CN102469663B - 发光二极管的控制电路、相关的集成电路与控制方法 - Google Patents

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Abstract

发光二极管的控制电路、相关的集成电路与控制方法。控制电路控制驱动至少一发光二极管。电流控制元件控制流经发光二极管的电流，电流控制元件具有控制端。控制电路包含有驱动电路以及错误检测器。在驱动电路中，第一比较电路比较感测端的感测信号与电流设定信号，以产生第一比较信号。中继电路依据第一比较信号，来产生驱动信号至控制端，以驱动电流控制元件。在错误检测器中，第二比较器比较第一比较信号以及驱动信号以产生第二比较信号。第三比较器比较驱动信号以及临界电压以产生第三比较信号。第四比较器比较感测信号与电流设定信号以产生第四比较信号。决定电路依据第二、第三、以及第四比较信号，来致能或是禁能该驱动电路。

Description

发光二极管的控制电路、相关的集成电路与控制方法
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管的控制电路，以及相关的集成电路与控制方法。
背景技术
因为发光二极管(light emitting diode，LED)的电光转换效率相当得好，高于日光灯、冷阴极管(CCFL)或是灯泡等，所以当前的趋势为以LED来取代上述这些发光源。举例来说，LED已经渐渐地取代CCFL，成液晶面板(LCD panel)的背光光源。
图1为一LED的电源电路。市电的AC电源，经过电源管理电路12后，经过变压器14的转换，在OUT端产生输出电源VOUT。通过分压电阻18与20、齐纳二极管LT431、以及光耦合器16，输出电源VOUT的消息反馈至电源管理电路12，来达到输出电源VOUT的调控(regulation)。N个发光二极管串(LEDchain)CLED1...CLEDN连接到输出电源VOUT，当作发光源。可控式电流源I1...IN，其内部电路大致相同，分别对应到发光二极管串CLED1...CLEDN，通过控制流经二极管串的电流，来控制二极管串的亮度。
图2显示图1中可控式电流源I1的一种作法。误差放大器EA1控制功率晶体管M1，改变流经发光二极管串CLED1与感测电阻CS1的电流，希望使感测信号VSENSE1的电压等同于电流设定信号VLEDBIAS的电压。感测电阻CS1...CSN的电阻值大致相同。如果感测信号VSENSE1...VSENSEN的电压都大约等于电流设定信号VLEDBIAS，那大致就可以推论流经图2中每个LED的电流都相等。
电路上元件的短路与开路，往往会造成错误的动作，甚至引发生命危险。LED的电源电路也是不例外。举例来说，如果图2中的感测电阻CS1短路(电阻为0)，那发光二极管串CLED1的亮度就会过亮，甚至是烧毁。因此，错误应该尽早地检测，而且进行相对应的防护措施。
发明内容
本发明的一实施例提供一种发光二极管的控制电路，用以控制驱动至少一发光二极管。一电流控制元件可控制流经该发光二极管的电流，该电流控制元件具有一控制端。该控制电路包含有一驱动电路以及一错误检测器。在该驱动电路中，一第一比较电路比较该感测端的一感测信号与一电流设定信号，以产生一第一比较信号。该感测信号的电压代表流经该发光二极管的电流。一中继电路依据该第一比较信号，来产生一驱动信号至该控制端，以驱动该电流控制元件。在该错误检测器(fault detector)中，一第二比较器，比较该第一比较信号以及该驱动信号，以产生一第二比较信号。一第三比较器，比较该驱动信号以及一临界电压，以产生一第三比较信号。一第四比较器，比较该感测信号与该电流设定信号，以产生一第四比较信号。一决定电路，依据该第二、第三、以及第四比较信号，来致能(enable)或是禁能(disable)该驱动电路。
本发明的一实施例提供一种发光二极管的控制方法，用以控制驱动至少一发光二极管。一电流控制元件可控制流经该发光二极管的电流，该电流控制元件具有一控制端。比较一感测信号与一电流设定信号，以产生一第一比较信号，其中该感测信号代表流经该发光二极管的电流。提供一驱动信号至该控制端，且使该驱动信号的电压大致追随该第一比较信号的电压。比较该驱动信号与该第一比较信号，且当该驱动信号差距该第一比较信号至一第一预设偏移值以上时，致能一第二比较信号。比较该驱动信号与一临界电压，且当该驱动信号超过一临界电压时，致能一第三比较信号。比较该感测信号与该电流设定信号，且当该感测信号与该电流设定信号差距一第二预设偏移值以上时，致能一第三比较信号。当该第二、第三或第四比较信号为致能时，维持该电流控制元件为关闭状态。
附图说明
图1为一传统的LED的电源电路。
图2显示图1中可控式电流源I1的一种作法。
图3为依据本发明实施的一集成电路IC以及相关电路。
图4为图3中的控制电路S1的电路示意图。
[主要元件标号说明]
12    电源管理电路            14                 变压器
16    光耦合器                18、20             电阻
AC    电源                    CLED1...CLEDN      发光二极管串
CM1、CM2、CM3、CM4  比较电路  CS1...CSN          感测电阻
D1    驱动电路                EA1                误差放大器
ENABLE1     控制信号          FD1                错误检测器
GAT-SRT、GAT-SAT、SEN-SRT     比较信号
I1...IN     可控式电流源      IC                 集成电路
LOGIC1      决定电路          LT431              齐纳二极管
M1...MN     功率晶体管        MD                 MOS晶体管
OUT         接点              RD                 电流源
S1...SN     控制电路          SD                 开关
VCMP        比较信号          VGATE1...VGATEN    驱动信号
VLEDBIAS    电流设定信号      VOUT               输出电源
VTH、VTHA   临界电压          VSENSE1...VSENSEN  感测信号
具体实施方式
图3为依据本发明实施的一集成电路IC以及相关电路，用以控制二极管串CLED1...CLEDN的电流。集成电路IC中有控制电路S1...SN，分别以驱动信号VGATE1...VGATEN对应控制功率晶体管M1...MN，与分别接收感测电阻CS1...CSN所产生的感测信号VSENSE1...VSENSEN。在这个实施例中，控制电路S1...SN其中的电路都相同，在另一个实施例中，控制电路S1...SN可以不同。
以下以发光二极管串CLED1与控制电路S1为例，其它的二极管串与控制电路可以类推得知，不再重述。发光二极管串CLED1、功率晶体管M1与感测电阻CS1相串接。控制电路S1有驱动电路D1以及错误检测器FD1。驱动电路D1比较感测信号VSENSE1以及电流设定信号VLEDBIAS，来产生驱动信号VGATE1，以控制功率晶体管M1以及其中的电流。以下以电流设定信号VLEDBIAS为0.8伏特作为例子说明。错误检测器FD1则检测驱动电路D1中的信号，来判别是否有错误的发生，以适时地进行相关动作。
图4为图3中的控制电路S1的电路示意图。驱动电路D1中，比较电路CM1可以以一误差放大器(error amplifier)实施，比较感测信号VSENSE1与电流设定信号VLEDBIAS，以产生比较信号VCMP。感测信号VSENSE1的电压，代表了流经感测电阻CS1或是发光二极管串CLED1的电流。MOS晶体管MD跟电流源RD构成了一个源极随耦器(source follower)，作为一个中继电路，依据比较信号VCMP，来产生驱动信号VGATE1，以驱动功率晶体管M1。当发光二极管串CLED1正常驱动没有错误发生时，感测信号VSENSE1的电压会大约等于电流设定信号VLEDBIAS的电压，而驱动信号VGATE1跟比较信号VCMP大约只会相差MOS晶体管MD的临界电压VTH(其可能约1伏特)。中继电路可以用来增大驱动电路D1的驱动力(driving ability)，也可以用其它电路实施，譬如射极随耦器(emitterfollower)或是AB放大器(AB amplifier)等。
错误检测器(fault detector)FD1中有三个比较器CM2、CM3与CM4，以及决定电路LOGIC1。比较器CM2检查驱动信号VGATE1与比较信号VCMP之间的差异。举例来说，如果比较信号VCMP高于驱动信号VGATE1达1.5伏特，则比较信号GAT-SRT被致能(asserted)。比较器CM3检查驱动信号VGATE1与临界电压VTHA。举例来说，如果驱动信号VGATE1高过为4伏特的临界电压VTHA，则比较信号GAT-SAT被致能。比较器CM4检查电流设定信号VLEDBIAS与感测信号VSENSE1之间的差异。举例来说，如果电流设定信号VLEDBIAS超过感测信号VSENSE1达0.4伏特的电压，则比较信号SEN-SRT被致能。决定电路LOGIC1可以依据比较信号GAT-SRT、GAT-SAT、以及SEN-SRT来做逻辑判断，以禁能或是致能控制信号ENABLE1。举例来说，当比较信号GAT-SRT、GAT-SAT、以及SEN-SRT其中有一个是致能时，就认定有错误发生，所以控制信号ENABLE1就被禁能(disasserted)，关闭了驱动电路D1中的开关SD，使驱动信号VGATE1固定地关闭功率晶体管M1，发光二极管串CLED1就没有电流流通。
在正常或是开机操作时，控制信号ENABLE1为致能，使驱动电路D1正常的驱动功率晶体管M1。错误检测器FD1可以正确地发现许多种错误的发生。以下举例说明。
当功率晶体管M1的控制端固定的短路到地时，驱动信号VGATE1会一直为0伏特，导致感测信号VSENSE1也会是0伏特。因此，比较信号GAT-SRT与SEN-SRT会被致能，进而禁能了控制信号ENABLE1，才不会使驱动电路D1浪费电能在继续驱动功率晶体管M1。
当功率晶体管M1的控制端到驱动电路D1为开路时，驱动信号VGATE1会到达饱和，所以高过临界电压VTHA，使比较信号GAT-SAT被致能。此时，感测信号VSENSE1也会是0伏特，所以比较信号SEN-SRT会被致能。如此，驱动电路D1就被禁能。
当发光二极管串CLED1其中有一个LED是开路时、或是发光二极管串CLED1没有连接到功率晶体管M1时，感测信号VSENSE1会是0伏特，且驱动信号VGATE1会到达饱和。因此，比较信号GAT-SAT与SEN-SRT被致能，驱动电路D1就被禁能。
当感测电阻CS1短路时，感测信号VSENSE1会是0伏特，且驱动信号VGATE1会到达饱和，因此，比较信号GAT-SAT与SEN-SRT被致能，驱动电路D1就被禁能，强制把发光二极管串CLED1中的电流关闭，避免过高电流烧毁LED。
当功率晶体管M1没有连接到感测电阻CS1时，一样的感测信号VSENSE1会是0伏特，且驱动信号VGATE1会到达饱和。所以比较信号GAT-SAT与SEN-SRT被致能而禁能驱动电路D1。
由以上说明可知，错误检测器(fault detector)FD1可以适当地判断出许多错误的发生，进而停止发光二极管串CLED1中的电流，避免危险的发生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种发光二极管的控制电路，用以控制驱动至少一发光二极管，一电流控制元件可控制流经该发光二极管的电流，该电流控制元件具有一控制端，该控制电路包含有：
一驱动电路，包含有：
一第一比较电路，用以比较一感测信号与一电流设定信号，以产生一第一比较信号，其中该感测信号的电压代表流经该发光二极管的电流；以及
一中继电路，依据该第一比较信号，来产生一驱动信号至该控制端，以驱动该电流控制元件，其中，该驱动信号的电压追随该第一比较信号的电压；
一错误检测器，包含有：
一第二比较器，比较该第一比较信号以及该驱动信号，以产生一第二比较信号；
一第三比较器，比较该驱动信号以及一临界电压，以产生一第三比较信号；
一第四比较器，比较该感测信号与该电流设定信号，以产生一第四比较信号；以及
一决定电路，依据该第二、第三、以及第四比较信号，来致能或是禁能该驱动电路，
其中，当该第一比较信号高于该驱动信号一第一预设偏移值以上时，该第二比较信号为致能；当该驱动信号高于该临界电压时，该第三比较信号为致能；当该感测信号与该电流设定信号差距一第二预设偏移值以上时，该第四比较信号为致能；以及，当该第二、第三、或第四比较信号为致能时，该驱动电路被禁能。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，该第二比较器检查该第一比较信号是否高于该驱动信号一预设偏移值，以产生该第二比较信号。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其中，该第四比较器检查该感测信号是否低于该电流设定信号一预设偏移值，以产生该第四比较信号。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其中，该中继电路为一源极随耦器或一射极随耦器。
5.一种集成电路，用来控制多个发光二极管串，每一发光二极管串包含有多个发光二极管，该集成电路包含有：
多个如权利要求1所述的控制电路，每一控制电路控制一对应电流控制元件，该对应电流控制元件与一对应电流感测器串联，该对应电流感测器提供一对应感测信号。
6.一种发光二极管的控制方法，用以控制驱动至少一发光二极管，一电流控制元件可控制流经该发光二极管的电流，该电流控制元件具有一控制端，该控制方法包含有：
比较一感测信号与一电流设定信号，以产生一第一比较信号，其中该感测信号代表流经该发光二极管的电流；
提供一驱动信号至该控制端，且使该驱动信号的电压大致追随该第一比较信号的电压；
比较该驱动信号与该第一比较信号，且当该驱动信号差距该第一比较信号至一第一预设偏移值以上时，致能一第二比较信号；
比较该驱动信号与一临界电压，且当该驱动信号超过一临界电压时，致能一第三比较信号；
比较该感测信号与该电流设定信号，且当该感测信号与该电流设定信号差距一第二预设偏移值以上时，致能一第三比较信号；以及
当该第二、第三或第四比较信号为致能时，维持该电流控制元件为关闭状态。
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