CN102595678A - 具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路及其运作方法 - Google Patents

Abstract

一种具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路及其运作方法。该发光二极管电路，包含：发光二极管串以及发光二极管驱动电路。发光二极管驱动电路包含：电流汲取模块、电流镜以及直流至直流转换器。电流汲取模块将连接于发光二极管串其中之一的输出负载的电压锁存于设定电压电平。电流镜的输入分支根据可变设定负载产生输入设定电流。电流镜的输出分支产生输出设定电流，以于串联的第一以及第二负载产生可变参考电压以及设定电压。直流至直流转换器的控制模块根据可变参考电压以及一回授电压产生驱动电压控制功率放大器以进一步控制发光二极管串的运作。一种发光二极管电路运作方法亦在此被揭示。

Description

具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路及其运作方法

技术领域

本揭示内容涉及一种电路结构及其运作方法，特别是涉及一种具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路及其运作方法。

背景技术

发光二极管(light emitting diode；LED)与传统的灯泡照明工具相较下，估计效率约为传统灯泡的四倍。并且，发光二极管并没有传统的灯泡含有有毒的水银，更拥有较灯泡更长的使用寿命。种种因素下，发光二极管已经成为现代照明科技最新的主流技术。

电流汲取电路常应用于发光二极管电路中的发光二极管串中，以提供一个稳流稳压的机制。当与发光二极管串其中之一的输出端电压相关的回授电压被用来与一个固定的参考电压做比较，以达到回授控制的机制时，这个输出端电压的电压值常因而被维持在参考电压的大小附近。当发光二极管串的运作模式改变而使发光二极管串的电流变小时，电流汲取电路所产生的热却由于固定的参考电压的存在，而不会因为电流变小而下降，因此将在小电流运作模式下造成额外的功率损耗。

因此，如何设计一个具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路及其运作方法，以克服上述的问题，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

因此，本揭示内容的一态样是在提供一种发光二极管(light emittingdiode；LED)驱动电路，用以驱动多个发光二极管串(channel)，该发光二极管驱动电路包含：多个电流汲取模块、电流镜以及直流至直流转换器。电流汲取模块分别连接至发光二极管串其中之一以及输出负载，以将输出负载的电压锁存于设定电压电平。电流镜包含：输入分支以及输出分支。输入分支根据可变设定负载产生输入设定电流。输出分支产生输出设定电流，输出分支包含相串联的第一负载以及第二负载，以分别根据输出设定电流产生可变参考电压以及设定电压。直流至直流转换器包含控制模块以及连接于发光二极管串的功率放大器，其中控制模块用以根据可变参考电压以及自发光二极管串的多个输出端其中之一的回授电压产生驱动电压，以控制功率放大器的栅极，以进一步控制发光二极管串的运作。

依据本揭示内容一实施例，当可变设定负载的阻值改变以使输入设定电流改变，进一步使输出设定电流根据输入设定电流改变时，可变参考电压产生变动。

依据本揭示内容另一实施例，各电流汲取模块包含：开关金属氧化物半导体晶体管以及运算放大器。开关金属氧化物半导体晶体管连接于发光二极管串其中之一以及输出负载。运算放大器包含：正输入端、负输入端以及输出端。正输入端接收设定电压。负输入端连接至输出负载以及开关金属氧化物半导体晶体管，以将输出负载的电压锁存于设定电压电平。输出端连接至开关金属氧化物半导体晶体管的栅极。

依据本揭示内容又一实施例，输出设定电流以及各发光二极管电流串的发光二极管电流间的电流比值，与第二负载以及输出负载间的电阻比值相同。

依据本揭示内容再一实施例，其中第一负载为电阻或二极管。

依据本揭示内容还具有的一实施例，其中直流至直流转换器还包含：电感、二极管以及电容。电感使供应电压耦合至第一端。二极管连接于第一端以及发光二极管串间。电容连接于发光二极管串，其中功率放大器实质上连接于第一端以根据驱动电压对电容进行充放电。二极管的阳极端(anode)连接至第一端，二极管的阴极端(cathode)连接至电容。

本揭示内容的另一态样是在提供一种发光二极管电路，包含：多个发光二极管串以及发光二极管驱动电路。发光二极管驱动电路包含：多个电流汲取模块、电流镜以及直流至直流转换器。电流汲取模块分别连接至发光二极管串其中之一以及输出负载，以将输出负载的电压锁存于设定电压电平。电流镜包含：输入分支以及输出分支。输入分支根据可变设定负载产生输入设定电流。输出分支产生输出设定电流，输出分支包含相串联的第一负载以及第二负载，以分别根据输出设定电流产生可变参考电压以及设定电压。直流至直流转换器包含控制模块以及连接于发光二极管串的功率放大器，其中控制模块用以根据可变参考电压以及自发光二极管串的多个输出端其中之一的回授电压产生驱动电压，以控制功率放大器的栅极，以进一步控制发光二极管串的运作。

依据本揭示内容一实施例，当可变设定负载的阻值改变以使输入设定电流改变，进一步使输出设定电流根据输入设定电流改变时，可变参考电压产生变动。

依据本揭示内容另一实施例，各电流汲取模块包含：开关金属氧化物半导体晶体管以及运算放大器。开关金属氧化物半导体晶体管连接于发光二极管串其中之一以及输出负载其中之一。运算放大器包含：正输入端、负输入端以及输出端。正输入端接收设定电压。负输入端连接至输出负载以及开关金属氧化物半导体晶体管，以将输出负载的电压锁存于设定电压电平。输出端连接至开关金属氧化物半导体晶体管的栅极。

依据本揭示内容又一实施例，输出设定电流以及各发光二极管电流串的发光二极管电流间的电流比值，与第二负载以及输出负载间的电阻比值相同。

依据本揭示内容再一实施例，其中第一负载为电阻或二极管。

依据本揭示内容还具有的一实施例，其中直流至直流转换器还包含：电感、二极管以及电容。电感使供应电压耦合至第一端。二极管连接于第一端以及发光二极管串间。电容连接于发光二极管串，其中功率放大器实质上连接于第一端以根据驱动电压对电容进行充放电。二极管的阳极端(anode)连接至第一端，二极管的阴极端(cathode)连接至电容。

本揭示内容的再一态样是在提供一种发光二极管电路运作方法，应用于发光二极管电路中，发光二极管电路包含多个发光二极管串，发光二极管电路运作方法包含下列步骤。根据可变设定负载于电流镜的输入分支产生输入设定电流；根据输入设定电流于电流镜的输出分支产生输出设定电流，其中输出分支包含相串联的第一负载以及第二负载，以分别根据输出设定电流产生可变参考电压以及设定电压；将连接于发光二极管串其中之一的输出负载的电压锁存于设定电压电平；以及由发光二极管电路的控制模块接收可变参考电压以及自发光二极管串的多个输出端其中之一的回授电压，以控制功率放大器的栅极，以进一步控制发光二极管串的运作。

依据本揭示内容另一实施例，发光二极管电路运作方法还包含下列步骤：改变可变设定负载的阻值以使输入设定电流改变；以及根据输入设定电流改变输出设定电流，以使可变参考电压产生变动。

依据本揭示内容又一实施例，输出设定电流以及各发光二极管电流串的发光二极管电流间的电流比值，与第二负载以及输出负载间的电阻比值相同。

应用本揭示内容的优点在于藉由可变设定负载以及电流镜的设置，建立一个可随运作模式改变的可变参考电压，以在切换至不同的运作模式时动态地调整回授控制机制的运作，达到降低功率消耗的功效，而轻易地达到上述的目的。

附图说明

为使本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1为本揭示内容的一实施例中，发光二极管电路的示意图；

图2为本揭示内容一实施例中，图1中的电流镜、两个发光二极管串以及两个电流汲取模块的示意图；

图3为本揭示内容一实施例中，图2中的电流汲取模块以及输出负载更详细的示意图；以及

图4为本揭示内容一实施例中，一种发光二极管电路运作方法的流程图。

附图符号说明

1：发光二极管电路        10：多个发光二极管串

100、102：发光二极管串   12：多个电流汲取模块

120、122：电流汲取模块   140：电感

142：二极管              144：电容

146：控制模块            148：功率放大器

16：电流镜               160：输入分支

161：可变设定负载        162：输出分支

163：第一负载            165：第二负载

20、22：输出负载         30：运算放大器

32：开关金属氧化物半导体晶体管    401-404：步骤

具体实施方式

请参照图1。图1为本揭示内容的一实施例中，发光二极管电路1的示意图。发光二极管电路1包含：多个发光二极管串10以及发光二极管驱动电路。发光二极管驱动电路包含：多个电流汲取模块12(于图1以一个方块绘示)、直流至直流转换器以及电流镜16。

直流至直流转换器包含电感140、二极管142、电容144、控制模块146以及功率放大器148。

电感140用以将供应电压Vp耦合至第一端P。二极管142连接于第一端P以及发光二极管串10之间。其中，二极管142的阳极端连接至第一端P，而二极管142的阴极端则连接至电容144以及发光二极管串10。需注意的是，这些发光二极管串10的所具有的串数以及各发光二极管串中包含的发光二极管的数目于不同实施例中，可视情况进行调整。

于一实施例中，控制模块146包含误差放大器及脉宽调制器(未绘示)，其中误差放大器根据一个参考电压Vr以及一个与这些发光二极管串10的电压相关的回授电压Vfb产生一个比较结果。脉宽调制器进一步根据比较结果与一个振荡讯号产生驱动电压Vd。当驱动电压Vd为高态时，功率放大器148将被导通。而当驱动电压Vd为低态时，功率放大器148将关闭。功率放大器148因此可以在导通及关闭间切换，以对电容144进行充放电。电容144的充放电过程则可使发光二极管串10据以导通或关闭。

这些电流汲取模块12分别连接于这些发光二极管串10其中之一，以提供一稳压或稳流机制。请同时参照图2。图2为本揭示内容一实施例中，图1的电流镜16、两个发光二极管串100、102以及两个电流汲取模块120、122的示意图。

电流汲取模块120连接于发光二极管串100以及输出负载20间。电流汲取模块122连接于发光二极管串102以及输出负载22间。请再同时参照图3。图3为电流汲取模块120以及输出负载20更详细的示意图。电流汲取模块120包含运算放大器30以及开关金属氧化物半导体晶体管32。开关金属氧化物半导体晶体管32连接于所对应的发光二极管串100以及输出负载20。运算放大器30具有正输入端(标记为+)、负输入端(标记为-)以及输出端。正输入端用以接收设定电压Vset。负输入端连接至输出负载20以及开关金属氧化物半导体晶体管32，以将输出负载20的电压，亦即图3中标记为N点的电压，锁存于设定电压电平Vset。运算放大器30的输出端连接至开关金属氧化物半导体晶体管32的栅极。

电流镜16包含：输入分支160以及输出分支162。输入分支160根据可变设定负载161产生输入设定电流Iset1。换句话说，可变设定负载161可为一可变电阻，以让使用者可以藉由调整其阻值而改变输入设定电流Iset1的大小。由于为电流镜16的形式，输出分支162可以依据输入设定电流Iset1产生输出设定电流Iset2。

输出分支162包含相串联的第一负载163以及第二负载165。于本实施例中，第一负载163以及第二负载165均为电阻。于一实施例中，第一负载163亦可为一个二极管以于其两端得到一个电压差。因此，在第一负载163以及第二负载165上可根据输出设定电流Iset2产生两个电压。

于第二负载165上产生的电压是做为前述的设定电压Vset，并传送至各电流汲取模块120及122的运算放大器的正输入端，以提供电压锁存的机制。由于电压锁存的机制，输出设定电流Iset2以及各个发光二极管串的发光二极管电流(如图2及图3中绘示的发光二极管电流Id)间具有的电流比值，与第二负载165以及输出负载20间的电阻比值相同。举例来说，当输出负载20的阻值为R1，且第二负载165的阻值为200*R1，则输出设定电流Iset2及发光二极管电流Id间的电流比值亦为200。

第一负载163上的电压则做为可变参考电压Vr，以传送至图1中所绘示的控制模块146。因此，控制模块146实质上根据可变参考电压Vr以及回授电压Vfb产生驱动电压Vd。需注意的是，回授电压Vfb是根据这些发光二极管串10其中之一的输出端产生，如发光二极管串100的输出端0。于一实施例中，回授电压Vfb可从这些输出端的电压中，经由一个最小值选择机制选择出。

因此，当可变设定负载161的的阻值被改变，以使输入设定电流Iset1改变，输出设定电流Iset2将根据输入设定电流Iset1改变。而改变的设定电流Iset2，将进一步使可变参考电压Vr以及发光二极管电流Id产生变动。

在一个例子中，于初始的运作模式下，发光二极管电流Id为40毫安培，且可变参考电压Vr为0.8伏特。当发光二极管电路1的运作模式由于可变设定负载161被调整至较小的值而改变，进一步使得发光二极管电流Id降至20毫安培时，如控制模块146仍采用固定的参考电压实现回授机制，则电流汲取模块将由于回授机制将发光二极管串的输出端电压锁存在固定的参考电压值(即0.8V)附近，而无法随着降低发光二极管电流Id的调整而大幅降低其功率消耗。

若控制模块146采用上述实施例中的可变参考电压Vr，则回授控制机制将在运作模式改变(如发光二极管电流Id由40毫安培变为20毫安培)时，将由可变设定负载161的变化，而调整可变参考电压Vr至一个较小的值。因此，发光二极管串的输出端电压将随运作模式的改变而锁存在较低的电压值(如0.6伏特)，功率可因此达到大幅下降的效果。

举例来说，在原运作模式下，回授控制机制使发光二极管串的输出端电压锁存在0.8伏特，则功率消耗将为0.8伏特*40毫安培。如果采用固定参考电压的方式，改变后的运作模式的功率消耗将为0.8伏特*20毫安培。另一方面，如果采用可变参考电压的方式，改变后的运作模式的功率消耗将下降为0.6伏特*20毫安培。当发光二极管电路中与所有的发光二极管串相连接的电流汲取模块均由于可变参考电压的设计而大幅降低功率消耗，则整体发光二极管电路的功率消耗降低的量是非常可观的。

需注意的是，图2中是以两个发光二极管串为例进行说。实质上，在不同的情形中，发光二极管串的数目可进行不同的调整。

请参照图4。图4为本揭示内容一实施例中，一种发光二极管电路运作方法的流程图。发光二极管电路运作方法可应用于如图1所绘示的发光二极管电路1中。发光二极管电路运作方法包含下列步骤(应了解到，在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行)。

于步骤401，根据可变设定负载161于电流镜16的输入分支160产生输入设定电流Iset1。接着于步骤402，根据输入设定电流Iset1于电流镜16的输出分支162产生输出设定电流Iset2，其中输出分支162包含相串联的第一负载163以及第二负载165，以分别根据输出设定电流Iset2产生可变参考电压Vr以及设定电压Vset。于步骤403，将连接于发光二极管串10其中之一的输出负载的电压锁存于设定电压电平Vset。于步骤404，由发光二极管电路1的控制模块146接收可变参考电压Vr以及自发光二极管串10的多个输出端其中之一的回授电压Vfb，以控制功率放大器148的栅极，以进一步控制发光二极管串10的运作。

应用本揭示内容的优点在于藉由可变设定负载以及电流镜的设置，建立一个可随运作模式改变的可变参考电压，以在切换至不同的运作模式时动态地调整回授控制机制的运作，达到降低功率消耗的功效。

虽然本揭示内容已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本揭示内容，本领域的技术人员，在不脱离本揭示内容的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (17)

1.一种发光二极管驱动电路，用以驱动多个发光二极管串，该发光二极管驱动电路包含：

多个电流汲取模块，分别连接至这些发光二极管串其中之一以及一输出负载，以将该输出负载的电压锁存于一设定电压电平；

一电流镜，包含：

一输入分支，用以根据一可变设定负载产生一输入设定电流；以及

一输出分支，用以产生一输出设定电流，该输出分支包含相串联的一第一负载以及一第二负载，以分别根据该输出设定电流产生一可变参考电压以及该设定电压；以及

一直流至直流转换器，包含一控制模块以及连接于这些发光二极管串的一功率放大器，其中该控制模块用以根据该可变参考电压以及自这些发光二极管串的多个输出端其中之一的一回授电压产生一驱动电压，以控制该功率放大器的栅极，以进一步控制这些发光二极管串的运作。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中当该可变设定负载的一阻值改变以使该输入设定电流改变，进一步使该输出设定电流根据该输入设定电流改变时，该可变参考电压产生变动。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中各这些电流汲取模块包含：

一开关金属氧化物半导体晶体管，连接于这些发光二极管串其中之一以及该输出负载；以及

一运算放大器，包含：

一正输入端，以接收该设定电压；

一负输入端，连接至该输出负载以及该开关金属氧化物半导体晶体管，以将该输出负载的电压锁存于该设定电压电平；以及

一输出端，连接至该开关金属氧化物半导体晶体管的栅极。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中该输出设定电流以及各这些发光二极管电流串的一发光二极管电流间的一电流比值，与该第二负载以及该输出负载间的一电阻比值相同。

5.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中该第一负载为一电阻或一二极管。

6.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中该直流至直流转换器更包含：

一电感，使一供应电压耦合至一第一端；

一二极管，连接于该第一端以及这些发光二极管串间；以及

一电容，连接于这些发光二极管串，其中该功率放大器实质上连接于该第一端以根据该驱动电压对该电容进行充放电。

7.如权利要求6所述的发光二极管驱动电路，其中该二极管的一阳极端连接至该第一端，该二极管的一阴极端连接至该电容。

8.一种发光二极管电路，包含：

多个发光二极管串；以及

一发光二极管驱动电路，包含：

多个电流汲取模块，分别连接至这些发光二极管串其中之一以及一输出负载，以将该输出负载的电压锁存于一设定电压电平；

一电流镜，包含：

一输入分支，用以根据一可变设定负载产生一输入设定电流；以及

一输出分支，用以产生一输出设定电流，该输出分支包含相串联的一第一负载以及一第二负载，以分别根据该输出设定电流产生一可变参考电压以及该设定电压；以及

一直流至直流转换器，包含一控制模块以及连接于这些发光二极管串的一功率放大器，其中该控制模块用以根据该可变参考电压以及自这些发光二极管串的多个输出端其中之一的一回授电压产生一驱动电压，以控制该功率放大器的栅极，以进一步控制这些发光二极管串的运作。

9.如权利要求8所述的发光二极管电路，其中当该可变设定负载的一阻值改变以使该输入设定电流改变，进一步使该输出设定电流根据该输入设定电流改变时，该可变参考电压产生变动。

10.如权利要求8所述的发光二极管电路，其中各这些电流汲取模块包含：

一开关金属氧化物半导体晶体管，连接于这些发光二极管串其中之一以及该输出负载其中之一；以及

一运算放大器，包含：

一正输入端，以接收该设定电压；

一负输入端，连接至该输出负载以及该开关金属氧化物半导体晶体管，以将该输出负载的电压锁存于该设定电压电平；以及

一输出端，连接至该开关金属氧化物半导体晶体管的栅极。

11.如权利要求8所述的发光二极管电路，其中该输出设定电流以及各这些发光二极管电流串的一发光二极管电流间的一电流比值，与该第二负载以及该输出负载间的一电阻比值相同。

12.如权利要求8所述的发光二极管电路，其中该第一负载为一电阻或一二极管。

13.如权利要求8所述的发光二极管电路，其中直流至直流转换器还包含：

一电感，使一供应电压耦合至一第一端；

一二极管，连接于该第一端以及这些发光二极管串间；以及

一电容，连接于这些发光二极管串，其中该功率放大器实质上连接于该第一端以根据该驱动电压对该电容进行充放电。

14.如权利要求8所述的发光二极管电路，其中该二极管的一阳极端连接至该第一端，该二极管的一阴极端连接至该电容。

15.一种发光二极管电路运作方法，应用于一发光二极管电路中，该发光二极管电路包含复数发光二极管串，该发光二极管电路运作方法包含下列步骤：

根据一可变设定负载于一电流镜的一输入分支产生一输入设定电流；

根据该输入设定电流于该电流镜的一输出分支产生一输出设定电流，其中该输出分支包含相串联的一第一负载以及一第二负载，以分别根据该输出设定电流产生一可变参考电压以及该设定电压；

将连接于这些发光二极管串其中之一的一输出负载的电压锁存于一设定电压电平；以及

由该发光二极管电路的一控制模块接收该可变参考电压以及自这些发光二极管串的多个输出端其中之一的一回授电压，以控制一功率放大器的栅极，以进一步控制这些发光二极管串的运作。

16.如权利要求15所述的发光二极管电路运作方法，还包含下列步骤：

改变该可变设定负载的一阻值以使该输入设定电流改变；以及

根据该输入设定电流改变该输出设定电流，以使该可变参考电压产生变动。

17.如权利要求15所述的发光二极管电路运作方法，其中该输出设定电流以及各这些发光二极管电流串的一发光二极管电流间的一电流比值，与该第二负载以及该输出负载间的一电阻比值相同。

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