CN101588664B - 发光二极管驱动电路及用以控制功率开关的电路 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管驱动电路及用以控制功率开关的电路。发光二极管驱动电路包括开关、脉宽调制控制器、电流源与信号控制器。开关的第一端输出驱动电压给发光二极管。脉宽调制控制器提供脉宽调制信号。当调光控制信号启用时，电流源提供驱动电流流经发光二极管。当调光控制信号禁用时，信号控制器关闭开关，且当调光控制信号启用时，信号控制器将脉宽调制控制器的脉宽调制信号传递至开关，藉以控制开关。

Description

发光二极管驱动电路及用以控制功率开关的电路

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode)驱动电路，且特别涉及一种电路，其利用脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)藉以控制发光二极管驱动电路的功率开关。 

背景技术

图1是已知的一种发光二极管驱动电路100的示意图。发光二极管驱动电路100由升压型直流转直流转换器130及其负载120所构成。负载120包括多个串行排列的发光二极管104与一电流镜103，其中电流镜103耦接串行排列的发光二极管104。升压型转换器130包括电感L1、开关Q1、脉宽调制控制器101、二极管D1、电阻R11、R12与电容C1。电感L1的第一端接收输入电压Vin1，其第二端耦接开关Q1的第一端。二极管D1的阳极耦接开关Q1的第一端，二极管D1的阴极耦接电容C1的第一端。电容C1的第二端接收接地电压。脉宽调制控制器101利用脉宽调制信号PS1，藉以控制开关Q1。当开关Q1导通时，流经电感L1的电流则会增加。当开关Q1关闭时，电感L1所累积的能量则会转移给电容C1，藉以维持提供给发光二极管104的驱动电压Vout1。电阻R11、R12构成一个分压电路，用以提供反馈电压FB1给脉宽调制控制器101。脉宽调制控制器101则依据反馈电压FB1决定脉宽调制信号PS1的工作周期(Duty Cycle)。 

发光二极管的发光颜色是由驱动电流所决定。发光二极管的亮度是由其驱动电流的工作周期所控制。举例来说，当驱动电流的工作周期为50％时，亮度则为最大电平的50％。在发光二极管驱动电路100中，当调光控制信号DCS1启用时，电流镜103则提供流经发光二极管104的驱动电流，且当调光控制信号DCS1禁用时，电流镜103则截止流经发光二极管104的驱动电流。因此，调光控制信号DCS1的工作周期即发光二极管104驱动电流的工作周期。 

开关Q1为功率金属氧化物半导体场效晶体管(Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称Power MOSFET)。功率金属氧化物半导体场效晶体管是大型外部元件。每当通过栅极端导通或关闭功率金属氧化物半导体场效晶体管时，会消耗相当大的功率。而脉宽调制控制器101会不断地输出脉宽调制信号PS1。换句话说，即使调光控制信号DCS1禁用，功率开关Q1仍会进行开关动作，因此导致效能低落且浪费功率。随着调光控制信号DCS1的工作周期愈低，此问题则会愈趋严重。此外，不必要的开关动作不但会对电容C1过度充电(Overcharge)，而且还会扩大驱动电压Vout1的纹波(Ripple)。 

发明内容

本发明提供一种发光二极管驱动电路以及用以控制发光二极管驱动电路的功率开关的电路。当发光二极管的驱动电流截止，上述的电路则关闭功率开关藉以防止不必要的开关动作。因此，上述的电路可减少功率消耗并提高效率。此外，上述的电路的另一特点在于，不会对电容过度充电，因此驱动电压的纹波则会变小。 

本发明提出一种发光二极管驱动电路，包括开关、电压检测器、脉宽调制控制器、电流源与信号控制器。开关的第一端输出驱动电压给发光二极管。电压检测器用以产生反馈信号，反馈信号用以指示该驱动电压的状态。脉宽调制控制器提供脉宽调制信号，依据反馈信号决定脉宽调制信号的工作周期。当反馈信号指示驱动电压的错误状态时，脉宽调制控制器启用错误信号。当调光控制信号启用时，电流源则提供驱动电流流经发光二极管。当调光控制信号禁用时，信号控制器则关闭开关，且当调光控制信号启用时，信号控制器则将脉宽调制控制器的脉宽调制信号传递至开关，藉以控制开关。 

在本发明的一实施例中，发光二极管驱动电路还包括缓冲器，耦接于信号控制器与开关之间。 

在本发明的一实施例中，当驱动电压低于一个阈值时，则发生错误状态。当错误信号启用时，即使调光控制信号禁用，信号控制器仍将脉宽调制控制器的脉宽调制信号传递至开关。 

在本发明的一实施例中，信号控制器，包括或门及与门。或门用以接收调光控制信号与错误信号。与门用以接收脉宽调制信号与或门的输出信号。其中与门的输出信号用以控制开关。 

从另一观点来看，本发明提出一种电路，用以控制功率开关，用以提供驱动电压给发光二极管，其中当调光控制信号启用时，则提供驱动电流流经发光二极管。此电路包括脉宽调制控制器与信号控制器。脉宽调制控制器用以提供脉宽调制信号，依据反馈信号决定脉宽调制信号的工作周期。反馈信号用以指示驱动电压的状态，当反馈信号指示驱动电压的错误状态时，脉宽调制控制器启用错误信号。当调光控制信号禁用时，信号控制器关闭功率开关，当调光控制信号启用时，信号控制器则将脉宽调制控制器的脉宽调制信号传递至功率开关，藉以控制功率开关。 

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

图1是已知的一种发光二极管驱动电路100的示意图。 

附图说明

图2是本发明的一实施例的一种发光二极管驱动电路200的示意图。 

图3是本发明的另一实施例的一种发光二极管驱动电路300的示意图。 

图4是本发明的一实施例的一种信号控制器302的电路的示意图。 

图5是发光二极管驱动电路300内的重要信号的时序图。 

【主要元件符号说明】 

100、200、300：发光二极管驱动电路 

210、310：控制电路 

120、220、320：负载 

130、230、330：升压型直流转直流转换器 

101、201、301：脉宽调制控制器 

202、302：信号控制器 

103、203、303：电流镜 

104、204、304：串行排列的发光二极管 

401：或门 

402：与门 

Q1、Q2、Q3、SW2、SW3：开关 

D1、D2、D3：二极管 

C1、C2、C3：电容 

L1、L2、L3：电感 

R11、R12、R21、R22、R31、R32：电阻 

FB1、FB2、FB3：反馈电压 

PS1、PS2、PS3：脉宽调制信号 

FS：错误信号 

DCS1、DSC2、DSC3：调光控制信号 

Vin1、Vin2、Vin3：输入电压 

Vout1、Vout2、Vout3：驱动电压 

SDS：输出信号 

T1～T6：时间点 

具体实施方式

图2是本发明的一实施例的一种发光二极管驱动电路200的示意图。发光二极管驱动电路200为已知发光二极管驱动电路100的改良。简单地说，当开关SW2不需进行开关动作时，发光二极管驱动电路200则关闭开关SW2。 

发光二极管驱动电路200用以驱动发光二极管204，且发光二极管驱动电路200可分为升压型直流转直流转换器230及其负载220两部分。负载220包括串行排列的发光二极管204与电流镜203，此电流镜203耦接发光二极管204。当调光控制信号DCS2启用时，电流镜203则提供驱动电流流经发光二极管204。当调光控制信号DCS2禁用时，电流镜203则截止驱动电流。升压型直流转直流转换器230包括控制电路210、开关SW2、电感L2、二极管D2、电容C2与电阻R21、R22。控制电路210包括脉宽调制控制器201与信号控制器202。脉宽调制控制器201用以提供脉宽调制信号PS2。当调光控制信号DCS2禁用时，信号控制器202则关闭开关SW2。当调光控制信号DCS2启用时，信号控制器202则将脉宽调制控制器201的脉宽调制信号PS2传递给开关SW2，藉以控制开关SW2，开关SW2的第一端则输出驱动电压Vout2给发光二极管204。如此一来，信号控制器202则可防止开关SW2的不必要的开关动作，且当发光二极管204不需被驱动时，信号控制器202则可关闭开关SW2藉以减少功率消耗。在本实施例中，开关SW2为功率金属氧化物半导体场效晶体管。 

电阻R21的第一端接收驱动电压Vout2。电阻R22的第一端耦接电阻R21的第二端。电阻R22的第二端则接收接地电压。电阻R21、R22构成电压检测器。电压检测器产生反馈信号FB2，用以指示驱动电压Vout2的状态。脉宽调制控制器201依据反馈信号FB2决定脉宽调制信号PS2的工作周期。 

升压型转换器230的其他部分可参照已知的升压型转换器130。在其他实施例中，缓冲器(未绘示)可耦接于信号控制器202与开关SW2之间，藉以加强信号控制器202的驱动能力。 

图3是本发明的另一实施例的一种发光二极管驱动电路300的示意图。发光二极管驱动电路300的组成与发光二极管驱动电路200相类似，值得注意的是脉宽调制控制器301与信号控制器302所增加的功能。当反馈信号FB3指示驱动电压Vout3的错误状态时，脉宽调制控制器301则启用错误信号FS。反馈信号FB3是由R31与R32所组成的电压检测器所提供。在此实施例中，当驱动电压Vout3低于预设的阈值时，则发生此错误状态。例如，阈值可以是最大输出电压电平的90％。当错误信号FS启用时，即使调光控制信号DCS3禁用，信号控制器302仍会将脉宽调制控制器301的脉宽调制信号PS3传递至开关SW3。当调光控制信号DCS3禁用时，发光二极管304则不会被驱动，且不会有驱动电流流经发光二极管304。然而，由于驱动电压Vout3为利用电容C3来维持其电荷，因此驱动电压Vout3可能会因漏电流(Leakage)而逐渐地下降。在本实施例中，当驱动电压Vout3低于预设的阈值时，信号控制器302则恢复开关SW3的操作，藉以维持驱动电压Vout3的驱动能力。 

图4是本发明的一实施例的一种信号控制器302的电路的示意图。信号控制器302包括或门401及与门402。或门401接收调光控制信号DCS3与错误信号FS。与门402接收脉宽调制信号PS3与或门401的输出信号。与门402的输出信号SDS用以控制开关SW3。显而易见地，当错误信号FS与调光控制信号DCS3其中之一启用时，信号控制器302则将脉宽调制信号PS3传递给开关SW3，且当错误信号FS与调光控制信号DCS3皆禁用时，信号控制器302则关闭开关SW3。 

图5是发光二极管驱动电路300内的重要信号的时序图，用以显示发光二极管驱动电路300的标准操作情形。在时间点T1时，调光控制信号DCS3被启用。信号控制器302将脉宽调制信号PS3传递至开关SW3。在时间点 T2时，调光控制信号DCS3禁用。信号控制器302阻断脉宽调制信号PS3并关闭开关SW3。在时间点T3时，驱动电压Vout3低于阈值且错误信号FS启用。因此，信号控制器302将脉宽调制信号PS3传递至开关SW3。在时间点T4时，调光控制信号DCS3启用。信号控制器302仍继续传递脉宽调制信号PS3。在时间点T5时，驱动电压Vout3被拉升超过阈值，错误状态则消失且错误信号FS禁用。只要调光控制信号DCS3仍维持启用，信号控制器302则持续将脉宽调制信号PS3传递至开关SW3。在时间点T6时，调光控制信号DCS3禁用。信号控制器302则阻断脉宽调制信号PS3并关闭开关SW3。 

综上所述，发光二极管驱动电路在上述各实施例中包括控制电路用以控制功率开关的操作。控制电路包括脉宽调制控制器与信号控制器。当不需维持驱动电压时，控制电路则关闭功率开关。因此上述各实施例具有下列优点，低功率消耗、高效能、防止电容被过度充电以及驱动电压的纹波较小。本发明并不限制于发光二极管驱动电路。例如，本发明的控制电路可应用于任何的具有负载的脉宽调制转换电路，藉以依据外部信号而开启或关闭。 

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。 

Claims (14)

1.一种发光二极管驱动电路，用以驱动至少一发光二极管，包括：

一开关，其第一端输出一驱动电压给该发光二极管；

一电压检测器，用以产生一反馈信号，该反馈信号用以指示该驱动电压的状态；

一脉宽调制控制器，提供一脉宽调制信号，依据该反馈信号决定该脉宽调制信号的一工作周期，其中当该反馈信号指示该驱动电压的一错误状态时，该脉宽调制控制器启用一错误信号；

一电流源，当一调光控制信号启用时，提供一驱动电流流经该发光二极管；以及

一信号控制器，当该调光控制信号禁用时，关闭该开关，且当该调光控制信号启用时，将该脉宽调制控制器的该脉宽调制信号传递至该开关，藉以控制该开关。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中该开关为一功率金属氧化物半导体场效晶体管。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，还包括：

一缓冲器，耦接于该信号控制器与该开关之间。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中该发光二极管驱动电路用以驱动多个串行排列的发光二极管。

5.如权利要求4所述的发光二极管驱动电路，其中该电流源为一电流镜，耦接于这些串行排列的发光二极管。

6.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，还包括：

一电感，其第一端用以接收一输入电压，该电感的第二端耦接该开关的第一端；

一二极管，其阳极耦接该开关的第一端；以及

一电容，其第一端耦接该二极管的阴极，该电容的第二端用以接收一接地电压。

7.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中该电压检测器，包括：

一第一电阻，其第一端接收该驱动电压；以及

一第二电阻，其第一端耦接该第一电阻的第二端，且该第二电阻的第二端接收一接地电压。

8.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中当该驱动电压低于一阈值时，则发生该错误状态。

9.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中当该错误信号启用时，即使该调光控制信号禁用，该信号控制器仍将该脉宽调制控制器的该脉宽调制信号传递至该开关。

10.如权利要求9所述的发光二极管驱动电路，其中该信号控制器，包括：

一或门，用以接收该调光控制信号与该错误信号；以及

一与门，用以接收该脉宽调制信号与该或门的一输出信号；

其中该与门的一输出信号用以控制该开关。

11.一种电路，用以控制一功率开关，用以提供一驱动电压给至少一发光二极管，其中当一调光控制信号启用时，则提供一驱动电流流经该发光二极管，该电路包括：

一脉宽调制控制器，用以提供一脉宽调制信号，依据一反馈信号决定该脉宽调制信号的一工作周期，其中该反馈信号用以指示该驱动电压的状态，当该反馈信号指示该驱动电压的一错误状态时，该脉宽调制控制器启用一错误信号；以及

一信号控制器，当该调光控制信号禁用时，关闭该功率开关，当该调光控制信号启用时，将该脉宽调制控制器的该脉宽调制信号传递至该功率开关，藉以控制该功率开关。

12.如权利要求11所述的电路，其中当该驱动电压低于一阈值时，则发生该错误状态。

13.如权利要求11所述的电路，其中当该错误信号启用时，即使该调光控制信号禁用，该信号控制器仍将该脉宽调制控制器的该脉宽调制信号传递至该功率开关。

14.如权利要求13所述的电路，其中该信号控制器，包括：

一或门，用以接收该调光控制信号与该错误信号；以及

一与门，用以接收该脉宽调制信号与该或门的一输出信号；

其中该与门的一输出信号用以控制该功率开关。

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