TWI323406B - - Google Patents

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1323406 , ·， 九、發明說明： 【發明所眉之技術領域】 本發明係關於一種半導體發光元件之省電型驅動裝置，尤指 一種適用於LED之省電型驅動裝置。 【先前技術】 一般說來’經led的電流為固定電流（I—LED) ’ led驅動 積體電路（IC，integrated circuit )則用以提供一產生固定電流 (I 一led)之機制。LED驅動1c通常包括一固定電位及特定電阻共 φ 同形成之基本電流源，再藉由流經外接電阻的穩定電流（I rext) 及數個電流鏡（multiple current mirror)產生I_LED。其中，j led 與I_rext具有倍數關係： —

I_LED = M_t〇TAL x I_REXT 其中，M_ total為電流鏡倍數。然而’基本電流源及電流鏡需使用較 大電流，導致整體消耗功率提高。以單一驅動積體電路為例： I_led = 60mA， I_rext = 1mA， Μ一total = Ml χ M2 = 10 x 6 ; φ 其中，Μ1為第一級電流鏡之倍數，亦即電流源與第一級電流之倍 數關係’係由積體電路映射產生；M2為第二級電流鏡之倍數，亦 即第一級電流與輸出至LED之定電流之倍數關係》由上式可知， 積體電路最低消耗電流為11mA (= I_REXT (1mA) +第一級積體電 路映射電流鏡電流（10mA))。 積體電路為產生定電流需固定消耗電流12mA( = I_rext( 1 mA ) +第一級積體電路映射電流鏡電流（10mA)+產生電流鏡效應所 需輔助電路之電流（1mA))。 採樣/保持（sample and hold)電路為一種習知的電路設計技 5 1323406

巧，通常用於抽取電壓或穩定電壓。若善加儲存定電流輸出所需 之特定電壓，則可降低積體電路為產生定電流所需之固定消耗電 流。 ，’ 至於另一種習知的脈寬調變（PWM，pulse width modulation ) 式驅動IC，雖亦可提供定電流驅動LED，但仍具有耗費能量的缺 點。 本發明結合電子電路專業知識及光電元件設計製造經驗，經 多次實體測試，證明上述採樣/保持電路對定電流LED驅動1C具有 非常良好的省電效果，並可據以推申至其他半導體發光元件之應 φ 用。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種半導體發光元件之驅動裝置，其 具有顯著的省電效果。 本發明之省電型驅動裝置係用以點亮或控制一半導體發光元 件之亮度，該驅動裝置具有一耦合至一外部電壓供應源之電源電 流輸入埠，以提供該驅動裝置所需之工作電流；該驅動裝置之特 徵在於：由該電源電流輸入埠輸入之電流非定值，例如，具有類 ♦ 似周期性電流大小變化。 本發明之省電型驅動積體裝置亦可包括一耦合至一外部接地 線之積體電路電流輸出埠，其輸出電流隨電源電流輸入埠輸入之 電流變化。 本發明之省電型驅動積體裝置尚可包括一控制輸出埠及一可 儲存電壓之省電單元。控制輸出埠連接至一半導體發光元件，以 提供該半導體發光元件發光所需之能量。省電單元之輸入端及輸 出端分別直接或間接地耦合至電源電流輸入埠及控制輸出埠，且 可提供一穩定電壓至控制輸出埠。 6

I3234UO 他嘀早疋可為取樣/保持（Sample&h〇ld)電路或其 他適當的電路設計》 本發明之省電型驅動積體裝置通常包括—定料鏡產生電路 (cu ^nt mirror) ^ ( PWM » Pulse Width Modulation) 產生器本發明之省電型驅動裝置通常亦包括一控制開關，用以 點亮發光半導體元件或控制其亮度。 【實施方式】 本發明之較佳實施例配合圖式詳述如下。 泰 帛1圖為典型的LED驅動IC晶#，其連接封裝接腳的輸出/ 輸入瑋通常包括電源電流輸入蜂（Vcc)、複數個led控制輸出蜂、 接地電流輸出埠（GND)及調整控制輸出電流之積體電路電流輸 出埠（REXT) »

積體電路電流輸出埠（REXT)外接一電阻（Rext)，形成基 本電流源。基本電流源之電流經内部電路放大數倍，再輸出至每 一串接LED陰極所對應連接的控制輸出埠，每一串接LED的陽極則 共同連接至一疋電壓源（v一LED);藉此，則可點亮及控制LED的 亮度。如圖所示，流經電源電流輸入埠（Vcc)的電流為〗^^，流 •經接地電流輸出埠（GND )及外接電阻（Rext)的電流分別為l_GND 及I_REXT 。 本發明的特徵之一即表現在驅動1C供電電▲Lvcc具有^及工: 兩種變化。如第2圖所示，在一相對較短的時間几内，流入較大電 流I!;而在一相對較長的時間丁2内，流入較小電流l2 ;平均電流大 小為la。其中較大電流1,與習知技術中，LED驅動IC晶片所需的固 定電流相同。顯然地，la比U小甚多，因此可達到省電效果。由於 λ/iU經電源電輸入埠（Vcc )的電流I一vcc具有周期性的變化，使流 經接地電流輸出埠（GND )及外部電阻（Rext)的電流1_训〇及lrext 亦隨之作周期性地變化。 — 7 406 要達到上述省電效果，可針對驅動ic内部電路作適當設計。 本發明之較佳實施例即係增設一取樣/保持（sample and hold)電 路。第3及4圖分別為定電流驅動1C及PWM驅動ICV中，設置取樣/ 保持電路的方塊示意圖。定電流驅動1C是在定電流產生器與LED 控制輸出埠之間設置取樣/保持電路；PWM驅動1C則是在能隙電壓 產生器（bandgap generator)與PWM產生器之間設置取樣/保持電 路，其中電流回授電路的作用為控制驅動輸出LED恆電流。藉由 電壓偵測/回饋電路，當取樣/保持電路輸出電壓被偵測到與原設定 值之誤差達一限值（本實施例為0.001%)時，即開始進行採樣。 第5圖則針對定電流驅動1C進一步說明一較佳電路設計例。圖 中，工作線性放大器10之Vi+接受能隙電壓產生器所產生之固定電 位，接至外接電阻，可提供基本電流源一固定電流，電源電流 輪入埠（vcc)則提供基本電流源一固定電壓及其他電路電流。本 實施例的基本電流源係一電流鏡（current mirr〇r ) 20，典型地包括 二個NM0S電晶體及二個PM0S電晶體，其輸出端之一外接一電阻 (Rext) ’用以調整基本電流源的電流大小。 在此較佳實施例中，取樣/保持電路3〇包括一開關31及一電容 32，開關31的0N/0FF係由電壓偵測/回饋電路4〇控制9當電容32 充足適當電位時，開關31為OFF ,並持續輸出穩定電壓Vp至Nm〇s 電晶體開關50之閘極·，藉此可產生固定電流，以驅動及控制 對應之LED 60的亮度。當電壓偵測/回饋f路4〇偵測到取樣/保持電 路30輸出的電壓低於〇.99999%時，便開啟開關3丨為〇N，使電容32 開始充電。實際上，由0.99999VP充電至Vp所需時間71極短，因此 流經LED的電流1_咖幾乎不變，亮度亦幾乎不變。相對地，輸出電 壓由VP降至〇.99999VP所需時間A卻相對極長λ換言之，只需在 甚短時間内提供電流鏡20與習知驅統相同的電抓，其餘時間只 需提供較小電流12,便可獲得穩定輸出電壓Vp;且完全不影響led 1323406 發光表現。上述開始進行採樣的時機可依據實際設計需要調整， 亦即取樣/保持電路輸出電壓與原設定值之誤差不限於〇.〇〇10/〇。

一般來說’一個面板共需大約⑺…⑽個驅動丨匸^若藉由本發明 將每一個1C的工作電流降低至1.2mA，亦即傳統1C所消耗的電流 (12mA)的十分之一，則本發明所消耗總電流僅約12A (= 1.2mA X 10,000) « 如前所述，當流經電源電流輸入埠（Vcc)的電流Z—vcc具有周 期性的變化時，則流經接地電流輸入埠（GND )及外部電阻（Rext) 的電流I_gnd及I_REXT亦隨之作周期性地變化。因此，只需量測積體 電路電流輸出埠（REXT)之電壓V_RExt ’便可得知1—Rext ’並進 一步得知I_vcc的變化。 本發明經實際模擬及量測積體電路電流輸出埠（REXT)之電 結果如第6圖所示，第7圖則將第6圖之時間軸放大約1〇〇 倍。圖中，T!約為8ps，而T2約為800μβ，亦即T2約為ΤΆΙΟΟ倍。 V卜約為 1.24v ( Bandgap output voltage )，V2則幾乎為 〇，亦即 I1 的 大小與習知驅動1C相同，而12約為0，與第2圖之電流特徵相符合。 事實證明本發明確實可達上述省電效果，故省電效能係一極具商

價值與競爭力之技術。 1323406 【圖式簡單說明】 第1圖顯示一典型LED驅動1C晶片及其輸出/輸入埠； 第2圖顯示驅動1C供電電流之類似周期性變化； 第3及4圖分別為定電流驅動1C及PWM驅動1C中，設置取樣/保持電 路的方塊不意圖， 第5圖顯示一定電流驅動1C之較佳電路設計實施例； 第6圖顯示實際模擬及量測積體電路電流輸出埠（REXT)之電壓； 第7圖為第6圖之時間軸放大圖。

【圖式元件符號說明】 工作線性放大器 10 電流鏡 20 取樣/保持電路 30 開關 31 電容 32 電壓偵測/回饋電路 40 NMOS電晶體開關 50 LED 60

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Claims (1)

1323406 拾、申請專利範圍： 1. 一種半導體發光元件之省電型驅動積體裝置，包括： 一電源電流輸入埠，耦合至一外部電壓供應源； 一控制輸出埠，連接至一半導體發光元件，以提供該半導體發 光元件發光所需之能量；及 一省電單元，其輸入端及輸出端分別直接或間接地耦合至該電 源電流輸入埠及該控制輸出埠，可儲存電壓； 該驅動裝置之特徵在於： 該電源電流輸入埠於不同時段内輸入不同電流至該驅動積體裝 • 置，且該省電單元提供一穩定電壓至該控制輸出埠。 2. 如申請專利範圍第1項所述之省電型驅動積體裝置，其中該省電 單元係一取樣/保持（sample & hold)電路。 3. 如申請專利範圍第1項所述之省電型驅動積體裝置，更包括一定 電流鏡產生電路（current mirror)。 4. 如申請專利範圍第1項所述之省電型驅動積體裝置，其中該省電 單元與該發光半導體元件之間包括一脈寬調變（PWM，Pulse Width Modulation)產生器。 5. 如申請專利範圍第1項所述之省電型驅動積體裝置，更包括一控 • 制開關，用以控制該發光半導體元件之點亮或亮度。 6. 如申請專利範圍第1項所述之省電型驅動積體裝置，其中該電源 電流輸入埠輸入之電流具周期性變化。 7. 如申請專利範圍第1項所述之省電型驅動積體裝置，更包括一耦 合至一外部接地線之積體電路電流輸出埠，其輸出電流隨該電 源電流輸入埠輸入之電流變化。 8. —種半導體發光元件之省電型驅動積體裝置，用以點亮或控制 一半導體發光元件之亮度，該驅動裝置具有一耦合至一外部電 壓供應源之電源電流輸入埠，以提供該驅動裝置所需之工作電 11 1323406

流；該驅動裝置之特徵在於：由該電源電流輸入埠輸入之電流 非定值。 9. 如申請專利範圍第8項所述之省電型驅動積體裝置，其中該電源 電流輸入埠輸入之電流具周期性變化。 10. 如申請專利範圍第8項所述之省電型驅動積體裝置，更包括一 耦合至一外部接地線之積體電路電流輸出埠，其輸出電流隨該 電源電流輸入埠輸入之電流變化。 11. 一種半導體發光元件之省電型驅動積體裝置，包括： 一電源電流輸入埠，耦合至一外部電壓供應源； • 一積體電路電流輸出埠，耦合至一外部接地線； 一控制輸出電流參考倍數埠，輸出固定電位並至外接電阻以提 供定電流及複製此定電流鏡之倍數關係至另一電流輸出控制 驅動輸出埠，控制半導體發光元件，以提供該半導體發光元 件發光所需驅動電流；及 一省電單元，其輸入端及輸出端分別直接或間接地耦合至該電 源電源輸入埠及積體電路電流輸出埠； 該驅動裝置之特徵在於： 該省電單元提.供之電源電流輸入端於時段τι内獲得電流η，輸 鲁 出端則於時段T2内輸入電流12，11>12。 12. 如申請專利範圍第11項所述之省電型驅動積體裝置，其中該省 電單元係一取樣/保持（sample & hold)電路。 13. 如申請專利範圍第11項所述之省電型驅動積體裝置，其中該省 電單元與該輸入埠之間更包括一控制開關，用以控制該發光半 導體元件之點党或免度。 12