CN103687180B - 发光元件电路的控制电路及其控制方法 - Google Patents

发光元件电路的控制电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种发光元件电路的控制电路及其控制方法。当发光元件电路于正常操作模式中且正常连接时，以输出电流为控制目标；当发光元件电路于正常操作模式中被移除时，改以输出电压为控制目标；又当该发光元件电路被装回时，改以输出电流为控制目标。以输出电压为控制目标时，输出电压低于发光元件电路正常连接时的输出电压。

Description

发光元件电路的控制电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种发光元件电路的控制电路及其控制方法，特别是指一种具有热插拔防护(hot-swapping)功能的发光元件电路的控制电路及其控制方法。
背景技术
图1显示一种现有技术发光二极管(lightemittingdiode,LED)电源控制电路100示意图。如图1所示，LED电源控制电路100用以控制LED电路10。其中，LED电源控制电路100包含发光元件电路的控制电路110、功率级电路120、与电流感测电路130。其中，发光元件控制电路110与电流感测电路130连接，以接收电流回授讯号FB，并回授控制功率级电路120，以产生控制讯号130，用以操作功率级电路120中的功率开关，进而将输入电压Vin转换为输出电压Vout，以供应予LED电路10。其中，VCC为发光元件控制电路110的电源，而接地电位GND为各电路的共同接地电位。功率级电路120可为同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率级电路，如图2A-2J所示。
一般而言，LED电源控制电路100于正常操作时，会调节输出电流Iout于固定的预设电流，在未将LED电源控制电路100停机前，突然将LED电路10移除，会使发光元件电路的控制电路110不断地操作，试图将输出电流Iout调节于预设电流，因而造成电路操作上的功率浪费、且输出电压Vout可能上升过高而造成危险。之后又突然将LED电路10装回，在相对较高的输出电压Vout时，此举会产生瞬时冲击电流(instantsurgecurrent)。而瞬时冲击电流会造成电路中元件的损坏，降低电路的寿命。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有热插拔防护功能的发光元件电路的控制电路及其控制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有热插拔防护功能的发光元件电路的控制电路及其控制方法。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种发光元件电路的控制方法，该发光元件电路与一功率级电路耦接，于一正常操作模式中，该功率级电路根据一控制讯号，将一输入电压转换为一输出电压，并提供一输出电流予该发光元件电路，该发光元件电路的控制方法包含：当该发光元件电路于正常操作模式中且正常连接时，以输出电流为控制目标而将输出电流调节于一第一默认值；当该发光元件电路于正常操作模式中被移除时，产生一表示移除的热插拔感测讯号；根据该表示移除的热插拔感测讯号，改以输出电压为控制目标而将输出电压调节于一第二默认值；当该发光元件电路被装回后，产生一表示装回的热插拔感测讯号；以及根据该表示装回的热插拔感测讯号，改以输出电流为控制目标而将输出电流调节于该第一默认值。
在一种较佳实施型态中，当该发光元件电路被装回后，于确认输出电流持续一预定时间不为零后，才产生表示装回的热插拔感测讯号。
在一种较佳实施型态中，该表示移除的热插拔感测讯号与该表示装回的热插拔感测讯号，是根据输出电压的相关讯号及/或输出电流的相关讯号而产生。
在一种较佳实施型态中，该产生表示移除的热插拔感测讯号的步骤包含：将该输出电压与一移除参考讯号相比较；且该产生表示装回的热插拔感测讯号的步骤包含：将该输出电压与一装回参考讯号相比较。
在一种较佳实施型态中，该产生表示移除的热插拔感测讯号的步骤包含：根据输出电流是否为零而判断是否要产生表示移除的热插拔感测讯号；且该产生表示装回的热插拔感测讯号的步骤包含：在输出电流降为零后，根据输出电流是否不再为零而判断是否要产生表示装回的热插拔感测讯号。
在一种较佳实施型态中，该第二默认值为一个低于发光元件电路正常连接时的输出电压值。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种发光元件电路的控制电路，于一正常操作模式中，根据一回授讯号，产生一控制讯号以操作一功率级电路中至少一功率开关，而将一输入电压转换为一输出电压，并提供一输出电流予一发光元件电路，所述发光元件控制电路包含：一判断电路，判断该发光元件电路是否于正常操作模式中正常连接或被移除时，而产生一热插拔感测讯号；以及一控制讯号产生电路，当该热插拔感测讯号表示该发光元件电路被移除时，根据相关于该输出电压的电压回授讯号而产生该控制讯号，以将该输出电压调节于一预定电压；又当该热插拔感测讯号表示该发光元件电路正常连接时，根据相关于该输出电流的电流回授讯号而产生该控制讯号，以将该输出电流调节于一预定电流。
在一种较佳实施型态中，该判断电路根据输出电压的相关讯号及/或输出电流的相关讯号而产生该热插拔感测讯号。
在一种较佳实施型态中，该判断电路包含一第一比较器，将该输出电压的相关讯号与一移除参考讯号相比较；以及一第二比较器，将该输出电压的相关讯号与一装回参考讯号相比较。
在一种较佳实施型态中，该控制讯号产生电路包含：一第一误差放大电路，将该电流回授讯号与一电流参考讯号比较；一第二误差放大电路，将该电压回授讯号与一电压参考讯号比较；以及一脉冲讯号产生电路，将第一与第二误差放大电路其中之一的输出与一锯齿波相比较，据此产生定频的脉宽调变讯号或变频的固定脉宽讯号，作为控制讯号。
上述发光元件电路的控制电路中，该第一与第二误差放大电路的输出可连接于一共同节点，此共同节点的电压由该第一与第二误差放大电路的输出高者决定，且该脉冲讯号产生电路接收此节点的电压。
在一种较佳实施型态中，该预定电压为一个低于发光元件电路正常连接时的输出电压值。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示一种现有技术LED电源控制电路100示意图；
图2A-2J显示同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率级电路；
图3显示本发明的第一个实施例；
图4显示本发明第二个实施例；
图5显示本发明的第三个实施例；
图6显示本发明的第四个实施例；
图7显示各讯号的波形图；
图8显示本发明的第五个实施例；
图9、10显示本发明的第六、七个实施例。
图中符号说明
100,200,300LED电源控制电路
110,210,310发光元件控制电路
120,220,320功率级电路
130,230,330电流感测电路
250输出电压感测电路
2101判断电路
2102选择电路
2103控制讯号产生电路
2104,2105比较电路
2106逻辑电路
2107、2108误差放大电路
2109脉冲讯号产生电路
FB电流回授讯号
GATE控制讯号
GND接地电位
Iout输出电流
N节点
OVP过电压保护讯号
Q1,Q2功率开关
T1～T6时间点
VCC电源
Vin输入电压
Vout输出电压
Vref1移除参考讯号
Vref2装回参考讯号
Vref3电流参考讯号
Vref4电压参考讯号
具体实施方式
请参阅图3，显示本发明的第一个实施例。如图3所示，LED电源控制电路200于正常操作模式中，发光元件电路的控制电路210根据电流回授讯号FB，回授控制功率级电路220，以产生控制讯号GATE，而操作功率级电路220中的功率开关Q1，进行输入／输出功率转换，将输入电压Vin转换为输出电压Vout并提供输出电流Iout予LED电路10。其中，功率级电路220例如但不限于如图所示的降压型功率级电路，亦可以为如图2A-2J所示的其它形式的功率级电路。LED电路10不限于如图所示单一LED串，亦可以为多个并联的发光元件串等。电流回授讯号FB例如但不限于由与发光元件电路10耦接的电流感测电路230产生。由于电流回授讯号FB是相对于输入电压Vin的比较值，因此在本实施例中，控制电路210需要取得相关于输入电压Vin的讯号；在一较佳实施型态中，控制电路210的电源VCC可来自输入电压Vin，如此既能取得电力、又能取得相关于输入电压Vin的讯号。输出电流Iout例如但不限于调节于固定的预设电流，以供应稳定的电流予LED电路10。与图1所示的现有技术LED电源控制电路100不同的是，LED电源控制电路200更包含输出电压感测电路250，产生过电压保护讯号OVP，输入发光元件电路的控制电路210，以感测LED电路10是否正常连接，当LED电路10于正常操作模式中被移除时，LED电源控制电路200根据过电压保护讯号OVP调整控制讯号GATE，使得当LED电路10于正常操作模式中被移除后，进入一定电压控制模式，并将输出电压Vout调节于相对较低的预设位准。如此一来，LED电路10在正常操作模式中被移除后，可降低电路的功率消耗，并于LED电路10装回时，降低瞬时冲击电流。发光元件电路的控制电路210的具体实施例，将于后详述。
图4显示本发明第二个实施例。如图4所示，LED电源控制电路300中，LED电路10的控制电路210根据电流回授讯号FB，并回授控制功率级电路320，以产生控制讯号GATE，而操作功率级电路320中的功率开关Q2，进而将包含输入电压Vin的输入讯号转换为输出讯号，其中，输出讯号包含输出电压Vout与输出电流Iout，以供应予LED电路10。与第一个实施例不同的是，功率级电路320举例显示为如图所示的升压型功率级电路，表示本发明不限于应用第一个实施例的功率级电路220；如前所述，功率级电路例如但不限于可以为如图2A-2J所示的其它形式的功率级电路。此外，电流回授讯号FB例如可由串接于LED电路10的逆向端的电流感测电路330产生，而不必须如第一个实施例，将电流感测电路230串接于LED电路10的顺向端。由于电流回授讯号FB是对地的比较值，因此在本实施例中，控制电路210不必取得相关于输入电压Vin的讯号，故电源VCC不必须来自输入电压Vin，而可来自其它来源。
图5显示本发明的第三个实施例。本实施例显示发光元件电路的控制电路210的具体电路结构的一例。如图5所示，发光元件电路的控制电路210包含判断电路2101、选择电路2102、与控制讯号产生电路2103。于正常操作模式中，当LED电路10正常连接时，控制讯号产生电路2103根据电流回授讯号产生控制讯号GATE，亦即在此情况下，LED电源控制电路200或300是进行电流回授控制，以将输出电流Iout调节于默认值。所述电流回授讯号例如可为电流回授讯号FB或其相关讯号。当LED电路10于正常操作模式中被移除时，请参阅图3、4的实施例，由于输出电流Iout无法经由LED电路10流动，因此电荷将会在输出端累积而造成输出电压Vout不断上升。过电压保护讯号OVP为感测输出电压Vout所得的讯号，判断电路2101根据过电压保护讯号OVP判断输出电压Vout是否过高。当过电压保护讯号OVP显示输出电压Vout过高时，判断电路2101产生热插拔感测讯号，使选择电路2102改选择电压回授讯号，于是控制讯号产生电路2103根据电压回授讯号产生控制讯号GATE，亦即在此情况下，LED电源控制电路200或300是进行电压回授控制，以将输出电压Vout调节于默认值；此默认值可为一安全值，不会对人体或电路造成危险，且使整体LED电源控制电路200或300不会消耗太大功率，但保持电路在运转状态，以备当LED电路10被装回时可以迅速恢复正常操作。所述电压回授讯号例如可为过电压保护讯号OVP或其相关讯号。所述安全值例如可为一个低于LED电路10正常连接时的输出电压值（可参阅后文与图7）。
当LED电路10被装回时，由于输出电压Vout调节于预设的安全值，因此不会有瞬时冲击电流过大的问题，且因为电路保持在运转状态，因此当LED电路10被装回时可以迅速恢复正常操作。由于LED电路10被装回时产生了电流路径，因此电流会流过LED电路10而使输出电压Vout下降。判断电路2101根据过电压保护讯号OVP，判断LED电路10已被装回，因此使选择电路2102改选择电流回授讯号，于是控制讯号产生电路2103根据电流回授讯号产生控制讯号GATE，恢复进行电流回授控制，将输出电流Iout调节于默认值。
图6显示本发明的第四个实施例。本实施例显示判断电路2101的一种更具体的实施例。如图6所示，在本实施例中，判断电路2101包括比较电路2104与2105，其中，比较电路2104比较过电压保护讯号OVP与移除参考讯号Vref1，以判断输出电压Vout是否过高，据此判断LED电路10是否被移除；而比较电路2105比较过电压保护讯号OVP与装回参考讯号Vref2以判断输出电压Vout是否下降，据此判断LED电路10是否被装回。逻辑电路2106根据比较电路2104与2105的输出而产生热插拔感测讯号。图标实施例中，比较电路2104与2105的正负端可以改变，而逻辑电路2106可以相应而设计。或是，逻辑电路2106也可以省略，而热插拔感测讯号可为多位的讯号。
图7以波形图来说明本发明的操作。如图所示，电路启动后，输入电压Vin与输出电压Vout上升，且LED电源控制电路将Iout调节于固定的预设电流。于时间点T1，LED电路被移除，输出电流Iout降至零电流，而输出电压Vout上升。于时间点T2，输出电压Vout上升过高（对应于图6实施例中，过电压保护讯号OVP到达或高过移除参考讯号Vref1），因此产生表示移除的热插拔感测讯号，且LED电源控制电路进入定电压控制模式，改以输出电压Vout而非输出电流Iout作为控制目标。于时间点T3，达到移除后的控制目标，将输出电压Vout调节于较低的预设位准。
于时间点T4，当LED电路装回时，输出电压Vout降低（对应于图6实施例中，过电压保护讯号OVP低至或低过装回参考讯号Vref2），而输出电流Iout由于瞬时冲击电流的原因而上升。在一实施例中，可在时间点T4即产生表示装回的热插拔感测讯号；在本实施例中，可延迟一段时间，确认输出电流Iout持续不为零后，于时间点T5才产生表示装回的热插拔感测讯号（此情况下判断电路2101需要取得有关输出电流Iout的信息，例如参阅图9的实施例）。于是LED电源控制电路切换回定电流控制模式，改以输出电流Iout而非输出电压Vout作为控制目标。于时间点T6，达到装回后的控制目标，将输出电流Iout调节于固定的预设电流。
须说明的是，前述各实施例侦测输出电压Vout的相关信息，而以过电压保护讯号OVP作为产生热插拔感测讯号的判断根据，然本发明并不限于此，亦可由其它输出电压Vout的相关讯号（包或输出电压Vout本身）或输出电流Iout的相关讯号（包或输出电流Iout本身），作为产生热插拔感测讯号的判断根据，只要调整相应的电路设计即可。例如，可在电路进入正常操作后（可遮没启动阶段、亦即在启动阶段时不进行判断），根据输出电流Iout是否为零而判断是否要产生表示移除的热插拔感测讯号、以及在输出电流Iout降为零后，根据输出电流Iout是否不再为零而判断是否要产生表示装回的热插拔感测讯号。此情况下判断电路2101需要取得有关输出电流Iout的信息，但不必须取得有关输出电压Vout的信息，例如参阅图8的实施例。
以上图5实施例中的选择电路2102，是为了概念上便于理解而绘示，在实际电路中，不必须设置此电路。举例而言请参阅图10，在本实施例中，控制讯号产生电路2103包括误差放大电路2107与2108、以及脉冲讯号产生电路2109，其中，误差放大电路2107比较电流回授讯号FB与电流参考讯号Vref3，而误差放大电路2108比较过电压保护讯号OVP与电压参考讯号Vref4。通过适当设计电流参考讯号Vref3、电压参考讯号Vref4、电流回授讯号FB与输出电流Iout的比例、过电压保护讯号OVP与输出电压Vout的比例，可使得当LED电路10正常连接时，误差放大电路2107的输出高于误差放大电路2108的输出；又当LED电路10被移除时，误差放大电路2108的输出高于误差放大电路2107的输出。如此，节点N的电压将由误差放大电路2107与2108的输出高者所决定，亦即从另一个角度言，节点N本身即可视为一个选择电路，因其提供了选择（电压高者决定）的功能。
脉冲讯号产生电路2109有各种实施方式，举例而言可将节点N的讯号与一锯齿波相比较，据此产生定频的脉宽调变讯号或变频的固定脉宽讯号，作为控制讯号GATE。脉冲讯号产生电路2109的输出可根据热插拔感测讯号而调整，例如但不限于在热插拔感测讯号表示移除时，脉冲讯号产生电路2109可立即停止操作一段时间（使输出电压Vout快速下降），等等。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，发光元件不限于各实施例所示的发光二极管(LED)，亦可扩及所有以电流驱动的发光元件；再如，数字讯号高低位准所代表的意义可以互换，仅需对应修改电路对讯号的处理方式；又例如，误差放大电路与比较电路的输入端正负可以互换，仅需对应修正电路的讯号处理方式即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (12)

1.一种发光元件电路的控制方法，该发光元件电路与一功率级电路耦接，于一正常操作模式中，该功率级电路根据一控制讯号，将一输入电压转换为一输出电压，并提供一输出电流予该发光元件电路，其特征在于，该发光元件电路的控制方法包含：
当该发光元件电路于正常操作模式中且正常连接时，以输出电流为控制目标而将输出电流调节于一第一默认值；
当该发光元件电路于正常操作模式中被移除时，产生一表示移除的热插拔感测讯号；
根据该表示移除的热插拔感测讯号，改以输出电压为控制目标而将输出电压调节于一第二默认值，并保持该功率级电路在运转状态；
当该发光元件电路被装回后，产生一表示装回的热插拔感测讯号；以及
根据该表示装回的热插拔感测讯号，改以输出电流为控制目标而将输出电流调节于该第一默认值。
2.如权利要求1所述的发光元件电路的控制方法，其中，当该发光元件电路被装回后，于确认输出电流持续一预定时间不为零后，才产生表示装回的热插拔感测讯号。
3.如权利要求1所述的发光元件电路的控制方法，其中，该表示移除的热插拔感测讯号与该表示装回的热插拔感测讯号，是根据输出电压的相关讯号及/或输出电流的相关讯号而产生。
4.如权利要求1所述的发光元件电路的控制方法，其中，该产生表示移除的热插拔感测讯号的步骤包含：将该输出电压与一移除参考讯号相比较；且该产生表示装回的热插拔感测讯号的步骤包含：将该输出电压与一装回参考讯号相比较。
5.如权利要求1所述的发光元件电路的控制方法，其中，该产生表示移除的热插拔感测讯号的步骤包含：根据输出电流是否为零而判断是否要产生表示移除的热插拔感测讯号；且该产生表示装回的热插拔感测讯号的步骤包含：在输出电流降为零后，根据输出电流是否不再为零而判断是否要产生表示装回的热插拔感测讯号。
6.如权利要求1所述的发光元件电路的控制方法，其中，该第二默认值为一个低于发光元件电路正常连接时的输出电压值。
7.一种发光元件电路的控制电路，于一正常操作模式中，根据一回授讯号，产生一控制讯号以操作一功率级电路中至少一功率开关，而将一输入电压转换为一输出电压，并提供一输出电流予一发光元件电路，其特征在于，所述发光元件控制电路包含：
一判断电路，判断该发光元件电路是否于正常操作模式中正常连接或被移除时，而产生一热插拔感测讯号；以及
一控制讯号产生电路，当该热插拔感测讯号表示该发光元件电路被移除时，根据相关于该输出电压的电压回授讯号而产生该控制讯号，以将该输出电压调节于一预定电压，并保持该功率级电路在运转状态，又当该热插拔感测讯号表示该发光元件电路正常连接时，根据相关于该输出电流的电流回授讯号而产生该控制讯号，以将该输出电流调节于一预定电流。
8.如权利要求7所述的发光元件电路的控制电路，其中，该判断电路根据输出电压的相关讯号及/或输出电流的相关讯号而产生该热插拔感测讯号。
9.如权利要求8所述的发光元件电路的控制电路，其中，该判断电路包含一第一比较器，将该输出电压的相关讯号与一移除参考讯号相比较；以及一第二比较器，将该输出电压的相关讯号与一装回参考讯号相比较。
10.如权利要求7所述的发光元件电路的控制电路，其中，该控制讯号产生电路包含：
一第一误差放大电路，将该电流回授讯号与一电流参考讯号比较；
一第二误差放大电路，将该电压回授讯号与一电压参考讯号比较；以及
一脉冲讯号产生电路，将第一与第二误差放大电路其中之一的输出与一锯齿波相比较，据此产生定频的脉宽调变讯号或变频的固定脉宽讯号，作为控制讯号。
11.如权利要求10所述的发光元件电路的控制电路，其中，该第一与第二误差放大电路的输出连接于一共同节点，此共同节点的电压由该第一与第二误差放大电路的输出高者决定，且该脉冲讯号产生电路接收此节点的电压。
12.如权利要求7所述的发光元件电路的控制电路，其中，该预定电压为一个低于发光元件电路正常连接时的输出电压值。
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