CN103889104A - 发光二极管驱动电路及其保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管驱动电路，包括电压选择器、保护电路及控制电路。电压选择器分别从多个发光二极管串接收多个回授电压并从该些回授电压中选出最低回授电压。保护电路耦接电压选择器与该些发光二极管串。控制电路耦接电压选择器与保护电路，且接收最低回授电压与参考电压。当最低回授电压与参考电压之间的差值小于预设值时，控制电路提供短路保护控制信号至保护电路，以致能保护电路的短路侦测单元。
Description
技术领域
本发明与发光二极管驱动器有关，特别是关于一种适用于多串(Multi-channel)的发光二极管驱动电路及发光二极管驱动器保护方法。
背景技术
由于工艺上的限制，每一个发光二极管被制造出来时，其顺向偏压(Forward voltage)可能都不相同，两个分属不同生产批号的发光二极管之间的顺向偏压差甚至可高达0.1～0.2伏特以上。因此，当发光二极管应用时，通常会先筛选顺向偏压较为相近的发光二极管，以避免各频道的消耗功率相差过大或造成短路侦测误判断而使得正常的回路被误关闭，但却也导致额外的时间及成本支出。
此外，目前市面上的发光二极管背光模块在应用时，可针对发光二极管的开路(Open)及短路(Short)进行侦测，以避免发光二极管的开路及短路造成误判断而导致电路动作异常。请参照图1A至图1C，图1A为一种能够同时侦测发光二极管开路与短路的侦测电路的示意图；图1B为图1A中的发光二极管串发生开路的示意图；图1C为各电压信号的时序图。
如图1A及图1B所示，当发光二极管串C1开路时，电压选择器232从侦测电压VHR1～VHRm中选出最低回授电压VFB后，误差放大器234根据最低回授电压VFB与参考电压VREF产生误差放大信号VERR，再经由转换控制器236产生控制电压信号VCTRL去控制输出级21来调整第二电压V2的值。当有某回路开路发生，最低回授电压VFB为零，电压选择器232会选到VFB=0的回路给误差放大器234的负端来当成误差放大的比较电压，当第二电压V2被拉高至临界电压值VTH时，电压侦测器26输出启动信号RST以重新致能短路的保护机制。
然而，若在正常应用下发光二极管串C1～Cm已有接近短路保护电压(LED串压差较大)的回授回路时，在侦测开路时因为第二电压V2电压上升导致发光二极管串C1～Cm的过压持续的加大，当电压侦测器26输出启动信号RST重新启动短路保护机制时，将会造成误判断的情况。
发明内容
本发明的一范畴在于提出一种发光二极管驱动电路。于一较佳具体实施例中，发光二极管驱动电路耦接多个发光二极管串。发光二极管驱动电路包括电压选择器、保护电路及控制电路。
电压选择器分别耦接至该些发光二极管串，以接收多个回授电压并从该些回授电压中选出最低回授电压。保护电路耦接电压选择器与该些发光二极管串。控制电路耦接电压选择器与保护电路，且接收最低回授电压与参考电压。当最低回授电压与参考电压之间的差值小于预设值时，控制电路提供短路保护控制信号至保护电路，以致能保护电路的短路侦测单元。
于一实施例中，保护电路包括短路侦测单元及开路侦测单元。短路侦测单元耦接控制电路及该些发光二极管串，用以根据短路保护控制信号对该些发光二极管串进行短路侦测。开路侦测单元耦接电压选择器及该些发光二极管串，用以对该些发光二极管串进行开路侦测。
于一实施例中，控制电路包括误差放大器、回路控制器及侦测区间控制器。误差放大器耦接电压选择器，用以根据最低回授电压及参考电压产生误差放大信号。回路控制器耦接误差放大器，用以根据误差放大信号产生回路控制信号。侦测区间控制器耦接于误差放大器与短路侦测单元之间。当最低回授电压与参考电压之间的差值小于预设值时，侦测区间控制器输出短路保护控制信号至短路侦测单元。
于一实施例中，发光二极管驱动电路还包括输出级。输出级耦接回路控制器、输入电压、输出电压及该些发光二极管串。输出级接收来自回路控制器的回路控制信号，并根据回路控制信号调整输出电压的值。
于一实施例中，当输出电压大于预设电压时，开路侦测单元提供开路关闭控制信号至电压选择器，使得电压选择器关闭处于开路状态的发光二极管串，以拉高发光二极管串的回授电压，避免电压选择器将发光二极管串的回授电压选为最低回授电压。
于一实施例中，当短路侦测单元根据短路保护控制信号对该些发光二极管串进行短路侦测时，若短路侦测单元侦测到对应于该些发光二极管串中的一发光二极管串的回授电压高于额定电压，短路侦测单元判定上述发光二极管串处于短路状态并关闭发光二极管串。
本发明的另一范畴在于提出一种发光二极管驱动电路保护方法。于一较佳具体实施例中，发光二极管驱动电路保护方法用以保护发光二极管驱动电路，发光二极管驱动电路耦接多个发光二极管串。发光二极管驱动电路保护方法包括下列步骤：(a)分别从该些发光二极管串接收多个回授电压并从该些回授电压中选出最低回授电压；(b)判断最低回授电压与参考电压之间的差值是否小于预设值；(c)若步骤(b)的判断结果为是，对该些发光二极管串进行短路侦测。
相较于现有技术，本发明所提出的发光二极管驱动电路及其保护方法具有下列优点：
(1)可同时侦测发光二极管驱动电路是否处于开路与短路状态以提供适当的开路与短路保护；
(2)在任意的回路开路时，能有效防止因为任意的回路开路造成其他正常频道的回授电压被抬高，避免其他发光二极管串被误判断而造成正常的回路被误关闭的情况发生；
(3)本发明的发光二极管驱动电路及其保护方法适用于多串(Multi-channel)的发光二极管驱动电路。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1A为一种能够同时侦测发光二极管开路与短路的侦测电路的示意图。
图1B为图1A中的发光二极管串发生开路的示意图。
图1C为各电压信号的时序图。
图2为根据本发明的一具体实施例的发光二极管驱动电路的示意图。
图3为通过短路保护控制信号控制短路侦测单元仅于第一时间区间及第二时间区间内进行短路侦测的时序图。
图4为当某发光二极管串开路时控制短路侦测单元停止短路侦测的时序图。
图5为根据本发明的另一具体实施例的发光二极管驱动电路保护方法的流程图。
主要元件符号说明：
S10～S20：流程步骤 M1～Mn：晶体管开关
20：侦测电路 21：输出级
22：发光二极管电流 23：控制单元
24：开路侦测器 25：短路侦测器
26：电压侦测器 232：电压选择器
234：误差放大器 236：转换控制器
Id1～Idm：发光二极管电流 C1～Cm：发光二极管串
VHR1～VHRm：回授电压 Vref：参考电压
VFB：最低回授电压 VCTRL：控制电压信号
VERR：误差放大信号 VTH：临界电压值
RST：启动信号 C1～Cn：发光二极管串
Vch1～Vchn：回授电压 ILED1～ILEDn：发光二极管电流
1：发光二极管驱动电路 11：控制电路
Vout：输出电压 Vin：输入电压
10：电压选择器 12：保护电路
14：误差放大器 16：回路控制器
18：输出级 19：侦测区间控制器
12A：开路侦测单元 12B：短路侦测单元
Vmin、Vmin1：最低回授电压 Vref：参考电压
Comp：误差放大信号 Ctrl：回路控制信号
DTC：短路保护控制信号 T1：第一时间区间
T2：第二时间区间 V1：第一侦测点
V2：第二侦测点 t1～t4：第一时间～第四时间
Vchx：第x回授电压 VF,SD：肖特基二极管顺向偏压
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种发光二极管驱动电路。于此实施例中，发光二极管驱动电路适用于多串(Multi-channel)的发光二极管驱动器，亦即具有多个彼此并联的发光二极管串的发光二极管驱动器。请参照图2，图2为此实施例的发光二极管驱动电路的示意图。
如图2所示，发光二极管驱动电路1耦接n个发光二极管串C1～Cn。n个发光二极管串C1～Cn彼此并联排列并且耦接于输出电压Vout与接地端之间。发光二极管驱动电路1包括电压选择器10、控制电路11、保护电路12及输出级18。控制电路11包括误差放大器14、回路控制器16及侦测区间控制器19。保护电路12包括开路侦测单元12A及短路侦测单元12B。
电压选择器10分别耦接至n个发光二极管串C1～Cn与接地端之间；保护电路12的开路侦测单元12A及短路侦测单元12B分别耦接至电压选择器10与n个发光二极管串C1～Cn之间；开路侦测单元12A还耦接至电压选择器10；短路侦测单元12B还耦接至n个发光二极管串C1～Cn的n个晶体管开关M1～Mn；误差放大器14耦接电压选择器10；回路控制器16耦接误差放大器14；输出级18耦接回路控制器16、输入电压Vin、输出电压Vout及n个发光二极管串C1～Cn；侦测区间控制器19耦接于误差放大器14与保护电路12之间。
当电压选择器10分别从n个发光二极管串C1～Cn接收到n个回授电压Vch1～Vchn时，电压选择器10将会从n个回授电压Vch1～Vchn中选出一个最低回授电压Vmin，并将最低回授电压Vmin输出至误差放大器14的负输入端－。
误差放大器14的正输入端＋及负输入端－分别接收参考电压Vref及最低回授电压Vmin，并根据参考电压Vref及最低回授电压Vmin产生误差放大信号Comp后，将误差放大信号Comp输出至回路控制器16。回路控制器16根据误差放大信号Comp产生回路控制信号Ctrl，并将回路控制信号Ctrl输出至输出级18。
当输出级18接收到来自回路控制器16的回路控制信号Ctrl时，输出级18会根据回路控制信号Ctrl调整输出电压Vout的值。如图3所示，假设n个发光二极管串C1～Cn均未有任何开路现象发生，当最低回授电压Vmin开始增加时，根据最低回授电压Vmin及参考电压Vref(固定值)所产生的误差放大信号Comp亦会开始增加，因此，回路控制器16根据误差放大信号Comp所产生的回路控制信号Ctrl亦会开始控制输出级18增加输出电压Vout的值，直至输出电压Vout的值达到第二侦测点V2为止。
同样地，当最低回授电压Vmin开始降低时，根据最低回授电压Vmin及参考电压Vref(固定值)所产生的误差放大信号Comp亦会开始降低，因此，回路控制器16根据误差放大信号Comp所产生的回路控制信号Ctrl亦会开始控制输出级18降低输出电压Vout的值。
需说明的是，当最低回授电压Vmin与参考电压Vref(固定值)之间的差值小于一预设值时，控制电路11中的侦测区间控制器19将会提供一短路保护控制信号DTC至保护电路12中的短路侦测单元12B，由此致能短路侦测单元12B并控制短路侦测单元12B对n个发光二极管串C1～Cn进行短路侦测。
由于短路侦测单元12B亦耦接至n个发光二极管串C1～Cn的n个晶体管开关M1～Mn，一旦对应于n个发光二极管串C1～Cn中的某一发光二极管串Cx的回授电压Vchx过高，例如高于一额定电压7.5V，短路侦测单元12B将会判断发光二极管串Cx处于短路状态，并关闭发光二极管串Cx的晶体管开关Mx。
举例而言，如图3所示，当原本小于参考电压Vref(固定值)的最低回授电压Vmin增加至接近参考电压Vref且最低回授电压Vmin与参考电压Vref之间的差值小于预设值时，侦测区间控制器19将会输出短路保护控制信号DTC控制短路侦测单元12B开始对n个发光二极管串C1～Cn进行短路侦测，并持续第一时间区间T1后停止进行短路侦测。
同样地，当原本大于参考电压Vref(固定值)的最低回授电压Vmin降低至接近参考电压Vref且最低回授电压Vmin与参考电压Vref之间的差值小于预设值时，侦测区间控制器19将会输出短路保护控制信号DTC至短路侦测单元12B，以控制短路侦测单元12B开始对n个发光二极管串C1～Cn进行短路侦测，并持续第二时间区间T2后停止进行短路侦测。
由于保护电路12的开路侦测单元12A会一直对n个发光二极管串C1～Cn的n个回授电压Vch1～Vchn进行开路侦测，一旦开路侦测单元12A侦测到某一回授电压Vchx为零，代表相对应的发光二极管串Cx有开路的现象发生，此时侦测区间控制器19将会控制短路侦测单元12B停止对n个发光二极管串C1～Cn进行短路侦测。
举例而言，如图4所示，于发光二极管驱动电路的操作上，当输入电压VIN给电且致能时，输出电压Vout等于VIN-VF,SD(VF,SD为萧基二极管Schottky Diode的顺向偏压)，整个回路的输出由VIN-VF,SD当起始点然后在有限的最大工作周期的限定下依据发光二极管串所串联的发光二极管个数来升压至满足整个回路正常的输出电压Vout。
当最低回授电压Vmin1开始增加而逐渐接近参考电压Vref时，于第一时间t1下，最低回授电压Vmin1与参考电压Vref之间的差值小于预设值，亦即最低回授电压Vmin1开始落于第一侦测区间T1内，因此，侦测区间控制器19开始输出短路保护控制信号DTC控制短路侦测单元12B分别对n个发光二极管串C1～Cn进行短路侦测。亦即于正常操作下，短路侦测单元12B将会一直对发光二极管进行短路侦测。
于第二时间t2下，开路侦测单元12A侦测到某一回授电压Vchx低于设定的第一侦测点V1，代表相对应的发光二极管串Cx有开路的现象发生，此时最低回授电压Vmin1将会降为零且输出电压Vout将会开始增加，直至达到第二侦测点V2后才开始往下降。此时，由于最低回授电压Vmin1小于第一侦测点V1且输出电压Vout达到第二侦测点V2，开路侦测单元12A会提供开路关闭控制信号至电压选择器10，使得电压选择器10将处于开路状态的发光二极管串Cx的相关电路关闭，以减少不必要的电流消耗。此时，处于开路状态的发光二极管串Cx回授回路会被拉至最高电位，因此电压选择器10即会忽略处于开路状态的发光二极管串Cx的回授电压Vchx，而从其他正常的发光二极管串C1～Cx-1及Cx+1～Cn的回授电压Vch1～Vchx-1及Vchx+1～Vchn中选出最低回授电压，故能避免电压选择器10将处于开路状态的发光二极管串Cx的回授电压Vchx选为最低回授电压。
由于此时最低回授电压Vmin1已脱离第一侦测区间T1，为了避免输出电压Vout增加导致其他正常的发光二极管串C1～Cx-1及Cx+1～Cn的回授电压加大，使得短路侦测单元12B产生发光二极管串短路的误判，侦测区间控制器19将会控制短路侦测单元12B停止对n个发光二极管串C1～Cn进行短路侦测，故侦测区间控制信号DTC变为低准位。
接着，当开路的发光二极管串Cx回路被禁能时，电压选择器10重新选择到的最低回授电压Vmin1逐渐接近参考电压Vref，于第三时间t3下，最低回授电压Vmin1与参考电压Vref之间的差值小于预设值，亦即Vmin开始落于第二侦测区间T2内，侦测区间控制器19开始输出短路保护控制信号DTC控制短路侦测单元12B分别对其他正常的发光二极管串C1～Cx-1及Cx+1～Cn进行短路侦测，并持续至第四时间t4为止。
由此，侦测区间控制器19可控制短路侦测单元12B仅于特定的第一时间区间T1与第二时间区间T2内进行发光二极管短路侦测，因此，当输出电压Vout由于发光二极管串开路而增大造成其他正常的发光二极管串的回授电压变大时，短路侦测单元12B并未进行发光二极管串的短路侦测，故不会误判其他正常的发光二极管串处于短路状态。
根据本发明的另一较佳具体实施例为一种发光二极管驱动电路保护方法。于此实施例中，发光二极管驱动电路保护方法用以保护发光二极管驱动电路，发光二极管驱动电路耦接多个发光二极管串，且该些发光二极管串耦接于输出电压与接地端之间。请参照图5，图5为此实施例的发光二极管驱动电路保护方法的流程图。
如图5所示，发光二极管驱动电路保护方法包括下列步骤：于步骤S10中，上述方法分别从该些发光二极管串接收多个回授电压并从该些回授电压中选出最低回授电压。于步骤S12中，上述方法根据最低回授电压及参考电压产生误差放大信号。于步骤S14中，上述方法根据误差放大信号产生回路控制信号。于步骤S16中，上述方法根据回路控制信号调整输出电压的值。
于步骤S18中，上述方法判断最低回授电压与参考电压之间的差值是否小于预设值。若步骤S18的判断结果为是，上述方法执行步骤S20，对该些发光二极管串进行短路侦测。若步骤S18的判断结果为否，上述方法重新执行步骤S18。
相较于现有技术，本发明所提出的发光二极管驱动电路及其保护方法具有下列优点：
(1)可同时侦测发光二极管驱动电路是否处于开路与短路状态以提供适当的开路与短路保护；
(2)在任意的回路开路时，能有效防止因为任意的回路开路造成其他正常频道的回授电压被抬高，避免其他发光二极管串被误判断而造成正常的回路被误关闭的情况发生；
(3)本发明的发光二极管驱动电路及其保护方法适用于多串(Multi-channel)的发光二极管驱动电路。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
Claims (11)
1.一种发光二极管驱动电路，耦接多个发光二极管串，其特征在于，上述发光二极管驱动电路包括：
一电压选择器，分别耦接至该些发光二极管串，以接收多个回授电压并从该些回授电压中选出一最低回授电压；
一保护电路，耦接上述电压选择器与该些发光二极管串；
一控制电路，耦接上述电压选择器与上述保护电路，且接收上述最低回授电压与一参考电压，
其中当上述最低回授电压与上述参考电压之间的一差值小于一预设值时，上述控制电路提供一短路保护控制信号至上述保护电路，以致能上述保护电路的一短路侦测单元。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，上述保护电路包括：
上述短路侦测单元，耦接上述控制电路及该些发光二极管串，用以根据上述短路保护控制信号对该些发光二极管串进行一短路侦测；以及
一开路侦测单元，耦接上述电压选择器及该些发光二极管串，用以对该些发光二极管串进行一开路侦测。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，上述控制电路包括：
一误差放大器，耦接上述电压选择器，用以根据上述最低回授电压及上述参考电压产生一误差放大信号；
一回路控制器，耦接上述误差放大器，用以根据上述误差放大信号产生一回路控制信号；以及
一侦测区间控制器，耦接于上述误差放大器与上述短路侦测单元之间，当上述最低回授电压与上述参考电压之间的上述差值小于上述预设值时，上述侦测区间控制器输出上述短路保护控制信号至上述短路侦测单元。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，上述发光二极管驱动电路还包括：
一输出级，耦接上述回路控制器、上述输入电压、上述输出电压及该些发光二极管串，上述输出级接收来自上述回路控制器的上述回路控制信号，并根据上述回路控制信号调整上述输出电压的值。
5.如权利要求2所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，当上述输出电压大于一预设电压时，上述开路侦测单元提供一开路关闭控制信号至上述电压选择器，使得上述电压选择器关闭处于开路状态的一发光二极管串，以拉高上述发光二极管串的回授电压，避免上述电压选择器将上述发光二极管串的回授电压选为上述最低回授电压。
6.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，当上述短路侦测单元根据上述短路保护控制信号对该些发光二极管串进行上述短路侦测时，若上述短路侦测单元侦测到对应于该些发光二极管串中的一发光二极管串的一回授电压高于一额定电压，上述短路侦测单元判定上述发光二极管串处于短路状态并关闭上述发光二极管串。
7.一种发光二极管驱动电路保护方法，用以保护一发光二极管驱动电路，上述发光二极管驱动器耦接多个发光二极管串，其特征在于，上述发光二极管驱动电路保护方法包括下列步骤：
(a)分别从该些发光二极管串接收多个回授电压并从该些回授电压中选出一最低回授电压；
(b)判断上述最低回授电压与上述参考电压之间的一差值是否小于一预设值；以及
(c)若步骤(b)的判断结果为是，对该些发光二极管串进行一短路侦测。
8.如权利要求7所述的发光二极管驱动电路保护方法，其特征在于，上述方法还包含下列步骤：
对该些发光二极管串进行一开路侦测。
9.如权利要求7所述的发光二极管驱动电路保护方法，其特征在于，上述发光二极管驱动电路保护方法还包含下列步骤：
根据上述最低回授电压及上述参考电压产生一误差放大信号；
根据上述误差放大信号产生一回路控制信号；以及
根据上述回路控制信号调整上述输出电压的值。
10.如权利要求7所述的发光二极管驱动电路保护方法，其特征在于，上述发光二极管驱动电路保护方法还包括当上述输出电压大于一预设电压时，关闭该些发光二极管串中的处于开路状态的一发光二极管串，以拉高上述发光二极管串的回授电压，避免上述发光二极管串的回授电压被选为上述最低回授电压。
11.如权利要求7所述的发光二极管驱动电路保护方法，其特征在于，当上述短路侦测单元根据上述短路保护控制信号对该些发光二极管串进行上述短路侦测时，若上述短路侦测单元侦测到对应于该些发光二极管串中的一发光二极管串的一回授电压高于一额定电压，上述短路侦测单元判定上述发光二极管串处于短路状态并关闭上述发光二极管串。
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