驅動電路控制器，以控制一發光二極體驅動電路驅動發光二極體模組，該發光二極體驅動電路控制器包含一電流調控單元及一訊號處理單元。上述電流調控單元根據一用以指示一發光二極體模組之電流大小的電流偵測訊號來產生一電流調控訊號，以控制一串聯於該發光二極體模組的一功率開關，使該電流偵測訊號準位穩定於一預設電壓值附近。上述訊號處理單元 偵測該功率開關及該發光二極體模組之一耦接點電位訊號，並接收該電流偵測訊號，於該電流偵測訊號低於一第一預設準位持續一預設時間長度或該耦接點電位訊號高於一第二預設準位時，輸出一錯誤訊號。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖加以闡述。
目前以一固定電壓驅動發光二極體的發光二極體驅動電路未有調光及保護機制。本發明之發光二極體驅動電路除可提供電路異常保護機制外，亦可根據一調光訊號進行調光，並藉由輸出調光脈寬調變訊號而達到多組發光二極體驅動電路同步調光之功能。以下將以多個實施例說明本發明之技術。
請參考第二圖，為根據本發明之一較佳實施例的發光二極體驅動電路之電路示意圖。該發光二極體驅動電路包含一轉換電路200、一電流控制單元120、一電流偵測單元122、一驅動控制單元130。該轉換電路200耦接一輸入電源AC以轉換成一直流輸出訊號Vout以驅動一發光二極體模組110。該電流控制單元120包含一半導體開關，並具有一受控腳位、一第一輸出入腳位以及一第二輸出入腳位。該電流控制單元120之第一輸出入腳位耦接該發光二極體模組110而形成串聯。該電流偵測單元122可以為一電阻，耦接該電流控制單元120之該第二輸出入腳位，以根據流經該發光二極體模組110之電流大小產生一電流偵測訊號S1。該驅動控制單元130耦接該電流控制單元120 之該受控腳位、該第一輸出入腳位以及該電流偵測單元122，並基於該偵測訊號S1調整該電流控制單元120之該受控腳位之準位，以調整該電流控制單元120之等效電阻值大小，使流經該發光二極體模組110之電流穩定於一預設電流值附近。
上述轉換電路200可以是返馳式電源轉換電路、順向式電源轉換電路、推挽式電源轉換電路、半橋式電源轉換電路、全橋式電源轉換電路或直流轉直流轉換電路，在此實施例以返馳式電源轉換電路為例說明本發明。該返馳式電源轉換電路包含一變壓器T、一切換開關組SW(在返馳式轉換電路，切換開關組包含一半導體開關，而在其他類型轉換電路，如：半橋式、全橋式，可能包含數個半導體開關)、一輸出電容216、一電壓偵測單元230以及一初級側控制單元220。該變壓器T具有一初級側及一次級側，該初級側透過一橋式整流器BD耦接該輸入電源AC，該次級側經一整流單元214產生該直流輸出訊號Vout。該切換開關組SW耦接該變壓器T之該初級側，以根據一控制訊號切換成導通與截止狀態。該輸出電容216耦接該變壓器T之該次級側，以濾除該直流輸出訊號Vout之雜訊，使直流輸出訊號Vout之電壓穩定。電壓偵測單元230耦接該變壓器T之該次級側，偵測該直流輸出訊號Vout之準位高低以產生一電壓偵測訊號，並再透過一隔離單元232傳送至該初級側控制單元220。透過隔離單元232，可有效隔離該變壓器T之初級側及次級側。該初級側控制單元220根據迴授之該電壓偵測訊號確認該直流輸出訊號Vout是否過高或過低，以調整所產生之該控制訊號的脈寬，使該直流 輸出訊號Vout穩定於一預設電壓值附近。
上述變壓器T之初級側可包含一輸入電容212、一初始驅動電路222及一初級側輔助線圈。輸入電容212用以穩定經橋式整流器BD之一直流輸入電壓之準位。該初始驅動電路222包含一電阻、一電容及一二極體。當該輸入電源AC接上該橋式整流器BD後，透過該電阻開始對該電容充電。當該電容之電壓達到一啟動準位時，該初級側控制單元220開始運作，控制該切換開關組SW之切換。初級側輔助線圈將儲存於變壓器T之能量透過初始驅動電路222之二極體對該電容充電，且因為該初級側輔助線圈與該次級側之線圈比為固定，該直流輸出訊號Vout穩定於預設電壓值附近的同時，該初始驅動電路222之該電容電壓也將穩定於一電壓值附近。另外，變壓器T之次級側亦可包含一次級側輔助線圈。同理，在該次級側輔助線圈與該次級側線圈有固定的線圈比下，經一輔助整流單元214'充電至一輔助輸出電容216'之電壓亦穩定於一電壓值，以提供一驅動電壓VDD來驅動該驅動控制單元130。
驅動控制單元130包含一訊號處理單元132以及一電流調控單元134。流經發光二極體模組110的電流會同時流經電流偵測單元122，電流偵測單元122因而產生該用以指示出發光二極體模組110之電流大小的電流偵測訊號S1。電流調控單元134可以是一比較器，藉由比較電流偵測訊號S1與一第一預設準位Vref1而調整其輸出之電流調控訊號，以調控該電流控制單元120中半導體開關的受控腳位之電位，也就是閘極電位。如此，可調整該半導體開關的等效電阻，而使該電流偵測訊號S1準位穩定於該第 一預設準位Vref1附近，即流經發光二極體模組110的電流會穩定於一預定電流值。該訊號處理單元132接收該電流偵測訊號S1、該電流控制單元120之一受控腳位電位訊號S3及一耦接點電位訊號S2(電流控制單元120之第一輸出入腳位的電位訊號)、一第二預設準位Vref2、一第三預設準位Vref3、一第四預設準位Vref4、一導通截止訊號ONOFF、一直流調光訊號PWMDC及一時脈訊號Clock。該訊號處理單元132基於上述的該些訊號判斷發光二極體驅動電路是否異常，若有異常則發出一錯誤訊號FAULT，該錯誤訊號可以如第二圖所示般傳送至初級側控制單元220，由初級側控制單元220決定是否停止發光二極體驅動電路之運作。或者，亦可輸出至系統的微處理器，例如：液晶螢幕顯示器的影像微處理器，由微處理器決定處理方式；或經由一使用者介面元件，例如：錯誤指示燈，通知使用者，有使用者決定是否停止發光二極體驅動電路之運作。驅動控制單元130的詳細運作及內部電路將如下之說明。
請參考第三圖，為根據本發明之一實施例之驅動控制單元的電路示意圖。驅動控制單元130包含一訊號處理單元132以及一電流調控單元134。訊號處理單元132包含比較器302、304、306及308、一及閘310、一或閘312、時間濾波單元314、316及318，以及一斜坡訊號產生器320。電流調控單元134可以為比較器，比較電流偵測訊號S1及第一預設準位Vref1。當電流偵測訊號S1低於該第一預設準位Vref1時，調高所輸出的電流調控訊號的準位，即電流控制單元120中的半導體開關的閘極電位，使半導 體開關的等效阻抗下降，提高發光二極體模組110的電流大小及電流偵測訊號S1之準位；當電流偵測訊號S1高於該第一預設準位Vref1時，調低所輸出的電流調控訊號的準位，使半導體開關的等效阻抗上升，降低發光二極體模組110的電流大小及電流偵測訊號S1之準位。藉由上述的迴授控制機制，使發光二極體模組110的電流穩定於預設電流值附近。
訊號處理單元132中的比較器304比較電流偵測訊號S1及第二預設準位Vref2，其中該第二預設準位Vref2低於第一預設準位Vref1。在正常狀態下，電流偵測訊號S1等於第一預設準位Vref1而使比較器304輸出低準位訊號。然而當發光二極體驅動電路發生開路等異常狀態，使發光二極體模組110的電流無法受控調整至預定的電流大小。此時，電流偵測訊號S1將低於第二預設準位Vref2，比較器304輸出代表電路異常之高準位訊號。由於發光二極體驅動電路於啟動之初或調光過程，可能造成比較器304誤判，因此本發明之訊號處理單元132利用時間濾波單元316，透過時脈訊號Clock計時以判斷是否該異常狀態持續超過預設時間長度，若是則將異常訊號傳至或閘312。在本實施例中，時脈訊號Clock係由外部提供，然實際上亦可由驅動控制單元130內部所產生。
訊號處理單元132中的比較器302比較第三預設準位Vref3及該電流控制單元120及該發光二極體模組110之耦接點電位訊號S2，即該電流控制單元120的第一輸出入腳位之電位訊號。在正常狀態下，該耦接點電位訊號S2會落在一安全操作區域(SOA，safe operating area)內，換句話說，該耦接點電位訊號S2會低於第三預設準位Vref3。該第三預設準位Vref3的設定考量在於該耦接點電位訊號S2是否超過該電流控制單元120可承受之電壓或者過高而造成轉換效率不高，其可以由驅動控制單元130內部所產生或者由外部提供。例如：該電流控制單元120由30伏特耐壓製程所製作，該第三預設準位Vref3可設定在25伏特，或者直流輸出訊號Vout為30伏特，在轉換效率為80%以上的考量下，第三預設準位Vref3可設定在6伏特。當發光二極體模組110中有發光二極體毀損短路或其他短路的情況發生而造成發光二極體模組110上的跨壓減少，使該耦接點電位訊號S2的電位升高而超過該第三預設準位Vref3，該比較器302輸出代表異常之高準位訊號至或閘312。須注意的是，該耦接點電位訊號S2的比較也可以同時設定兩個或以上之比較準位，例如上述例子中的6伏特及25伏特，而可在不同狀態下提供不同的適當處理。
訊號處理單元132中的比較器306在導通截止訊號ONOFF於代表導通的高準位時(即非截止的時間)，比較第四預設準位Vref4及該電流控制單元120的受控腳位電位訊號S3。導通截止訊號ONOFF可以是致能訊號或脈衝調光訊號，本發明可於同一腳位同時輸入致能訊號或脈衝調光訊號，並利用時間濾波單元314來判斷：當導通截止訊號ONOFF超過一時間長度均維持於同一準位時，判斷為致能訊號；否則判斷為脈衝調光訊號。當導通截止訊號ONOFF為代表截止的低準位訊號時，將使電流調控單元134控制該電流控制單元120為截止；當導通截止訊號 ONOFF為代表導通的高準位訊號時，將使電流調控單元134恢復控制該電流控制單元120，使發光二極體模組110的電流穩定於預設電流值附近。據此，發光二極體驅動電路可達到調光之功能。回頭來說明比較器306的運作：在正常狀態下，該電流控制單元120的半導體開關會操作在線性區，以透過調整受控腳位之電位而達到調整該電流控制單元120之等效阻抗之作用。然，當導通截止訊號ONOFF為代表截止的低準位訊號時，電流調控訊號將處於低準位而使該電流控制單元120為截止，此時偵測該受控腳位電位訊號S3將會判斷錯誤。故，比較器306於該導通截止訊號ONOFF位於代表截止之準位時停止運作，而於該導通截止訊號位於代表截止之準位以外之時間偵測該電流調控訊號之準位。當該電流控制單元120毀損而短路時，受控腳位電位訊號S3無論如何調低都無法降低發光二極體模組110的電流大小，此時該電流控制單元120的受控腳位電位訊號S3會低於該第四預設準位Vref4，比較器306將輸出代表異常之高準位訊號。為避免該導通截止訊號ONOFF在變換過程造成比較器306可能的誤判，透過時間濾波單元318可濾除可能的誤判。
當或閘312接收比較器302、304及306中任一所傳來之異常訊號時，即代表電路操作異常而輸出錯誤訊號FAULT。另外，當電路操作異常而發出錯誤訊號FAULT時，可以如第三圖所示般，透過及閘310關閉驅動控制單元130之操作，或者如上述般僅通知系統其他的微處理器或使用者。當然，實際應用上，可依電路異常的原因進行處理而不限於本發明所舉之實施例之應用方式。
調光訊號除如上述般為脈衝訊號外，亦可能為直流調光訊號。如第三圖所示，比較器308接收直流調光訊號PWMDC及斜坡訊號產生器320所產生之斜坡訊號，並據此輸出一脈寬調變訊號PWMOUT。藉此，其他組發光二極體驅動電路的驅動控制單元將該脈寬調變訊號PWMOUT做為導通截止訊號ONOFF輸入而達到同步調光之功能。若無上述之同步需求，可將該脈寬調變訊號PWMOUT做為導通截止訊號ONOFF輸回原驅動控制單元130而週期性截止該電流控制單元120而達到調光功能。實務上係將驅動控制單元130的該脈寬調變訊號PWMOUT的輸出端及導通截止訊號ONOFF的輸入端分別封裝成不同的兩個腳位，當調光訊號為直流調光且無同步需求時，將上述兩腳位連接即可。
請參考第四圖，為根據本發明之另一實施例之驅動控制單元的電路示意圖。第四圖之實施例與第三圖之實施例相較，主要不同處係在於電流控制單元120。第四圖所示之電流控制單元120包含一電流鏡單元124及一選擇單元126。該電流鏡單元124包含複數個半導體開關，每一半導體開關具有一受控端、一第一輸出入端及一第二輸出入端，該些受控端彼此耦接以做為該電流控制單元120之受控腳位，該些第一輸出入端耦接該發光二極體模組110以及該些第二輸出入端均耦接至對應之該電流偵測單元122以做為該電流控制單元120之第二輸出入腳位。該選擇單元126耦接該電流鏡單元124之該些半導體開關之第一輸出入端，選擇輸出該些第一輸出入端其中之一準位訊號做為耦接點電位訊號S2輸出至該驅動控制單元130。該選擇 單元126可以包含多個二極體，該些二極體的正端是分別對應耦接至該電流鏡單元124中的半導體開關的第一輸出入端，而該些二極體的負端則彼此耦接做為該電流控制單元120之第一輸出入腳位。如此，該選擇單元126會輸出該些半導體開關之第一輸出入端中具有最高電位者，即當有異常發生而造成某一半導體開關之第一輸出入端不正常升高時，驅動控制單元130即可判知而輸出錯誤訊號FAULT。藉此，讓本發明之驅動控制單元可驅動更具有多並多串之發光二極體模組的應用。
請參考第五圖，為根據本發明之再一實施例之驅動控制單元的電路示意圖。相較於第四圖所示之實施例，第五圖之驅動控制單元130係以多個訊號處理器132a、132b、132c所構成之訊號處理單元132來個別判斷而執行異常保護機制。在第五圖中，與第三圖所示之實施例之元件具有相同功能之元件將給予相同元件編號並依所對應的控制群組而加入a、b、c來加以區分。由於各控制群組之元件間的操作如同第三圖之說明，在此僅說明各控制群組間的訊號關係。在本實施例中，為避免半導體開關120a、120b、120c之同時切換而造成較大的電壓漣漪(volatge ripple)，透過一分相單元136，其根據延遲訊號Delay而產生脈寬調變訊號PWMa、PWMb、PWMc分別控制電流調控單元134a、134b、134c，使該些半導體開關120a、120b、120c之導通與截止具有時間差。該延遲訊號Delay可以為外部訊號或由驅動控制單元130內部所產生。當任何一訊號處理器132a、132b、132c判斷對應的發光二極體驅動電路有異常，例如：半導體開關120a、120b、120c之受控腳位任 一低於第四預設準位時Vref4；第二輸出入腳位之任一持續低於一第二預設準位Vref2超過一預定時間長度；第一輸出入腳位之任高於一第三預設準位Vref3，驅動控制單元130可選擇僅截止對應之該電流控制單元中的半導體開關120a、120b或120c而關閉異常之發光二極體驅動電路之運作，或截止全部之該電流控制單元中的半導體開關120a、120b及120c，進而透過或閘138發出錯誤訊號FAULT。分相單元136所接收之脈衝調光訊號除可以是上述的導通截止訊號ONOFF外，亦可以是一直流調光訊號PWMDC，並透過任一訊號處理器132a、132b、132c，如第五圖所示之訊號處理器132c轉換成之脈衝調光訊號。分相單元136並將輸出一脈寬調變訊號PWMOUT做為其他電路同步之用。另外，發光二極體模組110a、110b、110c可以是相同的發光二極體或不同之發光二極體，例如分別為紅色發光二極體模組、綠色發光二極體模組、藍色發光二極體模組。當為相同之發光二極體模組時，各電流調控單元134a、134b、134c所接收之第一預設準位Vref1可以為相同；而為不同之發光二極體模組時，該些第一預設準位Vref1可以為不同。
請參考第六圖，為根據本發明之又一實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。相較於前述之實施例，第六圖之發光二極體驅動電路中的轉換電路200'係為直流轉直流升壓轉換電路，其升壓比例(輸出電壓/輸入電壓)係由脈寬調變控制器之控制訊號的工作週期所決定，而非如變壓器般以由線圈比所決定。第六圖所示之轉換電路200'包含一轉換單元210'、一轉換控制單元220'(即為 脈寬調變控制器)以及一電壓偵測單元230'。該轉換單元210'包含一電感、一整流單元、一電容以及一切換開關。該電感耦接一直流輸入電源Vdc，該切換開關耦接該電感，用以根據轉換控制單元220'所產生之控制訊號於導通與截止狀態間切換。該整流單元之一端耦接該電感與該切換開關之耦接點，另一端耦接一發光二極體模組110。該電容耦接該整流單元與該發光二極體模組110之耦接點，以提供該直流輸出訊號Vout。該電壓偵測單元230'耦接該發光二極體模組110兩端之一，並根據耦接該端之準位產生一電壓偵測訊號。轉換控制單元220'根據該電壓偵測訊號產生該控制訊號，使該電壓偵測單元230'所偵測之該端準位穩定於一預設電壓值附近。如第六圖所示，該電壓偵測單元230'耦接該發光二極體模組110之負端，即電流控制單元120的第一輸出入腳位，藉此可使該第一輸出入腳位的電壓穩定於一預定的電壓值上而確保發光二極體驅動電路的轉換效率。
以上所述，僅為本發明較佳之具體實施例之詳細說明與圖式，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可清意思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本發明專利範圍內。
[習知技術]
發光二極體模組‧‧‧10
電流平衡器‧‧‧20
交流轉直流轉換器‧‧‧30
直流轉直流轉換器‧‧‧40
輸入電源‧‧‧AC
電阻‧‧‧R
直流電壓‧‧‧VDD
驅動電壓‧‧‧Vin
[本發明]
發光二極體模組‧‧‧110、110a、110b、110c
電流控制單元‧‧‧120
半導體開關‧‧‧120a、120b、120c
電流偵測單元‧‧‧122、122a、122b、122c
電流鏡單元‧‧‧124
選擇單元‧‧‧126
驅動控制單元‧‧‧130
訊號處理單元‧‧‧132
訊號處理器‧‧‧132a、132b、132c
電流調控單元‧‧‧134、134a、134b、134c
分相單元‧‧‧136
或閘‧‧‧138
轉換電路‧‧‧200、200'
轉換單元‧‧‧210'
輸入電容‧‧‧212
整流單元‧‧‧214
輔助整流單元‧‧‧214'
輸出電容‧‧‧216
輔助輸出電容‧‧‧216'
初級側控制單元‧‧‧220
轉換控制單元‧‧‧220'
初始驅動電路‧‧‧222
電壓偵測單元‧‧‧230、230'
隔離單元‧‧‧232
比較器‧‧‧302、304、306、308
及閘‧‧‧310
或閘‧‧‧312
時間濾波單元‧‧‧314、316、318
斜坡訊號產生器‧‧‧320
輸入電源‧‧‧AC
橋式整流器‧‧‧BD
時脈訊號‧‧‧Clock
延遲訊號‧‧‧Delay
錯誤訊號‧‧‧FAULT、FAULTa、FAULTb、FAULTc
導通截止訊號‧‧‧ONOFF
直流調光訊號‧‧‧PWMDC
脈寬調變訊號‧‧‧PWM、PWMa、PWMb、PWMc
電阻‧‧‧R
驅動電壓‧‧‧VDD
直流輸入電源‧‧‧Vdc
直流輸出訊號‧‧‧Vout
第一預設準位‧‧‧Vref1
第二預設準位‧‧‧Vref2
第三預設準位‧‧‧Vref3
第四預設準位‧‧‧Vref4
電流偵測訊號‧‧‧S1
耦接點電位訊號‧‧‧S2
受控腳位電位訊號‧‧‧S3
切換開關組‧‧‧SW
變壓器‧‧‧T
第一圖係為傳統的電流平衡發光二極體驅動電路之示意電路圖；第二圖係根據本發明之一較佳實施例的發光二極體驅動電 路之電路示意圖；第三圖係根據本發明之一實施例之驅動控制單元的電路示意圖；第四圖係根據本發明之另一實施例之驅動控制單元的電路示意圖；第五圖係根據本發明之再一實施例之驅動控制單元的電路示意圖；及第六圖係根據本發明之又一實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
發光二極體模組‧‧‧110
電流控制單元‧‧‧120
電流偵測單元‧‧‧122
驅動控制單元‧‧‧130
訊號處理單元‧‧‧132
電流調控單元‧‧‧134
比較器‧‧‧302、304、306、308
及閘‧‧‧310
或閘‧‧‧312
時間濾波單元‧‧‧314、316、318
斜坡訊號產生器‧‧‧320
時脈訊號‧‧‧Clock
錯誤訊號‧‧‧FAULT
導通截止訊號‧‧‧ONOFF
直流調光訊號‧‧‧PWMDC
脈寬調變訊號‧‧‧PWM
直流輸出訊號‧‧‧Vout
第一預設準位‧‧‧Vrefl
第二預設準位‧‧‧Vref2
第三預設準位‧‧‧Vref3
第四預設準位‧‧‧Vref4
電流偵測訊號‧‧‧S1
耦接點電位訊號‧‧‧S2
受控腳位電位訊號‧‧‧S3

Claims (29)

  1. 一種發光二極體驅動電路，包含：一轉換電路，耦接一輸入電源以轉換成一直流輸出訊號以驅動一發光二極體模組；至少一電流控制單元，每一電流控制單元具有一受控腳位、一第一輸出入腳位以及一第二輸出入腳位，該第一輸出入腳位耦接該發光二極體模組；至少一電流偵測單元，對應耦接該至少一電流控制單元之該第二輸出入腳位，以產生至少一偵測訊號；以及一驅動控制單元，耦接該電流控制單元之該受控腳位、該第一輸出入腳位以及該電流偵測單元，該驅動控制單元基於該至少一偵測訊號調整對應之該電流控制單元之該受控腳位之準位，使流經該發光二極體模組之電流穩定於一預設電流值附近；其中，該驅動控制單元於該至少一第一輸出入腳位之任一高於一第一預設準位時，至少使對應之該電流控制單元截止，以及該驅動控制單元接收一直流調光訊號，並據此輸出一脈寬調變訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該轉換電路包含：一變壓器，具有一初級側及一次級側，該初級側耦接該輸入電源，該次級側經一整流單元產生該直流輸出訊號；一切換開關組，耦接該變壓器之該初級側，用以根據 一控制訊號切換導通與截止狀態；一輸出電容，耦接該變壓器之該次級側，以濾除該直流輸出訊號之雜訊；一電壓偵測單元，耦接該變壓器之該次級側，根據該直流輸出訊號產生一電壓偵測訊號；以及一初級側控制單元，根據該電壓偵測訊號產生該控制訊號，使該直流輸出訊號穩定於一預設電壓值附近。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動電路，其中該轉換電路係為返馳式電源轉換電路、順向式電源轉換電路、推挽式電源轉換電路、半橋式電源轉換電路或全橋式電源轉換電路。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動電路，其中該變壓器具有一次級側輔助線圈，以提供一驅動電壓以驅動該驅動控制單元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該轉換電路包含：一電感，耦接該輸入電源；一切換開關，耦接該電感，用以根據一控制訊號切換導通與截止狀態；一整流單元，一端耦接該電感與該切換開關之耦接點，另一端耦接該發光二極體模組；一輸出電容，耦接該整流單元與該發光二極體模組之耦接點，以提供該直流輸出訊號；一電壓偵測單元，耦接該發光二極體模組兩端之一， 並根據耦接該端之準位產生一電壓偵測訊號；以及一轉換控制單元，根據該電壓偵測訊號產生該控制訊號，使該電壓偵測單元所偵測之該端準位穩定於一預設電壓值附近。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中每一該電流控制單元包含：一電流鏡單元，包含複數個半導體開關，每一半導體開關具有一受控端、一第一輸出入端及一第二輸出入端，該些受控端彼此耦接以做為該受控腳位，該些第一輸出入端耦接該發光二極體模組以及該些第二輸出入端均耦接至對應之該電流偵測單元；以及一選擇單元，耦接該些半導體開關之該些第一輸出入端，選擇該些第一輸出入端之一準位訊號輸出至該驅動控制單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該驅動控制單元接收一導通截止訊號，並根據該導通截止訊號截止該至少一電流控制單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路，其中該驅動控制單元於截止該至少一電流控制單元以外之時間，偵測該至少一受控腳位，於該至少一受控腳位之任一低於一第二預設準位時，至少截止該電流控制單元。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路，其中該驅動控制單元偵測該至少一第二輸出入腳 位，於該至少一第二輸出入腳位之任一持續低於一第三預設準位超過一預定時間長度後時，至少截止該電流控制單元。
  10. 一種發光二極體驅動電路，包含：一轉換電路，耦接一電源以轉換成一直流輸出訊號以驅動一發光二極體模組；至少一電流控制單元，每一電流控制單元具有一受控腳位、一第一輸出入腳位以及一第二輸出入腳位，且該第一輸出入腳位耦接該發光二極體模組；至少一電流偵測單元，對應耦接該至少一電流控制單元之該第二輸出入腳位，以產生至少一偵測訊號；以及一驅動控制單元，耦接該電流控制單元之該受控腳位、該第一輸出入腳位以及該電流偵測單元，該驅動控制單元基於該至少一偵測訊號調整對應之該電流控制單元之該受控腳位之準位，使流經該發光二極體模組之電流穩定於一預設電流值附近；其中，該驅動控制單元於該至少一第一輸出入腳位之任一高於一第一預設準位時，發出一錯誤訊號，以及該驅動控制單元更接收一直流調光訊號，並據此輸出一脈寬調變訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動電路，其中該轉換電路包含：一變壓器，具有一初級側及一次級側，該初級側耦接該輸入電源，該次級側經一整流單元產生該直流輸 出訊號；一切換開關組，耦接該變壓器之該初級側，用以根據一控制訊號切換導通與截止狀態；一輸出電容，耦接該變壓器之該次級側，以濾除該直流輸出訊號之雜訊；一電壓偵測單元，耦接該變壓器之該次級側，根據該直流輸出訊號產生一電壓偵測訊號；以及一初級側控制單元，根據該電壓偵測訊號產生該控制訊號，使該直流輸出訊號穩定於一預設電壓值附近。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體驅動電路，其中該轉換電路係為返馳式電源轉換電路、順向式電源轉換電路、推挽式電源轉換電路、半橋式電源轉換電路或全橋式電源轉換電路。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體驅動電路，其中該變壓器具有一次級側輔助線圈，以提供一驅動電壓以驅動該驅動控制單元。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動電路，其中該轉換電路包含：一電感，耦接該輸入電源；一切換開關，耦接該電感，用以根據一控制訊號切換導通與截止狀態；一整流單元，一端耦接該電感與該切換開關之耦接點，另一端耦接該發光二極體模組；一輸出電容，耦接該整流單元與該發光二極體模組之 耦接點，以提供該直流輸出訊號；一電壓偵測單元，耦接該發光二極體模組兩端之一，並根據耦接該端之準位產生一電壓偵測訊號；以及一轉換控制單元，根據該電壓偵測訊號產生該控制訊號，使該電壓偵測單元所偵測之該端準位穩定於一預設電壓值附近。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動電路，其中每一該電流控制單元包含：一電流鏡單元，包含複數個半導體開關，每一半導體開關具有一受控端、一第一輸出入端及一第二輸出入端，該些受控端彼此耦接以做為該受控腳位，該些第一輸出入端耦接該發光二極體模組以及該些第二輸出入端均耦接至對應之該電流偵測單元；以及一選擇單元，耦接該些半導體開關之該些第一輸出入端，選擇該些第一輸出入端之一準位訊號輸出至該驅動控制單元。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動電路，其中該驅動控制單元接收一導通截止訊號，並根據該導通截止訊號截止該至少一電流控制單元。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體驅動電路，其中該驅動控制單元於截止該至少一電流控制單元以外之時間，偵測該至少一受控腳位，更於該至少一受控腳位之任一低於一第二預設準位時，發出該錯誤訊號。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體驅動電路，其中該驅動控制單元偵測該至少一第二輸出入腳位，更於該至少一第二輸出入腳位之任一持續低於一第三預設準位超過一預定時間長度後時，發出該錯誤訊號。
  19. 一種發光二極體驅動電路控制器，以控制該發光二極體驅動電路來驅動一發光二極體模組，包含：一第一電流調控單元，根據指示一第一發光二極體模組之電流大小之一第一電流偵測訊號產生一第一電流調控訊號以控制一串聯該第一發光二極體模組之一第一功率開關，使該第一電流偵測訊號準位穩定於一第一預設電壓值附近；以及一訊號處理單元，偵測該第一功率開關及該第一發光二極體模組之一第一耦接點電位訊號並接收該第一電流偵測訊號，於該第一電流偵測訊號低於一第一預設準位持續一預設時間長度或該第一耦接點電位訊號高於一第二預設準位時，輸出一錯誤訊號；其中該訊號處理單元接收一直流調光訊號，並據此輸出一脈寬調變訊號。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該訊號處理單元更接收一導通截止訊號，於該導通截止訊號位於代表截止之準位時，控制該第一電流調控訊號使該第一功率開關截止。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該訊號處理單元更於該導通截止訊號位於代表截止之準位以外之時間偵測該第一電流調控訊號之準位，於該第一電流調控訊號之準位低於一第三預設準位時，輸出該錯誤訊號。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該訊號處理單元根據該脈寬調變訊號控制該第一電流調控訊號使該第一功率開關週期性截止而達到調光功能。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體驅動電路控制器，更包含一第二電流調控單元，根據指示一第二發光二極體模組之電流大小之一第二電流偵測訊號產生一第二電流調控訊號以控制一串聯該第二發光二極體模組之一第二功率開關，使該第二電流偵測訊號準位穩定於一第二預設電壓值附近。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該訊號處理單元更偵測該第二功率開關及該第二發光二極體模組之一第二耦接點電位訊號並接收該第二電流偵測訊號，於該第二電流偵測訊號低於該第一預設準位持續該預設時間長度或該第二耦接點電位訊號高於該第二預設準位時，輸出該錯誤訊號。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該第一預設電壓值等於該第二預設電壓值。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之發光二極體驅動電路 控制器，其中該訊號處理單元更接收一導通截止訊號，於該導通截止訊號位於代表截止之準位時，控制該第一電流調控訊號、第二電流調控訊號分別使該第一功率開關、該第二功率開關截止。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該訊號處理單元更於該導通截止訊號位於代表截止之準位以外之時間偵測該第一電流調控訊號及該第二電流調控訊號之準位，於該第一電流調控訊號及該第二電流調控訊號任一之準位低於一第三預設準位時，輸出該錯誤訊號。
  28. 如申請專利範圍第22項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該訊號處理單元根據該脈寬調變訊號控制該第一電流調控訊號及該第二電流調控訊號使該第一功率開關及該第二功率開關週期性截止而達到調光功能。
  29. 如申請專利範圍第26項或第28項所述之發光二極體驅動電路控制器，其中該第一功率開關及該第二功率開關截止間具有一預設時間差。
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