TW201304596A - 具開路保護之發光二極體驅動電路 - Google Patents

Abstract

本發明之發光二極體驅動電路於偵測到發光二極體模組之跨壓過高時，進入開路保護狀態，使發光二極體驅動電路中的轉換控制器之工作電壓被拉低而停止運作以保護發光二極體驅動電路。發光二極體驅動電路可進一步以拴鎖住保護狀態，使發光二極體驅動電路除非被重新啟動或對發光二極體模組之開路狀態被解除，否則被持續拴鎖於保護狀態。

Description

具開路保護之發光二極體驅動電路

本發明係關於一種發光二極體驅動電路，尤指一種具有開路保護之發光二極體驅動電路

請參見第一圖，為習知常見之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一轉換控制器10、一電感L、一二極體D、一輸出電容C、一電晶體開關SW、一電流偵測電阻Rse，用以將一電壓源VIN之電力進行轉換等效成一電流源以驅動一發光二極體模組30發光。以下就發光二極體驅動電路之元件連接關係及電路操作進行說明。

發光二極體模組30之正端耦接電壓源VIN，負端耦接電感L之一端，而電感L之另一端耦接電晶體開關SW之一第一端。輸出電容C與發光二極體模組30並聯。二極體D之正端耦接電感L與電晶體開關SW之連接端，負端耦接電壓源VIN，以提供電感L之電流續流路徑。電晶體開關SW之一第二端透過電流偵測電阻Rse接地。轉換控制器10耦接電晶體開關SW之一控制端，藉由控制電晶體開關SW導通與截止時間的比例，達到調整提供至發光二極體模組30電力大小之作用。

當電晶體開關SW導通時，電流由電壓源VIN輸出，流經發光二極體模組30、電感L、電晶體開關SW及電流偵測電阻Rse到地。此時，電流流經電流偵測電阻Rse而產生一電流偵測訊號FB。轉換控制器10根據電流偵測電阻Rse判斷流經發光二極體模組30之電流大小，當發光二極體模組30之電流到達一預定電流值時，轉換控制器10截止電晶體開關SW一固定時間長度。此時，電感L之電流透過二極體D續流並釋放儲存於電感L及輸出電容C之上的能量，使發光二極體模組30持續發光。經固定時間長度後，轉換控制器10再度導通電晶體開關SW，使電感L及輸出電容C再度儲能。藉由上述過程，使發光二極體模組30之電流維持在一平均電流附近而達到穩定發光之目的。

然而，當發光二極體模組30中有任何發光二極體損毀或者任何電路異常，造成發光二極體模組不再流經任何電流而處於開路狀態且不發光。此時，若轉換控制器10仍持續運作，則造成不必要之能量損耗。而且由於發光二極體模組30因開路而不發光，若使用者為確認電路情況或更換發光二極體模組，則有觸電等人身安全之問題。

鑑於先前技術中的發光二極體於過壓時，無法進行適當的保護。本發明之發光二極體驅動電路於偵測到發光二極體模組之跨壓過高時，進入開路保護狀態，使發光二極體驅動電路中的轉換控制器之工作電壓被拉低而停止運作以保護發光二極體驅動電路。發光二極體驅動電路可進一步以拴鎖住保護狀態，使發光二極體驅動電路除非被重新啟動或對發光二極體模組之開路狀態被解除，否則被持續拴鎖於保護狀態。

為達上述目的，本發明提供了一種具開路保護之發光二極體驅動電路，包含一發光二極體模組、一轉換電路、一轉換控制器、一工作電壓產生電路、一過壓偵測電路以及一保護電路。轉換電路耦接一電壓源及發光二極體模組。轉換控制器根據代表發光二極體模組電流大小之一電流偵測訊號控制轉換電路運作以提供電力驅動發光二極體模組發光。工作電壓產生電路耦接電壓源以產生一工作電壓供轉換控制器操作所需。過壓偵測電路耦接發光二極體模組，於發光二極體模組跨壓超過一預定過壓保護值時判斷發光二極體模組處於一開路狀態並產生一開路保護訊號。保護電路根據開路保護訊號，將工作電壓產生電路所產生之工作電壓降低，使轉換控制器停止運作。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參見第二圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一轉換控制器100、一工作電壓產生電路110、一發光二極體模組130、一過壓偵測電路140、一保護電路150以及一轉換電路。在本實施例，轉換電路為一降壓轉換電路，包含一電感L、一二極體D、一輸出電容C及一電晶體開關SW，耦接一電壓源VIN以根據轉換控制器100的控制將電壓源VIN之電力進行轉換等效成一適當的電流源驅動發光二極體模組130穩定發光。輸出電容C與發光二極體模組130並聯，以濾除高頻訊號而提供穩定的電力至發光二極體模組130。發光二極體模組130的正端耦接電壓源VIN，負端耦接電感L之一端，而電感L之另一端耦接電晶體開關SW之一第一端及二極體D的正端。二極體D的負端耦接電壓源VIN，以作為電感L的電流續流路徑。電晶體開關SW的一第二端接地，而一控制端耦接轉換控制器100以根據轉換控制器100的控制於導通與截止之間切換。一電流偵測電阻Rse連接於電感L及電晶體開關SW之間，以產生電流偵測訊號FB+、FB-。轉換控制器100根據電流偵測訊號FB+、FB-判斷發光二極體模組130之電流大小，於發光二極體模組130之電流上升至一電流上位值時截止電晶體開關SW，於發光二極體模組130之電流下降至一電流下位值時導通電晶體開關SW，其中電流上位值大於電流下位值。如此，使發光二極體電流被控制於電流上位值及電流下位值之間而達到穩定發光二極體模組130發光之功能。

工作電壓產生電路110耦接電壓源VIN，以產生一工作電壓VDD供轉換控制器100操作所需。工作電壓產生電路110也可以耦接其他電源以取代耦接電壓源VIN來提供工作電壓VDD。工作電壓產生電路110包含電阻R1、R2、一輸入電容C1以及齊納二極體ZD。電阻R2、輸入電容C1以及齊納二極體ZD彼此並聯，並透過電阻R1耦接電壓源VIN。輸入電容C1將根據齊納二極體ZD的臨界電壓儲存電力以提供上述之工作電壓VDD。電阻R2作為一釋能路徑，於停止提供電壓源VIN時，將輸入電容C1之儲存能量釋放。

過壓偵測電路140耦接發光二極體模組130，以偵測發光二極體模組130的跨壓高低，於判斷發光二極體模組130的跨壓超過一預定過壓保護值時判斷發光二極體模組130處於一開路狀態並產生一開路保護訊號Iop。過壓偵測電路140包含電阻R11、R12、R14以及一雙載子接面電晶體BT。電阻R11、R12構成一分壓電路，並與發光二極體模組130並聯以產生代表發光二極體模組130跨壓之一電壓偵測訊號VD。雙載子接面電晶體BT的基極耦接電阻R11、R12的連接點以接收電壓偵測訊號VD。雙載子接面電晶體BT的射極透過電阻R14耦接電壓源VIN，集極則耦接保護電路150。雙載子接面電晶體BT為一P型雙載子接面電晶體，於基極電位低於射極電位一導通臨界電壓時，雙載子接面電晶體BT會導通而提供開路保護訊號Iop。

保護電路150耦接過壓偵測電路140及工作電壓產生電路110，根據該開路保護訊號Iop，將工作電壓產生電路110所產生之工作電壓VDD降低，使工作電壓VDD低於轉換控制器100的可操作電壓範圍而停止運作。保護電路150包含電阻R15及電晶體M1，電阻R15耦接於電晶體M1的控制端及接地，電晶體M1的一第一端耦接工作電壓產生電路110，一第二端接地。當電阻R15接收開路保護訊號Iop使電晶體M1的控制端的電位高於電晶體M1的導通臨界電壓時，電晶體M1導通，使工作電壓產生電路110中的輸入電容C1透過電晶體M1釋能，而使輸入電容C1所提供的工作電壓VDD被拉低而使轉換控制器100停止操作。如此，轉換電路不再進行電力轉換，使發光二極體模組130的跨壓不會繼續升高而達到開路保護之作用。

接著，請參見第三圖，為根據本發明之一第二較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。發光二極體驅動電路包含一轉換控制器200、一工作電壓產生電路210、一電力回送電路220、一發光二極體模組230、一過壓偵測電路240、一保護電路250、一拴鎖電路260以及一轉換電路。轉換電路耦接一電壓源VIN，包含一電感L、一二極體D、一輸出電容C及一電晶體開關SW。轉換控制器200根據代表發光二極體模組230電流大小之一電流偵測訊號FB控制轉換電路運作以提供電力驅動發光二極體模組230穩定發光。在本實施例，過壓偵測電路240以電晶體M2取代第二圖所示實施例之雙載子接面電晶體BT。

本實施例之發光二極體驅動電路與第二圖所示之發光二極體驅動電路主要差異在於多了電力回送電路220及拴鎖電路260，以下就這些主要差異進行說明。

拴鎖電路260耦接過壓偵測電路240及一共同電位(在此為接地電位)，以提供過壓偵測電路240一回路路徑。在本實施例中，拴鎖電路260包含一電阻R13，電阻R13的一端耦接過壓偵測電路240中的電阻R12，另一端接地。當發光二極體模組230的跨壓過高時，過壓偵測電路240判斷發光二極體模組230處於該開路狀態而產生一開路保護訊號Iop，使轉換控制器200因工作電壓VDD不足而停止操作。此時，轉換電路中不進行時電力轉換而不再提供電力至輸出電容C儲存，輸出電容C的跨壓可能會因為一些電流漏流路徑而逐漸降低。如此，過壓偵測電路240誤判過壓的情況解除，並使保護電路250中的電晶體M1截止。如此，工作電壓產生電路210所提供的工作電壓VDD再度上升而使轉換控制器200重新啟動。拴鎖電路260也耦接轉換電路中的輸出電容C，於發光二極體模組230處於該開路狀態時仍維持輸出電容C的跨壓高於預定過壓保護值。拴鎖電路260同時可提供一電流至過壓偵測電路240使過壓偵測電路240持續產生開路保護訊號Iop。當發光二極體模組230處於開路狀態時，輸出電容C的跨壓由過壓偵測電路240中的電阻R11、R12及拴鎖電路260中的電阻R13的阻值比例而決定，也就是vin*(r11+r12)/(r11+r12+r13)，其中vin為電壓源VIN的電壓，r11、r12、r13分別為電阻R11、R12、R13的阻值。vin*(r11+r12)/(r11+r12+r13)必須高於預定過壓保護值，使過壓偵測電路240於發光二極體模組230處於開路狀態時，持續產生開路保護訊號Iop。如此，即可達到將發光二極體驅動電路於發光二極體模組230於開路狀態未解除前，被拴鎖在保護狀態，避免發光二極體驅動電路持續供電時可能造成的使用者人身安全問題。而當發光二極體模組230的開路狀態被解除，而拴鎖電路260所提供的電力不足以維持發光二極體模組230穩定發光所需。此時，輸出電容C的跨壓將降低而使過壓偵測電路240停止產生開路保護訊號Iop而使保護電路250的電晶體M1截止。此時，工作電壓VDD回升而使轉換控制器200重新啟動而解除保護狀態的拴鎖。

電力回送電路220耦接於轉換電路及工作電壓產生電路210之間，於轉換電路進行電力轉換時，將部分電力由轉換電路傳送至工作電壓產生電路210中的輸入電容C1。如此，工作電壓產生電路210中的電阻R1的阻值提高，降低工作電壓產生電路210在發光二極體驅動電路不操作時的功率耗損。當轉換控制器200操作時，工作電壓產生電路210所提供電力不足的部分則可由電力回送電路220來補足。電力回送電路220包含了一電容C2、二極體D1、D2以及電阻R3。二極體D1、D2以及電阻R3依序串聯於接地電位及工作電壓產生電路210的齊納二極體ZD之負端之間，而電容C2耦接於轉換電路中的二極體D之正端及二極體D1、D2的連接點。當轉換電路中的電晶體開關SW導通時，電容C2透過二極體D1進行儲能。當轉換電路中的電晶體開關SW截止時，二極體D的正端電位拉高至約略高於電壓源VIN，此時電容C2透過二極體D2進行釋放能量至工作電壓產生電路210。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

先前技術：

10．．．轉換控制器

30．．．發光二極體模組

L．．．電感

D．．．二極體

C．．．輸出電容

SW．．．電晶體開關

Rse．．．電流偵測電阻

VIN．．．電壓源

FB．．．電流偵測訊號

本發明：

100、200．．．轉換控制器

110、210．．．工作電壓產生電路

220．．．電力回送電路

130、230．．．發光二極體模組

140、240．．．過壓偵測電路

150、250．．．保護電路

260．．．拴鎖電路

L．．．電感

D、D1、D2．．．二極體

C．．．輸出電容

SW．．．電晶體開關

VIN．．．電壓源

Rse．．．電流偵測電阻

FB、FB+、FB-．．．電流偵測訊號

R1、R2、R3、R11、R12、R13、R14、R15．．．電阻

C1．．．輸入電容

C2．．．電容

ZD．．．齊納二極體

Iop．．．開路保護訊號

BT．．．雙載子接面電晶體

VD．．．電壓偵測訊號

M1、M2．．．電晶體

第一圖為習知常見之發光二極體驅動電路之電路示意圖。

第二圖為根據本發明之一第一較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。

第三圖為根據本發明之一第二較佳實施例之發光二極體驅動電路之電路示意圖。

100．．．轉換控制器

110．．．工作電壓產生電路

130．．．發光二極體模組

140．．．過壓偵測電路

150．．．保護電路

L．．．電感

D．．．二極體

C．．．輸出電容

SW．．．電晶體開關

VIN．．．電壓源

Rse．．．電流偵測電阻

FB+、FB-．．．電流偵測訊號

R1、R2、R11、R12、R14、R15．．．電阻

C1．．．輸入電容

ZD．．．齊納二極體

Iop．．．開路保護訊號

BT．．．雙載子接面電晶體

VD．．．電壓偵測訊號

M1．．．電晶體

VDD．．．工作電壓

Claims (7)

1. 一種具開路保護之發光二極體驅動電路，包含：一發光二極體模組；一轉換電路，耦接一電壓源及該發光二極體模組；一轉換控制器，根據代表該發光二極體模組電流大小之一電流偵測訊號控制該轉換電路運作以提供電力驅動該發光二極體模組發光；一工作電壓產生電路，產生一工作電壓供該轉換控制器操作所需；一過壓偵測電路，耦接該發光二極體模組，於該發光二極體模組跨壓超過一預定過壓保護值時判斷該發光二極體模組處於一開路狀態並產生一開路保護訊號；以及一保護電路，根據該開路保護訊號，將該工作電壓產生電路所產生之該工作電壓降低，使該轉換控制器停止運作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具開路保護之發光二極體驅動電路，更包含一拴鎖電路耦接該過壓偵測電路及一共同電位，於該發光二極體模組處於該開路狀態時提供一電流至該過壓偵測電路使該過壓偵測電路持續產生該開路保護訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具開路保護之發光二極體驅動電路，更包含一拴鎖電路，其中該轉換電路包含一輸出電容以穩定該轉換電路所提供之電力，該拴鎖電路耦接該輸出電容，於該發光二極體模組處於該開路狀態時，維持該輸出電容之電壓高於該預定過壓保護值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具開路保護之發光二極體驅動電路，其中該拴鎖電路及該過壓偵測電路均包含至少一電阻，使該輸出電容之電壓於該發光二極體模組處於該開路狀態時根據該些電阻之阻值而定。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項其中之一所述之具開路保護之發光二極體驅動電路，更包含一電力回送電路耦接於該轉換電路及該工作電壓產生電路之間，該電力回送電路於該轉換電路運作時提供電力至該工作電壓產生電路。
6. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之具開路保護之發光二極體驅動電路，其中該過壓偵測電路包含一分壓電路及一電晶體，該分壓電路與該發光二極體模組並聯並於該發光二極體模組跨壓超過一預定過壓保護值導通該電晶體以提供一開路保護電流作為該開路保護訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具開路保護之發光二極體驅動電路，其中該保護電路包含一電阻及一電晶體，該電阻一端耦接該電晶體之一控制端而另一端耦接一共同電位，而該電晶體之一第一端耦接該工作電壓產生電路，一第二端耦接該電阻之該另一端，該開路保護電流流經該電阻時使該電晶體導通。