TWI436690B - 發光二極體的驅動電壓的保持方法及驅動裝置 - Google Patents

Description

發光二極體的驅動電壓的保持方法及驅動裝置

本發明是有關於一種發光二極體的驅動裝置，且特別是有關於一種發光二極體的驅動裝置的驅動電壓的保持方法。

請參照圖1繪示的習知的發光二極體驅動裝置100的示意圖。在發光二極體的驅動裝置100中，為了讓發光二極體串130產生正常的亮度，發光二極體驅動裝置100中的電源轉換器120會透過電流驅動器122來接收並回傳發光二極體串130導通時的跨壓來作為參考電壓VFB，發光二極體驅動裝置100則依據參考電壓VFB來調整驅動電壓Vout的電壓大小。

在另一方面，發光二極體驅動裝置100還接收調光狀態信號DIM來進行發光二極體串130的調光動作。也就是說，當調光狀態信號DIM指示發光二極體串130停止發光時，電源轉換控制器121所產生的脈寬調變信號PWM使功率電晶體開關T1斷開並停止功率轉換動作。在此同時，驅動電壓Vout會隨著時間而下降。在當調光狀態信號DIM指示發光二極體串130重新開始發光時，電源轉換控制器121則依據參考電壓VFB及回授電壓OVS產生有效的脈寬調變信號PWM使功率電晶體開關T1進行切換並重新啟動功率轉換動作，並使驅動電壓Vout回升。

在上述發光二極體驅動裝置100的動作中，若調光狀態信號DIM指示發光二極體串130停止發光的時間過長，會導致驅動電壓Vout產生大幅度的下降，而在當發光二極體串130重新開始發光時，為使驅動電壓Vout快速回升，電源轉換器120的電感L1上將會產生很大的電感電流IL。這個衍生出來的大電感電流IL除了會造成很嚴重的電磁干擾(Electro-Magnetic Interference,EMI)外，甚至有可能造成發光二極體驅動裝置100中的元件損毀。

本發明提供一種發光二極體的驅動裝置，用以降低在調光狀態改變時所產生的驅動裝置內的過電流現象。

本發明提供一種發光二極體的驅動電壓的保持方法，用以降低在調光狀態改變時所產生的驅動裝置內的過電流現象。

本發明提出一種發光二極體的驅動裝置，包括電源轉換器、電壓取樣保持及比較器以及預充時脈產生器。電源轉換器具有功率電晶體開關，電源轉換器接收輸入電壓並藉由功率電晶體開關進行功率轉換以在發光二極體驅動裝置的輸出端以輸出驅動電壓。電壓取樣保持及比較器耦接輸出端以接收依據驅動電壓所產生的回授電壓。電壓取樣保持及比較器接收並依據調光狀態信號來分別進入取樣保存模式及比較模式。當在取樣保存模式時，電壓取樣保持及比較器取樣保存回授電壓以獲得預存電壓；當在比較模式時，電壓取樣保持及比較器依據比較預存電壓及回授電壓來產生比較結果，電壓取樣保持及比較器並藉由比較結果來產生預充致能信號。預充時脈產生器耦接電壓取樣保持及比較器，接收並依據預充致能信號以及時脈信號來產生預充時脈信號以控制功率電晶體開關。

本發明另提出一種發光二極體的驅動電壓的保持方法，其中的驅動電壓為透過電源轉換器的功率電晶體進行功率轉換所產生，包括：依據調光狀態信號來分別執行取樣保存模式及比較模式，其中在取樣保存模式進行取樣並保存回授電壓以獲得預存電壓，其中的回授電壓依據驅動電壓所產生；另外，在比較模式時，則針對預存電壓與回授電壓進行比較，並藉以獲得比較結果。接著，則依據比較結果來產生預充致能信號，並依據預充致能信號以及時脈信號來產生預充時脈信號以控制功率電晶體。

基於上述，本發明藉由在調光啟動狀態時，針對依據發光二極體的驅動電壓所產生的回授電壓來進行取樣並保存，並藉以產生預存電壓。再藉由在調光關閉狀態時比較預存電壓以及回授電壓來決定是否產生預充時脈信號來穩定住驅動電壓的電壓值。如此一來，驅動電壓的電壓值將不會因為調光關閉狀態的時間過長而產生過多的電壓降，而在重新進入調光啟動狀態時，也不會造成發光二極體的驅動裝置中的電感產生過大的電流而衍生出嚴重的電磁干擾現象。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖2，圖2繪示本發明的一實施例的發光二極體驅動裝置200的示意圖。發光二極體驅動裝置200包括電壓取樣保持及比較器210、預充時脈產生器220以及電源轉換器230。電源轉換器230具有功率電晶體開關T1。電源轉換器230並接收輸入電壓VIN並藉由功率電晶體開關T1的交互導通並斷開的動作以進行功率轉換，並藉此在發光二極體驅動裝置200的輸出端以輸出驅動電壓Vout以驅動發光二極體串240。

電壓取樣保持及比較器210耦接發光二極體驅動裝置200的輸出端以接收依據驅動電壓Vout所產生的回授電壓OVS。在本實施例中，回授電壓OVS是藉由針對驅動電壓Vout進行分壓所產生。電壓取樣保持及比較器210並接收調光狀態信號DIM，電壓取樣保持及比較器210並依據調光狀態信號DIM來分別進入取樣保存模式及比較模式。具體一點來說明，當電壓取樣保持及比較器210進入取樣保存模式時，電壓取樣保持及比較器210針對回授電壓OVS取樣保存並藉以獲得預存電壓，另外，若當電壓取樣保持及比較器210在進入比較模式時，電壓取樣保持及比較器210則依據比較預存電壓及回授電壓來產生比較結果，並藉由比較結果來產生預充致能信號PRECHG。

上述的比較結果可以透過計算預存電壓及回授電壓的差值來判斷，當回授電壓小於預存電壓一個預設的臨界值時，則產生可以致能預充致能信號PRECHG的判斷結果。相反的，當回授電壓大於或等於預存電壓上述的預設的臨界值時，則產生可以禁能預充致能信號PRECHG的判斷結果。預設的臨界值可以由設計者視實際狀況需求來設定。當然臨界值可以預設為0。

附帶一提的，當調光狀態信號DIM指示發光二極體驅動裝置200進入調光啟動狀態時，電源轉換器230中的電源轉換控制器232產生有效的脈寬調變信號PWM以切換功率電晶體開關T1並藉以產生驅動電壓Vout以驅動發光二極體串240。相反的，當調光狀態信號DIM指示發光二極體驅動裝置200進入調光關閉狀態時，電源轉換器230中的電源轉換控制器232不再產生有效的脈寬調變信號PWM。也就是說，在此狀態下，功率電晶體開關T1不依據脈寬調變信號PWM進行切換。

預充時脈產生器220則耦接電壓取樣保持及比較器210。預充時脈產生器220接收電壓取樣保持及比較器210所產生的預充致能信號PRECHG，並依據預充致能信號PRECHG以及預充時脈產生器220所接收的時脈信號CLK來產生預充時脈信號DIML_PWM。預充時脈產生器220所產生的預充時脈信號DIML_PWM會被傳送至電源轉換器230中的功率電晶體開關T1的(控制端)閘極，以在調光狀態信號DIM指示發光二極體驅動裝置200進入調光關閉狀態時，還可以透過預充時脈產生器220所產生的預充時脈信號DIML_PWM來使功率電晶體開關T1進行切換。

如此一來，在調光關閉狀態時的驅動電壓Vout將可以維持在與調光啟動狀態時的驅動電壓Vout相同的電壓準位。而在發光二極體驅動裝置200重新進入調光啟動狀態時，就不會因為要快速回補驅動電壓Vout而產生大的電感電流IL。

另外，為了可以在不同狀態(調光關閉狀態以及調光啟動狀態)分別提供預充時脈信號DIML_PWM以及脈寬調變信號PWM至功率電晶體開關T1的控制端，電源轉換器230另包括邏輯運算單元281。邏輯運算單元281用以在調光關閉狀態以及調光啟動狀態下分別選擇預充時脈信號DIML_PWM以及脈寬調變信號PWM並傳送至功率電晶體開關T1的控制端。舉例來說，邏輯運算單元281可以是一個選擇器或是或閘。

接著請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的電壓取樣保持及比較器210的實施方式的示意圖。電壓取樣保持及比較器210包括運算放大器OPAMP1、模式選擇開關SSW1以及保持電容SC。運算放大器OPAMP1具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，其第一輸入端接收回授電壓OVS，其輸出端與其第二輸入端間串接模式選擇開關SSW1。模式選擇開關SSW1另接收調光狀態信號DIM並受控於調光狀態信號DIM而導通或斷開。簡單來說，當調光狀態信號DIM指示發光二極體驅動裝置200進入調光關閉狀態時，模式選擇開關SSW1對應斷開。相反的，若當調光狀態信號DIM指示發光二極體驅動裝置200進入調光啟動狀態時，模式選擇開關SSW1對應導通。

保持電容SC則串接於運算放大器OPAMP1的第二輸入端與接地端GND間，用以保存預存電壓。

在此請注意，在當模式選擇開關SSW1導通時，運算放大器OPAMP1被耦接成一種所謂的單增益緩衝器(unit gain buffer)。此時，回授電壓OVS會透過運算放大器OPAMP1的輸出端傳送並儲存在保持電容SC中。若在模式選擇開關SSW1持續導通的情況下，而回授電壓OVS產生改變時，保持電容SC所儲存的電壓會隨之改變。而在當模式選擇開關SSW1依據調光狀態信號DIM而斷開的瞬間，保持電容SC所儲存的電壓即為預存電壓。

在當模式選擇開關SSW1斷開後，運算放大器OPAMP1被耦接成比較器。此時，運算放大器OPAMP1針對其第一輸入端接收的回授電壓OVS以及其第二輸入端所接收的預存電壓進行比較，並在運算放大器OPAMP1的輸出端產生比較結果。

電壓取樣保持及比較器210更包括邏輯運算電路310。邏輯運算電路310耦接運算放大器OPAMP1的輸出端以接收比較結果。邏輯運算電路310並接收調光狀態信號DIMB以依據調光狀態信號DIMB及比較結果來產生預充致能信號PRECHG。

在本實施方式中，邏輯運算電路310包括反閘311、反及閘312以及反閘313。反閘311接收比較結果，反及閘312則接收反閘311的輸出以及與調光狀態信號DIM反向的反向調光狀態信號DIMB。反閘313則接收反及閘312的輸出並產生預充致能信號PRECHG。在當調光狀態信號DIM為邏輯低準位時使運算放大器OPAMP1耦接成比較器時，且當比較結果為邏輯高準位時(回授電壓OVS不小於預存電壓)，邏輯運算電路310產生禁能的(邏輯低準位)預充致能信號PRECHG。相反的，若當調光狀態信號DIM為邏輯低準位時使運算放大器OPAMP1耦接成比較器，且當比較結果為邏輯低準位時(回授電壓OVS小於預存電壓)時，邏輯運算電路310產生致能的(邏輯高準位)預充致能信號PRECHG。

以下請參照圖4，圖4繪示本發明實施例的預充時脈產生器220的一實施方式的示意圖。預充時脈產生器220包括反及閘NAND1、電晶體M1、M2、電流源I1、電容C1以及反或閘NOR1。反及閘NAND1的輸入端接收時脈信號CLK，其另一輸入端接收預充致能信號PRECHG。電晶體M1具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接反及閘NAND1的輸出端。電晶體M2同樣具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接反及閘NAND1的輸出端，其第一端耦接功率電晶體開關T1的第二端，其第二端耦接接地端GND。電流源I1串接在電源電壓VDD及電晶體M1的第一端間。電容C1串接在電晶體M2的第一端與接地端GND間。反或閘NOR1的第一輸入端耦接電晶體M2的第一端，其第二輸入端耦接電晶體M1及M2的控制端，其輸出端產 生預充時脈信號DIML_PWM。

接著請參照圖5，圖5繪示本發明的另一實施例的發光二極體的驅動電壓的保持方法的流程圖。其中的驅動電壓為透過電源轉換器的功率電晶體進行功率轉換所產生。本實施例驅動電壓的保持方法包括：首先，依據調光狀態信號來分別執行取樣保存模式及比較模式。其中，在取樣保存模式進行取樣並保存回授電壓以獲得預存電壓。其中的回授電壓依據驅動電壓所產生。另外，在比較模式時，針對預存電壓與回授電壓進行比較，並藉以獲得比較結果(S510)。

另外，依據步驟S510中所產生的比較結果來產生預充致能信號，並依據預充致能信號以及時脈信號來產生預充時脈信號以控制功率電晶體開關(S520)。

接著將針對本發明的發光二極體的驅動電壓的保持方法的實施例提出一實施方式，來使本領域具通常知識者更能瞭解本發明，並得具以實施。

請參照圖6，圖6繪示本發明的依據發光二極體的驅動電壓保持方法實施例的一實施方式的流程圖。首先，當發光二極體維持處於調光啟動狀態時，針對驅動電壓進行取樣(S610)，並在取樣的過程中偵測發光二極體處於調光啟動狀態或是調光關閉狀態(S620)。若發光二極體維持處於調光啟動狀態則持續執行步驟(S610)。相反的，若發光二極體由調光啟動狀態切換至調光關閉狀態時，則在調光啟動狀態切換至調光關閉狀態的切換瞬間，則保存驅動電 壓為預存電壓(S630)。

在獲得預存電壓後，則針對預存電壓與至調光關閉狀態時的驅動電壓進行比較(S640)，並判斷驅動電壓是否小於預存電壓(S650)。當判斷的結果為驅動電壓小於預存電壓時，且發光二極體處於調光關閉狀態(S660)時，則產生預充時脈信號(S670)。相反的，當判斷的結果為驅動電壓不小於預存電壓時，則判斷發光二極體是否持續處於調光關閉狀態(S680)，若發光二極體持續處於調光關閉狀態，則重新執行步驟S640，若發光二極體持續變更為調光啟動狀態時，則重新執行步驟S610。

綜上所述，本發明藉由在調光啟動狀態時取樣依據驅動電壓所產生的回授電壓，並保存調光啟動狀態時的回授電壓為預存電壓。並在調光關閉狀態時比較預存電壓與回授電壓的大小，藉以產生預充時脈信號以控制功率電晶體開關持續進行電源轉換的動作，有效的使驅動電壓不會產生過大的壓降，避免重新進入調光啟動狀態時所可能產生的大電流現象，進而抑制電磁干擾的產生。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、200‧‧‧發光二極體驅動裝置

121、232‧‧‧電源轉換控制器

120、230‧‧‧電源轉換器

122‧‧‧電流驅動器

130、240‧‧‧發光二極體串

210‧‧‧電壓取樣保持及比較器

220‧‧‧預充時脈產生器

281‧‧‧邏輯運算單元

310‧‧‧邏輯運算電路

311、313‧‧‧反閘

312‧‧‧反及閘

VFB‧‧‧參考電壓

T1‧‧‧功率電晶體開關

L1‧‧‧電感

IL‧‧‧電感電流

VIN‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧驅動電壓

OVS‧‧‧回授電壓

DIM、DIMB‧‧‧調光狀態信號

PRECHG‧‧‧預充致能信號

PWM‧‧‧脈寬調變信號

DIML_PWM‧‧‧預充時脈信號

OPAMP1‧‧‧運算放大器

SSW1‧‧‧模式選擇開關

GND‧‧‧接地端

SC‧‧‧保持電容

M1、M2‧‧‧電晶體

I1‧‧‧電流源

C1‧‧‧電容

NOR1‧‧‧反或閘

NAND1‧‧‧反及閘

S510~S520、S610~S680‧‧‧驅動電壓的保持方法的步驟

圖1繪示的習知的發光二極體驅動裝置100的示意 圖。

圖2繪示本發明的一實施例的發光二極體驅動裝置200的示意圖。

圖3繪示本發明實施例的電壓取樣保持及比較器210的實施方式的示意圖。

圖4繪示本發明實施例的預充時脈產生器220的一實施方式的示意圖。

圖5繪示本發明的另一實施例的發光二極體的驅動電壓的保持方法的流程圖。

圖6繪示本發明的依據發光二極體的驅動電壓保持方法實施例的一實施方式的流程圖。

200‧‧‧發光二極體驅動裝置

210‧‧‧電壓取樣保持及比較器

220‧‧‧預充時脈產生器

230‧‧‧電源轉換器

240‧‧‧發光二極體串

232‧‧‧電源轉換控制器

281‧‧‧邏輯運算單元

OVS‧‧‧回授電壓

DIM‧‧‧調光狀態信號

PRECHG‧‧‧預充致能信號

PWM‧‧‧脈寬調變信號

DIML_PWM‧‧‧預充時脈信號

T1‧‧‧功率電晶體開關

VIN‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧驅動電壓

Claims (11)

1. 一種發光二極體驅動裝置，包括：一電源轉換器，具有一功率電晶體開關，接收一輸入電壓並藉由該功率電晶體開關進行功率轉換以在該發光二極體驅動裝置的一輸出端輸出一驅動電壓；一電壓取樣保持及比較器，耦接該輸出端以接收依據該驅動電壓所產生的一回授電壓，該電壓取樣保持及比較器接收並依據一調光狀態信號來分別進入一取樣保存模式及一比較模式，當在該取樣保存模式時，該電壓取樣保持及比較器取樣保存該回授電壓以獲得一預存電壓，當在該比較模式時，該電壓取樣保持及比較器依據比較該預存電壓及該回授電壓來產生一比較結果，並藉由該比較結果來產生一預充致能信號；以及一預充時脈產生器，耦接該電壓取樣保持及比較器，接收並依據該預充致能信號以及一時脈信號來產生一預充時脈信號以控制該功率電晶體開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中當該調光狀態信號指示該發光二極體的驅動裝置進入一調光啟動狀態時，該電壓取樣保持及比較器進入該取樣保存模式，當該調光狀態信號指示該發光二極體的驅動裝置進入一調光關閉狀態時，該電壓取樣保持及比較器進入該比較模式。
3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該電壓取樣保持及比較器在該回授電壓小於該預存電壓預設的一臨界值時致能該預充致能信號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之驅動裝置，其中該預充時脈產生器在該預充致能信號致能時，依據該時脈信號來產生該預充時脈信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該電壓取樣保持及比較器包括：一運算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，其第一輸入端接收該回授電壓；一模式選擇開關，串接在該運算放大器的輸出端與第二輸入端間，受控於該調光狀態信號而導通或斷開；以及一保持電容，串接於該運算放大器的第二輸入端與一接地端間，用以保存該預存電壓。
6. 如申請專利範圍第5項所述之驅動裝置，其中該電壓取樣保持及比較器更包括：一邏輯運算電路，耦接該運算放大器的輸出端以接收該比較結果，該邏輯運算電路並接收該調光狀態信號以依據該調光狀態信號及該比較結果來產生該預充致能信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該預充時脈產生器包括：一反及閘，其第一輸入端接收該時脈信號，其第二輸入端接收該預充致能信號；一第一電晶體，具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接該反及閘的輸出端；一第二電晶體，具有第一端、第二端及控制端，其控制端耦接該反及閘的輸出端，其第一端耦接該第一電晶體的第二端，其第二端耦接一接地端；一電流源，串接在一電源及該第一電晶體的第一端間；一電容，串接在該第二電晶體的第一端與該接地端間；以及一反或閘，其第一輸入端耦接該第二電晶體的第一端，其第二輸入端耦接該第一及該第二電晶體的控制端，其輸出端產生該預充時脈信號。
8. 一種發光二極體的驅動電壓的保持方法，其中該驅動電壓為透過一電源轉換器的一功率電晶體開關進行功率轉換所產生，包括：依據一調光狀態信號來分別執行一取樣保存模式及一比較模式，其中在該取樣保存模式進行取樣並保存一回授電壓以獲得一預存電壓，其中該回授電壓依據該驅動電壓所產生，在該比較模式時，針對該預存電壓與該回授電壓進行比較，並藉以獲得一比較結果；以及依據該比較結果來產生一預充致能信號，並依據該預充致能信號以及一時脈信號來產生一預充時脈信號以控制該功率電晶體開關。
9. 如申請專利範圍第8項所述之驅動電壓的保持方法，其中當該調光狀態信號指示該發光二極體進入一調光啟動狀態時執行該取樣保存模式，其中當該調光狀態信號指示該發光二極體進入一調光關閉狀態時執行該比較模式。
10. 如申請專利範圍第8項所述之驅動電壓的保持方法，其中“依據該比較結果來產生該預充致能信號”的步驟中包括：當該比較結果為該回授電壓小於該預存電壓預設的一臨界值時致能該預充致能信號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之驅動電壓的保持方法，其中在“依據該預充致能信號以及該時脈信號來產生該預充時脈信號”的步驟中包括：該預充致能信號致能時，依據該時脈信號來產生該預充時脈信號。