CN105992443A - 定电流驱动装置的反馈装置及反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反馈装置及反馈方法，用于一定电流驱动装置，所述反馈装置控制所述定电流驱动装置中的一电源供应模块产生一输出电压，所述定电流驱动装置则通过一输出电流来驱动一电路负载。所述反馈装置包括一反馈控制模块，用来接收相关于所述电路负载的一负载驱动电压，并据以产生一控制电压；一反馈输出单元，用来根据所述控制电压与所述电源供应模块的一反馈电压之间的一电位差，通过所述反馈输出单元内部的一等效电阻来产生一反馈电流。所述电源供应模块根据所述反馈电流来控制所述输出电压的大小，使所述定电流驱动装置得以通过所述输出电流来驱动所述电路负载。

Description

定电流驱动装置的反馈装置及反馈方法

技术领域

本发明涉及一种用于定电流驱动装置的反馈装置及反馈方法，尤其涉及一种可通过负反馈方式，使定电流驱动装置输出定电压至负载端，以实现定电流驱动的反馈装置及反馈方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具有能量转换效率高、功率需求低、体积小、反应快及使用寿命长等优点，已普遍应用于各种领域，例如显示器的背光光源、户外及室内照明、视觉信息显示、光通信及红外线通信等。由于发光二极管的亮度与通过的电流具有绝对关系，因此，若欲使发光二极管输出稳定的亮度时，应在发光二极管上施加稳定电压(如通过稳压器)，并通过一电流源来提供发光二极管稳定的电流。

然而，电子装置中往往存在噪声，使得稳压器及/或电流源输出的电压及/或电流偏离预定值，造成流经发光二极管的电流改变，而无法实现稳定的亮度。因此，需要一种反馈机制来稳定用来推动发光二极管的电压，进而使通过发光二极管的电流达到稳定状态。欧洲专利案EP 1894300 B1公开了一种利用多个电流源来实现的架构，其可通过比较器来侦测输出端的电压电平，并通过比较器侦测到的电压变化来控制多个电流源开启或关闭，进而将稳压器的输出电压控制在一定值。若发光二极管应用于显示器的背光光源时，需根据显示器所需的颜色来输出不同亮度，因此，在不同亮度需求之下，上述电流源需要输出大范围的电流，如1μA～128μA。若一电流源可用来实现1μA电流时，128μA电流需要使用128个相同的电流源，因而在布局(layout)上占用相当大的面积。此外，布局面积大将使得所有电流源无法集中布局在一处，在此情况下，不同电流源之间难以相互匹配而容易受到不同程度的工艺误差影响，使得每一电流源所输出的电流产生差异，因而降低了输出电流的准确度。当电流从第1阶(1μA)到第128阶(128μA)的上升幅度不同时，会产生线性度的误差，容易使负载端出现噪声，进而造成发光二极管闪烁的现象。此外，上述线性度的误差也容易产生电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)的问题。

鉴于此，实有必要提出另一种反馈机制，以改善上述问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种反馈装置及反馈方法，其可通过调整参考电压的方式，在定电流驱动装置中调整输出电压及输出电流，以通过定电流来驱动发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，一方面节省布局多个电流源所需的面积，另一方面可改善电压调整的线性度问题，进而避免发光二极管闪烁及电磁干扰的情况发生。

本发明公开了一种反馈装置，用于一定电流驱动装置，所述反馈装置控制所述定电流驱动装置中的一电源供应模块产生一输出电压，所述定电流驱动装置则通过一输出电流来驱动一电路负载。所述反馈装置包括一反馈控制模块，用来接收相关于所述电路负载的一负载驱动电压，并据以产生一控制电压，其中，所述负载驱动电压为一负载电压或由所述负载电压所产生；一反馈输出单元，耦接至所述反馈控制模块及所述电源供应模块之间，用来根据所述控制电压与所述电源供应模块的一反馈电压之间的一电位差，通过所述反馈输出单元内部的一等效电阻来产生一反馈电流；其中，所述电源供应模块根据所述反馈电流来控制所述输出电压的大小，使所述定电流驱动装置得以通过所述输出电流来驱动所述电路负载。

本发明还公开了一种用于一定电流驱动装置的反馈方法，用来控制所述定电流驱动装置中的一电源供应模块产生一输出电压，所述定电流驱动装置则通过一输出电流来驱动一电路负载。所述反馈方法包括接收所述电路负载的一负载驱动电压，并据以产生一控制电压，其中，所述负载驱动电压为一负载电压或由所述负载电压所产生；以及根据所述控制电压与所述电源供应模块的一反馈电压之间的一电位差，通过一等效电阻来产生一反馈电流，所述反馈电流用来控制所述输出电压的大小，使所述定电流驱动装置得以通过所述输出电流来驱动所述电路负载。

附图说明

图1为本发明实施例一定电流驱动装置的示意图。

图2为定电流驱动装置的一种实施方式的示意图。

图3为本发明实施例一流程的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 定电流驱动装置

100 电路负载

102 电源供应模块

104 电流源

110 反馈装置

112 反馈控制模块

114 反馈输出单元

V_LED 输出电压

I_LED 输出电流

V_LOAD 负载电压

V_CTRL 控制电压

V_FB 反馈电压

I_FB 反馈电流

R1、R2 分压电阻

R3 输出电阻

Q1 输出晶体管

A1 放大器

V_REF 参考电压

202 编码产生器

204 数字模拟转换器

V_DRV 负载驱动电压

CODE 数字编码

R4 电阻

30 流程

300～306 步骤

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一定电流驱动装置10的示意图。如图1所示，定电流驱动装置10可用来驱动一电路负载100。定电流驱动装置10包括一电源供应模块102、一电流源104及一反馈装置110。电路负载100可包括多个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，或任何可根据接收到的电压及电流来执行特定功能的电路组件。定电流驱动装置10可通过一输出电压V_LED及一输出电流I_LED来驱动电路负载100的运作。电源供应模块102可用来产生输出电压V_LED，以提供予电路负载100。电流源104可产生用来驱动电路负载100的输出电流I_LED。

反馈装置110包括一反馈控制模块112及一反馈输出单元114。反馈控制模块112可用来接收电路负载100的一负载电压V_LOAD，并据以产生一控制电压V_CTRL。反馈输出单元114耦接至反馈控制模块112及电源供应模块102之间，可根据控制电压V_CTRL与电源供应模块102的一反馈电压V_FB之间的电位差，通过反馈输出单元114内部的一等效电阻来产生一反馈电流I_FB。在此情况下，电源供应模块102可根据反馈电流I_FB来控制输出电压V_LED的大小，使得输出电压V_LED可达到稳定状态，进而使定电流驱动装置10得以通过输出电流I_LED来驱动电路负载100。

详细来说，反馈控制模块112从电路负载100的一端接收到负载电压V_LOAD，并据以产生控制电压V_CTRL。反馈输出单元114再根据控制电压V_CTRL与反馈电压V_FB之间的电位差，产生一反馈电流I_FB。如此一来，电源供应模块102可根据反馈电流I_FB来控制输出电压V_LED的大小。举例来说，若输出电压V_LED倾向于下降时，负载电压V_LOAD会随之而下降，反馈控制模块112可根据电平较低的负载电压V_LOAD而产生电平较低的控制电压V_CTRL。接着，若反馈电压V_FB大于控制电压V_CTRL时，电平较低的控制电压V_CTRL可使反馈电压V_FB与控制电压V_CTRL之间具有较大的电位差，进而使反馈输出单元114产生较大的反馈电流I_FB。在此情况下，反馈电流I_FB可流经电源供应模块102中的分压电阻，使得电源供应模块102所输出的输出电压V_LED回升至一预定值。通过上述负反馈机制，可避免输出电压V_LED受到噪声影响而下降。另一方面，若输出电压V_LED倾向于上升时，也可根据相同的反馈机制使反馈输出单元114产生较小的反馈电流I_FB或反向的反馈电流I_FB(即反馈电流I_FB从反馈装置110流向电源供应模块102)，使得输出电压V_LED回降至预定值，以避免输出电压V_LED受到噪声影响而上升。

请参考图2，图2为定电流驱动装置10的一种实施方式的示意图。如图2所示，电路负载100可为多个彼此串联的发光二极管。电源供应模块102可为一直流对直流转换器(DC-DC converter)，其输出端包括分压电阻R1及R2，用来决定电源供应模块102所输出的输出电压V_LED。电流源104包括一输出电阻R3、一输出晶体管Q1及一放大器A1。输出晶体管Q1的漏极耦接至电路负载100的一端，源极耦接至输出电阻R3，而栅极耦接至一负载反馈端。放大器A1的一第一输入端耦接至一定电压源，用来接收一参考电压V_REF(如能隙参考电压(bandgap reference voltage))；一第二输入端耦接至输出晶体管Q1的源极与输出电阻R3之间，用来控制输出晶体管Q1的源极电压等于参考电压V_REF，使得电流源104可通过参考电压V_REF的电压值及输出电阻R3的阻值来决定用来驱动电路负载100的输出电流I_LED；放大器A1的输出端则耦接至负载反馈端以及输出晶体管Q1的栅极。

请继续参考图2。反馈控制模块112包括一编码产生器202及一数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)204。编码产生器202耦接至负载反馈端，可接收来自于负载反馈端的一负载驱动电压V_DRV。负载驱动电压V_DRV是由负载电压V_LOAD转换而得，更明确来说，当电路负载一端的负载电压V_LOAD发生变化时，输出晶体管Q1及放大器A1可共同运作，使位于负载反馈端的负载驱动电压V_DRV产生变化。接着，编码产生器202可根据负载驱动电压V_DRV，产生一数字编码CODE。数字模拟转换器204耦接至编码产生器202，其可根据数字编码CODE，输出控制电压V_CTRL。反馈输出单元114可为一电阻R4，流经电阻R4的反馈电流I_FB可根据电阻R4的阻值及电阻两端的电位差(即反馈电压V_FB与控制电压V_CTRL的差)来决定，反馈电流I_FB即可通过分压电阻R1来调整输出电压V_LED的大小，进而达到稳定的输出电压V_LED及输出电流I_LED。如此一来，本发明只需使用单一电流源104，即可根据参考电压V_REF的电压值及输出电阻R3的阻值来实现不同大小的输出电流I_LED，而不需要设计多个电流源并通过不同电流源的开启或关闭来决定输出电流I_LED，因此，可节省多个电流源在布局(layout)上所占用的大量面积，同时避免多个电流源之间无法匹配造成电流调整的线性度受到影响，进而避免电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)及光线闪烁的情况发生。

一般来说，在定电流驱动装置10处在正常工作状态之下，输出电流I_LED、输出电压V_LED、负载电压V_LOAD、负载驱动电压V_DRV、数字编码CODE、控制电压V_CTRL及反馈电流I_FB可根据上述负反馈控制机制，达到稳定的平衡。若欲显示不同亮度时，可通过参考电压V_REF的调整来决定输出电流I_LED的值，以改变电路负载100中串联的发光二极管所通过的电流，进而调整发光二极管的亮度。

详细来说，由于发光二极管运作时处在顺偏压状态，且输出电流I_LED为定值，因此发光二极管两端应维持固定的跨压，在此情况下，当输出电压V_LED倾向于下降时，负载电压V_LOAD会随之而下降，进而降低输出晶体管Q1的漏极－源极电压(V_DS)。在此情况下，由于输出晶体管Q1是运作在饱和模式(saturation mode)，当其漏极－源极电压下降时，栅极－源极电压(V_GS)会上升(即负载驱动电压V_DRV上升)，使通过的输出电流I_LED维持在定值。接着，当编码产生器202侦测到负载驱动电压V_DRV上升时，可输出数值较小的数字编码CODE，使得数字模拟转换器204可根据数值较小的数字编码CODE来输出电平较低的控制电压V_CTRL。接着，反馈电流I_FB即可根据控制电压V_CTRL及反馈电压V_FB的电平以及输出电阻R3的阻值来决定，亦即，当输出电阻R3的阻值固定时，由电源供应模块102流向反馈装置110的反馈电流I_FB与反馈电压V_FB减去控制电压V_CTRL的电位差成正比。因此，当控制电压V_CTRL下降时，反馈电流I_FB会上升，上升的反馈电流I_FB会通过分压电阻R1，以推升输出电压V_LED的大小，进而避免输出电压V_LED下降。如此一来，上述负反馈机制即可控制定电流驱动装置10输出稳定的输出电压V_LED，同时使电流源104输出稳定的输出电流I_LED，以提供予电路负载100。

举例来说，在不失一般性的情况下，假设当定电流驱动装置10处在正常工作状态时，控制电压V_CTRL的大小等于反馈电压V_FB。由于电阻R4两端的电位相等，此时无任何电流通过电阻R4，亦即反馈电流I_FB等于零。在此情况下，输出电压V_LED的值仅由分压电阻来决定，其可通过以下方式计算：

$V\_\mathrm{LED}=V\_\mathrm{FB}\×\frac{R1+R2}{R2}$

当输出电压V_LED倾向于下降时，根据电流源104及反馈装置110的运作，会产生较低的控制电压V_CTRL，进而产生反馈电流I_FB，反馈电流I_FB即可通过分压电阻R1来推升输出电压V_LED。在此情况下，输出电压V_LED的值可通过以下方式计算：

$V\_\mathrm{LED}=V\_\mathrm{FB}\×\frac{R1+R2}{R2}+I\_\mathrm{FB}\×R1$

亦即

$V\_\mathrm{LED}=V\_\mathrm{FB}\×\frac{R1+R2}{R2}+(V\_\mathrm{FB}-V\_\mathrm{CTRL})\×R1$

由此可知，当控制电压V_CTRL倾向于下降时，输出电压V_LED的值会倾向于上升，以形成负反馈机制来达到稳定的输出电压V_LED。

同理，当输出电压V_LED倾向于上升时，电流源104及反馈装置110会共同运作，使得反馈装置110输出较高的控制电压V_CTRL，进而产生较小的反馈电流I_FB或反向的反馈电流I_FB(即反馈电流I_FB从反馈装置110流向电源供应模块102)，借以避免输出电压V_LED上升。相关于输出电压V_LED倾向于上升的状况下的详细运作方式可根据上述说明而推知，在此不赘述。

值得注意的是，本发明可通过一电流源及一反馈装置共同运作而产生的负反馈机制来提供稳定的输出电压以及输出电流予电路负载中的发光二极管，使发光二极管可输出稳定的光源。通过本发明的架构，用户可通过调整参考电压来改变输出电流，使发光二极管输出不同亮度的光线。本领域的技术人员当可据以进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，在上述实施例中，反馈输出单元114采用电阻R4来通过反馈电流I_FB。但在另一实施例中，反馈输出单元114也可包括一晶体管，此晶体管具有一等效电阻，可用来通过反馈电流I_FB。

另一方面，在图2所绘示的实施例中，编码产生器202进行编码的方式为，当接收到较大的负载驱动电压V_DRV时输出数值较小的数字编码CODE，而当接收到较小的负载驱动电压V_DRV时输出数值较大的数字编码CODE，数字模拟转换器204再将不同大小的数字编码CODE转换为不同电平的控制电压V_CTRL。在此情况下，编码产生器202进行反向的转换，而数字模拟转换器204则是顺向地将数字编码CODE转换为控制电压V_CTRL。在另一实施例中，也可设定编码产生器202进行顺向的转换，而数字模拟转换器204反向地将数字编码CODE转换为控制电压V_CTRL。举例来说，当编码产生器202接收到较大的负载驱动电压V_DRV时，可输出数值较大的数字编码CODE，而数字模拟转换器204再将数值较大的数字编码CODE反向地转换为电平较低的控制电压V_CTRL再加以输出。或者，当编码产生器202接收到较小的负载驱动电压V_DRV时，可输出数值较小的数字编码CODE，而数字模拟转换器204再将数值较小的数字编码CODE反向地转换为电平较高的控制电压V_CTRL再加以输出。值得注意的是，无论反馈装置是以何种方式来实现，只要反馈装置可输出控制电压并改变反馈电流使得定电流驱动装置可输出稳定的输出电压，此反馈装置的架构都可包括在本发明的范畴内。

上述关于反馈装置110及定电流驱动装置10的运作方式可归纳为一流程30，如图3所示。流程30包括以下步骤：

步骤300：开始。

步骤302：接收相关于电路负载100的负载驱动电压V_DRV，并据以产生控制电压V_CTRL，其中，负载驱动电压V_DRV为负载电压V_LOAD或由负载电压V_LOAD所产生。

步骤304：根据控制电压V_CTRL与电源供应模块102的反馈电压V_FB之间的电位差，通过一等效电阻来产生反馈电流I_FB，反馈电流I_FB用来控制输出电压V_LED的大小，使定电流驱动装置10得以通过输出电流I_LED来驱动电路负载100。

步骤306：结束。

流程30的详细运作方式及变化可参考前述说明，在此不赘述。

综上所述，本发明提供了一种反馈装置及反馈方法，可通过负反馈的机制来提供稳定的输出电压以及输出电流予电路负载中的发光二极管，使发光二极管可输出稳定的光源。相较于现有技术中需要针对不同的亮度需求而设置大量电流源，在本发明的架构之下，用户可通过调整参考电压来改变输出电流，使发光二极管输出不同亮度的光线，因而不需要设计多个电流源并控制不同电流源开启或关闭来调整输出电流的大小，借此节省多个电流源在布局上所占用的大量面积，同时避免多个电流源之间无法匹配造成电流调整的线性度受到影响，进而避免电磁干扰及光线闪烁的情况发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种反馈装置，用于一定电流驱动装置，所述反馈装置控制所述定电流驱动装置中的一电源供应模块产生一输出电压，所述定电流驱动装置则通过一输出电流来驱动一电路负载，所述反馈装置包括：一反馈控制模块，用来接收相关于所述电路负载的一负载驱动电压，并

据以产生一控制电压，其中，所述负载驱动电压为一负载电压或由

所述负载电压所产生；以及

一反馈输出单元，耦接至所述反馈控制模块及所述电源供应模块之间，用来根据所述控制电压与所述电源供应模块的一反馈电压之间的一电位差，通过所述反馈输出单元内部的一等效电阻来产生一反馈电流；

其中，所述电源供应模块根据所述反馈电流来控制所述输出电压的大小，使所述定电流驱动装置得以通过所述输出电流来驱动所述电路负载。

2.如权利要求1所述的反馈装置，其特征在于，所述定电流驱动装置还包括：

一电流源，耦接至所述电路负载的一端，用来产生所述输出电流来驱动所述电路负载。

3.如权利要求2所述的反馈装置，其特征在于，所述电流源包括：

一输出电阻；

一输出晶体管，包括：

一漏极，耦接至所述电路负载的所述端；

一源极，耦接至所述输出电阻；以及

一栅极，耦接至一负载反馈端；以及

一放大器，包括：

一第一输入端，耦接至一定电压源，用来接收一参考电压；

一第二输入端，耦接至所述输出晶体管的所述源极及所述输出电阻，用来控制所述源极的电压等于所述参考电压，以通过所述参考电压及所述输出电阻来决定所述输出电流；以及

一输出端，耦接至所述负载反馈端。

4.如权利要求3所述的反馈装置，其特征在于，当所述电路负载的所述端的所述负载电压发生变化时，所述输出晶体管及所述放大器共同运作使所述负载反馈端的所述负载驱动电压产生变化。

5.如权利要求1所述的反馈装置，其特征在于，所述反馈控制模块包括：

一编码产生器，用来接收所述负载驱动电压，并根据所述负载驱动电压，产生一数字编码；以及

一数字模拟转换器，耦接至所述编码产生器，用来根据所述数字编码，输出所述控制电压。

6.如权利要求1所述的反馈装置，其特征在于，所述反馈输出单元包括一电阻，或包括一晶体管，用来实现所述等效电阻。

7.如权利要求1所述的反馈装置，其特征在于，所述反馈电流流经所述电源供应模块的输出端的一分压电阻，来调整所述输出电压的大小。

8.如权利要求1所述的反馈装置，其特征在于，所述电路负载包括多个彼此串联的发光二极管。

9.一种用于一定电流驱动装置的反馈方法，用来控制所述定电流驱动装置中的一电源供应模块产生一输出电压，所述定电流驱动装置则通过一输出电流来驱动一电路负载，所述反馈方法包括：

接收相关于所述电路负载的一负载驱动电压，并据以产生一控制电压，

其中，所述负载驱动电压为一负载电压或由所述负载电压所产生；

以及

根据所述控制电压与所述电源供应模块的一反馈电压之间的一电位差，通过一等效电阻来产生一反馈电流，所述反馈电流用来控制所述输出电压的大小，使所述定电流驱动装置得以通过所述输出电流来驱动所述电路负载。

10.如权利要求9所述的反馈方法，其特征在于，接收所述电路负载的所述负载驱动电压，并据以产生所述控制电压的步骤包括：

根据所述负载驱动电压，产生一数字编码；以及

根据所述数字编码，输出所述控制电压。

11.如权利要求9所述的反馈方法，其特征在于，所述反馈电流流经所述电源供应模块的输出端的一分压电阻，来调整所述输出电压的大小。