201019792 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種驅動電路’且特別是有關於一種發光 二極體驅動電路。 - 【先前技術】 參見圖7,習知的一種發光二極體驅動電路70,適用於驅 動發光二極體負載3〇〇。發光二極體驅動電路7〇包括變壓器 T1、整流濾波電路72、脈寬調變(PWM)積體電路74、迴授電 0 路76及定電流電路78。變壓器T1具有初級側及次級側；整 流濾波電路72電性耦接於變壓器T1之次級側，以對變壓器 T1之次級侧輸出的交流電進行整流濾波操作並透過其輸出端 輸出直流電壓；脈寬調變積體電路74電性耦接於變壓器T1 之初級侧；迴授電路76具有一反相輸入端及一非反相輸入 端’反相輸入端電性耦接於整流濾波電路72以接收上述直流 電壓，非反相輸入端接收固定的參考電壓Vrefl，迴授電路76 根據其反相輸入端與非反相輸入端分別接收到的上述直流電 壓與參考電壓Vrefl來控制PWM積體電路74。發光二極體負 © 載電性耦接於整流濾波電路72的輸出端與定電流電路78 的輸出端之間。定電流電路78包括三端穩壓器U2、場效應電 晶體Q1及電阻Ra、Rb ;三端穩壓器U2的輸出端透過上拉電 阻Rb接收直流電壓VCC，場效應電晶體Q1的柵極端電性耦 接於二端穩壓器U2的輸出端，漏極端電性辆接於三端穩壓器 U2的輸入端，源極端作為定電流電路78的輸出端；電阻 電性耦接於三端穩壓器U2的接地端與輸入端之間。 進一步，當需要對發光二極體負載300進行外部脈寬調變 (P^M)調光時’可將調光電路79電性耗接於定電流電路乃的 三端穩壓器U2之接地端。其中，調光電路79包括運算放大 4 201019792 器U1及場效應電晶體Q3 ;運算放大器υι的反相輸入端與非 反相輸入端分別接收脈寬調變訊號PWM與參考電壓Vref2， 輸出端電性輛接於場效應電晶體Q2的拇極端；場效應電晶體 Q3電性耗接於三端穩壓器U2的接地端與接地準位之間。
❹ 惟，上述發光二極體驅動電路70係使用三端穩壓器U2、 場效應電晶體Q1與電阻Ra做定電流(Constant Current)輸出， 且系統輸出直流電壓固定而不隨發光二極體負載300變動，因 此將有很大的損失降於場效應電晶體Q1上，且脈寬調變調光 需外加另一場效應電晶體Q3。 【發明内容】 本發明提供一種發光二極體驅動電路，可得以降低損失以 克服先前技術存在的缺陷。 本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術 徵中得到進一步的瞭解。 為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明一 實施例提出-種發光二極咖動電路，適躲驅動—發光二極 ，負載；發光二極體轉電路包括變壓器、整流紐電路、脈 =變積體電路、定電流電路及迴授電路。變壓器具有初 及次級側；整域波電路電,_接於次級侧且具有輸j 脈寬調變電路電_接於初級侧4電流電路具有第^ 端於第一輸出端與第， 電性輕接於第一輸出端以技攸势 端 於定電流電路以接收第二電壓’第二輸人端電_接 载之導通狀況而改變，迴授電路 極3負 來控制脈寬調變積體電路。 、據第 /、第一電壓 201019792 在本發明一實施例中，上述之定電流電路包括三端穩壓 器、二極體、場效應電晶體、第一電阻、第二電阻第三電阻 及第四電阻，三端穩壓器的接地端接地，三端穩壓器的輸入端 透過第四電阻電性麵接於接地端，三端穩壓器的輪出端適於透 過第二電阻接收第三電壓，二極體的陽極電性減於第二輸入 端且適於透過第-電阻接收第四電壓，二極體的陰極透過第三 電阻電性麵接於三端穩壓器的輸出端，場效應電晶體電性麵接 於三端穩壓器的輸入端與第二輸出端之間，且場效應電晶體的 ❹柵極端電性耦接至三端穩壓器的輸出端。 在本發明的一實施例中，上述之第三電壓與第四電壓相 等。 w在本發明的一實施例中，上述之第三電壓係由一運算放大 =輸出，運算放大n具有第三輸人端及第四輸人端，第三輸入 端適於接收-參考電壓，第四輸人端適於接收_脈 號。 在本發B月的另一實施例中’上述之定電流電路包括三端穩 ❾ 、二極體、場效應電晶體、第一電阻、第二電阻、第三電 P且及第四電阻’二端穩壓器的接地端接地，三端穩壓器的輸入 端透過第四電阻電性耦接於接地端，三端穩壓器的輸出端適於 透過串聯耗接之第一電阻與第二電阻接收一第三電壓，二極體 7陰極電性麵接於第二輸人端，二極體的陽極透過第三電阻電 =轉接^第-電阻與第二電阻之間的節點，場效應電晶體電性 接於二端穩麼器的輪人端與第二輸出端之間，且場效應電晶 :栅”耦接至三端穩壓器的輸出端。其中，第三電壓 由運算放大器輪出，運算放大器具有第三輸入端及第四 ]入端，第二輸入端適於接收參考電壓，第四輸入端適於接收 201019792 脈寬調變訊號。 本發明再一實施例提出另一種發光二極體驅動電路，適用 於驅動複數個並聯的發光二極體負載，發光二極體驅動電路包 括：變壓器、整流濾波電路、脈寬調變積體電路、複數個定電 ‘流電路、以及迴授電路。變壓器具有初級侧及次級側；整流濾 波電路電性耦接於次級側且具有第一輸出端；脈寬調變積體電 路電性耦接於初級側；複數個定電流電路各自具有第二輸出 端，複數個發光二極體負载分別適於電性耦接於第一輸出端與 ❹此些第二輸出端之間；迴授電路具有第一輸入端與第二輸义 端，第一輸入端電性耦接於第一輸出端以接收第一電壓，第二 輸入端電性耦接於複數個定電流電路以接收複數個定電流電 路一特定定電流電路提供之第二電壓，第二電壓係依據與 特定定電流電路電性耦接之發光二極體負載之導通狀況而改 變’迴授電路適於根據第一電壓與第二電壓來控制脈寬調變稽 體電路。 償 ，本發明的一實施例中，每一上述之定電流電路包括三端 穩壓器、二極體、場效應電晶體、第一電阻、第二電阻、第三 電阻及第四電阻，三端穩壓器的接地端接地’三端穩壓器的輪 入端透過第四電阻電性耦接於接地端，三端穩壓器的輸出端適 於透過串聯轉接之第一電阻與第二電阻接收一第三電壓，二極 體的陰極電性輕接於第二輸入端，二極體的陽極透過第三電阻 =叙接於第—電阻與第二電阻之間的節點，場效應電晶體電 =接於三端穩壓器的輸人端與第二輸出端之間，且場效應電 :體的栅極端電性_至三端穩壓器的輸出端。其中，第三電 ί可ί—運算放大11輸出，運算放大器具有第三輸入端及第 ]入知第二輸入端適於接收參考電壓，第四輸入端適於接 201019792 收脈寬調變訊號。 本發明實施例藉由將定電流電路電性耦接於迴授電路之 第一輸入端’以向第一輸入端提供依據發光二極體負載之導通 狀況而改變之參考電壓；因此可實現單組或多組定電流輸出， - 且變壓器之次級側的整流濾波電路之輸出電壓將隨著發光二 極體負載而改變’故而得以降低損失。進一步的，當需要對發 光二極體負載進行外部脈寬調變調光時，無需像先前技術一^ 須提供另一場效應電晶體，因而還可達成降低成本之功效。 0 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在以丁配 合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。 參見圖1，本發明第一實施例提出的一種發光二極體驅動 電路10,適用於驅動發光二極體負載100。發光二極體驅動電 路10包括變壓器T1、整流濾波電路12、脈寬調變(puise Width ©Modulation ’ PWM)積體電路14、定電流電路16及迴授電路 18 ° 變壓器T1具有初級侧及次級側。整流濾波電路12電性 耗接於變壓器T1的次級側，以將次級侧輸出的交流電進行整 流濾波操作並透過其輸出端120輸出直流電壓。本實施例中， 整流濾波電路12由整流二極體D1、電感L1及電容Cl、C2 構成。脈寬調變積體電路14電性耦接於變壓器T1之初級側。 定電流電路16包括三端穩壓器U2、二極體D2、場效應 電晶體Q1以及電阻R3，R5，R6及R7。三端穩壓器U2的接 地端接地’三端穩壓器U2的輸入端透過電阻R7電性耦接於 201019792 接地端’三端穩壓器U2的輸出端適於透過電阻R5接收直流 電壓VCC。二極體D2的陽極適於透過電阻R3接收直流電壓 VCC，二極體D2的陰極透過電阻R6電性耦接至三端穩壓器 U2的輸出端。場效應電晶體Q1電性耦接於定電流電路\6的 輸出編160與二端穩壓器U2的輸入端之間，且場效應電晶體 Q1的柵極端電性耗接二端穩壓器U2的輸出端，場效應電晶體 Q1的栅極端與三端穩壓器U2的輸出端之間的節點定義為a 點。發光二極體負載100適於電性耦接於整流濾波電路12的 ❹輸出端I20與定電流電路16的輸出端160之間。 迴授電路18包括兩串聯耦接之電阻R1及R2、運算放大 器U1A、二極體D3、光電耦合器is〇l及上拉電阻R4 ;整流 濾、波電路12之輸出端120輸出的直流電壓經電阻ri與艮2分 壓後輸入至運算放大器U1A的反相輸入端，運算放大器υΐΑ 的非反相輸入端電性耗接至定電流電路16之二極體D2的陽 極；運算放大器U1A的非反相輸入端與二極體D2的陽極之間 的節點定義為B點。二極體D3電性耦接於運算放大器uiA 的輸出端與光電耦合器1s〇i之間。光電耦合器isoi透過上 拉電阻R4接收直流電壓VCC且電性耦接於PWM積體電路 14。在此，迴授電路18依據運算放大器U1A的反相輸入端與 非反相輸入端接收之訊號來控制PWM積體電路14。 下面將具體描述本發明第一實施例提出之發光二極體驅 動電路10的工作原理： (1)在開機初期時’電阻R7兩端之電壓降未達到三端穩壓 器U2之導通電壓(例如1.25伏特），因此A點電壓為VCC。場 效應電晶體Q1之栅極端的電壓為VCC，場效應電晶體Q1持 續導通’此為階段一。在階段一中，根據基爾霍夫電壓(KVL) 201019792 定理’無電流流經二極體D2及電阻R6，Bs電壓為vcc。 因此’ vcc為迴授電路18之運算放大器U1A的最高參 壓丄依據此參考電壓可設定整流遽波電路12的輸出端12 最南輸出電壓。 (2) 當電阻R7兩端之電壓降達到三端穩壓$也 壓，二端穩壓H U2之兩端導通。A點電壓將會被下拉至低電 位，亦即場效應電晶體Q1之柵極端為低電位 晶
❹ Q1不導通’此為階段二。—旦場效應電晶體Q1不導i = R7兩端之電壓降未達到三端穩壓器U2之導通電壓，此時又進 入階段一，如此重覆。由於三端穩壓器U2之反應速度足夠快， 所以於A點將形成一穩定電壓VDD(圖ι中未顯 示)(VDD<VCC)’且電阻R7兩端之電壓降將穩定為U2之導通 電壓，即流經電阻R7兩端之電流為定電流。 (3) 當A點形成一穩定電壓VDD時，運算放大器U1A之
非反相輸入端的參考電壓（亦即B點電壓)為介於VCC及VDD 之間故變壓器T1之次級侧的整流滤波電路12之輸出端120 的輸出電壓將小於最高輸出電壓，且隨著發光二極體負載1〇〇 之發光一極體的顆數不同而成正比，即發光二極體的顆數越 ’ VDD電壓越低，故輸出電壓越低。如此，可以實現單組 定電流輸出且變壓器T1之次級側的整流濾波電路12之輸出端 120的輸出電壓隨著發光二極體負載1〇〇而改變，故而得以降 低損失。在此實關中，運算放A|| U1A的非反相輸入端的 電壓(亦即B點電壓)係隨著發光二極體貞載⑽的導通狀況而 改變。 “參見圖2，本發明第二實施例提出的一種發光二極體驅動 電路20其與弟一實施例提出的發光二極體驅動電路基本 201019792 相同，=同之處在於：發光二極體驅動電路2〇進一步包括運 算放大器U1B’以對發光二極體負載1〇〇進行外部脈寬調變調 光’相應地—端穩壓器U2的輸出端係透過電阻電性耗 接於運算放大器U1B ’而非如圖丨所示之透過電阻…直接接 收直流電壓vcc。更频地，運算放um的電源端接收 直流電壓VCC、接地端接地、反相輸人端接收參考電壓Vref、 非反相輸人端接收脈寬調變訊號PWM，其輸出端做直流電壓 輸出並透過電阻R5傳遞至三端穩壓器U2的輸出端。 ❹ ❹ 下面將具體描述本發明第二實施例提出之發光二極體驅 動電路20的工作原理： ⑴在開機初期’脈寬調變訊號PWM為低電位時運算放 ^ UIB之輸*端輸出的直流電壓為低電位，即場效應電晶 體Φ之栅極端為低電位，場效應電晶體Q1不導通， j體負載励*導通’此時A點為低電位。根據跳定理， 有電流流經二極體D2及電阻R6，B點電壓為㈣(圖 顯示XvEE<vcC)，此為階段一。於階段一中，變壓器ti j 流遽波電路12之輸出端120的輸出電壓將小於最ί =脈寬機贼PWM為高電位且魏π兩端 j三端穩廢器U2之導通電壓時，三端穩壓器U2之^
Si 所== 極@ A〜 亦為VCC，即場效應電晶體Ql之 一^馬電位’場效應電晶體Q1導通，此為階段二 =
據KVL定理’無電流流經二極魏及電阻r6 : =壓為VCC。故VCC為運算放A|| U1A之非反 B 的最高參考電壓’依據此參考電壓可設定變壓器τι之:=2 201019792 的整流濾波電路12之輸出端120的最高輸出電壓。 (3)當電阻R7兩端之電壓降達到三端穩壓器U2t導通電 壓’二端穩壓器U2之兩端導通；且a點電壓將會被下拉至低 電位，即場效應電晶體Q1之栅極端為低電位，場效應電晶體 Q1不導通’此為階段三。一旦場效應電晶體…不導通，電阻 R7兩端之電壓降未達到三端穩壓器U2之導通電壓，此時又進 入階段二，如此重覆。由於三端穩壓器U2之反應速度足夠快， 所以於A點將形成一穩定電壓VDD(圖2中未顯 示)(VDD<VCC) ’且電阻R7兩端之電壓降將穩定為三端穩壓 器U2之導通電壓，即、流經電阻R7之電流為定電流。 ❹
(4)當A點形成一穩定電壓VDD時，運算放大器U1A的 非反相輸入端之參考電壓’即B點電壓為介於vcc及VDD 之間。因此，變壓器T1之次級侧的整流濾波電路12之輸出端 120的輸出電壓將小於最高輸出電壓，且隨著發光二極體負載 ι〇〇ι之發光二極體的顆數不同而成正比，即發光二極體的顆數 越少，VDD電壓越低，故輸出電壓越低。如此，可以獲得單 組疋電流輸出且變壓器T1之次級侧的整流濾波電路12之輸出 j 120的輸出電壓隨著負載而改變，故而得以降低損失。在此 貝施例中’運鼻放大器U1A的非反相輸入端的電壓（亦即B點 電壓）同樣係隨著發光二極體負載100的導通狀況而改變。 參見圖3 ’本發明第三實施例提出的一種發光二極體驅動 電路30 ’其與第一實施例提出的發光二極體驅動電路10基本 相同；不同之處在於：發光二極體驅動電路3〇之定電流電路 36相對於第一實施例提出的發光二極體驅動電路10之定電流 電路16具有不同的電路結構配置。 具體的’定電流電路36包括三端穩壓器U2、二極體〇2、 12 201019792 Ο
場效應電晶體Q1以及電阻R3，R5，R6及R7，三端穩墨器 U2的接地端接地’三端穩壓器U2的輸入端透過電阻R7電性 耦接於接地端，三端穩壓器U2的輸出端適於透過兩串聯耦接 之電阻R3與R5接收直流電壓VCC ;兩串聯耦接之電阻R3 與R5之間的節點定義為人點。二極體〇2的陽極透過電阻尺6 電性耦接於A點，二極體D2的陰極電性耦接於迴授電路18 之運鼻放大器U1A的非反相輸入端。二極體D2的陰極與運算 放大器U1A的非反相輸入端之間的節點定義為B點。場效應 電晶體Q1電性耦接於定電流電路36的輸出端36〇與三端穩 壓器U2的輸入端之間，且場效應電晶體Q1的柵極端電性耦 接至二端穩壓器U2的輸出端。 對於發光二極體驅動電路30的工作原理，其與第一實施 例提出的發光二極體驅動電路1〇的工作原理基本相 不再贅述。 ^參見圖4 ’本發明第四實施例提出的一種發光二極體驅動 電路4〇，其與第三實齡丨提出的發光二極體鶴電路30基本 ，同，不同之處在於：發光二極體驅動電路4〇進一步包括運 ，放UW以對發光二極體負載1〇〇進行外部脈寬調變調 光，相應地，三端穩壓器U2的輸出端係透過兩串聯耦接之 =與/5電性減於運算放大器漏，而非如圖3所示之 耗接之電阻R3與R5直接接收直流電壓VCC。更 ^接L，運算放Μ聰的電源端接收直流電壓VCC、接地 ===端?收參考電壓^、非反相輸入端接收脈 接:電阻=傳逖輸至出端 ” 得遞至二端穩壓器U2的輸出端。 對於發光二極體驅動電路4G的工作原理，其與第三實施 13 201019792 例提出的發光二極體驅動電路20的工作原理基本相同，在此 不再贅述。 參見圖5，本發明第五實施例提出的一種發光二極體驅動 電路50’適用於驅動複數個並聯的發光二極體負載丨00、2〇〇。 發光二極體驅動電路50與第三實施例提出的發光二極體驅動 電路30基本相同；不同之處在於：發光二極體驅動電路5〇進 一步包括另一定電流電路47。 定電流電路47與定電流電路36具有基本相同的電路結構 0 配置；具體地，定電流電路47包括三端穩壓器U3、二極體 D4、場效應電晶體Q2以及電阻R8，R9，R10及R11。三端 穩壓器U3的接地端接地，三端穩壓器U3的輸入端透過電阻 R10電性耦接於接地端，三端穩壓器U3的輸出端適於透過兩 串聯耦接之電阻R9與R11接收直流電壓VCC;電阻R9與R11 之間的節點定義為C點。二極體D4的陽極透過電阻Rg電性 搞接於C點，二極體D4的陰極電性搞接於迴授電路a之運 异放大器U1A的非反相輸入端。場效應電晶體Q2電性耗接於 定電流電路47的輸出端470與三端穩壓器U3的輸入端之間， 且場效應電晶體Q2的柵極端電性耦接三端穩壓器U3的輸出 端。發光二極體負載200適於電性耦接於整流濾波電路12的 輸出端120與定電流電路47的輸出端470之間。 本實施例中，發光二極體驅動電路5〇可產生兩組定電流 輸出，工作原理與第三實施例提出的發光二極體驅動電路卯 的工作原理基本相似，在此不再贅述。但應用於複數個發光二 極體負載100、200並聯中，會有發光二極體正向導通電壓 (Forward V〇ltage)差異性的問題存在，即在相同顆數的發光二 極體及同樣的電流之情形下’需要不同的驅動電壓。故於複數 201019792 個發^二極體負載⑽、細並聯應种，須取最大驅 有並聯中之每-發光二極體負載動、綱否則將 曰有某坠發光二極體會因驅動電壓不足而比較不亮。 ❹ ❹ 承上述’發光二極體驅動電路5〇之整流遽波電路 出端120之輸出電壓仍係決定於運算放大器說之非^ 入端的電壓準位(亦即B點電壓），B點電壓越高則變壓器τ| 之次級侧的整流濾波電路12之輸出端12()的輸出電壓越高。 如圖5中’ A點與C點的電壓與發光二極體負載刚細 需之驅動電壓成正比，即’如果發光二極體負載则所需之驅 動電壓大於發光二極體負載2GG所需之驅動電壓，則A點電 壓將大於C點電壓，故b點電壓將由a點決定，故而整流遽 波電路12的輸出端120將輸出所需之驅動電壓。 參見圖6 ’本發明第六實施例提出的一種發光二極體驅動 電路60，其與第五實施例提出的發光二極體驅動電路％基本 相同，不同之處在於：發光二極體驅動電路6〇進一步包括運 鼻放大器U1B，以對發光二極體負載1〇〇、2〇〇進行外部脈寬 調變調光，相應地，三端穩壓器U2的輸出端係透過兩串聯耦 接之電阻R3與R5電性耦接於運算放大器uiB，而非如圖5 所示之直接接收直流電壓VCC;三端穩壓器U3的輸出端係透 過兩串聯耦接之電阻R9與R11電性耦接於運算放大器um， 而非如圖5所示之直接接收直流電壓VCC。更具體地，運算 放大器U1B的電源端接收直流電壓VCc、接地端接地、反相 輸入端接收參考電壓Vref、非反相輸入端接收脈寬調變訊號 PWM ’其輸出端做直流電壓輸出並透過兩串聯耦接之電阻R3 與R5及兩串聯耦接之電阻R9與R11分別傳遞至三端穩壓器 U2的輸出端與三端穩壓器U3的輸出端。 15 201019792 對於發光二極體驅動電路60的工作原理，其與第三實施 例提出的發光二極體驅動電路20和第五實施例S出'的‘光二 極體驅動電路50的工作原理基本相同，在此不再贅述。 ^綜上所述，本發明實施例藉由將定電流電路電性耦接於迥 授電路之-輸入端’以向此輸入端提供依據該發光二極體負載 之導通狀況而改變之參考電壓；因此可實現單組或多組定電流 輸出，且變壓器之次級側的整流濾波電路之輸出 光二極體負載而改變，故而得以降低損失。進—步的，當需要 ❹對發光二極體負載進行外部脈寬調變調光時，無需像先前技術 -樣須提供另-場效應電晶體，因而還可達成降低成本之功 效。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内田可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附^申請專利範圍所界定者為準。另外本發明的任一實施例或 申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特 點此外’摘要部分和標題僅是用來辅助專利檔搜尋之用，並 非用來限制本發明之權利範圍。 【圖式簡單說明】 3 1為本發明第一實施例提出的—種發光二極體驅動電 路之電路連接關係圖。 圖2為本發明第二實施例提出的一種發光二極體驅動電 路之電路連接關係圖。 S 3為本發明第二貫施例提出的一種發光二極體驅動電 路之電路連接關係圖。 圖4為本發明第四實施例提出的一種發光二極體驅動電 16 201019792 路之電路連接關係圖。 圖5為本發明第五實施例提出的一種發光二極體驅動電 路之電路連接關係圖。 圖6為本發明第六實施例提出的一種發光二極體驅動電 - 路之電路連接關係圖。 圖7為習知的一種發光二極體驅動電路之電路連接關係 圖。 【主要元件符號說明】 0 10、20、30、40、50、60、70 :發光二極體驅動電路 12、72 :整流濾波電路 120 :整流濾波電路之輸出端 14、74 : PWM積體電路 16、36、47、78 :定電流電路 160、360、470 :定電流電路之輸出端 18、76 :迴授電路 100、200、300 :發光二極體負載 Ra、Rb、R1 〜R11 :電阻 ® D卜 D2、D3、D4 :二極體 C卜C2 :電容 L1 :電感 T1 :變壓器 VCC:直流電壓 ISOl :光電耦合器 Ul、U1A、U1B :運算放大器 Ql、Q2、Q3 :場效應電晶體 Vref、Vrefl、Vref2 :參考電壓 17 201019792 PWM :脈寬調變訊號 U2、U3 :三端穩壓器