TWI415517B - 發光二極體驅動電路 - Google Patents

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發光二極體驅動電路
本創作係有關於一種發光二極體驅動電路，尤指一種可快速切換發光二極體於亮暗不同狀態之發光二極體驅動電路。
配合參閱第三圖，為習知之發光二極體驅動電路之電路圖。該發光二極體驅動電路包含一直流電源10、複數個發光二極體20、一場效應電晶體30、一電阻器40及一運算放大器50。
該運算放大器50包含有一反向輸入端、一非反向輸入端及一輸出端；該非反向輸入端連接至一控制端A，該反向輸入端連接於該場效應電晶體30之與該電阻器40之間，該輸出端則連接至該場效應電晶體30之閘極。
當該控制端A入一參考電壓，該運算放大器50可根據流經該電阻器40所產生之壓降與該參考電壓之差別而調整通過該場效應電晶體30的電流，以維持通過該等發光二極體20的電流穩定於一定值，使得該等發光二極體20持續且穩定的發光。
為控制該等發光二極體20的亮暗變化，可由控制端A輸入一接地電位，使該場效應電晶體30斷路，由於原先運作於該等發光二極體20的壓降消失，造成電路上的電流為零，使該等發光二極體20暫時停止發光。
上述之發光二極體驅動電路係將該等發光二極體20操作於零電流與穩定電流間，使得該等發光二極體20的產生亮暗變化。然而由於發光二極體本身的亮度(光通量)係隨著流過發光二極體的電流而有所改變，而流經該發光二極體的電流係隨著電壓的逐漸增加而上升，且為使得發光二極體發光，必須施加一大於驅動電壓之電壓值於發光二極體兩端。因此，當該等發光二極體20切換於零電壓與一大於驅動電壓之電壓值時，流過該等發光二極體20之電流係逐漸的由零電流變動至一導通電流，使得電流變動與電壓變動出現時間落差，進而導致該等發光二極體20之出現發光亮度不穩定的現象。
鑒於先前技術所述，本發明之一目的，在於提供一種發光二極體驅動電路，該發光二極體驅動電路包含一直流電源，複數個發光二極體、一第一開關元件、一第二開關元件、一第一比較單元、一第二比較電路以及一控制單元。
該等發光二極體電連接於該直流電源，該第一開關元件電連接於該等發光二極體，該第二開關元件電連接於該等發光二極體；該第一比較單元包含有二輸入端與一輸出端，且該輸出端電連接於該第一開關元件；該第二比較單元包含有二輸入端與以及一輸出端，且該輸出端電連接於該第二開關元件；藉由輸入該第一比較單元一略小於該等發光二極體驅動電壓之第一電壓，以及輸入一大於該等發光二極體驅動電壓之第二電壓，並利用該控制單元交替地切換該第一比較單元與第二比較單元的導通或截止，以驅動該等發光二極體之產生明暗變化。
本發明透過降低該第一電壓與第二電壓間的壓差，並利用該控制單元交替地切換該等比較單元之導通或截止，使流過該等發光二極體的電流可以快速地提升，使該等發光二極體可於極短時間內達到最佳亮度。
配合參閱第一圖，為本發明之發光二極體驅動電路之電路圖。該發光二極體驅動電路係用以驅動複數個發光二極體100，且包含有一直流電源VDD、一第一比較單元U1、一第二比較單元U2、一第一開關元件Q1、一第二開關元件Q2、一第一電阻R1、一第二電阻R2以及一控制單元200。
該直流電源VDD係由一直流-直流轉換器提供，用以作為整體發光二極體驅動電路之一電力供應。
該等發光二極體100電連接於該直流電源VDD，且各該發光二極體100具有一驅動電壓Vf，當跨接於該等發光二極體100兩端的電壓等於甚至大於該驅動電壓Vf時，該等發光二極體100始得導通。
該第一開關元件Q1與該第二開關元件Q2分別電連接於該等發光二極體100，於本實施例中，該第一開關元件Q1與該第二開關元件Q2皆為金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。該金屬氧化物半導體場效應電晶體的三個接腳分別為閘極(gate electrode)、汲極(drain electrode)以及源極(source electrode)，而該等發光二極體100係電連接於該第一開關元件Q1與該第二開關元件Q2之汲極；此外，該等開關元件(Q1、Q2)可為雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor, BJT)、閘關閘流體( Gate Turn-off Thysistor , GTO)、絕緣閘雙極電晶體( Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)或其他可切換於兩種不同穩定狀態之半導體元件。
該第一比較單元U1包含有二輸入端與一輸出端，其中之一輸入端係供一第一電壓V1輸入，另一輸入端電連接於該第一比較單元U1的源極，並經由該第一電阻器R1接地。該輸出端係電連接於該第一比較單元U1之閘極，其中該第一比較單元U1係為一運算放大器( operational amplifier )。
該第二比較單元U2包含二輸入端與一輸出端，其中之一輸入端係供一第二電壓V2輸入，另一輸入端電連接於該第二開關元件Q2的源極，並經由該第二電阻器R2接地；該輸出端電連接於該第二比較單元U2之閘極，其中該第二比較單元U2係為一運算放大器。
該控制單元200電連接於該第一比較單元U1與該第二比較單元U2，用以提供一控制訊號以控制該第一比較單元U1與該第二比較單元U2之導通或截止，其中該控制訊號可為一脈波寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號。
此外，該控制單元200與該第二比較電路U2含有一反向器(inverter)300，用以反置由該控制單元200所提供之ㄧ控制訊號，以交錯的控制該第一比較單元U1與該第二比較單元U2的導通或截止。
配合參閱第二圖，為發光二極體之電流-電壓特性曲線。當施加於發光二極體兩端的電壓超過驅動電壓Vf時，發光二極體才會導通。當發光二極體略小於驅動電壓Vf時，該發光二極體係不導通，但有一微小電流流經該發光二極體。當施加於發光二極體兩端的電壓逐漸增加並大於該驅動電壓Vf時，通過該發光二極體的電流開始快速上升，直至達到一最大額定電流Imax。由於發光二極體的光通量隨著流過發光二極體的電流增加而增加，因此於正常的操作情況下，發光二極體多工作於一個發光效率較高的電流值下，如:Imax。
復參閱第一圖，當該控制單元200提供一控制訊號以控制該第一比較單元U1導通，該第二開關單元U2截止，並且輸入一略小於該等發光二極體100驅動電壓Vf之第一電壓V1於該第一比較單元U1之該未連接至第一開關單元Q1之輸入端。該第一比較單元U1的輸出端輸出一信號以導通該第一開關單元Q1，由於該第一電壓V1小於該等發光二極體100的驅動電壓Vf，因此流過該等發光二極體100不導通，但有一微小的第一電流I1電流流過該等發光二極體100。
當該控制單元200提供一控制訊號以控制該第一比較單元U1截止，該第二比較單元U2導通，並且輸入一大於該等發光二極體100驅動電壓Vf之第二電壓V2於該第二比較單元U2之未連接至第二開關單元Q2之輸入端。該第二比較單元U2的輸出端輸出一信號以導通該第二開關單元Q2，加上該第二電壓V2係大於該等發光二極體100之驅動電壓Vf，因此導通該等發光二極體，並有一第二電流I2流過該等發光二極體100。
當輸入於該第二比較單元U2的電壓等於該等發光二極體100工作於最大額定電流Iamx時的電壓值，則流過該等發光二極體100之第二電流I2等於最大額定電流Imax，使得該等發光二極體100產生最大光通量，亦即亮度最亮。
透過調變由該控制單元200輸出脈波的脈波寬度，可控制該第一比較單元U1與第二比較單元U2的導通與截止時間比，如此以有效地控制該等發光二極體100的亮暗速度。
綜合以上所述，本發明藉由輸入一略小於該等發光二極體100驅動電壓Vf的第一電壓V1於該第一比較單元U1，以及一大於該等發光二極體100導通電壓之第二電壓V2於第二比較單元U2，透過降低該第一電壓V1與第二電壓V2間的壓差，使流過該等發光二極體100的電流可以快速的提升，亦即該等發光二極體100可於極短時間內達到最佳亮度。
然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。
<先前技術>
10‧‧‧直流電源
20‧‧‧發光二極體
30‧‧‧場效應電晶體
40‧‧‧電阻器
50‧‧‧運算放大器
A‧‧‧控制端
<本發明>
100‧‧‧發光二極體
200‧‧‧控制電路
300‧‧‧反向器
Imax‧‧‧最大額定電流
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
Q1‧‧‧第一開關元件
Q2‧‧‧第二開關元件
R1‧‧‧第一電阻器
R2‧‧‧第二電阻器
U1‧‧‧第一比較單元
U2‧‧‧第二比較單元
VDD‧‧‧直流電源
Vf‧‧‧驅動電壓
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
第一圖為本發明之發光二極體驅動電路之電路圖。
第二圖為發光二極體之電流-電壓特性曲線圖。
第三圖為習知之發光二極體驅動電路之電路圖。
100‧‧‧發光二極體
200‧‧‧控制電路
300‧‧‧反向器
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
Q1‧‧‧第一開關元件
Q2‧‧‧第二開關元件
R1‧‧‧第一電阻器
R2‧‧‧第二電阻器
U1‧‧‧第一比較單元
U2‧‧‧第二比較單元
VDD‧‧‧直流電源
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓

Claims (6)

  1. 一種發光二極體驅動電路，用以驅動複數個發光二極體，包含:
    一直流電源，電連接於該些複數個發光二極體；

    一第一開關元件，電連接於該等發光二極體；
    一第二開關元件，電連接於該等發光二極體；
    一第一比較單元，包含有二輸入端與一輸出端，該輸出端電連接於該第一開關元件；
    一第二比較單元，包含有二輸入端與以及一輸出端，該輸出端電連接於該第二開關元件；
    一控制單元，電連接於該第一比較單元與該第二比較單元；
    藉由輸入該第一比較單元一略小於該等發光二極體驅動電壓之第一電壓，以及輸入一大於該等發光二極體驅動電壓之第二電壓，並利用該控制單元交替地切換該第一比較單元與第二比較單元的導通或截止，以驅動該等發光二極體之產生明暗變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，更包含有二電阻器，分別電連接於該第一開關元件與該第二開關元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，更包含一反向器，電連接於其中之ㄧ比較器單元與該第二比較電路之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動電路，其中該開關元件係為金屬氧化物半導體場效應電晶體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該直流電源係為一直流-直流轉換器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該比較單元係為一運算放大器。
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