TWI491312B - 負載驅動電路及多負載迴授電路 - Google Patents

Description

負載驅動電路及多負載迴授電路

本發明係關於一種負載驅動電路及多負載迴授電路，尤指一種用以驅動多串發光二極體之負載驅動電路及多負載迴授電路。

請參見第一圖，為習知的定電壓驅動方式之發光二極體電流驅動裝置之電路示意圖。發光二極體電流驅動裝置包含一均流電路10、一發光二極體模組60以及一電源供應器70。電源供應器70透過一電壓迴授回路產生的一電壓迴授訊號VFB使輸出電壓VOUT穩定。發光二極體模組60包含多個發光二極體串，並聯於電源供應器70及均流電路10之間。均流電路10包含了一電流設定電阻11、以及由一電晶體12及多個電晶體20所組成的電流鏡。電流設定電阻11一端耦接一電壓VCC，另一端耦接電晶體12使電晶體12流經一設定電流。電晶體20一對一方式連接發光二極體模組60中的對應發光二極體串，並鏡射設定電流以流經發光二極體發光。如此，發光二極體模組60中的每一發光二極體流經大致相同之電流而使發光亮度趨近一致。

由於發光二極體間的臨界電壓(Threshold Voltage)差異不小，使得相同電流下所需的驅動電壓值並不相同。舉例來說，假設流經20mA的電流下，單顆發光二極體所需的驅動電壓大致落在3.4～3.8V一帶，而發光二極體模組60中的每一發光二極體串均由20顆的發光二極體串聯而成，所以發光二極體串所需的驅動電壓範圍為68～76V，各發光二極體串間的驅動電壓差將由對應的電晶體開關20所承受。另外，電晶體開關20必須操作在飽和區才能發揮鏡射電流功能。因此，為確保每一發光二極體串均能流經相同的電流，電源供應器70提供的輸出電壓VOUT必須高於最高驅動電壓一電壓，例如80V，使電晶體開關20可確保操作在飽和區。

然而，實際上發光二極體串所需的驅動電壓難以事先一一確認，故發光二極體模組60中發光二極體串的最高驅動電壓不一定就必然高達76V。因此提供80V的過高驅動電壓反而造成發光效率的低落。另外，為了避免發光二極體串中的任一顆發光二極體毀損開路而造成發光二極體串不發光，有些發光二極體會並聯一齊納二極體(Zener Diode)，使並聯的發光二極體就算毀損開路，也可以透過齊納二極體導通電流。齊納二極體的雪崩電壓(breakdown voltage)會設定在發光二極體的臨界電壓之上，例如：2V，以避免齊納二極體的誤動作。在這種情況下，若發光二極體串中有兩個發光二極體毀損，造成發光二極體串的驅動電壓往上提高近4V，就有可能造成發光二極體串之電流大幅下降或甚至無法發光。而若將電源供應器70提供的輸出電壓VOUT再往上提高，卻又使發光效率更為低落。

鑑於先前技術中的定電壓驅動方式之發光二極體電流驅動裝置為確保發光二極體模組能穩定發光，而提供高於所需的驅動電壓，然而過高的驅動電壓造成發光二極體驅動裝置的效率低落。本發明為了提高發光二極體驅動裝置的效率，根據發光二極體驅動裝置中的均流電路之一個或多個電位不足的均流端子之電位調整發光二極體裝置驅動發光二極體模組之電力，使發光二極體裝置在發光二極體模組中的每一發光二極體串的電流一致下亦能維持操作在較佳的效率。

為了達到上述之目的，本發明提供了一種多負載迴授電路，用以使一負載驅動電路調整驅動並聯之複數個負載之電力。多負載迴授電路包含複數個半導體開關，每一半導體開關具有一第一端、一第二端及一第三端，這些第一端耦接一共同參考電位以控制複數個半導體開關為導通或截止，這些第二端耦接至複數個負載中對應負載，這些第三端彼此耦接以產生一偵測訊號，使負載驅動電路據此調整驅動複數個負載之電力。

本發明也提供了一種負載驅動電路，用以驅動並聯之複數個發光二極體串。負載驅動電路包含一電源供應器、一均流電路及一多負載迴授電路。電源供應器耦接複數個發光二極體串，用以驅動複數個發光二極體串發光。均流電路具有複數個均流端子，對應耦接複數個發光二極體串，用以平衡流經複數個發光二極體串之電流。多負載迴授電路具複數個半導體開關，耦接至複數個均流端子中對應之均流端子，並根據每一均流端子之電位決定是否導通或截止對應之半導體開關。其中，多負載迴授電路並根據導通之些半導體開關對應之均流端子之電位以產生一偵測訊號，使電源供應器根據偵測訊號調整驅動複數個發光二極體串之電力。

因此，本發明之負載驅動電路提供之驅動電力可以設定於較低水準，並配合實際發光二極體模組所需之電力高低再予以調整，使效率得以提升。

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示加以闡述。

請參見第二圖，為根據本發明之負載驅動電路之電路示意圖。負載驅動電路包含一多負載迴授電路110、一均流電路120及一電源供應器170，用以驅動一發光二極體模組160，其中發光二極體模組160包含並聯之複數個發光二極體串，每一發光二極體串包含串聯之複數個發光二極體。電源供應器170耦接發光二極體模組160中的複數個發光二極體串，用以提供一輸出電壓VO以驅動複數個發光二極體串發光。均流電路120具有複數個均流端子DA1～DAn，對應耦接複數個發光二極體串，用以平衡流經該複數個發光二極體串之電流，使複數個發光二極體串之電流大致相同。多負載迴授電路110耦接至複數個均流端子DA1～DAn，並根據每一該均流端子之電位來產生一偵測訊號VD或一迴授訊號FB，使電源供應器170根據偵測訊號VD或迴授訊號FB調整驅動發光二極體模組160之電力。如此，使複數個均流端子DA1~DAn的電位確保在一預定電位之上，但又不至於過高，使負載驅動電路之效率維持在高的水準上。

接著，請參見第三圖，為根據本發明之一第一實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。多負載迴授電路210包含複數個半導體開關212及一判斷電路214。每一半導體開關212均具有一第一端、一第二端及一第三端，第一端耦接一共同參考電位VREF。第二端耦接至均流電路220的複數個均流端子DA1~DAn，即耦接到第二圖所示的發光二極體模組160中的複數個發光二極體串。第三端彼此耦接及耦接到判斷電路214以產生一偵測訊號VD至判斷電路214。

均流電路220包含複數個均流單元222，每一均流單元222包含一電晶體開關SW、一電阻R及一誤差放大器EA。電阻R根據均流端子DA1~DAn中對應的均流端子之流經電流產生一電流偵測訊號至誤差放大器EA之反向端。誤差放大器EA之非反向端接收一電流參考訊號Vb，並據此控制電晶體開關SW之等效阻抗值，使電流偵測訊號之準位等同電流參考訊號Vb之準位。因此，均流單元222可以控制均流端子DA1~DAn所耦接的發光二極體串流經相等的電流。

在本實施例中，多負載迴授電路210中的每一半導體開關212包含兩個金氧半場效電晶體，兩金氧半場效電晶體之汲極電性彼此連接而閘極共同連接到共同參考電位VREF。而兩金氧半場效電 晶體的兩源 極一耦接複數個均流端子DA1~DAn中對應的均流端子，另一耦接到判斷電路214。另外，兩金氧半場效電晶體的體二極體彼此為反向，以避免在兩金氧半場效電晶體均為截止之狀態下，電流訊號或電壓訊號透過兩金氧半場效電晶體的體二極體傳送。判斷電路214包含一比較器，比較器之反相端接收偵測訊號VD，非反相端接收共同參考電位VREF，於輸出端產生迴授訊號FB。

當複數個均流端子DA1~DAn之任一之電位低於共同參考電位VREF一預定電位差(即半導體開關212的導通電壓差)以上時，將使半導體開關212導通，否則截止。也就是說，當半導體開關212會根據對應的均流端子之電位來決定是否導通或截止，並由導通的半導體開關212對應的均流端子之電位來決定偵測訊號VD之準位。由於在本實施例中，半導體開關212包含兩個金氧半場效電晶體，故偵測訊號VD之準位為導通的半導體開關212對應的均流端子之電位之平均值，且低於共同參考電位VREF至少一預定電位差。因此，判斷電路214會輸出高準位之迴授訊號FB。第二圖所示之電源供應器170於接收到高準位之迴授訊號FB時，會提高用以驅動發光二極體模組160之電力，也就是會提高輸出電壓VO，使均流端子DA1~DAn電位提高，至迴授訊號FB轉為低準位，即均流端子DA1~DAn電位均高於或等於共同參考電位VREF。

因此，本發明之負載驅動電路會根據多負載迴授電路的訊號來調整驅動發光二極體模組160之電力，使每一均流端子的電位均高於或等於一預定的電位，但當最低電位的均流端子的電位均高於或等於一預定的電位時，負載驅動電路就不再提升驅動發光二極體模組160之電力，使均流端子的電位與接地間的電位差不致太高，因此而維持電路的效率在較高的水準。

請參見第四圖，為根據本發明之一第二實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。多負載迴授電路310包含複數個半導體開關312、一誤差放大器314、一電阻316及一電晶體開關318。每一半導體開關312均具有一第一端、一第二端及一第三端，第一端耦接一共同參考電位VREF。第二端耦接至均流電路320的複數個均流端子DA1～DAn。第三端彼此耦接及耦接到誤差放大器314以產生一偵測訊號VD至誤差放大器314。在本實施例中的半導體開關312的電路與操作與第三圖所示的半導體開關212的電路相同，故在此不再累述。

本實施例所示之多負載迴授電路310與第三圖所示之多負載迴授電路210最大不同在於以誤差放大器314、電阻316及電晶體開關318取代判斷電路214。電晶體開關318之汲極耦接一驅動電壓VDD，源極耦接電阻316及誤差放大器314之非反向端，而閘極耦接共同參考電位VREF，因此電晶體開關318維持在導通狀態，其閘極至源極間維持一導通電壓差，也就是誤差放大器314之非反向端所接收之訊號準位為共同參考電位VREF減去導通電壓差。而半導體開關312因均流端子DA1～DAn中對應的均流端子低於共同參考電位VREF一預定電位差而導通時也會造成導通電壓的壓降。因此，透過電阻316及電晶體開關318的設置，可以補償半導體開關312的壓降。另外，誤差放大器314會根據反向端與非反向端的電位差輸出迴授訊號FB，以調整如第二圖所示的電源供應器170調整驅動發光二極體模組160的電力，使均流端子DA1～DAn的電位均等於或高於(共同參考電位VREF-導通電壓差)。

再來，請參考第五圖，為根據本發明之一第三實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。與第三圖所示之多負載迴授電路212相較，多負載迴授電路412中的源極耦接均流端子DA1～DAn的金氧半場效電晶體，其閘極由耦接共同參考電位VREF改為耦接對應的均流端子，因此金氧半場效電晶體將維持於截止狀態。而當對應的均流端子之電位低於共同參考電位VREF一預定電位差而使多負載迴授電路412導通時，均流端子之訊號將透過截止的金氧半場效電晶體之體二極體以及另一個導通的金氧半場效電晶體而傳遞至比較器414的反向端。因此，本實施例之多負載迴授電路412可如同前幾例之實施例所示的多負載迴授電路般，由比較器414產生之迴授訊號FB來控制負載驅動電路調整驅動發光二極體模組160之電力。由於多負載迴授電路412中的兩金氧半場效電晶體之一由於一直處於截止狀態，僅由體二極體表現出二極體特性，因此將由均流端子DA1～DAn中最低電位的均流端子主導偵測訊號VD之高低，使最低電位的均流端子的電位均高於或等於一預定電位，故可確保所有的均流端子DA1～DAn均高於或等於預定電位。

接著，請參考第六圖，為根據本發明之一第四實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。多負載迴授電路510包含複數個半導體開關512，每一個複數個半導體開關512包含一N型電晶體開關，其閘極耦接共同參考電位VREF，其源極及汲極之一耦接均流電路520的均流端子DA1～DAn中對應的均流端子，另一彼此耦接以產生一偵測訊號VD，其基底均耦接至地。由於基底耦接地，故N型電晶體開關中的體二極體可以確保在逆偏狀態而截止。因此，複數個半導體開關512僅在均流端子DA1～DAn的電位較共同參考電位VREF低一預定電壓差而導通時才傳送均流端子DA1～DAn的電位至偵測訊號VD。此時的偵測訊號VD的準位將如同第三圖所示實施例般，為導通的半導體開關512對應的均流端子之電位之平均值。此時，電源供應器170會根據偵測訊號VD來提高用以驅動發光二極體模組160之電力，使均流端子DA1～DAn中電位較共同參考電位VREF低預定電壓差的均流端子電位逐一提升至所有的半導體開關512均為截止狀態。

另外，本發明的多負載迴授電路除可與第三圖所示的複數個均流單元222所構成的均流電路搭配外，亦可搭配如第六圖所示般由電流鏡電路所構成均流電路520或其他具有均流效果之電路。在第六圖中，電流鏡電路有多個閘極及源極彼此連接之電晶體開關所構成，將一電流源所產生的電流I鏡射到流經每一個電晶體開關，使由電晶體開關的汲極所形成的均流端子DA1～DAn導通相等的電流。

多負載迴授電路除了可以如上述實施例使用金氧半場效電晶體來達到來產生一偵測訊號或一迴授訊號外，亦可使用雙極性電晶體來作為均流端子之電位偵測元件。其中雙極性電晶體的射極及基極之其中之一耦接一共同參考電位，另一耦接至複數個均流端子中對應的均流端子。如此，當任一均流端子的電位與共同參考電位差到達其順向偏壓而使雙極性電晶體導通時，即可將此均流端子的電位透過導通的雙極性電晶體傳送，而達到如同上述實施例般的功能。

請參見第七圖，為根據本發明之一第五實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。與第六圖的實施例相較，在本實施例中的多負載迴授電路610包含複數個半導體開關612，而每一個複數個半導體開關612由一PNP雙極性電晶體及一電組所構成。該雙極性電晶體之射極耦接共同參考電位VREF、雙極性電晶體之基極透過電阻耦接至均流電路620的均流端子DA1～DAn以及雙極性電晶體之集極彼此耦接。當均流端子DA1～DAn中最低電位的均流端子之電位低於共同參考電位VREF一預定電位差時會使對應的雙極性電晶體導通並由最低電位的均流端子的電位主導偵測訊號VD的高低。

在本實施例中，均流電路接收一調光訊號DIM，以根據調光訊號DIM提供或停止電流。此時由於均流端子DA1～DAn的電位或因此而變化。故偵測訊號VD可透過一濾波電路616，用以對偵測訊號VD進行濾波以濾除調光時的雜訊並產生一迴授訊號FB，使負載驅動電路根據該迴授訊號FB調整所提供的電力大小。

接著，請參考第八圖，為根據本發明之一第六實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。在本實施例中的多負載迴授電路710包含複數個半導體開關712，而每一個複數個半導體開關712由一NPN雙極性電晶體及一電組所構成。該雙極性電晶體之基極透過電阻耦接至共同參考電位VREF，雙極性電晶體之射極耦接均流電路720的均流端子DA1～DAn以及雙極性電晶體之集極彼此耦接。當均流端子DA1～DAn中最低電位的均流端子之電位低於共同參考電位VREF一預定電位差時會使對應的雙極性電晶體導通並由最低電位的均流端子的電位主導偵測訊號VD的高低。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

先前技術：

10．．．電流控制電路

11．．．電流設定電阻

12．．．電晶體

20．．．電晶體

60．．．發光二極體模組

70．．．電源供應器

VFB．．．電壓迴授訊號

VOUT．．．輸出電壓

VCC．．．電壓

本發明：

110、210、310、410、510、610、710．．．多負載迴授電路

120、220、320、420、520、620、720．．．均流電路

160．．．發光二極體模組

170．．．電源供應器

212、312、412、512、612．．．半導體開關

214．．．判斷電路

314．．．誤差放大器

316．．．電阻

318．．．電晶體開關

414．．．比較器

616．．．濾波電路

VO．．．輸出電壓

DA1～DAn．．．均流端子

VD．．．偵測訊號

FB．．．迴授訊號

VREF．．．共同參考電位

SW．．．電晶體開關

R．．．電阻

EA．．．誤差放大器

VDD．．．驅動電壓

第一圖為習知的定電壓驅動方式之發光二極體電流驅動裝置之電路示意圖。

第二圖為根據本發明之負載驅動電路之電路示意圖。

第三圖為根據本發明之一第一實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。

第四圖為根據本發明之一第二實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。

第五圖為根據本發明之一第三實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。

第六圖為根據本發明之一第四實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。

第七圖為根據本發明之一第五實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。

第八圖為根據本發明之一第六實施例之多負載迴授電路之電路示意圖。

110．．．多負載迴授電路

120．．．均流電路

160．．．發光二極體模組

170．．．電源供應器

VO．．．輸出電壓

DA1～DAn．．．均流端子

VD．．．偵測訊號

FB．．．迴授訊號

Claims (20)

1. 一種多負載迴授電路，用以使一負載驅動電路調整驅動並聯之複數個負載之電力，該多負載迴授電路包含：複數個半導體開關，每一該半導體開關具有一第一端、一第二端及一第三端，該些第一端耦接一共同參考電位以控制該複數個半導體開關為導通或截止，該些第二端耦接至該複數個負載中對應負載，該些第三端彼此耦接以產生一偵測訊號，使該負載驅動電路據此調整驅動該複數個負載之電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多負載迴授電路，其中該複數個負載為複數個發光二極體串，每一發光二極體串包含串聯之複數個發光二極體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多負載迴授電路，更包含一濾波電路，用以對該偵測訊號進行濾波並產生一迴授訊號，使該負載驅動電路根據該迴授訊號調整驅動該複數個負載之電力。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多負載迴授電路，其中該濾波電路包含一誤差放大器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多負載迴授電路，更包含一判斷電路，用以根據該偵測訊號產生一迴授訊號，使該負載驅動電路根據該迴授訊號調整驅動該複數個負載之電力。
6. 如申請專利範圍第1項或第5項所述之多負載迴授電路，其中每一該半導體開關包含一第一金氧半場效電晶體及一第二金氧半場效電晶體，該第一金氧半場效電晶體及該第二金氧半場效電晶體之汲極電性連接，該第一金氧半場效電晶體及該第二金氧半場效電晶體之閘極耦接該共同參考電位，該第一金氧半場效電晶體之源極耦接至該複數個負載中對應負載，以及該第一金氧半場效電晶體與該第二金氧半場效電晶體之體二極體彼此為反向。
7. 如申請專利範圍第1項或第5項所述之多負載迴授電路，其中每一該半導體開關包含一第一金氧半場效電晶體及一第二金氧半場效電晶體，該第一金氧半場效電晶體及該第二金氧半場效電晶體之汲極電性連接，該第一金氧半場效電晶體之閘極與源極電性連接，該第二金氧半場效電晶體之閘極耦接該共同參考電位，該第一金氧半場效電晶體之源極耦接至該複數個負載中對應負載，以及該第一金氧半場效電晶體與該第二金氧半場效電晶體之體二極體彼此為反向。
8. 如申請專利範圍第1項或第5項所述之多負載迴授電路，其中每一該半導體開關包含一金氧半場效電晶體，該金氧半場效電晶體之閘極耦接該共同參考電位，該金氧半場效電晶體之源極耦接至該複數個負載中對應負載，以及該金氧半場效電晶體之基底接地。
9. 如申請專利範圍第1項或第5項所述之多負載迴授電路，其中每一該半導體開關包含一雙極性電晶體，該雙極性電晶體之射極及基極其中之一耦接該共同參考電位，以及該雙極性電晶體之射極及基極之另一耦接至該複數個負載中對應負載。
10. 如申請專利範圍第5項所述之多負載迴授電路，其中該判斷電路包含一比較器，該比較器之反相端接收該偵測訊號，該比較器之非反相端接收該共同參考電位。
11. 如申請專利範圍第5項所述之多負載迴授電路，其中該判斷電路包含一比較器及一電晶體開關，該電晶體開關具有一第一端、一第二端及一控制端，該第一端耦接一驅動電壓，該控制端耦接該共同參考電位，該第二端耦接該比較器之非反相端，以及該比較器之反相端接收該偵測訊號。
12. 一種負載驅動電路，用以驅動並聯之複數個發光二極體串，該負載驅動電路包含：一電源供應器，耦接該複數個發光二極體串，用以驅動該複數個發光二極體串發光；一均流電路，具有複數個均流端子，對應耦接該複數個發光二極體串，用以平衡流經該複數個發光二極體串之電流；以及一多負載迴授電路，具複數個半導體開關，耦接至該複數個均流端子中對應之均流端子，並根據每一該均流端子之電位決定是否導通或截止對應之該半導體開關；其中，該多負載迴授電路並根據導通之該些半導體開關對應之均流端子之電位以產生一偵測訊號，使該電源供應器根據該偵測訊號調整驅動該複數個發光二極體串之電力。
13. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中該均流電路為一電流鏡電路。
14. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中該均流電路為複數個電流源耦接至該複數個發光二極體串，使該複數個發光二極體串流經大致相等之電流。
15. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中該多負載迴授電路包含一濾波電路，用以對該偵測訊號進行濾波並產生一迴授訊號，使該負載驅動電路根據該迴授訊號調整驅動該複數個發光二極體串之電力。
16. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中該電源供應器根據該偵測訊號調整驅動該複數個發光二極體串之電壓，使每一該均流端子之電位均維持於一預定電位之上。
17. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中每一該半導體開關包含一第一金氧半場效電晶體及一第二金氧半場效電晶體，該第一金氧半場效電晶體及該第二金氧半場效電晶體之汲極電性連接，該第一金氧半場效電晶體及該第二金氧半場效電晶體之閘極耦接該共同參考電位，該第一金氧半場效電晶體之源極耦接至該複數個均流端子中對應的均流端子，以及該第一金氧半場效電晶體與該第二金氧半場效電晶體之體二極體彼此為反向。
18. 如申請專利範圍第13項所述之負載驅動電路，其中每一該半導體開關包含一第一金氧半場效電晶體及一第二金氧半場效電晶體，該第一金氧半場效電晶體及該第二金氧半場效電晶體之汲極電性連接，該第一金氧半場效電晶體之閘極與源極電性連接，該第二金氧半場效電晶體之閘極耦接該共同參考電位，該第一金氧半場效電晶體之源極耦接至該複數個均流端子中對應的均流端子，以及該第一金氧半場效電晶體與該第二金氧半場效電晶體之體二極體彼此為反向。
19. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中每一該半導體開關包含一金氧半場效電晶體，該金氧半場效電晶體之閘極耦接該共同參考電位，該金氧半場效電晶體之源極耦接至該複數個均流端子中對應的均流端子，以及該金氧半場效電晶體之基底接地。
20. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動電路，其中每一該半導體開關包含一雙極性電晶體，該雙極性電晶體之射極及基極之其中之一耦接該共同參考電位，以及該雙極性電晶體之射極及基極之另一耦接至該複數個均流端子中對應的均流端子。