TWI406592B - 低接腳數ｌｅｄ驅動器積體電路 - Google Patents

低接腳數ｌｅｄ驅動器積體電路 Download PDF

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Description

低接腳數LED驅動器積體電路
本發明係有關一種發光二極體(LED)驅動器，特別是關於一種低接腳數LED驅動器積體電路(IC)。
如圖1所示，傳統的LED驅動器IC 10需要至少7支接腳，包括兩支電容接腳CN及CP供分別連接飛馳電容Cfly的兩端，輸入接腳VIN供連接輸入電源Vi，輸出接腳VOUT供連接輸出電容Cout以提供輸出電壓Vo驅動LED 12，電流接腳CS供連接LED 12以提供驅動電流Iout給LED 12，調光(dimming)接腳EN供接收調光信號GPIO以調節驅動電流Iout的平均值，進而調節LED 12的亮度，接地接腳GND供連接系統的接地端。為了減少接腳數量以降低成本，美國專利號7,368,977改用電容接腳CN取代調光接腳EN接收調光信號GPIO。然而，這仍然無法滿足使用者的需求。
因此，一種再進一步減少接腳數的LED驅動器IC，乃為所冀。
本發明的目的，在於提出一種減少接腳數、降低成本的LED驅動器IC。
根據本發明，一種LED驅動積體電路包括輸入接腳、輸出接腳、電容接腳以及切換電路。該輸入接腳供接受輸入電壓，該輸出接腳供連接LED及供應輸出電壓，該電容接腳供連接與該輸出接腳連接的飛馳電容，該切換電路連接該電容接腳及該輸出接腳，與該飛馳電容組成電荷幫浦，用以將該輸入接腳上的輸入電壓轉為輸出電壓至該輸出接腳上。由於該輸出接腳也用來當作連接飛馳電容的接腳，因此可以減少接腳數。控制LED亮度的調光信號可由該電容接腳接收，因而進一步減少接腳數。
如圖2所示，根據本發明的LED驅動器IC 20只需要4支接腳：輸入接腳VIN、輸出接腳VOUT、電容接腳CN及接地接腳GND，便可驅動LED 22以及調節LED 22的亮度。輸入接腳VIN供接受輸入電壓Vi，輸出接腳VOUT供連接LED 22及飛馳電容Cfly，電容接腳CN供連接飛馳電容Clfy、接地接腳GND供連接系統的接地端。
圖3係LED驅動器IC 20的實施例，除了上述4支接腳，尚包括切換電路26。切換電路26連接電容接腳CN及輸出接腳VOUT，與飛馳電容Cfly組成電荷幫浦。LED驅動器IC 20更包括電流供應電路24連接切換電路26，提供電荷幫浦操作所需的電流I2。在電流供應電路24中，電流源44供應電流I1；PMOS電晶體MP1具有第一端30連接輸入接腳VIN、第二端32連接電流源44以及閘極34；PMOS電晶體MP2具有第一端36連接輸入接腳VIN、第二端38連接切換電路26以及閘極40；運算放大器42具有非反相輸入端連接PMOS電晶體MP1的第二端32、反相輸入端連接PMOS電晶體MP2的第二端38以及輸出端連接PMOS電晶體MP1及MP2的閘極34及40。由於運算放大器42將PMOS電晶體MP1及MP2的第二端32及38的電壓鎖在相同的準位，且PMOS電晶體MP1及MP2的尺寸比為1：K，因此PMOS電晶體MP2將鏡射PMOS電晶體MP1的電流I1而產生電流I2=I1×K。切換電路26包括開關SW1、SW2及SW3。開關SW1受控於切換信號Φ1，其一端經PMOS電晶體MP2耦接輸入接腳VIN，另一端連接輸出接腳VOUT。開關SW2連接在電容接腳CN及接地接腳GND之間，受控於切換信號Φ1。開關SW3受控於切換信號Φ2，其一端連接電容接腳CN，另一端則經PMOS電晶體MP2耦接輸入接腳VIN。藉著切換信號Φ1及Φ2切換開關SW1、SW2及SW3，電荷幫浦將輸入接腳VIN上的輸入電壓Vi轉換為輸出電壓Vo供應至輸出接腳VOUT。切換信號Φ1及Φ2可由晶片致能/調光控制電路28或其他電路提供。晶片致能/調光控制電路28連接電容接腳CN以偵測調光信號GPIO。當調光信號GPIO為高準位時，晶片致能/調光控制電路28送出致能信號Sen1及Sen2給電流供應電路24，以啟動運算放大器42及電流源44。檢查信號chk每隔一段時間發送給晶片致能/調光控制電路28，令其偵測電容接腳CN上的電壓準位。在此偵測期間，開關SW1、SW2及SW3全部開路使電容接腳CN浮接，因此電容接腳CN的電壓準位由調光信號GPIO決定。晶片致能/調光控制電路28藉由偵測電容接腳CN的電壓準位取得調光信號GPIO的電壓準位。
圖4係圖3的電路的波形圖，其中波形46為調光信號GPIO，波形48為切換信號Φ1，波形50為切換信號Φ2，波形52為LED 22的驅動電流Iout，波形54為驅動電流Iout的平均值Ioutavg，波形56為檢查信號chk。參照圖3及圖4，在時間t1時，晶片致能/調光控制電路28偵測到調光信號GPIO轉為高準位，因此送出致能信號Sen1及Sen2啟動運算放大器42及電流源44。當切換信號Φ1為高準位且切換信號Φ2為低準位時，如時間t2所示，開關SW1及SW2閉路且開關SW3開路，因此電流I2經開關SW1、輸出接腳VOUT、飛馳電容Cfly、電容接腳CN及開關SW2流向接地接腳GND，因此對飛馳電容Cfly充電，此時驅動電流Iout為零。當切換信號Φ1為低準位且切換信號Φ2為高準位時，如時間t3所示，開關SW1及SW2開路且開關SW3閉路，因此電流I2經開關SW3、電容接腳CN及飛馳電容Cfly流向LED22，此時驅動電流Iout=I2。驅動電流Iout的平均值
IoutaVg=I2×(1-D1)，　公式1
其中，D1為切換信號Φ1的責任週期比(duty)，(1-D1)為切換信號Φ2的責任週期比。又電流I2=I1×K，因此公式1可改寫為
Ioutavg=I1×K×(1-D1)。　公式2
當晶片致能/調光控制電路28接收到檢查信號chk時，如時間t4所示，切換信號Φ1及Φ2均轉為低準位使電容接腳CN浮接，晶片致能/調光控制電路28透過電容接腳CN偵測調光信號GPIO的電壓準位。
在LED驅動器IC 20中，輸出接腳VOUT除了提供輸出電壓Vo外，也作為連接飛馳電容Cfly的接腳，而電容接腳CN除了連接飛馳電容Cfly外，也作為接收調光信號GPIO的接腳。與圖1的LED驅動器IC 10相比，LED驅動器IC 20減少了調光接腳EN、電容接腳CP及電流接腳CS。
圖5係LED驅動器IC 20調光的實施例，圖6係其波形圖，其中波形60為調光信號GPIO，波形62為切換信號Φ1，波形64為切換信號Φ2，波形66為驅動電流Iout，波形68為驅動電流Iout的平均值Ioutavg，波形70為檢查信號chk。由於LED 22的亮度與其驅動電流Iout的平均值Ioutavg有關，因此調節平均值Ioutavg的大小即調節LED 22的亮度。圖5及圖6係藉控制運算放大器42的開與關調節平均值Ioutavg。當晶片致能/調光控制電路28接收到檢查信號chk時，切換信號Φ1及Φ2皆轉為低準位使電容接腳CN浮接，晶片致能/調光控制電路28偵測電容接腳CN的電壓準位以判斷調光信號GPIO的準位。若調光信號GPIO為高準位，如時間t5至t6所示，晶片致能/調光控制電路28使運算放大器42正常運作，此時LED驅動器IC 20提供驅動電流Iout給LED 22。當偵測到調光信號GPIO為低準位時，如時間t6至t7所示，晶片致能/調光控制電路28關閉運算放大器42，此時LED驅動器IC20停止提供驅動電流Iout給LED 22。假設調光信號GPIO的責任週期比為D2，則公式2可以改寫為
Ioutavg=I1×K×(1-D1)×D2。　公式3
由公式3可知，改變調光信號GPIO的責任週期比D2可以改變驅動電流Iout的平均值Ioutavg，進而調節LED 22的亮度。
圖7係LED驅動器IC 20調光的另一個實施例，圖8係其波形圖，其中波形80為調光信號GPIO，波形82為切換信號Φ1，波形84為切換信號Φ2，波形86為驅動電流Iout，波形88、90及92為三種驅動電流Iout的平均值Ioutavg，波形94為檢查信號chk。圖7及圖8係藉調節電流I1而調節平均值Ioutavg。晶片致能/調光控制電路28在接收到檢查信號chk後偵測調光信號GPIO的準位，每當偵測到調光信號GPIO由低準位轉為高準位，晶片致能/調光控制電路28將調節電流源44所提供的電流I1的大小。由公式2可知，調節電流I1可以改變驅動電流Iout的平均值Ioutavg，進而調節LED 22的亮度。參照驅動電流Iout的波形86，在一開始，驅動電流Iout的平均值Ioutavg如波形88所示，當調光信號GPIO由低準位轉為高準位，如時間t8所示，晶片致能/調光控制電路28降低電流I1，因此驅動電流Iout的平均值Ioutavg將下降，如波形90所示。當調光信號GPIO再次由低準位轉為高準位時，如時間t9所示，晶片致能/調光控制電路28進一步降低電流I1，因此驅動電流Iout的平均值Ioutavg再次下降，如波形92所示。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10．．．LED驅動器IC
12．．．LED
20．．．LED驅動器IC
22．．．LED
24．．．電流供應電路
26．．．切換電路
28．．．晶片致能/調光控制電路
30．．．PMOS電晶體MP1的第一端
32．．．PMOS電晶體MP1的第二端
34．．．PMOS電晶體MP1的閘極
36．．．PMOS電晶體MP2的第一端
38．．．PMOS電晶體MP2的第二端
40．．．PMOS電晶體MP2的閘極
42．．．運算放大器
44．．．電流源
46．．．調光信號GPIO的波形
48．．．切換信號Φ1的波形
50．．．切換信號Φ2的波形
52．．．驅動電流Iout的波形
54．．．驅動電流Iout的平均值
56．．．檢查信號chk的波形
60．．．調光信號GPIO的波形
62．．．切換信號Φ1的波形
64．．．切換信號Φ2的波形
66．．．驅動電流Iout的波形
68．．．驅動電流Iout的平均值
70．．．檢查信號chk的波形
80．．．調光信號GPIO的波形
82．．．切換信號Φ1的波形
84．．．切換信號Φ2的波形
86．．．驅動電流Iout的波形
88．．．驅動電流Iout的平均值
90．．．驅動電流Iout的平均值
92．．．驅動電流Iout的平均值
94．．．檢查信號chk的波形
圖1係傳統的LED驅動器IC的配置圖；
圖2係本發明的LED驅動器IC的配置圖；
圖3係圖2的LED驅動器IC的實施例；
圖4係圖3的電路的波形圖；
圖5係本發明的LED驅動器IC調光的實施例；
圖6係圖5的電路的波形；
圖7係本發明的LED驅動器IC調光的實施例；以及
圖8係圖7的電路的波形。
20．．．LED驅動器IC
22．．．LED

Claims (9)

  1. 一種低接腳數LED驅動器積體電路，包括：輸入接腳，供接受輸入電壓；輸出接腳，供連接LED及供應輸出電壓；電容接腳，供連接與該輸出接腳連接的飛馳電容；以及切換電路，連接該電容接腳及該輸出接腳，與該飛馳電容組成電荷幫浦，用以將該輸入電壓轉為該輸出電壓。
  2. 如請求項1之低接腳數LED驅動器積體電路，更包括電流供應電路連接該切換電路，提供該電荷幫浦操作所需的電流，因而從該輸出接腳供應驅動電流給該LED。
  3. 如請求項2之低接腳數LED驅動器積體電路，更包括控制電路連接該電容接腳及該電流供應電路，以偵測該電容接腳的電壓準位而產生電流調節信號給該電流供應電路，以調節該驅動電流的平均值。
  4. 如請求項3之低接腳數LED驅動器積體電路，其中該控制電路根據檢查信號使該電容接腳浮接，以偵測其電壓準位。
  5. 如請求項2之低接腳數LED驅動器積體電路，其中該電流供應電路包括：電流源，提供源電流；第一電晶體，具有第一端連接該輸入接腳、第二端連接該電流源、以及閘極；第二電晶體，具有第一端連接輸入接腳、第二端連接該切換電路、以及閘極；以及運算放大器，具有兩輸入端分別連接該第一及第二電晶體的第二端、以及輸出端連接該第一及第二電晶體的閘極。
  6. 如請求項5之低接腳數LED驅動器積體電路，更包括控制電路連接該電容接腳及該電流供應電路，根據該電容接腳的電壓準位開啟或關閉該運算放大器，以調節該驅動電流的平均值。
  7. 如請求項6之低接腳數LED驅動器積體電路，其中該控制電路根據檢查信號使該電容接腳浮接，以偵測其電壓準位。
  8. 如請求項5之低接腳數LED驅動器積體電路，更包括控制電路連接該電容接腳及該電流供應電路，根據該電容接腳的電壓準位產生電流調節信號給該電流源，以調節該源電流。
  9. 如請求項8之低接腳數LED驅動器積體電路，其中該控制電路根據檢查信號使該電容接腳浮接，以偵測其電壓準位。
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