CN107770901A - 发光二极管驱动装置及驱动装置的短路保护方法 - Google Patents

发光二极管驱动装置及驱动装置的短路保护方法 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管驱动装置及驱动装置的短路保护方法。所述发光二极管驱动装置包括：发光二极管模块、驱动电路、参考电压设定电路、电压比较电路以及电源供应单元；发光二极管模块的第一端接收点灯电压，发光二极管模块的第二端具备第一电压；所述驱动电路用以驱动所述发光二极管模块；参考电压设定电路接收点灯电压以产生参考电压；电压比较电路在发光二极管模块熄灭的情况下判断第一电压是否大于参考电压，且当第一电压大于参考电压时，电压比较电路产生短路信号；电源供应单元用以供电给所述发光二极管模块，且依据所述短路信号决定是否关闭所述发光二极管驱动装置的电源。本发明可有效地避免驱动装置因发光二极管发生短路状况而损坏。

Description

发光二极管驱动装置及驱动装置的短路保护方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的驱动技术，且特别涉及一种发光二极管驱动装置及驱动装置的短路保护方法。
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。发光二极管具有使用寿命长、体积小、用电省、污染低、高可靠性、适合量产等优点。发光二极管能够应用的领域十分广泛，例如可应用在照明装置(illumination apparatus)、液晶显示器(liquid crystal display；LCD)大型广告牌的背光源(backlight source)等。
一般来说，为了避免在发光二极管发生损坏后连带地损毁驱动装置中的关键零件(如，晶体管)，通常会设置在发光二极管短路时的保护措施。另一方面，发光二极管的驱动装置通常藉由脉宽调制(PWM)信号且以循序扫描(scanning backlight)、过流驱动(overdriving)或区域调光(local dimming)等方式来驱动发光二极管。此类型的驱动装置通常会随时改变流经发光二极管的电流周期以及其幅度，让被点亮的发光二极管的偏压变得不固定。如此一来，当发光二极管被点亮时，驱动装置中的短路检测电路便有可能经常会发生误动作。藉此，厂商便希望能够研发更为有效之发光二极管的短路保护机制。
因此，需要提供一种发光二极管驱动装置及驱动装置的短路保护方法来解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种发光二极管驱动装置及发光二极管的短路检测方法，其可有效地避免驱动装置因发光二极管发生短路而损坏。
本发明的发光二极管驱动装置包括：发光二极管模块、驱动电路、参考电压设定电路、电压比较电路以及电源供应单元；所述发光二极管模块的第一端接收点灯电压，所述发光二极管模块的第二端具备第一电压；所述驱动电路用以驱动所述发光二极管模块；所述参考电压设定电路接收所述点灯电压以产生参考电压；所述电压比较电路在所述发光二极管模块熄灭的情况下判断所述第一电压是否大于所述参考电压，且当所述第一电压大于所述参考电压时，所述电压比较电路产生短路信号；所述电源供应单元用以供电给所述发光二极管模块，且依据所述短路信号决定是否关闭所述发光二极管驱动装置的电源。
本发明的驱动装置的短路保护方法包括：接收发光二极管模块的第一电压，其中所述发光二极管模块的第一端接收点灯电压，所述发光二极管模块的第二端具备所述第一电压；产生参考电压，其中所述参考电压有关于齐纳二极管中的崩溃电压以及所述点灯电压；在所述发光二极管模块熄灭的情况下判断所述第一电压是否大于所述参考电压，以产生短路信号；以及依据所述短路信号决定是否关闭所述驱动装置的电源。
基于上述，本发明实施例所述的发光二极管驱动装置及其短路保护方法利用齐纳二极管产生参考电压，并利用发光二极管模块的偏压以及所述参考电压来判断发光二极管模块中的部分发光二极管是否发生短路，藉以关闭驱动装置的电源。如此一来，本发明实施例的发光二极管驱动装置可有效地避免驱动装置因发光二极管发生短路状况而损坏。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的一种发光二极管驱动装置的示意图。
图2是依照本发明一实施例的一种发光二极管驱动装置的详细电路图。
图3是依照本发明一实施例的一种驱动装置的短路保护方法的流程图。
主要组件符号说明：
100 发光二极管驱动装置
110-1～110-4 发光二极管模块
120 驱动电路
122 发光二极管驱动器
130 参考电压设定电路
140 电压比较电路
150 电源供应单元
160 发光二极管驱动器
171～174 电流平衡开关
210 直流对直流转换器
220 光耦合器
230 复位芯片
240 电源控制开关
250 传递电路
D1～D4 第一二极管
R21～R24 电阻
Sd1～Sd4 驱动信号
LD1、LD6 发光二极管
VL 点灯电压
N11 LED模块110-1的第一端
N12～N42 LED模块的第二端
V12～V42 第一电压
Vref 参考电压
SC 短路信号
Vin 输入电压
ZD1 齐纳二极管
R1 第一电阻
NL1 光耦合器的第一输入端
NL2 光耦合器的第二输入端
N3 光耦合器的第三端
N4 光耦合器的第四端
SS 比较信号
Vdd 系统电压
M1 晶体管
具体实施方式
图1是依照本发明一实施例的一种发光二极管驱动装置100的示意图。请参照图1，LED驱动装置100(以下描述可简称为驱动装置100)包括发光二极管(LED)模块110-1～110-4、驱动电路120、参考电压设定电路130、电压比较电路140以及电源供应单元150。驱动装置100可包括一个或多个发光二极管模块，本实施例以4个LED模块110-1～110-4来做为举例说明，且应用本实施例者可依其需求调整LED模块的数量，例如设置8个或更多的LED模块。
每个LED模块110-1～110-4包括相互串联的多个发光二极管(LED)。换句话说，这些LED模块110-1～110-4便是有多个LED相串联的LED灯串(或称为LED灯条)。本实施例所述的发光二极管模块110-1～110-4是以6个LED相互串联以形成LED灯串，应用本实施例者可依其需求来调整各个LED灯串中的LED数量。在此以发光二极管模块110-1为例，发光二极管模块110-1～110-4中第一个发光二极管LD1的阳极端作为发光二极管模块110-1～110-4的第一端N11，以接收由电源供应单元150所提供的点灯电压VL。发光二极管模块110-1中最后一个发光二极管LD6的阴极端作为第二端N12，藉以耦接驱动电路120。在本实施例中，发光二极管模块110-1～110-4的第二端N12～N42分别具备对应的第一电压V12～V42。
驱动电路120用以驱动发光二极管模块110-1～110-4。详细来说，驱动电路120包括发光二极管(LED)驱动器122以及对应各个LED模块的电流平衡开关171～174。LED驱动器122可产生用来控制电流平衡开关171～174的驱动信号Sd1～Sd4。电流平衡开关171～174的第一端分别耦接对应的发光二极管模块110-1～110-4，电流平衡开关171～174的第二端耦接电阻R21～R24，且电流平衡开关171～174的控制端分别接收对应的驱动信号Sd1～Sd4。这些驱动信号Sd1～Sd4的种类可以是脉宽调制信号。电流平衡开关171～174可由金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)来实现，例如N型增强型MOSFET。若第一电压V12～V42的电压值过大，则电流平衡开关171～174中的MOSFET有可能因电压过大而损坏。
参考电压设定电路130用以接收电灯电压VL以产生参考电压Vref。电压比较电路140则会从这些第一电压V12～V42中选择最大者，并在发光二极管模块110-1～110-4熄灭的情况下来判断最大的第一电压是否大于参考电压Vref。如果这些第一电压V12～V42中的最大者仍然小于参考电压Vref，则表示这些LED模块110-1～110-4中的LED并没有发生短路情况。然而，若有部分的LED因损坏而短路时，则会导致此损坏LED所在的LED模块的第一电压提升。由于LED属于二极管类型，因此当两端电压过大时则很容易因击穿而导通两端造成短路。藉此，当第一电压V12～V42中的最大者大于参考电压Vref时，电压比较电路140产生短路信号SC。电源供应单元150接收输入电压Vin以供电(或称为供应点灯电压VL)给LED模块110-1～110-4，也同样地供电给整个LED驱动装置100。电源供应单元150依据短路信号SC是否激活以决定是否关闭发光二极管驱动装置100的电源。也就是说，当短路信号SC激活时，电源供应单元150便关闭发光二极管驱动装置的电源。
在此说明为何在LED模块中部分LED短路的情况下会使第一电压提升。当LED模块110-1～110-4在已接收电灯电压VL但因发光二极管驱动器122的控制而熄灭(例如，控制驱动信号使其关闭透过电灯电压VL而流经LED模块110-1～110-4的电流)的情况下，假设LED模块110-1中的每个LED皆为完好，则第一电压V12则为点灯电压VL减去6个LED偏压的电压值。相对地，假设LED模块110-1中的LED LD1因损坏而短路，则第一电压V12则为点灯电压VL减去5个LED偏压的电压值。换句话说，只要LED模块中有一个LED因损坏而短路，则第一电压V12便会比原先良好的第一电压V12提升一个LED偏压。相对来说，若是在LED模块110-1～110-4正在点亮时，由于流经LED的电流不固定，导致每个LED的偏压将可能会浮动，如此一来，“藉由第一电压V12～V42的最大值与参考电压Vref来进行比较以判断LED是否短路”的作法在LED模块点灯时将无法保证是否实质正确，因此本发明实施例的电压比较电路140在LED模块通电且熄灭的情况下才进行电压比较为佳。
图2是依照本发明一实施例的一种发光二极管驱动装置100的详细电路图。在图2中，电源供应单元150由直流对直流转换器(DC-to-DC converter)210来实现，其接收输入电压Vin以产生点灯电压VL，并且依据短路信号SC是否激活以决定是否关闭发光二极管驱动装置100的电源。
参考电压设定电路130包括齐纳二极管ZD1以及第一电阻R1。齐纳二极管ZD1具备崩溃电压。齐纳二极管ZD1的阴极端接收点灯电压VL。第一电阻R1耦接齐纳二极管ZD1的阳极端以及接地端之间。因此，在齐纳二极管ZD1为崩溃状态时，其逆向偏压将成为固定的崩溃电压，使得参考电压Vref的数值为点灯电压VL减去齐纳二极管ZD1中崩溃电压的数值。因此，点灯电压VL需大于崩溃电压，使得齐纳二极管ZD1在LED模块110-1～110-4所流经的电流为零时为崩溃状态，才能使参考电压设定电路130能顺利运作。
电压比较电路140主要包括光耦合器220、复位芯片230及电源控制开关240。电压比较电路140还包括传递电路250。传递电路250包括分别对应于LED模块110-1～110-4的第一二极管D1～D4。第一二极管D1～D4的阳极端分别耦接对应LED模块110-1～110-4的第一端N12～N42以接收第一电压V12～V42。第一二极管D1～D4的阴极端皆耦接至光耦合器270的第一输入端NL1。藉此，经由第一二极管D1～D4的作用，位于光耦合器270的第一输入端NL1的电压便会是这些第一电压V12～V42中的最大者。
光耦合器220中发光二极管侧的第一输入端NL1透过传递电路250而接收这些第一电压V12～V42中的最大者。光耦合器220中发光二极管侧的第二输入端NL2则耦接参考电压设定电路130以接收参考电压Vref。光耦合器220的第三端N3耦接接地端，光耦合器220的第四端N4(也称为，输出端)产生比较信号SS。藉此，光耦合器220便可同时作为第一电压V12～V42最大者与参考电压Vref的比较器与隔离器。
若LED模块110-1中的每个LED皆为完好，则第一电压V12则为点灯电压VL减去6个LED偏压的数值。假设完好的每个LED偏压为2.5V，第一二极管D1的偏压为0.6V，齐纳二极管ZD1的崩溃电压设定为16V，且光耦合器220中发光二极管的偏压设定为1.2V。如此一来，光耦合器220中发光二极管侧的第一输入端NL1的电压为“点灯电压VL减去6个LED偏压(6*2.5V＝15V)且减去第一二极管偏压(0.6V)”的数值，参考电压Vref则为“点灯电压VL减去崩溃电压(16V)”。由于此时光耦合器220中发光二极管的第一端NL1的第一电压(“VL-6*2.5V-0.6V”)与其第二端NL2的参考电压(“VL-16V”)之间的差值并未大于光耦合器220中发光二极管的偏压(1.2V)，因此光耦合器220中的发光二极管不会被导通，使得比较信号SS仍为禁能。相对地，若LED模块110-1中的第一个LED LD1因损坏而断路，其余LED完好时，由于此时光耦合器220中发光二极管的第一端NL1的第一电压(“VL-5*2.5V-0.6V”)与其第二端NL2的参考电压(“VL-16V”)之间的差值已大于光耦合器220中发光二极管的偏压(1.2V)，因此光耦合器220中的发光二极管会被导通，使得比较信号SS激活。
在本实施例中，齐纳二极管ZD1的崩溃电压可由应用本实施例者自行设定。若驱动装置100中的晶体管具备较高的耐压力，也就是当LED短路的颗数较多而这些晶体管仍承受得住且并未损坏时，齐纳二极管ZD1中崩溃电压的数值可设定较小。相对地，若驱动装置100中的晶体管具备较低的耐压力，也就是当颗数较少的LED短路但这些晶体管仍然较易于损坏时，则崩溃电压的数值便需设定较大。虽然崩溃电压的数值可依晶体管的耐压程度来适度的调整，但仍不能高于整个LED灯串中LED总数(如，6个)的LED偏压加总数值，加上1个二极管(如，二极管D1)偏压的数值，再加上光耦合器220中发光二极管偏压的数值。
比较信号SS从光耦合器220的第四端N4传送至复位芯片(RESET IC)230。详细来说，在符合本发明的某些应用中，发光二极管驱动器122中透过驱动信号Sd1～Sd4所产生的LED扫描频率较高(例如480Hz)，造成光耦合器220所产生的比较信号SS周期过短(小于30usec)，使得比较信号SS的电压位准变得较不准确。因此，复位芯片230的功用在于调整比较信号SS的电压位准与比较信号SS的周期，并使比较信号SS的周期保证大于200msec，让晶体管M1能顺利运作。复位芯片230的VCC端连接至系统电压Vdd，GND端耦接接地端，且复位芯片230的RESET端产生已电压校准的比较信号SS。
电源控制开关240的控制端接收比较信号SS，且在第一电压V12～V42的最大者大于参考电压Vref时，电源控制开关240使短路信号SC激活。详细来说，电源控制开关240包括一晶体管M1(如，P型增强型MOSFET)。晶体管M1的栅极端为电源控制开关240的控制端。晶体管M1的第一端产生短路信号SC，且晶体管M1的第二端耦接接地端。因此，当短路信号SC激活(为逻辑”0”)时，晶体管M1的第一端与第二端相互导通而使短路信号SC激活(为逻辑”0”)。电源供应单元150在短路信号SC激活时关闭发光二极管驱动装置100的电源。
图3是依照本发明一实施例的一种驱动装置的短路保护方法的流程图。此短路保护方法适用于图1所述的LED驱动装置100。请同时参照图1及图3，在步骤S310中，电压比较器140接收各个发光二极管模块110-1～110-4的第一电压V12～V42。发光二极管模块110-1～110-4的第一端分别接收点灯电压VL，且发光二极管模块110-1～110-4的第二端N12～N42具备第一电压V12～V42。在步骤S320中，参考电压设定电路130产生参考电压Vref，且此参考电压Vref有关于齐纳二极管ZD1中的崩溃电压以及点灯电压VL。在步骤S330中，电压比较器140在LED模块110-1～110-4熄灭的情况下判断第一电压是否大于参考电压Vref，以产生短路信号SC。若仅有一个LED模块，便仅具备单个第一电压。若具备多个LED模块，便从这些第一电压中找寻最大者与参考电压Vref进行判断。在步骤S340中，电源供应单元150依据短路信号SC决定是否关闭驱动装置100的电源。短路保护方法的详细步骤流程及硬件结构请参照上述实施例。
综上所述，本发明实施例所述的发光二极管驱动装置及其短路保护方法利用齐纳二极管产生参考电压，并利用发光二极管模块的偏压以及所述参考电压来判断发光二极管模块中的部分发光二极管是否发生短路，藉以关闭驱动装置的电源。如此一来，本发明实施例的发光二极管驱动装置可有效地避免驱动装置因发光二极管发生短路状况而损坏。
虽然本发明已以实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管驱动装置，所述发光二极管驱动装置包括：
发光二极管模块，所述发光二极管模块的第一端接收点灯电压，所述发光二极管模块的第二端具备第一电压；
驱动电路，所述驱动电路用以驱动所述发光二极管模块；
参考电压设定电路，所述参考电压设定电路接收所述点灯电压以产生参考电压；
电压比较电路，所述电压比较电路在所述发光二极管模块熄灭的情况下判断所述第一电压是否大于所述参考电压，且当所述第一电压大于所述参考电压时，所述电压比较电路产生短路信号；以及
电源供应单元，所述电源供应单元用以供电给所述发光二极管模块，且依据所述短路信号决定是否关闭所述发光二极管驱动装置的电源。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中所述发光二极管模块包括相互串联的多个发光二极管，其中所述发光二极管模块中第一个发光二极管的阳极端接收所述点灯电压，最后一个发光二极管的阴极端为其所述第二端。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中参考电压设定电路包括：
齐纳二极管，所述齐纳二极管具备崩溃电压，其阴极端接收所述点灯电压；以及
第一电阻，所述第一电阻耦接所述齐纳二极管的阳极端与接地端之间，
其中所述参考电压的数值为所述点灯电压减去所述崩溃电压的数值，所述点灯电压大于所述崩溃电压。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中所述电压比较电路包括：
光耦合器，其中所述光耦合器的第一输入端接收所述第一电压，所述光耦合器的第二输入端耦接所述参考电压设定电路以接收所述参考电压，所述光耦合器的第三端耦接接地端，所述光耦合器的第四端产生比较信号；
复位芯片，所述复位芯片用以调整所述比较信号的电压位准；以及
电源控制开关，其控制端接收所述比较信号，且在所述第一电压大于所述参考电压时，所述电源控制开关使所述短路信号激活，
其中所述电源供应单元在所述短路信号激活时关闭所述发光二极管驱动装置的电源。
5.如权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其中所述电源控制开关包括晶体管，所述晶体管的栅极端为所述电源控制开关的控制端，所述晶体管的第一端产生所述短路信号，且所述晶体管的第二端耦接接地端。
6.如权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其中所述电压比较电路还包括：
传递电路，所述传递电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极端耦接所述发光二极管模块的第一端以接收所述第一电压，所述第一二极管的阴极端耦接所述光耦合器的第一输入端。
7.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，所述驱动电路包括：
发光二极管驱动器，所述发光二极管驱动器产生驱动信号；以及
电流平衡开关，所述电流平衡开关耦接所述发光二极管模块，所述电流平衡开关的控制端接收所述驱动信号，
其中所述发光二极管驱动器藉由所述驱动信号以及所述电流平衡开关以驱动所述发光二极管模块。
8.一种驱动装置的短路保护方法，所述短路保护方法包括：
接收发光二极管模块的第一电压，其中所述发光二极管模块的第一端接收点灯电压，所述发光二极管模块的第二端具备所述第一电压；
产生参考电压，其中所述参考电压有关于齐纳二极管中的崩溃电压以及所述点灯电压；
在所述发光二极管模块熄灭的情况下判断所述第一电压是否大于所述参考电压，以产生短路信号；以及
依据所述短路信号决定是否关闭所述驱动装置的电源。
9.如权利要求8所述的短路保护方法，其中所述参考电压的数值为所述点灯电压减去所述崩溃电压的数值，且所述点灯电压大于所述崩溃电压。
10.如权利要求8所述的短路保护方法，判断所述第一电压是否大于所述参考电压的步骤包括：
利用光耦合器的第一输入端接收所述第一电压，利用所述光耦合器的第二输入端接收所述参考电压，其中所述光耦合器的第三端耦接接地端，且所述光耦合器的第四端产生比较信号，且在所述比较信号激活时关闭所述发光二极管的电源。
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