TW200536153A - Light emitting element drive circuit - Google Patents

Description

200536153 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明乃關於於驅動led等發光元件之際所利用之 發光元件驅動電路。 【先前技術】 關於驅動LED等半導體發光元件之發光元件驅動電 路，爲人所知的有第12圖所示之電路（日本特開平7-1 540 1 5 ) ° 於此驅動電路當中，所驅動的LED1，係從定電流源 21當中接收驅動電流。於做爲此發光元件之LED1的陰極 及接地端子（GND )之間，乃依序連接切換元件22及電 阻元件23而形成電流路A。另一方面，與此電流路A並 聯，而串聯連接電阻元件24及切換元件25及電阻元件26 ，而形成電流路B。切換元件25係根據做爲控制信號之 輸入信號IN，而控制導通/非導通，另一方面，切換元件 22係根據輸入信號IN之依據反相器27的反轉信號*IN， 而控制導通/非導通。亦即，切換元件22及25係差動進 行導通/非導通之控制。 於此構成當中，一旦設定輸入信號IN爲「低電平」 ，則切換元件22爲導通而切換元件25爲非導通。結果爲 ，驅動電流Id於LED1當中流通，而流通於電流路B之 電流Ii爲零，使LED1發光。另一方面，一旦設定輸入信 號IN爲「高電平」，則切換元件22爲非導通而切換元件 -5- 200536153 (2) 2 5爲導通。結果爲，電流I i於電流路B當中流通，而電 流Id爲零，使LED1熄滅。 於此日本特開平7-154015的電路當中，於做爲發光 元件之LED 1所存在的電流路A及做爲切換部的電流路B 的兩者上，必須存在半導體切換元件。 關於驅動半導體發光元件之電路的其他的以往例子， 爲人所知的有第13圖所示之電路。於LED1的陽極（A ) 上，連接做爲驅動元件之反相器32的輸出端子，於LED 1 的陰極及接地端子（GND )之間，則連接電阻33。在此， 電阻33係用於設定LED1的順向電流値If。 此驅動電路較日本特開平7-154015的電路，乃具有 不需具備切換元件之優點，然而卻存在下列問題。亦即， 爲了控制LED1的熄滅/發光，必須於〇〜2V之間改變陽極 -陰極之間的電位差。因此，於進行LED1的耦合電容等 寄生電容的充放電之際極爲花費時間，而存在無法高速驅 動LED1之問題。 鑑於上述問題，乃有人提出，抑制陽極電位的變動而 高速驅動LED1之電路（例如參照日本特開平1 2-23 2240 號公報）。此專利文獻2揭示之驅動電路的構成，如第1 4 圖所示般。LED1的陰極（K)接地，並於電源電壓（Vcc )及LED1的陽極（A )之間，連接電流源35。之後，設 置反相器3 4來做爲用於切換對此LED 1的電流供應之驅 動元件。藉由切換從反相器34的輸入端子所輸入之輸入 信號IN的邏輯，而切換LED1的導通及非導通。此外， 200536153 (3) 連接 向之 設定 信號 34的 電壓 極體 信號 低電 流源 相器 而使 位係 ，以 二極 r 2 X 位爲 動。 幅降 行高 於反相器34的輸出端子及LED1的陽極（A )之間， 以從陽極（A )側往反相器3 4的輸出端子之方向爲順 二極體36。 於此驅動電路當中，於使LED1發光的情況下， 輸入信號IN爲「低電平」，並設定反相器34的輸出 爲「高電平」。於電源電壓爲5V的情況下，反相器 輸出信號一大約爲5V，因此於二極體36上施加反向 。因此，從電流源3 5所供應的電流並不會供應至二 36，而是供應至LED1，而使LED1發光。 另一方面，於使LED1熄滅的情況下，設定輸入 IN爲「高電平」，並設定反相器34的輸出信號爲「 平」。由於施加於二極體3 6爲順向電壓，因此從電 3 5所供應的電流被供應至二極體3 6，而被吸收至反 34的輸出端子。藉此，電流未被供應至 LED 1， LED1熄滅。於LED1熄滅的情況下，LED1的陽極電 保持於二極體3 6的順向電壓。例如如第1 4圖所示般 2個串聯連接的二極體元件而形成二極體36，若1個 體元件的順向電壓爲 0.8 V，則L E D 1的陽極電位爲 0.8 = 1.6V。因此，例如若 LED1發光之際的陽極電 2.0V，貝IJ LED1的陽極電位於1.6V〜2.0V的範圍內變 因此，該變動幅度可較第13圖所示之驅動電路還大 低，因此可縮短LED 1的充放電所需的時間，而可進 速驅動。 然而，於第14圖所示之驅動電路當中，雖然LED1 200536153 (4) 的陽極電位的變動幅度較小，但由於二極體36的陰極電 位產生較大的變動，因而可能導致，於二極體36當中超 過耐壓限度而破壞元件之問題。亦即，於第1 4圖的驅動 電路當中，於反相器34的輸入信號IN爲「高電平」，輸 出信號爲「低電平」的情況下（於此情況下LED 1熄滅） ，二極體36的陰極電位幾乎爲零，另一方面，二極體36 的陽極電位約爲二極體36的順向電壓之1.6[V](參照第 1 5圖）。如此，於二極體3 6上施加順向電壓，因而不會 產生問題。然而，於反相器34的輸入信號IN爲「低電平 」，輸出信號爲「高電平」的情況下（於此情況下LED 1 發光），二極體36的陰極電位例如約爲5[V]，而二極體 36的陽極電位約略等於LED1的順向電壓Vf之2[V]( 參照第15圖）。如此，於二極體36上係施加約3[V]之反 向電壓。 於構成如此的驅動電路於積體電路上的情況下，此二 極體36係藉由使集極·基極產生短路之雙載子ηρη電晶 體3 6a所形成。就構造上，以使集極及基極產生短路之雙 載子ηρη電晶體36a所形成之二極體，雖然區段較高，但 是反向電壓的耐壓性較低，而難以提升至3 [V]爲止的耐壓 性。此外，若藉由使基極及射極產生短路之ηρη電晶體 3 6b而形成二極體3 6，則雖然可改善反向電壓的耐壓性， 但是會導致電容的增大而降低區段之問題。此外，藉由使 基極及射極產生短路之ηρη電晶體36b所形成的二極體36 ，亦可能因構造的不同而產生於基板通過電流之問題。 -8 - 200536153

【發明內容】 本發明爲一種發光元件驅動電路，其特徵爲，具備， 串聯連接於發光元件而供應電流於上述發光元件之電流供 應部’及控制依據上述電流供應部之對上述發光元件的電 流供應狀態的切換之切換部；上述切換部具備，由與上述 發光元件並聯，並以從上述發光元件的陽極往陰極的方向 爲順向而連接之二極體，及串聯連接於上述二極體，並根 據控制信號而切換導通狀態及非導通狀態之半導體切換元 件所構成之電流路；於半導體切換元件被切換爲導通狀態 的情況下之上述電流路的電壓下降，係設定爲較上述發光 元件的發光時的順向電壓還小。 【實施方式】 接下來參照圖式來詳細說明本發明的第1實施型態。 Φ 關於與以往技術的構成要素相同之構成要素，於圖式當中 係賦予相同符號而說明。 第1圖係顯示本發明的第1實施型態之發光元件驅動 電路。於第1圖的電路當中，做爲發光元件之LED1的陽 極（A )，係經介定電流源9而連接於電源電壓Vcc，而 陰極（K)則連接於接地端子GND。此外，於LED1的陽 極（A)側上，連接二極體10及做爲半導體切換元件之 NMOS電晶體1 1。二極體10係以從定電流源9往NMOS 電晶體11的方向爲順向之方式而連接。 -9 - 200536153 (6) NMOS電晶體1 1爲，藉由輸入於該閘極之控制信號 而於導通及非導通之間進行切換。藉由此二極體1〇及 NMOS電晶體11而形成切換部的電流路B1，於NMOS電 晶體1 1設定爲導通的情況下之電流路B 1全體的電壓下降 ，係較LED 1發光時的順向電壓Vf還低。在此，藉由設 定Vf爲2.0[V]，二極體10的順向電壓爲1.6[V]，而可獲 得此狀態（在此係設定爲可忽視NMOS電晶體1 1的導通 狀態時的電壓下降）。於本實施型態之發光元件驅動電路 當中，二極體10及LED1亦可由相同的材料所組成。 本發明的實施型態之發光元件驅動電路係適用於，例 如如第2圖所示般，以光纖3 00連接光傳輸模組100及接 收模組2 0 0之光傳輸系統。光傳輸模組1 0 0係轉換所輸入 的電氣信號爲光信號。轉換後的光信號係經由光纖3 00而 傳輸，並於接收模組200而再次轉換爲電氣信號。第1圖 所示之發光元件驅動電路，可適用於此光傳輸模組1 〇〇。 接下來根據第3圖及第4圖來說明此第1圖所示之發 光元件驅動電路的動作。第3圖係顯示二極體10的陽極 及陰極的電位變化之圖式，而第4圖係顯示流通於LED 1 之電流的變化之圖式。 一旦設定輸入信號IN爲「低電平」使NMOS電晶體 1 1處於非導通狀態，則來自於定電流源9的電流往LED 1 流通，藉此使LED 1發光。於此情況下，如第3圖的圖式 所示般，二極體10的陽極電位等於LED1發光時的順向 電壓Vf，大約爲2[V]。另一方面，若NMOS電晶體11爲 -10- 200536153 (7) 理想的電晶體，則二極體1 〇的陰極成爲浮動狀態’而陽 極電位及陰極電位理應爲相等。然而，實際上由於二極體 1 0及Ν Μ Ο S電晶體1 1的漏電流及過渡電流，而使二極體 1 〇的陰極電位較陽極電位稍低。 一旦設定輸入信號IN爲「高電平」使NMOS電晶體 1 1處於導通狀態，則來自於定電流源9的電流往電流路 B 1，亦即往二極體1 0及Ν Μ Ο S電晶體1 1流通。電流路 Β 1全體的電壓下降，係設定爲較LED 1的發光時的順向電 壓Vf還小，藉此使LED1熄滅。此時，設定二極體10的 陽極電位約爲1.6 [V]，陰極電位約略微零。如此，於此實 施型態當中，於LED1發光的情況及LED1熄滅的情況下 ，均於二極體1 0施加順向電壓。因此，可避免如以往技 術之第1 4圖所示之發光元件驅動電路般，施加超過耐壓 限度之反向電壓於二極體之事態。另一方面’如第3圖所 示般，於此實施型態當中，二極體1 〇的陽極電位係於 1 .6〜2.0 [V]之較小變動幅度當中改變，因此可與第14圖所 示之驅動電路相同，而高速驅動LED 1。 於第1實施型態當中，係採用定電流源9來做爲供應 電流至LED1之手段，但是並不限定於定電流源9，亦可 如第5圖所示般，不採用定電流源9，而於電源電壓Vcc 及LED1的陰極之間連接電阻Rc，並供應由此電阻RC及 電源電壓Vcc所決定的電流至LED1。此外，雖然圖中省 略，於第1圖當中，亦可採用PMOS電晶體來取代NMOS 電晶體1 1以做爲切換元件。 -11 - 200536153 (8) 接下來採用第6圖，來說明本發明的第2實施型態之 發光元件驅動電路。與第1圖相同的構件係賦予相同符號 並省略該詳細說明。於此第2實施型態當中，就於輸入信 號IN的端子及二極體1〇的陽極之間，連接由反相器12 、電容器C3及電阻R3所組成的峰化電路13之點，係與 * 第1實施型態不同。於輸入信號IN爲「高電平」的情況 下，反相器12的輸出信號爲「低電平」，NMOS電晶體 φ 1 1處於導通狀態。於此狀態當中，峰化電路1 3及電流路 B 1實質上係處於並聯連接的狀態。 以下說明第2實施型態之發光元件驅動電路的動作。 一旦反相器12的輸入信號IN從「高電平」成爲「低 電平」（輸出信號從「低電平」成爲「高電平」）， NMOS電晶體1 1由導通狀態成爲非導通狀態，則來自於 定電流\源9的電流往LED1流通，藉此使LED1從熄滅狀 態改變爲發光狀態。此時，峰化電路1 3的電容器C3的充 φ 電電荷係朝向LED 1的陽極而放電。藉此，對此反相器12 - 的輸出信號進行微分後的波形之峰化電流，僅僅於特定期 間內流通，而與來自於定電流源9的電流重疊（第7圖） 。藉此，LED1被過度驅動，而相較於第1實施型態，更 可高速的從熄滅狀態切換爲發光狀態。 另一方面，於LED 1爲發光狀態的情況下，一旦反相 器12的輸入信號IN從「低電平」成爲「高電平」（輸出 信號從「高電平」成爲「低電平」），NMOS電晶體11 由非導通狀態成爲導通狀態，則來自於定電流源9的電流 -12- 200536153 (9) 往電流路B1，亦即往二極體10及NMOS電晶體1 1流通 。藉此使LED 1從點燈狀態改變爲熄滅狀態。 一旦LED 1從發光狀態改變爲熄滅狀態，則累積於 L E D 1的電容之內部電荷及來自於定電流源9的電流，被 吸入於峰化電路13的電容器C3。藉此，對此反相器12 的輸出信號進行微分後的波形之負向方向上的峰化電流流 通，而可加速電流的吸入時間（第7圖）。藉此，LED 1 φ 被過度驅動，而更可高速的從發光狀態切換爲熄滅狀態。 於第6圖的發光元件驅動電路，當然可由電阻來替換 定電流源9。此外，電阻R3係用於調整過度驅動量，亦 可加以省略。 接下來根據第8圖，來說明本發明的第3實施型態。 於此實施型態當中，與上述第1及第2實施型態不同 的是，連接LED1的陽極（A)於電源電壓Vcc的端子， 並連接陰極（K )側於定電流源9,。就與LED1並聯而形 φ 成電流路B 1之點，以及電流路B 1全體的電壓下降，係設 定爲較LED1的發光時的順向電壓Vf還小之點，係與第1 及第2實施型態相同。此外，與上述第1及第2實施型態 不同的是，此實施型態的電流路B1係採用PMOS電晶體 1 1 ’來取代NMOS電晶體1 1以做爲半導體切換元件，並旦 串聯連接電阻1 4於二極體1 0，。電阻1 4係具備調整電流 路B1的電壓下降的大小之功能。而PMOS電晶體11，與 上述實施型態相同，亦可置換爲NMOS電晶體。此外，如 第9圖所示般，亦可由電阻Rc來替換定電流源9，。 -13- 200536153 (10) 此第3實施型態之發光元件驅動電路的動作與第1實 施型態之驅動電路略爲相同。亦即，一旦設定輸入信號 IN爲「高電平」使Ρ Μ Ο S電晶體1 1 ’處於非導通狀態，則 ^ 定電流源9’的電流往LED1流通，藉此使LED1發光。一 旦設定輸入信號IN爲「低電平」使PMOS電晶體1 1 ’處於 * 導通狀態，則定電流源9 ’的電流往電流路B 1，亦即往 PMOS電晶體1 1’，二極體10’，及電阻14流通。電流路 | B1全體的電壓下降，係設定爲較LED1的發光時的順向電 壓Vf還小，藉此使LED1熄滅。 於LED1點燈時及LED1煽^滅時，二極體10’的陽極電 位及陰極電位的變動，均與第3圖所示的圖式略爲相同， 於二極體1 0 ’上經常施加順向電壓，而可避免因反向電壓 超過耐壓限度而破壞元件之問題。 接下來參照第1 〇圖，來說明本發明的第4實施型態 。此實施型態係除了上述第3實施型態的構成之外，又於 φ 輸入信號IN的端子及LED1的陰極（K)之間，連接反相 器12及峰化電路13。 以下說明此第4實施型態之發光元件驅動電路的動作 〇 一旦反相器12的輸入信號IN從「低電平」成爲「高 電平」（輸出信號從「高電平」成爲「低電平」）， PMOS電晶體1 1’由導通狀態成爲非導通狀態，則定電流 源9’的電流往ledi流通，藉此使LED1從熄滅狀態改變 爲發光狀態。此時，電流係從電源電壓（Vcc)經介LED 1 •14- 200536153 (11) 而被吸入於峰化電路1 3的電容.器c 3。對此反相器1 2的 輸出fg號進行微分後的波形之負向方向上的峰化電流流通 ，而與定電流源9 ’的吸入電流重疊。藉此，L E D 1被過度 驅動，而更可高速的從熄滅狀態切換爲發光狀態。 另一方面，於LED 1爲發光狀態的情況下，一旦反相 器12的輸入信號IN從「高電平」成爲「低電平」（輸出 信號從「低電平」成爲「高電平」），PMOS電晶體11’ 由非導通狀態成爲導通狀態，則定電流源9 ’的電流往電流 路B1，亦即往二極體1〇及NMOS電晶體11流通。藉此 使LED 1從點燈狀態改變爲熄滅狀態。 一旦LED 1從發光狀態改變爲熄滅狀態，則峰化電路 13的電容器C3的電荷係朝向LED 1的陰極而放電。藉此 ，對此反相器1 2的輸出信號進行微分後的波形之峰化電 流流通，而放電累積於LED 1的電容之內部電荷，同時亦 可加速經介於電流路B1，亦即二極體10’及PMOS電晶體 1 1’，而吸入電流於定電流源9’之時間。藉此，LED1被過 度驅動，而更可高速的從發光狀態切換爲熄滅狀態。於此 第10圖的發光元件驅動電路當中，當然可如第11圖所示 般，由電阻Rc來替換定電流源9 ’。此外，關於可省略電 阻R3者，亦與第2實施型態相同。 以上係說明本發明的實施型態，但是本發明並不限定 於這些實施型態，在不脫離發明的主旨之範圍內，可進行 種種的變更，追加以及置換等。 -15- 200536153 (12) 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明的第1實施型態之發光元件驅動 電路的構成之圖式。 第2圖係顯示可適用本發明的發光元件驅動電路之光 傳輸系統的構成之圖式。 * 第3圖係顯示第1實施型態之發光元件驅動電路的動 作（電壓的變化）之圖式。 ^ 第4圖係顯示第1實施型態之發光元件驅動電路的動 作（電流的變化）之圖式。 第5圖係顯示第1實施型態的變形例之圖式。 第6圖係顯示本發明的第2實施型態之發光元件驅動 電路的構成之圖式。 第7圖係顯示第2實施型態之發光元件驅動電路的動 作（電流的變化）之圖式。 第8圖係顯示本發明的第3實施型態之發光元件驅動 電路的構成之圖式。 • 第9圖係顯示第3實施型態的變形例之圖式。 第1 〇圖係顯示本發明的第4實施型態之發光元件驅 動電路的構成之圖式。 第1 1圖係顯示第4實施型態的變形例之圖式。 第1 2圖係顯示第1以往技術之發光元件驅動電路的 構成之圖式。 第1 3圖係顯示第2以往技術之發光元件驅動電路的 構成之圖式。 -16- 200536153 (13) 第1 4圖係顯示第3以往技術之發光元件驅動電路的 構成之圖式。 第1 5圖係顯示第3以往技術之發光元件驅動電路的 動作（電壓的變化）之圖式。 【主要元件符號說明】

1 ： LED

9、 9 ’、2 1 :定電流源 10、 36 :二極體 1 1 : NMOS電晶體 11’ ： PMOS電晶體 12、 27、 32、 34:反相器 1 3 :峰化電路 14 、 33 、 R3 、 Rc :電阻 22、 25 :切換元件 23、 24、26:電阻元件 3 5 :電流源 36a:雙載子npn電晶體 36b : npn電晶體 1〇〇 :光傳輸模組 200 :接收模組 300 :光纖 A、B、B 1 :電流路 C3 :電容器 -17- 200536153 (14)

Id 、 If 、 Ii :電流 IN :輸入信號 V c c :電源電壓 V f :順向電壓

(A):陽極（端子） (GND ):接地端子 (K):陰極（端子） * IN :反轉信號

Claims (1)

1. 200536153 (1) 十、申請專利範圍 1· 一種發光元件驅動電路，其特 接於發光元件而供應電流於上述發光 及控制依據上述電流供應部之對上述 狀態的切換之切換部；上述切換部具 件並聯，並以從上述發光元件的陽極 而連接之二極體，及串聯連接於上述 信號而切換導通狀態及非導通狀態之 成之電流路；於半導體切換元件被切 下之上述電流路的電壓下降，係設定 發光時的順向電壓還小。 2 ·如申請專利範圍第1項之發光 ，上述電流供應部連接於上述發光元 光元件的陰極則接地。 3 ·如申請專利範圍第2項之發光 ，上述半導體切換元件爲N通道MIS 4.如申請專利範圍第1項之發光 ，上述電流供應部連接於上述發光元 光元件的陽極則連接於電源電壓。 5 ·如申請專利範圍第4項之發光 ，上述半導體切換元件爲P通道MIS 6 .如申請專利範圍第1項之發光 ，上述電流供應部爲定電流源。 7·如申請專利範圍第1項之發光 徵爲：具備，串聯連 元件之電流供應部， 發光元件的電流供應 備，由與上述發光元 往陰極的方向爲順向 二極體，並根據控制 半導體切換元件所構 換爲導通狀態的情況 爲較上述發光元件的 元件驅動電路，其中 件的陽極側，上述發 元件驅動電路，其中 電晶體。 元件驅動電路，其中 件的陰極側，上述發 元件驅動電路，其中 電晶體。 元件驅動電路，其中 元件驅動電路，其中 -19- 200536153 (2) ，上述電流供應部爲，於兩端供應有特定電壓之電阻。 8 .如申請專利範圍第1項之發光元件驅動電路，其中 ，又具備，接收設定上述半導體切換元件爲非導通狀態之 信號，而僅僅於特定期間當中，流通峰化電流於上述發光 元件的上述順向上，並且接收設定上述半導體切換元件爲 導通狀態之信號，而僅僅於特定期間當中，流通峰化電流 於與上述發光元件的上述順向爲相反之方向上之峰化電路 〇 9 ·如申請專利範圍第8項之發光元件驅動電路，其中 ，上述峰化電路具備電容器。 10·如申請專利範圍第8項之發光元件驅動電路，其 中，上述峰化電路係由串聯連接的電容器及電阻所構成。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之發光元件驅動電路，其 中，上述峰化電路係構成爲，於上述半導體切換元件被設 定爲導通狀態的情況下，成爲與上述電流路並聯連接。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之發光元件驅動電路，其 中’上述二極體係由單一的二極體元件所構成，並且上述 發光元件及上述二極體係由同一材料所形成。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之發光元件驅動電路，其 中，於上述電容器的一端上，輸入上述控制信號的反轉信 藏。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之發光元件驅動電路，其 中，上述電流供應部連接於上述發光元件的陽極側，上述 發光元件的陰極則接地。 -20- 200536153 (3) 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項.之發光元件驅動電路，其 中，上述半導體切換元件爲N通道MIS電晶體。 16.如申請專利範圍第13項之發光元件驅動電路，其 中’上述電流供應部連接於上述發光元件的陰極側，上述 發光元件的陽極則連接於電源電壓。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之發光元件驅動電路，其 中，上述半導體切換元件爲P通道MIS電晶體。

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