TWI432091B - 發光二極體之控制電路、相關之積體電路與控制方法 - Google Patents

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Description

發光二極體之控制電路、相關之積體電路與控制方法
本發明係有關於一種發光二極體之控制電路，以及相關之積體電路與控制方法。
因為發光二極體(light emitting diode，LED)的電光轉換效率相當的好，高於日光燈、冷陰極管(CCFL)或是燈泡等，所以當前之趨勢為以LED來取代上述這些發光源。舉例來說，LED已經漸漸地取代CCFL，成液晶面板(LCD panel)的背光光源。
第1圖為一LED的電源電路。市電的AC電源，經過電源管理電路12後，經過變壓器14的轉換，在OUT端產生輸出電源VOUT 。透過分壓電阻18與20、基納二極體LT431、以及光耦合器16，輸出電源VOUT 的訊息回饋至電源管理電路12，來達到輸出電源VOUT 的調控(regulation)。N個發光二極體串(LED chain)CLED1...CLEDN連接到輸出電源VOUT ，當作發光源。可控式電流源I1...IN，其內部電路大致相同，分別對應到發光二極體串CLED1...CLEDN，透過控制流經發光二極體串之電流，來控制發光二極體串的亮度。
第2圖顯示第1圖中可控式電流源I1的一種作法。誤差放大器EA1控制功率電晶體M1，改變流經發光二極體串CLED1與感測電阻CS1的電流，希望使感測信號VSENSE1 的電壓等同於電流設定信號VLEDBIAS 的電壓。感測電阻CS1...CSN的電阻值大致相同。如果 感測信號VSENSE1 ...VSENSEN 的電壓都大約等於電流設定信號VLEDBIAS ，那大致就可以推論流經第2圖中每個LED的電流都相等。
電路上元件的短路與開路，往往會造成錯誤的動作，甚至引發生命危險。LED的電源電路也是不例外。舉例來說，如果第2圖中的感測電阻CS1短路(電阻為0)，那發光二極體串CLED1的亮度就會過亮，甚至是燒燬。因此，錯誤應該儘早的偵測，而且進行相對應的防護措施。
本發明的一實施例提供一種發光二極體之控制電路，用以控制驅動至少一發光二極體。一電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端。該控制電路包含有一驅動電路以及一錯誤偵測器。在該驅動電路中，一第一比較電路比較該感測端之一感測信號與一電流設定信號，以產生一第一比較信號。該感測信號之電壓代表流經該發光二極體之電流。一中繼電路依據該第一比較信號，來產生一驅動信號至該控制端，以驅動該電流控制元件。在該錯誤偵測器(fault detector)中，一第二比較器，比較該第一比較信號以及該驅動信號，以產生一第二比較信號。一第三比較器，比較該驅動信號以及一臨界電壓，以產生一第三比較信號。一第四比較器，比較該感測信號與該電流設定信號，以產生一第四比較信號。一決定電路，依據該第二、第三、以及第四比較信號，來致能(enable)或是禁能(disable)該驅動電路。
本發明的一實施例提供一種發光二極體之控制方法，用以控制 驅動至少一發光二極體。一電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端。比較一感測信號與一電流設定信號，以產生一第一比較信號，其中該感測信號代表流經該發光二極體之電流。提供一驅動信號至該控制端，且使該驅動信號的電壓大致追隨該第一比較信號的電壓。比較該驅動信號與該第一比較信號，且當該驅動信號差距該第一比較信號至一第一預設偏移值以上時，致能一第二比較信號。比較該驅動信號與一臨界電壓，且當該驅動信號超過一臨界電壓時，致能一第三比較信號。比較該感測信號與該電流設定信號，且當該感測信號與該電流設定信號差距一第二預設偏移值以上時，致能一第三比較信號。當該第二、第三或第四比較信號為致能時，維持該電流控制元件為關閉狀態。
第3圖為依據本發明實施的一積體電路IC以及相關電路，用以控制發光二極體串CLED1...CLEDN的電流。積體電路IC中有控制電路S1...SN，分別以驅動信號VGATE1 ...VGATEN 對應控制功率電晶體M1...MN，與分別接收感測電阻CS1...CSN所產生的感測信號VSENSE1 ...VSENSEN 。在這個實施例中，控制電路S1...SN其中的電路都相同，在另一個實施例中，控制電路S1...SN可以不同。
以下以發光二極體串CLED1與控制電路S1為例，其他的發光二極體串與控制電路可以類推得知，不再重述。發光二極體串CLED1、功率電晶體M1與感測電阻CS1相串接。控制電路S1有驅動電路D1以及錯誤偵測器FD1。驅動電路D1比較感測信號 VSENSE1 以及電流設定信號VLEDBLAS ，來產生驅動信號VGATE1 ，以控制功率電晶體M1以及其中的電流。以下以電流設定信號VLEDBIAS 為0.8伏特作為例子說明。錯誤偵測器FD1則偵測驅動電路D1中的信號，來判別是否有錯誤的發生，以適時的進行相關動作。
第4圖為第3圖中的控制電路S1之電路示意圖。驅動電路D1中，比較電路CM1可以以一誤差放大器(error amplifier)實施，比較感測信號VSENSE1 與電流設定信號VLEDBIAS ，以產生比較信號VCMP 。感測信號VSENSE1 之電壓，代表了流經感測電阻CS1或是發光二極體串CLED1的電流。MOS電晶體MD跟電流源RD構成了一個源極隨耦器(source follower)，作為一個中繼電路，依據比較信號VCMP ，來產生驅動信號VGATE1 ，以驅動功率電晶體M1。當發光二極體串CLED1正常驅動沒有錯誤發生時，感測信號VSENSE1 的電壓會大約等於電流設定信號VLEDBIAS 的電壓，而驅動信號VGATE1 跟比較信號VCMP 大約只會相差MOS電晶體MD的臨界電壓VTH (其可能約1伏特)。中繼電路可以用來增大驅動電路D1的驅動力(driving ability)，也可以用其他電路實施，譬如射極隨耦器(emitter follower)或是AB放大器(AB amplifier)等。
錯誤偵測器(fault detector)FD1中有三個比較器CM2、CM3與CM4，以及決定電路LOGIC1。比較器CM2檢查驅動信號VGATE1 與比較信號VCMP 之間的差異。舉例來說，如果比較信號VCMP 高於驅動信號VGATE1 達1.5伏特，則比較器CM2輸出之比較信號GAT-SRT被致能(asserted)。比較器CM3檢查驅動信號VGATE1 與臨界電壓VTHA 。舉例來說，如果驅動信號VGATE1 高過為4伏特的臨界 電壓VTHA ，則比較器CM3輸出之比較信號GAT-SAT被致能。比較器CM4檢查電流設定信號VLEDBIAS 與感測信號VSENSE1 之間的差異。舉例來說，如果電流設定信號VLEDBIAS 超過感測信號VSENSE1 達0.4伏特的電壓，則比較信號SEN-SRT被致能。決定電路LOGIC1可以依據比較信號GAT-SRT、GAT-SAT、以及SEN-SRT來做邏輯判斷，以禁能或是致能控制信號ENABLE1。舉例來說，當比較信號GAT-SRT、GAT-SAT、以及SEN-SRT其中有一個是致能時，就認定有錯誤發生，所以控制信號ENABLE1就被禁能(disasserted)，關閉了驅動電路D1中的開關SD，使驅動信號VGATE1 固定地關閉功率電晶體M1，發光二極體串CLED1就沒有電流流通。
在正常或是開機操作時，控制信號ENABLE1為致能，使驅動電路D1正常的驅動功率電晶體M1。錯誤偵測器FD1可以正確的發現許多種錯誤的發生。以下舉例說明。
當功率電晶體M1的控制端固定的短路到地時，驅動信號VGATE1 會一直為0伏特，導致感測信號VSENSE1 也會是0伏特。因此，比較器CM2輸出之比較信號GAT-SRT與比較器CM4輸出之比較信號SEN-SRT會被致能，進而禁能了控制信號ENABLE1，才不會使驅動電路D1浪費電能在繼續驅動功率電晶體M1。
當功率電晶體M1的控制端到驅動電路D1為開路時，驅動信號VGATE1 會到達飽和，所以高過臨界電壓VTHA ，使比較器CM3輸出之比較信號GAT-SAT被致能。此時，感測信號VSENSE1 也會是0伏特，所以比較信號SEN-SRT會被致能。如此，驅動電路D1就被禁能。
當發光二極體串CLED1其中有一個LED是開路時、或是發光二極體串CLED1沒有連接到功率電晶體M1時，感測信號VSENSE1 會是0伏特，且驅動信號VGATE1 會到達飽和。因此，比較器CM3輸出之比較信號GAT-SAT與比較器CM4輸出之SEN-SRT被致能，驅動電路D1就被禁能。
當感測電阻CS1短路時，感測信號VSENSE1 會是0伏特，且驅動信號VGATE1 會到達飽和，因此，比較器CM3輸出之比較信號GAT-SAT與比較器CM4輸出之SEN-SRT被致能，驅動電路D1就被禁能，強制把發光二極體串CLED1中的電流關閉，避免過高電流燒毀LED。
當功率電晶體M1沒有連接到感測電阻CS1時，一樣的感測信號VSENSE1 會是0伏特，且驅動信號VGATE1 會到達飽和。所以比較器CM3輸出之比較信號GAT-SAT與比較器CM4輸出之比較信號SEN-SRT被致能而禁能驅動電路D1。
由以上說明可知，錯誤偵測器(fault detector)FD1可以適當地判斷出許多錯誤的發生，進而停止發光二極體串CLED1中的電流，避免危險的發生。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
12‧‧‧電源管理電路
14‧‧‧變壓器
16‧‧‧光耦合器
18、20‧‧‧電阻
AC‧‧‧電源
CLED1...CLEDN‧‧‧發光二極體串
CM1‧‧‧比較電路
CM2、CM3、CM4‧‧‧比較器
CS1...CSN‧‧‧感測電阻
D1‧‧‧驅動電路
EA1‧‧‧誤差放大器
ENABLE1‧‧‧控制信號
FD1‧‧‧錯誤偵測器
GAT-SRT、GAT-SAT、SEN-SRT‧‧‧比較信號
I1...IN‧‧‧可控式電流源
IC‧‧‧積體電路
LOGIC1‧‧‧決定電路
LT431‧‧‧基納二極體
M1...MN‧‧‧功率電晶體
MD‧‧‧MOS電晶體
OUT‧‧‧接點
RD‧‧‧電流源
S1...SN‧‧‧控制電路
SD‧‧‧開關
VCMP ‧‧‧比較信號
VGATE1 ...VGATEN ‧‧‧驅動信號
VLEDBIAS ‧‧‧電流設定信號
VOUT ‧‧‧輸出電源
VTH 、VTHA ‧‧‧臨界電壓
VSENSE1 ...VSENSEN ‧‧‧感測信號
第1圖為一傳統的LED的電源電路。
第2圖顯示第1圖中可控式電流源I1的一種作法。
第3圖為依據本發明實施的一積體電路IC以及相關電路。
第4圖為第3圖中的控制電路S1之電路示意圖。
CM1‧‧‧比較電路
CM2、CM3、CM4‧‧‧比較器
D1‧‧‧驅動電路
ENABLE1‧‧‧控制信號
FD1‧‧‧錯誤偵測器
GAT-SRT、GAT-SAT、SEN-SRT‧‧‧比較信號
LOGIC1‧‧‧決定電路
MD‧‧‧MOS電晶體
RD‧‧‧電流源
S1‧‧‧控制電路
SD‧‧‧開關
VCMP ‧‧‧比較信號
VGATE1 ‧‧‧驅動信號
VLEDBIAS ‧‧‧電流設定信號
VSENSE1 ‧‧‧感測信號
VTHA ‧‧‧臨界電壓

Claims (7)

  1. 一種發光二極體之控制電路，用以控制驅動至少一發光二極體，一電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端，該控制電路包含有：一驅動電路，包含有：一第一比較電路，用以比較一感測信號與一電流設定信號，以產生一第一比較信號，其中該感測信號之電壓代表流經該發光二極體之電流；以及一中繼電路，依據該第一比較信號，來產生一驅動信號至該控制端，以驅動該電流控制元件；一錯誤偵測器(fault detector)，包含有：一第二比較器，比較該第一比較信號以及該驅動信號，以產生一第二比較信號；一第三比較器，比較該驅動信號以及一臨界電壓，以產生一第三比較信號；一第四比較器，比較該感測信號與該電流設定信號，以產生一第四比較信號；以及一決定電路，依據該第二、第三、以及第四比較信號，來致能(enable)或是禁能(disable)該驅動電路。
  2. 如請求項1所述之控制電路，其中，該第二比較器檢查該第一比較信號是否高於該驅動信號一預設偏移值，以產生該第二比較信 號。
  3. 如請求項1所述之控制電路，其中，該第四比較器檢查該感測信號是否低於該電流設定信號一預設偏移值，以產生該第四比較信號。
  4. 如請求項1所述之控制電路，其中，該中繼電路為一源極隨耦器(source follower)或一射極隨耦器(emitter follower)。
  5. 如請求項1所述之控制電路，其中，當該第一比較信號高於該驅動信號一第一預設偏移值以上時，該第二比較信號為致能(asserted)；當該驅動信號高於該臨界電壓時，該第三比較信號為致能；當該感測信號與該電流設定信號差距一第二預設偏移值以上時，該第四比較信號為致能；以及，當該第二、第三、或第四比較信號為致能時，該驅動電路被禁能。
  6. 一種積體電路，用來控制複數發光二極體串，每一發光二極體串包含有複數發光二極體，該積體電路包含有：複數如請求項1所述之控制電路，每一控制電路控制一對應電流控制元件，該對應電流控制元件與一對應電流感測器串聯，該對應電流感測器提供一對應感測信號。
  7. 一種發光二極體之控制方法，用以控制驅動至少一發光二極體， 一電流控制元件可控制流經該發光二極體之電流，該電流控制元件具有一控制端，該控制方法包含有：比較一感測信號與一電流設定信號，以產生一第一比較信號，其中該感測信號代表流經該發光二極體之電流；提供一驅動信號至該控制端，且使該驅動信號的電壓大致追隨該第一比較信號的電壓；比較該驅動信號與該第一比較信號，且當該驅動信號差距該第一比較信號至一第一預設偏移值以上時，致能一第二比較信號；比較該驅動信號與一臨界電壓，且當該驅動信號超過一臨界電壓時，致能一第三比較信號；比較該感測信號與該電流設定信號，且當該感測信號與該電流設定信號差距一第二預設偏移值以上時，致能一第四比較信號；以及當該第二、第三或第四比較信號為致能時，維持該電流控制元件為關閉狀態。
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