TWI406595B - LED driver and controller for its use - Google Patents

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Wei Hsin Wei
Kwan Jen Chu
Tzu Huan Chiu
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

LED驅動器及供其使用的控制器
本發明係有關一種發光二極體(Light Emitting Diode；LED)驅動器，特別是關於一種LED驅動器的控制器。
圖1顯示習知具有升壓轉換器的LED驅動器10，其包括控制器11、電感L及電容Cout，該電感L連接在輸入電壓VIN及接腳LX之間，該電容Cout連接在該輸出接腳OUT。在控制器11中，作為開關的NMOS電晶體22連接在接腳LX及接地端GND之間，作為開關的PMOS電晶體24連接在接腳LX及輸出接腳OUT之間，電感L、NMOS電晶體22及PMOS電晶體24組成一升壓轉換器，邏輯電路20輸出信號S4及S5切換電晶體22及24以產生一個高於LED導通電壓VF的輸出電壓點亮LED 28，電流感測電路18感測電感L上的電感電流IL產生信號S1，斜率補償器12補償信號S1產生信號S2，電流源26連接LED 28的陰極，用以抽取一定電流ICS，運算放大器16用以偵測電流源26跨壓產生信號S3，比較器14比較信號S2及S3產生一輸出至邏輯電路20以決定信號S4及S5。LED驅動器10的優點在於當輸入電壓VIN低於LED 28的順向偏壓VF時仍然有很高的效能，但是缺點則是控制器11的晶片面積(die area)較大，這是因為通過PMOS電晶體24的電流ID很大，因此需要較大的PMOS 電晶體24來作為開關，電流ID越大，所需要的PMOS電晶體24就越大，控制器11的晶片面積也就越大。
因此，一種高效能且晶片面積小的LED驅動器，乃為所冀。
本發明的目的之一，在於提出一種高效能且晶片面積小的LED驅動器。
本發明的目的之一，在於提出一種LED驅動器的控制器。
根據本發明，一種LED驅動器包括一電感連接在一輸入電壓及驅動器一電感連接接腳之間，一開關連接在該驅動器電感連接接腳及一接地端之間，該電感連接接腳亦作為該LED驅動器的輸出端，藉由切換該開關以在該電感連接接腳上產生一輸出電流點亮二極體。該電感及開關與該LED驅動器所要點亮的LED組成一非同步升壓轉換器，因此具有良好的效能，再者，以所要驅動的LED來作為非同步升壓轉換器中的整流二極體，因此可以減少元件的使用，進而減少LED驅動器的晶片面積。
根據本發明，一種LED驅動器的控制器係用來控制該驅動器供應一LED的電流，該驅動器具有一電感，該控制器包括一輸出接腳供連接該電感及該LED，以及一開關連接至該輸出接腳，受切換而調節該電流，其中該開關與該電感及該LED形成一非同步升壓轉換器。由於以所 要驅動的LED來作為非同步升壓轉換器中的整流二極體，因此可以減少元件的使用，進而減少該控制器的晶片面積。
圖2顯示本發明的實施例，LED驅動器30包括控制器31、電感L及電容Cout，該電感L連接在輸入電壓VIN及控制器31的輸出接腳OUT之間，該電容Cout連接控制器31的回授接腳FB。LED 46具有一陽極連接輸出接腳OUT以及一陰極連接回授接腳FB。控制器31中，作為開關的NMOS電晶體42連接在輸出接腳OUT及接地端GND之間，當邏輯電路40輸出信號VGN切換NMOS電晶體42時，在輸出接腳OUT上將產生驅動電流ID點亮LED46，電流感測電路38感測電感L上的電感電流IL產生信號S1，斜率補償器32補償信號S1產生信號S2，通過LED46的電流ID對電容Cout充電產生電壓VN，電流源44經由回授接腳FB從電容Cout中抽取電流ICS，電流ICS等於穩態時的電流ID之平均值，電流源44用以控制電流ID的平均值，運算放大器36用以偵測電流源44跨壓產生信號S3，比較器34比較信號S2及S3產生一輸出至邏輯電路40以決定信號VGN。在此實施例中，驅動器電感L及NMOS電晶體42與LED驅動器30所要驅動的LED 46組成一非同步升壓轉換器，因此，在輸入電壓VIN低於LED46的順向偏壓時，LED驅動器30仍然具有高效能，再者， 與習知的LED驅動器10相比，LED驅動器30節省了PMOS電晶體24，是以，LED驅動器30的控制器31之晶片面積較小。
圖3顯示圖2中信號的波形，其中波形48為信號VGN，波形50為電感電流IL，波形52為電流ID，波形54為電壓VN，波形56為輸出接腳OUT上的電壓VP。參照圖2及圖3，當信號VGN為高準位時，如時間t1至t2，NMOS電晶體42打開(turn on)，因此輸出接腳OUT上的電壓VP被拉至接地端GND上的準位而且電流ID為零，如波形52及56所示，在此期間，電感L儲能而且電感電流IL以正比於(VIN/L)的斜率上升，如波形50所示，電流源44從電容Cout中抽取直流電流ICS，因此電容Cout上的電壓VN將以正比於(ICS/Cout)的斜率下降，如波形54所示。當信號VGN為低準位時，如時間t2至t3，NMOS電晶體42關閉(turn off)，因此電感電流IL流向LED 46，而電壓VP則被拉至LED 46的順向偏壓，由於在電感L上有一負跨壓等於(VIN－VP)，因此電感電流IL以正比於[(VIN－VP)/L]的斜率下降，又通過LED 46的電流ID流向電容Cout，因此電壓VN以正比於[(ID－ICS)/Cout]的斜率上升。
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
12‧‧‧斜率補償器
14‧‧‧比較器
16‧‧‧運算放大器
18‧‧‧電流感測電路
20‧‧‧邏輯電路
22‧‧‧NMOS電晶體
24‧‧‧PMOS電晶體
26‧‧‧電流源
28‧‧‧LED
30‧‧‧LED驅動器
32‧‧‧斜率補償器
34‧‧‧比較器
36‧‧‧運算放大器
38‧‧‧電流感測電路
40‧‧‧邏輯電路
42‧‧‧NMOS電晶體
44‧‧‧電流源
46‧‧‧LED
48‧‧‧信號VGN的波形
50‧‧‧電感電流IL的波形
52‧‧‧電流ID的波形
54‧‧‧電壓VN的波形
56‧‧‧電壓VP的波形
圖1顯示習知具有升壓轉換器的LED驅動器；圖2顯示本發明的實施例；以及圖3顯示圖2中信號的波形。
30‧‧‧LED驅動器
32‧‧‧斜率補償器
34‧‧‧比較器
36‧‧‧運算放大器
38‧‧‧電流感測電路
40‧‧‧邏輯電路
42‧‧‧NMOS電晶體
44‧‧‧電流源
46‧‧‧LED

Claims (2)

  1. 一種LED驅動器，用以提供一輸出電流點亮一LED，該LED驅動器包括：一電感，連接在一電源端及該LED驅動器的輸出端之間；一開關，連接在該LED驅動器的輸出端及一接地端之間，藉由切換該開關以在該LED驅動器的輸出端產生該輸出電流；一電容，連接該LED的陰極；以及一電流源，從該電容抽取一直流電流，該直流電流等於該輸出電流的平均值；其中，該所要點亮的LED與該電感及開關形成一非同步升壓轉換器。
  2. 一種LED驅動器的控制器，係用來控制該驅動器供應一LED的電流，該驅動器具有一電感，該控制器包括：一輸出接腳，供連接該電感及該LED；一開關，連接至該輸出接腳，受切換而調節該電流；一回授接腳，供連接該LED的陰極及一電容；以及一電流源，連接該回授接腳，以控制該電流的平均值；其中，該開關與該電感及該LED形成一非同步升壓轉換器。
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