CN110139420B - 发光装置及其驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置及其驱动装置。驱动装置耦接负载，包括第一电流源以及第二电流源。第一电流源提供基本电流以驱动负载；以及第二电流源依据调整电压以产生调整电流，并使调整电流调整流经负载的电流值大小。

Description

发光装置及其驱动装置
技术领域
本公开有关于一种驱动装置，且特别有关于一种用于发光装置的驱动装置。
背景技术
目前各种固态发光元件的应用已经越来越广泛，举凡显示面板中的光源模块、日常生活中的照明装置、公共空间中的指示灯等，皆已逐渐普及地采用发光二极管(LightEmitting Diode，LED)作为发光光源。另外，随着通信技术的蓬勃发展，各种固态发光元件也被应用于无线信号传输，特别是，作为照明用的发光二极管可以应用在可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的技术上。
然而，在已知技术中，用以驱动发光元件的光通信驱动装置通常具有各种限制，例如：发光功率、调变速度、调变波型、电路复杂度以及体积大小等。因此，如何设计出解决上述限制条件的驱动装置，便是本领域技术人员致力研究的方向。
发明内容
本公开提供一种发光装置及其驱动装置，可动态调整流经负载的电流。
本公开提供一种驱动装置。驱动装置耦接负载。驱动装置包括第一电流源以及第二电流源。第一电流源提供基本电流以驱动负载。第二电流源依据调整电压以产生调整电流，并使调整电流调整流经负载的电流值大小。
本公开提供一种发光装置，包括发光元件以及如上所述的驱动装置。如上所述的驱动装置耦接至发光元件。
基于上述，本公开提供第二电流源以依据调整电压以产生调整电流，并通过调整电流来调整流经负载的电流值大小。如此一来，本公开中的驱动装置的工作速度可以不受限于用以产生主驱动电流的第一电流源的工作速度，有效提升驱动电路的效能。
为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1说明根据本公开的示范性实施例的驱动装置的方块图。
图2说明根据本公开的示范性实施例的第一电流源的示意图。
图3说明根据本公开的示范性实施例的第二电流源的示意图。
图4A至图4C说明根据本公开的示范性实施例的信号的示意图。
图5A及图5B说明根据本公开的示范性实施例的信号的示意图。
图6说明根据本公开的示范性实施例的电压减法器的示意图。
图7说明根据本公开的另一示范性实施例的驱动装置的方块图。
图8说明根据本公开的示范性实施例的第一电流源的示意图。
图9说明根据本公开的示范性实施例的第二电流源的示意图。
图10A及图10B说明根据本公开的示范性实施例的信号的示意图。
符号说明
100、700：驱动装置
110、200、720、800：第一电流源
120、710：负载
130、300、730、900：第二电流源
IC：基本电流
ILED：负载电流
IVLC：调整电流
VVLC：调整电压
Rf：电流感测电阻
Vf：回授电压
210：参考电流源
220：电压转电流电路
2201、310、610、810、910：运算放大器
2202、320、600：电压减法器
GND：参考接地端
Is：参考电流
Vs、Vin：参考电压
R、Rs、Rs2、R1～R4：电阻
Vo1、Vi：电压
Vo2、Vo、Vo22：输出电压
Tr、Trs：晶体管
Vbias：偏压电压
Vo12、Vi2：电压
V+、V-：输入电压
E1：端点
V、V2：回授信号
具体实施方式
图1说明根据本公开的示范性实施例的驱动装置的方块图。请参看图1，驱动装置100包括第一电流源110、负载120、第二电流源130以及电流感测电阻Rf。第一电流源110的第一端以及第二电流源130的第一端共同耦接至负载120的第一端，而第一电流源110的第二端耦接至参考接地端GND，负载120的第二端以及第二电流源130的第二端共同耦接至第一电流源110的回授端，电流感测电阻Rf耦接于负载120与参考接地端GND之间。负载电流ILED流经电流感测电阻Rf以产生回授电压Vf。第一电流源110可依据回授电压Vf在第一端提供基本电流IC。第二电流源130可通过其第一端由基本电流IC汲取调整电流IVLC，并使流经负载120的电流负载电流ILED的电流值大小等于基本电流IC减去调整电流IVLC。进一步而言，第二电流源130可接收调整电压VVLC，并依据调整电压VVLC以产生调整电流IVLC。藉此，驱动装置100可依据调整电压VVLC，来由基本电流IC汲取调整电流IVLC，进而调整流经负载120的负载电流ILED的电流值大小。
在本实施例中，调整电压VVLC与调整电流IVLC可以为正比或反比。举例来说明，若调整电压VVLC与调整电流IVLC成反比，而调整电压VVLC与负载电流ILED则可以成正比。在本实施例中，当调整电压VVLC被调高时，第二电流源130由基本电流IC汲取的调整电流IVLC被调低，而流经负载120的负载电流ILED被调高。相反地，当调整电压VVLC被调低时，第二电流源130由基本电流IC汲取的调整电流IVLC被调高，而流经负载120的负载电流ILED被调低。
在本公开其他实施例中，调整电压VVLC与调整电流IVLC可以为正比，而调整电压VVLC与负载电流ILED则可以成反比。在本实施例中，当调整电压VVLC被调高时，第二电流源130由基本电流IC汲取的调整电流IVLC被调高，而流经负载120的负载电流ILED被调低。相反地，当调整电压VVLC被调低时，第二电流源130由基本电流IC汲取的调整电流IVLC被调低，而流经负载120的负载电流ILED被调高。
藉由上述驱动装置100，本公开实施例可藉由动态地控制调整电压VVLC的电压值，以控制要由基本电流IC汲取多少调整电流IVLC，进而控制流经负载120的电流值大小。举例来说明，驱动装置100可通过周期性调整的调整电压VVLC的电压值，以对应产生周期性变化的负载电流ILED以驱动负载120，其中基本电流IC的切换频率低于调整电压VVLC的切换频率。此外，上述驱动装置100的架构简单，且易于集成电路化。
值得注意的是，所述负载120可以是发光元件，发光元件可以由一个或多个发光二极管来建构。其中，多个发光二极管可以通过相互串联、相互并联、或多个串并联的组合来建构发光元件，没有固定的限制。因此，可藉由上述驱动装置100以驱动发光元件，并通过动态调整调整电压VVLC的电压值，使发光元件产生周期性变化的光信号。藉此，可将一般的电信号转换为光信号，并可应用于各种光通信设备，其中光信号有具有指向性、信息安全性、不受电磁干扰、不需频带使用执照、同时又能够提供室内照明用等多项优势。
图2说明根据本公开的示范性实施例的第一电流源的示意图。请参看图2，第一电流源200包括参考电流源210以及电压转电流电路220。参考电流源210的第二端耦接至参考接地端GND，参考电流源210的回授端用以接收回授电压Vf，且参考电流源210的第一端可依据回授电压Vf产生参考电流Is。电压转电流电路220耦接至参考电流源210，并接收参考电流Is。电压转电流电路220依据参考电流Is产生参考电压Vs，并依据偏压电压Vbias以及参考电压Vs来产生基本电流IC。
细节上来说明，电压转电流电路220包括电阻R、晶体管Tr、运算放大器2201以及电压减法器2202。电阻R串接在参考电流源210的第一端与运算放大器2201的负输入端间。电压减法器2202的正输入端耦接至参考电流源210的第一端，且电压减法器2202的输出端耦接至运算放大器2201的正输入端，其中电压减法器2202的负输入端用以接收偏压电压Vbias。晶体管Tr的控制端耦接至运算放大器2201的输出端，晶体管Tr的第一端耦接至运算放大器2201的负输入端，且晶体管Tr的第二端用以输出基本电流IC。
详细而言，通过使电阻R接收参考电流Is，电压减法器2202的正输入端上可产生参考电压Vs，电压减法器2202并使参考电压Vs以及偏压电压Vbias进行减法运算以产生电压Vo1。另外，通过使参考电流Is流经电阻R，运算放大器2201的负输入端以及晶体管Tr的第一端上可产生电压Vi，其中，以电阻R的电阻值等于1欧姆为范例，电压Vi的电压值可等于Vs-Is。运算放大器2201依据电压Vo1以及电压Vi产生一个输出电压Vo2至晶体管Tr的控制端。晶体管Tr依据输出电压Vo2，以于晶体管Tr的第二端产生基本电流IC，其中基本电流IC的电流值可以等于参考电流Is的电流值。
在本公开实施例中，晶体管Tr可以是PNP型双极性结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)或P型场效晶体管(Field-Effect Transistor，FET)，没有特定的限制。
图3说明根据本公开的示范性实施例的第二电流源的示意图。请参看图3，第二电流源300包括电阻Rs、电阻Rs2、晶体管Trs、运算放大器310以及电压减法器320。电阻Rs耦接于运算放大器310的负输入端以及电压减法器320的正输入端之间。电压减法器320的输出端耦接至运算放大器310的正输入端，其中电压减法器320的正输入端用以接收负载电压VLED，电压减法器320的负输入端用以接收调整电压VVLC。晶体管Trs的控制端耦接至运算放大器310的输出端，且晶体管Trs的第一端耦接至运算放大器310的负输入端，电阻Rs2耦接于晶体管Trs的第二端与回授电压Vf之间。
详细而言，电压减法器320使负载电压VLED以及调整电压VVLC进行减法运算以产生电压Vo12。运算放大器310依据电压Vo12以及电压Vi2产生一个输出电压Vo22至晶体管Trs的控制端。晶体管Trs依据输出电压Vo22，以于晶体管Trs的第二端产生调整电流IVLC，其中调整电流IVLC的电流值可以等于依据电阻Rs两端的负载电压VLED以及电压Vi2产生之电流的电流值，例如：调整电流IVLC的电流值可以等于(VLED-VVLC)/Rs。
值得注意的是，晶体管Trs可以是PNP型双极性结型晶体管或P型场效晶体管。此外，调整电压VVLC可以是周期性调变的电压，或适用于任意可调变的格式(例如，脉冲宽度调变、脉波位置调变、脉冲振幅调变、正交振幅调变等)，而晶体管Trs的规格可以依据调整电压VVLC的频率来设置。
关于调整电压VVLC的实施细节，请同时参看图1以及图4A至图4C，其中图4A至图4C说明根据本公开的示范性实施例的信号的示意图。在图4A中，调整电压VVLC为脉波调变信号，基本电流IC为直流电流(等于电流值A1)，调整电流IVLC为具有周期性的方波的电流。通过由基本电流IC汲取调整电流IVLC，所产生的负载电流ILED同样为具有周期性的方波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值减去调整电流IVLC的电流值。
在图4B中，调整电压VVLC为弦波信号，基本电流IC为直流电流(等于电流值A1)，调整电流IVLC为具有周期性的弦波的电流。通过由基本电流IC汲取调整电流IVLC，所产生的负载电流ILED同样为具有周期性的弦波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值减去调整电流IVLC的电流值(波峰的电流值为A1)。在图4C中，调整电压VVLC为三角波信号，基本电流IC为直流电流(等于电流值A1)，调整电流IVLC为具有周期性的三角波的电流。通过由基本电流IC汲取调整电流IVLC，所产生的负载电流ILED同样为具有周期性的三角波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值减去调整电流IVLC的电流值。
关于调整电压IVLC的实施细节，请同时参看图1以及图5A至图5B，在图5A中，基本电流IC为直流电流(等于电流值A2)，调整电流IVLC为具有周期性的弦波的电流。通过由基本电流IC汲取调整电流IVLC，所产生负载电流ILED为具有周期性的弦波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值减去调整电流IVLC的电流值。在图5B中，基本电流IC为具有周期性的方波的电流(基本电流IC的电流值在A2以及A3之间变化，且半周期为t)，调整电流IVLC为具有周期性的弦波的电流。通过由基本电流IC汲取调整电流IVLC，所产生的负载电流ILED为具有周期性且峰值依据基本电流IC变化的弦波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值减去调整电流IVLC的电流值。
图6说明根据本公开的示范性实施例的电压减法器的示意图。请参看图6，电压减法器600包括运算放大器610以及多个电阻R1～R4。电阻R1耦接于运算放大器610的正输入端以及参考接地端GND之间。电阻R2耦接于运算放大器610的正输入端以及电阻R1。电阻R3耦接于运算放大器610的负输入端。电阻R4耦接于运算放大器610的负输入端以及运算放大器610的输出端之间。运算放大器610的正输入端可经由电阻R2接收输入电压V+，而运算放大器610的负输入端可经由电阻R3接收输入电压V-。电压减法器600便可依据输入电压V+以及输入电压V-产生电压Vo。在电阻R1～R4具有相同的电阻值的条件下，电压Vo＝输入电压V+减去输入电压V-。
图7说明根据本公开的另一示范性实施例的驱动装置的方块图。请参看图7，驱动装置700包括负载710、第一电流源720以及第二电流源730。负载710的第一端接收参考电压Vs，负载710的第二端耦接至第一电流源720的第一端以及第二电流源730的第一端，而第一电流源720的第二端以及第二电流源730的第二端共同耦接至参考接地端GND。第一电流源720与第二电流源730可分别产生基本电流IC以及调整电流IVLC。第一电流源720与第二电流源730所分别产生的基本电流IC以及调整电流IVLC相结合并流通过负载710，使流经负载710的电流值大小等于基本电流IC加上调整电流IVLC(负载电流ILED在节点E1分流成基本电流IC以及调整电流IVLC)。进一步而言，第二电流源730可接收调整电压VVLC，并依据调整电压VVLC以产生调整电流IVLC。藉此，驱动装置700可调整基本电流IC以及调整电流IVLC相结合的电流值，进而调整流经负载710的负载电流ILED。
藉由上述驱动装置700，本公开实施例可藉由动态地控制调整电压VVLC的电压值，以控制基本电流IC以及调整电流IVLC相结合的电流值，进而控制流经负载710的电流值大小。举例来说明，驱动装置700可通过周期性调整的调整电压VVLC的电压值，以对应产生周期性变化的负载电流ILED以驱动负载710，其中基本电流IC的切换频率低于调整电压VVLC的切换频率。由上述的说明可以得知，本实施例的驱动装置700具有简单的电路架构，且易于集成电路化。
图8说明根据本公开的示范性实施例的第一电流源的示意图。请参看图8，第一电流源800包括电阻R、晶体管Tr、运算放大器810。运算放大器810的负输入端经由电阻R耦接至参考接地端GND，且运算放大器810的正输入端用以接收偏压电压Vbias。晶体管Tr的控制端耦接至运算放大器810的输出端，晶体管Tr的第一端(即端点E1)用以接收参考电压Vin，且晶体管Tr的第二端耦接至运算放大器810的负输入端。
详细而言，运算放大器810依据偏压电压Vbias以及回授信号V产生一个输出电压Vo至晶体管Tr的控制端。晶体管Tr依据输出电压Vo，以于晶体管Tr的第二端产生基本电流IC以流经电阻R，其中流经电阻R的电流值等于回授信号V的电压值除以电阻R的电阻值。在操作上，回授信号V的电压值实质上等于偏压电压Vbias的电压值，基本电流IC的电流值可等于Vbias/R。
值得注意的是，晶体管Tr可以是NPN型双极性结型晶体管或N型场效晶体管。
图9说明根据本公开的示范性实施例的第二电流源的示意图。请参看图9，第二电流源900包括电阻Rs、晶体管Trs、运算放大器910。运算放大器910的负输入端经由电阻Rs耦接至参考接地端GND，且运算放大器910的正输入端用以接收调整电压VVLC。晶体管Trs的控制端耦接至运算放大器910的输出端，晶体管Trs的第一端(即端点E1)用以接收参考电压Vin，且晶体管Trs的第二端耦接至运算放大器910的负输入端。
详细而言，运算放大器910依据调整电压VVLC以及回授信号V2产生一个输出电压Vo2至晶体管Trs的控制端。晶体管Trs依据输出电压Vo2，以于晶体管Trs的第二端产生调整电流IVLC以流经电阻Rs，其中调整电流IVLC的电流值等于回授信号V2的电压值除以电阻Rs的电阻值。在操作上，回授信号V2的电压值实质上等于调整电压VVLC的电压值，调整电流IVLC的电流值可等于VVLC/Rs。
值得注意的是，晶体管Trs可以是NPN型双极性结型晶体管或N型场效晶体管。
图10A及图10B说明根据本公开的示范性实施例的信号的示意图。请参看图10A，基本电流IC为直流电流(等于电流值A4)，调整电流IVLC为具有周期性的弦波的电流。通过基本电流IC以及调整电流IVLC相结合，所结合的负载电流ILED为具有周期性的弦波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值加上调整电流IVLC的电流值。请参看图10B，基本电流IC为具有周期性的方波的电流(基本电流IC的电流值在A4以及0之间变化，以及半周期为t)，调整电流IVLC为具有周期性的弦波的电流。通过基本电流IC以及调整电流IVLC相结合，所结合的负载电流ILED为具有周期性且峰值依据基本电流IC变化的弦波的电流，并且负载电流ILED的电流值可以等于基本电流IC的电流值加上调整电流IVLC的电流值。
在本实施例中，基本电流IC不会影响由光信号获得的调整电流IVLC，所述调整电流IVLC更具有高带宽的优点。举例而言，基本电流IC为相对低频的电流，调整电流IVLC则为相对高频的电流，而通过基本电流IC与调整电流IVLC结合而成的负载电流ILED则为具有多重频率的电流。如此，在接收到依据负载电流ILED所产生的光信号后，可藉由带通滤波器(BandpassFilter)来撷取所获得的光信号，便可获得依据调整电流IVLC所产生的通信数据。
综上所述，本公开提供第二电流源以依据调整电压以产生调整电流，并通过调整电流来调整流经负载的电流值大小。如此一来，本公开中的驱动装置的工作速度可以不受限于用以产生主驱动电流的第一电流源的工作速度，有效提升驱动电路的效能。
虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本公开的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种驱动装置，耦接负载，包括：
第一电流源，提供基本电流以驱动所述负载；以及
第二电流源，依据调整电压以产生调整电流，并使所述调整电流调整流经所述负载的电流值大小，
其中所述第二电流源由所述基本电流汲取所述调整电流，并使流经所述负载的电流值等于所述基本电流减去所述调整电流，
其中所述第一电流源以及所述第二电流源共同耦接至所述负载的第一端，所述负载的第二端通过电流感测电阻耦接至参考接地端，并且
其中所述第二电流源包括：
电压转电流电路，包括：
运算放大器；
第一电阻，串接在所述负载的第一端与所述运算放大器的负输入端间；
第二电阻；
电压减法器，所述电压减法器的正输入端耦接至所述负载的第一端，且所述电压减法器的输出端耦接至所述运算放大器的正输入端，其中所述电压减法器的负输入端用以接收所述调整电压；以及
晶体管，所述晶体管的控制端耦接至所述运算放大器的输出端，且所述晶体管的第一端耦接至所述运算放大器的负输入端，所述晶体管的第二端经由所述第二电阻耦接至所述负载的第二端。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中所述第一电流源包括：
参考电流源，所述参考电流源的第二端耦接至所述参考接地端，所述参考电流源的第一端产生参考电流；以及
电压转电流电路，接收所述参考电流，并依据所述参考电流产生参考电压，并依据偏压电压以转换所述参考电压以产生所述基本电流。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其中所述电压转电流电路包括：
运算放大器；
电阻，串接在所述参考电流源的第一端与所述运算放大器的负输入端间；
电压减法器，所述电压减法器的正输入端耦接至所述参考电流源的第一端，且所述电压减法器的输出端耦接至所述运算放大器的正输入端，其中所述电压减法器的负输入端用以接收所述偏压电压；以及
晶体管，所述晶体管的控制端耦接至所述运算放大器的输出端，且所述晶体管的第一端耦接至所述运算放大器的负输入端，所述晶体管的第二端耦接至所述负载的第一端。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其中所述调整电压为脉波调变信号、弦波信号或三角波信号，其中所述基本电流为直流电流或周期性变化的电流。
5.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，当所述基本电流为周期性变化的电流时，所述基本电流的切换频率低于所述调整电压的切换频率。
6.一种发光装置，包括：
根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述负载为发光元件。
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