CN1905771A

CN1905771A - 发光二极管的调光控制电路

Info

Publication number: CN1905771A
Application number: CN 200510088119
Authority: CN
Inventors: 李荣钦; 陈立政
Original assignee: Aimtron Technology Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-01-31

Abstract

调光控制电路产生一个调光控制信号，用以决定至少一个发光二极管的亮度。调光控制信号具有复数个亮暗循环，其中每一亮暗循环是由一个亮阶段与一个暗阶段所组成。亮阶段是从一个自适应的上升部分开始。自适应的上升部分用以使至少一个发光二极管的亮度被限制成逐渐增大。

Description

发光二极管的调光控制电路

技术领域

本发明是涉及一种调光控制电路，尤其涉及一种用于驱动发光二极管的调光控制电路。

背景技术

图1显示了已知的发光二极管驱动电路10的电路图。在图1的例子中，发光二极管驱动电路10由一升压式切换电压调节器所实施，用以将输入电压V_in转换成所期望的输出电压V_out，进而驱动一个或多个串联的发光二极管LED。依据流经电感L的电流I_L与从电阻R而来的反馈电压V_fb，切换控制电路11产生一固定工作比脉冲驱动信号FS，用以控制切换晶体管Q的开与关。切换晶体管Q的切换工作比可决定输出电压V_out与输入电压V_in间的相对关系。发光二极管LED的亮度随着流经其间的二极管电流I_LED而变化。从图1可推导出二极管电流I_LED＝V_fb/R＝(V_out-N*V_d)/R，其中N代表发光二极管LED的数目而V_d代表每一发光二极管LED的导通压降。由于发光二极管LED的导通压降V_d大致上可视为一固定值，因此通过调整输出电压V_out即可轻易控制二极管电流I_LED，亦即有效地调整发光二极管LED的亮度。

另一种调整发光二极管LED的亮度的方法是利用人眼视觉暂留的特性。对于频率超过大约60Hz的亮暗循环，人眼所感知到的是平均亮度。在亮阶段中，切换晶体管Q如同通常情况一样，由切换控制电路11的固定工作比脉冲驱动信号FS控制其开关，但在暗阶段中，固定工作比脉冲驱动信号FS受到阻挡而使切换晶体管Q维持于不导通的状态。换言之，通过适当地调整亮阶段与暗阶段间的相对比例，则可产生所期望的平均亮度。然而，此种利用亮暗循环的调光方法实际上在进入亮阶段的瞬间会引起非常大的瞬间电流噪声。由于亮暗循环的频率可能分布于人耳可听见的音频范围，因此连续发生的瞬间电流噪声将形成人耳可听见的噪音。

发明内容

鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管的调光控制电路，可抑制每一亮循环初期的瞬间电流噪声。

依据本发明的第一实施例，一种调光控制电路产生一个调光控制信号，用以决定至少一个发光二极管的亮度。调光控制信号具有复数个亮暗循环，其中每一亮暗循环是由一个亮阶段与一个暗阶段所组成。亮阶段是从一自适应的上升部分开始。自适应的上升部分用以使至少一发光二极管的亮度被限制成逐渐增大。

依据本发明的第二实施例，提供一种发光二极管驱动电路，包括：切换控制电路、切换式电压调节器、以及调光控制电路。切换控制电路产生一个脉冲驱动信号。切换式电压调节器由脉冲驱动信号所控制，以驱动至少一个发光二极管。调光控制电路产生一个调光控制信号，以使切换控制电路限制脉冲驱动信号的切换工作比。调光控制信号具有复数个亮暗循环，其中每一个亮暗循环是由一个亮阶段与一个暗阶段所组成。亮阶段是从一自适应的上升部分开始。自适应的上升部分用以使脉冲驱动信号的切换工作比被限制成逐渐增大。

依据本发明的第三实施例，一种发光二极管驱动芯片包括：一个共享接脚、控制电路、以及使能电路。共享接脚接收亮度/关机信号。响应于亮度/关机信号，控制电路产生调光信号以控制至少一个发光二极管的亮度。调光信号具有复数个亮暗循环，其中每一个亮暗循环是由一个亮阶段与一个暗阶段所组成。亮阶段是从一自适应的上升部分开始。自适应的上升部分用以使至少一个发光二极管的亮度被限制成逐渐增大。响应于亮度/关机信号，使能电路产生一个使能信号，使得在亮阶段时使能信号激活控制电路。再者，在暗阶段超过一个预定的临界时间时，使能信号关机停止控制电路。

附图说明

图1显示已知的发光二极管驱动电路的电路图。

图2显示依据本发明第一实施例的发光二极管驱动电路的电路图。

图3(A)与3(B)显示依据本发明第一实施例的发光二极管驱动电路的操作时序图。

图4显示依据本发明第一实施例的切换工作比限制电路的电路图。

图5显示依据本发明第一实施例的切换控制电路的电路图。

图6显示依据本发明第二实施例的发光二极管驱动电路的电路图。

图7显示依据本发明第三实施例的发光二极管驱动电路的电路图。

图8显示依据本发明的使能电路的电路图。

图9显示依据本发明的使能电路的操作时序图。

发明详述

下文中的说明与附图将使本发明的前述与其它目的、特征、与优点更明显。兹将参照图式详细说明依据本发明的优选实施例。

图2显示依据本发明第一实施例的发光二极管驱动电路20的电路图。发光二极管驱动电路20设置有切换控制电路21与调光控制电路22，用以驱动切换晶体管Q并有效地控制一个或多个串联的发光二极管LED的亮度。调光控制电路22施加一个调光控制信号DL至切换控制电路21。因此，切换控制电路21产生一个脉冲驱动信号PS，其切换工作比不仅响应于已知的电感电流I_L与反馈电压V_fb，更依据调光控制信号DL而决定。具体而言，调光控制电路22具有亮度设定电路23与切换工作比限制电路24。亮度设定电路23产生一个亮度设定信号BS，用以决定发光二极管LED的平均亮度。为了避免切换晶体管Q导通时的瞬间电流过大而造成音频噪声，亮度设定信号BS必须先经由切换工作比限制电路24的调整以转变成调光控制信号DL，该调光控制信号DL实际上施加至切换控制电路21。响应于调光控制信号DL，切换控制电路21产生一个脉冲驱动信号PS，施加至切换晶体管Q。

图3(A)与3(B)显示依据本发明第一实施例的发光二极管驱动电路20的操作时序图。图3(A)显示具有较长的暗阶段的亮度设定信号BS，亦即可应用于发光二极管LED而获得较暗的平均亮度。图3(B)显示具有较短的暗阶段的亮度设定信号BS，亦即可应用于发光二极管LED而获得较亮的平均亮度。

如图3(A)所示，亮度设定信号BS是一脉冲信号，交替地变化于高位准(电平)状态与低位准状态之间。高位准状态用以允许切换控制电路21输出切换工作比大于零的脉冲驱动信号PS。在此情况下，输入电压V_in可持续转换成输出电压V_out，以供应能量驱动发光二极管LED。所以，此高位准状态即代表亮暗循环中的亮阶段。对照之下，低位准状态用以抑制切换控制电路21所输出的脉冲驱动信号PS，使其切换工作比为零。在此情况下，输入电压V_in停止供应能量，导致发光二极管LED的亮度逐渐暗淡。所以，此低位准状态即代表亮暗循环中的暗阶段。由于人眼的视觉暂留效应，亮度设定信号BS所提供的亮暗循环可使人眼对于发光二极管LED感知到平均亮度。通过调整亮阶段与暗阶段的时间比例，亮度设定信号BS可有效地决定发光二极管LED的平均亮度。

为了抑制瞬间电流以避免音频噪声，亮度设定信号BS的亮阶段必须经过切换工作比限制电路24的调整而变成具有一个自适应的(Adaptive)上升部分的调光控制信号DL。此种自适应的上升部分所占的时间(下文简称为「缓激活时间」T_SS)依据前一亮暗循环的暗阶段所占时间而决定，因此称之为自适应的上升部分。当前一亮暗循环的暗阶段所占时间愈长时，紧接其后的亮阶段的缓激活时间T_SS则必须设定成愈长。这是因为暗阶段所占时间愈长导致输出电压V_out下降至较低的电压值或者甚至下降至地面电位，所以使用较长的缓激活时间T_SS可对于切换晶体管Q的切换工作比从零过渡至最大值提供一种更大程度的缓冲，进而有助于降低瞬间电流。请比较图3(A)与3(B)可轻易发现，图3(A)的调光控制信号DL的缓激活时间T_SS较长，因为其前一亮暗循环的暗阶段所占时间较长，例如时间T2至T3所示。

为了更清楚显示施加至切换控制电路21的调光控制信号DL如何限制脉冲驱动信号PS的切换工作比，图3(A)与3(B)皆额外显示有由图1的已知电路11所产生的脉冲驱动信号FS，其具有固定的切换工作比。通过调光控制信号DL所提供的限制，脉冲驱动信号PS中对应于调光控制信号DL的亮阶段的部份，其切换工作比被限制成从零逐渐变大并且在经过依据本发明的自适应的缓激活时间T_SS后达到最大值，而脉冲驱动信号PS中对应于调光控制信号DL的暗阶段的部份，其切换工作比则被抑制到零。请注意脉冲驱动信号PS的频率实际上远高于调光控制信号DL的频率，例如在一个实施例中脉冲驱动信号PS的频率约为1.2MHz而调光控制信号DL的频率仅约为1KHz。为了容易说明，图3(A)与3(B)仅示意地显示脉冲驱动信号PS中的少数脉冲，尤其是对应于调光控制信号DL的亮阶段的部分。

图4显示依据本发明第一实施例的切换工作比限制电路24的电路图。下降边缘检测电路41被亮度设定信号BS的下降边缘所触发，而上升边缘检测电路42则被亮度设定信号BS的上升边缘所触发。从下降边缘出现时开始计数而在上升边缘出现时结束计数，计数电路43产生一个数字选择信号SE，用以估计亮度设定信号BS的暗阶段所占时间。响应于数字选择信号SE，选择电路44输出一个充电信号CH，其具有八种不同频率F0至F7其中之一。当计数电路43所检测到的亮度设定信号BS的暗阶段较长时，选择电路44所输出的充电信号CH具有较低的频率。当计数电路43所检测到的亮度设定信号BS的暗阶段较短时，选择电路44所输出的充电信号CH具有较高的频率。此八种不同频率的充电信号CH是从振荡电路45所产生的振荡信号经由分频电路46的分频操作后所产生。请注意依据本发明的选择电路44与分频电路46不限于产生八种频率变化的充电信号CH，而获得应用于产生多于八种或少于八种的频率变化。充电信号CH用以控制充电电路47的传输闸TG1与TG2，以便对电容C1与C2充电。当充电信号CH的频率较低时，电容C1与C2被充电的速率较慢。结果，调光控制信号DL的自适应的上升部分具有较长的缓激活时间T_SS，如图3(A)所示。当充电信号CH的频率较高时，电容C1与C2被充电的速率较快。结果，调光控制信号DL的自适应的上升部分具有较短的缓激活时间T_SS，如图3(B)所示。

当从亮度设定电路23而来的亮度设定信号BS处于低位准状态时，充电电路47的开关单元S1与S2形成短路。结果，充电电路47所输出的调光控制信号DL维持于地面电位。一旦亮度设定信号BS转态成高位准，开关单元S1与S2即形成断路，以便允许充电电路47依据选择电路44所输出的充电信号CH的频率而进行充电操作。结果，调光控制信号DL从地面电位逐渐增大至稳定值，此种缓激活时间T_SS由前一亮暗循环的暗阶段所占时间所决定。

图5显示依据本发明第一实施例的切换控制电路21的电路图。振荡电路51施加一个脉冲信号至闩锁电路52的设定端S，以触发脉冲驱动信号PS进入高位准状态而导通图2的切换晶体管Q。一旦切换晶体管Q导通，流经电感L的电感电流I_L开始增加。电流检测电路53产生一个电流检测信号V_id，用以代表电感电流I_L。经过叠加电路54的斜率补偿后，电流检测信号V_id施加至比较电路55的非反相输入端。此外，比较电路55还具有二个反相输入端，分别用以接收误差信号V_err与调光控制信号DL。误差信号V_err由误差放大电路56所产生，用以代表从图2的电阻R而来的反馈电压V_fb与参考电压产生电路57所产生的参考电压V_ref间的差距。一旦斜率补偿后的电流检测信号V_id超过误差信号V_err与调光控制信号DL两者中的较小者，比较电路55即触发闩锁电路52的重置端R。因此，调光控制信号DL有效地限制脉冲驱动信号PS的切换工作比。

图6显示依据本发明第二实施例的发光二极管驱动电路60的电路图。第二实施例不同于第一实施例之处在于第二实施例的调光控制电路62还包括逻辑单元63。如图所示，逻辑单元63使得亮度设定信号BS可直接让切换晶体管Q变成不导通。具体而言，一旦亮度设定信号BS转态至低位准，切换晶体管Q可立即变成不导通，不需要花时间等待脉冲驱动信号PS的反应。另一方面，当亮度设定信号BS处于高位准状态时，逻辑单元63单纯地允许脉冲驱动信号PS通过，使其仍旧如第一实施例所述一般地控制切换晶体管Q。

图7显示依据本发明第三实施例的发光二极管驱动电路70的电路图。参照图7，在现今的集成电路制造中，切换控制电路21、切换工作比限制电路24、与切换晶体管Q通常是整合成单一的发光二极管驱动控制芯片71，其封装边缘设置有若干接脚以供外部的电路组件连接用。为了节省接脚的数目，发光二极管驱动控制芯片71使用一个关机接脚SHDN接收具有两种用途的亮度/关机信号BS/SH。具体而言，亮度/关机信号BS/SH可一方面用以设定发光二极管LED的亮度，此时如同亮度设定信号，或者另一方面用以结束整个芯片71的操作，此时如同芯片关机信号。经由此种共享接脚SHDN，亮度/关机信号BS/SH施加至切换工作比限制电路24与使能电路72。使能电路72产生使能信号EN，用以激活或关机切换控制电路21与切换工作比限制电路24。

图8显示依据本发明的使能电路72的电路图。图9显示依据本发明的使能电路72的操作时序图。当亮度/关机信号BS/SH转态至高位准时，如图9的时间T0所示，闩锁电路80被触发而产生高位准的使能信号EN，用以激活发光二极管驱动控制芯片71。此外，晶体管SW1不导通且晶体管SW2导通，使得跨于电容C_en上的电位差V2降低至零。当亮度/关机信号BS/SH转态至低位准时，如图9的时间T1所示，晶体管SW2变成不导通而允许电流源I_en开始对电容C_en充电，导致电位差V2逐渐上升。倘若亮度/关机信号BS/SH没多久即再次转态回到高位准，如图9的时间T2所示，则电位差V2可能还不够大到可以触发闩锁电路80的重置端R。在此情况下，使能信号EN继续维持于高位准状态而无任何变化，亦即亮度/关机信号BS/SH实际上是用作为亮度设定信号。倘若亮度/关机信号BS/SH停留于低位准状态的时间足够长，使得电位差V2上升至超过可触发重置端R的临界电压值V_th，如图9的时间T4所示，则使能信号EN将转态至低位准而使发光二极管驱动控制芯片71关机。

请注意虽然先前所说明的实施例是关于升压式切换电压转换器，但本发明不限于此而可以应用于各式各样的电压转换器，例如降压式切换电压转换器、同步切换式电压转换器等等。除了电流模式脉冲宽度调变技术以外，依据本发明的切换控制电路也可采用电压模式脉冲宽度调变技术、以及固定ON时间或固定OFF时间的脉冲频率调变技术等等。

虽然本发明已经通过优选实施例作为例示加以说明，应了解的是：本发明不限于在此被揭示的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于本领域技术人员而言是明显的各种修改与相似配置。因此，申请专利范围的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。

Claims

1.一种发光二极管驱动电路，包括：

切换控制电路，用于产生一个脉冲驱动信号；

切换式电压调节器，由所述脉冲驱动信号所控制，以驱动至少一个发光二极管；以及

调光控制电路，用于产生一个调光控制信号，使所述切换控制电路限制所述脉冲驱动信号的切换工作比，其中：

所述调光控制信号具有复数个亮暗循环，其中每一亮暗循环由一个亮阶段与一个暗阶段所组成，所述亮阶段从一个自适应的上升部分开始，该自适应的上升部分用于使所述脉冲驱动信号的所述切换工作比被限制成逐渐增大。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中：

所述自适应的上升部分基于前一亮暗循环的暗阶段而决定。

3.如权利要求2所述的发光二极管驱动电路，其中：

当所述前一亮暗循环的所述暗阶段愈长时，所述自适应的上升部分亦愈长。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，还包括：

逻辑单元，用于在所述暗阶段时阻止所述脉冲驱动信号施加至所述切换式电压调节器，并且在所述亮阶段时允许所述脉冲驱动信号施加至所述切换式电压调节器。

5.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，还包括：

使能电路，用于在所述亮阶段时激活所述切换控制电路与所述调光控制电路，并且在该暗阶段超过一个预定的临界时间时，关机停止所述切换控制电路与所述调光控制电路。

6.一种发光二极管驱动芯片，包括：

一个引脚，用于接收亮度/关机信号；

控制电路，用于响应于该亮度/关机信号而产生一个调光信号以控制至少一个发光二极管的亮度，所述调光信号具有复数个亮暗循环，其中每一亮暗循环由一个亮阶段与一个暗阶段所组成，所述亮阶段从一个自适应的上升部分开始，该自适应的上升部分用于使所述至少一个发光二极管的所述亮度被限制成逐渐增大；以及

使能电路，用于响应于所述亮度/关机信号而产生一个使能信号，使得在所述亮阶段时所述使能信号激活所述控制电路，并且在所述暗阶段超过一个预定的临界时间时，所述使能信号关机停止所述控制电路。

7.如权利要求6所述的发光二极管驱动芯片，其中：

所述自适应的上升部分基于前一亮暗循环的所述暗阶段而决定。

8.一种调光控制电路，产生一个调光控制信号，用于决定至少一个发光二极管的亮度，所述调光控制信号具有复数个亮暗循环，其中每一亮暗循环由一个亮阶段与一个暗阶段所组成，所述亮阶段从一个自适应的上升部分开始，所述自适应的上升部分用于使所述至少一个发光二极管的所述亮度被限制成逐渐增大。

9.如权利要求8所述的调光控制电路，其中：

所述自适应的上升部分基于前一亮暗循环的暗阶段而决定。

10.如权利要求9所述的调光控制电路，其中：

当所述前一亮暗循环的所述暗阶段愈长时，该自适应的上升部分亦愈长。