TWI411354B - 開關電路及發光二極體電路 - Google Patents

Description

開關電路及發光二極體電路

本揭示內容是有關於一種電路，且特別是有關於一種電壓調整電路。

發光二極體(Light Emitting Diode；LED)與傳統的燈泡照明工具相較下，估計效率約為傳統燈泡的四倍。並且，發光二極體不像傳統的燈泡含有有毒的水銀，更擁有較燈泡更長的使用壽命。種種因素下，發光二極體已經成為現代照明科技最新的主流技術。

發光二極體電路中的開關電路，是藉由對發光二極體充電及放電的過程中，來達到開關的效果。一般在發光二極體電路的設計中，會在發光二極體的輸出端連接負載，以供穩壓。然而，在負載上消耗過多的功率，不啻是種浪費，因此常利用一個迴授的機制，將輸出端連接一比較器，以藉由一個預設的小電壓來鎖住輸出端的輸出電壓，藉此達到降低功率消耗的功效。為了達到這個小電壓的預設數值，比較器用以將輸出電壓與一參考電壓相比較，其中此參考電壓即為上述之小電壓。所以，這個參考電壓必需相當的精確，以避免在負載上額外的功率消耗。

在電路實際運作前，常需要對參考電壓進行量測，以確保參考電壓不會與預設之數值相差過大。然而，由於參考電壓的量級相當小，量測過程中的量測工具如探針，很可能本身即會對量測結果造成相當大的誤差，在量測的困難度上相當難以克服。

因此，如何設計一個新的開關電路，可以提供實際運作前一個精準的量測機制，不再受到量測模具的影響而可以精確的測量此參考電壓，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此，本揭示內容之一態樣是在提供一種開關電路，係用於發光二極體電路，包含：模式選擇電路、比較器以及控制模組。模式選擇電路包含：分壓模組以及切換器。分壓模組用以接收參考電壓產生工作電壓，工作電壓為參考電壓根據線性關係產生之分壓。切換器連接於分壓模組，並具有輸出端。比較器包含連接於切換器之第一輸入端、第二輸入端以及比較器輸出端。其中當測量模式被執行，切換器傳送參考電壓，且比較器之第二輸入端連接於比較器輸出端。當工作模式被執行，切換器傳送工作電壓，比較器之第二輸入端接收發光二極體電路之輸出電壓，且控制模組根據比較器輸出端之電壓產生控制訊號，以對發光二極體電路進行開關控制。

此外，本揭示內容之另一態樣是在提供一種發光二極體電路，包含：負載、發光二極體群組、開關電路、以及功率金氧半場效電晶體(Power MOSFET)。負載用以連接至接地電位。發光二極體群組具有連接至供應電源之群組輸入端以及連接至負載之群組輸出端。開關電路包含：模式選擇電路、比較器以及控制模組。模式選擇電路包含：分壓模組以及切換器。分壓模組用以接收參考電壓產生工作電壓，工作電壓為參考電壓根據線性關係產生之分壓。切換器連接於分壓模組，並具有輸出端。比較器包含連接於切換器之第一輸入端、第二輸入端以及比較器輸出端。其中當測量模式被執行，切換器傳送參考電壓，且比較器之第二輸入端連接於比較器輸出端。當工作模式被執行，切換器傳送工作電壓，比較器之第二輸入端接收發光二極體電路之輸出電壓，且控制模組根據比較器輸出端之電壓產生控制訊號，以控制發光二極體電路之功率金氧半場效電晶體之閘極，以進一步對發光二極體電路進行開關控制。

請參照第1圖，係為本揭示內容一實施例之發光二極體電路1之示意圖。發光二極體電路1，包含：電感10、發光二極體群組12、功率金氧半場效電晶體14、開關電路16以及負載18。電感10係連接至供應電源Vss以提供穩壓的效果。於其他實施例中，電感10並非為必要之元件。發光二極體群組12之群組輸入端係連接至電感10，而群組輸出端則連接至負載18。群組輸出端具有一輸出電壓Vo。而負載18則進一步連接至接地電位GND。

功率金氧半場效電晶體14連接於發光二極體群組12之輸入端以及接地電位間。開關電路16用以產生控制訊號11以對功率金氧半場效電晶體14之閘極進行控制。發光二極體電路1更包含電容120，以使開關電路16對電容120進行充電及放電。當控制訊號11打開功率金氧半場效電晶體14，功率金氧半場效電晶體14將對電容120進行充電，以進一步打開發光二極體群組12。而當控制訊號11關閉功率金氧半場效電晶體14，功率金氧半場效電晶體14將對電容120進行放電，以進一步關閉發光二極體群組12。

請參照第2圖，第2圖為本揭示內容之一實施例中，開關電路16之示意圖。開關電路16包含：電壓調整模組20、模式選擇電路22、比較器24以及控制模組。

電壓調整模組20用以對一前參考電壓Vpr進行調整，俾產生參考電壓Vr。換句話說，電壓調整模組20對前參考電壓Vpr進行調整，以達到一個精確度較高的電壓，即參考電壓Vr。

模式選擇電路22包含：分壓模組200以及切換器202。分壓模組於本實施例中為電阻梯200，具有用以接收參考電壓Vr之第一端、連接於接地電位GND之第二端以及用以產生工作電壓Vw之分壓端。因此，工作電壓Vw係為參考電壓Vr之分壓。工作電壓Vw之值係由電阻梯200之各電阻的阻值來決定。換句話說，工作電壓Vw與參考電壓Vr間具有線性關係。於其他實施例中，其他可以接收參考電壓並以線性關係產生分壓之電路，亦可應用於此。

切換器202可以接收參考電壓Vr及工作電壓Vw。比較器24具有比較器輸出端、第一輸入端及第二輸入端。本實施例中的比較器24為操作放大器，因此比較器輸出端於第2圖中係以符號「o」表示，第一輸入端為操作放大器之非反相輸入端，於第2圖中係以符號「＋」表示，而第二輸入端為操作放大器之反相輸入端，於第2圖中係以符號「-」表示。第一輸入端係連接於切換器202之輸出端。

控制模組實質上包含振盪器26以及脈衝寬度調變器28(Pulse Width Modulation；PWM)。振盪器26用以產生振盪訊號21。脈衝寬度調變器28用以根據比較器24之輸出端以及振盪訊號21產生控制訊號11，以控制功率金氧半場效電晶體14之閘極，以對發光二極體電路1之發光二極體群組12進行開關控制。

開關電路16可以執行於測量模式以及工作模式下。第2圖所繪示的，是執行於測量模式的開關電路16。於測量模式中，切換器202傳送參考電壓Vr至其輸出端，且比較器24之第二輸入端連接於比較器輸出端，以形成迴授的結構。此迴授結構使比較器24不會受到外部電路，如脈衝寬度調變器28的干擾。因此，藉由測量的器具，如探針，即可於第一輸入端執行測量，而不會被外部電路所影響。此時的第一輸入端如上所述，所接收的是參考電壓Vr。

在進行上述的測量時，可能會測量到實際的參考電壓Vr與所要求的目標值間的誤差。可以容許的誤差容忍範圍，需視發光二極體電路的規格而定。於不同的實施例中，此誤差容忍範圍，可為目標值的-0.3%至+0.3%間，或是-0.5%至+0.5%之間。

當參考電壓Vr不在誤差容忍範圍內時，使用者可藉由控制電壓調整模組20來對參考電壓Vr進行調整，直到參考電壓Vr落在誤差容忍範圍內。而當參考電壓Vr落在誤差容忍範圍內時，開關電路16即可切換至工作模式。請參照第3圖，第3圖係為一實施例中，開關電路16位於工作模式下的示意圖。在工作模式下，切換器202傳送工作電壓Vw至其輸出端。由於電阻梯200的線性關係，其分壓，即工作電壓Vw，也會在誤差容忍範圍內。

比較器之第二輸入端接收發光二極體電路之輸出電壓，且控制模組根據比較器輸出端之電壓產生控制訊號，以控制發光二極體電路之功率金氧半場效電晶體之閘極，以進一步對發光二極體電路進行開關控制。

如果使用者直接地對工作電壓Vw進行測量，則量測結果由於工作電壓Vw的大小與參考電壓Vr相較下非常小，而容易受到影響。舉例來說，如果參考電壓Vr的目標值為1伏特，工作電壓Vw的目標值為0.3伏特，而誤差容忍範圍係在目標值的-0.3%至+0.3%內。對參考電壓Vr的目標值來說，其誤差容忍範圍即為-30mV至+30mV。而對工作電壓Vw的目標值來說，其誤差容忍範圍即為-9mV至+9mV。如果測量的模具造成了10mV的誤差，則此誤差在參考電壓Vr的測量上，仍使結果落在其誤差容忍範圍內。但是反觀工作電壓Vw，此誤差將使得結果落在其誤差容忍範圍外。

更進一步地，在工作模式中，比較器24的第二輸入端係連接於發光二極體群組12的群組輸出端，以接收輸出電壓Vo。控制模組係連接在比較器輸出端，以產生控制訊號11來控制功率金氧半場效電晶體14之閘極，以對發光二極體電路1之發光二極體群組12進行開關控制。因此，電感10、發光二極體群組12、功率金氧半場效電晶體14以及開關電路16將一同形成迴授的機制，以將輸出電壓Vo限制在低準位，進一步避免在負載18過多的功率損耗。

本揭示內容中的開關電路中的模式選擇電路，可以提供測量模式，以對參考電壓進行測量，並進一步藉測量結果來調整參考電壓到目標值的誤差容忍範圍內。當參考電壓位在目標值的誤差容忍範圍內，由於分壓模組，如電阻梯的線性特性，其所產生的分壓，即工作電壓，也將落在其目標值的誤差容忍範圍內。因此，比較器可提供輸出電壓以及參考電壓一個精確的比較。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．發光二極體電路

10．．．電感

11．．．控制訊號

12．．．發光二極體群組

120．．．電容

14．．．功率金氧半場效電晶體

16．．．開關電路

18．．．負載

20．．．電壓調整模組

200．．．分壓模組

202．．．切換器

21．．．振盪訊號

22．．．模式選擇電路

24．．．比較器

26．．．振盪器

28．．．脈衝寬度調變器

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係為本揭示內容一實施例之發光二極體電路之示意圖；

第2圖為本揭示內容之一實施例中，開關電路位於測量模式之示意圖；

第3圖為本揭示內容之一實施例中，開關電路位於工作模式之示意圖。

11．．．控制訊號

16．．．開關電路

20．．．電壓調整模組

200．．．分壓模組

202．．．切換器

21．．．振盪訊號

22．．．模式選擇電路

24．．．比較器

26．．．振盪器

28．．．脈衝寬度調變器

Claims (12)

1. 一種開關電路，係用於一發光二極體電路，該開關電路包含：一模式選擇電路，包含：一分壓模組，係用以接收一參考電壓以產生一工作電壓，其中該工作電壓係為該參考電壓根據一線性關係產生之一分壓；一電壓調整模組，用以對一前參考電壓進行調整，俾產生該參考電壓；以及一切換器，係連接於該分壓模組，並具有一輸出端；一比較器，包含連接於該切換器之一第一輸入端、一第二輸入端以及一比較器輸出端；以及一控制模組；其中當一測量模式被執行，該切換器係傳送該參考電壓，且該比較器之該第二輸入端係連接於該比較器輸出端；當一工作模式被執行，該切換器係傳送該工作電壓，該比較器之該第二輸入端接收該發光二極體電路之一輸出電壓，且該控制模組根據該比較器輸出端之電壓產生一控制訊號，以對該發光二極體電路進行開關控制。
2. 如請求項1所述之開關電路，其中該分壓模組係為一電阻梯，包含：一第一端，用以接收該參考電壓； 一第二端，係連接於一接地電位；以及一分壓端，用以產生該工作電壓。
3. 如請求項1所述之開關電路，其中於該測量模式中，該參考電壓之誤差容忍範圍係為一目標參考電壓之-0.3%至+0.3%。
4. 如請求項1所述之開關電路，其中於該測量模式中，該參考電壓之誤差容忍範圍係為一目標參考電壓之-0.5%至+0.5%。
5. 如請求項1所述之開關電路，其中該控制模組包含：一振盪器，用以產生一振盪訊號；以及一脈衝寬度調變器，用以根據該比較器輸出端以及該振盪訊號產生該控制訊號，以控制一功率金氧半場效電晶體之閘極，以對該發光二極體電路之一發光二極體群組進行開關控制。
6. 如請求項5所述之開關電路，其中該功率金氧半場效電晶體係對該發光二極體電路之一電容進行充電及放電，俾對該發光二極體群組進行開關控制。
7. 一種發光二極體電路，包含： 一負載，連接至一接地電位；一發光二極體群組，具有連接至一供應電源之一群組輸入端以及連接至該負載之一群組輸出端；一開關電路，包含：一模式選擇電路，包含：一分壓模組，係用以接收一參考電壓以產生一工作電壓，其中該工作電壓係為該參考電壓根據一線性關係產生之一分壓；一電壓調整模組，用以對一前參考電壓進行調整，俾產生該參考電壓；以及一切換器，係連接於該分壓模組，並具有一輸出端；一比較器，包含連接於該切換器之一第一輸入端、一第二輸入端以及一比較器輸出端；以及一控制模組；以及一功率金氧半場效電晶體；其中當一測量模式被執行，該切換器係傳送該參考電壓，且該比較器之該第二輸入端係連接於該比較器輸出端；當一工作模式被執行，該切換器係傳送該工作電壓，該比較器之該第二輸入端接收該發光二極體電路之該群組輸出端之一輸出電壓，且該控制模組根據該比較器輸出端之電壓產生一控制訊號，以控制該發光二極體電路之該功率金氧半場效電晶體之閘極，以進一步對該發光二極體電路進行開關控制。
8. 如請求項7所述之發光二極體電路，其中該分壓模組係為一電阻梯，包含：一第一端，用以接收該參考電壓；一第二端，係連接於該接地電位；以及一分壓端，用以產生該工作電壓。
9. 如請求項7所述之發光二極體電路，其中於該測量模式中，該參考電壓之誤差容忍範圍係為一目標參考電壓之-0.3%至+0.3%。
10. 如請求項7所述之發光二極體電路，其中於該測量模式中，該參考電壓之誤差容忍範圍係為一目標參考電壓之-0.5%至+0.5%。
11. 如請求項7所述之發光二極體電路，其中該控制模組包含：一振盪器，用以產生一振盪訊號；以及一脈衝寬度調變器，用以根據該比較器輸出端以及該振盪訊號產生該控制訊號，以控制該功率金氧半場效電晶體，以進一步對該發光二極體群組進行開關控制。
12. 如請求項7所述之發光二極體電路，其中該功率金氧半場效電晶體係對該發光二極體電路之一電容進行充 電及放電，俾對該發光二極體電路進行開關控制。