TW201352058A - 發光二極體串的驅動電路及其驅動方法 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體串的驅動電路，包括有：電源供應單元用以接收一輸入電壓與輸出一驅動電壓至複數個發光二極體串列；比較單元用以接收輸入電壓並根據輸入電壓與一設定電壓的關係，輸出一第一控制訊號；控制單元用以接收第一控制訊號，並根據第一控制訊號的電位產生一第二控制訊號；以及切換單元具有複數個開關元件，而該些開關元件分別由第二控制訊號致能，以形成不同的電性迴路，進而使該些發光二極體串列透過切換單元的電性迴路形成一並聯迴路或一串聯迴路。

Description

發光二極體串的驅動電路及其驅動方法

本發明是有關於一種驅動電路及其驅動方法，且特別是有關於一種發光二極體串列的驅動電路及其驅動方法。

發光二極體是一種目前常見能發光的半導體電子元件。這種電子元件早在1960年代出現，發展至今能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當的光度。發光二極體的用途也擴展到作為指示燈、顯示板及顯示器背光模組等，並且隨著白光發光二極體的出現而逐漸發展為照明的用途。

目前發光二極體的驅動電路通常利用升壓電路對輸入電壓進行升壓，以提供驅動發光二極體所需的電壓。但是當輸入電壓提供的電壓下降時，會導致升壓比率上升，因此，電源轉換效率變差。然而隨著節能需求的提升，發光二極體的驅動電路在運作時，其運作的效率也日益重要。

本發明提出一種發光二極體串列的驅動電路及其驅動方法，係根據輸入電壓的電壓值對應調整發光二極體串列的電性耦接關係，藉以改善電源轉換效率變差的問題。

因此，本發明實施例的發光二極體串列的驅動電路，包括有複數個發光二極體串列、電源供應單元、比較單元、控制單元與切換單元。所述的電源供應單元電性耦接於該些發光二極 體串列。所述的電源供應單元接收一輸入電壓與輸出一驅動電壓至該些發光二極體串列。所述的比較單元用以接收輸入電壓並根據輸入電壓與一設定電壓的關係，輸出一第一控制訊號。所述的控制單元電性耦接於比較單元。所述的控制單元用以接收第一控制訊號，並根據第一控制訊號的電位產生一第二控制訊號。所述的切換單元分別電性耦接於控制單元、電源供應單元與該些發光二極體串列。所述的切換單元具有複數個開關元件，而該些開關元件分別由第二控制訊號致能，以形成不同的電性迴路，其中於該些發光二極體串列透過切換單元的電性迴路形成一並聯迴路時，由驅動電壓驅動控制並聯迴路的發光二極體串列，於該些發光二極體串列透過切換單元的電性迴路形成一串聯迴路時，由驅動電壓驅動控制串聯迴路的發光二極體串列。

另外，本發明實施例的發光二極體串列的驅動方法，係用以驅動一驅動電路，所述的驅動電路包括有複數個發光二極體串列、一電性耦接於該複數個發光二極體串列的電源供應單元、一接收一輸入電壓的比較單元、一電性耦接於該比較單元的控制單元、以及一分別電性耦接於控制單元、電源供應單元與該些發光二極體串列的切換單元。所述的驅動方法包括有：首先，透過比較單元比較輸入電壓與一設定電壓，以使比較單元輸出一第一控制訊號至控制單元；接著，透過控制單元接收第一控制訊號，以使控制單元輸出一第二控制訊號至切換單元；及由第二控制訊號致能切換單元，以形成不同的電性迴路，並使該些發光二極體串列透過切換單元的電性迴路形成一並聯迴路或一串聯迴路。

綜上所述，本發明的發光二極體串列的驅動電路及其驅動 方法，係根據輸入電壓的大小，以改變發光二極體串列的耦接關係，進而提升電源轉換效率。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1係為本發明實施例之電路方塊圖。如圖1所示，本發明實施例之發光二極體串列的驅動電路包括有電源供應單元10、比較單元20、控制單元30、切換單元40、發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。

電源供應單元10分別電性耦接於發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。電源供應單元10用以將接收的輸入電壓Vin的電壓進行轉換，以輸出驅動電壓Vled至發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。電源供應單元10可例如是由升壓轉換器電路所構成，但不以此為限。

如圖1所示，電源供應單元10包括有電感器L1、二極體D1與開關元件S0。所述的電感器L1具有第一端(圖中未標示)與第二端(圖中未標示)。電感器L1的第一端用以接收輸入電壓Vin。所述的二極體D1具有第一端(圖中未標示)與第二端(圖中未標示)。二極體D1的第一端(例如，正極端)電性耦接於電感器L1的第二端。二極體D1的第二端(例如，負極端)分別電性耦接於切換單元40與發光二極體串列DS1的正極端。所述的開關元件S0可例如是由場效電晶體或雙極性電晶體所構成，較佳者為N型薄膜電晶體，但不以此為限。開關元件S0具有第一端(例如，汲極端)、控制端(例如，閘極端)與第二端(例如，源極端)。開關元件S0的第一端電性耦接於二極體D1的 第一端。開關元件S0的控制端接收第三控制訊號Con3。開關元件S0的第二端電性耦接於地。

比較單元20具有第一輸入端(圖中未示)與第二輸入端(圖中未示)與輸出端(圖中未示)。比較單元20的第一輸入端接收所述的輸入電壓Vin，而比較單元20的第二輸入端接收所述的設定電壓Vd。比較單元20根據輸入電壓Vin的電壓值與設定電壓Vd的電壓值的關係，輸出第一控制訊號Con1。舉例來說，當輸入電壓Vin的電壓值大於設定電壓Vd的電壓值時，則比較單元20輸出具有高電位的第一控制訊號Con1。當輸入電壓Vin的電壓值小於設定電壓Vd的電壓值時，則比較單元20輸出具有低電位的第一控制訊號Con1。

控制單元30電性耦接於比較單元20的輸出端。控制單元30用以接收所述的第一控制訊號Con1。控制單元30根據第一控制訊號Con1的電位產生第二控制訊號。所述的控制單元30可以使用例如特殊用途積體電路(Application-specific integrated circuit,ASIC)、現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)、微控制器(MCU)等積體電路或邏輯電路實現。

如圖1所示，切換單元40分別電性耦接於控制單元30、電源供應單元10、發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。切換單元40具有開關元件S1、開關元件S2與開關元件S3。開關元件S1、開關元件S2與開關元件S3分別由第二控制訊號致能，以形成不同的電性迴路。

所述的開關元件S1~S3可例如是由場效電晶體或雙極性電晶體所構成，較佳者為N型薄膜電晶體，但不以此為限。所述的開關元件S1~S3分別具有第一端(例如，汲極端)、控制端(例如，閘極端)與第二端(例如，源極端)。更具體的說，開 關元件S1的第一端分別電性耦接於二極體D1的第二端與發光二極體串列DS1的正極端。開關元件S1的控制端電性耦接於控制單元30的第一輸出端(圖中未標示)。開關元件S1的第二端分別電性耦接於開關元件S3的第二端與發光二極體串列DS2的正極端。

如上所述，開關元件S2的第一端分別電性耦接於開關元件S3的第一端與發光二極體串列DS1的負極端。開關元件S2的控制端電性耦接於控制單元30的第二輸出端(圖中未標示)。開關元件S2的第二端電性耦接於穩流單元50。所述的開關元件S3的第一端分別電性耦接於開關元件S2的第一端與發光二極體串列DS1的負極端。開關元件S3的控制端電性耦接於控制單元30的第三輸出端(圖中未標示)。開關元件S3的第二端分別電性耦接於開關元件S1的第二端與發光二極體串列DS2的正極端。另外，在本發明實施例中，切換單元40的開關元件的數量與耦接關係是根據發光二極體串列的數量作舉例說明，但並不以此為限。

如圖1所示，在本發明的另一個實施例中，發光二極體串列的驅動電路還包括有穩流單元50與限流單元60。所述的穩流單元50分別電性耦接於切換單元40、發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。穩流單元50用以使流經發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2的電流維持在固定值。所述的限流單元60分別電性耦接於穩流單元50與開關元件S0。限流單元60用以避免流經發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2的電流超過一個臨界值。當流經發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2的電流超過臨界值，則由限流單元60輸出第三控制訊號Con3至開關元件S0的控制端。

接下來，請參照圖2A，圖2A係為本發明實施例之切換單元作動示意圖。如圖2A所示，比較單元20根據輸入電壓Vin與設定電壓Vd的關係，輸出第一控制訊號Con1。舉例來說，當輸入電壓Vin的電壓值大於設定電壓Vd的電壓值時，比較單元20輸出具有高電位的第一控制訊號Con1至控制單元30。接著，控制單元30根據第一控制訊號Con1的電位輸出多組第二控制訊號至切換單元40，並使得開關元件S1為斷開、開關元件S2為斷開與開關元件S3為導通。

因此，發光二極體串列DS1的負極端透過開關元件S3電性耦接於發光二極體串列DS1的正極端，進而形成串聯迴路。換句話說，發光二極體串列DS1、發光二極體串列DS2透過切換單元40的電性迴路形成串聯迴路。

請參照圖2B，圖2B係為本發明實施例之切換單元另一作動示意圖。如圖2B所示，當輸入電壓Vin的電壓值小於設定電壓Vd的電壓值時，比較單元20輸出具有低電位的第一控制訊號Con1至控制單元30。接著，控制單元30根據第一控制訊號Con1的電位輸出多組第二控制訊號至切換單元40，並使得開關元件S1為導通、開關元件S2為導通與開關元件S3為斷開。

因此，發光二極體串列DS1的負極端透過開關元件S2電性耦接於穩流單元50，而發光二極體串列DS1的正極端電性耦接於二極體D1的第二端，而發光二極體串列DS2的正極端透過開關元件S1電性耦接於二極體D1的第二端，而發光二極體串列DS2的負極端電性耦接於穩流單元50，進而形成並聯迴路。換句話說，發光二極體串列DS1、發光二極體串列DS2透過切換單元40的電性迴路形成串聯迴路。藉此，發光 二極體串列DS1與發光二極體串列DS2的耦接關係可根據輸入電壓Vin的電壓值作變化，進而可提升電源轉換效率。另外，隨著電源轉換效率的提升亦可降低電力的消耗。

值得一提的是，當發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2透過切換單元40的電性迴路形成並聯迴路時，則由驅動電壓Vled驅動控制形成並聯迴路的發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。當發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2透過切換單元40的電性迴路形成串聯迴路時，則由驅動電壓Vled驅動控制形成並聯迴路的發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2。換句話說，本發明實施例的驅動電路不會因為輸入電壓Vin的變化而關閉或旁路發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2，因此較不會發生亮度不均勻的現象。更具體說，流過發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2所形成的串聯迴路的電流值與流過發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2所形成的並聯迴路的電流值為相同，藉此，本發明實施例中發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS2的整體亮度不易受到影響。

接下來，請一併參照圖1與圖3，圖3係為本發明實施例之發光二極體串列的驅動方法步驟流程圖。如圖3所示，首先，在步驟S301中，比較單元20的第一輸入端接收輸入電壓Vin，而比較單元20的第二輸入端接收設定電壓Vd。

接著，在步驟S303中，比較單元20透過比較輸入電壓Vin的電壓值與設定電壓Vd的電壓值，以判斷輸入電壓Vin是否大於設定電壓Vd。在步驟S305中，當輸入電壓Vin大於設定電壓Vd時，比較單元20輸出具有高電位的第一控制訊號Con1至控制單元30。在步驟S307中，當輸入電壓Vin小 於設定電壓Vd時，比較單元20輸出具有低電位的第一控制訊號Con1至控制單元30。另外，當輸入電壓Vin等於設定電壓Vd時，則比較單元20可設計為不輸出第一控制訊號Con1。

接下來，在步驟S309中，控制單元30根據所接收的第一控制訊號輸出第二控制訊號制切換單元40。舉例來說，當控制單元30所接收的第一控制訊號Con1為高電位時，則分別輸出具有低電位的第二控制訊號至開關元件S1與開關元件S2，以及輸出具有高電位的第二控制訊號至開關元件S3，進而使開關元件S1與開關元件S2為斷開，而開關元件S3為導通。當控制單元30所接收的第一控制訊號Con1為低電位時，則分別輸出具有高電位的第二控制訊號至開關元件S1與開關元件S2，以及輸出具有低電位的第二控制訊號至開關元件S3，進而使開關元件S1與開關元件S2為導通，而開關元件S3為斷開。

在步驟S311中，由第二控制訊號致能切換單元40，以使發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS1共同形成並聯迴路或串聯迴路。舉例來說，當開關元件S1與開關元件S2為斷開，而開關元件S3為導通時，則發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS1共同形成串聯迴路。當開關元件S1與開關元件S2為導通，而開關元件S3為斷開時，則發光二極體串列DS1與發光二極體串列DS1共同形成並聯迴路。

綜上所述，本發明的發光二極體串列的驅動電路及其驅動方法，係根據輸入電壓的大小，以改變發光二極體串列的耦接關係，進而提升電源轉換效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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內，當 可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧電源供應單元

20‧‧‧比較單元

30‧‧‧控制單元

40‧‧‧切換單元

50‧‧‧穩流單元

60‧‧‧限流單元

Con1‧‧‧第一控制訊號

Con3‧‧‧第三控制訊號

D1‧‧‧二極體

DS1‧‧‧發光二極體串列

DS2‧‧‧發光二極體串列

L1‧‧‧電感器

S0~S3‧‧‧開關元件

Vin‧‧‧輸入電壓

Vd‧‧‧設定電壓

Vled‧‧‧驅動電壓

S301~S311‧‧‧方法步驟說明

圖1繪示為本發明實施例之電路方塊圖。

圖2A繪示為本發明實施例之切換單元作動示意圖。

圖2B繪示為本發明實施例之切換單元另一作動示意圖。

圖3繪示為本發明實施例的發光二極體串列的驅動方法步驟流程圖。

10‧‧‧電源供應單元

20‧‧‧比較單元

30‧‧‧控制單元

40‧‧‧切換單元

50‧‧‧穩流單元

60‧‧‧限流單元

Con1‧‧‧第一控制訊號

Con3‧‧‧第三控制訊號

D1‧‧‧二極體

DS1‧‧‧發光二極體串列

DS2‧‧‧發光二極體串列

L1‧‧‧電感器

S0~S3‧‧‧開關元件

Vin‧‧‧輸入電壓

Vd‧‧‧設定電壓

Vled‧‧‧驅動電壓

Claims (12)

1. 一種發光二極體串列的驅動電路，包括：複數個發光二極體串列；一電源供應單元，電性耦接於該些發光二極體串列，並接收一輸入電壓與輸出一驅動電壓至該些發光二極體串列；一比較單元，用以接收該輸入電壓並根據該輸入電壓與一設定電壓的關係，輸出一第一控制訊號；一控制單元，電性耦接於該比較單元，以接收該第一控制訊號，並根據該第一控制訊號的電位產生一第二控制訊號；以及一切換單元，分別電性耦接於該控制單元、該電源供應單元與該些發光二極體串列，該切換單元具有複數個開關元件，該些開關元件分別由該第二控制訊號致能，以形成不同的電性迴路；其中於該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成一並聯迴路時，由該驅動電壓驅動控制該並聯迴路的發光二極體串列，於該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成一串聯迴路時，由該驅動電壓驅動控制該串聯迴路的發光二極體串列。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中還包括有一穩流單元，分別電性耦接於該切換單元與該些發光二極體串列，該穩流單元用以使流經該些發光二極體串列的電流維持在一固定值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中該些發光二極體串列包括有：一第一發光二極體串列，具有一正極端與一負極端，該第一發光二極體串列的正極端電性耦接於該電源供應單元，該第一發光二極體串列的負極端電性耦接於該切換單元；及一第二發光二極體串列，具有一正極端與一負極端，該第二發光二極體串列的正極端電性耦接於該切換單元，該第一發光二極體串列的負極端電性耦接於該穩流單元。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中該電源供應單元包括有：一電感器，具有一第一端與一第二端，該電感器的第一端用以接收該輸入電壓；一二極體，具有一第一端與一第二端，該二極體的第一端電性耦接於該電感器的第二端，該二極體的第二端分別電性耦接於該切換單元與該第一發光二極體串列的正極端；及一第一開關元件，具有一第一端、一控制端與一第二端，該第一開關元件的第一端電性耦接於該二極體的第一端，該第一開關元件的第二端電性耦接於地。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中該切換單元包括有：一第二開關元件，具有一第一端、一控制端與一第二端，該第二開關元件的第一端電性耦接於該二極體的第二端，該第二開關元件的控制端電性耦接於該控制單元，該第二開關元件的第二端電性耦接於該第二發光二極體串列的正極端； 一第三開關元件，具有一第一端、一控制端與一第二端，該第三開關元件的第一端電性耦接於該第一發光二極體串列的負極端，該第三開關元件的控制端電性耦接於該控制單元，該第三開關元件的第二端電性耦接於該穩流單元；以及一第四開關元件，具有一第一端、一控制端與一第二端，該第四開關元件的第一端電性耦接於該第一發光二極體串列的負極端，該第四開關元件的控制端電性耦接於該控制單元，該第四開關元件的第二端電性耦接於該第二發光二極體串列的正極端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中於該輸入電壓大於該設定電壓時，該比較單元輸出具有高電位的該第一控制訊號至該控制單元，於該輸入電壓小於該設定電壓時，該比較單元輸出具有低電位的該第一控制訊號至該控制單元。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中於該輸入電壓大於該設定電壓時，該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成該串聯迴路，於該輸入電壓小於該設定電壓時，該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成該並聯迴路。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體串列的驅動電路，其中流過該些發光二極體串列所形成的該串聯迴路的電流值與流過該些發光二極體串列所形成的該並聯迴路的電流值為相同。
9. 一種發光二極體串列的驅動方法，係用以驅動一驅動電路，該驅動電路包括有複數個發光二極體串列、一電性耦接於該複數個發光二極體串列的電源供應單元、一接收一輸入電壓的比較單元、一電性耦接於該比較單元的控制單元、以及一分別電性耦接於該控制單元、該電源供應單元與該些發光二極體串列的切換單元，該驅動方法包括有：透過該比較單元比較該輸入電壓與一設定電壓，以使該比較單元輸出一第一控制訊號至該控制單元；透過該控制單元接收該第一控制訊號，以使該控制單元輸出一第二控制訊號至該切換單元；及由該第二控制訊號致能該切換單元，以形成不同的電性迴路，並使該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成一並聯迴路或一串聯迴路。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體串列的驅動方法，其中於該輸入電壓大於該設定電壓時，該比較單元輸出具有高電位的該第一控制訊號至該控制單元，於該輸入電壓小於該設定電壓時，該比較單元輸出具有低電位的該第一控制訊號至該控制單元。
11. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體串列的驅動方法，其中於該輸入電壓大於該設定電壓時，該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成該串聯迴路，於該輸入電壓小於該設定電壓時，該些發光二極體串列透過該切換單元的電性迴路形成該並聯迴路。
12. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體串列的驅動方法，其中流過該些發光二極體串列所形成的該串聯迴路的電流值與流過該些發光二極體串列所形成的該並聯迴路的電流值為相同。