TWI416989B - 發光元件控制電路與控制方法、及用於其中的積體電路 - Google Patents

Description

發光元件控制電路與控制方法、及用於其中的積體電路

本發明係有關一種發光元件控制電路與控制方法，特別是指一種能減少積體電路接腳數目的發光元件控制電路與控制方法。本發明也有關於應用在發光元件控制電路與控制方法中的積體電路。

請參閱第1圖，先前技術之發光元件控制電路包括積體電路20，其中包含一個功率級控制電路21，控制功率級電路60中功率電晶體的切換，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，供應給多串發光二極體(LED)CH1-CHn。功率級電路60例如但不限於可為第2A-2G圖所示的同步或非同步降壓、升壓、升降壓、反壓、返馳電路。其中，視應用場合而定，在某些情況下功率級電路60中的功率電晶體或二極體可以整合至積體電路20的內部。

為了控制各串LED的亮度，第1圖中係以運算放大器OP1、電晶體Q1、電阻R1構成的電流源電路CS1來控制第一LED通道CH1的電流，以運算放大器OP2、電晶體Q2、電阻R2構成的電流源電路CS2來控制第二LED通道CH2的電流，等等。由於在每一LED通道上串接多個LED之故，輸出電壓Vout相當高，因此電晶體Q1-Qn必須使用高耐壓元件，無法整合在積體電路20之內而必須設置在積體電路外部。然而，如此一來積體電路20必須設置通道數目兩倍的接腳P1-P2N，才能控制N串的LED電路。

在某些應用場合中，更如第3圖所示，需將電晶體Q1-Qn的汲極電壓取入積體電路20內部，如此更將此部份所需的接腳數目增加到通道數目的三倍。

有鑑於此，本發明乃提出一種能減少積體電路接腳數目的發光元件控制電路與控制方法。

本發明目的之一在提供一種發光元件控制電路。

本發明的另一目的在提供一種發光元件控制方法。

本發明的再一目的在提供一種用於發光元件控制電路中之積體電路。

為達上述之目的，就其中一個觀點言，本發明提供了一種發光元件控制電路，包含：功率級控制電路，其控制一功率級電路，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，供應給至少一個發光元件通道，該發光元件通道中包括至少一個發光元件；位於該發光元件通道上的電晶體開關；以及控制該發光元件通道電流的電流源電路；其中，該功率級控制電路與該電流源電路整合於一積體電路內，此積體電路提供一控制電壓，控制該電晶體開關的閘極。

就另一個觀點言，本發明提供了一種發光元件控制方法，該發光元件位於一發光元件通道上，所述方法包含：在該發光元件通道上設置電晶體開關；提供一積體電路，前述電晶體開關位於此積體電路的外部；在該積體電路中以一電流源電路控制該發光元件通道的電流；以及由該積體電路提供一控制電壓，以控制該電晶體開關的閘極。

就另一個觀點言，本發明提供了一種用於發光元件控制電路中之積體電路，該發光元件控制電路控制至少一個發光元件通道，此發光元件通道中包括至少一個發光元件及一個與該發光元件耦接的電晶體開關，且該發光元件控制電路包含一功率級電路，所述積體電路包含：功率級控制電路，其控制該功率級電路以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，供應給該至少一個發光元件通道；以及控制該發光元件通道電流的電流源電路；其中，該積體電路提供一控制電壓，控制所述電晶體開關的閘極。

上述控制電路、方法、或積體電路中，若電晶體開關一端與發光元件耦接，另一端與電流源電路耦接，則可將該電晶體開關與電流源電路耦接的一端電壓與一參考電壓比較，以決定該發光元件通道上是否發生短路；該參考電壓之電位可設在所述輸出電壓和電晶體開關與發光元件耦接的一端電壓之間。

所述控制電壓可以固定高於該參考電壓、常態週期性地高於該參考電壓、間歇高於該參考電壓、或在開機時單一次高於該參考電壓。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參考第4圖，其中顯示本發明的第一個實施例。本發明將電流源電路CS1-CSn整合至積體電路20的內部，並另外在各LED通道CH1-CHn上設置電晶體開關M1-Mn，這些電晶體開關M1-Mn的閘極受電壓VG控制。電壓VG例如可以為固定電壓或週期性的方波訊號。當電壓VG為方波訊號時，可根據電壓VG的佔空比(duty ratio)來調整各LED通道的平均電流，亦即達成調整LED亮度的作用。由於電晶體開關M1-Mn的閘極電壓為VG，因此電晶體開關M1-Mn的源極電壓最高不會超過VG，亦即電晶體開關M1-Mn提供了阻擋高壓的作用，使得電流源電路CS1-CSn內的元件可使用低壓元件來製作，便利於整合至積體電路20的內部。如圖所示，根據本發明，就控制各LED通道而言，積體電路20僅需要設置N+1個接腳，遠較第1、3圖數目為低。

第5圖顯示本發明的另一實施例，在本實施例中，更設置有一個短路偵測電路23，以供偵測各LED通道是否發生短路。如圖所示，偵測各LED通道是否發生短路，並不需要另外設置接腳自積體電路20的外部取訊號，而可自積體電路20的內部取各電晶體開關M1-Mn的源極電壓。

請對照參閱第5圖與第6圖，舉一例說明如何根據電晶體開關M1-Mn的源極電壓來判斷對應各LED通道是否發生短路。在電流導通時，電晶體開關M1-Mn的汲極電壓VD1-VDn等於輸入電壓Vin減掉對應通道中LED的電壓總和，而電晶體開關M1-Mn的源極電壓VS1-VSn則等於VG減掉電晶體的臨界電壓VT。若持續將VG的電壓升高，源極電壓VS1-VSn也會跟著升高，直到源極電壓VS1-VSn約等於汲極電壓VD1-VDn為止，此時源極電壓VS1-VSn的電位會被箝位在電壓VD1-VDn，不會再隨著VG升高而升高。

參閱第5圖與第6圖，假設第一LED通道CH1為正常工作，而第n串LED通道CHn發生短路，則由於短路之故，汲極電壓VDn約等於輸出電壓Vout，遠高於正常狀況下的汲極電壓VD1。因此，我們可任意設定一個位於正常汲極電壓和輸出電壓Vout之間的參考電壓VH，並拉高電壓VG至高於此參考電壓VH。如前所述，當電壓VG升高時，電晶體開關M1-Mn的源極電壓會跟著升高，但最高僅約等於其汲極電壓，故正常工作的第一LED通道中，電壓VS1將被箝止在低於參考電壓VH的電壓VD1，但在發生短路的第n串LED通道CHn中，電壓VSn將高於參考電壓VH。因此，短路偵測電路23中僅需使用比較器比較參考電壓VH與電晶體開關M1-Mn的源極電壓VS1-VSn，便可獲知對應通道的狀況。

偵測各LED通道是否發生短路，可以常態進行或間歇進行。當電壓VG為方波訊號時，請參閱第7、8圖，若使電壓VG的高位準高於參考電壓VH，即為常態進行短路偵測。若每數個週期後才拉高電壓VG超過參考電壓VH，則為間歇性地進行短路偵測。或者，電路亦可僅在開機時進行單一次的短路偵測。當電壓VG為固定電壓時，若保持使其高於參考電壓VH即為常態進行短路偵測，或如第9圖，可在開機時使電壓VG超過參考電壓VH，之後再使電壓VG降為一個低於參考電壓VH的固定電壓，進行單一次的短路偵測。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，電晶體開關M1-Mn可為NMOS電晶體、亦可為PMOS電晶體；又如，發光元件不必然是發光二極體，而可為任何以電流控制亮度的發光元件；再如，本發明不限於應用在多串LED通道的場合，亦可應用在單一串LED通道的場合；又如，整合在積體電路20內的電流源電路CS1-CSn，可為任何形式之電流源電路，例如可以使用雙載子電晶體來代換其中的MOS電晶體Q1-Qn。凡此種種，均應包含在本發明的範圍之內。

20．．．積體電路

21．．．功率級控制電路

23．．．短路偵測電路

60．．．功率級電路

CH1-CHn．．．LED通道

CS1-CSn．．．電流源電路

M1-Mn．．．電晶體開關

OP1-OPn．．．運算放大器

P1-P2N．．．接腳

Q1-Qn．．．電晶體

R1-Rn．．．電阻

第1圖說明先前技術之發光元件控制電路，其缺點是積體電路接腳數目過多。

第2A-2G圖顯示功率級電路60的數個實施例。

第3圖顯示另一種先前技術，其同樣有接腳數目過多的缺點。

第4圖顯示本發明之發光元件控制電路的一個實施例。

第5圖顯示本發明之發光元件控制電路的另一實施例。

第6圖說明偵測短路的機制。

第7圖至第9圖舉例顯示執行短路偵測的幾種方式。

20．．．積體電路

21．．．功率級控制電路

23．．．短路偵測電路

60．．．功率級電路

CH1-CHn．．．LED通道

CS1-CSn．．．電流源電路

M1-Mn．．．電晶體開關

Claims (21)

1. 一種發光元件控制電路，包含：功率級控制電路，其控制一功率級電路，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，供應給至少一個發光元件通道，該發光元件通道中包括至少一個發光元件；位於該發光元件通道上的電晶體開關；以及控制該發光元件通道電流的電流源電路；其中，該功率級控制電路與該電流源電路整合於一積體電路內，此積體電路提供一控制電壓，控制該電晶體開關的閘極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件控制電路，其中該電晶體開關一端與發光元件耦接，另一端與電流源電路耦接，且發光元件控制電路更包含有一短路偵測電路，將該電晶體開關與電流源電路耦接的一端電壓與一參考電壓比較，以決定該發光元件通道上是否發生短路。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件控制電路，其中該參考電壓之電位位於所述輸出電壓和電晶體開關與發光元件耦接的一端電壓之間。
4. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件控制電路，其中該控制電壓為固定電壓且高於該參考電壓。
5. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件控制電路，其中該控制電壓開機時高於該參考電壓。
6. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件控制電路，其中該控制電壓為方波訊號，其高位準高於該參考電壓。
7. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件控制電路，其中該控制電壓為方波訊號，其高位準間歇高於該參考電壓。
8. 一種發光元件控制方法，該發光元件位於一發光元件通道上，所述方法包含：在該發光元件通道上設置電晶體開關；提供一積體電路，前述電晶體開關位於此積體電路的外部；在該積體電路中以一電流源電路控制該發光元件通道的電流；以及由該積體電路提供一控制電壓，以控制該電晶體開關的閘極。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件控制方法，其中該電晶體開關一端與發光元件耦接，另一端與電流源電路耦接，且方法更包含：將該電晶體開關與電流源電路耦接的一端電壓與一參考電壓比較，以決定該發光元件通道上是否發生短路。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件控制方法，其中該發光元件的一端接收一供應電壓，另一端與該電晶體開關耦接，且其中該參考電壓之電位位於該供應電壓和電晶體開關與發光元件耦接的一端電壓之間。
11. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件控制方法，其中該控制電壓為固定電壓且高於該參考電壓。
12. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件控制方法，更包含：於開機時使該控制電壓高於該參考電壓。
13. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件控制方法，其中該控制電壓為方波訊號，其高位準高於該參考電壓。
14. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件控制方法，其中該控制電壓為方波訊號，其高位準間歇高於該參考電壓。
15. 一種用於發光元件控制電路中之積體電路，該發光元件控制電路控制至少一個發光元件通道，此發光元件通道中包括至少一個發光元件及一個與該發光元件耦接的電晶體開關，且該發光元件控制電路包含一功率級電路，所述積體電路包含：功率級控制電路，其控制該功率級電路以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，供應給該至少一個發光元件通道；以及控制該發光元件通道電流的電流源電路；其中，該積體電路提供一控制電壓，控制所述電晶體開關的閘極。
16. 如申請專利範圍第15項所述之用於發光元件控制電路中之積體電路，其中該電晶體開關一端與發光元件耦接，另一端與電流源電路耦接，且積體電路中更包含有一短路偵測電路，將該電晶體開關與電流源電路耦接的一端電壓與一參考電壓比較，以決定該發光元件通道上是否發生短路。
17. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件控制電路中之積體電路，其中該參考電壓之電位位於所述輸出電壓和電晶體開關與發光元件耦接的一端電壓之間。
18. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件控制電路中之積體電路，其中該控制電壓為固定電壓且高於該參考電壓。
19. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件控制電路中之積體電路，其中該控制電壓開機時高於該參考電壓。
20. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件控制電路中之積體電路，其中該控制電壓為方波訊號，其高位準高於該參考電壓。
21. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件控制電路中之積 體電路，其中該控制電壓為方波訊號，其高位準間歇高於該參考電壓。