CN106973453A - 发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法。发光元件驱动电路用以根据整流输入电压，而驱动具有一个或多个串联发光元件的发光元件电路。发光元件驱动电路包含功率开关以及控制电路。当功率开关导通时，使流经发光元件电路的发光元件电流，流经功率开关，而当功率开关不导通时，使输出电容放电，以供应发光元件电流。控制电路根据逆向端的电压，而判断整流输入电压低于或不低于导通电压加上参考电压，以产生操作讯号，进而操作功率开关。

Description

发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法，特别是指一种具有高效率的发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法。

背景技术

图1A、1B显示美国专利申请案US2014/0246985A1号一种发光二极管(lightemitting diode,LED)驱动电路及其相关讯号波形的示意图。如图1A所示，LED驱动电路包含功率开关SM、输出电容Cout、比较器201、回授控制器202、与交流电压传感器203。功率开关SM耦接于整流输入电压Vbus一端与LED元件的顺向端之间。输出电容Cout与LED元件并联。交流电压传感器203直接连接交流电源，用以接收交流电压，而产生交流电压的绝对值Vab。回授控制器202用以接收LED电流取样讯号Isense与参考电压Vref2，而产生可调整参考电压Vref1。比较器201的反相端与交流电压传感器203连接，以接收交流电压Vab的绝对值。比较器201的非反相端接收导通电压VLED与参考电压Vref1的总和。导通电压VLED指使LED元件导通的最低所需跨压。比较器201的输出端与功率开关SM电连接，并以驱动讯号Vdrive控制功率开关SM的导通状态。

图1B中显示图1A的讯号波形图示意图。当交流电压的绝对值Vab低于导通电压VLED，LED元件不导通。当交流电压的绝对值Vab高于导通电压VLED但低于导通电压VLED与参考电压Vref1的总和，比较器201导通功率开关SM，并产生输出电流Iout。当交流电压的绝对值Vab高于导通电压VLED加上参考电压Vref1，比较器201所产生的驱动讯号Vdrive不导通功率开关SM，且LED驱动电路停止产生输出电流Iout。当交流电压的绝对值Vab经过峰值后下降，再次低于导通电压VLED加上参考电压Vref1但高于导通电压VLED时，比较器201所产生的驱动讯号Vdrive再次导通功率开关SM，并产生输出电流Iout。当交流电压的绝对值Vab再次低于导通电压VLED，LED元件再次不导通。如图1B所示，在半周期T/2中，输出电流Iout持续两个期间t1。

图1A所示的LED驱动电路，其优点在于，当交流电压的绝对值Vab高于导通电压VLED加上参考电压Vref1时，利用比较器201所产生的驱动讯号Vdrive控制功率开关SM使其不导通，可以降低功率损失，提高能量运用效率。而图1A所示的现有技术LED驱动电路的缺点在于，集成电路中的主要组成电路(其中包含比较器201、回授控制器202等)直接接收高电压，需要使用耐高压的电路元件，在制造上的成本高。若是要解决上述耐高压的问题，而设法使集成电路中的电路元件只需要操作在低电压，则可将集成电路的接地电位设定为浮动的地电位而非绝对0V，例如设定为LED元件的顺向端电压，但如此会产生另一个问题。由于LED元件在制造时，不同的LED元件之间导通电压可能会有相当大的差异，因此当集成电路的接地电位为浮动地电位时，比较器201的地电位不为0V，但交流电压的绝对值Vab可能低于浮动地电位甚多，而集成电路无法接收负值的高电压。因此，上述现有技术有实现上的困难。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有高效率的发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法，并使制造成本降低，且不需要直接接收高电压。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有高效率的发光元件驱动电路及发光元件电路的驱动方法，并使制造成本降低，且不需要直接接收高电压。

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驱动电路，用以根据一整流输入电压，而驱动一发光元件电路，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于一导通电压时，该发光元件电路导通，该发光元件驱动电路包含：一功率开关，分别与该发光元件电路及一第一输出电容耦接，该功率开关受控于一操作讯号而操作，其中该整流输入电压在未设置该第一输出电容时有一原始电压、又该整流输入电压在设置该第一输出电容时有一调整后电压；以及一控制电路，与该逆向端及该功率开关耦接，用以根据该逆向端的电压，判断该整流输入电压低于或不低于该导通电压加上一参考电压，而产生该操作讯号，以于该整流输入电压低于该导通电压加上该参考电压时，导通该功率开关，其中当该功率开关导通且该原始电压高于该输出电容的电压时，对该输出电容充电并提供一发光元件电流给该发光元件电路。

在其中一种较佳的实施例中，于该整流输入电压低于该导通电压时，也导通该功率开关。

在其中一种较佳的实施例中，当该功率开关不导通、或是当该功率开关导通但该原始电压低于该输出电容的电压时，使该输出电容放电，以供应该发光元件电流予该发光元件电路。

在其中一种较佳的实施例中，该顺向端接收该整流输入电压，且该控制电路包括：一电流调节电路，与该逆向端耦接，用以调节该发光元件电流；以及一第一比较电路，用以根据该逆向端的电压的相关讯号与该参考电压而产生该操作讯号。

在其中一种较佳的实施例中，该逆向端的电压的相关讯号为该逆向端的电压的分压。

在其中一种较佳的实施例中，该电流调节电路包括：一电流感测电路，与该逆向端电连接，用以根据该发光元件电流，产生一电流感测讯号；以及一第二比较电路，与该电流感测电路与该分压电路耦接，用以根据该电流感测讯号与该逆向端的电压的相关讯号，产生一调节电压。

在其中一种较佳的实施例中，发光元件驱动电路还包括一电容电路，与该第二比较电路的输出端耦接，以过滤该调节电压。

在其中一种较佳的实施例中，发光元件驱动电路还包括一计时控制电路，根据该整流输入电压每周期中，该功率开关的第一次导通时间，控制该周期中，该功率开关的第二次导通时间。

在其中一种较佳的实施例中，一第二输出电容与该顺向端耦接，用以改善该发光元件电流的功率因子，且其中该计时控制电路包括：一延迟电路，与该第一比较电路的输出端耦接，用以根据该操作讯号，延迟一段默认期间，而产生一设定讯号；一正反器电路，与该延迟电路耦接，用以根据该设定讯号与该操作讯号，产生一开关控制讯号；以及一修正开关，与该正反器电路的输出端及该第一比较电路的一输入端耦接，用以根据该开关控制讯号，产生一修正讯号，以修正该第一比较电路的该输入端的电压，由此控制该周期中，该功率开关的第二次导通时间。

在其中一种较佳的实施例中，该控制电路包括一相位侦测电路，与该逆向端耦接，用以根据该逆向端的电压，侦测该整流输入电压的相位，从而控制该功率开关的导通时间。

在其中一种较佳的实施例中，该功率开关耦接在该整流输入电压和该顺向端之间以接收该整流输入电压，且该控制电路包括：一电流调节电路，与该逆向端耦接，用以调节该发光元件电流；一分压电路，与该整流输入电压连接，该分压电路的一分压作为该操作讯号；以及一第三比较电路，与该逆向端及该分压电路耦接，用以根据该逆向端的电压，而控制该分压电路的分压以产生该操作讯号。

在其中一种较佳的实施例中，该功率开关耦接在该电流调节电路和接地之间，且该第一比较电路的输出控制一双极晶体管以产生一电流，此电流通过一电阻，并以该电阻上的跨压产生该操作讯号。

在其中一种较佳的实施例中，该功率开关耦接在该电流调节电路和接地之间，且该第一比较电路的正操作电源来自该逆向端B。

在其中一种较佳的实施例中，发光元件驱动电路还包含一个MOS元件，设置在该第一比较电路的正操作电源和该逆向端B之间。

在其中一种较佳的实施例中，该控制电路包括：一位准判断电路，用以侦测该整流输入电压的位准；一峰值决定电路，接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值；以及一开关时点控制电路，与该位准判断电路及该峰值决定电路耦接，根据该位准判断电路的输出而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值决定电路的输出而决定该功率开关停止导通的时间点。

在其中一种较佳的实施例中，其中该位准判断电路包含一波谷感测电路，用以侦测该整流输入电压的波谷。

在其中一种较佳的实施例中，该位准判断电路包含一分压电路，用以取得该整流输入电压或其相关讯号的分压。

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驱动电路，用以根据一整流输入电压，而驱动一发光元件电路，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压不低于该逆向端的电压加上一导通电压时，该发光元件电路导通，该发光元件驱动电路包含：一功率开关，分别与该发光元件电路及一输出电容耦接，该功率开关受控于一操作讯号而操作，以于当该功率开关导通的至少一部分时间中，对该输出电容充电，且当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于该导通电压时，使一发光元件电流流经该发光元件电路且流经该功率开关；以及一控制电路，与该功率开关耦接，包括：一位准判断电路，用以侦测该整流输入电压的位准；一峰值决定电路，接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值；以及一开关时点控制电路，与该位准判断电路及该峰值决定电路耦接，根据该位准判断电路的输出而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值决定电路的输出而决定该功率开关停止导通的时间点，其中该峰值决定电路和该开关时点控制电路使用低压元件制作。

在其中一种较佳的实施例中，该峰值决定电路包含：一电流感测电路，与该功率开关耦接，用以根据流经该功率开关的一开关电流，产生一感测讯号；以及一比较电路，与该电流感测电路耦接，用以根据该感测讯号与一参考讯号，产生一比较讯号。

在其中一种较佳的实施例中，发光元件驱动电路还包括：一缓升降电路，与该功率开关耦接，用以接收该操作讯号，并降低该操作讯号升/降速度，而产生一缓升降操作讯号，以操作该功率开关。

在其中一种较佳的实施例中，该功率开关包括一垂直双扩散金属氧化半导体(vertical double diffused metal oxide semiconductor,VDMOS)元件。

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驱动方法，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于一导通电压时，该发光元件电路导通，该发光元件电路的驱动方法包含：接收一整流输入电压；根据一操作讯号而控制一功率开关，以于该功率开关导通的至少一部分时间中，对与该功率开关耦接的一输出电容充电，且当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于该导通电压时，使一发光元件电流流经该发光元件电路，而当该功率开关不导通时，使该输出电容放电，以供应该发光元件电流予该发光元件电路；以及根据该逆向端的电压，判断该整流输入电压低于或不低于该导通电压加上一参考电压，而产生该操作讯号，以于该整流输入电压低于该导通电压加上该参考电压时，导通该功率开关，而于该整流输入电压高于该导通电压加上该参考电压时，不导通该功率开关。

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驱动方法，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压不低于该逆向端的电压加上一导通电压时，该发光元件电路导通，该发光元件电路的驱动方法包含：提供一整流输入电压予该顺向端；以一操作讯号控制一功率开关，以于该功率开关导通的至少一部分时间中对与该功率开关耦接的一输出电容充电，且当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于该导通电压时，使一发光元件电流流经该发光元件电路，而当该功率开关不导通时，使该输出电容放电，以供应该发光元件电流予该发光元件电路；侦测该整流输入电压的位准；感测该发光元件电流；接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值；以及根据该整流输入电压的位准而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值而决定该功率开关停止导通的时间点，其中该感测该发光元件电流的步骤；该接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值的步骤；以及根据该整流输入电压的位准而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值而决定该功率开关停止导通的时间点的步骤，使用低压元件构成的电路来达成。

以下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1A显示一种现有技术发光二极管(light emitting diode,LED)驱动电路及其相关电路的示意图；

图1B显示现有技术LED驱动电路及其相关电路的讯号波形示意图；

图2A、2B显示本发明的第一个实施例和相关波形图；

图3A显示本发明的第二个实施例；

图3B举例显示图3A实施例的一个具体实施型态；

图4A、4B显示本发明第三个实施例和相关波形图；

图4C举例显示图4A实施例的一个具体实施型态；

图5显示本发明第四个实施例；

图6显示本发明的第五个实施例；

图7显示本发明的第六个实施例；

图8显示本发明的第七个实施例；

图9显示本发明的第八个实施例；

图10A显示本发明的第九个实施例；

图10B举例显示图10A实施例的一个具体实施型态；

图10C举例显示图10A实施例的另一个具体实施型态。

图中符号说明

20 LED电路

30 整流电路

40 交流电源

100,300,400,500 发光元件驱动电路

101,401,501,SM 功率开关

102,302,402,502 控制电路

103 计时控制电路

201 比较器

202 回授控制器

203 交流电压传感器

1021,1024,4021 分压电路

1022,4022 电流调节电路

1023,5021 电流感测电路

1029,4029,5029 开关时点控制电路

1031 延迟电路

1032,5022 正反器电路

1033 修正开关

3021 相位侦测电路

5023 位准判断电路

5023A 波谷感测电路

5023B 分压电路

5027 峰值决定电路

A1,A2,A3,A4,A5 比较电路

B 逆向端

C1,C3,Cout 输出电容

C2 电容电路

COMP 比较讯号

F 顺向端

FB 回授讯号

Ig 开关电流

ILED 发光元件电流

Isense LED电流取样讯号

Iout 输出电流

M MOS元件

N1 反相器

PWM PWM讯号

Q 开关控制讯号

R 重置讯号

R1,R2,R3,Rs 电阻

S 设定讯号

t/2 半周期

Vab 交流电压的绝对值

Vc2 调节电压

Vdrive 驱动讯号

Vf 导通电压

Vgate 操作讯号

Vgate’ 缓升降操作讯号

Vin,Vbus 整流输入电压

Vos 电压源

Vramp 斜坡讯号

Vref,Vref1,Vref2,Vref3,Vref4,Vref5 参考电压

具体实施方式

请参阅图2A、2B，显示本发明的第一个实施例和相关波形图。如图2A所示，发光元件驱动电路100用以驱动发光元件电路，发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件。其中，发光元件电路例如但不限于为前述的LED电路20，其例如但不限于包含多个串联的LED，如图2A所示。需说明的是，发光元件电路并不限于LED电路20，仅包含单一LED串，发光元件电路亦可以由多个LED串并联所组成的LED阵列或是其他发光元件串或发光元件阵列等。整流电路30接收由交流电源40所产生的交流电压，加以整流而产生整流输入电压Vin，其讯号波形如图中小波形图所示意。发光元件驱动电路100用以根据整流输入电压Vin，而驱动LED电路20，其中LED电路20具有顺向端F与逆向端B，当顺向端F的电压不低于逆向端B的电压加上一导通电压Vf时，LED电路20导通。发光元件驱动电路100包含功率开关101与控制电路102。功率开关101分别与LED电路20及输出电容C1耦接，且功率开关101受控于操作讯号Vgate而操作，当功率开关101导通且整流电路30输出的原始整流输入电压Vin高于输出电容C1的电压时，对输出电容C1充电并提供发光元件电流ILED给LED电路20，又，较佳但非必须地，当功率开关101不导通、或是当功率开关101导通但原始整流输入电压Vin低于输出电容C1的电压时，使输出电容C1放电，以供应发光元件电流ILED予LED电路20；此安排可以增加能量的运用效率。控制电路102与逆向端B及功率开关101耦接，用以根据逆向端B的电压，判断整流输入电压Vin低于或不低于导通电压Vf加上参考电压Vref3，而产生操作讯号Vgate，使得功率开关101于整流输入电压Vin低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时导通。

请参阅图2B，控制电路102根据逆向端B的电压，判断当整流输入电压Vin低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时，使操作讯号Vgate由低电位转变为高电位(在此以功率开关101受高电位控制导通为例，若功率开关101是以低电位控制导通则操作讯号Vgate的波形应该反相)，以导通功率开关101，而当整流输入电压Vin不低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时，使操作讯号Vgate由高电位转变为低电位，以不导通功率开关101。

更详言之，在没有设置输出电容C1的情况下，原始整流输入电压Vin的波形如虚线所示，而设置了输出电容C1之后，输出电容C1上的跨压波形如折线所示。整流输入电压Vin受输出电容C1影响后，其波形如图2B中第二波形的实线所示；亦即，图2A中顺向端F的电压，由原始整流输入电压Vin和输出电容C1的电压高者所决定。当功率开关101导通、且原始整流输入电压Vin高于输出电容C1的电压时，输出电容C1充电，且发光元件电流ILED由整流电路30的输出来供应；又当功率开关101不导通、或是当功率开关101导通但原始整流输入电压Vin低于输出电容C1的电压时，输出电容C1放电，以供应发光元件电流ILED予LED电路20。

本实施例与现有技术LED驱动电路不同的是，第一、在本实施例中，控制电路102不直接接收整流输入电压Vin，而是接收LED电路20的逆向端B的电压。如此一来，控制电路102可以采用目前普遍的低压元件工艺来制造，例如元件操作电压最高为5V或10V，且地电位为绝对地电位，故制造成本较现有技术低，也降低损坏的风险。第二、利用输出电容C1的充放电，可以有效节能，而在功率开关101不导通时，仍可供应发光元件电流ILED予LED电路20。

需说明的是，所谓“低压元件”为相对于“高压”的相对性的概念，且“目前普遍的低压元件工艺”随技术的演变而也有不同的定义。因此，本发明所谓“低压”，乃指相对于顺向端F的最高电压，在其1/2以下的电压。

图3A显示本发明第二个实施例，控制电路102中可包括：电流调节电路1022、以及开关时点控制电路1029。电流调节电路1022用以调节发光元件电流ILED于所要的目标值。开关时点控制电路1029根据LED电路20的逆向端B的电压，判断整流输入电压Vin低于或不低于导通电压Vf加上参考电压Vref3，而产生操作讯号Vgate，使得功率开关101于整流输入电压Vin低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时导通。在其中一个实施例中，开关时点控制电路1029可以是一个比较器，比较逆向端B的电压和一参考电压(未示出，容后说明)，以决定是否导通功率开关101，而达成前述控制。需说明的是，“比较器比较逆向端B的电压和一参考电压”并不局限于将逆向端B的电压和该参考电压直接比较，亦可将逆向端的电压的相关讯号(可为逆向端的电压的本身或其分压)与该参考电压的相关讯号(可为参考电压的本身或其分压)比较，此为等效。

图3A所示的电路架构有多种方式可以实施。图3B举例显示图3A实施例中控制电路102的一种较具体的实施方式，本实施例中巧妙地使电流调节电路1022同时作为参考电压的产生电路，但本发明并不限于此实施方式，如以其他方式产生参考电压亦属可行。在本实施例中，顺向端F接收整流输入电压Vin，且控制电路102包括：电流调节电路1022、以及比较电路A1(对应于前述开关时点控制电路1029，在本实施例中为比较器)，此外还可选择性地(但非必须)包含分压电路1021及滤波电路C2。(若是逆向端B的电压，已经是集成电路中的元件所可耐受的低电压，则分压电路1021可以省略。)其中，电流调节电路1022与逆向端B耦接，用以调节发光元件电流ILED。在本实施例中，电流调节电路1022包括电流感测电路1023、分压电路1024、与比较电路A2(在本实施例中为误差放大器)。电流感测电路1023例如但不限于如图所示的电阻，与逆向端B电连接，以发光元件电流ILED在电阻上所造成的压降，作为电流感测讯号。电流调节电路1022利用回授控制，通过电压源Vos的设定与电流感测电路1023中电阻的选择，而调节发光元件电流ILED的平均值于所要的目标值。

另一方面，比较电路A2与电流感测电路1023及分压电路1021耦接，用以根据电流感测讯号与逆向端B的电压的分压，产生调节电压Vc2。滤波电路C2过滤比较电路A2输出的调节电压Vc2中的高频成分；如果认为不需要，则滤波电路C2可以省略。比较电路A1比较调节电压Vc2和分压电路1021所输出的分压，来操作使功率开关101的导通与不导通，亦即根据逆向端B的电压来判断整流输入电压Vin的情况，而使得：当整流输入电压Vin低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时，导通功率开关101；而当整流输入电压Vin不低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时，不导通功率开关101。也就是说，比较电路A1反相输入端接收的是逆向端B电压的分压，而逆向端B电压为整流输入电压Vin减去导通电压Vf，因此使比较电路A1所接触的电压为低压；又，非反相输入端接收的调节电压Vc2相当于前述的参考电压。本实施例利用回路的控制，既调节发光元件电流ILED的平均值于所要的目标值，并控制功率开关101于适当的时点导通和不导通。

图4A、4B显示本发明的第三个实施例和相关波形图，本实施例显示发光元件驱动电路100的另一种实施方式。如图4A所示，本实施例设置了输出电容C3与顺向端F耦接，目的是为了改善发光元件电流ILED的功率因子(power factor)，更有效地运用自整流电路30而来的电能。但如此一来，如图4B所示，由于输出电容C3的作用，整流输入电压Vin会在后半周期(如图4B所标示的半周期t/2)之中，维持在较高的位准而不再是类似半弦波的波形，因此如果根据整流输入电压Vin来决定功率开关101在该周期中第二次导通的时间，就会错过正确的时间点。详言之，如果整流输入电压Vin会在后半周期维持半弦波的波形，则就可以根据整流输入电压Vin和导通电压Vf加上参考电压Vref3的相对关系，来决定是否导通功率开关101，但增加了输出电容C3之后，无法根据此相对关系来决定功率开关101在一周期中第二次导通的时间。

因此，在本实施例中，发光元件驱动电路100还包括计时控制电路103，根据整流输入电压Vin每周期中，功率开关101的第一次导通时间，来控制该周期中，功率开关101的第二次导通时间。例如在操作讯号Vgate于前半周期导通结束后计时一段期间t1，再第二次导通功率开关101。这样，可在整流输入电压Vin每周期中，于正确的时间点导通功率开关101两次。

图4A所示的电路架构有多种方式可以实施。图4C举例显示图4A实施例中计时控制电路103的一种较具体的实施方式。在本实施例中，发光元件驱动电路100还包括计时控制电路103，其具有：反相器N1、延迟电路1031、正反器电路1032、与修正开关1033。反相器N1与比较电路A1耦接，以接收操作讯号Vgate，产生反相操作讯号。延迟电路1031与反相器N1及比较电路A1耦接，用以根据操作讯号Vgate，对其延迟一段预设期间，例如但不限于7ms(视原始整流输入电压Vin的周期而定)，而产生设定讯号S。正反器电路1032与延迟电路1031耦接，用以根据设定讯号S与操作讯号Vgate，产生开关控制讯号Q，其中，操作讯号Vgate例如用以作为正反器电路1032的重置讯号R。修正开关1033与正反器电路1032及比较电路A1耦接，用以根据开关控制讯号Q，产生修正讯号，以修正比较电路A1反相输入端的电压。在本实施例中，当开关控制讯号Q导通修正开关1033时，比较电路A1反相输入端的电压被拉低，因此操作讯号Vgate将导通功率开关101。

需说明的是，以上仅是根据时间来控制功率开关101第二次导通的其中一种方式。例如，若期间t1是由操作讯号Vgate于前半周期导通开始时计时，则可省略反相器N1，而延迟电路1031的时间设定又有所不同。再例如，若修正开关1033是PMOS开关，则正反器电路1032的各端连接关系可以对应地修改。凡此种种，本领域技术人员可在本发明的精神下做各种的变化，都属于本发明的范围。

图5显示本发明的第四个实施例。本实施例显示根据本发明的发光元件驱动电路300。在本实施例中，发光元件驱动电路300用以根据整流输入电压Vin，而驱动LED电路20，其中LED电路20具有顺向端F与逆向端B，当顺向端F的电压不低于逆向端B的电压加上一导通电压Vf时，LED电路20导通。发光元件驱动电路300包含功率开关101与控制电路302。功率开关101分别与LED电路20及输出电容C1耦接，且功率开关101受控于操作讯号Vgate而操作，当功率开关101导通且整流电路30输出的原始整流输入电压Vin高于输出电容C1的电压时，对输出电容C1充电并提供发光元件电流ILED给LED电路20，又，较佳但非必须地，当功率开关101不导通、或是当功率开关101导通但原始整流输入电压Vin低于输出电容C1的电压时，使输出电容C1放电，以供应发光元件电流ILED予LED电路20；此安排可以增加能量的运用效率。控制电路302包括电流调节电路1022以控制发光元件电流ILED，以及相位侦测电路3021。相位侦测电路3021与逆向端B耦接，用以根据逆向端B的电压，侦测整流输入电压Vin的相位，例如但不限于在已知周期长度的情况下，自逆向端B的电压的波谷开始，利用计时电路来计算相位。由此，控制电路302可根据逆向端B的电压，判断整流输入电压Vin的相位，进而推知整流输入电压Vin低于或不低于导通电压Vf加上参考电压Vref3，而产生操作讯号Vgate，使得功率开关101于整流输入电压Vin低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时导通。

对照图5实施例和图3A-3B实施例可知，开关时点控制电路1029有各种方式可以实施，例如但不限于可使用比较电路A1、或是使用相位侦测电路3021。

图6显示本发明的第五个实施例。本实施例显示根据本发明的发光元件驱动电路400。在本实施例中，发光元件驱动电路400用以根据整流输入电压Vin，而驱动LED电路20，其中LED电路20具有顺向端F与逆向端B，当顺向端F的电压不低于逆向端B的电压加上一导通电压Vf时，LED电路20导通。发光元件驱动电路400包含功率开关401与控制电路402。功率开关401分别与LED电路20及输出电容C1耦接，功率开关401受控于操作讯号Vgate而操作，当功率开关401导通且整流电路30输出的原始整流输入电压Vin高于输出电容C1的电压时，对输出电容C1充电并提供发光元件电流ILED给LED电路20，又，较佳但非必须地，当功率开关401不导通、或是当功率开关401导通但原始整流输入电压Vin低于输出电容C1的电压时，使输出电容C1放电，以供应发光元件电流ILED予LED电路20；此安排可以增加能量的运用效率。本实施例与前述实施例的差异是：功率开关401耦接在整流输入电压Vin和顺向端F之间，以接收整流输入电压Vin。

控制电路402与逆向端B及功率开关401耦接，以根据逆向端B的电压来控制功率开关401的导通和不导通。在本实施例中，控制电路402包括电流调节电路4022、与开关时点控制电路4029，并可选择性地包含分压电路4021。电流调节电路4022与逆向端B耦接，用以调节发光元件电流ILED。分压电路4021例如但不限于为如图所示的串联电阻，与逆向端B电连接，用以根据逆向端的电压，产生分压Vrd。与前述相似，若是逆向端B的电压，已经是集成电路中的元件所可耐受的电压，则分压电路4021可以省略。开关时点控制电路4029与分压电路4021耦接，用以根据逆向端B的电压，而产生操作讯号Vgate，使得功率开关401于整流输入电压Vin低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时导通。

在本实施例中，开关时点控制电路4029包含比较电路A3(在本实施例中可以为比较器或运算放大器)，将逆向端B的电压或其相关讯号与一参考电压Vref4比较，以决定操作讯号Vgate。参考电压Vref4可以是固定值或至少可于两数值间调整的可变值，以适应不同的应用需求。

此外，如图所示，在本实施例中，比较电路A3决定操作讯号Vgate的方式是控制电阻R1和R2间的分压，此分压即为操作讯号Vgate。这是由于功率开关401需要接收整流输入电压Vin，因此为高压元件，但当使用比较电路A3的输出来控制电阻R1和R2间的分压作为操作讯号Vgate时，整体控制电路402仍然可以使用低压元件来制作，而不需要使用高压元件。

附带说明的是：电流调节电路4022中的电阻Rs，可以外挂在集成电路之外，以从外部设定发光元件电流ILED的目标值。

图7显示本发明的第六个实施例。本实施例显示根据本发明的发光元件驱动电路100，还包括缓升降电路104，与功率开关101及控制电路耦接，用以接收作操作讯号Vgate，并降低操作讯号升/降速度，而产生缓升降操作讯号Vgate’，以操作功率开关101。其中，接收作讯号Vgate与缓升降操作讯号Vgate’分别如图中小波形讯号所示意。缓升降电路104的功能之一在于，改善因为操作讯号Vgate瞬间的导通或不导通的操作，使电流瞬间的改变太大，造成严重的电磁波干扰(electromagnetic interference,EMI)状况。通过产生缓升降操作讯号Vgate’，操作功率开关101，降低电流改变的速率，以改善EMI状况。

图8显示本发明的第七个实施例。本实施例显示根据本发明的发光元件驱动电路400另一种实施例。本实施例与第五个实施例不同之处，在于功率开关401连接在电流调节电路4022的下方，因此不需要使用高压元件。但由于功率开关401需要的操作电压和控制电路402仍有可能不同，因此本实施例利用一个双极晶体管的操作，放大电流通过电阻R3，来产生足够高电压的操作讯号Vgate，以驱动功率开关401。其中，内部电压Vfdd用以供应双极晶体管电力，其可以耦接至整流输入电压Vin或其他可供应电力的电压源。本实施例旨在说明：若是功率开关401需要的操作电压和控制电路402不同，则可使用放大电流通过电阻的方式来产生足够高的电压。又，若是功率开关401需要的操作电压和控制电路402不同，则可将功率开关401和控制电路402分开制作为两芯片，但封装在同一模块中(multi-chipmodule,MCM)。

附带说明：显示于图8中但未特别说明的电路元件，为较佳而非必须的元件。

图9显示本发明第八个实施例。本实施例显示根据本发明的发光元件驱动电路400另一种实施例。本实施例与第七个实施例相似，功率开关401连接在电流调节电路4022的下方，但不同之处在于：比较电路A3的正操作电源来自逆向端B，因此比较电路A3的输出端可以产生足够高压的操作讯号Vgate，来驱动功率开关401(在图示其他部分未示出，但所有电路都需要正负操作电源，其中负操作电源为绝对或相对地电位，而正操作电源为一个正电压)。较佳地，本实施例设置一个MOS元件M在比较电路A3的正操作电源和逆向端B之间，以保护比较电路A3。

图10A显示本发明第九个实施例。本实施例显示根据本发明的发光元件驱动电路500。如图10A所示，发光元件驱动电路500用以根据整流输入电压Vin，而驱动LED电路20，其中LED电路20具有一个或多个串联的LED元件，且LED电路20具有顺向端F与逆向端B，当顺向端F的电压不低于逆向端B的电压加上该导通电压Vf时，LED电路20导通。

发光元件驱动电路500包含：功率开关501以及控制电路502。功率开关501分别与LED电路20及输出电容C1耦接，功率开关501受控于操作讯号Vgate而操作，当功率开关501导通且整流电路30输出的原始整流输入电压Vin高于输出电容C1的电压时，对输出电容C1充电并提供发光元件电流ILED给LED电路20，又且当顺向端F的电压高于逆向端B的电压加上一导通电压Vf时，LED电路20导通，发光元件电流ILED流经LED电路20且流过功率开关501。此外，较佳但非必须地，当功率开关501不导通、或是当功率开关501导通但原始整流输入电压Vin低于输出电容C1的电压时，当功率开关501不导通时，可使输出电容C1放电，以供应发光元件电流ILED予LED电路20；此安排可以增加能量的运用效率。

控制电路502与功率开关501耦接，包括：位准判断电路5023、峰值决定电路5027以及开关时点控制电路5029。位准判断电路5023根据整流输入电压Vin或其相关讯号，而判断整流输入电压Vin的位准。峰值决定电路5027接收对发光元件电流ILED的感测结果，并决定发光元件电流ILED的峰值。开关时点控制电路5029与位准判断电路5023及峰值决定电路5027耦接，根据位准判断电路5023的输出而决定功率开关501导通的时间点、并根据峰值决定电路5027的输出而决定功率开关501停止导通的时间点。其中，“整流输入电压Vin或其相关讯号”可以是来自逆向端B，但当然也可以是整流输入电压Vin的本身或其分压讯号(容后说明)。

图10B举例显示图10A实施例的一个具体实施型态。控制电路502包括：电流感测电路5021、比较电路A4(在本实施例中为误差放大器)、比较电路A5(在本实施例中为比较器)、正反器电路5022、以及波谷感测电路5023A(对应于前述位准判断电路5023)。电流感测电路5021与功率开关501耦接，用以根据流经功率开关501的开关电流Ig，产生回授讯号FB。比较电路A4与电流感测电路5021耦接，用以根据回授讯号FB与参考电压Vref5，产生比较讯号COMP。比较电路A5与比较电路A4耦接，用以根据比较讯号COMP与斜坡讯号Vramp，产生一脉宽调变(pulse width modulation,PWM)讯号PWM，作为正反器电路5022的重置讯号R(以上电路对应于前述峰值决定电路5027)。波谷感测电路5023A感测整流输入电压Vin的波谷，产生设定讯号S以输入正反器电路5022。正反器电路5022与比较电路A5及波谷感测电路5023耦接，用以根据PWM讯号PWM与设定讯号S，而产生操作讯号Vgate(正反器电路5022对应于前述开关时点控制电路5029)。

在本实施例中，功率开关501导通的时间点与整流输入电压Vin的波谷相关，但参阅图2B可知，由于输出电容C1的作用，LED电路20不断有电流供应，因此仅需要在顺向端F的电压不低于导通电压Vf加上参考电压Vref3时，使功率开关501不导通即可，至于功率开关501的起始导通时间点并不需要非常精确，因此波谷侦测也并不需要十分精确。所以，波谷侦测可以根据逆向端B的电压来决定，但当然也可以是根据整流输入电压Vin的本身或其分压讯号。此外，通过恰当设定图10A实施例中峰值决定电路5027所决定的峰值，也就是通过恰当设定图10B实施例中的参考电压Vref5或是斜坡讯号Vramp，就可以使功率开关501在恰当时间停止导通，达成类似图2B所示的结果。需说明的是，如果“整流输入电压Vin或其相关讯号”是整流输入电压Vin的本身或其分压讯号，则本实施例中，集成电路中的主要组成电路(其中包含各比较器与正反器电路5022等)仍不需直接接收高电压，不需要使用耐高压的电路元件而可使用低压元件来制作，仍然优于现有技术。

图10C举例显示图10A实施例的另一个具体实施型态。控制电路502包括：电流感测电路5021、比较电路A4(在本实施例中为误差放大器)、比较电路A5(在本实施例中为比较器)、但没有前一实施例中的正反器电路5022以及波谷感测电路5023A，而增加了分压电路5023B。分压电路5023B可为两个以上具有阻值的元件串联，例如但不限于两电阻。

分压电路5023B对应于前述位准判断电路5023，用以取得该整流输入电压或其相关讯号的分压，即，侦测整流输入电压Vin或其相关讯号的位准。电流感测电路5021与功率开关501耦接，用以根据流经功率开关501的开关电流Ig，产生回授讯号FB。比较电路A4与电流感测电路5021耦接，用以根据回授讯号FB与参考电压Vref5，产生比较讯号COMP(以上电路对应于前述峰值决定电路5027)。比较电路A5与比较电路A4耦接，用以根据比较讯号COMP与分压电路5023B所产生的分压讯号，而产生操作讯号Vgate(比较电路A5对应于前述开关时点控制电路5029)。

在本实施例中，同样地，“整流输入电压Vin或其相关讯号”可以根据逆向端B的电压来决定，但当然也可以是根据整流输入电压Vin的本身或其分压讯号。如果“整流输入电压Vin或其相关讯号”是整流输入电压Vin的本身或其分压讯号，则本实施例中，集成电路中的主要组成电路(其中包含各比较器等)仍不需直接接收高电压，不需要使用耐高压的电路元件，仍然优于现有技术。

须说明的是，前述除了图6以外所有的实施例，其功率开关101、401、或501例如但不限于可包括垂直双扩散金属氧化半导体(vertical double diffused metal oxidesemiconductor,VDMOS)元件。此种元件较易于与控制电路整合于同一个封装中。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，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他电路或元件；又如，发光元件不限于各实施例所示的发光二极管(LED)，亦可为其他形式的发光电路；又例如，实施例所示的PMOS可改换为NMOS元件、NMOS可改换为PMOS元件，仅需对应修改电路对讯号的处理方式。再例如，所有实施例中的变化，可以交互采用，例如图6实施例也可以改用相位侦测；或是，图7实施例也可以应用于其他实施例(例如但不限于图10A-10B实施例)，等等。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他所有等效变化。

Claims (26)

1.一种发光元件驱动电路，用以根据一整流输入电压，而驱动一发光元件电路，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于一导通电压时，该发光元件电路导通，其特征在于，该发光元件驱动电路包含：

一功率开关，分别与该发光元件电路及一第一输出电容耦接，该功率开关受控于一操作讯号而操作，其中该整流输入电压在未设置该第一输出电容时有一原始电压、又该整流输入电压在设置该第一输出电容时有一调整后电压；以及

一控制电路，与该逆向端及该功率开关耦接，用以根据该逆向端的电压，判断该整流输入电压：低于或不低于该导通电压加上一参考电压，而产生该操作讯号，以于该整流输入电压低于该导通电压加上该参考电压时，导通该功率开关，

其中，当该功率开关导通且该原始电压高于该输出电容的电压时，对该输出电容充电并提供一发光元件电流给该发光元件电路。

2.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，当该功率开关不导通、或是当该功率开关导通但该原始电压低于该输出电容的电压时，使该输出电容放电，以供应该发光元件电流予该发光元件电路。

3.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，于该整流输入电压低于该导通电压时，也导通该功率开关。

4.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，该顺向端接收该整流输入电压，且该控制电路包括：

一电流调节电路，与该逆向端耦接，用以调节该发光元件电流；以及

一第一比较电路，用以根据该逆向端的电压的相关讯号与该参考电压而产生该操作讯号。

5.如权利要求4所述的发光元件驱动电路，其中，该逆向端的电压的相关讯号为该逆向端的电压的分压。

6.如权利要求4所述的发光元件驱动电路，其中，该电流调节电路包括：

一电流感测电路，与该逆向端电连接，用以根据该发光元件电流，产生一电流感测讯号；以及

一第二比较电路，与该电流感测电路与该分压电路耦接，用以根据该电流感测讯号与该逆向端的电压的相关讯号，产生一调节电压。

7.如权利要求6所述的发光元件驱动电路，其中，还包括一电容电路，与该第二比较电路的输出端耦接，以过滤该调节电压。

8.如权利要求4所述的发光元件驱动电路，其中，还包括一计时控制电路，根据该整流输入电压每周期中，该功率开关的第一次导通时间，控制该周期中，该功率开关的第二次导通时间。

9.如权利要求8所述的发光元件驱动电路，其中，一第二输出电容与该顺向端耦接，用以改善该发光元件电流的功率因子，且其中该计时控制电路包括：

一延迟电路，与该第一比较电路的输出端耦接，用以根据该操作讯号，延迟一段默认期间，而产生一设定讯号；

一正反器电路，与该延迟电路耦接，用以根据该设定讯号与该操作讯号，产生一开关控制讯号；以及

一修正开关，与该正反器电路的输出端及该第一比较电路的一输入端耦接，用以根据该开关控制讯号，产生一修正讯号，以修正该第一比较电路的该输入端的电压，由此控制该周期中，该功率开关的第二次导通时间。

10.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，该控制电路包括一相位侦测电路，与该逆向端耦接，用以根据该逆向端的电压，侦测该整流输入电压的相位，从而控制该功率开关的导通时间。

11.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，该功率开关耦接在该整流输入电压和该顺向端之间以接收该整流输入电压，且该控制电路包括：

一电流调节电路，与该逆向端耦接，用以调节该发光元件电流；

一分压电路，与该整流输入电压连接，该分压电路的一分压作为该操作讯号；以及

一第三比较电路，与该逆向端及该分压电路耦接，用以根据该逆向端的电压，而控制该分压电路的分压以产生该操作讯号。

12.如权利要求4所述的发光元件驱动电路，其中，该功率开关耦接在该电流调节电路和接地之间，且该第一比较电路的输出控制一双极晶体管以产生一电流，此电流通过一电阻，并以该电阻上的跨压产生该操作讯号。

13.如权利要求4所述的发光元件驱动电路，其中，该功率开关耦接在该电流调节电路和接地之间，且该第一比较电路的正操作电源来自该逆向端。

14.如权利要求13所述的发光元件驱动电路，其中，还包含一个MOS元件，设置在该第一比较电路的正操作电源和该逆向端B之间。

15.如权利要求1所述的发光元件驱动电路，其中，该控制电路包括：

一位准判断电路，用以侦测该整流输入电压的位准；

一峰值决定电路，接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值；以及

一开关时点控制电路，与该位准判断电路及该峰值决定电路耦接，根据该位准判断电路的输出而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值决定电路的输出而决定该功率开关停止导通的时间点。

16.如权利要求15所述的发光元件驱动电路，其中，该位准判断电路包含一波谷感测电路，用以侦测该整流输入电压的波谷。

17.如权利要求15所述的发光元件驱动电路，其中，该位准判断电路包含一分压电路，用以取得该整流输入电压或其相关讯号的分压。

18.一种发光元件驱动电路，用以根据一整流输入电压，而驱动一发光元件电路，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压不低于该逆向端的电压加上一导通电压时，该发光元件电路导通，其特征在于，该发光元件驱动电路包含：

一功率开关，分别与该发光元件电路及一输出电容耦接，该功率开关受控于一操作讯号而操作，以于该功率开关导通的至少一部分时间中，对该输出电容充电，且当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于该导通电压时，使一发光元件电流流经该发光元件电路且流经该功率开关；以及

一控制电路，与该功率开关耦接，包括：

一位准判断电路，用以侦测该整流输入电压的位准；

一峰值决定电路，接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值；以及

一开关时点控制电路，与该位准判断电路及该峰值决定电路耦接，根据该位准判断电路的输出而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值决定电路的输出而决定该功率开关停止导通的时间点，

其中该峰值决定电路和该开关时点控制电路使用低压元件制作。

19.如权利要求18所述的发光元件驱动电路，其中，该峰值决定电路包含：

一电流感测电路，与该功率开关耦接，用以根据流经该功率开关的一开关电流，产生一感测讯号；以及

一比较电路，与该电流感测电路耦接，用以根据该感测讯号与一参考讯号，产生一比较讯号。

20.如权利要求18所述的发光元件驱动电路，其中，该位准判断电路包含一波谷感测电路，用以侦测该整流输入电压的波谷。

21.如权利要求18所述的发光元件驱动电路，其中，该位准判断电路包含一分压电路，用以取得该整流输入电压或其相关讯号的分压。

22.如权利要求1或18所述的发光元件驱动电路，其中，还包括：一缓升降电路，与该功率开关耦接，用以接收该操作讯号，并降低该操作讯号升/降速度，而产生一缓升降操作讯号，以操作该功率开关。

23.如权利要求1或18所述的发光元件驱动电路，其中，该功率开关包括一垂直双扩散金属氧化半导体VDMOS元件。

24.一种发光元件电路的驱动方法，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于一导通电压时，该发光元件电路导通，其特征在于，该发光元件电路的驱动方法包含：

接收一整流输入电压；

根据一操作讯号而控制一功率开关，以于该功率开关导通的至少一部分时间中，对与该功率开关耦接的一输出电容充电，且当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于该导通电压时，使一发光元件电流流经该发光元件电路，而当该功率开关不导通时，使该输出电容放电，以供应该发光元件电流予该发光元件电路；以及

根据该逆向端的电压，判断该整流输入电压：低于或不低于该导通电压加上一参考电压，而产生该操作讯号，以于该整流输入电压低于该导通电压加上该参考电压时，导通该功率开关，而于该整流输入电压高于该导通电压加上该参考电压时，不导通该功率开关。

25.一种发光元件电路的驱动方法，其中该发光元件电路具有一个或多个串联的发光元件，且该发光元件电路具有一顺向端与一逆向端，当该顺向端的电压不低于该逆向端的电压加上一导通电压时，该发光元件电路导通，其特征在于，该发光元件电路的驱动方法包含：

提供一整流输入电压予该顺向端；

以一操作讯号控制一功率开关，以于当该功率开关导通的至少一部分时间中，对与该功率开关耦接的一输出电容充电，且当该顺向端的电压和该逆向端的电压的压差不低于该导通电压时，使一发光元件电流流经该发光元件电路，而当该功率开关不导通时，使该输出电容放电，以供应该发光元件电流予该发光元件电路，；

侦测该整流输入电压的位准；

感测该发光元件电流；

接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值；以及

根据该整流输入电压的位准而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值而决定该功率开关停止导通的时间点，

其中，该感测该发光元件电流的步骤；该接收对发光元件电流的感测结果，并决定发光元件电流的峰值的步骤；以及根据该整流输入电压的位准而决定该功率开关导通的时间点、并根据该峰值而决定该功率开关停止导通的时间点的步骤，使用低压元件构成的电路来达成。

26.如权利要求24所述的发光元件驱动方法，其中，该侦测该整流输入电压的位准的步骤包括感测该整流输入电压的波谷或取得该整流输入电压或其相关讯号的分压。