TW201415950A - 具有交直流直接轉換控制功能的積體電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種具有交直流直接轉換控制功能的積體電路。所提出之積體電路，用以與LED電路耦接以控制LED的電流。積體電路包含：複數個LED電流控制電路；第一誤差放大器，將反映複數個電流控制電路工作狀態的電壓之一與參考電壓比較；以及第一電晶體，根據誤差放大器的輸出，而控制對應的電流；其中，該積體電路既可與變壓器之二次側耦接、亦可與直流對直流電壓轉換器的輸出耦接。

Description

具有交直流直接轉換控制功能的積體電路
本發明係有關一種具有交直流直接轉換控制功能的積體電路。
請參閱第1圖，先前技術從交流電源供應電力來驅動LED照明時，通常需要一個交直流電源轉換供應裝置(AC-DC power regulator)10來將交流電轉換成直流電壓，再透過LED驅動電路20來控制通過LED的電流。交直流電源轉換供應裝置10中除變壓器13外，尚包含一次側電路11、二次側電路12、橋式整流電路14、及其他獨立元件(discrete device)如電容、二極體等(未示出)。二次側電路12偵測輸出電壓，並以光耦合方式將偵測結果反饋回一次側電路11中的開關控制電路PWM，以控制一次側電路11內功率開關P的操作。
以上先前技術的缺點是，其先由交直流電源轉換供應裝置10產生調節過的電壓，再由LED驅動電路20根據該電壓來控制LED的電流，因此至少必須使用一次側電路11、二次側電路12、及LED驅動電路20三顆積體電路晶片，在電路上並不經濟。
有關交直流電源轉換供應裝置，另有一種稱為LLC(電感-電感-電容)架構的先前技術，請見第2圖；其除了變壓器13的兩個電感外，另設置了一個電容，故稱為LLC架構。在LLC架構的先前技術中，一次側電路11a與第1圖先前技術稍有差異，係由LLC控制器111控制兩個功率開關P1,P2的操作，以控制變壓器的電壓轉換，達成調節電壓的目的。雖然整體架構略有不同，但使用此種先前技術 時，仍然具有前述問題，亦即至少必須使用一次側電路11a、二次側電路12、及LED驅動電路20三顆積體電路晶片，在電路上並不經濟。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種具有交直流直接轉換控制功能的LED驅動電路及相關方法。此外，本發明的積體電路不限於應用在交直流電源轉換的場合，亦可應用在直流-直流電源轉換的場合。
本發明目的之一在提供一種具有交直流直接轉換控制功能的LED驅動電路。
本發明的另一目的在提供一種驅動LED的方法。
本發明的另一目的在提供一種控制LED電流的積體電路。
為達上述之目的，就其中一個觀點言，本發明提供了一種具有交直流直接轉換控制功能的LED驅動電路，包含：一次側電路，其接收經整流後的交流電力，該一次側電路具有至少一功率開關；與一次側電路耦接的變壓器，根據一次側電路功率開關的操作，將一次側電壓轉換為二次側電壓，以供應給一LED電路；以及與變壓器耦接的二次側電路，其直接控制LED電路的電流，並產生反饋訊號給一次側電路，藉以控制一次側電路的功率開關。
在一實施例中，上述LED驅動電路的二次側電路包括：至少一個電流源，以控制流過LED電路中的電流；誤差放大器，將反映電流源工作狀態的一節點電壓與一參考電壓比較；以及一電晶體，根據誤差放大器的輸出，而控制一對應的電流。以該電晶體控制電流可有多種方式，例如，此電晶體可直接形成可控電流源電路，或與其他元件一起構成可控電流源電路，或輸出一可控電壓經一串聯電阻而控制其電流。
上述LED驅動電路可更包含一電壓調節電路，其接收該二次側電壓而產生經過調節的穩定電壓。該電壓調節電路例如為線性穩壓電路。
就另一個觀點言，本發明提供了一種交直流直接轉換控制發光二極體(LED)的方法，包含：接收經整流後的交流電力；以至少一功率開關控制一變壓器的一次側，將該整流後的交流電力轉換為該變壓器的二次側輸出電壓，供應給一LED電路；以至少一個電流源，控制流過該LED電路中的電流；以及反饋控制該功率開關，使該至少一個電流源之工作電壓不低於最低正常工作電壓。
上述方法中，可更包含：調節該將二次側輸出電壓，以產生經過調節的穩定電壓。
就又另一個觀點言，本發明提供了一種積體電路，用以與一LED電路耦接以控制LED的電流，該積體電路包含：至少一個電流控制電路；第一誤差放大器，將反映該電流控制電路工作狀態的一電壓與一參考電壓比較；以及第一電晶體，根據誤差放大器的輸出，而控制一對應的電流。
上述積體電路既可與變壓器之二次側耦接、亦可與直流對直流(DC/DC)電壓轉換器的輸出耦接；該第一電晶體控制的電流可用以控制一光耦合二極體，或用以反饋控制一直流對直流電壓轉換器。
上述積體電路可再將一電壓調節電路的全部或部分整合在內，該電壓調節電路例如可為一線性穩壓電路。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10‧‧‧交直流電源轉換供應裝置
11‧‧‧一次側電路
11a‧‧‧LLC架構之一次側電路
12‧‧‧二次側電路
13‧‧‧變壓器
14‧‧‧橋式整流電路
20‧‧‧LED驅動電路(先前技術)
30‧‧‧LED驅動電路(本發明)
32‧‧‧二次側電路
320‧‧‧積體電路
3211‧‧‧最小值選擇電路
3212‧‧‧過高電壓保護電路(OVP)
3213‧‧‧過高電流保護電路(OCP)
3214‧‧‧電壓調節電路
322‧‧‧光耦合二極體
325‧‧‧功能電路
40‧‧‧DC/DC電壓轉換電路
41‧‧‧DC/DC升壓控制器
50‧‧‧負載電路
111‧‧‧LLC控制器
CS1,CS2,CSN‧‧‧電流源
D‧‧‧二極體
EA,EACS1,EALDO,EAOCP,EAOVP‧‧‧誤差放大器
P,P1,P2,PLDO‧‧‧功率開關
Pcs1,Q1,Q2‧‧‧電晶體
R1,R2,Rcs1,Rocp‧‧‧電阻
第1圖說明先前技術透過交直流電源轉換供應裝置10將交流電壓轉換為直流電壓，再透過LED驅動電路20提供電力給LED電路。
第2圖顯示LLC架構之先前技術。
第3圖顯示本發明之第一實施例。
第4圖顯示本發明應用於LLC架構中之實施例。
第5圖顯示二次側電路32的一個實施例。
第6圖顯示二次側電路32的另一個實施例。
第7圖顯示本發明的另一個實施例，其中在二次側電路32中更包含有電壓調節電路，以供產生穩定的電壓。
第8圖舉例顯示積體電路320的詳細電路結構。
第9圖顯示積體電路320亦可應用於與直流對直流(DC/DC)電壓轉換電路40耦接。
第10圖舉例顯示第9圖結構的細節。
第11圖舉例顯示本發明電路的其他變化。
第3圖顯示本發明的第一個實施例，在本實施例中並不需要二次側電路12和LED驅動電路20兩顆積體電路晶片。如圖所示，本實施例之LED驅動電路30包含：一次側電路11，其接收經整流後的交流電力；與一次側電路耦接的變壓器13，將一次側電壓轉換為二次側電壓，以供應給負載電路50；以及與變壓器13耦接的二次側電路32，其直接控制負載電路50的電流，並產生反饋訊號，經光耦合方式反饋回一次側電路11。負載電路50例如為LED電路，但也可為任何需要控制電流的電路。
本發明這種「交直流直接轉換控制」的概念，亦可應用於LLC架構中，如第4圖所示，同樣由二次側電路32直接控制負載電路50的電流，並產生反饋訊號，經光耦合方式反饋回一次側電路11a。
以下以第3圖架構為例，說明二次側電路32的詳細結構；同樣的電路可應用於第4圖的LLC架構中，不另繪圖說明。
請參閱第5圖，在本實施例中，二次側電路32包含積體電路320、光耦合二極體322、以及二極體D。當負載電路50為多串LED時，積體電路320中包含多個電流源CS1-CSN，以對應控制各串LED上的電流。為使各串LED上的電流受控制，電流源CS1-CSN之工作電壓必須高於最低正常工作電壓。積體電路320中另包含最小值選擇電路3211，自各LED串上對應節點中選擇電壓最低者，輸入誤差放大器EA，與參考電壓Vref相比較；上述對應節點之電壓反映對應電流源的工作狀態。誤差放大器EA的輸出控制電晶體Q1，控制一對應的電流使光耦合二極體322發光。以電晶體Q1控制電流可有多種方式，例如，此電晶體可直接形成可控電流源電路，或與其他元件一起構成可控電流源電路，或輸出一可控電壓經一串聯電阻而控制其電流。就串聯電阻實施方式而言，該串聯電阻可以內建在積體電路320中，或外掛在串聯電阻之外以便由外部進行設定調整；圖中顯示為外掛的實施形式。光耦合二極體322所發的光經光耦合機制反饋到一次側電路中的光電晶體Q2，使開關控制電路PWM根據反饋訊號來控制功率開關P的操作(一般而言，光耦合二極體322和光電晶體Q2整合成一元件，稱為光耦合器)。如此，藉由反饋控制機制，可使電流源CS1-CSN之工作電壓均高於最低正常工作電壓，亦即電流源CS1-CSN可正常工作而使各串LED上的電流受到控制。換言之，本發明的LED驅動電路30直接控制了負載電路50的電流。如果負載電路50並非並聯電路而僅具有一條路徑(單一串LED)，則積體電路320中僅需設置一個電流源，且不需要設置最小值選擇電路3211。
第6圖顯示另一個實施例，在本實施例中，積體電路320內可再包含過高電壓保護電路(OVP,Over Voltage Protection)3212和過高電流保護電路(OCP,Over Current Protection)3213。OVP 3212可自變壓器13的 二次側輸出取分壓，當此分壓過高時，OVP 3212控制電晶體Q1，改變反饋訊號，使變壓器13二次側的輸出電壓下降、或使整體電路暫停工作。相似地，OCP 3213可偵測變壓器13的二次側電流，當此電流過高時，OCP 3213控制電晶體Q1，改變反饋訊號，使變壓器13二次側的電流下降、或使整體電路暫停工作。有關OVP或OCP的詳細電路，容後再舉例說明。
第7圖顯示另一個實施例。由於本發明之LED驅動電路30的主要目的是供應經過調節的電流(regulated current)給負載電路50，因此在前述各實施例中，變壓器13的二次側輸出電壓並非調節的主要標的，而是藉由調節電壓來保證電流源CS1-CSN在最佳工作狀態。但在某些應用中，也需要提供經過調節的電壓(regulated voltage)。因應此需求，本實施例中，LED驅動電路30另包含一個電壓調節電路3214，此電壓調節電路3214接收變壓器13的二次側輸出電壓，產生經過調節的電壓，供應給需要穩定電壓的功能電路325使用；電壓調節電路3214例如但不限於為線性穩壓電路。功能電路325例如為調整LED亮度的調光電路(dimming control circuit)，但亦可為其他任何需要穩定電壓的電路。電壓調節電路3214可以(但非絕對必要)部份或全部整合在積體電路320之內；功能電路325亦然。
第8圖舉例顯示更具體的電路實施例。圖中，誤差放大器EAcs1、電晶體Pcs1、電阻Rcs1構成電流源CS1，控制第一串LED上的電流(為簡化圖面，其他電流源未詳細畫出)。本實施例中，電晶體Pcs1和電阻Rcs1係外掛於積體電路320之外，但亦可整合在積體電路320之內。放大器(亦可為比較器)EAOVP構成過高電壓保護電路3212，其自變壓器13的二次側輸出取分壓，將分壓與參考電壓OVP Ref比較，並根據比較結果產生訊號控制電晶體Q1。放大器(亦可為比較器)EAOCP和電阻Rocp構成過高電流保護電路3213，其中電阻Rocp可外掛於積體電路320之外，以便利自外部設定過高臨界電流。變壓器13的二次側電流與電阻Rocp的乘積，與 參考電壓OCP Ref比較，並根據比較結果產生訊號控制電晶體Q1。在本實施例中，電壓調節電路3214為線性穩壓電路，例如為低壓降穩壓電路(LDO,Low-Drop Out circuit)，包含誤差放大器EALDO、電晶體PLDO、和電阻R1、R2，其調節變壓器13的二次側電壓，產生穩定的電壓供應給功能電路325。本實施例中電晶體PLDO、和電阻R1、R2係外掛在積體電路320之外。
除了可以進行交直流轉換並同時控制LED電流之外，本發明尚具有另一優點。以上實施例中的積體電路320，並不限於必須應用在交直流轉換電路的二次側。請參閱第9圖，積體電路320亦可應用於與直流對直流(DC/DC)電壓轉換電路40耦接，以根據DC/DC電壓轉換電路40所產生的電壓來控制負載電路50的電流。其詳細電路結構例如請參閱第10圖，DC/DC電壓轉換電路40例如為升壓轉換電路，則根據本發明，可不必使用光耦合方式而直接將電晶體Q1所產生的反饋訊號傳送給DC/DC電壓轉換電路40中的DC/DC升壓控制器41，以控制功率開關。因此，本發明之積體電路320具有多用途的優點。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。以上各實施例中的電路細節有各種變化方式，均應屬於本發明的範圍。例如請參閱第11圖，誤差放大器EA可經一反向調節電路OPinv而控制電晶體Q1；如此光耦合二極體322可以耦接在電晶體Q1的射極而非集極，等等。凡此種種，均應包含在本發明的範圍之內。
此外，同為本案申請人所申請的第095138636號、第096103556號、第096103557號專利中的各種安全保護及性能增進方式等技術細節，亦能搭配在本發明之電路架構中使用，凡此種種搭配性組合，均應包含在本發明的範圍之內。
11‧‧‧一次側電路
13‧‧‧變壓器
14‧‧‧橋式整流電路
30‧‧‧LED驅動電路
320‧‧‧積體電路
3211‧‧‧最小值選擇電路
322‧‧‧光耦合二極體
325‧‧‧功能電路
50‧‧‧負載電路
D‧‧‧二極體
EA,EACS1,EALDO,EAOCP,EAOVP‧‧‧誤差放大器
PLDO‧‧‧功率開關
Pcs1,Q1‧‧‧電晶體
R1,R2,Rcs1,Rocp‧‧‧電阻

Claims (8)

  1. 一種積體電路，用以與一LED電路耦接以控制LED的電流，該積體電路包含：複數個LED電流控制電路；第一誤差放大器，將反映該複數個電流控制電路工作狀態的電壓之一與一參考電壓比較；以及第一電晶體，根據誤差放大器的輸出，而控制一對應的電流；其中，該積體電路既可與變壓器之二次側耦接、亦可與直流對直流電壓轉換器的輸出耦接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該第一電晶體控制的電流係用以控制一光耦合二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該第一電晶體控制的電流係用以反饋控制一直流對直流電壓轉換器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該電流控制電路為電流源。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，其中該電流控制電路為第二誤差放大器，其與外掛之第二電晶體和電阻構成電流源。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，更包含：電壓調節電路，其接收一電壓而產生經過調節的穩定電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，更包含：第二誤差放大器，其與外掛之第二電晶體和電阻構成線性穩壓電路。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路，更包含：一個最小值選擇電路，選擇反映各個電流控制電路工作狀態的電壓中電壓最低者，輸入第一誤差放大器。
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