CN102802299B - 具电流平衡功能的驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种具电流平衡功能的驱动电路，其包含控制单元、偏压电阻、电流开关单元及多个电流驱动模块。控制单元用来根据一控制电流产生具至少一位的控制信号。偏压电阻用来根据一偏压电流以提供一偏压。电流开关单元用来根据控制信号与多个偏压设定电流产生该偏压电流，据以维持该偏压于一预定电压范围内。多个电流驱动模块用来根据该偏压与该控制信号以提供多个驱动电流。每一电流驱动模块包含限流控制单元，限流控制单元是用来根据该控制信号以控制相对应的驱动电流。

Description

具电流平衡功能的驱动电路

技术领域

本发明是有关于一种驱动电路，尤指一种具电流平衡功能的驱动电路。

背景技术

图1为已知发光二极管驱动电路的示意图。如图1所示，在发光二极管驱动电路100的运作中，前置电流设定单元110根据参考电压以产生设定电流Ipset，电流镜120根据设定电流Ipset以输出偏压电流Ib，偏压电阻Rb根据偏压电流Ib以提供偏压Vb，多个电流驱动模块130即根据偏压Vb以提供多个驱动电流Idr_1～Idr_N，据以驱动多个二极管单元190发出具预设亮度的输出光。上述电流驱动模块130利用运算放大器OP配合限流电阻Rc所提供的反馈电压以进行误差放大处理，从而驱动缓冲器Buf输出驱动电压来控制晶体管Qc的运作。

然而，各运算放大器OP的抵补电压(Offset Voltage)并不相同，因此该些电流驱动模块130难以提供几乎相同的驱动电流Idr_1～Idr_N以驱动多个二极管单元190产生均匀的输出光。此外，若偏压Vb越小，则运算放大器OP的输出电压误差百分比越大，亦即每一运算放大器OP的输出电压误差百分比是随偏压Vb而改变，故已知发光二极管驱动电路100不只难以驱动多个发光二极管单元190产生均匀的输出光，亦难以对大范围驱动电流作精确控制。

发明内容

依据本发明的实施例，揭露一种具电流平衡功能的驱动电路，其包含一控制单元、一偏压电阻、一电流开关单元、及多个电流驱动模块。该控制单元用来根据一控制电流产生一具至少一位的控制信号。该偏压电阻用来根据一偏压电流以提供一偏压。该电流开关单元用来根据该控制信号与多个偏压设定电流产生该偏压电流，据以维持该偏压于一预定电压范围内。该些电流驱动模块用来根据该偏压与该控制信号以提供多个驱动电流。各该电流驱动模块包含一限流控制单元，该限流控制单元是用来根据该控制信号以控制相对应的一驱动电流。

附图说明

图1为已知发光二极管驱动电路的示意图。

图2为本发明具电流平衡功能的驱动电路的第一实施例示意图。

图3为本发明具电流平衡功能的驱动电路的第二实施例示意图。

[主要元件标号说明]

200、300                    驱动电路

210                         前置电流设定单元

211                         运算放大器

212                         晶体管

215                         电流镜单元

220                         控制单元

230、330                    电流开关单元

240_1～240_N、340_1～340_N  电流驱动模块

250、350                    误差放大器

260                         缓冲器

270                         限流控制单元

290                         发光二极管单元

Ibias                       偏压电流

Ibs1～Ibs4                  偏压设定电流

Ictr                        控制电流

Id_1～Id_N                  驱动电流

I11～I14                    分流

Iset                        设定电流

Qc1～Qc4                    晶体管

Qi11～Qi14                  第一输入晶体管

Qi21～Qi24                  第二输入晶体管

Rbias                       偏压电阻

Rset                        电流设定电阻

Rx1～Rx4                         限流电阻

S1_1～S1_3                       限流控制开关

S2_1～S2_3                       电流开关

S3_1～S3_3                       第一输入控制开关

S4_1～S4_3                       第二输入控制开关

Sctr                             控制信号

Sdr                              驱动信号

Vbias                            偏压

Vf0～Vf3                         反馈电压

Vref                             参考电压

具体实施方式

下文依本发明具电流平衡功能的驱动电路，特举实施例配合所附图式作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围。

图2为本发明具电流平衡功能的驱动电路的第一实施例示意图。在驱动电路200的运作中，前置电流设定单元210用来根据参考电压Vref通过运算放大器211、受控于运算放大器211的输出电压的晶体管212及串接于晶体管212的电流设定电阻Rset以产生设定电流Iset，电流镜单元215用来根据设定电流Iset以输出控制电流Ictr与多个偏压设定电流Ibs1～Ibs4，控制单元220用来根据控制电流Ictr产生具至少一位的控制信号Sctr。控制电流Ictr可相同或相异于设定电流Iset，各该偏压设定电流Ibs1～Ibs4亦可相同或相异于设定电流Iset。在图2所示实施例中，控制信号Sctr为3位信号，于各种应用设计上，控制信号Sctr的位数目可根据多个驱动电流Id_1～Id_N的预设匹配精准度而决定，亦即若预设匹配精准度越高，则控制信号Sctr所需的位数目就越多。

电流开关单元230用来根据控制信号Sctr与多个偏压设定电流Ibs1～Ibs4以产生流过偏压电阻Rbias的偏压电流Ibias，据以提供偏压Vbias馈入至多个电流驱动模块240_1～240_N。请注意，电流开关单元230所产生的偏压电流Ibias用来将偏压Vbias维持于预定电压范围内，此预定电压范围较佳地对应于相对高电压，据以降低后级运算放大器的输出电压误差百分比。多个电流驱动模块240_1～240_N用来根据偏压Vbias与控制信号Sctr提供多个驱动电流Id_1～Id_N以驱动多个发光二极管单元290。多个电流驱动模块240_1～240_N均具有相同的内部电路结构，为简化图式以方便清楚说明，图2只显示电流驱动模块240_1的内部电路结构。

电流驱动模块240_1包含误差放大器250、缓冲器260、具有多个限流控制开关S1_1～S1_3的限流控制单元270、多个晶体管Qc1～Qc4、及多个限流电阻Rx1～Rx4。误差放大器250用来根据偏压Vbias与通过多个限流电阻Rx1～Rx4反馈的多个反馈电压Vf0～Vf3以驱动缓冲器260提供驱动信号Sdr。

串接于第一限流电阻Rx1的第一晶体管Qc1用来根据驱动信号Sdr以控制流经第一限流电阻Rx1的驱动电流Id_1的第一分流I11。串接于第二限流电阻Rx2的第二晶体管Qc2电连接于第一限流控制开关S1_1，第一限流控制开关S1_1是根据控制信号Sctr的第一位以致能/去能第二晶体管Qc2的运作。于致能第二晶体管Qc2的运作时，第二晶体管Qc2用来根据驱动信号Sdr以控制流经第二限流电阻Rx2的驱动电流Id_1的第二分流I12。

串接于第三限流电阻Rx3的第三晶体管Qc3电连接于第二限流控制开关S1_2，第二限流控制开关S1_2是根据控制信号Sctr的第二位以致能/去能第三晶体管Qc3的运作。于致能第三晶体管Qc3的运作时，第三晶体管Qc3用来根据驱动信号Sdr以控制流经第三限流电阻Rx3的驱动电流Id_1的第三分流I13。串接于第四限流电阻Rx4的第四晶体管Qc4电连接于第三限流控制开关S1_3，第三限流控制开关S1_3是根据控制信号Sctr的第三位以致能/去能第四晶体管Qc4的运作。于致能第四晶体管Qc4的运作时，第四晶体管Qc4用来根据驱动信号Sdr以控制流经第四限流电阻Rx4的驱动电流Id_1的第四分流I14。

由上述可知，电流驱动模块240_1根据控制信号Sctr来执行电流粗调处理以设定驱动电流Id_1的电流变动范围，并根据偏压Vbias在所设定电流变动范围内进行电流细调处理以提供所需的驱动电流Id_1，故偏压Vbias只需在对应于电流细调处理的预定小电压范围内变动，而电流粗调处理是通过限流控制单元270进行控制。举例而言，当第一限流控制开关S1_1、第二限流控制开关S1_2与第三限流控制开关S1_3均在断开状态时，由于驱动电流Id_1只流经第一限流电阻Rx1，故电流驱动模块240_1可根据偏压Vbias控制在最低电流范围内的驱动电流Id_1。当第一限流控制开关S1_1在闭合状态，且第二限流控制开关S1_2与第三限流控制开关S1_3在断开状态时，由于驱动电流Id_1流经并联的第一限流电阻Rx1与第二限流电阻Rx2，故电流驱动模块240_1可根据偏压Vbias控制在次低电流范围内的驱动电流Id_1。当第一限流控制开关S1_1、第二限流控制开关S1_2与第三限流控制开关S1_3均在闭合状态时，由于驱动电流Id_1流经并联的第一限流电阻Rx1、第二限流电阻Rx2、第三限流电阻Rx3与第四限流电阻Rx4，故电流驱动模块240_1可根据偏压Vbias控制在最高电流范围内的驱动电流Id_1。当第一限流控制开关S1_1与第二限流控制开关S1_2在闭合状态，且第三限流控制开关S1_3在断开状态时，由于驱动电流Id_1流经并联的第一限流电阻Rx1、第二限流电阻Rx2与第三限流电阻Rx3，故电流驱动模块240_1可根据偏压Vbias控制在次高电流范围内的驱动电流Id_1。所以，在驱动电路200的运作中，虽然偏压Vbias只在预定小电压范围内变动，但多个电流驱动模块240_1～240_N却可对多个驱动电流Id_1～Id_N作大范围电流精确控制，据以驱动多个发光二极管单元290产生均匀且可作大范围亮度精确调整的输出光。

图3为本发明具电流平衡功能的驱动电路的第二实施例示意图。如图3所示，驱动电路300是类似于图2的驱动电路200，主要差异在于将电流开关单元230置换为具多个电流开关S2_1～S2_3的电流开关单元330，及将多个电流驱动模块240_1～240_N置换为多个电流驱动模块340_1～340_N。第一电流开关S2_1是受控于控制信号Sctr的第一位，第二电流开关S2_2是受控于控制信号Sctr的第二位，第三电流开关S2_3是受控于控制信号Sctr的第三位。

当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在最低电流范围内的驱动电流Id_1时，第一限流控制开关S1_1、第二限流控制开关S1_2与第三限流控制开关S1_3根据控制信号Sctr而被控制在断开状态，同时第一电流开关S2_1、第二电流开关S2_2与第三电流开关S2_3则根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态，故偏压电流Ibias为多个偏压设定电流Ibs1～Ibs4的合成电流，据以维持偏压Vbias在预设电压范围内，虽然驱动电流Id_1是在最低电流范围内，通过电流开关单元330的运作，此预定电压范围仍可较佳地对应于相对高电压以降低后级运算放大器的输出电压误差百分比。

当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在次低电流范围内的驱动电流Id_1时，第一电流开关S2_1、第二限流控制开关S1_2与第三限流控制开关S1_3根据控制信号Sctr而被控制在断开状态，同时第一限流控制开关S1_1、第二电流开关S2_2与第三电流开关S2_3则根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态，故偏压电流Ibias为多个偏压设定电流Ibs1、Ibs3、Ibs4的合成电流，据以维持偏压Vbias在预设电压范围内，同理，通过电流开关单元330的运作，此预定电压范围仍可较佳地对应于相对高电压以降低后级运算放大器的输出电压误差百分比。

当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在次高电流范围内的驱动电流Id_1时，第一电流开关S2_1、第二电流开关S2_2与第三限流控制开关S1_3根据控制信号Sctr而被控制在断开状态，同时第一限流控制开关S1_1、第二限流控制开关S1_2与第三电流开关S2_3则根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态，故偏压电流Ibias为多个偏压设定电流Ibs1、Ibs4的合成电流，据以维持偏压Vbias在预设电压范围内，同理，此预定电压范围仍可较佳地对应于相对高电压以降低后级运算放大器的输出电压误差百分比。

当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在最高电流范围内的驱动电流Id_1时，第一电流开关S2_1、第二电流开关S2_2与第三电流开关S2_3是根据控制信号Sctr而被控制在断开状态，同时第一限流控制开关S1_1、第二限流控制开关S1_2与第三限流控制开关S1_3则根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态，故偏压电流Ibias即为偏压设定电流Ibs1，据以维持偏压Vbias在预设电压范围内，同理，此预定电压范围仍可较佳地对应于相对高电压以降低后级运算放大器的输出电压误差百分比。

图3所示的电流驱动模块340_1是类似于图2的电流驱动模块240_1，主要差异在于将误差放大器250置换为误差放大器350。误差放大器350包含多个第一输入晶体管Qi11～Qi14、多个第一输入控制开关S3_1～S3_3、多个第二输入晶体管Qi21～Qi24、及多个第二输入控制开关S4_1～S4_3。第一输入晶体管Qi11用来根据偏压Vbias以驱动缓冲器260。第二输入晶体管Qi21用来根据第一限流电阻Rx1的反馈电压Vf0以驱动缓冲器260。

串接于第一输入晶体管Qi12的第一输入控制开关S3_1，用来根据控制信号Sctr的第一位以致能/去能第一输入晶体管Qi12根据偏压Vbias对缓冲器260的驱动运作。串接于第一输入晶体管Qi13的第一输入控制开关S3_2，用来根据控制信号Sctr的第二位以致能/去能第一输入晶体管Qi13根据偏压Vbias对缓冲器260的驱动运作。串接于第一输入晶体管Qi14的第一输入控制开关S3_3，用来根据控制信号Sctr的第三位以致能/去能第一输入晶体管Qi14根据偏压Vbias对缓冲器260的驱动运作。

串接于第二输入晶体管Qi22的第二输入控制开关S4_1，用来根据控制信号Sctr的第一位以致能/去能第二输入晶体管Qi22根据第二限流电阻Rx2的反馈电压Vf1对缓冲器260的驱动运作。串接于第二输入晶体管Qi23的第二输入控制开关S4_2，用来根据控制信号Sctr的第二位以致能/去能第二输入晶体管Qi23根据第三限流电阻Rx3的反馈电压Vf2对缓冲器260的驱动运作。串接于第二输入晶体管Qi24的第二输入控制开关S4_3，用来根据控制信号Sctr的第三位以致能/去能第二输入晶体管Qi24根据第四限流电阻Rx4的反馈电压Vf3对缓冲器260的驱动运作。

在驱动电路300的运作中，当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在最低电流范围内的驱动电流Id_1时，第一输入控制开关S3_1～S3_3与第二输入控制开关S4_1～S4_3均根据控制信号Sctr而被控制在断开状态。当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在次低电流范围内的驱动电流Id_1时，第一输入控制开关S3_1与第二输入控制开关S4_1是根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态，同时第一输入控制开关S3_2～S3_3与第二输入控制开关S4_2～S4_3则根据控制信号Sctr而被控制在断开状态。当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在次高电流范围内的驱动电流Id_1时，第一输入控制开关S3_1～S3_2与第二输入控制开关S4_1～S4_2是根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态，同时第一输入控制开关S3_3与第二输入控制开关S4_3则根据控制信号Sctr而被控制在断开状态。当电流驱动模块340_1根据偏压Vbias控制在最高电流范围内的驱动电流Id_1时，第一输入控制开关S3_1～S3_3与第二输入控制开关S4_1～S4_3均根据控制信号Sctr而被控制在闭合状态。

亦即，第一输入控制开关S3_1与第二输入控制开关S4_1是与第一限流控制开关S1_1同步闭合或断开，第一输入控制开关S3_2与第二输入控制开关S4_2是与第二限流控制开关S1_2同步闭合或断开，第一输入控制开关S3_3与第二输入控制开关S4_3是与第三限流控制开关S1_3同步闭合或断开。由上述可知，误差放大器350的内部电路运作可对偏压Vbias与反馈电压Vf0～Vf3进行精确误差放大处理，从而驱动缓冲器260提供精确的驱动信号Sdr，据以在驱动电流Id_1的各电流范围内提供精确的电流细调控制。

综上所述，本发明驱动电路利用控制信号执行电流粗调控制以设定驱动电流的电流变动范围，并利用驱动信号在所设定电流变动范围内进行电流细调控制以提供所需的驱动电流，故在用来产生精确驱动信号的误差放大器的运作中，误差放大器的输入偏压可设定仅在对应于相对高电压的小电压范围内变动，所以可降低运算放大器的输出电压误差百分比以产生精确的驱动信号，进而提供大范围电流精确控制，据以驱动多个发光二极管单元产生均匀且可作大范围亮度精确调整的输出光。

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，任何具有本发明所属技术领域的通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种具电流平衡功能的驱动电路，其包含：

一控制单元，用来根据一控制电流产生一具至少一位的控制信号；

一偏压电阻，用来根据一偏压电流以提供一偏压；

一电流开关单元，用来根据该控制信号与多个偏压设定电流产生该偏压电流，据以维持该偏压于一预定电压范围内；以及

多个电流驱动模块，用来根据该偏压与该控制信号以提供多个驱动电流，各该电流驱动模块包含一限流控制单元，该限流控制单元是用来根据该控制信号以控制相对应的一驱动电流。

2.根据权利要求1所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该电流驱动模块还包含：

多个限流电阻；

一串接于该多个限流电阻的一第一限流电阻的第一晶体管，用来根据一驱动信号以控制流经该第一限流电阻的该驱动电流的一第一分流；以及

一电连接于该限流控制单元的第二晶体管，该第二晶体管是串接于该多个限流电阻的一第二限流电阻；

其中该限流控制单元根据该控制信号以致能/去能该第二晶体管的运作，于致能该第二晶体管的运作时，该第二晶体管是用来根据该驱动信号以控制流经该第二限流电阻的该驱动电流的一第二分流。

3.根据权利要求2所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该电流驱动模块还包含：

一电连接于该限流控制单元的第三晶体管，该第三晶体管是串接于该多个限流电阻的一第三限流电阻；

其中该限流控制单元根据该控制信号以致能/去能该第三晶体管的运作，于致能该第三晶体管的运作时，该第三晶体管是用来根据该驱动信号以控制流经该第三限流电阻的该驱动电流的一第三分流。

4.根据权利要求2所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该电流驱动模块还包含：

一误差放大器，用来根据该偏压与通过该第一限流电阻与该第二限流电阻反馈的多个反馈电压以驱动一缓冲器提供该驱动信号。

5.根据权利要求4所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该误差放大器包含：

串接的一第一输入晶体管与一第一输入控制开关，该第一输入控制开关根据该控制信号以致能/去能该第一输入晶体管根据该偏压对该缓冲器的驱动运作；以及

串接的一第二输入晶体管与一第二输入控制开关，该第二输入控制开关根据该控制信号以致能/去能该第二输入晶体管根据相对应的反馈电压对该缓冲器的驱动运作。

6.根据权利要求4所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该误差放大器包含：

一第一输入晶体管，用来根据该偏压以驱动该缓冲器；以及

一第二输入晶体管，用来根据相对应的反馈电压以驱动该缓冲器。

7.根据权利要求1所述的具电流平衡功能的驱动电路，还包含：

一电流镜单元，用来根据一设定电流以输出该控制电流与该多个偏压设定电流；以及

一前置电流设定单元，用来根据一参考电压以提供该设定电流。

8.根据权利要求7所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该前置电流设定单元包含一运算放大器、一受控于该运算放大器的一输出电压的晶体管、及一串接于该晶体管的电流设定电阻。

9.根据权利要求7所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该电流镜单元提供等于该设定电流的该控制电流。

10.根据权利要求7所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该电流镜单元提供等于该设定电流的各该偏压设定电流。

11.根据权利要求1所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中该控制信号的位数目是根据该些驱动电流的预设匹配精准度而决定。

12.根据权利要求1所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中：

该电流开关单元具有一受控于该控制信号的一第一位的第一电流开关；以及

该限流控制单元具有一受控于该控制信号的该第一位的第一限流控制开关。

13.根据权利要求12所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中于该第一电流开关工作于闭合状态时，该第一限流控制开关是工作于断开状态，于该第一电流开关工作于断开状态时，该第一限流控制开关是工作于闭合状态。

14.根据权利要求12所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中：

该电流开关单元具有一受控于该控制信号的一第二位的第二电流开关；以及

该限流控制单元具有一受控于该控制信号的该第二位的第二限流控制开关。

15.根据权利要求14所述的具电流平衡功能的驱动电路，其中于该第一电流开关与该第二电流开关工作于闭合状态时，该第一限流控制开关与该第二限流控制开关是工作于断开状态，于该第一电流开关与该第二电流开关工作于断开状态时，该第一限流控制开关与该第二限流控制开关是工作于闭合状态。