TWI403875B

TWI403875B - 光源驅動電路及光源電力調整方法

Info

Publication number: TWI403875B
Application number: TW99119605A
Authority: TW
Inventors: Tiesheng Yan; Zhimou Ren; Jun Ren; Ching Chuan Kuo
Original assignee: O2Micro Int Ltd
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2013-08-01
Also published as: TW201201623A

Description

光源驅動電路及光源電力調整方法

本發明係關於一種驅動電路及電力調整方法，特別是一種光源驅動電路以及調整光源電力的方法。

圖1所示為一種傳統光源驅動電路100示意圖。圖2所示為光源驅動電路100的相關波形圖200。圖1將結合圖2進行描述。光源驅動電路100包括橋式整流器104和電容116，將來自一交流電源102之一交流電壓轉換為一直流輸入電壓V_IN 以對一光源(例如，發光二極體串108)供電。發光二極體串108包含多個彼此串聯的發光二極體。光源驅動電路100還包括由電感118、二極體106和開關112所構成的一降壓轉換器，用於接收直流輸入電壓V_IN 並為發光二極體串108提供一輸出電壓。控制器110根據電阻114上的電壓監測流經發光二極體串108的電流，並控制開關112的導通狀態。當開關112導通時，電流I_LED 流經發光二極體串108、電感118、開關112和電阻114至地。當開關112導通時，電流I_LED 逐漸增大，當電流I_LED 增大至一預設最大值I_PEAK ，控制器110則斷開開關112。當開關112被斷開，電流I_LED 流經發光二極體串108、電感118和二極體106。當開關112為斷開時，電流I_LED 逐漸減小。控制器可工作於兩種不同的模式：固定週期(Fix Frequency)模式和固定關閉時間(Constant off time)模式，每隔一段時間導通/斷開開關112。

在固定週期模式下，控制器110每隔一段時間導通開關112，使得開關112的切換週期Ts的時間長度為一定值。在固定週期模式下，電流I_LED 的平均值I_AVG 可以表示為：

其中，V_IN 是橋式整流器104和電容116所提供的直流輸入電壓。V_o 是降壓轉換器所提供的輸出電壓，即發光二極體串108兩端的電壓。L為電感118的電感值。Ts為開關112的切換週期。I_PEAK 為電流I_LED 的預設最大值。

在固定關閉時間模式下，控制器110每隔一段時間導通開關112，使得開關112斷開的時間T_OFF 為一定值。在固定關閉時間模式下，流經發光二極體串108的平均電流I_AVG (電流I_LED 的平均值)可以表示為：

其中，V_o 是降壓轉換器所提供的輸出電壓，即發光二極體串108兩端的電壓。L為電感118的電感值。T_OFF 為開關112斷開的時間T_OFF 。I_PEAK 為電流I_LED 的預設最大值。

圖1中所示之傳統光源驅動電路100的缺點在於直流輸入電壓V_IN 或輸出電壓V_o 之變化，會導致發光二極體串108平均電流I_AVG 隨之變化。

第一種情況是，在固定關閉時間模式下，從電流I_LED 增大到預設最大值I_PEAK 在控制器110斷開開關112之前，I_LED 仍會持續增大一段時間，因此，輸入電壓V_IN 增大會導致平均電流I_AVG 也隨之增大。

第二種情況是，在固定週期模式下，根據方程式(1)所示，輸入電壓V_IN 增大會導致平均電流I_AVG 減小。

第三種情況是，在固定關閉時間模式下，根據方程式(2)所示，輸出電壓V_o 增大會導致平均電流I_AVG 減小。

本發明的目的為提供一種光源驅動電路，包括：一電力轉換器，耦接至一光源，接收來自一電源的一輸入電壓並對該光源提供一輸出電壓，該電力轉換器包含一開關，其係串聯耦接至該光源；一控制器，耦接至該電力轉換器；以及一壓控電流源，耦接至該控制器，產生一第一電流，其中，該控制器根據該第一電流控制該開關，以控制傳輸至該光源的一電力。

本發明還提供一種調整一光源之一電力之方法，包括：把一輸入電壓轉換為該光源兩端的一輸出電壓；監測流經該光源的一電流；利用一壓控電流源產生一第一電流；利用一控制器產生一第二電流；根據該第二電流產生一脈衝信號，該脈衝信號的一密度與該第二電流成正比；根據該第一電流調整該第二電流；以及根據該脈衝信號和流經該光源的該電流，控制與該光源串聯的一開關，以調整輸入至該光源的該電力。

本發明還提供一種光源驅動電路，包括：一壓控電流源，產生一第一電流；一控制器，耦接至該壓控電流源，產生一第二電流；以及一脈衝信號產生器，根據該第二電流產生一脈衝信號以控制與一光源串聯的一開關，其中，該控制器根據該第一電流調整該第二電流。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

圖3所示為根據本發明一實施例光源驅動電路300示意圖。光源驅動電路300包含一整流器304，其耦接於交流電源302和光源308之間、一電力轉換器(例如，降壓轉換器322)，耦接至光源308、一控制器310，耦接至降壓轉換器322、一壓控電流源320，耦接至控制器310、以及耦接至光源308的電流監測器314。整流器304將來自交流電源302的一交流電壓轉換為一直流輸入電壓V_IN ，以對光源308供電。降壓轉換器322接收直流輸入電壓V_IN 並為光源308提供一輸出電壓V_o 。電流監測器314產生一指示流經光源308之電流之回授信號FB。壓控電流源320產生一電流I₁ 給控制器310。在一實施例中，壓控電流源320耦接至整流器304，根據整流器304所提供的直流輸入電壓V_IN 產生電流I₁ 。在另一實施例中，壓控電流源320耦接至光源308，根據光源308的電壓(即降壓轉換器322的輸出電壓V_o )產生電流I₁ 。換言之，當輸入電壓V_IN 或者輸出電壓V_o 變化時，壓控電流源320所產生的I₁ 會隨之變化。控制器310接收來自電流監測器314的回授信號FB，並在壓控電流源320所產生的電流I₁ 的作用下控制降壓轉換器322，並減弱因輸入電壓V_IN 或輸出電壓V_o 的變化而造成的光源308平均電流的變化。

圖4所示為根據本發明一實施例光源驅動電路400示意圖。圖4中與圖3具有相同元件符號之元件具有類似的功能。在圖4的例子中，光源驅動電路400驅動發光二極體串408。光源驅動電路400包含耦接於交流電源302和發光二極體串408之間的橋式整流器404、與發光二極體串408耦接的降壓轉換器(例如，由二極體406、電感418和開關412所構成)、與降壓轉換器耦接的控制器310、與控制器310耦接的壓控電流源以及耦接至橋式整流器404之作為一電流監測器的電阻414。在一實施例中，壓控電流源包含耦接至控制器310端口RT的電阻422。電阻422透過由電阻426和電阻428所構成的分壓器耦接至橋式整流器404。一電流I₁ 經由電阻422流向端口RT，且電流I₁ 與直流輸入電壓V_IN 成正比。橋式整流器404和電容416將來自交流電源302的交流電壓轉換為直流輸入電壓V_IN ，以對發光二極體串408供電。降壓轉換器接收橋式整流器404和電容416所提供的輸入直流電壓V_IN ，並為發光二極體串408提供輸出電壓。電阻414產生一回授信號FB，其指示當開關412導通時流經發光二極體串408的電流。電容424與電阻428並聯耦接，進一步濾除直流輸入電壓V_IN 的漣波。電阻430之其中一端耦接至電阻422與控制器310之端口RT之間的一共同節點，另一端則與地耦接。控制器310透過端口RT輸出一電流I₂ 。流經電阻430的電流I₃ 與電流I₁ 、電流I₂ 均成正比。控制器310接收來自電阻414的回授信號FB，並在I₁ 的作用下產生一控制信號(例如，脈衝寬度調變信號PWM1)控制開關412。控制器310的架構將於圖5中詳細描述。

圖5所示為根據本發明一實施例之光源驅動電路中之控制器(例如，圖4中所示之控制器310)的架構示意圖。圖6所示為根據本發明一實施例之光源驅動電路的相關波形圖600。圖5將結合圖4和圖6進行描述。在一實施例中，控制器310包含一電流產生器502、一電流鏡504、一脈衝信號產生器506、一脈衝寬度調變信號(PWM)產生器508以及一比較器510。電流產生器502產生電流I₂ 並根據電流I₁ 調整電流I₂ 的大小。電流I₂ 從控制器310之端口RT流出，透過電阻430接到地。電流鏡504產生一與電流I₂ 成正比的電流I_CH 。脈衝信號產生器506產生一脈衝信號PULSE，脈衝信號PULSE中包含的脈衝的密度與I_CH 成正比。比較器510比較回授信號FB與一預設參考信號SET。回授信號FB的電壓位準指示當開關412導通時流經發光二極體串408的電流I_LED 。預設參考信號SET決定流經發光二極體串408的電流I_LED 的一預設最大值I_PEAK 。脈衝寬度調變信號產生器508接收脈衝信號產生器506所產生的脈衝信號PULSE和比較器510的輸出，並產生一脈衝寬度調變信號PWM1以控制開關412的導通狀態。當回授信號FB的電壓位準上升到預設參考信號SET的位準，則表明流經發光二極體串408的電流I_LED 增大到預設最大值I_PEAK ，則脈衝寬度調變信號產生器508產生具有一第一狀態(例如，邏輯0)的脈衝寬度調變信號PWM1，以斷開開關412。每當接收到脈衝信號PULSE的一個脈衝，脈衝寬度調變信號產生器508產生具有一第二狀態(例如，邏輯1)的脈衝寬度調變信號PWM1，以導通開關412。

在一實施例中，電流產生器502包含一開關514，耦接於電源V_DD1 和端口RT之間，以及一耦接至開關514之運算放大器512。運算放大器512的非反相端接收一預設參考信號REF，反相端透過端口RT耦接至電阻430。運算放大器512透過控制開關514的導通狀態，調整流經開關514的電流I₂ ，使得電阻430兩端的電壓(即端口RT的電壓)等於參考信號REF的電位。因此，流經電阻430的電流I₃ 由參考信號REF的電位以及電阻430的阻值共同決定之，且為一定值。同時，電流I₃ 也由電流I₁ 和電流I₂ 共同決定。在圖4的例子中，電流I₃ 可以表示為：

I₃ =I₁ +I₂ -----(3)

在固定關閉時間模式下，輸入電壓V_IN 增大會使流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 增大。另一方面，輸入電壓V_IN 增大，電流I₁ 隨之增大，運算放大器512控制開關514的導通狀態使電流I2減小，以保持電流I₃ 不變。電流鏡504所產生的電流I_CH 隨著I2減小而減小，進而使脈衝信號產生器506所產生的脈衝信號的密度(即脈衝信號的密度)降低。

在固定關閉時間模式下，脈衝信號的密度降低導致開關412的關閉時間T_OFF 增大。根據方程式(2)，關閉時間T_OFF 增大會導致流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 減小。因此，光源驅動電路400能夠減弱因輸入電壓V_IN 增大而造成之發光二極體串408的平均電流I_AVG 的增大，反之，也能夠減弱因輸入電壓V_IN 減小而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的減小，進而使流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 相對穩定。

圖7所示為根據本發明一實施例光源驅動電路700的示意圖。圖7中與圖4具有相同元件符號之元件具有類似的功能。圖7中所示之壓控電流源包含電流鏡704和電流鏡706。電流鏡704透過電阻702耦接至橋式整流器404。電流鏡706耦接於電流鏡704和電源V_DD2 之間，並產生與輸入電壓V_IN 成正比的電流I₁ 。在固定關閉時間模式下，輸入電壓V_IN 增大會使流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 增大。另一方面，輸入電壓V_IN 增大，電流I₁ 隨之增大，電流I₂ 則減小。電流I₂ 減小會導致開關412的關閉時間T_OFF 增大，進而導致流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 減小。因此，光源驅動電路700能夠減弱因輸入電壓V_IN 增大而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的增大，反之，也能夠減弱因輸入電壓V_IN 減小而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的減小，進而使發光二極體串408的平均電流I_AVG 相對穩定。

圖8所示為根據本發明另一實施例光源驅動電路800的示意圖。圖8中與圖4具有相同元件符號之元件具有類似的功能。圖8中的壓控電流源包含電流鏡804。電流鏡804透過電阻802耦接至橋式整流器404，並產生與輸入電壓V_IN 成正比的電流I₁ 。在圖8的例子中，流經電阻430的電流I₃ 與電流I₁ 成反比，與電流I₂ 成正比。電流I₃ 可表示為：

I₃ =I₂ -I₁ -----(4)

在固定週期模式下，輸入電壓V_IN 增大會使流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 減小。另一方面，輸入電壓V_IN 增大，電流I₁ 隨之增大，電流I₂ 也增大。電流I₂ 增大會導致切換週期Ts減小。根據方程式(1)，切換週期Ts減小會導致流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 增大。因此，光源驅動電路800能夠減弱因輸入電壓V_IN 增大而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的減小，反之，也能夠減弱因輸入電壓V_IN 減小而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的增大，進而使發光二極體串408的平均電流I_AVG 相對穩定。

圖9所示為根據本發明又一實施例光源驅動電路900的示意圖。圖8中與圖4具有相同元件符號之元件具有類似的功能。圖9中的壓控電流源包含電流鏡904。電流鏡904透過電晶體908耦接至發光二極體串408，並產生一與發光二極體串408兩端的電壓(即降壓轉換器的輸出電壓)V_o 成正比的電流I₁ 。如果發光二極體串408所包含的發光二極體個數不同，則輸出電壓V_o 可能不同。電阻902和齊納二極體906透過電晶體908耦接於發光二極體串408的兩端。假設齊納二極體906的擊穿電壓為V_ZD ，電阻902的阻值為R，若忽略電晶體908的基極-射極電壓，則流經電阻902的電流I_E 可以表示為：

電流鏡904所產生的電流I₁ 和電流I_E 成正比，因此I₁ 和輸出電壓V_o 也成正比。在圖9的例子中，流經電阻430的電流I₃ 與電流I₁ 成反比，與電流I₂ 成正比。

在固定關閉時間模式下，輸出電壓V_o 增大會使流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 減小。另一方面，如果輸出電壓V_o 增大，電流I₁ 隨之增大，電流I₂ 也增大。電流I₂ 增大會導致開關412的關閉時間T_OFF 減小。根據方程式(2)，關閉時間T_OFF 減小會導致流經發光二極體串408的平均電流I_AVG 增大。因此，光源驅動電路900能夠減弱因輸出電壓V_o 增大而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的減小，反之，也能夠減弱因輸出電壓V_o 減小而造成的發光二極體串408的平均電流I_AVG 的增大，進而使發光二極體串408的平均電流I_AVG 相對穩定。

圖10所示為根據本發明一實施例調整光源電力的方法流程圖1000。儘管圖10中揭露了具體的步驟，這些步驟僅僅是作為示意。本發明可用於執行其他的步驟，或者從圖10中具體步驟演變而來的步驟。圖10將結合圖3和圖4進行描述。

在步驟1002中，把電源所提供的輸入電壓轉換為光源兩端的輸出電壓。

在步驟1003中，監測流經光源的電流。

在步驟1004中，利用一壓控電流源產生一第一電流。

在一實施例中，壓控電流源根據一輸入電壓產生第一電流。在另一實施例中，壓控電流源根據一輸出電壓產生第一電流。

在步驟1005中，利用一控制器產生一第二電流。

在步驟1006中，根據第二電流產生一脈衝信號，脈衝信號的密度係與第二電流成正比。

在步驟1008中，根據第一電流調整第二電流。在一實施例中，利用第一電流和第二電流共同產生一第三電流，並根據第一電流調整第二電流以使第三電流保持恆定。在一實施例中，如果第一電流增大，則減小第二電流以使第三電流保持恆定。在另一實施例中，如果第一電流增大，則增大第二電流以使第三電流保持恆定。

在步驟1010中，根據脈衝信號與流經光源的電流，控制與光源串聯耦接的開關，進而調整輸入至光源的電力。在一實施例中，在脈衝信號的作用下導通開關，當流經光源的電流增大到一預設值時，斷開開關。

如上所述，本發明提供一種光源驅動電路，可利用一壓控電流源，根據電源所提供的輸入電壓或光源兩端的電壓(輸出電壓)產生一第一電流。控制器相應產生一第二電流，並根據第一電流調整第二電流。脈衝信號產生器根據第二電流產生一脈衝信號，以控制與光源串聯耦接之開關，進而調整輸入至光源的電力。透過本發明所提供的光源驅動電路，能夠減弱因輸入電壓或輸出電壓變化而導致的光源平均電流的變化，進而使光源的亮度相對穩定。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

100．．．光源驅動電路

102．．．交流電源

104．．．橋式整流器

106．．．二極體

108．．．發光二極體串

110．．．控制器

112．．．開關

114．．．電阻

116．．．電容

118．．．電感

200．．．波形圖

300．．．光源驅動電路

302．．．交流電源

304．．．整流器

308．．．光源

310．．．控制器

314．．．電流監測器

320．．．壓控電流源

322．．．降壓轉換器

400．．．光源驅動電路

404．．．橋式整流器

406．．．二極體

408．．．發光二極體串

412．．．開關

414．．．電阻

418．．．電感

422．．．電阻

424．．．電容

426、428、430．．．電阻

502．．．電流產生器

504．．．電流鏡

506．．．脈衝信號產生器

508．．．脈衝寬度調變信號產生器

510．．．比較器

512．．．運算放大器

514．．．開關

700．．．光源驅動電路

702．．．電阻

704、706．．．電流鏡

800．．．光源驅動電路

804．．．電流鏡

900．．．光源驅動電路

902．．．電阻

904．．．電流鏡

906．．．齊納二極體

908．．．電晶體

1000．．．流程圖

1002～1010．．．步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：

圖1所示為一種傳統光源驅動電路示意圖。

圖2所示為光源驅動電路的相關波形圖。

圖3所示為根據本發明一實施例光源驅動電路示意圖。

圖4所示為根據本發明一實施例光源驅動電路示意圖。

圖5所示為根據本發明一實施例之光源驅動電路中之控制器的架構示意圖。

圖6所示為根據本發明一實施例之光源驅動電路的相關波形圖。

圖7所示為根據本發明一實施例光源驅動電路的示意圖。

圖8所示為根據本發明另一實施例光源驅動電路的示意圖。

圖9所示為根據本發明又一實施例光源驅動電路的示意圖。

圖10所示為根據本發明一實施例調整光源電力的方法流程圖。