TWI411357B - 高調光頻率之發光二極體電路 - Google Patents

Description

高調光頻率之發光二極體電路

本發明是有關於一種發光二極體電路，且特別是有關於一種具有高調光頻率之發光二極體電路。

發光二極體在效能上，估計約為傳統燈泡四倍的表現。與具有有毒水銀的螢光燈管相比較，發光二極體不但安全，更可以在耐久度上，有突出的表現。因此，在照明科技上，發光二極體已經由於經濟性及安全性，而成為最重要的主流技術。

傳統的發光二極體的驅動電路，通常以低於1KHz的操作頻率來進行驅動。由於較低的操作頻率，人耳極可能聽見發光二極體在此低頻之振動下產生的音頻，而感到吵雜而難以忍受。因此，如果能以高頻的方式驅動，將是解決之道。但是，在負責驅動的調光訊號之頻率變高的情形下，根據調光訊號產生，供應至發光二極體的電流，極難維持線性的穩定度，而會在高頻時無法對發光二極體完全的充電，進而使發光二極體亮度無法達到應有的水準，使人眼感到不適。

因此，如何設計一個新的發光二極體電路，使發光二極體電路在高頻的運作下，不會喪失電流的線性度，而能夠保持足夠的亮度，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此本發明的目的就是在提供一種發光二極體電路，包含：電感、一組發光二極體、電容、功率金氧半電晶體以及開關電路。電感電性連接供應電源以及第一節點；該組發光二極體電性連接於第一節點以及接地電位；電容電性連接第一節點及接地電位；功率金氧半電晶體電性連接於第一節點及接地電位，功率金氧半電晶體之閘極係接收開關訊號，俾使功率金氧半電晶體於開啟時對電容進行充電，以進一步打開該組發光二極體，且於功率金氧半電晶體關閉時，使電容進行放電，以進一步關閉該組發光二極體；以及開關電路，係用以產生開關訊號，包含：控制模組、誤差放大器以及脈衝寬度調變模組。控制模組用以接收具有高電位週期及低電位週期之調光訊號，俾根據調光訊號產生控制訊號；誤差放大器根據控制模組輸出之調光訊號產生誤差訊號；以及脈衝寬度調變模組用以比較誤差訊號以及參考訊號，以產生比較結果，控制訊號係控制脈衝寬度調變模組，使當調光訊號於高電位週期時，脈衝寬度調變模組開啟，當調光訊號於低電位週期時，脈衝寬度調變模組關閉，其中開關訊號係於高電位週期時根據比較結果開啟功率金氧半電晶體，並於低電位週期時關閉功率金氧半電晶體。

本發明之優點在於能夠根據調光訊號，在低電位週期時僅關閉脈衝寬度調變模組，不須將整體發光二極體電路關閉，而可以因應高頻率操作下，快速地對發光二極體進行充放電，而輕易地達到上述之目的。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，該技術領域具 有通常知識者便可瞭解本發明之目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

請參照第1圖，係為本發明之第一實施例之發光二極體電路1之電路圖。發光二極體電路1包含：電感10、一組發光二極體12、電容14、功率金氧半電晶體16以及開關電路18。電感10電性連接供應電源Vp以及第一節點11；該組發光二極體12電性連接於第一節點11以及接地電位；電容14電性連接第一節點11及接地電位。功率金氧半電晶體16電性連接於第一節點11及接地電位，功率金氧半電晶體16之閘極係接收開關訊號13，俾使功率金氧半電晶體16於開啟時對電容14進行充電，以進一步打開該組發光二極體12，且於功率金氧半電晶體16關閉時，使電容14進行放電，以進一步關閉該組發光二極體12。開關電路18係用以產生開關訊號13，以控制功率金氧半電晶體16之開關，進而使該組發光二極體12以一預先設定之頻率打開及關閉。如果此預先設定之頻率係為較低的頻率，則人耳極可能聽見發光二極體電路1之各元件在此低頻之振動下產生的音頻，而感到吵雜而難以忍受。

請參照第2圖，係為本發明之第一實施例之開關電路18之電路圖。開關電路18包含控制模組200、誤差放大器202、振盪電路204、脈衝寬度調變模組206、閘極驅動器208以及電流偵測模組210。控制模組200用以接收具有高電位週期及低電位週期之調光訊號201，俾根據調光訊號 201產生控制訊號203。調光訊號201實質上係為高頻之方波，其中高頻係指超過30KHz之頻率。誤差放大器202根據控制模組200輸出之調光訊號201’產生誤差訊號205。其中調光訊號201’係為調光訊號201經過控制模組200降壓之後的結果。振盪電路204產生具有一鋸齒狀波形之參考訊號207。脈衝寬度調變模組206用以比較誤差訊號205以及參考訊號207，以產生比較結果。實質上來說，誤差訊號205亦做為脈衝寬度調變模組206的一個參考之電壓。控制訊號203係由控制模組200產生，以控制脈衝寬度調變模組206，使當調光訊號201於高電位週期時，脈衝寬度調變模組206開啟，當調光訊號201於低電位週期時，脈衝寬度調變模組206關閉。因此，於高電位週期時，開關訊號13’係由脈衝寬度調變模組206產生，並根據比較結果開啟功率金氧半電晶體16。於低電位週期時，開關訊號13’係關閉功率金氧半電晶體16。意即，開關訊號13’係用以驅動功率金氧半電晶體16，並設定該組發光二極體12之工作頻率，以決定該組發光二極體12的亮度。

如第1圖中所示，閘極驅動器208連接於脈衝寬度調變模組206及功率金氧半電晶體16之間，以加強開關訊號13’之驅動能力，成為較高電壓準位之開關訊號13，使對功率金氧半電晶體16之驅動力更強。因此，控制訊號203亦可於高電位週期時，開啟閘極驅動器208，而於低電位週期時，關閉閘極驅動器208。須注意的是，閘極驅動器208並非一必要之元件。當開關訊號13’之強度已足夠時，即不須設置閘極驅動器208。而電流偵測模組210如第1圖所 示，係連接第一節點11，以接收並偵測功率金氧半電晶體16之電流15。電流偵測模組210將在電流15之值大於一預設準位時，將閘極驅動器208關閉，進一步關閉功率金氧半電晶體16。電感10在電流15過大時，容易損壞，因此電流偵測模組210將對電感10提供保護之機制。

第3圖係為調光訊號201、誤差訊號205、參考訊號207、比較結果30、開關訊號13以及第一節點11之電壓之波形圖。如前所示，調光訊號201係為方波。而根據調光訊號201所產生之誤差訊號205，將與由振盪電路204所產生之參考訊號207於脈衝寬度調變模組206中進行比較，並產生比較結果30。於一實施例中，當誤差訊號205之值大於參考訊號207，比較結果30為一低電壓輸出，而當誤差訊號205之值小於參考訊號207，比較結果30為一高電壓輸出。控制訊號203係可開啟脈衝寬度調變模組206以及閘極驅動器208，以使比較結果30傳輸至功率金氧半電晶體16，並可關閉脈衝寬度調變模組206以及閘極驅動器208，以停止上述之傳輸動作。因此，在經過控制訊號203之控制通過與否後，比較結果30將成為開關訊號13。電容14因此將在功率金氧半電晶體16開啟時被充電，而進一步打開發光二極體12，而在功率金氧半電晶體16關閉時放電，而進一步關閉發光二極體12。第3圖係繪示了第一節點11之充電電流。

在傳統之開關電路，即發光二極體之驅動電路的設計中，在調光訊號之低電位週期時，將使整體的開關電路關閉，以關閉發光二極體。因此，在進入調光訊號之高電位 週期時，整體的開關電路必須要重新啟動，以對發光二極體進行充電。整體的開關電路的啟動過程十分緩慢，特別是誤差放大器及振盪電路，因此對於高頻率的調光訊號來說，充電的時間更加縮短，而使對於發光二極體之充電量不足，進而造成亮度的不足。於本發明之實施例所揭示之發光二極體電路，僅有脈衝寬度調變模組以及閘極驅動器在調光訊號之低電位週期時被關閉。因此，誤差發大器及振盪器在低電位週期時，仍將持續供應誤差訊號以及參考訊號，以產生比較結果。高、低電位週期之差別僅在於在高電位週期時，比較結果允許自脈衝寬度調變模組中輸出至功率金氧半電晶體。因此，即使在極高頻率(超過30KHz)的情況下，開關電路之動作仍足夠迅速地再次提供發光二極體欲發出飽足之亮度所須之電流。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

1‧‧‧發光二極體電路

10‧‧‧電感

11‧‧‧第一節點

12‧‧‧發光二極體

13、13’‧‧‧開關訊號

14‧‧‧電容

15‧‧‧電流

16‧‧‧功率金氧半電晶體

18‧‧‧開關電路

200‧‧‧控制模組

201、201’‧‧‧調光訊號

202‧‧‧誤差放大器

203‧‧‧控制訊號

204‧‧‧振盪電路

205‧‧‧誤差訊號

206‧‧‧脈衝寬度調變模組

207‧‧‧參考訊號

208‧‧‧閘極驅動器

210‧‧‧電流偵測模組

30‧‧‧比較結果

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖係為本發明之第一實施例之發光二極體電路之電路圖；第2圖係為本發明之第一實施例之開關電路之電路 圖；以及第3圖係為本發明之一實施例中調光訊號、誤差訊號、參考訊號、比較結果、開關訊號以及第一節點之電壓之波形圖。

13、13’‧‧‧開關訊號

15‧‧‧電流

18‧‧‧開關電路

200‧‧‧控制模組

201、201’‧‧‧調光訊號

202‧‧‧誤差放大器

203‧‧‧控制訊號

204‧‧‧振盪電路

205‧‧‧誤差訊號

206‧‧‧脈衝寬度調變模組

207‧‧‧參考訊號

208‧‧‧閘極驅動器

210‧‧‧電流偵測模組

Claims (8)

1. 一種發光二極體電路，包含：一電感，電性連接一供應電源以及一第一節點；一組發光二極體，該組發光二極體電性連接於該第一節點以及一接地電位；一電容，電性連接該第一節點及該接地電位；一功率金氧半電晶體，電性連接於該第一節點及該接地電位，其中該功率金氧半電晶體之閘極係接收一開關訊號，俾使該功率金氧半電晶體於開啟時對該電容進行充電，以進一步打開該組發光二極體，且該功率金氧半電晶體於關閉時，使該電容進行放電，以進一步關閉該組發光二極體；以及一開關電路，係用以產生該開關訊號，包含：一控制模組，用以接收具有一高電位週期及一低電位週期之一調光訊號(dimming signal)，俾根據該調光訊號產生一控制訊號；一誤差放大器，根據該控制模組輸出之該調光訊號產生一誤差訊號；以及一脈衝寬度調變模組，用以比較該誤差訊號以及一參考訊號，以產生一比較結果，該控制訊號係控制該脈衝寬度調變模組，使該調光訊號於該高電位週期時，該脈衝寬度調變模組開啟，而該調光訊號於該低電位週期時，該脈衝寬度調變模組關閉，其中該開關訊號係根據該比較結果於該高電位週期時開啟該功率金氧半電晶 體，並於該低電位週期時關閉該功率金氧半電晶體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體電路，其中該開關電路更包含一閘極驅動器，電性連接於該脈衝寬度調變模組及該功率金氧半電晶體間，以加強該開關訊號對該功率金氧半電晶體之一驅動力。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體電路，其中該控制訊號係控制該閘極驅動器，使該調光訊號於該高電位週期時，該閘極驅動器開啟，而該調光訊號於該低電位週期時，該閘極驅動器關閉。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體電路，其中該調光訊號之頻率係超過30KHz。
5. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體電路，其中該開關電路更包含一電流偵測模組，係電性連接於該第一節點以偵測該功率金氧半電晶體之一電流，當該電流之值大於一預設準位，該電流偵測模組係關閉該閘極驅動器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體電路，其中該開關電路更包含一振盪電路，俾產生該參考訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體電路，其中該參考訊號係為一鋸齒波。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體電路，其中當該誤差訊號之值大於該參考訊號，該比較結果係為一低電壓輸出，而當該誤差訊號之值小於該參考訊號，該比較結果係為一高電壓輸出。