CN102781146B - 发光二极管串的驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

发光二极管串的驱动电路及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管串的驱动电路，包括有：电源供应单元用以接收一输入电压与输出一驱动电压至多个发光二极管串列；比较单元用以接收输入电压并根据输入电压与一设定电压的关系，输出一第一控制信号；控制单元用以接收第一控制信号，并根据第一控制信号的电位产生一第二控制信号；以及切换单元具有多个开关元件，而该些开关元件分别由第二控制信号致能，以形成不同的电性回路，进而使该些发光二极管串列透过切换单元的电性回路形成一并联回路或一串联回路。

Description

发光二极管串的驱动电路及其驱动方法
技术领域
本发明是有关于一种驱动电路及其驱动方法，且特别是有关于一种发光二极管串列的驱动电路及其驱动方法。
背景技术
发光二极管是一种目前常见能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1960年代出现，发展至今能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。发光二极管的用途也扩展到作为指示灯、显示板及显示器背光模块等，并且随着白光发光二极管的出现而逐渐发展为照明的用途。
目前发光二极管的驱动电路通常利用升压电路对输入电压进行升压，以提供驱动发光二极管所需的电压。但是当输入电压提供的电压下降时，会导致升压比率上升，因此，电源转换效率变差。然而随着节能需求的提升，发光二极管的驱动电路在运作时，其运作的效率也日益重要。
发明内容
本发明提出一种发光二极管串列的驱动电路及其驱动方法，根据输入电压的电压值对应调整发光二极管串列的电性耦接关系，借以改善电源转换效率变差的问题。
因此，本发明实施例的发光二极管串列的驱动电路，包括有多个发光二极管串列、电源供应单元、比较单元、控制单元与切换单元。所述的电源供应单元电性耦接于该些发光二极管串列。所述的电源供应单元接收一输入电压与输出一驱动电压至该些发光二极管串列。所述的比较单元用以接收输入电压并根据输入电压与一设定电压的关系，输出一第一控制信号。所述的控制单元电性耦接于比较单元。所述的控制单元用以接收第一控制信号，并根据第一控制信号的电位产生一第二控制信号。所述的切换单元分别电性耦接于控制单元、电源供应单元与该些发光二极管串列。所述的切换单元具有多个开关元件，而该些开关元件分别由第二控制信号致能，以形成不同的电性回路，其中于该些发光二极管串列透过切换单元的电性回路形成一并联回路时，由驱动电压驱动控制并联回路的发光二极管串列，于该些发光二极管串列透过切换单元的电性回路形成一串联回路时，由驱动电压驱动控制串联回路的发光二极管串列。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中还包括有一稳流单元，分别电性耦接于该切换单元与该些发光二极管串列，该稳流单元用以使流经该些发光二极管串列的电流维持在一固定值。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中该些发光二极管串列包括有：一第一发光二极管串列，具有一正极端与一负极端，该第一发光二极管串列的正极端电性耦接于该电源供应单元，该第一发光二极管串列的负极端电性耦接于该切换单元；及一第二发光二极管串列，具有一正极端与一负极端，该第二发光二极管串列的正极端电性耦接于该切换单元，该第一发光二极管串列的负极端电性耦接于该稳流单元。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中该电源供应单元包括有：
一电感器，具有一第一端与一第二端，该电感器的第一端用以接收该输入电压；一二极管，具有一第一端与一第二端，该二极管的第一端电性耦接于该电感器的第二端，该二极管的第二端分别电性耦接于该切换单元与该第一发光二极管串列的正极端；及一第一开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第一开关元件的第一端电性耦接于该二极管的第一端，该第一开关元件的第二端电性耦接于地。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中该切换单元包括有：一第二开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第二开关元件的第一端电性耦接于该二极管的第二端，该第二开关元件的控制端电性耦接于该控制单元，该第二开关元件的第二端电性耦接于该第二发光二极管串列的正极端；一第三开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第三开关元件的第一端电性耦接于该第一发光二极管串列的负极端，该第三开关元件的控制端电性耦接于该控制单元，该第三开关元件的第二端电性耦接于该稳流单元；以及一第四开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第四开关元件的第一端电性耦接于该第一发光二极管串列的负极端，该第四开关元件的控制端电性耦接于该控制单元，该第四开关元件的第二端电性耦接于该第二发光二极管串列的正极端。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中于该输入电压大于该设定电压时，该比较单元输出具有高电位的该第一控制信号至该控制单元，于该输入电压小于该设定电压时，该比较单元输出具有低电位的该第一控制信号至该控制单元。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中于该输入电压大于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该串联回路，于该输入电压小于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该并联回路。
上述的发光二极管串列的驱动电路，其中流过该些发光二极管串列所形成的该串联回路的电流值与流过该些发光二极管串列所形成的该并联回路的电流值为相同。
另外，本发明实施例的发光二极管串列的驱动方法，用以驱动一驱动电路，所述的驱动电路包括有多个发光二极管串列、一电性耦接于该多个发光二极管串列的电源供应单元、一接收一输入电压的比较单元、一电性耦接于该比较单元的控制单元、以及一分别电性耦接于控制单元、电源供应单元与该些发光二极管串列的切换单元。所述的驱动方法包括有：首先，透过比较单元比较输入电压与一设定电压，以使比较单元输出一第一控制信号至控制单元；接着，透过控制单元接收第一控制信号，以使控制单元输出一第二控制信号至切换单元；及由第二控制信号致能切换单元，以形成不同的电性回路，并使该些发光二极管串列透过切换单元的电性回路形成一并联回路或一串联回路。
上述的发光二极管串列的驱动方法，其中于该输入电压大于该设定电压时，该比较单元输出具有高电位的该第一控制信号至该控制单元，于该输入电压小于该设定电压时，该比较单元输出具有低电位的该第一控制信号至该控制单元。
上述的发光二极管串列的驱动方法，其中于该输入电压大于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该串联回路，于该输入电压小于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该并联回路。
上述的发光二极管串列的驱动方法，其中流过该些发光二极管串列所形成的该串联回路的电流值与流过该些发光二极管串列所形成的该并联回路的电流值为相同。
综上所述，本发明的发光二极管串列的驱动电路及其驱动方法，根据输入电压的大小，以改变发光二极管串列的耦接关系，进而提升电源转换效率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示为本发明实施例的电路方块图；
图2A绘示为本发明实施例的切换单元作动示意图；
图2B绘示为本发明实施例的切换单元另一作动示意图；
图3绘示为本发明实施例的发光二极管串列的驱动方法步骤流程图。
其中，附图标记：
10    电源供应单元    20      比较单元
30    控制单元        40      切换单元
50    稳流单元        60      限流单元
Con1  第一控制信号    Con3    第三控制信号
D1    二极管          DS1     发光二极管串列
DS2   发光二极管串列  L1      电感器
S0~S3 开关元件        Vin     输入电压
Vd    设定电压        Vled    驱动电压
S301~S311  方法步骤说明
具体实施方式
请参照图1，图1为本发明实施例的电路方块图。如图1所示，本发明实施例的发光二极管串列的驱动电路包括有电源供应单元10、比较单元20、控制单元30、切换单元40、发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。
电源供应单元10分别电性耦接于发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。电源供应单元10用以将接收的输入电压Vin的电压进行转换，以输出驱动电压Vled至发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。电源供应单元10可例如是由升压转换器电路所构成，但不以此为限。
如图1所示，电源供应单元10包括有电感器L1、二极管D1与开关元件S0。所述的电感器L1具有第一端(图中未标示)与第二端(图中未标示)。电感器L1的第一端用以接收输入电压Vin。所述的二极管D1具有第一端(图中未标示)与第二端(图中未标示)。二极管D1的第一端(例如，正极端)电性耦接于电感器L1的第二端。二极管D1的第二端(例如，负极端)分别电性耦接于切换单元40与发光二极管串列DS1的正极端。所述的开关元件S0可例如是由场效晶体管或双极性晶体管所构成，较佳者为N型薄膜晶体管，但不以此为限。开关元件S0具有第一端(例如，漏极端)、控制端(例如，栅极端)与第二端(例如，源极端)。开关元件S0的第一端电性耦接于二极管D1的第一端。开关元件S0的控制端接收第三控制信号Con3。开关元件S0的第二端电性耦接于地。
比较单元20具有第一输入端(图中未示)与第二输入端(图中未示)与输出端(图中未示)。比较单元20的第一输入端接收所述的输入电压Vin，而比较单元20的第二输入端接收所述的设定电压Vd。比较单元20根据输入电压Vin的电压值与设定电压Vd的电压值的关系，输出第一控制信号Con1。举例来说，当输入电压Vin的电压值大于设定电压Vd的电压值时，则比较单元20输出具有高电位的第一控制信号Con1。当输入电压Vin的电压值小于设定电压Vd的电压值时，则比较单元20输出具有低电位的第一控制信号Con1。
控制单元30电性耦接于比较单元20的输出端。控制单元30用以接收所述的第一控制信号Con1。控制单元30根据第一控制信号Con1的电位产生第二控制信号。所述的控制单元30可以使用例如特殊用途集成电路(Application-specificintegrated circuit,ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、微控制器(MCU)等集成电路或逻辑电路实现。
如图1所示，切换单元40分别电性耦接于控制单元30、电源供应单元10、发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。切换单元40具有开关元件S1、开关元件S2与开关元件S3。开关元件S1、开关元件S2与开关元件S3分别由第二控制信号致能，以形成不同的电性回路。
所述的开关元件S1~S3可例如是由场效晶体管或双极性晶体管所构成，较佳者为N型薄膜晶体管，但不以此为限。所述的开关元件S1~S3分别具有第一端(例如，漏极端)、控制端(例如，栅极端)与第二端(例如，源极端)。更具体的说，开关元件S1的第一端分别电性耦接于二极管D1的第二端与发光二极管串列DS1的正极端。开关元件S1的控制端电性耦接于控制单元30的第一输出端(图中未标示)。开关元件S1的第二端分别电性耦接于开关元件S3的第二端与发光二极管串列DS2的正极端。
如上所述，开关元件S2的第一端分别电性耦接于开关元件S3的第一端与发光二极管串列DS1的负极端。开关元件S2的控制端电性耦接于控制单元30的第二输出端(图中未标示)。开关元件S2的第二端电性耦接于稳流单元50。所述的开关元件S3的第一端分别电性耦接于开关元件S2的第一端与发光二极管串列DS1的负极端。开关元件S3的控制端电性耦接于控制单元30的第三输出端(图中未标示)。开关元件S3的第二端分别电性耦接于开关元件S1的第二端与发光二极管串列DS2的正极端。另外，在本发明实施例中，切换单元40的开关元件的数量与耦接关系是根据发光二极管串列的数量作举例说明，但并不以此为限。
如图1所示，在本发明的另一个实施例中，发光二极管串列的驱动电路还包括有稳流单元50与限流单元60。所述的稳流单元50分别电性耦接于切换单元40、发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。稳流单元50用以使流经发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2的电流维持在固定值。所述的限流单元60分别电性耦接于稳流单元50与开关元件S0。限流单元60用以避免流经发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2的电流超过一个临界值。当流经发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2的电流超过临界值，则由限流单元60输出第三控制信号Con3至开关元件S0的控制端。
接下来，请参照图2A，图2A为本发明实施例的切换单元作动示意图。如图2A所示，比较单元20根据输入电压Vin与设定电压Vd的关系，输出第一控制信号Con1。举例来说，当输入电压Vin的电压值大于设定电压Vd的电压值时，比较单元20输出具有高电位的第一控制信号Con1至控制单元30。接着，控制单元30根据第一控制信号Con1的电位输出多组第二控制信号至切换单元40，并使得开关元件S1为断开、开关元件S2为断开与开关元件S3为导通。
因此，发光二极管串列DS1的负极端透过开关元件S3电性耦接于发光二极管串列DS1的正极端，进而形成串联回路。换句话说，发光二极管串列DS1、发光二极管串列DS2透过切换单元40的电性回路形成串联回路。
请参照图2B，图2B为本发明实施例的切换单元另一作动示意图。如图2B所示，当输入电压Vin的电压值小于设定电压Vd的电压值时，比较单元20输出具有低电位的第一控制信号Con1至控制单元30。接着，控制单元30根据第一控制信号Con1的电位输出多组第二控制信号至切换单元40，并使得开关元件S1为导通、开关元件S2为导通与开关元件S3为断开。
因此，发光二极管串列DS1的负极端透过开关元件S2电性耦接于稳流单元50，而发光二极管串列DS1的正极端电性耦接于二极管D1的第二端，而发光二极管串列DS2的正极端透过开关元件S1电性耦接于二极管D1的第二端，而发光二极管串列DS2的负极端电性耦接于稳流单元50，进而形成并联回路。换句话说，发光二极管串列DS1、发光二极管串列DS2透过切换单元40的电性回路形成串联回路。借此，发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2的耦接关系可根据输入电压Vin的电压值作变化，进而可提升电源转换效率。另外，随着电源转换效率的提升亦可降低电力的消耗。
值得一提的是，当发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2透过切换单元40的电性回路形成并联回路时，则由驱动电压Vled驱动控制形成并联回路的发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。当发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2透过切换单元40的电性回路形成串联回路时，则由驱动电压Vled驱动控制形成并联回路的发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2。换句话说，本发明实施例的驱动电路不会因为输入电压Vin的变化而关闭或旁路发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2，因此较不会发生亮度不均匀的现象。更具体说，流过发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2所形成的串联回路的电流值与流过发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2所形成的并联回路的电流值为相同，借此，本发明实施例中发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS2的整体亮度不易受到影响。
接下来，请一并参照图1与图3，图3为本发明实施例的发光二极管串列的驱动方法步骤流程图。如图3所示，首先，在步骤S301中，比较单元20的第一输入端接收输入电压Vin，而比较单元20的第二输入端接收设定电压Vd。
接着，在步骤S303中，比较单元20透过比较输入电压Vin的电压值与设定电压Vd的电压值，以判断输入电压Vin是否大于设定电压Vd。在步骤S305中，当输入电压Vin大于设定电压Vd时，比较单元20输出具有高电位的第一控制信号Con1至控制单元30。在步骤S307中，当输入电压Vin小于设定电压Vd时，比较单元20输出具有低电位的第一控制信号Con1至控制单元30。另外，当输入电压Vin等于设定电压Vd时，则比较单元20可设计为不输出第一控制信号Con1。
接下来，在步骤S309中，控制单元30根据所接收的第一控制信号输出第二控制信号制切换单元40。举例来说，当控制单元30所接收的第一控制信号Con1为高电位时，则分别输出具有低电位的第二控制信号至开关元件S1与开关元件S2，以及输出具有高电位的第二控制信号至开关元件S3，进而使开关元件S1与开关元件S2为断开，而开关元件S3为导通。当控制单元30所接收的第一控制信号Con1为低电位时，则分别输出具有高电位的第二控制信号至开关元件S1与开关元件S2，以及输出具有低电位的第二控制信号至开关元件S3，进而使开关元件S1与开关元件S2为导通，而开关元件S3为断开。
在步骤S311中，由第二控制信号致能切换单元40，以使发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS1共同形成并联回路或串联回路。举例来说，当开关元件S1与开关元件S2为断开，而开关元件S3为导通时，则发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS1共同形成串联回路。当开关元件S1与开关元件S2为导通，而开关元件S3为断开时，则发光二极管串列DS1与发光二极管串列DS1共同形成并联回路。
综上所述，本发明的发光二极管串列的驱动电路及其驱动方法，根据输入电压的大小，以改变发光二极管串列的耦接关系，进而提升电源转换效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (12)

1.一种发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，包括：
多个发光二极管串列；
一电源供应单元，电性耦接于该些发光二极管串列，并接收一输入电压与输出一驱动电压至该些发光二极管串列；
一比较单元，用以接收该输入电压并根据该输入电压与一设定电压的关系，输出一第一控制信号；
一控制单元，电性耦接于该比较单元，以接收该第一控制信号，并根据该第一控制信号的电位产生一第二控制信号；以及
一切换单元，分别电性耦接于该控制单元、该电源供应单元与该些发光二极管串列，该切换单元具有多个开关元件，该些开关元件分别由该第二控制信号致能，以形成不同的电性回路；
其中于该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成一并联回路时，由该驱动电压驱动控制该并联回路的发光二极管串列，于该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成一串联回路时，由该驱动电压驱动控制该串联回路的发光二极管串列。
2.如权利要求1所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，还包括有一稳流单元，分别电性耦接于该切换单元与该些发光二极管串列，该稳流单元用以使流经该些发光二极管串列的电流维持在一固定值。
3.如权利要求2所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，该些发光二极管串列包括有：
一第一发光二极管串列，具有一正极端与一负极端，该第一发光二极管串列的正极端电性耦接于该电源供应单元，该第一发光二极管串列的负极端电性耦接于该切换单元；及
一第二发光二极管串列，具有一正极端与一负极端，该第二发光二极管串列的正极端电性耦接于该切换单元，该第一发光二极管串列的负极端电性耦接于该稳流单元。
4.如权利要求3所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，该电源供应单元包括有：
一电感器，具有一第一端与一第二端，该电感器的第一端用以接收该输入电压；
一二极管，具有一第一端与一第二端，该二极管的第一端电性耦接于该电感器的第二端，该二极管的第二端分别电性耦接于该切换单元与该第一发光二极管串列的正极端；及
一第一开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第一开关元件的第一端电性耦接于该二极管的第一端，该第一开关元件的第二端电性耦接于地。
5.如权利要求4所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，该切换单元包括有：
一第二开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第二开关元件的第一端电性耦接于该二极管的第二端，该第二开关元件的控制端电性耦接于该控制单元，该第二开关元件的第二端电性耦接于该第二发光二极管串列的正极端；
一第三开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第三开关元件的第一端电性耦接于该第一发光二极管串列的负极端，该第三开关元件的控制端电性耦接于该控制单元，该第三开关元件的第二端电性耦接于该稳流单元；以及
一第四开关元件，具有一第一端、一控制端与一第二端，该第四开关元件的第一端电性耦接于该第一发光二极管串列的负极端，该第四开关元件的控制端电性耦接于该控制单元，该第四开关元件的第二端电性耦接于该第二发光二极管串列的正极端。
6.如权利要求1所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，于该输入电压大于该设定电压时，该比较单元输出具有高电位的该第一控制信号至该控制单元，于该输入电压小于该设定电压时，该比较单元输出具有低电位的该第一控制信号至该控制单元。
7.如权利要求1所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，于该输入电压大于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该串联回路，于该输入电压小于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该并联回路。
8.如权利要求1所述的发光二极管串列的驱动电路，其特征在于，流过该些发光二极管串列所形成的该串联回路的电流值与流过该些发光二极管串列所形成的该并联回路的电流值为相同。
9.一种发光二极管串列的驱动方法，其特征在于，用以驱动一驱动电路，该驱动电路包括有多个发光二极管串列、一电性耦接于该多个发光二极管串列的电源供应单元、一接收一输入电压的比较单元、一电性耦接于该比较单元的控制单元、以及一分别电性耦接于该控制单元、该电源供应单元与该些发光二极管串列的切换单元，该驱动方法包括有：
透过该比较单元比较该输入电压与一设定电压，以使该比较单元输出一第一控制信号至该控制单元；
透过该控制单元接收该第一控制信号，以使该控制单元根据该第一控制信号的电压输出一第二控制信号至该切换单元；及
由该第二控制信号致能该切换单元，以形成不同的电性回路，并使该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成一并联回路或一串联回路。
10.如权利要求9所述的发光二极管串列的驱动方法，其特征在于，于该输入电压大于该设定电压时，该比较单元输出具有高电位的该第一控制信号至该控制单元，于该输入电压小于该设定电压时，该比较单元输出具有低电位的该第一控制信号至该控制单元。
11.如权利要求9所述的发光二极管串列的驱动方法，其特征在于，于该输入电压大于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该串联回路，于该输入电压小于该设定电压时，该些发光二极管串列透过该切换单元的电性回路形成该并联回路。
12.如权利要求9所述的发光二极管串列的驱动方法，其特征在于，流过该些发光二极管串列所形成的该串联回路的电流值与流过该些发光二极管串列所形成的该并联回路的电流值为相同。
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