TW201301734A - 光源驅動電路以及對發光二極體光源供電之方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種光源驅動電路以及對發光二極體光源供電之方法。光源驅動電路包括轉換器電路、儲能元件和開關元件。轉換器電路在第一電源線上提供第一輸出電壓為發光二極體光源供電，並在第二電源線上提供小於第一輸出電壓的第二輸出電壓。儲能元件透過充電和放電調節流經發光二極體光源的電流。開關元件工作在第一狀態時，儲能元件充電；開關元件工作在第二狀態時，儲能元件放電。轉換器電路提供第二輸出電壓，以在第一狀態和第二狀態中，保持開關元件兩端的工作電壓小於第一輸出電壓。

Description

光源驅動電路以及對發光二極體光源供電之方法

本發明係有關一種驅動電路，特別是一種為發光二極體(LED)光源供電的電路和方法。

在顯示系統中，驅動電路驅動一或多個光源以照亮顯示幕。例如，在使用發光二極體(LED)為背光源的液晶顯示器(LCD)中，LED陣列被用來照亮液晶顯示幕。LED陣列通常包括一或多串LED鏈，每串LED鏈包括串聯耦接的一組LED。

圖1所示為傳統光源驅動電路100的方塊圖。光源驅動電路100驅動LED鏈106，包括一轉換器電路102、一開關控制器104和一開關調節器108。轉換器電路102接收一輸入電壓V_IN，在一電源線141上為LED鏈106提供一輸出電壓V_OUT。開關調節器108包括與LED鏈106串聯連接的一電感L1。開關調節器108還包括一開關S1和二極體D1，用來控制流經電感L1的電流。更具體地說，開關控制器104提供一脈衝寬度調變(PWM)信號130以閉合或關斷開關S1。當開關S1閉合時，二極體D1被逆向偏置，一電流依序流經電源線141、LED鏈106、電感L1、開關S1、和一電阻R_SEN。輸出電壓V_OUT為LED鏈106供電，並為電感L1充電。當開關S1被斷開時，二極體D1被順向偏置，電流依序流經電感L1、二極體D1、電源線141、和LED鏈106。電感L1放電以為LED鏈106供電。因此，透過調整脈衝寬 度調變信號130的責任週期以調節流經電感L1之電流的平均值，進而調節流經LED鏈106的電流。

然而，當開關S1關斷時，二極體D1的陽極電壓上升至大於輸出電壓V_OUT以順向偏置二極體D1。於是，開關S1兩端的電壓大致等於輸出電壓V_OUT。當開關S1閉合時，二極體D1兩端電壓大致等於輸出電壓V_OUT。因此，傳統之光源驅動電路100中所使用之開關元件(例如，開關S1和二極體D1)的額定電壓必須大於輸出電壓V_OUT。否則，當工作電壓大致等於輸出電壓V_OUT時，開關元件會被損壞。當為實現更高的亮度而增加LED鏈106中的LED數目時，輸出電壓V_OUT增大。因此，具有較高額定電壓的開關元件增加了傳統驅動電路100的功耗和成本。

本發明的目的為提供一種光源驅動電路，包括：一轉換器電路，在一第一電源線上提供一第一輸出電壓為一發光二極體光源供電，並在一第二電源線上提供小於該第一輸出電壓的一第二輸出電壓；一儲能元件，耦接至該發光二極體光源，調節流經該發光二極體光源的一電流；以及一開關元件，耦接至該轉換器電路和該儲能元件，當該開關元件工作於一第一狀態時，該儲能元件充電，當該開關元件工作於一第二狀態時，該儲能元件放電，其中，該轉換器電路提供該第二輸出電壓，以在該第一狀態和該第二狀態時，保持該開關元件兩端的一工作電壓小於該第一輸出電壓。

本發明還提供一種光源驅動電路，包括：一轉換器電路，在一第一電源線上提供一第一輸出電壓，以對多個發光二極體光源供電，並在一第二電源線上提供小於該第一輸出電壓的一第二輸出電壓；以及多個開關調節器，耦接至該轉換器電路，調整流經該多個發光二極體光源的多個電流，每一該開關調節器包括一開關元件，當該開關元件工作於一第一狀態時，一儲能元件充電，當該開關元件工作於一第二狀態時，該儲能元件放電，透過調整該儲能元件充電和放電的持續時間比調節流經一相對應發光二極體光源的電流，該轉換器電路提供該第二輸出電壓，以在該第一狀態和該第二狀態時，保持該開關元件兩端的一工作電壓小於該第一輸出電壓。

本發明還提供一種發光二極體供電方法，包括：在一第一電源線上提供一第一輸出電壓為一發光二極體光源供電；在一第二電源線上提供小於該第一輸出電壓的一第二輸出電壓；一開關元件工作於一第一狀態時，為一儲能元件充電；該開關元件工作於一第二狀態時，該儲能元件放電；調整該開關元件處於該第一狀態和該第二狀態的持續時間比來調節流經該發光二極體光源的一電流；以及提供該第二輸出電壓，以在該第一狀態和該第二狀態中，保持該開關元件兩端的一工作電壓小於該第一輸出電壓。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明 限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

圖2所示為根據本發明一實施例負載驅動電路200的方塊圖。在一實施例中，負載為一光源206。負載驅動電路200包括一轉換器電路202、一開關控制器204、一開關調節器208和一電流感測器210。轉換器電路202接收一輸入電壓V_IN，在一電源線241上產生一輸出電壓V_{OUT_H}，並在另一電源線242上產生小於輸出電壓V_{OUT_H}的另一輸出電壓V_{OUT_L}。輸出電壓V_{OUT_H}用於驅動光源206。輸出電壓V_{OUT_L}用於降低開關調節器208中一或多個開關元件的工作電壓。

電流感測器210係耦接至光源206，產生指示流經光源206的電流的一感測信號234。在一個實施例中，開關控制器204基於感測信號234產生一開關控制信號230和一回授信號232。在一個實施例中，開關控制器204比較感測信號234和指示電流期望值的一參考信號REF。基於一比較結果，開關控制器204產生開關控制信號230。因此，開關控制信號230控制開關調節器208，以此調整流 經光源206的電流至電流期望值。回授信號232指示當流經光源206之電流具有電流期望值時，光源206所需的順向電壓。因此，轉換器電路202接收回授信號232後調整輸出電壓V_{OUT_H}以滿足光源206的供電需求。

在一個實施例中，光源206包括一或多串發光二極體鏈。每串LED鏈包括一或多個串聯耦接的LED。在一個實施例中，開關調節器208包括一儲能元件220和一開關元件222。儲能元件220耦接至光源206，流經儲能元件220的電流決定流經光源206的電流。

在一個實施例中，開關元件222耦接至電源線241、電源線242和一參考節點244。例如，參考節點244若與地相連，則參考節點244的參考電壓V_REF為零。由受控於開關控制信號230的開關元件222可在多個工作狀態下工作，則開關元件222可選擇性地連接電源線241、電源線242和參考節點244至儲能元件220的埠，進而為流經儲能元件220的電流構成不同的電流路徑。

更具體地說，開關元件222的工作狀態包括開關閉合狀態和開關斷開狀態。在開關閉合狀態，開關元件222導通電流流經電源線241、電源線242和參考節點244之中的兩項。一具有第一電壓值之工作電壓增加流經儲能元件220之電流，因此對儲能元件220充電。在開關斷開狀態，開關元件222導通電流流經電源線241、電源線242和參考節點244中的另兩項。具有第二電壓值之工作電壓降低流經儲能元件220之電流，因此儲能元件220放電。因此，透過調整開關開啟狀態和開關斷開狀態的持續時間比，進 而調整流經光源206的電流(例如，平均值)。開關調節器208的操作將根據圖3、圖6和圖7做進一步描述。

圖3所示為根據本發明一實施例負載驅動電路300的示意圖。在一實施例中，負載為一光源206。圖3中與圖2編號相同的元件具有類似的功能。圖3將結合圖2進行描述。

在圖3所示的例子中，光源206包括一由多個LED串聯耦接的LED鏈。負載驅動電路300包括轉換器電路202、開關控制器204、開關調節器208和電流感測器210。電流感測器210包括電阻R3，用於產生一指示流經LED鏈206的LED電流的感測信號234。在一個實施例中，感測信號234為電阻R3兩端的電壓。開關控制器204基於感測信號234產生開關控制信號230(例如，脈衝寬度調變信號)和回授信號232。

在一個實施例中，轉換器電路202包括轉換器控制器302和雙重轉換器304。轉換器控制器302接收回授信號232，其中回授信號232指示當LED電流達到一電流期望值時，，轉換器控制器302相應地產生LED鏈206所需的順向電壓的控制信號310。雙重轉換器304接收輸入電壓V_IN，並根據控制信號310產生輸出電壓V_{OUT_H}和V_{OUT_L}。例如，根據回授信號232，轉換器控制器302調整控制信號310升高或降低輸出電壓V_{OUT_H}，進而調節LED電流至電流期望值。

在一個實施例中，雙重轉換器304所輸出之輸出電壓V_{OUT_H}等於輸出電壓V_{OUT_L}加上兩者之間之一電壓差V_DIFF。因此， V_{OUT_H}=V_{OUT_L}+V_DIFF (1)

如方程式(1)中所示，若電壓差V_DIFF為正值，則V_{OUT_L}小於V_{OUT_H}。雙重轉換器304的操作將根據圖4A、圖4B和圖5做進一步的描述。

開關調節器208用於調節流經LED鏈206的LED電流。在圖3所示的實施例中，開關調節器208為一降壓轉換器的結構。開關調節器208中的儲能元件220包括與LED鏈206相連的電感L3。開關調節器208中的開關元件222包括開關S3和二極體D3。例如，開關S3可為N型金屬氧化物半導體(MOS)電晶體。二極體D3的陽極與開關S3的汲極一起耦接到一共同節點，共同節點透過電感L3和LED鏈206耦接至電源線241。二極體D3的陰極與電源線242相連。開關S3的源極透過電阻R3連接至地。

開關元件222根據開關控制信號230選擇性地連接地、電源線241或電源線242至電感L3。更具體地說，開關控制信號230可為脈衝寬度調變(PWM)信號。當開關控制信號230為邏輯高電位時，開關元件222工作於開關閉合狀態，此時開關S3閉合且二極體D3被逆向偏置。因此，電感L3的TA端與電源線241電性耦接，電感L3的另一端TB與地電耦接。於是，電流I1流經電源線241、LED鏈206、電感L3、電阻R3和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電源線241。電感L3的工作電壓為第一電壓值。電感L3充電，其電流上升。

當開關控制信號230為邏輯低電位時，開關元件222工作於開關斷開狀態，此時開關S3斷開且二極體D3被順 向偏置。TA端與電源線241電性耦接，TB端與電源線242電性耦接。因此，電流I2透過電源線241、LED鏈206、電感L3、二極體D3和電源線242，然後從電源線242經過雙重轉換器304流至電源線241。電感L3的工作電壓為第二電壓值，第二電壓值由電壓V_{OUT_H}和V_{OUT_L}決定之。電感L3放電，其電流下降。

相應地，在一個實施例中，當開關控制信號230為邏輯高時電感電流上升，當開關控制信號230為邏輯低時電感電流下降。在圖3所示的例子中，透過LED光源206的電流大致等於流經電感L3的平均電流。結果，透過控制開關控制信號230的責任週期，開關控制器204能夠調節流經LED光源206的LED電流至電流期望值。

優點在於，在開關元件222的開關閉合狀態期間，二極體兩端的電壓V_D3小於V_{OUT_H}(如V_D3大致等於V_{OUT_L})。在開關元件222的開關斷開狀態期間，二極體兩端的電壓V_D3也小於V_{OUT_H}。也就是說，透過利用雙重轉換器304的輸出電壓V_{OUT_L}，在開關閉合和開關斷開狀態，開關S3和二極體D3兩端的工作電壓都保持小於V_{OUT_H}。因此，這些元件的額定電壓降低，從而降低了驅動電路300的功耗和成本。

圖4A和4B所示為根據本發明一實施例的轉換器電路202的示意圖。圖4A、圖4B中與圖2、圖3編號相同的元件具有類似的功能。圖4A、圖4B將結合圖2、圖3進行描述。

在圖4A和圖4B所示的例子中，雙重轉換器304包括一電阻402、一開關416、一變壓器T1、二極體410和412、 電容408和414。變壓器T1包括一初級線圈404、一鐵芯405和一次級線圈406。雙重轉換器304分別產生輸出電壓V_{OUT_L}和電壓差V_DIFF。更具體地說，如圖4A所示，變壓器T1的初級線圈404、二極體412、電容414和開關416構成了開關模式的升壓轉換器452。轉換器控制器302產生一驅動信號460控制開關416。在一個實施例中，驅動信號460為責任週期為D_DUTY的脈衝寬度調變信號，交替地閉合或斷開開關416。因此，開關模式的升壓轉換器452將輸入電壓V_IN轉換成輸出電壓V_{OUT_L}。如果可忽略電阻402的阻值，電源線242上的輸出電壓V_{OUT_L}可由方程式(2)計算得之：V_{OUT_L}=V_IN/(1-D_DUTY) (2)

此外，如圖4B所示，變壓器T1、二極體410、電容408和開關416構成了開關模式的反馳式轉換器454。反馳式轉換器454根據驅動信號460交替地閉合或斷開開關416，將輸入電壓V_IN轉換成電壓差V_DIFF。電壓差V_DIFF可表示為：V_DIFF=V_IN *(N₄₀₆/N₄₀₄)* D_DUTY/(1-D_DUTY) (3)

其中，N₄₀₆/N₄₀₄代表次級線圈406對初級線圈404的匝數比。

在一個實施例中，由於次級線圈406的無極性端與電源線242相連，輸出電壓V_{OUT_H}等於輸出電壓V_{OUT_L}加上電壓差V_DIFF，如方程式(1)中所示。因此，基於方程式(1)、(2)和(3)，V_{OUT_H}=V_{OUT_L} *(1+D_DUTY *(N₄₀₆/N₄₀₄)) (4)

如方程式(4)中所示，只要責任週期D_DUTY大於零，輸出電壓V_{OUT_H}大於輸出電壓V_{OUT_L}。另外，根據方程式(2)和(4)，透過調整驅動信號460的責任週期D_DUTY，輸出電壓V_{OUT_H}和輸出電壓V_{OUT_L}都相應得到調整。

優點在於，圖4A所示的升壓轉換器452和圖4B所示的反馳式轉換器454具有例如初級線圈404和開關416的共同元件，這樣可減少了電路中的元件數。因此，轉換器電路202的尺寸降低，負載驅動電路200/300的成本下降。

電阻402提供一電流感測信號462，感測信號462指示流經初級線圈404的電流。轉換器控制器302接收電流感測信號462，判斷雙重轉換器304是否處於一個異常或非期望的狀態，如過電流狀態。轉換器控制器302控制雙重轉換器304來防止其進入異常或非期望的狀態。例如，當電流感測信號462指示雙重轉換器304正處於過電流狀態，轉換器控制器302透過驅動信號460關斷開關416。

圖5所示為根據本發明另一個實施例轉換器電路202的示意圖。圖5中與圖2至圖4編號相同的元件具有類似的功能。圖5將結合圖2和圖3進行描述。

在圖5所示的例子中，雙重轉換器304包括變壓器T2、二極體510和512、電容514和516、開關518和電阻402。變壓器T2包括初級線圈504、鐵芯505、次級線圈506和輔助線圈508。轉換器控制器302產生驅動信號460(例如，脈衝寬度調變信號)交替地閉合或斷開開關518。初級線圈504、鐵芯505、次級線圈506、開關518、二極體510和電容514構成了第一反馳式轉換器。第一反 馳式轉換器將輸入電壓V_IN轉換成電壓差V_DIFF’。電壓差V_DIFF’可表示為：V_DIFF’=V_IN *(N₅₀₆/N₅₀₄)* D_DUTY/(1-D_DUTY) (5)

其中，N₅₀₆/N₅₀₄代表次級線圈506對初級線圈504的匝數比。

相似地，初級線圈504、鐵芯505、輔助線圈508、開關518、二極體512和電容516構成了第二反馳式轉換器。第二反馳式轉換器將輸入電壓V_IN轉換成輸出電壓V_{OUT_L}。輸出電壓V_{OUT_L}可表示為：V_{OUT_L}=V_IN *(N₅₀₈/N₅₀₄)* D_DUTY/(1-D_DUTY) (6)

其中，N₅₀₈/N₅₀₄代表輔助線圈508對初級線圈504的匝數比。

由於次級線圈506的無極性端與電源線242相連，根據方程式(1)，輸出電壓V_{OUT_H}等於輸出電壓V_{OUT_L}加上電壓差V_DIFF。基於方程式(1)、(5)和(6)，輸出電壓V_{OUT_H}可由方程式(7)計算得之：V_{OUT_H}=V_{OUT_L} *(1+N₅₀₆/N₅₀₈) (7)

如方程式(7)中所示，輸出電壓V_{OUT_H}大於輸出電壓V_{OUT_L}。如方程式(6)和方程式(7)中所示，根據驅動信號460的責任週期D_DUTY，輸出電壓V_{OUT_H}和輸出電壓V_{OUT_L}得到調整。

優點在於，第一反馳式轉換器和第二反馳式轉換器共用一些共同的元件，這樣減小了轉換器電路202的尺寸，降低了驅動電路200的成本。

如圖3所討論的，當開關元件222處於開關閉合狀態 期間(例如，開關S3閉合)，電流I1從地經過雙重轉換器304流至電源線241。當開關元件222處於開關斷開狀態期間(例如，開關S3斷開)，電流I2從電源線242經過雙重轉換器304流至電源線241。如果使用圖4A和圖4B中所示的雙重轉換器304，在開關閉合狀態，次級線圈406將電流I1從地經過電容414傳遞到電源線241。在開關斷開狀態，次級線圈406將電流I2從電源線242傳遞到電源線241。如果使用如圖5中所示的雙重轉換器304，在開關閉合狀態，次級線圈506將電流I1從地經過電容516傳遞到電源線241。在開關斷開狀態，次級線圈506將電流I2從電源線242傳遞到電源線241。雙重轉換器304可包括其他結構，並不限於圖4A、4B和圖5中的實施例。

圖6所示為根據本發明另一個實施例的負載驅動電路600的示意圖。在一實施例中，負載為一光源206。圖6中與圖2、圖3編號相同的元件具有類似的功能。圖6將結合圖2至圖5進行描述。

在圖6所示的例子中，電流感測器210包括一電阻R6和一誤差放大器602。誤差放大器602接收電阻R6兩端的電壓，相應產生一指示流經LED鏈206電流的感測信號234。在一實施例中，連接於電流感測器210和LED鏈206之間的開關調節器208為降壓轉換器結構。開關調節器208包括開關元件222和儲能元件220。在一個實施例中，儲能元件220包括與LED鏈206相連的電感L6。開關元件222包括開關S6和二極體D6。在一個實施例中，開關S6可為P型金屬氧化物半導體電晶體。二極體D6的陽極與電源線 242相連。二極體D6的陰極和開關S6的汲極一起耦接至一個共同節點，共同節點透過電感L6和LED鏈206連接至地。開關S6的源極透過電流感測器210連接至電源線241。

根據開關控制信號230(例如，脈衝寬度調變信號)，開關元件222選擇性地連接地、電源線241和電源線242至電感L6。更具體地說，當開關控制信號230為邏輯低時，開關元件222工作於開關閉合狀態，此時開關S6閉合，二極體D6被逆向偏置。因此，電源線241和地電性耦接至電感L6。電流I1’流經電源線241、電阻R6、開關S6、電感L6、LED鏈206和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電源線241。由於電流從電感L6之TA端流至TB端，輸出電壓V_{OUT_H}為電感L6充電，因此電流I1’上升。

此外，當開關控制信號230為邏輯高時，開關元件222工作於開關斷開狀態，此時開關S6斷開，二極體D6被順向偏置。因此，電源線242和地電性耦接至電感L6。電流I2’流經電源線242、二極體D6、電感L6、LED鏈206和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電源線242。電感L6放電為LED鏈206供電，從TA端流至TB端的電流(I2’)逐漸減小。與圖3所示的驅動電路300相似，開關控制器204透過調整開關控制信號230的責任週期來調整LED電流至電流期望值。

優點在於，在開關閉合狀態期間，二極體D6兩端的電壓V_D6小於輸出電壓V_{OUT_L}。在開關斷開狀態期間，開關S6兩端的電壓大致等於輸出電壓V_{OUT_H}減去輸出電壓V_{OUT_L}的差值。也就是說，透過利用輸出電壓電壓V_{OUT_L}，在開關開啟 和開關斷開狀態，開關S6和二極體D6兩端的工作電壓都保持小於輸出電壓V_{OUT_H}。因此，開關S6和二極體D6的額定電壓降低，驅動電路300的功耗和成本降低。

圖4A、圖4B和圖5所示例中的雙重轉換器304也可用於驅動電路600。如果使用圖4A和圖4B中所示的雙重轉換器304，在開關閉合狀態，次級線圈406將電流I1’從地經過電容414傳遞到電源線241。在開關斷開狀態，電流I2’從地流經電容414到電源線242。如果使用如圖5中所示的雙重轉換器304，在開關閉合狀態，次級線圈506將電流I1’從地經過電容516傳遞到電源線241。在開關斷開狀態，電流I2’從地流經電容516到電源線242。

圖7所示為根據本發明另一實施例的負載驅動電路700的示意圖。圖7中與圖2、圖3編號相同的元件具有類似的功能。圖7將結合圖2至圖5進行描述。

在圖7所示的例子中，與LED鏈206相連的開關調節器208為升壓轉換器結構。儲備元件220包括與電源線241相連的電感L7。開關元件222包括開關S7和二極體D7。在一個實施例中，開關S7可為N型金屬氧化物半導體電晶體。二極體D7的陽極和開關S7的汲極一起耦接至一個共同節點，共同節點透過電感L7連接到電源線241。開關S7的源極與電源線242相連。二極體D7的陽極透過LED鏈206和感測器210連接到地。

根據開關控制信號230(例如，脈衝寬度調變信號)，開關元件222選擇性地連接地、電源線241和電源線242至電感L7。更具體地說，當開關控制信號230為邏輯高電 位時，開關元件222工作於開關閉合狀態，此時開關S7閉合且二極體D7被逆向偏置。因此，電源線241和電源線242電性耦接至電感L7。電流I1”流經電源線241、電感L7、開關S7和電源線242，然後從電源線242經過雙重轉換器304流至電源線241。電流從電感L7之TA端流至TB端。電感L7被充電，電流I1”上升。由於二極體D7被逆向偏置，電容C7為LED鏈206供電。

此外，當開關控制信號230為邏輯低電位時，開關元件222工作於開關斷開狀態，此時開關S7斷開且二極體D7被順向偏置。因此，電源線241和地電性耦接至電感L7。電流I2”流經電源線241、電感L7、二極體D7、LED鏈206和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電源線241。電流從電感L7之TA端流至TB端。電流I2”下降，電感L7放電為LED鏈206供電並為電容C7充電。因此，透過調整開關控制信號230的責任週期，開關控制器204調節LED電流。

優點在於，在開關閉合狀態期間，二極體D7兩端的電壓V_D7小於輸出電壓V_{OUT_H}。在開關斷開狀態期間，開關S7兩端的電壓小於輸出電壓V_{OUT_H}。也就是說，透過利用輸出電壓電壓V_{OUT_L}，在開關閉合和開關斷開狀態，開關S7和二極體D7兩端的工作電壓都保持小於輸出電壓V_{OUT_H}。因此，開關S7和二極體D7的額定電壓小於輸出電壓V_{OUT_H}，降低了驅動電路700的功耗和成本。圖4A、圖4B和圖5所示例中的雙重轉換器304也可用於負載驅動電路700。如果使用圖4A和圖4B所示的雙重轉換器304，在開關閉 合狀態，次級線圈406將電流I1”從電源線242經過電容414傳遞到電源線241。在開關斷開狀態，電流I2”從地流經電容414到電源線241。如果使用如圖5所示的雙重轉換器304，在開關閉合狀態，次級線圈506將電流I1從電源線242經過電容516傳遞到電源線241。在開關斷開狀態，電流I2從地流經電容516到電源線241。只要結構在權力要求的範圍之內，開關調節器208可為其他結構，並不限於圖3、圖6中的降壓轉換器結構和圖7中的升壓轉換器結構。

圖8所示為根據本發明一實施例負載驅動電路800的電路圖。圖8與圖2編號相同的元件具有類似的功能。圖8將結合圖2、圖3、圖6和圖7進行描述。

負載驅動電路800包括轉換器電路202，用於在電源線241上產生輸出電壓V_{OUT_H}，並在電源線242上產生輸出電壓V_{OUT_L}。在圖8所示的例子中，負載驅動電路800用於驅動多串LED鏈。儘管圖8的例子僅顯示三串LED鏈806_1、806_2和806_3，負載驅動電路800可包括其他數目的LED鏈，並不以此為限。每串LED鏈連接至電路的方式與圖3的負載驅動電路300相似。例如，LED鏈806_1連接至包括二極體D8_1、開關S8_1和電感L8_1的開關調節器。LED鏈806_2連接至包括二極體D8_2、開關S8_2和電感L8_2的開關調節器。LED鏈806_3連接至包括二極體D8_3、開關S8_3和電感L8_3的開關調節器。

負載驅動電路800還包括多個開關控制器804_1、804_2和804_3，用於分別控制流經LED鏈806_1至806_3 的LED電流。例如，開關控制器804_1至804_3分別比較感測信號ISEN_1至ISEN_3和指示電流期望值的參考信號REF，並產生開關控制信號PWM_1至PWM_3來調整LED電流至預設電流值。也就是說，開關控制器804_1至804_3能夠平衡流經LED鏈806_1至806_3的電流，因此LED鏈806_1至806_3可提供平衡亮度。

開關控制器804_1至804_3還產生誤差信號VEA_1、VEA_2和VEA_3，每個誤差信號指示當流經LED鏈806_1至806_3之電流到達預設電流值時LED鏈806_1至806_3所需的順向電壓。負載驅動電路800還包括回授選擇電路812，回授選擇電路812接收誤差信號VEA_1至VEA_3，並判斷LED鏈806_1至806_3中哪一條LED鏈具有最大的順向電壓。結果，回授選擇電路812產生一回授信號810，指示具有最大順向電壓的LED鏈的LED電流。在一個實施例中，轉換器電路202根據回授信號810調整輸出電壓V_{OUT_H}來滿足具有最大順向電壓的LED鏈的供電需求。由於輸出電壓V_{OUT_H}能夠滿足具有最大順向電壓的LED鏈的供電需求，因此亦能滿足其他LED鏈的供電需求。負載驅動電路800可有其他結構，例如每條LED鏈806_1至806_3由圖6或圖7所示的電路驅動。

優點在於，由於電源線242上的輸出電壓V_{OUT_L}與LED鏈相關的開關元件的額定電壓下降。因此，負載驅動電路800的功耗和成本下降。

圖9所示為根據本發明一實施例的負載驅動電路(例如，負載驅動電路200)的操作流程圖900。圖9將結合圖 2至圖8進行描述。儘管圖9公開了某些特定的步驟，這些步驟僅僅作為示例。本發明適合執行與圖9類似或等同的其他步驟。

在步驟902中，第一電源線提供一第一輸出電壓(例如，輸出電壓V_{OUT_H})為光源(例如，LED鏈206)供電。

在步驟904中，第二電源線提供一小於第一輸出電壓的第二輸出電壓(例如，輸出電壓V_{OUT_L})。

在步驟906中，當開關元件(例如，開關元件222)工作於第一狀態時，儲能元件(例如，儲能元件220)被充電。

在步驟908中，當開關元件(例如，開關元件222)工作於第二狀態時，儲能元件(例如，儲能元件220)被放電。

在步驟910中，透過調整儲能元件充電和放電的持續時間比來調節流經光源的電流。在一個實施例中，儲能元件包括電感。在一個實施例中，開關元件包括電晶體和二極體。

在步驟912中，第二輸出電壓在第一狀態和第二狀態期間保持開關元件兩端的工作電壓小於第一輸出電壓。在一個實施例中，在第一狀態期間，儲能元件的電流導通，經過第一電源線和參考節點為儲能元件充電；在第二狀態期間，儲能元件的電流導通，經過第一電源線和第二電源線為儲能元件放電。在另一實施例中，在第一狀態期間，儲能元件的電流導通，經過第一電源線和參考節點為儲能元件充電；在第二狀態期間，儲能元件的電流導通，經過 第二電源線和參考節點為儲能元件放電。在又一個實施例中，在第一狀態期間，儲能元件的電流導通，經過第一電源線和第二電源線為儲能元件充電；在第二狀態期間，儲能元件的電流導通，經過第一電源線和參考節點為儲能元件放電。

根據本發明的實施例提供了一種為負載供電的驅動電路。為方便說明，本發明為發光二極體鏈的光源供電。然而，本發明並不局限於為光源供電，也可用於為其他類型的負載供電。驅動電路包括轉換器電路、儲能元件和開關元件。轉換器電路在第一電源線上提供第一輸出電壓來驅動光源，在第二電源線上提供小於第一輸出電壓的第二輸出電壓。當開關元件工作於第一狀態時，儲能元件充電，當開關元件工作於第二狀態時，儲能元件放電。透過調整第一狀態和第二狀態的持續時間比可調節流經光源的電流。

優點在於，由於第二電源線上的第二輸出電壓，在第一狀態和第二狀態期間，開關元件兩端的工作電壓保持小於第一輸出電壓。因此開關元件的額定電壓下降，驅動電路的功耗和成本降低。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此， 在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

100‧‧‧光源驅動電路

102‧‧‧轉換器電路

104‧‧‧開關控制器

106‧‧‧LED鏈

108‧‧‧開關調節器

130‧‧‧脈衝寬度調變(PWM)信號

141‧‧‧電源線

200‧‧‧負載驅動電路

202‧‧‧轉換器電路

204‧‧‧開關控制器

206‧‧‧光源

208‧‧‧開關調節器

210‧‧‧電流感測器

220‧‧‧儲能元件

222‧‧‧開關元件

230‧‧‧開關控制信號

232‧‧‧回授信號

234‧‧‧感測信號

241、242‧‧‧電源線

244‧‧‧參考節點

300‧‧‧負載驅動電路

302‧‧‧轉換器控制器

304‧‧‧雙重轉換器

310‧‧‧控制信號

402‧‧‧電阻

404‧‧‧初級線圈

405‧‧‧鐵芯

406‧‧‧次級線圈

408‧‧‧電容

410、412‧‧‧二極體

414‧‧‧電容

416‧‧‧開關

452‧‧‧升壓轉換器

454‧‧‧反馳式轉換器

460‧‧‧驅動信號

462‧‧‧電流感測信號

504‧‧‧初級線圈

505‧‧‧鐵芯

506‧‧‧級線圈

508‧‧‧輔助線圈

510、512‧‧‧二極體

514、516‧‧‧電容

518‧‧‧開關

600‧‧‧負載驅動電路

602‧‧‧誤差放大器

700‧‧‧負載驅動電路

800‧‧‧負載驅動電路

804_1、804_2、804_3‧‧‧開關控制器

806_1、806_2、806_3‧‧‧LED鏈

810‧‧‧回授信號

812‧‧‧回授選擇電路

900‧‧‧流程圖

902~912‧‧‧步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：

圖1所示為傳統光源驅動電路的方塊圖。

圖2所示為根據本發明一實施例負載驅動電路的方塊圖。

圖3所示為根據本發明一實施例負載驅動電路的方塊圖。

圖4A和4B所示為根據本發明一實施例的轉換器電路的示意圖。

圖5所示為根據本發明另一實施例的轉換器電路的示意圖。

圖6所示為根據本發明另一實施例的負載驅動電路的示意圖。

圖7所示為根據本發明另一實施例的負載驅動電路的示意圖。

圖8所示為根據本發明一實施例負載驅動電路的電路圖。

圖9所示為根據本發明一實施例的負載驅動電路的操作流程圖。

200‧‧‧負載驅動電路

202‧‧‧轉換器電路

204‧‧‧開關控制器

206‧‧‧光源

208‧‧‧開關調節器

210‧‧‧電流感測器

220‧‧‧儲能元件

222‧‧‧開關元件

230‧‧‧開關控制信號

232‧‧‧回授信號

234‧‧‧感測信號

241、242‧‧‧電源線

244‧‧‧參考節點

Claims (20)

1. 一種光源驅動電路，包括：一轉換器電路，在一第一電源線上提供一第一輸出電壓為一發光二極體光源供電，並在一第二電源線上提供小於該第一輸出電壓的一第二輸出電壓；一儲能元件，耦接至該發光二極體光源，調節流經該發光二極體光源的一電流；以及一開關元件，耦接至該轉換器電路和該儲能元件，當該開關元件工作於一第一狀態時，該儲能元件充電，當該開關元件工作於一第二狀態時，該儲能元件放電，其中，該轉換器電路提供該第二輸出電壓，以在該第一狀態和該第二狀態時，保持該開關元件兩端的一工作電壓小於該第一輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，其中，在該第一狀態期間，該開關元件導通流經該儲能元件的一電流流經該第一電源線和一參考節點，在該第二狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的該電流流經該第一電源線和該第二電源線。
3. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，其中，在該第一狀態期間，該開關元件導通流經該儲能元件的一電流流經該第一電源線和一參考節點，在該第二狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的該電流流經該第二電源線和該參考節點。
4. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，其中，在該第一狀態期間，該開關元件導通流經該儲能元件的一 電流流經該第一電源線和該第二電源線，在該第二狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的該電流流經該第一電源線和一參考節點。
5. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，進一步包括：一變壓器，具有一初級線圈和一次級線圈，該初級線圈接收一輸入電壓，該次級線圈在該次級線圈的一第一埠提供該第一輸出電壓，並在該次級線圈的一第二埠提供該第二輸出電壓。
6. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，進一步包括：一變壓器，具有一初級線圈、一次級線圈和一輔助線圈，該次級線圈和該輔助線圈耦接至一共同節點，該初級線圈接收一輸入電壓，該次級線圈在該次級線圈的一第一埠提供該第一輸出電壓，該輔助線圈在該共同節點提供該第二輸出電壓。
7. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，其中，該儲能元件包括一電感，該開關元件包括一開關和一二極體。
8. 如申請專利範圍第1項的光源驅動電路，其中，該第二輸出電壓係根據該第一輸出電壓的變化而變化。
9. 一種光源驅動電路，包括：一轉換器電路，在一第一電源線上提供一第一輸出電壓，以對多個發光二極體光源供電，並在一第二電源線上提供小於該第一輸出電壓的一第二輸出電壓；以 及多個開關調節器，耦接至該轉換器電路，調整流經該多個發光二極體光源的多個電流，每一該開關調節器包括一開關元件，當該開關元件工作於一第一狀態時，一儲能元件充電，當該開關元件工作於一第二狀態時，該儲能元件放電，透過調整該儲能元件充電和放電的持續時間比調節流經一相對應發光二極體光源的一電流，該轉換器電路提供該第二輸出電壓，以在該第一狀態和該第二狀態時，保持該開關元件兩端的一工作電壓小於該第一輸出電壓。
10. 如申請專利範圍第9項的光源驅動電路，進一步包括：多個開關控制器，耦接至該多個開關調節器，該多個開關控制器接收多個感測信號，該多個感測信號分別指示流經該多個發光二極體光源的多個電流，並比較該多個感測信號和指示一電流期望值的一參考信號，並根據多個比較結果之至少一個比較結果產生多個開關控制信號，該多個開關調節器接收該多個開關控制信號，調整流經該多個發光二極體光源的每一該電流至該電流期望值。
11. 如申請專利範圍第9項的光源驅動電路，其中，在該第一狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的電流流經該第一電源線和一參考節點，在該第二狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的該電流流經該第一電源線和該第二電源線。
12. 如申請專利範圍第9項的光源驅動電路，其中，在該第一狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的一電流流經該第一電源線和一參考節點，在該第二狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的該電流流經該第二電源線和該參考節點。
13. 如申請專利範圍第9項的光源驅動電路，其中，在該第一狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的一電流流經該第一電源線和該第二電源線，在該第二狀態期間，該開關元件導通該儲能元件的該電流流經該第一電源線和一參考節點。
14. 如申請專利範圍第9項的光源驅動電路，其中，該儲能元件包括一電感，該開關元件包括一開關和一二極體。
15. 一種對發光二極體光源供電方法，包括：在一第一電源線上提供一第一輸出電壓為一發光二極體光源供電；在一第二電源線上提供小於該第一輸出電壓的一第二輸出電壓；一開關元件工作於一第一狀態時，為一儲能元件充電；該開關元件工作於一第二狀態時，該儲能元件放電；調整該開關元件處於該第一狀態和該第二狀態的持續時間比來調節流經該發光二極體光源的一電流；以及提供該第二輸出電壓，以在該第一狀態和該第二狀態 中，保持該開關元件兩端的一工作電壓小於該第一輸出電壓。
16. 如申請專利範圍第15項的方法，進一步包括：導通該儲能元件的一電流流經該第一電源線和一參考節點，為該儲能元件充電；以及導通該儲能元件的該電流流經該第一電源線和該第二電源線，該儲能元件放電。
17. 如申請專利範圍第15項的方法，進一步包括：導通該儲能元件的一電流流經該第一電源線和一參考節點，為該儲能元件充電；以及導通該儲能元件的該電流流經該該第二電源線和該參考節點，該儲能元件放電。
18. 如申請專利範圍第15項的方法，進一步包括：導通該儲能元件的一電流流經該第一電源線和該第二電源線，為該儲能元件充電；以及導通該儲能元件的該電流流經該該第一電源線和一參考節點，該儲能元件放電。
19. 如申請專利範圍第15項的方法，其中，該儲能元件包括一電感。
20. 如申請專利範圍第15項的方法，其中，該開關元件包括一電晶體和一二極體。