TW201218863A

TW201218863A - Control circuit for light emitting diodes, relevant integrated circuit and control method

Info

Publication number: TW201218863A
Application number: TW099136526A
Authority: TW
Inventors: Ching-Tsan Lee
Original assignee: Leadtrend Tech Corp
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-01
Also published as: TWI432091B; US8581502B2; US20120098459A1

Description

201218863 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關於一種發光二極體之控制電路’以及相關之積體電路與控制方法。【先前技術】因為發光二極體(light emitting diode，LED)的電光轉換效率相當的好’高於曰光燈、冷陰極管(CCFL)或是燈泡等，所以當前之趨勢為以LED來取代上述這些發光源。舉例來說，LED已經漸漸地取代CCFL ’成液晶面板(LCD panel)的背光光源。第1圖為一 LED的電源電路》市電的AC電源，經過電源管理電路12後，經過變壓器14的轉換’在out端產生輸出電源V0UT。透過分壓電阻18與20、基納二極體LT431、以及光耦合器16，輸出電源V0UT的訊息回饋至電源管理電路12，來達到輸出電源的調控(regulation)。Ν 個發光二極體串(LED chain)CLED1 cledn 連接到輸出電源V0UT，當作魏源。可控式電流源n】，其内部電路大致拥’分卿躺發光二減_ cled1_..cledn，透過控制"α經—極體φ之電流，來控制二極體串的亮度。第2圖顯示第1圖中可控式電流源η的一種作法。誤差放大器 Α1控制功率電晶體，改變流經發光二極體_ ClEdi與感測電阻⑶的電流’希望使感測信號VSE腦的電壓等同於電流設定信號vL咖us的電壓。感測電阻⑶...csn的電阻值大致相同。如果 201218863 感測信號vSENSE!... vSENSEN的電壓都大約等於電流設定信號 VLEDBIAS’那大致就可以推論流經第2圖中每個LED的電流都相等。電路上元件的短路與開路，往往會造成錯誤的動作，甚至引發生命危險。LED的電源電路也是不例外。舉例來說，如果第2圖中的感測電阻CS1短路(電阻為〇)，那發光二極體串cledi的亮度就會過亮，甚至是燒锻。因此，錯誤應該儘早的偵測，而域行:十應的防護措施。胃【發明内容】本發明的-實施例提供-種發光二極體之控制電路，用以控制驅動至少-發光二極體…電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端。該控制電路包含有一驅動電路以及一錯誤偵測器。在該驅動電路中，一第一比較電路比較該感測端之一感測信號與一電流詨定信號，以產生一第一比較信號。 a玄感測k號之電壓代表流經該發光二極體之電流。一中繼電路依據 •該第一比較信號，來產生一驅動信號至該控制端，以驅動該電流控制元件。在該錯誤偵測器(faultdetector)中，一第二比較器，比較該第一比較信號以及該驅動信號’以產生一第二比較信號。一第三比較器’比較該驅動信號以及一臨界電壓，以產生一第三比較信號。一第四比較器，比較該感測信號與該電流設定信號，以產生一第四比較彳§號。一決疋電路’依據δ亥第二、第三、以及第四比較信號’ 來致能(enable)或是禁能(disable)該驅動電路。本發明的一實施例提供一種發光二極體之控制方法，用以控制 201218863 驅動至少-發光二極體。—電流控制元件可控制流經該發光二極體之電〃〇_，该電流控制元件具有一控制端。比較一感測信號與一電流设疋彳s'?虎’以產生一第一比較信號’其中該感測信號代表流經該發光一極體之電流。提供一驅動信號至該控制端，且使該驅動信號的電壓大致追隨該第一比較信號的電壓。比較該驅動信號與該第一比較仏5虎，且當該驅動信號差距該第一比較信號至一第一預設偏移值以上時，致能一第二比較信號。比較該驅動信號與一臨界電壓，且當該驅動信號超過—臨界電壓時，雜__第三味信號。比較該感測信號與該電流設定信號，且當該感測信號與該電流設定信號差距一第二預設偏移值以上時，致能一第三比較信號。當該第二、第三或第四比較信號為致能時，維持該電流控制元件為關閉狀態。【實施方式】第3圖為依據本發明實施的一積體電路IC以及相關電路，用以控制一極體串CLED1…CLEDN的電流。積體電路ic中有控制電路 S1...SN，分別以驅動信號Vgatei . Vgaten對應控制功率電晶體 M1...MN，與分別接收感測電阻（：S1·· CSN所產生的感測信號 VSENSE1".VSENSEN。在這個實施例中，控制電路S1...SN其中的電路都相同，在另一個實施例中，控制電路S1...SN可以不同。以下以發光二極體串CLED1與控制電路si為例，其他的二極體串與控制電路可以類推得知，不再重述。發光二極體串CLED1、功率電晶體Ml與感測電阻csi相串接。控制電路s丨有驅動電路 D1以及錯誤偵測器FD1。驅動電路D1比較感測信號vSENSE1以及 ,201218863 電川L 6又疋信號VLEDBIAS，來產生驅動信號VGATE丨，以控制功率電晶體Ml以及其中的電流。以下以電流設定信號Vledbias為〇 8伏特作為例子說明。錯誤偵測器FD1則偵測驅動電路D1中的信號，來判別是否有錯誤的發生，以適時的進行相關動作。第4圖為第3圖中的控制電路S1之電路示意圖。驅動電路D1 中’比較電路CM1可以以一誤差放大器(err〇r ampiifier)實施，比較感測彳§號Vsensei 與電流设定信號Vledbias ’以產生比較信號Vcmp。 I 感測信號vsensei之電壓，代表了流經感測電阻CS1或是發光二極體串CLED1的電流。MOS電晶體MD跟電流源RD構成了一個源極隨耦器(source follower) ’作為一個中繼電路，依據比較信號 VCMP，來產生驅動信號VGATE1 ’以驅動功率電晶體Ml。當發光二極體串CLED1正常驅動沒有錯誤發生時，感測信號Vsensei的電壓會大約等於電流設定信號VLEDBIAS的電壓，而驅動信號vGATE1跟比較信號VCMP大約只會相差MOS電晶體MD的臨界電壓VTH(其可能約1伏特）。中繼電路可以用來增大驅動電路D1的驅動力(driving 鲁ability) ’也可以用其他電路實施，譬如射極隨耦器(emitter follower) 或是AB放大器(AB amplifier)等。錯誤偵測器(fault detector)FDl中有三個比較器CM2、CM3與 CM4，以及決定電路LOGIC卜比較器CM2檢查驅動信號VGATE1 與比較信號vCMP之間的差異。舉例來說，如果比較信號VcMp高於驅動信號VGATE1達1.5伏特’則比較信號GAT-SRT被致能 (asserted)。比較器CM3檢查驅動信號vGATE1與臨界電壓VTHA。舉例來說，如果驅動信號VGATE1高過為4伏特的臨界電壓VTHA，則比 201218863 較信號GAT-SAT被致能。比較器CM4檢查電流設定信號VLED_ 與感測信號Vsense丨之間的差異。舉例來說，如果電流設定信號 VLEDBIAS超過感測信號vSENSE1達0.4伏特的電壓，則比較信號 SEN-SRT被致能決定電路L〇GIC1可以依據比較信號GAT_SRT、 GAT-SAT、以及SEN-SRT來做邏輯判斷，以禁能或是致能控制信號ENABLE卜舉例來說，當比較信號GAT_SRT、GAT_SAT、以及 SEN-SRT其中有一個是致能時，就認定有錯誤發生，所以控制信號 ENABLE1就被禁能(disasserted)，關閉了驅動電路D1中的開關SD，使驅動信號VGATE1固定地關閉功率電晶體Ml，發光二極體串 CLED1就沒有電流流通。在正常或是開機操作時，控制信號ENABLE1為致能，使驅動電路D1正常的驅動功率電晶體M1。錯誤偵測器FD1可以正確的發現許多種錯誤的發生。以下舉例說明。當功率電晶體Ml的控制端固定的短路到地時，驅動信號ν〇ΑτΕι 會直為0伏特’導致感測k號^^臟1也會是〇伏特。因此，比車交 #號GAT-SRT與SEN-SRT會被致能，進而禁能了控制信號 ENABLE1 ’彳不會使‘轉電路D1浪冑魏在賴,鶴功率電晶體 1VQ。當功率電晶體Ml的控制端到驅動電路D1為開路時，驅動信號 VGATE1會到達飽和’所以高過臨界電壓v遍，使比較信號gat_sat 被致能。此時’感測錢Vse卿也妓Q伏特，所以比較信號 SEN-SRT會被雜。減，购祕m就被禁能。當發光二極體串CLED1其中有一個LED是開路時、或是發光 201218863 二極體串CLED1沒有連接到功率電晶體M1時，感測信號VsENSE1 會是0伏特’且驅動信號VGATm會到達飽和。因此，比較信號 GAT-SAT與SEN-SRT被致能，驅動電路D1就被禁能。當感測電阻CS1短路時，感測信號VsENSm會是〇伏特，且驅動信號VGATE1會到達飽和，因此，比較信號GAT-SAT與SEN-SRT 被致能’驅動電路D1就被禁能，強制把發光二極體串cLm)l中的電流關閉’避免過高電流燒毀LED。當功率電晶體Ml沒有連接到感測電阻csi時，一樣的感測信號vSENSE1會是〇伏特’且驅動信號Vgatei會到達飽和。所以比較 k號GAT-SAT與SEN-SRT被致能而禁能驅動電路d卜由以上說明可知，錯誤偵測器(fault detector)FDl可以適當地判斷出汗多錯誤的發生，進而停止發光二極體串CLm)i中的電流，避免危險的發生。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利圍所做之鱗變化與料，皆應屬本發明之涵蓋範圍。【圖式簡單說明】第1圖為一傳統的LED的電源電路。第2圖顯示第1圖中可控式電流源u的一種作法。第3圖為依據本發明實施的—積體電路以及相關電路。第4圖為第3圖中的控制電路S1之電路示意圖。【主要元件符號說明】 201218863 12 14 16

18、20 AC

CLED1...CLEDN CM1、CM2、CM3、Ο

CS1...CSN D1 EA1 ENABLE1 FD1 GAT-SRT、GAT-SAT、

11.. .1N IC

LOGIC 1 LT431 M1...MN MD OUT RD

51.. .5N SD 電源管理電路變壓器光耦合器電阻電源發光二極體串比較電路感測電阻驅動電路誤差放大器控制信號錯誤偵測器 SEN-SRT 比較信號可控式電流源積體電路決定電路基納二極體功率電晶體 MOS電晶體接點電流源控制電路開關

10 201218863

VcMP

Vg ATE 1·.·ν〇 ATEN V LEDBIAS V〇ut

vTH' vTHA

VsENSEl---VsENSEN 比較信號驅動信號電流設定信號輸出電源臨界電壓感測信號

Claims

201218863 七、申請專利範圍： 1. 一種發光二極體之控制電路，用以控制驅動至少一發光二極體’一電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端，該控制電路包含有：一驅動電路，包含有：一第一比較電路，用以比較一感測信號與一電流設定信號，以產生一第一比較信號，其中該感測信號之電壓 _ 代表流經該發光二極體之電流；以及一中繼電路，依據該第一比較信號，來產生一驅動信號至該控制端，以驅動該電流控制元件；一錯誤偵測器(fault detector)，包含有：一第二比較器，比較該第一比較信號以及該驅動信號’以產生一第二比較信號；一第三比較器，比較該驅動信號以及一臨界電壓，以產生隹一第三比較信號；一第四比較器，比較該感測信號與該電流設定信號，以產生一第四比較信號；以及一決定電路，依據該第二、第三、以及第四比較信號’來致能(enable)或是禁能(disable)該驅動電路。 2. 如請求項1所述之控制電路’其中’該第二比較器檢查該第一比較信號是否高於該驅動信號一預設偏移值’以產生該第二比較信 12 201218863 號。 3. 如請求項1所述之控制電路，其中，該第四比較器檢查該感測^ 號是否低於該電流設定信號一預設偏移值，以產生該第四比號。 ° 4. 如請求項1所述之控制電路，其中，該中繼電路為〜源極隨輕器 (source follower)或一射極隨搞器(emitter follower)。 5. 如請求項1所述之控制電路，其中，當該第一比較信號高於該驅動信號一第一預設偏移值以上時’該第二比較信號為致能 (asserted);當該驅動信號高於該臨界電壓時，該第三比較作號為致能，當該感測k號與該電流設定信號差距一第二預設偏移值二上時’該第四比較信號為致能；以及，當該第二、第三、或第四比較信號為致能時，該驅動電路被禁能。 6. —種積體電路，用來控制複數發光二極體串，每一發光二極體串包含有複數發光二極體，該積體電路包含有：複數如晴求項1所述之控制電路，每一控制電路控制一對應電流控制元件’該對應電流控制元件與一對應電流感測器串聯，該對應電流感測器提供一對應感測信號。 7. -種發光二鋪之㈣方法，料_驅動至少—發光二極體， 13 201218863 一電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端，該控制方法包含有：比較一感測信號與一電流設定信號，以產生一第一比較信號，其中該感測信號代表流經該發光二極體之電流；提供一驅動信號至該控制端，且使該驅動信號的電壓大致追隨該第一比較信號的電壓；比較該驅動信號與該第一比較信號，且當該驅動信號差距該第一比較信號至一第一預設偏移值以上時，致能一第二比較信號； ® 比較該驅動信號與一臨界電壓，且當該驅動信號超過一臨界電壓時，致能一第三比較信號；比較該感測信號與該電流設定信號，且當該感測信號與該電流設定信號差距一第二預設偏移值以上時，致能一第三比較信號；以及當該第二、第三或第四比較信號為致能時’維持該電流控制元件為關閉狀態。 _ 八、圖式： 14