201117505 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光源驅動技術’且特別是一種發光二極 體(Light-Emitting Diode,簡稱LED)光源的驅動電路。 【先前技術】 圖1為一種現有的LED光源的驅動電路之電路圖。請參照圖 1,LED光源包括m個燈串11〜lm,每個燈串1 i均包括n個串聯 耦接的發光二極體D1〜Dn,其中m、η均為正整數,丨為i〜m中 任一正整數。LE:D光源的驅動電路包括直流至直流(DC/DC)轉換器 21及LED控制器22。DC/DC轉換器21為降壓或升壓轉換写,用以 將常見的5V、12V或24V等規格的直流電壓Vdcl轉換為^夠驅動 燈串11〜lm的直流電壓Vdc2。每個燈串u第一端均耦接至此爪 ,換态21以接收直流電壓Vdc2來獲得所需的電壓,每個燈串η 第一端則耦接至LED控制器22相應的通道端⑶丨。LED控制器22 ,測每個燈串li電流,並利_部定電流源或可變電阻等方°式使 母個燈串li電流相等或在-定誤差範圍内(即達到電流平衡),使 =串11,得以提供均句的亮度。為了維持每個燈串Η電流平 調ϋ得所需錢’ ™控制器22還可從_控制端即送出脈寬
^l(Pulse-Width Modulation ^ pWM),tE , DC/DC =心調整輸出的直流電壓磁大小,使⑽歧及⑽控 制器22可操作於最佳化。當然,led和制g 99 l 柃〇去*… 田…、控制裔22也可不送出pwm 二僅電壓跡而灘制 當LED光源的燈串丨丨〜㈣量太多或採用具有大 Wm〜Dn時,為了避免⑽控制器22因接收ς電流太。 201117505
大而過熱或燒毀’需要採用如圖2所示的外部控制方式。請參照 圖2’每個燈串Π第二端需要外加相應的電晶體⑽及電阻器以, 其中電晶體Μι為場效電晶體且卫作在線性區以作為可變電阻來調 整落f燈串ii上的電壓大小,使每個燈串Η電流達到平衡。led 控制器220從電流檢測端ISi檢測燈串π電流在流過電阻器則 時所產生與電流;Μ、成正比的電驗,絲據這個f壓值從通道 端CHi送出信號控制電晶體Mi改變其在線性區的功點位置,以 改變電晶體Mi提供的可變電阻大小。㈣控制器22()從電壓檢測 端VDi檢測燈串π帛二端上的電壓,當燈串π帛二端上的電壓 過高時,表示燈串li中有發光二極體發生短路,因此從通道端胍 送出彳§號控制電晶體Mi戴止以保護電路。 <不官是圖1還是圖2所示現有的LED光源的驅動電路通常都 採,市售已積體化的LED控制器22或220。然*,市售的LED控 制裔可支持LED総的料數量是@定的,隨著料u〜im數量 的增加’需要採用多個LED㈣器並聯使用,這些並聯使用的⑽ 控制器之關溝通及棚會使得設計縣上升且會麟電路變得 複雜。另外,ϋ 2所示的LED光源的驅動電路還必需外加電 犯和電阻其數量亦會隨著燈串11Μ_量的增加而增力曰口體 同樣會使得設計成本上升且會使得電路更為複雜。 【發明内容】 有鑑於此,本發明的目的就是在提供一種發光二極體( ,的驅動電路’不需要_專㈣⑽控制器,且 招當簡單,可大幅降低成本。 為了達成上述目的及其它目的,本發明提出—種發光 (led)光源的雜電路。LED光源包括多個燈串,每個燈^包括 201117505 多個串聯耦接的發光二極體,每個燈串均具有第一端及第—端, 每個燈串第一端均耦接至定電壓。LE:D光源的驅動電路包括定電流 源、電流鏡、短路保護電路以及調光電路,其中電流鏡耦接至^ 電流源及每個燈串第二端,短路保護電路耦接至每個燈串第二 ,,調光電路耦接至電流鏡及短路保護電路。定電流源^以提& 定電流。電流鏡用以在開啟時根據定電流產生多個吸取電流(sink currents),每個吸取電流提供至一相應的燈串第二端,使流過每 個燈串的電流達到平衡,並在關閉時使流過每個燈串的^流為 零。短路保護電路用以在檢_任—料第二端電壓超過臨^值 時輸出短路信號。調光電_以接收脈寬崎(灌)調光信號,在 收^短路信號時關閉電流鏡’並在未收到短路信號時根據PWM調 光信號交替地開啟及關閉電流鏡。 —本發明之LED光源的驅動電路藉由電流鏡使流過LED光源的 母個燈串的電流達到平衡’並交替地開啟及關閉電流鏡以顺調 方式實現調磐LED光源亮度的功能’另外還可藉由設定電流鏡 提供的定電流大小來改變流過燈串的電流大小,且可檢測燈率是 否有短路以便在燈串發生短路時藉由關㈤電流鏡來保護電路。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易僅, 下文特舉較佳實補,舰合_圖式,作詳細說明如下。 【實施方式】 圖3為依照本發明一較佳實施例所繪示之發光二極體(LED)光 源的驅,f路之電路圖參關3,⑽光源包括多個燈串U 〜lm ’每個燈串丨丨均包括多個串聯耦接的發光二極體饥〜此,其 中m η均為正整數’丨為i〜m中任一正整數。每個燈串η均具 有第一端及第二端,每個燈串Η第一端均耦接至定電壓Vlb來獲 201117505 取所需,電廢,這個定電壓Vib可以是如圖1所示常見的5V、12V 或等規格的直流電壓Vdcl,或者是將直流電壓Vdcl通過DC/DC 轉,器21升魏随後的直流紐Vde2。本領域具有通常知識者 應當知道為了讓這些燈串11〜lm得以正常X作,在每個燈串u 中,發光二極體D1陽極端應耦接至燈串Η第一端,發光二極體 Dk陰極知應耦接至發光二極體Dk+Ι陽極端,且發光二極體])η陰 極端應耦接至燈串li第二端,其中j〜(η—丨)中任一正整數。 led光源的驅動電路包括定電流源31、電流鏡32、短路保護 電路33以及調光電路34。定電流源31用以提供定電流化批❻。 在本實施例中,定電流源31包括電晶體Q1、電阻器和R2以及 積體電路TL431,其中積體電路關1是-種可調並聯穩塵器 (programmable shunt regulator),相當於崩潰電壓可調的齊納 二極體(Zener diode)。定電流源31由直流電壓Vref供電,並可 通過調整電阻器R2電阻的大小來調整定電流Ibase的電流大小。 電流鏡32耦接至定電流源31及每個燈串u第二端,用以在 開啟時根據定電流Ibase產生多個吸取電流丨丨〜㉔,每個吸取電 机Ii提供至相應的燈串第二端,使流過每個燈串η的電流達 到平衡,並在關閉時使流過每個燈串Η的電流為零。在本實施例 中,電流鏡32包括多個匹配的第一電晶體Q11〜Qlm及第二電晶 體Q2’每個第一電晶體Qii及第二電晶體Q2均為NpN雙載子接面 電晶體並具有第一端(即集極端)、第二端(即射極端)及控制端(即 基極端);但並非僅限於此’例如每個第一電晶體及第二電晶 體Q2還可均為N通道場效電晶體。每個第一電晶體qh第一端搞 接以提供相應的吸取電流Π至相應的燈串Η第二端,第二電晶 體Q2第一端搞接至控制端而連接成二極.體電晶體 (diode-connected transistor)且第二電晶體q2第一端還耦接至 201117505 定電流源31以接收定電流Ibase,每個第一電晶體Qu及第二電 晶體Q2第二端均輕接至接地,每個第一電晶體⑴丄及第二電晶體 Q2控制端彼此耗接。電流鏡32在開啟時由於第一電晶體⑽〜叽 匹配的緣&/,||_人第—電晶體叫,111的吸取電流11〜^會相 等或在一定誤差範圍吻達到電流平衡),迫使流過每個燈串u 的,流同樣達到平衡,使燈串心^得以提供均句的亮度。另外, 可藉由將第二電晶體Q2控制端輕接至接地,使第二電晶體Q 每個第-電晶體Qli均截止,達到關閉電流鏡犯的功能。 短路保護電路33耗接至每個燈串π第二端,用以在檢 燈串11〜lm中任-燈串第二端驢超過臨界值時輸出短路 純咐。在本實施例中,短路保護電路33包括多個二極體DU〜 Dim、々齊納二極體ZD卜用於分壓的電阻器R3和R4以及用於穩堡 的電,裔C卜由於只藉由一個齊納:極體观檢測這些燈串J〜 =中是否有祕,料llMm第二端均f減至 了避免燈串11〜1m第二端上的電壓電流彼此^ 的二極:d二4第串τίΤΓ極體ZD1陰極端之間加上相應 超過臨界值而使得齊第二端尸 本-托驶nu Ε AMP 貝時燈串11第二端電壓減 在電阻器R3 I/r4 ^及齊納二極體ZD1崩潰電壓後的壓降將落 ^計使電阻器R4分得的電愿(即短路信號
Vshort^t j目當於娜㈣電路33輸出短路信號 轉仏“ f〜^,中任—燈串第二端電壓未超過臨界值而無 阻哭^ 朋潰時’將沒有壓降落在電阻器⑹和財’電 33 Vsh〇rtr^^li;: 同崩潰電壓的齊納二極體來設計臨界值的 201117505 有多少個發光二極體短路時才輸出短路信號Vsh〇rt。 調光電路34搞接至電流鏡32及短路保護電路33,用以接收 脈寬調變(PWM)調光信號DIM (以下簡稱調光信號DIM),在收到短 路4號Vshort時關閉電流鏡32,並在未收到短路信號時 根據調光信號DIM交替地開啟及關閉電流鏡32。在調光電路34 根據調光信號DIM交替地開啟及關閉電流鏡32時,燈串丨丨〜“ 將下發光(壳)一下不發光(暗),若亮暗的切換頻率在100Hz以 上,人眼將因視覺暫留的影響而感覺不到亮暗的變化,只能感覺 到這,變化的平均值,即人H較到平均亮度且這個平均亮 度與壳暗的比例成正比。因此,可藉由調整調光信號DIM的責任 週期(duty cycle)來調整電流鏡32開啟及關閉的時間比例,進而 調整燈串11〜lm亮暗的比例,實現調整LED光源亮度的調光效果。 在本實施例中,調光電路34包括第一開關SW1以及第二開關 泖2’其中第一開關SW1具有第一端pil、第二端pi2及控制端^心 第二開關SW2具有第-端P2卜第二端p22及控制端p23。第一開 關SW1第一端pii接收調光信號麵,第一開關撕第二端pi2 搞接至第二開關SW2控制端P23,第-開關SW1控制端P13輕接至 短路保護電路33以接收短路信號VshQrt。第二開關娜第一端 P21 = 妾至電流鏡32 ’第二開關哪第二端p22接收關閉信號 Voff,第二開關SW2控制端P23耦接至第一開關SW1第二端P12。 在第一開關SW1控制端P13收到短路信號Vshort時,第-開 關SW1不導通(即第-端m及第二端m不連接),第二開關撕 因控制端P23未收到任何信號而導通(即第一端p21及第二端p22 連接)’此山時電流鏡32因收到關閉信號v〇ff而關閉。在第一開關 SW1控制端P13未收到短路信號Vsh〇rt時,第一開關SW1導通(即 第一端P11及第二端p12連接),第二開關SW2因控制端p23收到 201117505 調光信號DIM而根據調光信號DIM交替地不導通及導通,其中在 第二開關SW2不導通時’電流鏡32因未收到關閉信號v〇ff而開 啟’在第一開關SW2導通時’電流鏡32因收到關閉信號而 關閉。在本實施例中,藉由將電流鏡32的第二電晶體Q2控制端 耦接至接地來實現電流鏡32收到關閉信號v〇ff的態樣,並藉由 將電流鏡32的第二電晶體Q2控制端不再耦接至接地來實現電流 鏡32未收到關閉信號Voff的態樣。 a 圖4為圖3所示調光電路34的一替代實施例之電路圖。請同 時參照圖3及圖4,調光電路44包括第-開關SW1以及第二開關 SW2。調光電路44的第一開關SW1及第二開關SW2所具有的三個 點及這些端點對外搞接關係與調光電路%的第一開關gw〗及第 二開關SW2相同,在此不再贅述。在調光電路44中,第一開關SW1 包括電阻器R5〜R8以及電晶體Q3和Q4 ,第二開關SW2包括電阻 器R9以及電晶體Q5和Q6 ’而電阻器R5、R8和R9用以限流以保 護電路。下面將針對調光電路44的第一開關SW1及第二開關泖2 的工作原理及所具有的功能進行說明。 在第一開關SW1控制端P13收到短路信號Vshort時(此時短 路為高準位)’電晶體Q4因控制端收到高準位的信號 而導通’電晶體Q3因控制端耦接至接地而戴止,因此第一開關SW1 不導通。此時’電晶體Q5因控制端未收到任何信號而截止,電晶 體Q6因控制端收到高準位的直流電壓Vcc而導通,因此第二開關 SW2導通,使電流鏡32因收到關閉信號v〇f f而關閉。在第一開關 SW1控制端pi3未收到短路信號ysh〇rt時(此時短路信號Vsh〇rt 為低準位),電晶體Q4因控制端收到低準位的信號而截止,電晶 體Q3將根據調光信號DIM交替地不導通及導通,即在調光信號MM 為低準位時,電晶體Q3因控制端收到低準位的信號而截止,而在 201117505 調光信號DIM為高準位時,電晶體q3因控制端所收到電阻器r7 分得的電壓為高準位而導通,因此第一開關SW1根據調光信號dIM 交替地不導通及導通。在第一開關SW1不導通時,電晶體奶截止 而電晶體Q6導通,因此第二開關SW2導通’使電流鏡32因收到 關閉信號Voff而關閉;反之,在第一開關SW1導通時,電晶體奶 因控制端收到高準位的調光信號DIM而導通,電晶體Q6因控制端 耦接至接地而截止,因此第二開關SW2不導通,使電流鏡32因未 收到關閉信號Voff而開啟。 圖5A至圖5D為使用圖4所示調光電路44的LED光源的驅動 電路之信號模擬圖。請同時參照圖3、圖4及圖5A至圖5D,此模 擬使用的LED光源包括6個燈串,每個燈串包括13個發光二極體, 理想上每個發光二極體順向導通偏壓為3. 3V、導通電流為2〇mA, 因此理想上每個燈串順向導通偏壓為43V (=3.3Vxl3)、導通電流 為20mA。另模擬實際上每個發光二極體順向導通偏壓均有誤差, 使得實際上每個燈串具有不同的順向導通偏壓。在圖5A中,定電 流源31由5V的直流電壓Vref供電後可提供20mA的定電流 Ibas=。在圖5B中,電流鏡32在開啟時根據定電流丨以纪產生吸 取電流11〜16提供至各自相應的燈串,從圖中可知藉由電流鏡32 的均流功能,吸取電流n〜I6及定電流Ibase彼此幾乎相等或在 一誤差範圍内,而吸取電流n〜I6W迫使這些具有不同順向導通 偏,的燈串所流過的電流彼此幾乎相等或在一誤差範圍内,故有 相:好的均桃或電流平衡效果。在圖%中,電流鏡32根據調光 k號DIM父替地開啟及關閉,在開啟時如圖一樣流過這些燈串 的電机彼此幾乎相等或在—誤絲_,而在賴時流過這些燈 串的,流均為零。在圖5D中’當這些燈串中沒有燈串第二端電壓 超過臨界值時’短路保護電路33未輪出短路信號(此時短 201117505 路信號Vshort為低準位)’調光電路34在未收到短路信號砂啦 時將根據調光信號DIM交替地開啟及關閉電流鏡%,故流過這些 燈串的包机如圖5C -樣’當這些燈串中任一燈串第二端電麼超過 6«界值時短路保4電路33輸出短路信號純咐(此時短路信號 Vshort變為高準位),調光電路34在收到短路信號純㈣時將關 閉電流鏡32,故流過這些燈串的電流均為零。 ‘上所本㈣之LED光源师動電路II由電流鏡使流過 LED光源的每個燈串的電流達到平衡,並交替地開啟及酬電流鏡 jPWM調,方式實現調整LED光源亮度的功能另外還可藉由設 定電流鏡提供的定電流大小來改變流過燈串的電流大小,且可檢 =串是的短路讀在燈串發生短路嘯由關閉電流鏡來保護 電路。本發明由於不需要採用專用的LED控制器,且驅動電路年 構相當簡單,可大幅降低成本。 木 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 發明’任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍内,當 „之更動與潤飾’因此本發明之保護範圍當視後附之“ 專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1及圖2力別為現有的LED光源的驅動電路之電路圖。 圖3為依照本發明—較佳實施例所繪示之㈣光源的 路之電路圖。 电 圖4為圖3所示調光電路的一替代實施例之電路圖。 圖5A至圖5D為使用圖4所示調光電路的LED光源的驅動雷 路之信號模擬圖。 12 201117505
【主要元件符號說明】 11〜lm :燈串 22、220 : LED 控制器 FB :回授控制端 VD1〜VDm :電壓檢測端 32 :電流鏡 34、44 :調光電路 D1〜Dn :發光二極體 Ml〜Mm :電晶體 Q11〜Qlm :第一電晶體 R1〜Rm :電阻器 P11 :第一開關第一端 P13 :第一開關控制端 P21 :第二開關第一端 P23 :第二開關控制端 ZD1 :齊納二極體 I base :定電流 Vdcl、Vdc2 :直流電壓 Vlb :定電壓 Vshort :短路信號 21 :直流至直流(DC/DC)轉換器 CH1〜CHm :通道端 IS1〜ISm :電流檢測端 31 ·定電流源 33 :短路保護電路 C1 :電容器 D11〜Dim :二極體 Q1、Q3〜Q6 :電晶體 Q2 :第二電晶體 SW1 :第一開關 P12 :第一開關第二端 SW2 :第二開關 P22 :第二開關第二端 TL431 :可調並聯穩壓器 DIM :脈寬調變調光信號 II〜Im :吸取電流
Vcc、Vref :直流電壓
Voff :關閉信號