CN102056367A

CN102056367A - 具有大操作电压范围的发光二极管驱动电路

Info

Publication number: CN102056367A
Application number: CN2009102081746A
Authority: CN
Inventors: 康金锋; 林孟宏
Original assignee: PEIHENG SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN102056367B

Abstract

本发明揭示一种具有大操作电压范围的发光二极管驱动电路。该发光二极管驱动电路包含一电流选择电路，可依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多组限流值来控制多个发光单元内的电流路径。

Description

具有大操作电压范围的发光二极管驱动电路

技术领域

本发明涉及一种发光二极管驱动电路，特别是涉及一种具有大操作电压范围的发光二极管驱动电路。

背景技术

近年来，发光二极管(light emitting diode，LED)的应用领域不断地被开发。相较于白炽灯泡，发光二极管具有耗电量低、组件寿命长、体积小、无须暖灯时间和反应速度快等优点，因此容易配合应用需求而制成极小或阵列式的组件，因此已普遍地应用在各式信息、通讯及消费性电子产品的指示灯或显示装置上。除了应用于户外各种显示器及交通号志灯外，发光二极管还广泛地应用于便携式产品上，例如移动电话、笔记型计算机或个人数字助理(personal digital assistant，PDA)的液晶显示屏幕背光源。

请参考图1，图1为一发光二极管的电压-电流特性图。当发光二极管的正向偏压(forward-bias voltage)小于其临界电压(threshold voltage)Vb时，流经发光二极管的电流极小，因此可视为开路；当发光二极管的正向偏压大于其临界电压Vb时，流经发光二极管的电流会随着其正向偏压呈指数型的增加，因此可视为短路。在发光二极管驱动电路中，一般会使用电流源来驱动发光二极管，使得不同的发光二极管能达到一致的发光亮度。

请参考图2，图2为现有技术中一发光二极管驱动电路300的示意图。如图2所示，发光二极管驱动电路300包含一电压源VS和一电流源IS，可用来驱动一发光组件10。电压源VS可提供一驱动电压Vf以开启发光组件10，而电流源IS可稳定流经发光组件10的驱动电流If以维持亮度均匀。在大尺寸的应用中需要使用许多发光二极管来提供足够光源，由于发光二极管为一电流驱动组件，其发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到高亮度和亮度均匀的要求，发光组件10一般会包含多个串接发光二极管LED₁～LED_n。假设发光二极管LED₁～LED_n的临界电压皆为理想值Vb，则开启发光组件10所需的驱动电压Vf其值需大于n*Vb。串联发光二极管的数量越多，发光组件10所需的正向偏压越高。因此，现有技术的发光二极管驱动电路100仅能在可操作电压范围与发光二极管串联数量之间作一取舍。

请参考图3，图3为现有技术中另一发光二极管驱动电路400的示意图。发光二极管驱动电路400包含一电源供应电路110、一电压检测电路410和一电流调节电路420，可用来驱动一发光组件10。电源供应电路110包含一电压源VS和一桥式整流器(bridge rectifier)20。电压源VS可输出具正负周期的交流电压，而桥式整流器20可转换电压源VS在负周期内的输出电压，因此电源供应电路110可提供一直流电压Vf以驱动发光组件10，其中直流电压Vf的值随着时间而有周期性变化。电流调节电路420包含多组电流源IS₁～IS_n，分别用来控制发光组件10中相对应发光二极管LED₁～LED_n的亮度大小。电压检测电路410可检测驱动电压Vf的值，并依此开启或关闭电流调节电路220的电流源IS₁～IS_n。假设发光二极管LED₁～LED_n的临界电压皆为理想值Vb，当驱动电压Vf等于发光二极管LED₁的临界电压时(Vb)，电压检测电路410会开启电流源IS₁并关闭电流源IS₂～IS_n，此时电流路径从电压源VS依序流经发光二极管LED₁和电流源IS₁；当驱动电压Vf等于发光二极管LED₁和LED₂的加总临界电压时(2Vb)，电压检测电路410会开启电流源IS₂并关闭电流源IS₁和IS₃～IS_n，此时电流路径从电压源VS依序流经发光二极管LED₁、发光二极管LED₂和电流源IS₂；...；依此类推，当驱动电压Vf等于发光二极管LED₁～LED_n的加总临界电压时(nVb)，电压检测电路410会开启电流源IS_n并关闭电流源IS₁～IS_n-1，此时电流路径从电压源VS依序流经发光二极管LED₁～LED_n和电流源IS_n。

然而，由于材料纯度以及工艺封装的关系，发光二极管LED₁～LED_n中各发光二极管的临界电压并非皆为理想值Vb。因此，电压检测电路410无法确实依据每一发光二极管的实际临界电压来开启或关闭相对应的电流源。举例来说，假设发光二极管LED₁的实际临界电压Vb1大于理想临界电压Vb，若电压检测电路410在Vf＝Vb时开启电流源IS₁，此时发光二极管LED₁并无法导通；因此在设计时，必然须将此非理想因子考虑进去，加大预先设定切换电流源的电压电位，以避免在使用上出现无法导通问题。假设将切换电压Vb，增大以符合大多数非理想的发光二极管，若电压检测电路410在Vf＝Vb，时才开启电流源IS₁，此时多余的电压(Vb’-Vb1)不仅会增加电流源IS₁的功率消耗，亦会减少可操作电压范围。

发明内容

本发明提供一种具有大操作电压范围的驱动电路，用来驱动多个串接的发光单元，该驱动电路包含一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。

本发明还提供一种具有大操作电压范围的显示装置，其包含多个串接的发光单元；一电源供应电路，串接于该多个发光单元；以及一驱动电路，用来驱动该多个串接的发光单元。该驱动电路包含一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。

附图说明

图1为一发光二极管的电压-电流特性图。

图2为现有技术中一发光二极管驱动电路的示意图。

图3为现有技术中另一发光二极管驱动电路的示意图。

图4为本发明第一实施例中一发光二极管驱动电路的示意图。

图5为本发明第二实施例中一发光二极管驱动电路的示意图。

图6为本发明的发光二极管驱动电路运作时的示意图。

附图符号说明

10发光组件 IS、IS₁～IS_n电流源

20桥式整流器 SW₁～SW_n 开关

110电源供应电路 CM₁～CM_n 判断单元

410电压检测电路 CKT₁～CKT_n调整电路

VS电压源 LED₁～LED_n发光二极管

420电流调节电路 120、220电流选择电路

D₁～D_n+1发光单元

100、200、300、400发光二极管驱动电路

具体实施方式

请参考图4和图5，图4为本发明第一实施例中一发光二极管驱动电路100的示意图，而图5为本发明第二实施例中一发光二极管驱动电路200的示意图。发光二极管驱动电路100包含一电流选择电路120，发光二极管驱动电路200包含一电流选择电路220，可驱动串接于一电源供应电路110的一发光组件10。

电源供应电路110包含一电压源VS和一桥式整流器20。电压源VS可输出具有正负周期的交流电压，而桥式整流器20可转换电压源VS在负周期内的输出电压，因此电源供应电路110可提供一直流电压Vf以驱动发光组件10，其中直流电压Vf的值随着时间而有周期性变化。发光组件10可包含多个串接的发光单元D₁～D_n+1，每一发光单元可包含一个发光二极管或多个发光二极管，图4仅显示了采用单一发光二极管的架构。在发光单元D₁～D_n+1中，两相邻发光单元之间的电压分别由V₁～V_n来表示。

在本发明第一实施例的发光二极管驱动电路100中，电流选择电路120包含多组可变电流源IS₁～IS_n和多个调整电路CKT₁～CKT_n。可变电流源IS₁～IS_n可分别将流经发光组件10中相对应发光单元D₁～D_n的电流控制在可调整的预定值，进而达到控制亮度及保护发光二极管的目的。调整电路CKT₁～CKT_n可分别检测V₁～V_n的值，并依此调整可变电流源IS₁～IS_n的限流值。

如前所述，电压Vf的值随着时间而有周期性变化。假设在起始时电压Vf的值由0逐渐上升，当发光单元D₁上的跨压大于发光单元D₁的临界电压时，发光单元D₁会被导通，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁和电流源IS₁，并由电流源IS₁将流经发光单元D₁的电流控制在固定值。接着，电压V₁会随着电压Vf而增加，当发光单元D₂上的跨压大于发光单元D₂的临界电压时，发光单元D₂会被导通，调整电路CKT₁会检测电压V₂或发光单元D₂的电流，将可变电流源IS₁的限流值随发光单元D₂电流增加而逐渐调降至零，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁、发光单元D₂、和电流源IS₂，并由电流源IS₂将流经发光单元D₁～D₂的电流控制在固定值。依此类推，随着电压Vf逐渐上升，电压V₁～V_n的值也依序随之增加，使得发光单元D₁～D_n依序被导通。另一方面，调整电路CKT₁～CKT_n会分别检测电压V₂～V_n+1的值或分别检测流经发光单元D₂～D_n+1的电流，再依序将可变电流源IS₁～IS_n的限流值调降至零。。

假设在电源供应电路提供的电压Vf具最大值时，发光单元D₁～D_n皆被导通，可变电流源IS₁～IS_n-1的限流值皆为零，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁～D_n和电流源IS_n，并由电流源IS_n将流经发光单元D₁～D_n的电流控制在固定值。随着电压Vf开始下降，发光单元D_n首先会因跨压不足而被关闭，调整电路CKT_n-1会检测电压V_n或发光单元D_n的电流，逐渐调升可变电流源IS_n-1的电流达限流值，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁～D_n-1和电流源IS_n-1，并由电流源IS_n-1将流经发光单元D₁～D_n-1的电流控制在固定值。依此类推，随着电压Vf逐渐下降，电压V_n～V₁的值也依序随之减少，使得发光单元D_n～D₁依序被关闭，调整电路CKT_n-1～CKT₁会分别检测电压V_n～V₂或分别检测发光单元D_n～D₂的电流，再依序调升开关可变电流源IS_n-1～IS₁的电流达限流值。。

在本发明第二实施例的发光二极管驱动电路200中，电流选择电路220包含多组定电流源IS₁～IS_n、多个开关SW₁～SW_n，以及多个判断单元CM₁～CM_n。电流源IS₁～IS_n可分别将流经发光组件10中相对应发光单元D₁～D_n的电流控制在固定值，进而达到控制亮度及保护发光二极管的目的。开关SW₁～SW_n的第一端分别耦接至发光单元D₁～D_n+1中两相邻发光单元之间(V₁～V_n)，而第二端则分别耦接至电流源IS₁～IS_n。判断单元CM₁～CM_n可分别检测V₁～V_n的值，并依此开启或关闭相对应的开关SW₁～SW_n。

如前所述，电压Vf的值随着时间而有周期性变化。假设在起始时电压Vf的值为0，此时开关SW₁～SW_n皆呈导通状态(短路)。接着电压Vf逐渐上升，当发光单元D₁上的跨压等于发光单元D₁的临界电压时，发光单元D₁会被导通，而发光单元D₂仍无法导通，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁、开关SW₁和电流源IS₁，并由电流源IS₁将流经发光单元D₁的电流控制在固定值。接着，电压V₁会随着电压Vf而增加，当发光单元D₂上的跨压等于发光单元D₂的临界电压时，发光单元D₂会被导通，而发光单元D₃仍无法导通，此时电压V₂亦会随着电压Vf而增加。在检测到电压V₂已达到一预定值后，判断单元CM₁会关闭(开路)开关SW₁，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁、发光单元D₂、开关SW₂和电流源IS₂，并由电流源IS₂将流经发光单元D₁～D₂的电流控制在固定值。依此类推，随着电压Vf逐渐上升，电压V₁～V_n的值也依序随之增加，使得发光单元D₁～D_n依序被导通。另一方面，判断单元CM₁～CM_n分别检测电压V₂～V_n+1的值是否达到预定值，再依序关闭(开路)开关SW₁～SW_n。

假设在电源供应电路提供的电压Vf具最大值时，发光单元D₁～D_n皆被导通，开关SW₁～SW_n-1皆被关闭(开路)，而开关SW_n被导通(短路)，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁～D_n、开关SW_n和电流源IS_n，并由电流源IS_n将流经发光单元D₁～D_n的电流控制在固定值。随着电压Vf开始下降，电压V_n亦开始下降，当电压V_n随着电压Vf下降而达到一预定值后，判断单元CM_n-1会导通(短路)开关SW_n-1，发光单元D_n亦会因跨压不足而被关闭。此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D₁～D_n-1、开关SW_n-1和电流源IS_n-1，并由电流源IS_n-1将流经发光单元D₁～D_n-1的电流控制在固定值。依此类推，随着电压Vf逐渐下降，电压V_n～V₁的值也依序随之降低，使得发光单元D_n～D₁依序被关闭。另一方面，判断单元CM_n-1～CM₁分别检测电压V_n～V₂的值是否达到预定值，再依序导通(短路)开关SW_n-1～SW₁。另一方面，发光单元D_n～D₁亦会因跨压不足依序被关闭。

请参考图6，图6为本发明的发光二极管驱动电路100或200运作时的示意图。假设发光二极管驱动电路100或200使用5组电流源IS₁～IS₅，且其预设的限流值皆相等。发光组件10包含5个串接的发光单元D₁～D₅，其临界电压分别由Vb₁～Vb₅来表示。在图6中，Vf代表电源供应电路110所提供的直流电压，Vb代表发光单元D₁～D₅中所有导通发光单元上的总跨压，而I_D1代表流经了发光单元D₁的电流。如图6所示，本发明不但能提供大范围的可操作电压(t1和t2之间)，同时亦能减少电流源IS₁～IS₅的功率消耗(电压Vf和Vb之间的差值，由图6中斜线部分来表示)。

综上所述，本发明可依据每一发光单元的实际临界电压来控制相对应电流源的限流值，例如第一实施例中电流选择电路120的数字式切换，或是第二实施例中电流选择电路220的模拟式调整。因此不需使用滤波电容，也不需要检测输入电压，而是随着每一发光二极管的个别临界电压来控制发光二极管串行内的电流路径。即使发光单元内各发光二极管的临界电压并不尽相同，本发明仍可准确地提供相对应的限流值，因此能增加可操作电压范围，同时获得极佳的发光效率与功率因素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种具有大操作电压范围的驱动电路，用来驱动多个串接的发光单元，该驱动电路包含：

一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其中该电流选择电路包含：

多组电流源，分别用来提供该多组限流值。

3.如权利要求2所述的驱动电路，其中该电流选择电路包含：

多个调整电路，用来分别依据该多个发光单元中相对应的两相邻发光单元之间的电位来调整该多组限流值的大小。

4.如权利要求2所述的驱动电路，其中该多组电流源为可变电流源。

5.如权利要求2所述的驱动电路，其中该电流选择电路包含：

多个判断单元，用来依据该多个发光单元中相对应的两相邻发光单元之间的电位来产生多组开关控制讯号；以及

多个开关，用来分别依据该多组开关控制讯号来控制该多组电流源和相对应发光单元之间的讯号传送路径。

6.如权利要求2所述的驱动电路，其中该多组电流源为定电流源。

7.如权利要求1所述的驱动电路，其中该电流选择电路是与多个串接的发光单元成阵列排列。

8.如权利要求1所述的驱动电路，其中每一发光单元包含一发光二极管。

9.如权利要求1所述的驱动电路，其中每一发光单元包含多个串接的发光二极管。

10.一种具有大操作电压范围的显示装置，其包含：

多个串接的发光单元；

一电源供应电路，串接于该多个发光单元；以及

一驱动电路，用来驱动该多个串接的发光单元，该驱动电路包含：

11.如权利要求10所述的显示装置，其中该电流选择电路包含：

多组电流源，分别用来提供该多组限流值。

12.如权利要求11所述的显示装置，其中该电流选择电路包含：

13.如权利要求11所述的显示装置，其中该多组电流源为可变电流源。

14.如权利要求11所述的显示装置，其中该电流选择电路包含：

15.如权利要求11所述的显示装置，其中该多组电流源为定电流源。

16.如权利要求10所述的显示装置，其中该电流选择电路是与多个串接的发光单元成阵列排列。

17.如权利要求10所述的显示装置，其中该电源供应电路包含：

一电压源，用来提供一具正负周期的交流电压；以及

一桥式整流器，用来转换该交流电压于负周期时的输出，进而提供一直流电压以驱动该多个串接的发光单元。

18.如权利要求1所述的显示装置，其中每一发光单元包含一发光二极管。

19.如权利要求1所述的显示装置，其中每一发光单元包含多个串接的发光二极管。