CN102223741B - 应用在led驱动器的控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用在LED驱动器的控制电路及方法，以改善LED驱动器效率及延长电池使用寿命。该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生回授电压，该控制电路包括：参考电压调整器连接该LED驱动器的电源输入端，侦测其输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；以及误差放大器连接该回授电路及参考电压调整器，根据该回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。本发明中，LED驱动器是侦测输入电压且是输出电流受控制，从而使得输出电流将随输入电压下降而下降，因此在电池供电的系统中，可延长电池的使用时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)驱动器，特别是关于一种应用在LED驱动器的控制电路及方法。
背景技术
LED驱动器是切换式电源转换器的应用之一。在使用电池供电的系统中，例如LED手电筒，输入电流受侦测及控制使电池电压越低时输入电流也越低，如此，即使在电池几乎耗尽时，仍可点亮LED，因而最大化电池的使用时间。然而此法有两项缺点：第一，LED的亮度正比于输出电流，而非输入电流，因此控制输入电流无法准确控制LED的亮度；第二，在升压系统中，输入电流通常大于输出电流，因此造成效率差，部分功率浪费在感测电阻上。
例如参照图1的升压结构LED驱动器10，晶体管Q作为功率开关受控制器12切换，感测电阻R串联晶体管Q以侦测输入电流Iin，感测电阻R的压降VR回授给控制器12，一旦电压VR大于参考电压，晶体管Q就被关闭一段固定时间，以释放储存在电感L的能量。在此法中，输入电流Iin的峰值受控制，当电池电压Vin下降，该参考电压以固定的斜率下降，因此输入电流Iin的峰值跟着下降。故电池电压Vin越低，输入电流Iin也越低。虽然此法能最大化电池的使用时间，却非输出电流Io受控制，其大小因而很难决定，会随着外部组件而有大变动，导致大量生产的困扰。又因为感测电阻R的功率消耗大，所以很难改善效率。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种应用在LED驱动器的控制电路及方法，以改善LED驱动器效率及延长电池使用寿命。
为达上述目的，本发明提供一种应用在LED驱动器的控制电路，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生回授电压，该控制电路包括：
参考电压调整器连接该LED驱动器的电源输入端，侦测其输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；以及
误差放大器(包括但不限于传导放大器)连接该回授电路及参考电压调整器，根据该回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。
于一具体实施例中，该参考电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压；
其中，该第二参考电压等于该第一参考电压减去该调整电压。
为达上述目的，本发明还提供一种应用在LED驱动器的控制方法，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；以及
(B)根据该回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。
于一具体实施例中，上述步骤A包括：
根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一参考电压减去该调整电压产生该第二参考电压。
为达上述目的，本发明还提供一种应用在LED驱动器的控制电路，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制电路包括：
回授电压调整器连接该回授电路，侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
误差放大器(包括但不限于传导放大器)连接该回授电压调整器，根据该第二回授电压及第一参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。
于一具体实施例中，该回授电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压；
其中，该第二回授电压等于该第一回授电压加上该调整电压。
为达上述目的，本发明还提供一种应用在LED驱动器的控制方法，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
(B)根据该第二回授电压及第一参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。
于一具体实施例中，上述步骤A包括：
根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一回授电压加上该调整电压产生该第二回授电压。
为达上述目的，本发明还提供一种应用在LED驱动器的控制电路，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制电路包括：
参考电压调整器连接该LED驱动器的电源输入端，侦测其输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；
回授电压调整器连接该回授电路，侦测该输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
误差放大器(包括但不限于传导放大器)连接该参考电压调整器及回授电压调整器，根据该第二回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。
于一具体实施例中，该参考电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压；
其中，该第二参考电压等于该第一参考电压减去该调整电压。
于一具体实施例中，该回授电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压；
其中，该第二回授电压等于该第一回授电压加上该调整电压。
为达上述目的，本发明还提供一种应用在LED驱动器的控制方法，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；
(B)侦测该输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
(C)根据该第二回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流。
于一具体实施例中，该步骤A包括：
根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一参考电压减去该调整电压产生该第二参考电压。
于一具体实施例中，该步骤B包括：
根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一回授电压加上该调整电压产生该第二回授电压。
根据本发明，LED驱动器是侦测输入电压且是输出电流受控制。该输出电流受侦测而产生回授电压，并根据该输入电压调整该回授电压或参考电压，从该回授电压及参考电压之间的差值产生误差信号以控制该输出电流，从而使得输出电流将随输入电压下降而下降，因此在电池供电的系统中，可延长电池的使用时间。
附图说明
图1是习知的升压结构LED驱动器；
图2是应用本发明之第一实施例的升压结构LED驱动器；
图3是图2中的参考电压调整器的实施例；
图4是应用本发明之第二实施例的升压结构LED驱动器；
图5是图4中的回授电压调整器的实施例；
图6是应用本发明之第三实施例的升压结构LED驱动器；以及
图7是本发明之第四实施例。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
参照图2的升压结构LED驱动器14，回授电路16连接LED以回授电压Vfb回授LED的电流Io给控制电路18，控制电路18侦测输入电压Vin，并根据回授电压Vfb产生误差信号Sc，脉宽调变(PWM)比较器20比较误差信号Sc及锯齿波信号Sr产生脉宽调变信号Spwm，正反器22根据信号Spwm及时钟CLK产生驱动信号Sd控制作为功率开关的晶体管M，以调节提供给LED的输出电流Io。在此实施例中，回授电路16包括感测电阻R串联LED，以感测输出电流Io，回授电压Vfb是感测电阻R的压降。在控制电路18中，电压源Vref提供参考电压Vref给参考电压调整器24，参考电压调整器24侦测输入电压Vin并据以调整参考电压成为Vrefo＝f(Vin)，其随着输入电压Vin下降而下降，误差放大器26根据回授电压Vfb及参考电压Vrefo之间的差值产生误差信号Sc。由于负回授回路会强迫回授电压Vfb等于参考电压Vrefo，因此当参考电压Vrefo下降时，输出电流Io也将跟着下降。在电池供电的系统中，当电池电压Vin下降时，输出电流Io也会跟着下降，因此可延长电池的使用时间。
图3是图2中的参考电压调整器24的实施例，其中电压源Vini提供参考电压Vini给运算放大器28的负输入端，电阻Rin连接在电源输入端Vin及运算放大器28的正输入端之间，因为虚短路的缘故，运算放大器28将参考电压Vini反映到其正输入端，因此电阻Rin的电流Ivin＝(Vin-Vini)/Rin，此电流Ivin送至运算电路30与参考电流Iref进行运算，例如加、减、乘、除等，产生电流Im＝f(-Ivin)，电阻Rs连接在电压源Vref及运算电路30的输出端Iout之间，电流Im通过电阻Rs产生调整电压VRs，参考电压Vref减去调整电压VRs得到参考电压Vrefo＝Vref-Im×Rs。当输入电压Vin下降时，电流Im上升，调整电压VRs变大，因此参考电压Vrefo下降。
由于误差放大器的正输入减量相当于负输入增量，因此图2的实施例也可以改为图4的实施例，以回授电压调整器32侦测输入电压Vin并据以调整回授电压成为Vfbo＝f(Vin)，其随着输入电压Vin下降而上升。由于负回授回路会强迫回授电压Vfbo等于参考电压Vref，因此当回授电压Vfbo上升时，输出电流Io会跟着下降，即，输出电流Io将随输入电压Vin下降而下降，因此在电池供电的系统中，可延长电池的使用时间。
图5是图4中的回授电压调整器32的实施例，其与图3的电路是相同的，但是电阻Rs连接在运算电路30的输出端Iout及回授电路16之间，回授电压Vfb加上调整电压VRs得到回授电压Vfbo＝Vfb+Im×Rs。电流Im＝f(-Ivin)，当输入电压Vin下降时，电流Im上升，调整电压VRs变大，因此回授电压Vfbo上升。
也可以结合图2及图4的实施例，如图6所示，参考电压调整器24及回授电压调整器32分别调整参考电压Vref及回授电压Vfb成为Vrefo＝f(Vin)及Vfbo＝f(Vin)，参考电压Vrefo随输入电压Vin下降而下降，回授电压Vfbo随输入电压Vin下降而上升，负回授回路强迫回授电压Vfbo等于参考电压Vrefo，因此当回授电压Vfbo上升或参考电压Vrefo下降时，输出电流Io将跟着下降。
在图2、图4及图6的实施例中，输出电流Io小于输入电流Iin，感测电阻R的功率消耗较低，因而效率较高。根据本发明的LED驱动器，输出电流Io被侦测及控制，因此可以准确控制LED的亮度。
上述实施例使用特定的电源转换器及电路是为了方便说明，并非对本发明的限定，参照图7，电源转换器的功率级34及PWM回路36有各种不同的型态及电路，例如降压架构及低压差稳压架构(Low DropOut；LDO)，提供给PWM回路36的误差信号Sc有可能是电流型态，在此状况下，误差放大器26可以使用传导放大器，用来侦测LED电流Io产生回授电压Vfb的侦测器38也有各种不同的方法及电路已被揭露，例如从功率级34的输出端侦测。本领域的技术人员以上实施例的教导，当可学得将本发明应用到各种不同的LED驱动器，并依照需求采用各种电路设计出其它不同的实施例。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生回授电压，该控制电路包括：
参考电压调整器连接该LED驱动器的电源输入端，侦测其输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；以及
误差放大器连接该回授电路及参考电压调整器，根据该回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该参考电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压，其中该第二参考电压等于该第一参考电压减去该调整电压。
2.如权利要求1所述的应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该误差放大器包括传导放大器。
3.一种应用在LED驱动器的控制方法，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；以及
(B)根据该回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该步骤A包括：
根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一参考电压减去该调整电压产生该第二参考电压。
4.一种应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制电路包括：
回授电压调整器连接该回授电路，侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
误差放大器连接该回授电压调整器，根据该第二回授电压及第一参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该回授电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压，其中该第二回授电压等于该第一回授电压加上该调整电压。
5.如权利要求4所述的应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该误差放大器包括传导放大器。
6.一种应用在LED驱动器的控制方法，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
(B)根据该第二回授电压及第一参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该步骤A包括：
根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一回授电压加上该调整电压产生该第二回授电压。
7.一种应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制电路包括：
参考电压调整器连接该LED驱动器的电源输入端，侦测其输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；
回授电压调整器连接该回授电路，侦测该输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
误差放大器连接该参考电压调整器及回授电压调整器，根据该第二回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该参考电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压，其中该第二参考电压等于该第一参考电压减去该调整电压。
8.一种应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制电路包括：
参考电压调整器连接该LED驱动器的电源输入端，侦测其输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；
回授电压调整器连接该回授电路，侦测该输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
误差放大器连接该参考电压调整器及回授电压调整器，根据该第二回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该回授电压调整器包括：
第一电阻根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
运算电路将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；以及
第二电阻连接该运算电路，根据该第二电流产生调整电压，其中该第二回授电压等于该第一回授电压加上该调整电压。
9.如权利要求7所述的应用在LED驱动器的控制电路，其特征在于，该误差放大器包括传导放大器。
10.一种应用在LED驱动器的控制方法，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；
(B)侦测该输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
(C)根据该第二回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该步骤A包括：
根据该输入电压及第三参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一参考电压减去该调整电压产生该第二参考电压。
11.一种应用在LED驱动器的控制方法，其特征在于，该LED驱动器具有回授电路侦测其输出电流产生第一回授电压，该控制方法包括：
(A)侦测该LED驱动器的输入电压并据以调整第一参考电压产生第二参考电压；
(B)侦测该输入电压并据以调整该第一回授电压产生第二回授电压；以及
(C)根据该第二回授电压及第二参考电压之间的差值产生误差信号供控制该输出电流；
其中，该步骤B包括：
根据该输入电压及第二参考电压之间的差值决定第一电流；
将该第一电流及参考电流进行运算以产生第二电流；
根据该第二电流决定调整电压；以及
将该第一回授电压加上该调整电压产生该第二回授电压。
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