TWI408999B - 發光二極體驅動電路 - Google Patents

Description

發光二極體驅動電路

本發明是有關於一種光源驅動技術，且特別是有關於一種發光二極體(Light-Emitting Diode，簡稱LED)驅動電路。

理想上LED順向導通電壓額定例如為3.3V，但是元件必然存在有誤差，例如在5%的誤差情況下，實際上LED順向導通電壓額定將會介於3.135V~3.465V。因此，即使是由相同數量、相同類型的LED串聯耦接所形成的燈串(light bar)，實際上各個燈串的順向導通電壓(其為所串接的各個LED的順向導通電壓的總和)仍然會彼此不同。如果在各個燈串上施加相同的偏壓，各個燈串在導通時將會因為實際的順向導通電壓不同而使流過各個燈串的電流不同，當然各個燈串提供的亮度也就不同。為了解決各個燈串電流不均所造成的亮度不均的問題，電流平衡電路就成了驅動LED燈串相當重要的元件。

圖1為一種現有的LED驅動電路的電路圖。請參照圖1，燈串11~1m中的每個燈串1i是由相同數量、相同類型的LED串聯耦接所形成，其中m、n均為正整數，i為1~m中任一正整數。在每個燈串1i的第一端上施加相同的直流電壓Vbus，這個直流電壓Vbus是將5V、12V、24V或400V等常見規格的直流電壓Vdc通過直流至直流(DC/DC)轉換器降壓或升壓而來的。在每個燈串1i的第二端外加相應的開關Mi及電阻Rsi再通過LED控制器使燈串11~1m的電流達到平衡，這種在LED控制器外再外加元件的控制方式尤其適用於燈串為高電壓、高電流(一般順向導通電壓大於60V、電流大於100mA)的應用場合。

對燈串1i而言，流過燈串1i的電流還會流過開關Mi及電阻Rsi，因此可通過電阻Rsi檢測流過燈串1i的電流(其為電壓形式)。然後LED控制器從電流檢測端ISi接收所檢測到的流過燈串1i的電流平均值並和預設的電流期望值做比較，再根據比較結果從通道端CHi送出信號控制開關Mi導通或不導通，使流過燈串1i的電流平均值等於電流期望值或在一定誤差範圍內(一般在5%~8%的誤差範圍內)而有一定的均流效果。LED控制器還通過電壓檢測端VDi檢測燈串1i第二端上的電壓，在檢測到燈串1i第二端的電壓過高時，表示燈串1i中有發光二極體發生短路，此時從通道端CHi送出信號控制開關Mi不導通以保護電路。

但是，市售專用的LED控制器可支持的燈串數量是固定的，隨著燈串11~1m數量的增加，需要採用多個LED控制器並聯使用，這些並聯使用的LED控制器之間的溝通及控制會使得設計成本上升且會使得電路變得複雜而不容易控制。而且，隨著燈串11~1m數量的增加，外加的開關M1~Mm和電阻Rs1~Rsm的數量也會增加，同樣會使得設計成本上升且會使得電路更為複雜。

有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種發光二極體(LED)驅動電路，不需要採用專用的LED控制器，且驅動電路架構相當簡單，可大幅降低成本。

為了達成上述目的及其它目的，本發明提出一種發光二極體驅動電路，用於驅動多個燈串組成的光源，每個燈串均包括多個串聯耦接的發光二極體，每個燈串的第一端均接收燈串電壓。發光二極體驅動電路包括多個電流平衡器、短路保護電路、電壓補償電路以及調光電路。每個電流平衡器均包括電晶體及調節器， 電晶體的第一端耦接至相應的燈串的第二端，電晶體的第二端通過調節器耦接至接地，在調節器不動作時，電晶體工作在截止區，在調節器動作時，電晶體工作在線性區且調節器用於檢測相應的燈串的電流並和電流期望值比較，以便在相應的燈串的電流大於電流期望值時控制電晶體的工作點靠近截止區，在相應的燈串的電流小於電流期望值時控制電晶體的工作點遠離截止區。短路保護電路用於在檢測到任一燈串的第二端的電壓大於過壓期望值時輸出關閉信號，並在未檢測到任一燈串的第二端的電壓大於過壓期望值時輸出開啟信號。電壓補償電路用於在檢測到任一燈串的第二端的電壓小於電壓期望值時調高燈串電壓，並在未檢測到任一燈串的第二端的電壓小於電壓期望值時不影響燈串電壓。調光電路用於在收到關閉信號時，輸出控制信號控制所有調節器不動作，並在收到開啟信號時，根據脈寬調變形式的調光信號輸出控制信號控制所有調節器交替地動作及不動作，以實現光源的脈寬調變調光。

其中，每個調節器包括限流電阻、檢測電阻及並聯穩壓器，並聯穩壓器具有陰極端、陽極端及參考端，限流電阻的第一端耦接至調光電路以接收控制信號，限流電阻的第二端耦接至電晶體的控制端及並聯穩壓器的陰極端，檢測電阻的第一端耦接至電晶體的第二端及並聯穩壓器的參考端，檢測電阻的第二端耦接至並聯穩壓器的陽極端及接地。或者，每個調節器包括運算放大器及檢測電阻，運算放大器的非反相輸入端接收設定電壓，運算放大器的反相輸入端耦接至電晶體的第二端及檢測電阻的第一端，運算放大器的輸出端耦接至電晶體的控制端，運算放大器的電源端耦接至調光電路以接收控制信號，檢測電阻的第二端耦接至接地，其中電流期望值為設定電壓除以檢測電阻的電阻值。

本發明的LED驅動電路在每個燈串的第二端串接電流平衡器以進行自我回授控制來調整燈串各自流過的電流，且加入電壓補償電路微調燈串電壓以便使具有不同順向導通電壓的每個燈串都能被完全點亮，另加入短路保護電路以便在燈串中有發光二極體短路時關閉LED驅動電路，以保護燈串不至於因過電流而燒毀。由於本發明的LED驅動電路不需要採用專用的LED控制器，且驅動電路架構相當簡單，可大幅降低成本。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

首先需要說明的是，本領域具有通常知識者應當知道開關或開關電路具有第一端、第二端及控制端。第一型開關或開關電路在控制端收到高準位信號時導通(即第一端及第二端導接)並在控制端收到低準位信號時不導通(即第一端及第二端斷開)；第二型開關或開關電路在控制端收到低準位信號時導通(即第一端及第二端導接)並在控制端收到高準位信號時不導通(即第一端及第二端斷開)。第一型開關或開關電路可以NPN雙極性電晶體(或N通道場效應電晶體)實現，第一端為集極端(或汲極端)，第二端為射極端(或源極端)，控制端為基極端(或閘極端)；第二型開關或開關電路可以PNP雙極性電晶體(或P通道場效應電晶體)實現，第一端為射極端(或源極端)，第二端為集極端(或汲極端)，控制端為基極端(或閘極端)。另外，電阻(resistor)及電容(capacitor)均具有第一端及第二端，二極體、發光二極體及齊納二極體(Zener diode)均具有陽極端及陰極端，以下不再贅述。

圖2為依照本發明一較佳實施例的發光二極體(LED)驅動電路 的方塊圖。請參照圖2，LED驅動電路2用於驅動燈串11~1m組成的光源，每個燈串1i均是由相同數量、相同類型的發光二極體D1~Dn串聯耦接所形成，其中m、n均為正整數，i為1~m中任一正整數。本領域具有通常知識者應當知道為了讓燈串11~1m可正常工作，在每個燈串1i中，發光二極體D1的陽極端應耦接至燈串1i的第一端，發光二極體Dk的陰極端應耦接至發光二極體D(k+1)的陽極端，且發光二極體Dn的陰極端應耦接至燈串1i的第二端P1i，其中k為1~(n-1)中任一正整數。燈串11~1m組成的光源可應用作為液晶顯示器的背光源，例如直下式或側面入光式背光源。

LED驅動電路2包括直流至直流(DC/DC)轉換器21、電流平衡電路22、短路保護電路23、電壓補償電路24以及調光電路25。

DC/DC轉換器21為降壓或升壓轉換器，用於將5V、12V、24V或400V等常見規格的直流電壓Vdc降壓或升壓而轉換為直流燈串電壓Vbus。DC/DC轉換器21通常採用切換式電源轉換器，其至少包括功率電晶體及控制器(圖中未繪示)。控制器的回授端會耦接至少一個電阻，通過電阻來檢測DC/DC轉換器21輸出的燈串電壓Vbus並轉換為適當準位的回授信號FB。當控制器從回授端收到的回授信號FB小於預設值時，控制器會調整功率電晶體的切換來調高燈串電壓Vbus，當控制器從回授端收到的回授信號FB大於預設值時，控制器會調整功率電晶體的切換來調低燈串電壓Vbus。如果在控制器的回授端所耦接的電阻旁再並聯另一個電阻，則會使控制器的回授端所耦接的電阻的整體電阻值下降，進而使得從回授端收到的回授信號FB必然小於預設值，此時控制器會調整功率電晶體的切換來調高燈串電壓Vbus。每個燈串1i的第一端均耦接至DC/DC轉換器21以接收燈串電壓Vbus來獲取導通所需的偏壓。

電流平衡電路22包括多個電流平衡器，每個電流平衡器耦接至相應的燈串1i的第二端P1i以進行自我回授控制來調整流過燈串1i的電流，使流過燈串1i的電流在2%~3%的誤差範圍內而有更好的均流效果。每個電流平衡器均包括電晶體Q1i及調節器22i。在每個電流平衡器中，電晶體Q1i的第一端耦接至相應的燈串1i的第二端P1i，電晶體Q1i的第二端通過調節器22i耦接至接地。在調節器22i不動作時，電晶體Q1i工作在截止區。在調節器22i動作時，電晶體Q1i工作在線性區且調節器22i用於檢測相應的燈串1i的電流並和電流期望值比較，以便在相應的燈串1i的電流大於電流期望值時控制電晶體Q1i的工作點靠近截止區而使燈串1i的電流變小，並在相應的燈串1i的電流小於電流期望值時控制電晶體Q1i的工作點遠離截止區而使燈串1i的電流變大。所以，電晶體Q1i相當於跨壓可調的元件，用於調節各個燈串1i的順向導通電壓使流過各個燈串1i的電流達到平衡。電晶體Q1i可採用電流驅動的雙極性電晶體或電壓驅動的場效應電晶體，其中以採用場效應電晶體為佳，這是因為若電晶體Q1i採用電流驅動的雙極性電晶體，則控制信號VCON的電流準位必須足夠大以便同時驅動電晶體Q11~Q1m，這對驅動電路25的設計是很大的負擔。

短路保護電路23用於在檢測到任一燈串的第二端的電壓大於過壓期望值時，表示燈串11~1m中有某一燈串的發光二極體短路而使該燈串不正常，故輸出關閉信號OFF，並在未檢測到任一燈串的第二端的電壓大於過壓期望值時，表示所有燈串11~1m均正常，故輸出開啟信號ON。關閉信號OFF或開啟信號ON可提供至DC/DC轉換器21，DC/DC轉換器21在收到關閉信號OFF時關閉而不再提供燈串電壓Vbus，；關閉信號OFF或開啟信號ON還可提供 至外部電路，如控制液晶顯示器的主板(main board)的微控制器以便其在收到關閉信號OFF時依序關閉其它週邊元件。

電壓補償電路24用於在檢測到任一燈串的第二端的電壓小於電壓期望值時，通過降低DC/DC轉換器21的回授信號FB來調高燈串電壓Vbus，並在未檢測到任一燈串的第二端的電壓小於電壓期望值時，不影響燈串電壓Vbus。

調光電路25用於在收到關閉信號OFF(有燈串不正常)時，輸出控制信號VCON控制所有調節器221~22m不動作，並在收到開啟信號ON(所有燈串均正常)時，根據脈寬調變(Pulse-Width Modulation，簡稱PWM)形式的調光信號DIM輸出控制信號VCON控制所有調節器221~22m交替地動作及不動作，以實現光源的PWM調光。其中，PWM形式的調光信號DIM的每個週期均包括一致能期間及一禁能期間，例如在致能期間時調光信號DIM為高準位信號，而在禁能期間時調光信號DIM為低準位信號。另外，對於控制信號VCON而言，在調光電路25收到關閉信號OFF(有燈串不正常)時，或在調光電路25收到開啟信號ON(所有燈串均正常)且調光信號DIM在禁能期間時，控制信號VCON例如為低準位信號，以控制調節器221~22m不動作；而在調光電路25收到開啟信號ON(所有燈串均正常)且調光信號DIM在致能期間時，控制信號VCON例如為高準位信號，以控制調節器221~22m動作。

圖3A為圖2所示電流平衡器的一電路實施例。請參照圖3A，電流平衡器包括電晶體Q1i及調節器22i。調節器22i包括限流電阻Rbi、檢測電阻Rsi及並聯穩壓器(shunt regulator)TLi。其中，並聯穩壓器TLi具有陰極端K、陽極端A及參考端R，可採用市售積體電路TL431、TL432等。限流電阻Rbi的第一端耦接至調光電路25以接收控制信號VCON，限流電阻Rbi的第二端耦接至電 晶體Q1i的控制端及並聯穩壓器TLi的陰極端K，檢測電阻Rsi的第一端耦接至電晶體Q1i的第二端及並聯穩壓器TLi的參考端，且檢測電阻Rsi的第二端耦接至並聯穩壓器TLi的陽極端A及接地。

由於流過燈串1i的電流還會流過電晶體Q1i及檢測電阻Rsi，因此可通過檢測電阻Rsi檢測流過燈串1i的電流(其為電壓形式)。假設並聯穩壓器TLi採用積體電路TL431，其將參考端R電壓和內部2.5V的參考電壓Vref做比較，在參考端R電壓大於2.5V的參考電壓Vref時，並聯穩壓器TLi導通而陰極端K和陽極端A相當於短路，在參考端R電壓小於2.5V的參考電壓Vref時，並聯穩壓器TLi不導通而陰極端K和陽極端A相當於開路。在本例中，電流期望值為參考電壓Vref除以檢測電阻Rsi的電阻值，可表示為Vref/Rsi，其中的Vref和採用的並聯穩壓器有關，因此可通過選擇不同的並聯穩壓器來改變電流期望值。

當控制信號VCON為低準位信號時，控制調節器22i不動作，這是因為電晶體Q1i的控制端收到低準位信號而工作在截止區，此時沒有電流流過檢測電阻Rsi，檢測電阻Rsi的跨壓(即參考端R電壓)為零而使並聯穩壓器TLi不導通，因此調節器22i無法檢測流過燈串1i的電流再據以回授控制電晶體Q1i進行電流調整。當控制信號VCON為高準位信號時，控制調節器22i動作，此時電晶體Q1i工作在線性區且調節器22i用於檢測相應的燈串1i的電流並和電流期望值比較，以便在燈串1i的電流大於電流期望值(即檢測電阻Rsi的跨壓大於參考電壓Vref)時，因並聯穩壓器TLi導通而使電晶體Q1i的控制端耦接至接地，進而控制電晶體Q1i的工作點靠近截止區而使燈串1i的電流變小；並在燈串1i的電流小於電流期望值(即檢測電阻Rsi的跨壓小於參考電壓Vref) 時，因並聯穩壓器TLi不導通而使電晶體Q1i的控制端收到高準位的控制信號VCON，進而控制電晶體Q1i的工作點遠離截止區而使燈串1i的電流變大。

圖3B為圖2所示電流平衡器的另一電路實施例。請參照圖3B，電流平衡器包括電晶體Q1i及調節器22i。調節器22i包括運算放大器OP1及檢測電阻Rsi。運算放大器OP1的非反相輸入端接收設定電壓Vset1，運算放大器OP1的反相輸入端耦接至電晶體Q1i的第二端及檢測電阻Rsi的第一端，運算放大器OP1的輸出端耦接至電晶體Q1i的控制端，運算放大器OP1的電源端耦接至調光電路25以接收控制信號VCON，且檢測電阻Rsi的第二端耦接至接地。在本例中，運算放大器OP1的電源端包括正電源端及負電源端，正電源端耦接至調光電路25以接收控制信號VCON，而負電源端耦接至接地。另外，運算放大器OP1可以比較器取代。在本例中，電流期望值為設定電壓Vset1除以檢測電阻Rsi的電阻值，可表示為Vset1/Rsi，因此可通過設定不同的設定電壓Vset1來改變電流期望值。

與圖3A的工作原理相同，在調節器22i不動作時，電晶體Q1i工作在截止區。在調節器22i動作時，電晶體Q1i工作在線性區且調節器22i用於檢測相應的燈串1i的電流並和電流期望值比較，以便在燈串1i的電流大於電流期望值(即檢測電阻Rsi的跨壓大於設定電壓Vset1)時，運算放大器OP1的輸出端輸出低準位信號控制電晶體Q1i的工作點靠近截止區而使燈串1i的電流變小；並在燈串1i的電流小於電流期望值(即檢測電阻Rsi的跨壓小於設定電壓Vset1)時，運算放大器OP1的輸出端輸出高準位信號控制電晶體Q1i的工作點遠離截止區而使燈串1i的電流變大。

圖4為圖2所示短路保護電路23的一電路實施例。請參照圖 4，短路保護電路23包括二極體D11~D1m、齊納二極體ZD1、分壓電路231及開關電路232。每個二極體D1i的陽極端耦接至相應的燈串1i的第二端P1i，每個二極體D1i的陰極端耦接至齊納二極體ZD1的陰極端，齊納二極體ZD1的陽極端耦接至分壓電路231，開關電路232的第一端耦接至調光電路25，且開關電路232的第二端耦接至禁能信號(在本例中利用接地提供低準位信號)。另外，分壓電路231包括電阻R1~R4及電容C1，其中電阻R1~R4用於分壓，而電容C1用於穩壓濾波。開關電路232包括第一型開關Q1，故開關電路232為第一型開關電路。

在任一燈串的第二端的電壓大於過壓期望值時，齊納二極體ZD1崩潰，通過分壓電路231將落在電阻R1~R4的電壓分壓後可輸出適當準位的高準位信號到開關電路232控制端以控制開關電路232導通，此時禁能信號傳送到調光電路25而實現調光電路25收到關閉信號OFF。在未檢測到任一燈串的第二端的電壓大於過壓期望值時，齊納二極體ZD1未崩潰，未有電壓落在電阻R1~R4而使分壓電路231輸出低準位信號到開關電路232控制端以控制開關電路232不導通，此時禁能信號未傳送到調光電路25而實現調光電路25收到開啟信號ON。因此，可通過選擇不同崩潰電壓的齊納二極體ZD1來改變過壓期望值的設計，即相當於設計當燈串中有多少個發光二極體短路時才輸出關閉信號OFF。

圖5為圖2所示電壓補償電路24的一電路實施例。請參照圖5，電壓補償電路24包括二極體D21~D2m、定電壓源241、分壓電路242、正端電阻R3、負端電阻R7、運算放大器OP2、開關電路243及並聯電阻R12。每個二極體D2i的陰極端耦接至相應的燈串1i的第二端P1i，每個二極體D2i的陽極端耦接至運算放大器OP2的反相輸入端，定電壓源241輸出定電壓Vo，定電壓Vo通過 分壓電路242分壓產生設定電壓Vset2，正端電阻R8的第一端耦接至分壓電路242以接收設定電壓Vset2，正端電阻R8的第二端耦接至運算放大器OP2的非反相輸入端，負端電阻R7的第一端耦接至定電壓源241以接收定電壓Vo，負端電阻R7的第二端耦接至運算放大器OP2的反相輸入端，運算放大器OP2的輸出端耦接至開關電路243的控制端，開關電路243的第一端耦接至DC/DC轉換器21的回授端而可調整回授信號FB，開關電路243的第二端耦接至並聯電阻R12的第一端，並聯電阻R12的第二端耦接至接地。在本例中，電壓期望值為設定電壓Vset2減去二極體D2i的順向導通電壓。

另外，定電壓源241包括電阻R1~R4、第一型開關Q1、並聯穩壓器TL1及電容C1、C2，其中電阻R1~R4、開關Q1及並聯穩壓器TL1構成的電路輸出定電壓Vo=(1+R3/R4)×Vref，Vref為並聯穩壓器TL1用於和參考端R電壓比較的內部參考電壓Vref，而電容C1、C2用於穩壓濾波。分壓電路242包括電阻R5、R6及電容C3，其中電阻R5、R6用於分壓以產生設定電壓Vset2=R6/(R5+R6)×Vo，而電容C3用於穩壓濾波。開關電路243包括二極體D31、電阻R10、R11、電容C4及第一型開關Q2，其中二極體D31用於使信號只可單向傳送，電阻R10、R11用於將運算放大器OP2輸出的信號分壓以轉換為適當準位的電壓信號來控制第一型開關Q2導通或不導通，電容C4用於穩壓濾波。

正端電阻R8、負端電阻R7及運算放大器OP2即可構成一般的比較器，此時運算放大器OP2可以比較器取代。但是，在本例中還加入回授電阻R9，回授電阻R9的第一端耦接至運算放大器OP2的非反相輸入端，回授電阻R9的第二端耦接至運算放大器OP2的輸出端，因此正端電阻R8、負端電阻R7、運算放大器OP2及回授 電阻R9構成遲滯比較器，可有效避免雜訊干擾。

當檢測到任一燈串的第二端的電壓小於電壓期望值時，檢測電壓Vdect小於設定電壓Vset2，運算放大器OP2輸出高準位信號控制開關電路243(或第一型開關Q2)導通，此時並聯電阻R12將和DC/DC轉換器21的控制器的回授端所耦接的電阻並聯而降低回授端所耦接的電阻的整體電阻值，使得控制器從回授端收到的回授信號FB必然小於預設值，因此控制器會調高燈串電壓Vbus。當未檢測到任一燈串的第二端的電壓小於電壓期望值時，檢測電壓Vdect不小於設定電壓Vset2，運算放大器OP2輸出低準位信號控制開關電路243(或第一型開關Q2)不導通，此時電壓補償電路24不影響DC/DC轉換器21的控制器從回授端收到的回授信號FB，因此不會影響DC/DC轉換器21輸出的燈串電壓Vbus。

圖6為圖2所示調光電路25的一電路實施例。請參照圖6，調光電路25包括第一開關電路251、第二開關電路252及第三開關電路253，第一開關電路251的第一端2511接收調光信號DIM，第一開關電路251的第二端2512耦接至第二開關電路252的控制端2523，第一開關電路251的控制端2513耦接至短路保護電路23以接收關閉信號OFF或開啟信號ON，第二開關電路252的第一端2521耦接至第三開關電路253的控制端2533，第二開關電路252的第二端2522耦接至低準位信號(在本例中利用接地提供低準位信號)，第三開關電路253的第一端2531耦接至高準位信號(在本例中利用直流電壓Vcc提供高準位信號)，第三開關電路253的第二端2532輸出控制信號VCON，其中第二開關電路252的控制端2523及第三開關電路253的控制端2533在未收到信號輸入時均不導通，且在第三開關電路253不導通時控制信號VCON為低準位信號。需要注意的是，第一開關電路251因包括第一型開關Q1 而為第一型開關電路，第二開關電路252因包括第一型開關Q2而為第一型開關電路，第三開關電路253因包括第二型開關Q3而為第二型開關電路。

當第一開關電路251的控制端2513收到關閉信號OFF(其為低準位信號)時，第一開關電路251不導通，因此沒有調光信號DIM輸入。第二開關電路252的控制端2523因為沒收到信號而通過內部電阻R5(其跨壓為零)接收到低準位信號，故第二開關電路252不導通。第三開關電路253的控制端2533也因為沒收到信號而通過內部電阻R6接收到高準位信號，故第三開關電路253不導通。此時調光電路25的輸出端(即第三開關電路253的第二端2532)通過內部電阻R8(其跨壓為零)接收到低準位信號，因此控制信號VCON為低準位信號以控制調節器221~22m不動作。

當第一開關電路251的控制端2513收到開啟信號ON(其為高準位信號)時，第一開關電路251導通，因此有調光信號DIM輸入。第二開關電路252的控制端2523收到調光信號DIM，在調光信號DIM的致能期間(其為高準位信號)時，第二開關電路252導通而將低準位信號(其為接地)傳送到第三開關電路253的控制端2533，使得第三開關電路253導通而將高準位信號(其為直流電壓Vcc)傳送到調光電路25輸出端，因此控制信號VCON為高準位信號以控制調節器221~22m動作；而在調光信號DIM的禁能期間(其為低準位信號)時，第二開關電路252不導通，第三開關電路253的控制端2533因為沒收到信號而通過內部電阻R6接收到高準位信號，故第三開關電路253不導通，此時調光電路25的輸出端(即第三開關電路253的第二端2532)通過內部電阻R8(其跨壓為零)接收到低準位信號，因此控制信號VCON為低準位信號以控制調節器221~22m不動作。

綜上所述，本發明的LED驅動電路在每個燈串的第二端串接電流平衡器以進行自我回授控制來調整燈串各自流過的電流，且加入電壓補償電路微調燈串電壓以便使具有不同順向導通電壓的每個燈串都能被完全點亮，另加入短路保護電路以便在燈串中有發光二極體短路時關閉LED驅動電路，以保護燈串不致於因過電流而燒毀。由於本發明的LED驅動電路不需要採用專用的LED控制器，且驅動電路架構相當簡單，可大幅降低成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用於限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11~1m‧‧‧燈串

2‧‧‧LED驅動電路

21‧‧‧DC/DC轉換器

22‧‧‧電流平衡電路

221~22m、22i‧‧‧調節器

23‧‧‧短路保護電路

231‧‧‧分壓電路

232‧‧‧開關電路

24‧‧‧電壓補償電路

241‧‧‧定電壓源

242‧‧‧分壓電路

243‧‧‧開關電路

25‧‧‧調光電路

251‧‧‧第一開關電路

2511‧‧‧第一端

2512‧‧‧第二端

2513‧‧‧控制端

252‧‧‧第二開關電路

2521‧‧‧第一端

2522‧‧‧第二端

2523‧‧‧控制端

253‧‧‧第三開關電路

2531‧‧‧第一端

2532‧‧‧第二端

2533‧‧‧控制端

C1~C4‧‧‧電容

OP1、OP2‧‧‧運算放大器

D1~Dn‧‧‧發光二極體

D11~D1m、D21~D2m、D31‧‧‧二極體

M1~Mm、Q1~Q3‧‧‧開關

Q11~Q1m、Q1i‧‧‧電晶體

R1~R12‧‧‧電阻

Rbi‧‧‧限流電阻

Rs1~Rsm、Rsi‧‧‧檢測電阻

TL1、TLi‧‧‧並聯穩壓器

ZD1‧‧‧齊納二極體

A‧‧‧陽極端

K‧‧‧陰極端

R‧‧‧參考端

CH1~CHm‧‧‧通道端

IS1~ISm‧‧‧電流檢測端

VD1~VDm‧‧‧電壓檢測端

P11~P1m、P1i‧‧‧燈串的第二端

FB‧‧‧回授信號

DIM‧‧‧調光信號

OFF‧‧‧關閉信號

ON‧‧‧開啟信號

VCON‧‧‧控制信號

Vbus‧‧‧燈串電壓

Vcc、Vdc‧‧‧直流電壓

Vdect‧‧‧檢測電壓

Vo‧‧‧定電壓

Vset1、Vset2‧‧‧設定電壓

圖1為一種現有的LED驅動電路的電路圖。

圖2為依照本發明一較佳實施例的發光二極體驅動電路的方塊圖。

圖3A及圖3B均為圖2所示電流平衡器的電路實施例。

圖4為圖2所示短路保護電路23的一電路實施例。

圖5為圖2所示電壓補償電路24的一電路實施例。

圖6為圖2所示調光電路25的一電路實施例。

11~1m‧‧‧燈串

2‧‧‧LED驅動電路

21‧‧‧DC/DC轉換器

22‧‧‧電流平衡電路

221~22m‧‧‧調節器

23‧‧‧短路保護電路

24‧‧‧電壓補償電路

25‧‧‧調光電路

D1~Dn‧‧‧發光二極體

Q11~Q1m‧‧‧電晶體

P11~P1m‧‧‧燈串的第二端

DIM‧‧‧調光信號

FB‧‧‧回授信號

OFF‧‧‧關閉信號

ON‧‧‧開啟信號

VCON‧‧‧控制信號

Vdc‧‧‧直流電壓

Vbus‧‧‧燈串電壓

Claims (5)

1. 一種發光二極體驅動電路，用於驅動多個燈串組成的一光源，每個燈串均包括多個串聯耦接的發光二極體，每個燈串的第一端均接收一燈串電壓，該發光二極體驅動電路包括：多個電流平衡器，每個電流平衡器均包括一電晶體及一調節器，該電晶體的第一端耦接至一相應的燈串的第二端，該電晶體的第二端通過該調節器耦接至一接地，在該調節器不動作時，該電晶體工作在截止區，在該調節器動作時，該電晶體工作在線性區且該調節器用於檢測該相應的燈串的電流並和一電流期望值比較，以便在該相應的燈串的電流大於該電流期望值時控制該電晶體的工作點靠近截止區，在該相應的燈串的電流小於該電流期望值時控制該電晶體的工作點遠離截止區；一短路保護電路，用於在檢測到任一燈串的第二端的電壓大於一過壓期望值時輸出一關閉信號，並在未檢測到任一燈串的第二端的電壓大於該過壓期望值時輸出一開啟信號；一電壓補償電路，用於在檢測到任一燈串的第二端的電壓小於一電壓期望值時調高該燈串電壓，並在未檢測到任一燈串的第二端的電壓小於該電壓期望值時不影響該燈串電壓；以及一調光電路，用於在收到該關閉信號時，輸出一控制信號控制該些電流平衡器的調節器不動作，並在收到該開啟信號時，根據脈寬調變形式的一調光信號輸出該控制信號控制該些電流平衡器的調節器交替地動作及不動作，以實現該光源的脈寬調變調光； 其中，每個調節器包括一限流電阻、一檢測電阻及一並聯穩壓器，該並聯穩壓器具有陰極端、陽極端及參考端，該限流電阻的第一端耦接至該調光電路以接收該控制信號，該限流電阻的第二端耦接至該電晶體的控制端及該並聯穩壓器的陰極端，該檢測電阻的第一端耦接至該電晶體的第二端及該並聯穩壓器的參考端，該檢測電阻的第二端耦接至該並聯穩壓器的陽極端及該接地；或者，每個調節器包括一運算放大器及一檢測電阻，該運算放大器的非反相輸入端接收一設定電壓，該運算放大器的反相輸入端耦接至該電晶體的第二端及該檢測電阻的第一端，該運算放大器的輸出端耦接至該電晶體的控制端，該運算放大器的電源端耦接至該調光電路以接收該控制信號，該檢測電阻的第二端耦接至該接地，其中該電流期望值為該設定電壓除以該檢測電阻的電阻值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該短路保護電路包括多個二極體、一齊納二極體、一分壓電路及一開關電路，每個二極體的陽極端耦接至一相應的燈串的第二端，每個二極體的陰極端耦接至該齊納二極體的陰極端，該齊納二極體的陽極端耦接至該分壓電路，該開關電路的第一端耦接至該調光電路，該開關電路的第二端耦接至一禁能信號，在任一燈串的第二端的電壓大於該過壓期望值時，該齊納二極體崩潰且通過該分壓電路輸出高準位信號控制該開關電路導通，該禁能信號傳送到該調光電路而實現該調光電路收到該關閉信號，在未檢測到任一燈串的第二端的電壓大於該過壓期望值時，該齊納二極體未崩潰且通過該分壓電路輸出低準位信號控制該開關電路不導通，該禁能信號未傳送到該調光電路而實現該調光電路收到該開啟信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該電壓補償電路包括多個二極體、一定電壓源、一分壓電路、一正端電阻、一負端電阻、一運算放大器、一開關電路及一並聯電阻，每個二極體的陰極端耦接至一相應的燈串的第二端，每個二極體的陽極端耦接至該運算放大器的反相輸入端，該定電壓源輸出一定電壓，該定電壓通過該分壓電路分壓產生一設定電壓，該正端電阻的第一端耦接至該分壓電路以接收該設定電壓，該正端電阻的第二端耦接至該運算放大器的非反相輸入端，該負端電阻的第一端耦接至該定電壓源以接收該定電壓，該負端電阻的第二端耦接至該運算放大器的反相輸入端，該運算放大器的輸出端耦接至該開關電路的控制端，該開關電路的第一端耦接至一直流至直流轉換器的回授端，該開關電路的第二端耦接至該並聯電阻的第一端，該並聯電阻的第二端耦接至該接地，其中該電壓期望值為該設定電壓減去該二極體的順向導通電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，其中該電壓補償電路還包括一回授電阻，該回授電阻的第一端及第二端分別耦接至該運算放大器的非反相輸入端及輸出端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該調光電路包括一第一開關電路、一第二開關電路及一第三開關電路，該第一開關電路的第一端接收該調光信號，該第一開關電路的第二端耦接至該第二開關電路的控制端，該第一開關電路的控制端耦接至該短路保護電路以接收該關閉信號或該開啟信號，該第二開關電路的第一端耦接至該第三開關電路的控制端，該第二開關電路的第二端耦接至一低準位信號，該第三開關電路的第一端耦接至一高準位信號，該第三開關電路的第二 端輸出該控制信號，其中該第二開關電路的控制端及該第三開關電路的控制端在未收到信號輸入時均不導通，且在該第三開關電路不導通時該控制信號為低準位信號。