CN102026438B - 发光元件控制电路与控制方法、及用于其中的集成电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种发光元件控制电路与控制方法、及用于其中的集成电路。该发光元件控制电路包含：功率级控制电路，其控制一功率级电路，以将一输入电压转换为一输出电压，供应给至少一个发光元件通道，该发光元件通道中包括至少一个发光元件；位于该发光元件通道上的晶体管开关；以及控制该发光元件通道电流的电流源电路；其中，该功率级控制电路与该电流源电路整合于一集成电路内，此集成电路提供一控制电压，控制该晶体管开关的栅极。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件控制电路与控制方法，特别是指一种能减少集成电路接脚数目的发光元件控制电路与控制方法。本发明也涉及应用在发光元件控制电路与控制方法中的集成电路。
背景技术
请参阅图1，现有技术的发光元件控制电路包括集成电路20，其中包含一个功率级控制电路21，控制功率级电路60中功率晶体管的切换，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，供应给多串发光二极管(LED)CH1-CHn。功率级电路60例如但不限于可为图2A-2G所示的同步或异步降压、升压、升降压、反压、返驰电路。其中，视应用场合而定，在某些情况下功率级电路60中的功率晶体管或二极管可以整合至集成电路20的内部。
为了控制各串LED的亮度，图1中以运算放大器OP1、晶体管Q1、电阻R1构成的电流源电路CS1来控制第一LED通道CH1的电流，以运算放大器OP2、晶体管Q2、电阻R2构成的电流源电路CS2来控制第二LED通道CH2的电流，等等。由于在每一LED通道上串接多个LED之故，输出电压Vout相当高，因此晶体管Q1-Qn必须使用高耐压元件，无法整合在集成电路20之内而必须设置在集成电路外部。然而，如此一来集成电路20必须设置通道数目两倍的接脚P1-P2N，才能控制N串的LED电路。
在某些应用场合中，更如图3所示，需将晶体管Q1-Qn的漏极电压取入集成电路20内部，如此更将此部份所需的接脚数目增加到通道数目的三倍。
有鉴于此，本发明提出一种能减少集成电路接脚数目的发光元件控制电路与控制方法。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种发光元件控制电路。
本发明的另一目的在于提出一种发光元件控制方法。
本发明的再一目的在于提出一种用于发光元件控制电路中的集成电路。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种发光元件控制电路，包含：功率级控制电路，其控制一功率级电路，以将一输入电压转换为一输出电压，供应给N个发光元件通道，N为正整数，每个发光元件通道中包括至少一个发光元件；N个晶体管开关，对应设置于该N个发光元件通道上，每个发光元件通道上设有一个对应的晶体管开关；以及N个电流源电路，对应控制该N个发光元件通道的电流，每个发光元件通道搭配一个电流源电路；其中，该功率级控制电路与该N个电流源电路整合于一集成电路内，此集成电路提供同一控制电压，控制该N个晶体管开关的栅极，且该集成电路与每个发光元件通道仅各以一个接脚相连、并与该N个晶体管开关的栅极仅全部以一个接脚相连，由此，使该集成电路相关于发光元件通道的接脚数目为N+1、即N个与发光元件通道连接的接脚和一个与该N个晶体管开关的栅极共同连接的接脚。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种发光元件控制方法，该发光元件位于一发光元件通道上，所述方法包含：在每个发光元件通道上设置一个对应的晶体管开关，共设置N个晶体管开关；提供一集成电路，前述N个晶体管开关位于此集成电路的外部；在该集成电路中以N个电流源电路控制该N个发光元件通道的电流；以及由该集成电路提供同一控制电压，以控制该N个晶体管开关的栅极，其中该集成电路与每个发光元件通道仅各以一个接脚相连、并与该N个晶体管开关的栅极仅全部以一个接脚相连，由此，使该集成电路相关于发光元件通道的接脚数目为N+1、即N个与发光元件通道连接的接脚和一个与该N个晶体管开关的栅极共同连接的接脚。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种用于发光元件控制电路中的集成电路，该发光元件控制电路控制至少N个发光元件通道，N为正整数，每个发光元件通道中包括至少一个发光元件及一个与该发光元件耦接的晶体管开关，且该发光元件控制电路包含一功率级电路，所述集成电路包含：功率级控制电路，其控制该功率级电路以将一输入电压转换为一输出电压，供应给该N个发光元件通道；以及N个电流源电路，对应控制该N个发光元件通道的电流，每个发光元件通道搭配一个电流源电路；其中，该集成电路提供同一控制电压，控制所述N个晶体管开关的栅极，且该集成电路与每个发光元件通道仅各以一个接脚相连、并与该N个晶体管开关的栅极仅全部以一个接脚相连，由此，使该集成电路相关于发光元件通道的接脚数目为N+1、即N个与发光元件通道连接的接脚和一个与该N个晶体管开关的栅极共同连接的接脚。
上述控制电路、方法、或集成电路中，若晶体管开关一端与发光元件耦接，另一端与电流源电路耦接，则可将该晶体管开关与电流源电路耦接的一端电压与一参考电压比较，以决定该发光元件通道上是否发生短路；该参考电压的电位可设在所述输出电压和晶体管开关与发光元件耦接的一端电压之间。
所述控制电压可以固定高于该参考电压、常态周期性地高于该参考电压、间歇高于该参考电压、或在开机时单一次高于该参考电压。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1说明现有技术的发光元件控制电路，其缺点是集成电路接脚数目过多；
图2A-2G显示功率级电路60的数个实施例；
图3显示另一种现有技术，其同样有接脚数目过多的缺点；
图4显示本发明的发光元件控制电路的一个实施例；
图5显示本发明的发光元件控制电路的另一实施例；
图6说明侦测短路的机制；
图7至图9举例显示执行短路侦测的几种方式。
图中符号说明
20 集成电路
21 功率级控制电路
23 短路侦测电路
60 功率级电路
CH1-CHn LED 通道
CS1-CSn 电流源电路
M1-Mn 晶体管开关
OP1-OPn 运算放大器
P1-P2N 接脚
Q1-Qn 晶体管
R1-Rn 电阻
具体实施方式
请参考图4，其中显示本发明的第一个实施例。本发明将电流源电路CS1-CSn整合至集成电路20的内部，并另外在各LED通道CH1-CHn上设置晶体管开关M1-Mn，这些晶体管开关M1-Mn的栅极受电压VG控制。电压VG例如可以为固定电压或周期性的方波讯号。当电压VG为方波讯号时，可根据电压VG的占空比(duty ratio)来调整各LED通道的平均电流，亦即达成调整LED亮度的作用。由于晶体管开关M1-Mn的栅极电压为VG，因此晶体管开关M1-Mn的源极电压最高不会超过VG，亦即晶体管开关M1-Mn提供了阻挡高压的作用，使得电流源电路CS1-CSn内的元件可使用低压元件来制作，便利于整合至集成电路20的内部。如图所示，根据本发明，就控制各LED通道而言，集成电路20仅需要设置N+1个接脚，远较图1、3的数目为低。
图5显示本发明的另一实施例，在本实施例中，更设置有一个短路侦测电路23，以供侦测各LED通道是否发生短路。如图所示，侦测各LED通道是否发生短路，并不需要另外设置接脚自集成电路20的外部取讯号，而可自集成电路20的内部取各晶体管开关M1-Mn的源极电压。
请对照参阅图5与图6，举一例说明如何根据晶体管开关M1-Mn的源极电压来判断对应各LED通道是否发生短路。在电流导通时，晶体管开关M1-Mn的漏极电压VD1-VDn等于输入电压Vin减掉对应通道中LED的电压总和，而晶体管开关M1-Mn的源极电压VS1-VSn则等于VG减掉晶体管的临界电压VT。若持续将VG的电压升高，源极电压VS1-VSn也会跟着升高，直到源极电压VS1-VSn约等于漏极电压VD1-VDn为止，此时源极电压VS1-VSn的电位会被箝位在电压VD1-VDn，不会再随着VG升高而升高。
参阅图5与图6，假设第一LED通道CH1为正常工作，而第n串LED通道CHn发生短路，则由于短路之故，漏极电压VDn约等于输出电压Vout，远高于正常状况下的漏极电压VD1。因此，我们可任意设定一个位于正常漏极电压和输出电压Vout之间的参考电压VH，并拉高电压VG至高于此参考电压VH。如前所述，当电压VG升高时，晶体管开关M1-Mn的源极电压会跟着升高，但最高仅约等于其漏极电压，故正常工作的第一LED通道中，电压VS1将被箝止在低于参考电压VH的电压VD1，但在发生短路的第n串LED通道CHn中，电压VSn将高于参考电压VH。因此，短路侦测电路23中仅需使用比较器比较参考电压VH与晶体管开关M1-Mn的源极电压VS1-VSn，便可获知对应通道的状况。
侦测各LED通道是否发生短路，可以常态进行或间歇进行。当电压VG为方波讯号时，请参阅图7、8，若使电压VG的高位准高于参考电压VH，即为常态进行短路侦测。若每数个周期后才拉高电压VG超过参考电压VH，则为间歇性地进行短路侦测。或者，电路亦可仅在开机时进行单一次的短路侦测。当电压VG为固定电压时，若保持使其高于参考电压VH即为常态进行短路侦测，或如图9，可在开机时使电压VG超过参考电压VH，之后再使电压VG降为一个低于参考电压VH的固定电压，进行单一次的短路侦测。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，晶体管开关M1-Mn可为NMOS晶体管、亦可为PMOS晶体管；又如，发光元件不必然是发光二极管，而可为任何以电流控制亮度的发光元件；再如，本发明不限于应用在多串LED通道的场合，亦可应用在单一串LED通道的场合；又如，整合在集成电路20内的电流源电路CS1-CSn，可为任何形式的电流源电路，例如可以使用双载子晶体管来代换其中的MOS晶体管Q1-Qn。凡此种种，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (21)
1.一种发光元件控制电路，其特征在于，包含：
功率级控制电路，其控制一功率级电路，以将一输入电压转换为一输出电压，供应给N个发光元件通道，N为正整数，每个发光元件通道中包括至少一个发光元件；
N个晶体管开关，对应设置于该N个发光元件通道上，每个发光元件通道上设有一个对应的晶体管开关；以及
N个电流源电路，对应控制该N个发光元件通道的电流，每个发光元件通道搭配一个电流源电路；
其中，该功率级控制电路与该N个电流源电路整合于一集成电路内，此集成电路提供同一控制电压，控制该N个晶体管开关的栅极，且该集成电路与每个发光元件通道仅各以一个接脚相连、并与该N个晶体管开关的栅极仅全部以一个接脚相连，由此，使该集成电路相关于发光元件通道的接脚数目为N+1、即N个与发光元件通道连接的接脚和一个与该N个晶体管开关的栅极共同连接的接脚。
2.如权利要求1所述的发光元件控制电路，其中，在每个发光元件通道中，该晶体管开关一端与发光元件耦接，另一端与电流源电路耦接，且发光元件控制电路还包含有一短路侦测电路，将每个发光元件通道中该晶体管开关与电流源电路耦接的一端电压与一参考电压比较，以决定对应的该发光元件通道上是否发生短路。
3.如权利要求2所述的发光元件控制电路，其中，该参考电压的电位位于所述输出电压和晶体管开关与发光元件耦接的一端电压之间。
4.如权利要求2所述的发光元件控制电路，其中，该控制电压为固定电压且高于该参考电压。
5.如权利要求2所述的发光元件控制电路，其中，该控制电压开机时高于该参考电压。
6.如权利要求2所述的发光元件控制电路，其中，该控制电压为方波讯号，其高位准高于该参考电压。
7.如权利要求2所述的发光元件控制电路，其中，该控制电压为方波讯号，其高位准间歇高于该参考电压。
8.一种发光元件控制方法，该发光元件位于N个发光元件通道上，N为正整数，其特征在于，所述方法包含：
在每个发光元件通道上设置一个对应的晶体管开关，共设置N个晶体管开关；
提供一集成电路，前述N个晶体管开关位于此集成电路的外部；
在该集成电路中以N个电流源电路控制该N个发光元件通道的电流；以及
由该集成电路提供同一控制电压，以控制该N个晶体管开关的栅极，
其中该集成电路与每个发光元件通道仅各以一个接脚相连、并与该N个晶体管开关的栅极仅全部以一个接脚相连，由此，使该集成电路相关于发光元件通道的接脚数目为N+1、即N个与发光元件通道连接的接脚和一个与该N个晶体管开关的栅极共同连接的接脚。
9.如权利要求8所述的发光元件控制方法，其中，在每个发光元件通道中，该晶体管开关一端与发光元件耦接，另一端与电流源电路耦接，且方法还包含：将每个发光元件通道中该晶体管开关与电流源电路耦接的一端电压与一参考电压比较，以决定对应的该发光元件通道上是否发生短路。
10.如权利要求9所述的发光元件控制方法，其中，该发光元件的一端接收一供应电压，另一端与该晶体管开关耦接，且其中该参考电压的电位位于该供应电压和晶体管开关与发光元件耦接的一端电压之间。
11.如权利要求9所述的发光元件控制方法，其中该控制电压为固定电压且高于该参考电压。
12.如权利要求9所述的发光元件控制方法，其中，还包含：于开机时使该控制电压高于该参考电压。
13.如权利要求9所述的发光元件控制方法，其中，该控制电压为方波讯号，其高位准高于该参考电压。
14.如权利要求9所述的发光元件控制方法，其中，该控制电压为方波讯号，其高位准间歇高于该参考电压。
15.一种用于发光元件控制电路中的集成电路，该发光元件控制电路控制至少N个发光元件通道，N为正整数，每个发光元件通道中包括至少一个发光元件及一个与该发光元件耦接的晶体管开关，且该发光元件控制电路包含一功率级电路，其特征在于，所述集成电路包含：
功率级控制电路，其控制该功率级电路以将一输入电压转换为一输出电压，供应给该N个发光元件通道；以及
N个电流源电路，对应控制该N个发光元件通道的电流，每个发光元件通道搭配一个电流源电路；
其中，该集成电路提供同一控制电压，控制所述N个晶体管开关的栅极，且该集成电路与每个发光元件通道仅各以一个接脚相连、并与该N个晶体管开关的栅极仅全部以一个接脚相连，由此，使该集成电路相关于发光元件通道的接脚数目为N+1、即N个与发光元件通道连接的接脚和一个与该N个晶体管开关的栅极共同连接的接脚。
16.如权利要求15所述的用于发光元件控制电路中的集成电路，其中，在每个发光元件通道中，该晶体管开关一端与发光元件耦接，另一端与电流源电路耦接，且集成电路中还包含有一短路侦测电路，将每个发光元件通道中该晶体管开关与电流源电路耦接的一端电压与一参考电压比较，以决定对应的该发光元件通道上是否发生短路。
17.如权利要求16所述的用于发光元件控制电路中的集成电路，其中，该参考电压的电位位于所述输出电压和晶体管开关与发光元件耦接的一端电压之间。
18.如权利要求16所述的用于发光元件控制电路中的集成电路，其中，该控制电压为固定电压且高于该参考电压。
19.如权利要求16所述的用于发光元件控制电路中的集成电路，其中，该控制电压开机时高于该参考电压。
20.如权利要求16所述的用于发光元件控制电路中的集成电路，其中，该控制电压为方波讯号，其高位准高于该参考电压。
21.如权利要求16所述的用于发光元件控制电路中的集成电路，其中，该控制电压为方波讯号，其高位准间歇高于该参考电压。
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