CN103841707B

CN103841707B - 关联于发光二极管的负载驱动装置

Info

Publication number: CN103841707B
Application number: CN201210489215.5A
Authority: CN
Inventors: 林久渊; 洪建邦; 刘增群
Original assignee: SHUOJIE TECH Co Ltd
Current assignee: SHUOJIE TECH Co Ltd
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: CN103841707A

Abstract

本发明提供一种关联于发光二极管的负载驱动装置，其包括：电源转换线路、复合功能线路，以及控制芯片。其中，电源转换线路经配置以接收一直流输入电压，并且反应于一柵极脉宽调变信号而提供一直流输出电压给至少一发光二极管串。复合功能线路与发光二极管串串接，且其经配置以提供一短路保护机制。控制芯片耦接电源转换线路与复合功能线路，且其经配置以：产生所述柵极脉宽调变信号来控制电源转换线路的运作；以及于发光二极管短路时，控制复合功能线路以启动所述短路保护机制，从而保护负载驱动装置免于损毁。

Description

关联于发光二极管的负载驱动装置

技术领域

本发明是有关于一种电容性负载驱动技术，且特别是有关于一种关联于发光二极管(light-emitting-diodes，LEDs)的负载驱动装置。

背景技术

随着半导体技术的进步，发光二极管(light emitting diode，LED)的发光亮度与发光效率持续地提升。发光二极管是一种新型态的冷光源，具有使用寿命长、体积小、用电省、污染低、高可靠度、适合量产等优点，而且发光二极管所能应用的领域十分广泛(例如：照明装置(illumination apparatus)、液晶显示器(liquid crystal display，LCD)或者大型广告广告牌的背光源(backlight source)...等)。

一般而言，用以驱动发光二极管的发光二极管驱动装置(LEDdriving apparatus)可采用以脉宽调变架构为基础(PWM-based)的电源转换线路(power conversion circuit)，例如：升压线路(boost circuit)。然而，现今的发光二极管驱动装置大多没有设置任何有关发光二极管串发生短路(short circuit)时的保护措施/方案于其内，以至于有可能会造成发光二极管驱动装置内的部份关键零件(例如：控制芯片)的损毁。

发明内容

有鉴于此，为了要解决现有技术所述及的问题，本发明的目的是提供一种负载驱动装置。

为达成所述目的，本发明一实施例提供一种负载驱动装置，其包括：电源转换线路、复合功能线路，以及控制芯片。其中，电源转换线路经配置以接收一直流输入电压，并且反应于一柵极脉宽调变信号而提供一直流输出电压给至少一发光二极管串。复合功能线路与发光二极管串串接，且其经配置以提供一短路保护机制。控制芯片耦接电源转换线路与复合功能线路，且其经配置以：产生所述柵极脉宽调变信号来控制电源转换线路的运作；以及于发光二极管短路时，控制复合功能线路以启动所述短路保护机制，从而保护负载驱动装置免于损毁。

于本发明的一示范性实施例中，复合功能线路还可经配置以反应于来自控制芯片的一短路侦测信号而提供关联于流经发光二极管串的电流的一回授电压，且控制芯片还可经配置以接收所述回授电压，并且反应于所述回授电压与一默认短路参考电压的比较以判断发光二极管串是否短路。当控制芯片判断出发光二极管串短路时，则控制芯片会提供一短路保护信号至复合功能线路，用以控制复合功能线路启动所述短路保护机制。

于本发明的一示范性实施例中，当所述回授电压大于所述默认短路参考电压时，则表示发光二极管串短路；反之，当所述回授电压小于所述默认短路参考电压时，则表示发光二极管串正常。

于本发明的一示范性实施例中，电源转换线路可以为直流升压线路，且此直流升压线路包括：电感、整流二极管、滤波电容、功率开关，以及第一电流检测电阻。其中，电感的第一端用以接收所述直流输入电压。整流二极管的阳极耦接电感的第二端，而整流二极管的阴极则耦接至发光二极管串的阳极以提供所述直流输出电压。滤波电容的第一端耦接整流二极管的阴极，而滤波电容的第二端则耦接至一接地电位。功率开关的漏极耦接电感的第二端与整流二极管的阳极，而功率开关的柵极则用以接收所述柵极脉宽调变信号。第一电流检测电阻耦接于功率开关的源极与所述接地电位之间。

于本发明的一示范性实施例中，复合功能线路包括：复合功能开关与第二电流检测电阻。其中，复合功能开关的漏极耦接至发光二极管串的阴极，复合功能开关的源极用以提供所述回授电压，而复合功能开关的柵极则用以接收所述短路侦测信号或所述短路保护信号。第二电流检测电阻耦接于复合功能开关的源极与所述接地电位之间。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以具有一只回授脚位，且控制芯片透过所述回授脚位以接收所述回授电压。在此条件下，所提的负载驱动装置还可包括：齐纳二极管。齐纳二极管的阴极耦接至所述回授脚位，而齐纳二极管的阳极则耦接至所述接地电位。其中，齐纳二极管可以设置在控制芯片的内部或外部。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以还具有耦接至复合功能开关的柵极的一只复合输出脚位。在此条件下，控制芯片可以透过所述复合输出脚位以于发光二极管串正常时，提供所述短路侦测信号至复合功能开关的柵极。另外，控制芯片亦可透过所述复合输出脚位以于发光二极管串短路时，提供所述短路保护信号至复合功能开关的柵极。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以还具有一只柵极输出脚位，且控制芯片可以透过所述柵极输出脚位以输出所述柵极脉宽调变信号来控制功率开关的切换。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片可以还具有一只复合输入脚位。在此条件下，控制芯片还可经配置以反应于输入至所述复合输入脚位的一调光输入脉宽调变信号而产生一调光输出脉宽调变信号，并且透过所述复合输出脚位输出所述调光输出脉宽调变信号至复合功能开关的柵极，用以控制复合功能开关的切换。

于本发明的一示范性实施例中，复合功能线路还可经配置以提供一调光机制，并且反应于所述调光输出脉宽调变信号而启动所述调光机制，用以调整发光二极管串的亮度。

于本发明的一示范性实施例中，当所述调光输入脉宽调变信号致能时，则控制芯片可以输出所述柵极脉宽调变信号，用以控制功率开关的切换；反之，当所述调光输入脉宽调变信号禁能时，则控制芯片将停止输出所述柵极脉宽调变信号，用以停止控制功率开关的切换。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片还可以具有一只补偿脚位。在此条件下，所提的负载驱动装置还可包括：两补偿电容。所述两补偿电容的其一耦接于所述回授脚位与所述补偿脚位之间，而所述两补偿电容的另一则耦接于所述回授脚位与所述接地电位之间。所述两补偿电容经配置以稳定所述柵极脉宽调变信号，进而稳定电源转换线路所提供的直流输出电压。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片还可经配置以反应于第一电流检测电阻的跨压与一默认过电流保护参考电压而决定是否启动一过电流保护机制。在此条件下，控制芯片还可经配置以反应于所述过电流保护机制的启动而停止产生所述柵极脉宽调变信号。而且，控制芯片还可以具有一只电流侦测脚位，且控制芯片可以透过所述电流侦测脚位以接收第一电流检测电阻的跨压。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片还可以具有一只频率设定脚位。在此条件下，所提的负载驱动装置还可包括：耦接于所述频率设定脚位与所述接地电位之间的频率设定电阻。频率设定电阻经配置以设定所述柵极脉宽调变信号的频率。

于本发明的一示范性实施例中，控制芯片还可以具有一只电源脚位以接收操作所需的直流输入电压；此外，控制芯片还可以具有一只接地脚位以耦接至所述接地电位。

于本发明的另一示范性实施例中，在控制芯片不具备有调光功能的情况下，控制芯片可以具有一只芯片致能脚位。在此条件下，复合功能线路即为(单一功能的)短路保护线路，且其还可经配置以于发光二极管串短路时，启动所述短路保护机制，进而提供一关闭信号至所述芯片致能脚位。另外，控制芯片还可经配置以于发光二极管串短路时，受控于或反应于来自短路保护线路的所述关闭信号而关闭(shutdown)，当短路故障被排除后，控制芯片会自动侦测到此短路故障排除，而自动解除关闭(shutdown)状态而不需要重新启动负载驱动装置。

于本发明的一示范性实施例中，在控制芯片不具备有调光功能的情况下，电源转换线路类似地可以为直流升压线路，且此直流升压线路包括：电感、整流二极管、滤波电容、功率开关，以及第一电流检测电阻。其中，电感的第一端用以接收所述直流输入电压。整流二极管的阳极耦接电感的第二端，而整流二极管的阴极则耦接至发光二极管串的阳极以提供所述直流输出电压。滤波电容的第一端耦接整流二极管的阴极，而滤波电容的第二端则耦接至一接地电位。功率开关的漏极耦接电感的第二端与整流二极管的阳极，而功率开关的柵极则用以接收所述柵极脉宽调变信号。第一电流检测电阻耦接于功率开关的源极与所述接地电位之间。另外，短路保护线路包括：第一与第二开关晶体管、第二电流检测电阻、第一至第三电阻、电容，以及二极管。其中，第一开关晶体管的漏极耦接至发光二极管串的阴极，第一开关晶体管的源极用以提供关联于流经发光二极管串的电流的一回授电压，而第一开关晶体管的柵极则耦接至所述芯片致能脚位。第二电流检测电阻耦接于第一开关晶体管的源极与所述接地电位之间。第一电阻的第一端耦接第一开关晶体管的漏极。第二开关晶体管的柵极耦接第一电阻的第二端，第二开关晶体管的漏极耦接第一开关晶体管的柵极以提供所述关闭信号，而第二开关晶体管的源极则耦接至所述接地电位。第二电阻耦接于第二开关晶体管的漏极与所述接地电位之间。电容耦接于第二开关晶体管的柵极与所述接地电位之间。二极管与电容并接，而第三电阻与二极管并接。

基于上述，在上述本发明的示范性实施例中，当发光二极管串短路时，则所设置的短路保护机制会被立即启动，从而保护负载驱动装置免于损毁。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附图式是本发明的说明书的一部分，绘示了本发明的示例实施例，所附图式与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1绘示为本发明一示范性实施例的负载驱动装置(load drivingapparatus)10的示意图。

图2绘示为图1的电源转换线路101与复合功能线路103的实施示意图。

图3A绘示为本发明一示范性实施例的用以保护控制芯片105免于受到大短路电流与大短路电压而损毁的实施示意图。

图3B绘示为本发明另一示范性实施例的用以保护控制芯片105免于受到大短路电流与大短路电压而损毁的实施示意图。

图4绘示为本发明另一示范性实施例的负载驱动装置40的示意图。

图5绘示为图4的电源转换线路401与短路保护线路403的实施示意图。

图6绘示为在图4的负载驱动装置40中实现调光功能的实施示意图。

【主要元件符号说明】

10、40：负载驱动装置

20：发光二极管串

101、401：电源转换线路

103：复合功能线路

105、405：控制芯片

403：短路保护线路

R_{freq_set}：频率设定电阻

CP1、CP2：补偿电容

L1：电感

DR：整流二极管

ZD：齐纳二极管

Cf：滤波电容

Q1：功率开关

Q2：复合功能开关

M1、M2：开关晶体管

Rs1、Rs2：电流检测电阻

R1～R3、Rdim：电阻

C、Cdim：电容

D：二极管

VDD：电源脚位

GND：接地脚位

OCP：电流侦测脚位

GATE：柵极输出脚位

CMP：补偿脚位

INN：回授脚位

DIM_I：复合输入脚位

DIM_O：复合输出脚位

FREQ：频率设定脚位

EA：芯片致能脚位

GPW：柵极脉宽调变信号

SD：短路侦测信号

SP：短路保护信号

DPW_I：调光输入脉宽调变信号

DPW_O：调光输出脉宽调变信号

Off_S：关闭信号

V_{DC_IN}：直流输入电压

V_{DC_OUT}：直流输出电压

V_Rs1：跨压

V_INN：回授电压

V_{short_ref}：默认(或内建的)短路参考电压

V_{ocp_ref}：预设(或内建的)过电流保护参考电压

I_LED：电流

具体实施方式

现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件代表相同或类似部分。

图1绘示为本发明一示范性实施例的负载驱动装置(load drivingapparatus)10的示意图。请参阅图1，负载驱动装置10包括：电源转换线路(power conversion circuit)101、复合功能线路(complexfunction circuit)103、(电流型)控制芯片(control chip)105、频率设定电阻(frequency-setting resistor)R_{freq_set}，以及补偿电容(compensation capacitor)CP1与CP2。其中，控制芯片105可以具有多只脚位(pin)，例如：电源脚位(power pin)VDD、接地脚位(ground pin)GND、复合输入脚位(complex input pin)DIM_I、复合输出脚位(complex output pin)DIM_O、柵极输出脚位(gate outputpin)GATE、电流侦测脚位(current sense pin)OCP、回授脚位(feedbackpin)INN、补偿脚位(compensation pin)CMP，以及频率设定脚位(frequency-setting pin)FREQ。当然，基于实际设计/应用需求，可以对控制芯片105增设其他的功能脚位，或者删除控制芯片105既有的功能脚位。

基本上，为了要让控制芯片105得以正常地运作，电源脚位VDD会接收操作所需的直流输入电压V_{DC_IN}，而接地脚位GND会耦接至接地电位。如此一来，控制芯片105即可对直流输入电压V_{DC_IN}进行转换(例如：升/降压)以获得其内部电路所需的工作电压。

于本示范性实施例中，电源转换线路101经配置以接收直流输入电压(DC input voltage)V_{DC_IN}，并且反应于来自控制芯片105的柵极脉宽调变信号(gate pulse-width-modulation signal，PWM signal)GPW而提供直流输出电压(DC output voltage)V_{DC_OUT}给发光二极管串(LED string)20。另外，复合功能线路103与发光二极管串20串接，且其经配置以提供短路保护机制(short-protection mechanism)。再者，控制芯片105耦接电源转换线路101与复合功能线路103，且其经配置以产生柵极脉宽调变信号GPW来控制电源转换线路101的运作。甚至，控制芯片105还得以经配置以于发光二极管串20短路时，控制复合功能线路103以启动短路保护机制，从而保护负载驱动装置10免于损毁。

更清楚来说，图2绘示为图1的电源转换线路101与复合功能线路103的实施示意图。请合并参阅图1与图2，于本示范性实施例中，电源转换线路101可以为直流升压线路(DC boost circuit)，且其可以包括：电感(inductor)L1、整流二极管(rectification diode，例如采用萧特基(Schottky)二极管来实施，但并不限制于此)DR、滤波电容(filter capacitor)Cf、(N型)功率开关(power switch)Q1，以及电流检测电阻(current sense resistor)Rs1。

电感L1的第一端用以接收直流输入电压V_{DC_IN}。整流二极管D1的阳极(anode)耦接电感L1的第二端，而整流二极管D1的阴极(cathode)则耦接至发光二极管串20的阳极以提供直流输出电压V_{DC_OUT}。滤波电容Cf的第一端耦接整流二极管D1的阴极，而滤波电容Cf的第二端则耦接至接地电位(ground potential)。(N型)功率开关Q1的漏极(drain)耦接电感L1的第二端与整流二极管D1的阳极，而(N型)功率开关Q1的柵极(gate)则用以接收来自控制芯片105的柵极输出脚位GATE的柵极脉宽调变信号GPW。电流检测电阻Rs1耦接于(N型)功率开关Q1的源极(source)与接地电位之间。

于本示范性实施例中，控制芯片105可以透过柵极输出脚位GATE以输出柵极脉宽调变信号GPW来控制功率开关Q1的切换。另外，控制芯片105还可经配置以反应于电流检测电阻Rs1的跨压V_Rs1与一预设(或内建的)过电流保护参考电压(predetermined/built-inover-current reference voltage)V_{ocp_ref}而决定是否启动过电流保护机制(OC protection mechanism)。一旦控制芯片105决定启动过电流保护机制的话，则控制芯片105会反应于过电流保护机制的启动而停止产生柵极脉宽调变信号GPW，直至无过电流发生为止。换言之，控制芯片105可以透过电流侦测脚位OCP以接收电流检测电阻Rs1的跨压V_Rs1，从而持续地判断是否有过电流的发生。

除此之外，为了要稳定控制芯片105所输出的柵极脉宽调变信号GPW与电源转换线路101所提供的直流输出电压V_{DC_OUT}，可以将补偿电容CP1耦接于回授脚位INN与补偿脚位CMP之间，并且将补偿电容CP2耦接于回授脚位INN与接地电位之间。在实际应用上，补偿电容(CP1，CP2)可经配置以稳定控制芯片105所输出的柵极脉宽调变信号GPW，进而稳定电源转换线路101所提供的直流输出电压V_{DC_OUT}。甚至，为了要扩展控制芯片105的应用层面/范围，可以将频率设定电阻R_{freq_set}耦接于频率设定脚位FREQ与接地电位之间，用以设定控制芯片105所输出的柵极脉宽调变信号GPW的频率(frequency)。换言之，控制芯片105所输出的柵极脉宽调变信号GPW的频率可以随着频率设定电阻R_{freq_set}的阻值的改变而改变。

另一方面，复合功能线路103可以包括：复合功能开关(complexfunction switch)Q2与电流检测电阻Rs2。其中，复合功能开关Q2的漏极耦接至发光二极管串20的阴极，复合功能开关Q2的源极用以提供关联于流经发光二极管串20的电流I_LED的回授电压(feedbackvoltage)V_INN，而复合功能开关Q2的柵极则用以接收来自控制芯片105的复合输出脚位DIM_O的短路侦测信号(short detection signal)SD或短路保护信号(short protection signal)SP。另外，电流检测电阻Rs2耦接于复合功能开关Q2的源极与接地电位之间。

于本示范性实施例中，复合功能线路103会反应于来自控制芯片105的复合输出脚位DIM_O的(高电平)短路侦测信号SD而提供关联于流经发光二极管串20的电流I_LED的回授电压V_INN。如此一来，控制芯片105即可透过回授脚位INN以接收来自复合功能线路103的回授电压V_INN，并且反应于所接收的回授电压V_INN与一默认(或内建的)短路参考电压(predetermined/built-in short reference voltage)V_{short_ref}的比较以判断发光二极管串20是否短路。

在实际应用上，当发光二极管串20正常，且负载驱动装置10正常运作时，复合功能线路103所提供的回授电压V_INN实质上会很小，几乎等于接地电位，例如：0.2V，但并不限制于此；然而，当发光二极管串20短路时，复合功能线路103所提供的回授电压V_INN实质上会很大，几乎等于电源转换线路101所提供的直流输出电压V_{DC_OUT}，例如：几伏特(V)到几十伏特(V)。因此，于本示范性实施例中，当回授电压V_INN大于默认(或内建的)短路参考电压V_{short_ref}时，则可以设定表示发光二极管串20短路；反之，当回授电压V_INN小于默认(或内建的)短路参考电压V_{short_ref}时，则可以设定表示发光二极管串20正常。

当控制芯片105判断出发光二极管串20短路时(亦即透过回授脚位INN以判断出复合功能线路103所提供的回授电压V_INN异常上升)，则控制芯片105会透过复合输出脚位DIM_O以提供(低电平)短路保护信号SP至复合功能线路103，用以控制复合功能线路103启动短路保护机制，从而保护负载驱动装置10免于受到短路的发光二极管串20所引发的大电流与大电压而损坏。

由此可知的是，控制芯片105可以透过复合输出脚位DIM_O以于发光二极管串20正常时，提供(高电平)短路侦测信号SD至复合功能开关Q2的柵极，用以导通(turn on)复合功能开关Q2。与此同时，控制芯片105会持续透过回授脚位INN以接收并判断复合功能线路103所提供的回授电压V_INN是否大于默认(或内建的)短路参考电压V_{short_ref}。一旦控制芯片105判断出复合功能线路103所提供的回授电压V_INN大于默认(或内建的)短路参考电压V_{short_ref}的话，则表示发光二极管串20短路。在此条件下，控制芯片105即会透过复合输出脚位DIM_O以于发光二极管串20短路时，提供(低电平)短路保护信号SP至复合功能开关Q2的柵极，用以关闭(turn off)复合功能开关Q2，从而使得复合功能线路103启动短路保护机制来保护负载驱动装置10。

在此值得一提的是，当发光二极管串20短路时，复合功能线路103所提供的回授电压V_INN会异常上升至相对高压的直流输出电压V_{DC_OUT}，故而控制芯片105很有可能会受到具有相对高压的回授电压V_INN(＝V_{DC_OUT})的影响而损毁。基此考虑/考虑下，如图3A与图3B所示，负载驱动装置10可以更加地包括有齐纳二极管(Zenerdiode)ZD。齐纳二极管ZD的阴极耦接至回授脚位INN，而齐纳二极管ZD的阳极则耦接至接地电位。而且，在实际应用/设计选择下，齐纳二极管ZD可以设置在控制芯片105的内部(如图3A所示)或外部(如图3B所示)。

另一方面，本示范性实施例的控制芯片105还具备有调光功能(dimming function)。更清楚来说，控制芯片105还可经配置以反应于(外部)输入至复合输入脚位DIM_I的调光输入脉宽调变信号(dimming input PWM signal)DPW_I而产生调光输出脉宽调变信号(dimming output PWM signal)DPW_O，并且透过复合输出脚位DIM_O输出所产生的调光输出脉宽调变信号DPW_O至复合功能开关Q2的柵极，用以控制复合功能开关Q2的切换。在此条件下，复合功能线路103还可经配置以提供调光机制(dimming mechanism)，并且反应于来自控制芯片105的调光输出脉宽调变信号DPW_O而启动调光机制，用以调整发光二极管串20的亮度。

在实际应用上，当调光输入脉宽调变信号DIM_I致能时，则控制芯片105才能输出柵极脉宽调变信号GPW，用以控制功率开关Q1的切换；反之，当调光输入脉宽调变信号DIM_I禁能时，则控制芯片105将停止输出柵极脉宽调变信号GPW，用以停止控制功率开关Q1的切换。甚至，在本示范性实施例中，控制芯片105还可经配置以反应于(外部)输入至复合输入脚位DIM_I的关闭信号(shutdownsignal，亦即：一个持续维持在低电平的信号)而关闭(shutdown)。

基于上述，当发光二极管串20短路时，则控制芯片105会立即透过复合输出脚位DIM_O以输出短路保护信号SP而关闭复合功能线路103内的复合功能开关Q2。如此一来，复合功能线路103即会启动短路保护机制，用以保护负载驱动装置10免于受到短路的发光二极管串20所引发的大电流与大电压而损坏。

另一方面，图4绘示为本发明另一示范性实施例的负载驱动装置40的示意图。请参阅图4，负载驱动装置40类似地包括：电源转换线路401、短路保护线路403、(电流型)控制芯片405、频率设定电阻R_{freq_set}，以及补偿电容CP1与CP2。其中，控制芯片405可以具有多只脚位，例如：电源脚位VDD、接地脚位GND、芯片致能脚位(chip enable pin)EA、柵极输出脚位GATE、电流侦测脚位OCP、回授脚位INN、补偿脚位CMP，以及频率设定脚位FREQ。当然，基于实际设计/应用需求，可以对控制芯片405增设其他的功能脚位，或者删除控制芯片405既有的功能脚位。而且，在本示范性实施例中，控制芯片405本身并不具备有调光功能(dimming function)。

相似地，为了要让控制芯片405得以正常地运作，电源脚位VDD会接收操作所需的直流输入电压V_{DC_IN}，而接地脚位GND会耦接至接地电位。如此一来，控制芯片405即可对直流输入电压V_{DC_IN}进行转换(例如：升/降压)以获得其内部电路所需的工作电压。

于本示范性实施例中，电源转换线路401经配置以接收直流输入电压V_{DC_IN}，并且反应于来自控制芯片405的柵极脉宽调变信号GPW而提供直流输出电压V_{DC_OUT}给发光二极管串20。另外，短路保护线路403与发光二极管串20串接，且其经配置以提供短路保护机制，并且于发光二极管串20短路时启动短路保护机制，进而提供关闭信号(shutdown signal)Off_S至芯片致能脚位EA。再者，控制芯片405耦接电源转换线路401与短路保护线路403，且其经配置以产生柵极脉宽调变信号GPW来控制电源转换线路401的运作。甚至，控制芯片405还得以经配置以于发光二极管串20短路时，受控于或反应于来自短路保护线路403的关闭信号Off_S而关闭(shutdown)，从而保护负载驱动装置40免于损毁。

更清楚来说，图5绘示为图4的电源转换线路401与短路保护线路403的实施示意图。请合并参阅图4与图5，于本示范性实施例中，电源转换线路401亦可为直流升压线路，且其类似于电源转换线路101而包括：电感L1、整流二极管(例如采用萧特基二极管来实施，但并不限制于此)DR、滤波电容Cf、(N型)功率开关Q1，以及电流检测电阻Rs1。

与上述示范性实施例类似，电感L1的第一端用以接收直流输入电压V_{DC_IN}。整流二极管D1的阳极耦接电感L1的第二端，而整流二极管D1的阴极则耦接至发光二极管串20的阳极以提供直流输出电压V_{DC_OUT}。滤波电容Cf的第一端耦接整流二极管D1的阴极，而滤波电容Cf的第二端则耦接至接地电位。(N型)功率开关Q1的漏极耦接电感L1的第二端与整流二极管D1的阳极，而(N型)功率开关Q1的柵极(gate)则用以接收来自控制芯片405的柵极输出脚位GATE的柵极脉宽调变信号GPW。电流检测电阻Rs1耦接于(N型)功率开关Q1的源极与接地电位之间。

与上述示范性实施例类似，控制芯片405可以透过柵极输出脚位GATE以输出柵极脉宽调变信号GPW来控制功率开关Q1的切换。另外，控制芯片405亦可经配置以反应于电流检测电阻Rs1的跨压V_Rs1与一预设(或内建的)过电流保护参考电压V_{ocp_ref}而决定是否启动过电流保护机制。一旦控制芯片405决定启动过电流保护机制的话，则控制芯片405会反应于过电流保护机制的启动而停止产生柵极脉宽调变信号GPW，直至无过电流发生为止。换言之，控制芯片405可以透过电流侦测脚位OCP以接收电流检测电阻Rs1的跨压V_Rs1，从而持续地判断是否有过电流的发生。

除此之外，为了要稳定控制芯片405所输出的柵极脉宽调变信号GPW与电源转换线路401所提供的直流输出电压V_{DC_OUT}，亦可将补偿电容CP1耦接于回授脚位INN与补偿脚位CMP之间，并且将补偿电容CP2耦接于回授脚位INN与接地电位之间。在实际应用上，补偿电容(CP1，CP2)可经配置以稳定控制芯片405所输出的柵极脉宽调变信号GPW，进而稳定电源转换线路401所提供的直流输出电压V_{DC_OUT}。甚至，为了要扩展控制芯片405的应用层面/范围，可以将频率设定电阻R_{freq_set}耦接于频率设定脚位FREQ与接地电位之间，用以设定控制芯片405所输出的柵极脉宽调变信号GPW的频率。换言之，控制芯片405所输出的柵极脉宽调变信号GPW的频率亦可随着频率设定电阻R_{freq_set}的阻值的改变而改变。

另一方面，短路保护线路403可以包括：(N型)开关晶体管(M1，M2)、电流检测电阻Rs2、电阻(R1，R2，R3)、电容C，以及二极管D。其中，(N型)开关晶体管M1的漏极耦接至发光二极管串20的阴极，(N型)开关晶体管M1的源极用以提供关联于流经发光二极管串20的电流I_LED的回授电压V_INN至控制芯片405的回授脚位INN(即，控制芯片405可以透过回授脚位INN以接收回授电压V_INN)，而开关晶体管M1的柵极则耦接至芯片致能脚位EA。电流检测电阻Rs2耦接于(N型)开关晶体管M1的源极与接地电位之间。

电阻R1的第一端耦接(N型)开关晶体管M1的漏极。(N型)开关晶体管M2的柵极耦接电阻R1的第二端，(N型)开关晶体管M2的漏极耦接(N型)开关晶体管M1的柵极以提供关闭信号Off_S，而(N型)开关晶体管M2的源极则耦接至接地电位。电阻R2耦接于(N型)开关晶体管M2的漏极与接地电位之间。电容C耦接于(N型)开关晶体管M2的柵极与接地电位之间。二极管D与电容C并接，而电阻R3则与二极管D并接。

在实际应用上，当发光二极管串20正常，而且一个持续维持在高电平的信号已被施加至芯片致能脚位EA以让负载驱动装置40正常运作时，短路保护线路403所提供的回授电压V_INN实质上会很小，几乎等于接地电位，例如：0.2V，但并不限制于此。在此条件下，(N型)开关晶体管M2会处于关闭(turn off)的状态。

反之，当发光二极管串20短路时，短路保护线路403所提供的回授电压V_INN实质上会很大，几乎等于电源转换线路401所提供的直流输出电压V_{DC_OUT}，例如：几伏特(V)到几十伏特(V)。在此条件下，(N型)开关晶体管M2会处于导通(turn on)的状态，用以关闭(N型)开关晶体管M1，并且提供(低电平)关闭信号Off_S至控制芯片405的芯片致能脚位EA。如此一来，控制芯片405即会于发光二极管串20短路时，受控于或反应于来自短路保护线路403的关闭信号Off_S而关闭(shutdown)，从而保护负载驱动装置40免于损毁，当发光二极管串20短路故障被排除后，(N型)开关晶体管M1的漏极端电压会下降，使得(N型)开关晶体管M2截止(OFF)，电阻R2上的电压上升，而使关闭信号Off_S上升，进而自动解除控制芯片405的关闭(shutdown)状态而不需要重新启动负载驱动装置40。

在此值得一提的是，于发光二极管串20短路时，短路保护线路403所提供的(低电平)关闭信号Off_S的快慢为相依于(depend on)电阻R1与电容C。换言之，于发光二极管串20短路时，短路保护线路403所提供的(低电平)关闭信号Off_S的快慢由电阻R1与电容C所决定。因此，在实际应用上，必须适当/审慎地对电阻R1与电容C进行设计。

基于上述，当发光二极管串20短路时，则短路保护线路403会立即启动短路保护机制(即，关闭(N型)开关晶体管M1)，并且提供关闭信号Off_S至芯片致能脚位EA。如此一来，控制芯片405即会于发光二极管串20短路时，受控于或反应于来自短路保护线路403的关闭信号Off_S而关闭(shutdown)，从而保护负载驱动装置40免于受到短路的发光二极管串20所引发的大电流与大电压而损坏。

在图4与图5相关的示范性实施例中，虽然控制芯片405本身并不具备有调光功能，但是若欲在负载驱动装置40中实现调光功能的话，则可以在负载驱动装置40中额外地增设一个电阻电容网络(RCnetwork)，例如：如图6所示的电阻Rdim与电容Cdim。其中，电阻Rdim的第一端用以接收来自控制芯片405的柵极脉宽调变信号GPW，而电阻Rdim的第二端则耦接至(N型)开关晶体管M1的柵极。另外，电容Cdim耦接于电阻Rdim的第二端与接地电位之间。在此条件下，即可在负载驱动装置40中实现调光功能。

综上所述，在上述本发明的示范性实施例中，当发光二极管串20短路时，则所设置的短路保护机制会被立即启动，从而保护负载驱动装置10/40免于损毁。

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，任何所属技术领域中具有通常知识者，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，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims

1.一种负载驱动装置，其特征在于包括：

一电源转换线路，其经配置以接收一直流输入电压，并且反应于一柵极脉宽调变信号而提供一直流输出电压给一发光二极管串；

一复合功能线路，与该发光二极管串串接，且其经配置以提供一短路保护机制；以及

一控制芯片，耦接该电源转换线路与该复合功能线路，且其经配置以：

产生该柵极脉宽调变信号来控制该电源转换线路的运作；以及

于该发光二极管短路时，控制该复合功能线路以启动该短路保护机制，从而保护该负载驱动装置免于损毁；其中：

该复合功能线路还经配置以反应于来自该控制芯片的一短路侦测信号而提供关联于流经该发光二极管串的电流的一回授电压，

该控制芯片还经配置以接收该回授电压，并且反应于该回授电压与一默认短路参考电压的比较以判断该发光二极管串是否短路，

当该控制芯片判断出该发光二极管串短路时，则该控制芯片提供一短路保护信号至该复合功能线路，用以控制该复合功能线路启动该短路保护机制。

2.如权利要求1所述的负载驱动装置，其中：

当该回授电压大于该默认短路参考电压时，则表示该发光二极管串短路；以及

当该回授电压小于该默认短路参考电压时，则表示该发光二极管串正常。

3.如权利要求2所述的负载驱动装置，其中该电源转换线路至少为一直流升压线路，且该直流升压线路包括：

一电感，其第一端用以接收该直流输入电压；

一整流二极管，其阳极耦接该电感的第二端，而其阴极则耦接至该发光二极管串的阳极以提供该直流输出电压；

一滤波电容，其第一端耦接该整流二极管的阴极，而其第二端则耦接至一接地电位；

一功率开关，其漏极耦接该电感的第二端与该整流二极管的阳极，而其柵极则用以接收该柵极脉宽调变信号；以及

一第一电流检测电阻，耦接于该功率开关的源极与该接地电位之间。

4.如权利要求3所述的负载驱动装置，其中该复合功能线路包括：

一复合功能开关，其漏极耦接至该发光二极管串的阴极，其源极用以提供该回授电压，而其柵极则用以接收该短路侦测信号或该短路保护信号；以及

一第二电流检测电阻，耦接于该复合功能开关的源极与该接地电位之间。

5.如权利要求4所述的负载驱动装置，其中该控制芯片具有一回授脚位，且该控制芯片透过该回授脚位以接收该回授电压。

6.如权利要求5所述的负载驱动装置，还包括：

一齐纳二极管，其阴极耦接至该回授脚位，而其阳极则耦接至该接地电位。

7.如权利要求6所述的负载驱动装置，其中该齐纳二极管设置在该控制芯片的内部或外部。

8.如权利要求5所述的负载驱动装置，其中该控制芯片还具有耦接至该复合功能开关的柵极的一复合输出脚位。

9.如权利要求8所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片透过该复合输出脚位以于该发光二极管串正常时，提供该短路侦测信号至该复合功能开关的柵极，

该控制芯片透过该复合输出脚位以于该发光二极管串短路时，提供该短路保护信号至该复合功能开关的柵极。

10.如权利要求9所述的负载驱动装置，其中该控制芯片还具有一柵极输出脚位，且该控制芯片透过该柵极输出脚位以输出该柵极脉宽调变信号来控制该功率开关的切换。

11.如权利要求10所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片还具有一复合输入脚位，

该控制芯片还经配置以反应于输入至该复合输入脚位的一调光输入脉宽调变信号而产生一调光输出脉宽调变信号，并且透过该复合输出脚位输出该调光输出脉宽调变信号至该复合功能开关的柵极，用以控制该复合功能开关的切换。

12.如权利要求11所述的负载驱动装置，其中该复合功能线路还经配置以提供一调光机制，并且反应于该调光输出脉宽调变信号而启动该调光机制，用以调整该发光二极管串的亮度。

13.如权利要求11所述的负载驱动装置，其中：

当该调光输入脉宽调变信号致能时，则该控制芯片输出该柵极脉宽调变信号，用以控制该功率开关的切换；以及

当该调光输入脉宽调变信号禁能时，则该控制芯片停止输出该柵极脉宽调变信号，用以停止控制该功率开关的切换。

14.如权利要求11所述的负载驱动装置，其中该控制芯片还具有一补偿脚位，且该负载驱动装置还包括：两补偿电容，所述两补偿电容的其一耦接于该回授脚位与该补偿脚位之间，而所述两补偿电容的另一则耦接于该回授脚位与该接地电位之间，

其中，所述两补偿电容经配置以稳定该柵极脉宽调变信号，进而稳定该电源转换线路所提供的该直流输出电压。

15.如权利要求14所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片还经配置以反应于该第一电流检测电阻的跨压与一默认过电流保护参考电压而决定是否启动一过电流保护机制，

该控制芯片还经配置以反应于该过电流保护机制的启动而停止产生该柵极脉宽调变信号，

该控制芯片还具有一电流侦测脚位，且该控制芯片透过该电流侦测脚位以接收该第一电流检测电阻的跨压。

16.如权利要求15所述的负载驱动装置，其中该控制芯片还具有一频率设定脚位，且该负载驱动装置还包括：

一频率设定电阻，耦接于该频率设定脚位与该接地电位之间，且其经配置以设定该柵极脉宽调变信号的频率。

17.如权利要求16所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片还具有一电源脚位以接收操作所需的该直流输入电压，

该控制芯片还具有一接地脚位以耦接至该接地电位。

18.如权利要求1所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片具有一芯片致能脚位，

该复合功能线路为一短路保护线路，且其还经配置以于该发光二极管串短路时，启动该短路保护机制，进而提供一关闭信号至该芯片致能脚位，

该控制芯片还经配置以于该发光二极管串短路时，受控于或反应于来自该短路保护线路的该关闭信号而关闭。

19.如权利要求18所述的负载驱动装置，其中：

该电源转换线路至少为一直流升压线路，且该直流升压线路包括：

一电感，其第一端用以接收该直流输入电压；

一第一电流检测电阻，耦接于该功率开关的源极与该接地电位之间，

该短路保护线路包括：

一第一开关晶体管，其漏极耦接至该发光二极管串的阴极，其源极用以提供关联于流经该发光二极管串的电流的一回授电压，而其柵极则耦接至该芯片致能脚位；

一第二电流检测电阻，耦接于该第一开关晶体管的源极与该接地电位之间；

一第一电阻，其第一端耦接该第一开关晶体管的漏极；

一第二开关晶体管，其柵极耦接该第一电阻的第二端，其漏极耦接该第一开关晶体管的柵极以提供该关闭信号，而其源极则耦接至该接地电位；

一第二电阻，耦接于该第二开关晶体管的漏极与该接地电位之间；

一电容，耦接于该第二开关晶体管的柵极与该接地电位之间；

一二极管，与该电容并接；以及

一第三电阻，与该二极管并接。

20.如权利要求19所述的负载驱动装置，其中：

21.如权利要求20所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片还具有一柵极输出脚位，且该控制芯片透过该柵极输出脚位以输出该柵极脉宽调变信号来控制该功率开关的切换，

该控制芯片还具有一回授脚位，且该控制芯片透过该回授脚位以接收该回授电压。

22.如权利要求21所述的负载驱动装置，其中该控制芯片还具有一补偿脚位，且该负载驱动装置还包括：两补偿电容，所述两补偿电容的其一耦接于该回授脚位与该补偿脚位之间，而所述两补偿电容的另一则耦接于该回授脚位与该接地电位之间，

23.如权利要求22所述的负载驱动装置，其中该控制芯片还具有一频率设定脚位，且该负载驱动装置还包括：

24.如权利要求23所述的负载驱动装置，其中：

该控制芯片还具有一接地脚位以耦接至该接地电位。