TW201501568A - 發光元件驅動電路 - Google Patents

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Liang-Hsiang Chiu
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Abstract

本發明提供一種發光元件驅動電路,用於驅動複數個發光元件串,所述電路包括電源電路、複數個電流源、複數個誤差放大器、複數個第一二極體與控制電路。電源電路提供驅動電壓至每一發光元件串。每一誤差放大器之反向輸入端分別耦接所對應之發光元件串之第二端。每一誤差放大器放大輸出所對應之發光元件串之第二端之電壓與第一參考電壓之差異。每一第一二極體之陽極耦接所對應之誤差放大器之輸出端,所述第一二極體之陰極彼此耦接。控制電路依據被導通之第一二極體之陰極的電壓調整電源電路之驅動電壓。

Description

發光元件驅動電路
本發明有關於一種驅動電路,且特別是一種發光元件驅動電路。
發光元件如發光二極體(Light Emitting Diode,LED)不僅本身可以用作顯示元件,也可以用作為顯示器的背光源。發光二極體的發光亮度會隨著導通電流的增加而增加。為了提供顯示器均勻亮度的光源,可以使用多個發光元件串,且使每一個發光元件串的導通電流相同。
通常,發光元件串是由多個發光元件(如LED)串聯所構成,每一個發光元件串的一端接收一驅動電壓,另一端耦接一電流源。若每一個發光元件串的導通電壓(或跨壓)相同,則可以設計相同的電流源,並使所述電流源提供每一個發光元件串相同的電流,如此每一個發光元件串所發出的光源的亮度則相同。
然而,發光元件在製程上的變異(process variation)會使得具有相同設計的發光元件彼此的跨壓會不同,進而使得各發光元件串的總壓降有明顯的差異。以現有技術而言,作為背光源的多個發光元件串都耦接到相同的驅動電壓,其中具有較大總壓降的發光元件串可能會使得發光元件串耦接電流源的端點的電壓過低,進而使得所對應的電流源無法維持在正常工作。
本發明實施例提供一種發光元件驅動電路,使複數個發光元件串的導通電流達到相同的電流。
本發明實施例提供一種發光元件驅動電路,用於驅動複數個 發光元件串,每一發光元件串包括至少一發光元件,每一發光元件串具有第一端以及第二端,發光元件驅動電路包括電源電路、複數個電流源、複數個誤差放大器、複數個第一二極體與控制電路。電源電路提供驅動電壓至每一發光元件串之第一端。複數個電流源與所述發光元件串彼此一一對應,每一電流源分別耦接所對應之發光元件串之第二端。複數個誤差放大器與所述發光元件串彼此一一對應,每一誤差放大器之反向輸入端分別耦接所對應之發光元件串之第二端。每一誤差放大器之非反向輸入端接收第一參考電壓,每一誤差放大器放大輸出所對應之發光元件串之第二端之電壓與第一參考電壓之差異。複數個第一二極體與所述誤差放大器彼此一一對應,每一第一二極體之陽極耦接所對應之誤差放大器之輸出端。所述第一二極體之陰極彼此耦接,其中在所述誤差放大器中具有較大電壓的輸出端所對應之第一二極體被導通,其他第一二極體被截止,所述第一二極體之陰極之電壓為一偵測電壓。控制電路控制電源電路之驅動電壓,且接收偵測電壓。控制電路將偵測電壓與參考值比較,據此調整電源電路之驅動電壓,以使所述電流源提供相同的電流至所述發光元件串。
綜上所述,本發明實施例提供一種發光元件驅動電路,其誤差放大器提供發光元件串的第二端的電壓與第一參考電壓的差值至第一二極體的陽極,且透過彼此並聯的第一二極體將較大跨壓的發光元件串所產生的較低電壓(發光元件串的第二端的電壓)轉換成偵測信號(例如:偵測電壓),以使控制電路控制電源電路調整提供至發光元件串的驅動電壓。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明,而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1、1’、2‧‧‧發光元件驅動電路
11a、11b、11c、11n、21a、21b、21n‧‧‧發光元件串
12、22‧‧‧電源電路
13、23‧‧‧電流源
14、14a、14b、14c、24‧‧‧誤差放大器
15、15a、15b、15c、25‧‧‧第一二極體
16、26‧‧‧控制電路
VOUT‧‧‧驅動電壓
A、B、C、N‧‧‧節點
Det‧‧‧偵測電壓
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vref2‧‧‧第二參考電壓
Vr‧‧‧參考值
221‧‧‧電容
222‧‧‧第二二極體
223‧‧‧電子開關
224‧‧‧電感
261‧‧‧電流偵測單元
262‧‧‧鋸齒波產生器
263‧‧‧比較器
264‧‧‧脈衝寬度控制單元
265‧‧‧加法器
2611‧‧‧電阻
2612‧‧‧放大器
231‧‧‧電晶體
232‧‧‧電阻
233‧‧‧運算放大器
P1、P2、P3‧‧‧輸出端
VIN‧‧‧輸入電壓
圖1是本發明實施例提供的發光元件驅動電路的電路圖。
圖2是本發明另一實施例提供的發光元件驅動電路的電路圖。
圖3是本發明另一實施例提供的發光元件驅動電路的細部電路圖。
〔發光元件驅動電路之實施例〕
請參照圖1,圖1是本發明實施例提供的發光元件驅動電路的電路圖。發光元件驅動電路1用於驅動複數個發光元件串11a、11b、11n,每一發光元件串(11a、11b或11n)包括至少一發光元件,每一發光元件串(11a、11b或11n)具有第一端以及第二端。所述發光元件可以例如是發光二極體。在本實施例中有N串發光元件串,每一個發光元件串具有四個串聯的發光二極體,如圖1所示。然而,本發明並不限定發光元件串的數目,且每一個發光元件串所具有的發光元件數目也不限定。發光元件驅動電路1包括電源電路12、複數個電流源13、複數個誤差放大器14、複數個第一二極體15與控制電路16。
電源電路12提供驅動電壓VOUT至每一發光元件串(11a、11b或11n)之第一端。複數個電流源13與所述發光元件串11a、11b、11n彼此一一對應,每一電流源13分別耦接所對應之發光元件串(11a、11b或11n)之第二端。複數個誤差放大器14與所述發光元件串11a、11b、11n彼此一一對應,每一誤差放大器14之反向輸入端分別耦接所對應之發光元件串(11a、11b或11n)之第二端。每一誤差放大器14之非反向輸入端接收第一參考電壓Vref1,每一誤差放大器14放大輸出所對應之發光元件串(11a、11b或11n)之第二端之電壓與第一參考電壓Vref1之差異。複數個第一二極體15與所述誤差放大器14彼此一一對應,每一第一二極體15之陽 極耦接所對應之誤差放大器14之輸出端。所述第一二極體15之陰極彼此耦接。
在所述誤差放大器14中具有較大電壓的輸出端所對應之第一二極體15被導通,其他第一二極體15被截止,所述第一二極體之陰極之電壓為一偵測電壓Det。控制電路16控制電源電路12之驅動電壓VOUT,且接收偵測電壓Det。控制電路16將偵測電壓Det與參考值Vr比較,據此調整電源電路12之驅動電壓VOUT,以使所述電流源13提供相同的電流至所述發光元件串11a、11b、11n。例如:當偵測電壓Det低於參考值Vr時,控制電路16提高驅動電壓VOUT
更詳細地說,由於製程變異的因素,即使每一個發光元件串11a、11b、11n的跨壓皆被設計為相同的期待值(desire value)Vd,實際上所生產的發光元件串11a、11b、11n的第二端A、B、N的電壓仍可能會有明顯差異。此時,第一參考電壓Vref1可以設計為大於預設的驅動電壓VOUT減去發光元件串11a、11b、11n的跨壓皆的期待值Vd,即Vref1>VOUT-Vd。或者,把製成變異的因素考慮進去,第一參考電壓Vref1可以大於VOUT-(Vd+△V),其中△V是每一個發光元件串11a、11b、11n因為製程變異而產生的跨壓差異值。然而,本發明並不限定第一參考電壓Vref1的預設數值,依據實際設計的需要,只要確使第一參考電壓Vref1能夠總是大於發光元件串11a、11b、11n的第二端的電壓值即可。
如此,誤差放大器14的輸出電壓則隨著所其對應的發光元件串11a、11b、11n的跨壓不同而改變。例如:具有較大跨壓的發光元件串11a、11b、11n,其第二端點A、B、N的電壓會較低。此時,在所有發光元件串11a、11b、11n中,具有較低(或相對最低)電壓的第二端點(A、B或N)的發光元件串(11a、11b或11n)會使得所對應的誤差放大器14輸出較大(或相對最高)的電壓。具有較大輸出電壓的誤差放大器14所耦接的二極體15會被導通(ON) ,其他具有相對較低輸出電壓的誤差放大器14所耦接的二極體15會被截止(OFF),使得所有二極體15的陰極的電位為相同。具有較大輸出電壓的誤差放大器14的輸出電壓扣除二極體15導通的跨壓(或者二極體的導通跨壓可以被忽略)後,即得到偵測電壓Det。值得一提的是,本發明並不限定所述的複數個誤差放大器與複數個第一二極體的連接關係,只要可以達到與上述相同的功效,複數個誤差放大器與複數個第一二極體可以以不同連接關係的方式實現。另外,複數個誤差放大器與複數個第一二極體可以不同的電路元件實現。
請參照圖2,圖2是本發明另一實施例提供的發光元件驅動電路的電路圖。為了方便說明偵測電壓Det的產生方式,圖2的發光元件驅動電路1’耦接三個發光元件串11a、11b、11c。與圖1的實施例的設計原理相同,圖2的發光元件驅動電路1’的電流源13、誤差放大器14與第一二極體15的數目皆為三個。每一個電流源13、誤差放大器14a、14b或14c與第一二極體15a、15b或15c分別對應一個發光元件串11a、11b或11c。發光元件驅動電路1’的元件連結方式請參照前述對於圖1實施例的說明,不再贅述。
在此以下述的工作電壓的情況來舉例說明:若要使電流源13能夠維持正常工作的節點A、B和C(發光元件串11a、11b、11c的第二端)的電壓是0.4V(伏特)。因為製程變異的因素,節點A、B與C的電壓可能分別為0.5V、1V與2V。在本實施例中,製程變異的因素造成了發光元件串11a、11b、11c的跨壓有1.5V的差異。此時,誤差放大器14a的輸出端P1的電壓會大於誤差放大器14b的輸出端P2的電壓,且誤差放大器14b的輸出端P2的電壓會大於誤差放大器14c的輸出端P3的電壓。在這個情況下,二極體15a會被導通(ON),二極體15b、15c會被截止(OFF),亦即具有最大跨壓的發光元件串所對應的誤差放大器會輸出最大的輸出電壓 ,且所對應的二極體會被導通。被導通的二極體的陰極的電位就代表偵測電壓,其他未被導通的二極體的陰極的電位與被導通的二極體的電位相同。由此可知,偵測電壓Det會隨著發光元件串的跨壓而改變,且偵測電壓Det反映具有最大跨壓的發光元件串的跨壓。
當偵測電壓Det低於參考值Vr時,控制電路16可以提高電源電路12之驅動電壓VOUT,以避免因為發光元件串11a、11b、11c的電壓過低(例如:低於0.4V)而導致的電流源13無法正常工作的問題。關於參考值Vr的實現方式,請參照後續實施例的說明。
請參照圖3,圖3是本發明另一實施例提供的發光元件驅動電路的細部電路圖。發光元件驅動電路2包括電源電路22、複數個電流源23、複數個誤差放大器24、複數個第一二極體25與控制電路26。發光元件驅動電路2的電源電路22、電流源23、誤差放大器24、第一二極體25與控制電路26的連接關係與圖1的實施例相同。在此僅詳述電源電路22、電流源23與控制電路26的細部電路。
在本實施例中,電源電路22是升壓轉換器(step up converter),但本發明並不限定電源電路的種類。所述升壓轉換器(電源電路22)具有一輸出端,所述輸出端提供驅動電壓VOUT,所述升壓轉換器包括電容221、第二二極體222、電子開關223與電感224。電容221耦接於輸出端與接地端GND之間。第二二極體222之陰極耦接輸出端,第二二極體222可以是稽納二極體,但本發明並不因此限定。電子開關223耦接於第二二極體222之陽極與接地端GND之間,在本實施例中,電子開關223是金氧半場效電晶體(MOSFET),但本發明並不因此限定。電感224耦接於輸入電壓VIN與第二二極體222之陽極之間。透過控制電子開關223的導通(ON)或截止(OFF),可以改變驅動電壓VOUT的大小。本領域具有通常知識者應可輕易了解升壓轉換器的工作原理,不再贅述。
復參照圖3,圖3中的電流源23是電壓轉電流源。電流源23包括電晶體231、電阻232與運算放大器233。電晶體231具有第一端、第二端以及控制端,電晶體231之第一端耦接發光元件串之第二端。電阻232耦接於電晶體231之第二端以及接地端GND之間。運算放大器233之輸出端耦接電晶體231之控制端(閘極),運算放大器233之負輸入端耦接電晶體231之第二端,運算放大器233之正輸入端接收第二參考電壓Vref2。圖3的電流源23僅用以舉例,本發明並不限定電流源23的實現方式。
復參照圖3,控制電路26是脈衝寬度調變控制電路。控制電路26包括電流偵測單元261、鋸齒波產生器262、加法器265、比較器263與脈衝寬度控制單元264。電流偵測單元261耦接電子開關223,且偵測流過電子開關223之電流並產生電流信號。鋸齒波產生器262產生鋸齒波信號。加法器265將電流信號與鋸齒波信號相加而產生一回授電壓。比較器263之負輸入端接收偵測電壓Det,比較器263之正輸入端接收回授電壓。所述回授電壓即圖1實施例的參考值Vr。脈衝寬度控制單元264耦接比較器263之輸出端,依據比較器263之比較結果控制升壓轉換器(電源電路22)之電子開關223的導通(ON)與截止(OFF)。當偵測電壓Det低於參考值Vr時,控制電路26可以透過增加電子開關223的導通時間,以提高電源電路22之驅動電壓VOUT
電流偵測單元261是脈衝寬度調變控制電路的回授機制,電流偵測單元261包括電阻2611與放大器2612(誤差放大器)。電阻2611耦接於升壓轉換器之電子開關223與接地端GND之間。放大器2612之反向輸入端與非反向輸入端分別耦接電阻2611之兩端。值得一提的是,電流偵測單元261也可以替換為電壓偵測方式,例如偵測驅動電壓VOUT。參考值Vr的產生方式也不限定於上述的電路。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述,本發明實施例所提供的發光元件驅動電路,其誤差放大器提供發光元件串的第二端的電壓與第一參考電壓的差值至第一二極體的陽極,且透過彼此並聯的第一二極體將較大跨壓的發光元件串所產生的較低電壓(發光元件串的第二端的電壓)轉換成偵測信號(例如:偵測電壓),以使控制電路控制電源電路調整提供至發光元件串的驅動電壓。藉此,各發光元件串的電流可以達到相同的電流,使得每一發光元件串的發光亮度相同。
以上所述僅為本發明之實施例,其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1‧‧‧發光元件驅動電路
11a、11b、11n‧‧‧發光元件串
12‧‧‧電源電路
13‧‧‧電流源
14‧‧‧誤差放大器
15‧‧‧第一二極體
16‧‧‧控制電路
VOUT‧‧‧驅動電壓
A、B、N‧‧‧節點
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vr‧‧‧參考值
Det‧‧‧偵測電壓

Claims (10)

  1. 一種發光元件驅動電路,用於驅動複數個發光元件串,每一該發光元件串包括至少一發光元件,每一該發光元件串具有一第一端以及一第二端,該發光元件驅動電路包括:一電源電路,提供一驅動電壓至每一該發光元件串之該第一端;複數個電流源,與該些發光元件串彼此一一對應,每一該電流源分別耦接所對應之該發光元件串之該第二端;複數個誤差放大器,與該些發光元件串彼此一一對應,每一該誤差放大器之反向輸入端分別耦接所對應之該發光元件串之該第二端,每一該誤差放大器之非反向輸入端接收一第一參考電壓,每一該誤差放大器放大輸出所對應之該發光元件串之該第二端之電壓與該第一參考電壓之差異;複數個第一二極體,與該些誤差放大器彼此一一對應,每一該第一二極體之陽極耦接所對應之該誤差放大器之輸出端,該些第一二極體之陰極彼此耦接,其中在該些誤差放大器中具有較大電壓的輸出端所對應之該第一二極體被導通,其他該些第一二極體被截止,該些第一二極體之陰極之電壓為一偵測電壓;以及一控制電路,控制該電源電路之該驅動電壓,且接收該偵測電壓,其中該控制電路將該偵測電壓與一參考值比較,據此調整該電源電路之該驅動電壓,以使該些電流源提供相同的電流至該些發光元件串。
  2. 根據申請專利範圍第1項之發光元件驅動電路,其中該電源電路是升壓轉換器(step up converter)。
  3. 根據申請專利範圍第2項之發光元件驅動電路,其中當該偵測電壓低於該參考值時,該控制電路提高該電源電路之該驅動電壓。
  4. 根據申請專利範圍第2項之發光元件驅動電路,其中該升壓轉 換器具有一輸出端,該輸出端提供該驅動電壓,該升壓轉換器包括:一電容,耦接於該輸出端與一接地端之間;一第二二極體,該第二二極體之陰極耦接該輸出端;一電子開關,耦接於該第二二極體之陽極與該接地端之間;以及一電感,耦接於一輸入電壓與該第二二極體之陽極之間。
  5. 根據申請專利範圍第4項之發光元件驅動電路,其中該控制電路包括:一電流偵測單元,耦接該電子開關,偵測流過該電子開關之電流並產生一電流信號;一鋸齒波產生器,產生一鋸齒波信號;一加法器,將該電流信號與該鋸齒波信號相加而產生一回授電壓;一比較器,該比較器之負輸入端接收該偵測電壓,該比較器之正輸入端接收該回授電壓;以及一脈衝寬度控制單元,耦接該比較器之輸出端,依據該比較器之比較結果控制該升壓轉換器之該電子開關的導通與截止。
  6. 根據申請專利範圍第4項之發光元件驅動電路,其中該電子開關是金氧半場效電晶體(MOSFET)。
  7. 根據申請專利範圍第5項之發光元件驅動電路,其中該電流偵測單元包括:一電阻,耦接於該升壓轉換器之該電子開關與該接地端之間;一放大器,該放大器之反向輸入端與非反向輸入端分別耦接該電阻之兩端。
  8. 根據申請專利範圍第1項之發光元件驅動電路,其中該發光元件是發光二極體(LED)。
  9. 根據申請專利範圍第1項之發光元件驅動電路,其中該控制電 路是脈衝寬度調變控制電路。
  10. 根據申請專利範圍第1項之發光元件驅動電路,其中該電流源包括:一電晶體,具有一第一端、一第二端以及一控制端,該電晶體之該第一端耦接該發光元件串之該第二端;一電阻,耦接於該電晶體之該第二端以及一接地端之間;以及一運算放大器,該運算放大器之輸出端耦接該電晶體之該控制端,該運算放大器之負輸入端耦接該電晶體之該第二端,該運算放大器之正輸入端接收一第二參考電壓。
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