CN102573192B - 发光二极管的驱动电压的保持方法及驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管的驱动装置，包括电源转换器、电压取样保持及比较器以及预充时钟脉冲发生器。电源转换器具有功率晶体管开关以进行功率转换并在发光二极管驱动装置的输出端输出驱动电压。电压取样保持及比较器依据调光状态信号来分别进入取样保存模式及比较模式。电压取样保持及比较器在取样保存模式时取样保存反馈电压以获得预存电压，并在比较模式时比较预存电压及反馈电压来产生比较结果并以产生预充致能信号。预充时钟脉冲发生器依据预充致能信号以及时钟脉冲信号来产生预充时钟脉冲信号以控制功率晶体管开关。本发明另公开了一种发光二极管的驱动电压的保持方法。

Description

发光二极管的驱动电压的保持方法及驱动装置

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的驱动装置，尤其涉及一种发光二极管的驱动装置的驱动电压的保持方法。

背景技术

请参照图1为已知的发光二极管驱动装置100的示意图。在发光二极管的驱动装置100中，为了让发光二极管串130产生正常的亮度，发光二极管驱动装置100中的电源转换器120会通过电流驱动器122来接收并回传发光二极管串130导通时的跨压来作为参考电压VFB，发光二极管驱动装置100则依据参考电压VFB来调整驱动电压Vout的电压大小。

在另一方面，发光二极管驱动装置100还接收调光状态信号DIM来进行发光二极管串130的调光动作。也就是说，当调光状态信号DIM指示发光二极管串130停止发光时，电源转换控制器121所产生的脉宽调变信号PWM使功率晶体管开关T1断开并停止功率转换动作。在此同时，驱动电压Vout会随着时间而下降。在当调光状态信号DIM指示发光二极管串130重新开始发光时，电源转换控制器121则依据参考电压VFB及反馈电压OVS产生有效的脉宽调变信号PWM使功率晶体管开关T1进行切换并重新启动功率转换动作，并使驱动电压Vout回升。

在上述发光二极管驱动装置100的动作中，若调光状态信号DIM指示发光二极管串130停止发光的时间过长，会导致驱动电压Vout产生大幅度的下降，而在当发光二极管串130重新开始发光时，为使驱动电压Vout快速回升，电源转换器120的电感L1上将会产生很大的电感电流IL。这个衍生出来的大电感电流IL除了会造成很严重的电磁干扰(Electro-Magnetic Interference,EMI)外，甚至有可能造成发光二极管驱动装置100中的元件损毁。

发明内容

本发明提供一种发光二极管的驱动装置，用以降低在调光状态改变时所产生的驱动装置内的过电流现象。

本发明提供一种发光二极管的驱动电压的保持方法，用以降低在调光状态改变时所产生的驱动装置内的过电流现象。

本发明提出一种发光二极管的驱动装置，包括电源转换器、电压取样保持及比较器以及预充时钟脉冲发生器。电源转换器具有功率晶体管开关，电源转换器接收输入电压并通过功率晶体管开关进行功率转换以在发光二极管驱动装置的输出端以输出驱动电压。电压取样保持及比较器耦接输出端以接收依据驱动电压所产生的反馈电压。电压取样保持及比较器接收并依据调光状态信号来分别进入取样保存模式及比较模式。当在取样保存模式时，电压取样保持及比较器取样保存反馈电压以获得预存电压；当在比较模式时，电压取样保持及比较器依据比较预存电压及反馈电压来产生比较结果，电压取样保持及比较器并通过比较结果来产生预充致能信号。预充时钟脉冲发生器耦接电压取样保持及比较器，接收并依据预充致能信号以及时钟脉冲信号来产生预充时钟脉冲信号以控制功率晶体管开关。

本发明另提出一种发光二极管的驱动电压的保持方法，其中的驱动电压为通过电源转换器的功率晶体管进行功率转换所产生，包括：依据调光状态信号来分别执行取样保存模式及比较模式，其中在取样保存模式时进行取样并保存反馈电压以获得预存电压，其中的反馈电压依据驱动电压所产生；另外，在比较模式时，则针对预存电压与反馈电压进行比较，以获得比较结果。接着，则依据比较结果来产生预充致能信号，并依据预充致能信号以及时钟脉冲信号来产生预充时钟脉冲信号以控制功率晶体管开关。

基于上述，本发明通过在调光启动状态时，针对依据发光二极管的驱动电压所产生的反馈电压来进行取样并保存，以产生预存电压。再通过在调光关闭状态时比较预存电压以及反馈电压来决定是否产生预充时钟脉冲信号来稳定住驱动电压的电压值。如此一来，驱动电压的电压值将不会因为调光关闭状态的时间过长而产生过多的电压降，而在重新进入调光启动状态时，也不会造成发光二极管的驱动装置中的电感产生过大的电流而衍生出严重的电磁干扰现象。

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

附图说明

图1为已知的发光二极管驱动装置100的示意图。

图2为本发明的一实施例的发光二极管驱动装置200的示意图。

图3为本发明实施例的电压取样保持及比较器210的实施方式的示意图。

图4为本发明实施例的预充时钟脉冲发生器220的一实施方式的示意图。

图5为本发明的另一实施例的发光二极管的驱动电压的保持方法的流程图。

图6为本发明的依据发光二极管的驱动电压的保持方法实施例的一实施方式的流程图。

主要元件符号说明：

100、200：发光二极管驱动装置

121、232：电源转换控制器

120、230：电源转换器

122：电流驱动器

130、240：发光二极管串

210：电压取样保持及比较器

220：预充时钟脉冲发生器

281：逻辑运算单元

310：逻辑运算电路

311、313：非门

312：与非门

VFB：参考电压

T1：功率晶体管开关

L1：电感

IL：电感电流

VIN：输入电压

Vout：驱动电压

OVS：反馈电压

VDD：电源电压

DIM、DIMB：调光状态信号

PRECHG：预充致能信号

PWM：脉宽调变信号

DIML_PWM：预充时钟脉冲信号

CLK：时钟脉冲信号

OPAMP1：运算放大器

SSW1：模式选择开关

GND：接地端

SC：保持电容

M1、M2：晶体管

I1：电流源

C1：电容

NOR1：或非门

NAND1：与非门

S510-S520、S610-S680：驱动电压的保持方法的步骤

具体实施方式

请参照图2，图2为本发明的一实施例的发光二极管驱动装置200的示意图。发光二极管驱动装置200包括电压取样保持及比较器210、预充时钟脉冲发生器220以及电源转换器230。电源转换器230具有功率晶体管开关T1。电源转换器230并接收输入电压VIN并通过功率晶体管开关T1的交互导通并断开的动作以进行功率转换，并藉此在发光二极管驱动装置200的输出端以输出驱动电压Vout以驱动发光二极管串240。

电压取样保持及比较器210耦接发光二极管驱动装置200的输出端以接收依据驱动电压Vout所产生的反馈电压OVS。在本实施例中，反馈电压OVS是通过针对驱动电压Vout进行分压所产生。电压取样保持及比较器210并接收调光状态信号DIM，电压取样保持及比较器210并依据调光状态信号DIM来分别进入取样保存模式及比较模式。具体来说，当电压取样保持及比较器210进入取样保存模式时，电压取样保持及比较器210针对反馈电压OVS取样保存以获得预存电压，另外，若当电压取样保持及比较器210在进入比较模式时，电压取样保持及比较器210则依据比较预存电压及反馈电压来产生比较结果，并通过比较结果来产生预充致能信号PRECHG。

上述的比较结果可以通过计算预存电压及反馈电压的差值来判断，当反馈电压小于预存电压一个预设的临界值时，则产生可以致能预充致能信号PRECHG的判断结果。相反的，当反馈电压大于或等于预存电压上述的预设的临界值时，则产生可以禁能预充致能信号PRECHG的判断结果。预设的临界值可以由设计者视实际状况需求来设定。当然临界值可以预设为0。

附带一提的，当调光状态信号DIM指示发光二极管驱动装置200进入调光启动状态时，电源转换器230中的电源转换控制器232产生有效的脉宽调变信号PWM以切换功率晶体管开关T1以产生驱动电压Vout以驱动发光二极管串240。相反的，当调光状态信号DIM指示发光二极管驱动装置200进入调光关闭状态时，电源转换器230中的电源转换控制器232不再产生有效的脉宽调变信号PWM。也就是说，在此状态下，功率晶体管开关T1不依据脉宽调变信号PWM进行切换。

预充时钟脉冲发生器220则耦接电压取样保持及比较器210。预充时钟脉冲发生器220接收电压取样保持及比较器210所产生的预充致能信号PRECHG，并依据预充致能信号PRECHG以及预充时钟脉冲发生器220所接收的时钟脉冲信号CLK来产生预充时钟脉冲信号DIML_PWM。预充时钟脉冲发生器220所产生的预充时钟脉冲信号DIML_PWM会被传送至电源转换器230中的功率晶体管开关T1的控制端，以在调光状态信号DIM指示发光二极管驱动装置200进入调光关闭状态时，还可以通过预充时钟脉冲发生器220所产生的预充时钟脉冲信号DIML_PWM来使功率晶体管开关T1进行切换。

如此一来，在调光关闭状态时的驱动电压Vout将可以维持在与调光启动状态时的驱动电压Vout相同的电压准位。而在发光二极管驱动装置200重新进入调光启动状态时，就不会因为要快速回补驱动电压Vout而产生大的电感电流IL。

另外，为了可以在不同状态(调光关闭状态以及调光启动状态)分别提供预充时钟脉冲信号DIML_PWM以及脉宽调变信号PWM至功率晶体管开关T1的控制端，电源转换器230另包括逻辑运算单元281。逻辑运算单元281用以在调光关闭状态以及调光启动状态下分别选择预充时钟脉冲信号DIML_PWM以及脉宽调变信号PWM并传送至功率晶体管开关T1的控制端。举例来说，逻辑运算单元281可以是一个选择器或是或门。

接着请参照图3，图3为本发明实施例的电压取样保持及比较器210的实施方式的示意图。电压取样保持及比较器210包括运算放大器OPAMP1、模式选择开关SSW1以及保持电容SC。运算放大器OPAMP1具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其第一输入端接收反馈电压OVS，其输出端与其第二输入端间串接模式选择开关SSW1。模式选择开关SSW1另接收调光状态信号DIM并受控于调光状态信号DIM而导通或断开。简单来说，当调光状态信号DIM指示发光二极管驱动装置200进入调光关闭状态时，模式选择开关SSW1对应断开。相反的，若当调光状态信号DIM指示发光二极管驱动装置200进入调光启动状态时，模式选择开关SSW1对应导通。

保持电容SC则串接于运算放大器OPAMP1的第二输入端与接地端GND间，用以保存预存电压。

在此请注意，在当模式选择开关SSW1导通时，运算放大器OPAMP1被耦接成一种所谓的单增益缓冲器(unit gain buffer)。此时，反馈电压OVS会通过运算放大器OPAMP1的输出端传送并储存在保持电容SC中。若在模式选择开关SSW1持续导通的情况下，而反馈电压OVS产生改变时，保持电容SC所储存的电压会随之改变。而在当模式选择开关SSW1依据调光状态信号DIM而断开的瞬间，保持电容SC所储存的电压即为预存电压。

在当模式选择开关SSW1断开后，运算放大器OPAMP1被耦接成比较器。此时，运算放大器OPAMP1针对其第一输入端接收的反馈电压OVS以及其第二输入端所接收的预存电压进行比较，并在运算放大器OPAMP1的输出端产生比较结果。

电压取样保持及比较器210还包括逻辑运算电路310。逻辑运算电路310耦接运算放大器OPAMP1的输出端以接收比较结果。逻辑运算电路310并接收调光状态信号DIMB，以依据调光状态信号DIMB及比较结果来产生预充致能信号PRECHG。

在本实施方式中，逻辑运算电路310包括非门311、与非门312以及非门313。非门311接收比较结果，与非门312则接收非门311的输出以及与调光状态信号DIM反向的反向调光状态信号DIMB。非门313则接收与非门312的输出并产生预充致能信号PRECHG。在当调光状态信号DIM为逻辑低准位时使运算放大器OPAMP1耦接成比较器时，且当比较结果为逻辑高准位时(反馈电压OVS不小于预存电压)，逻辑运算电路310产生禁能的(逻辑低准位)预充致能信号PRECHG。相反的，若当调光状态信号DIM为逻辑低准位时使运算放大器OPAMP1耦接成比较器，且当比较结果为逻辑低准位时(反馈电压OVS小于预存电压时)，逻辑运算电路310产生致能的(逻辑高准位)预充致能信号PRECHG。

以下请参照图4，图4为本发明实施例的预充时钟脉冲发生器220的一实施方式的示意图。预充时钟脉冲发生器220包括与非门NAND1、晶体管M1、M2、电流源I1、电容C1以及或非门NOR1。与非门NAND1的输入端接收时钟脉冲信号CLK，其另一输入端接收预充致能信号PRECHG。晶体管M1具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接与非门NAND1的输出端。晶体管M2同样具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接与非门NAND1的输出端，其第一端耦接功率晶体管开关T1的第二端，其第二端耦接接地端GND。电流源I1串接在电源电压VDD及晶体管M1的第一端间。电容C1串接在晶体管M2的第一端与接地端GND间。或非门NOR1的第一输入端耦接晶体管M2的第一端，其第二输入端耦接晶体管M1及M2的控制端，其输出端产生预充时钟脉冲信号DIML_PWM。

接着请参照图5，图5为本发明的另一实施例的发光二极管的驱动电压的保持方法的流程图。其中的驱动电压为通过电源转换器的功率晶体管进行功率转换所产生。本实施例驱动电压的保持方法包括：首先，依据调光状态信号来分别执行取样保存模式及比较模式。其中，在取样保存模式时进行取样并保存反馈电压以获得预存电压。其中的反馈电压依据驱动电压所产生。另外，在比较模式时，针对预存电压与反馈电压进行比较，以获得比较结果(S510)。

另外，依据步骤S510中所产生的比较结果来产生预充致能信号，并依据预充致能信号以及时钟脉冲信号来产生预充时钟脉冲信号以控制功率晶体管开关(S520)。

接着将针对本发明的发光二极管的驱动电压的保持方法的实施例提出一实施方式，来使本领域的普通技术人员更能了解本发明，并得具以实施。

请参照图6，图6为本发明的依据发光二极管的驱动电压保持方法实施例的一实施方式的流程图。首先，当发光二极管维持处于调光启动状态时，针对驱动电压进行取样(S610)，并在取样的过程中检测发光二极管处于调光启动状态或是调光关闭状态(S620)。若发光二极管维持处于调光启动状态则持续执行步骤(S610)。相反的，若发光二极管由调光启动状态切换至调光关闭状态时，则在调光启动状态切换至调光关闭状态的切换瞬间，则保存驱动电压为预存电压(S630)。

在获得预存电压后，则针对预存电压与在调光关闭状态时的驱动电压进行比较(S640)，并判断驱动电压是否小于预存电压(S650)。当判断的结果为驱动电压小于预存电压时，且发光二极管处于调光关闭状态时(S660)，则产生预充时钟脉冲信号(S670)。相反的，当判断的结果为驱动电压不小于预存电压时，则判断发光二极管是否持续处于调光关闭状态(S680)，若发光二极管持续处于调光关闭状态，则重新执行步骤S640，若发光二极管持续变更为调光启动状态时，则重新执行步骤S610。

综上所述，本发明通过在调光启动状态时取样依据驱动电压所产生的反馈电压，并保存调光启动状态时的反馈电压为预存电压。并在调光关闭状态时比较预存电压与反馈电压的大小，以产生预充时钟脉冲信号以控制功率晶体管开关持续进行电源转换的动作，有效地使驱动电压不会产生过大的电压降，避免重新进入调光启动状态时所可能产生的大电流现象，进而抑制电磁干扰的产生。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种发光二极管的驱动装置，包括：

一电源转换器，具有一功率晶体管开关，接收一输入电压并通过该功率晶体管开关进行功率转换以在该发光二极管驱动装置的一输出端输出一驱动电压；

一电压取样保持及比较器，耦接该输出端以接收依据该驱动电压所产生的一反馈电压，该电压取样保持及比较器接收并依据一调光状态信号来分别进入一取样保存模式及一比较模式，当在该取样保存模式时，该电压取样保持及比较器取样保存该反馈电压以获得一预存电压，当在该比较模式时，该电压取样保持及比较器依据比较该预存电压及该反馈电压来产生一比较结果，并通过该比较结果来产生一预充致能信号；以及

一预充时钟脉冲发生器，耦接该电压取样保持及比较器，接收并依据该预充致能信号以及一时钟脉冲信号来产生一预充时钟脉冲信号以控制该功率晶体管开关。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中当该调光状态信号指示该发光二极管的驱动装置进入一调光启动状态时，该电压取样保持及比较器进入该取样保存模式，当该调光状态信号指示该发光二极管的驱动装置进入一调光关闭状态时，该电压取样保持及比较器进入该比较模式。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中该电压取样保持及比较器在该反馈电压小于该预存电压预设的一临界值时致能该预充致能信号。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其中该预充时钟脉冲发生器在该预充致能信号致能时，依据该时钟脉冲信号来产生该预充时钟脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的驱动装置，其中该电压取样保持及比较器包括：

一运算放大器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其第一输入端接收该反馈电压；

一模式选择开关，串接于该运算放大器的输出端与第二输入端间，受控于该调光状态信号而导通或断开；以及

一保持电容，串接于该运算放大器的第二输入端与一接地端间，用以保存该预存电压。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其中该电压取样保持及比较器还包括：

一逻辑运算电路，耦接该运算放大器的输出端以接收该比较结果，该逻辑运算电路并接收该调光状态信号以依据该调光状态信号及该比较结果来产生该预充致能信号。

7.根据权利要求1所述的驱动装置，其中该预充时钟脉冲发生器包括：

一与非门，其第一输入端接收该时钟脉冲信号，其第二输入端接收该预充致能信号；

一第一晶体管，具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接该与非门的输出端；

一第二晶体管，具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接该与非门的输出端，其第一端耦接该第一晶体管的第二端，其第二端耦接一接地端；

一电流源，串接在一电源及该第一晶体管的第一端间；

一电容，串接在该第二晶体管的第一端与该接地端间；以及

一或非门，其第一输入端耦接该第二晶体管的第一端，其第二输入端耦接该第一及该第二晶体管的控制端，其输出端产生该预充时钟脉冲信号。

8.一种发光二极管的驱动电压的保持方法，其中该驱动电压为通过一电源转换器的一功率晶体管开关进行功率转换所产生，包括：

依据一调光状态信号来分别执行一取样保存模式及一比较模式，其中在该取样保存模式时进行取样并保存一反馈电压以获得一预存电压，其中该反馈电压依据该驱动电压所产生，在该比较模式时，针对该预存电压与该反馈电压进行比较，以获得一比较结果；以及

依据该比较结果来产生一预充致能信号，并依据该预充致能信号以及一时钟脉冲信号来产生一预充时钟脉冲信号以控制该功率晶体管开关。

9.根据权利要求8所述的驱动电压的保持方法，其中当该调光状态信号指示该发光二极管进入一调光启动状态时执行该取样保存模式，其中当该调光状态信号指示该发光二极管进入一调光关闭状态时执行该比较模式。

10.根据权利要求8所述的驱动电压的保持方法，其中依据该比较结果来产生该预充致能信号的步骤中包括：

当该比较结果为该反馈电压小于该预存电压预设的一临界值时致能该预充致能信号。

11.根据权利要求10所述的驱动电压的保持方法，其中在依据该预充致能信号以及该时钟脉冲信号来产生该预充时钟脉冲信号的步骤中包括：

该预充致能信号致能时，依据该时钟脉冲信号来产生该预充时钟脉冲信号。

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