TWI437908B - 具電流平衡功能的驅動電路 - Google Patents

Description

具電流平衡功能的驅動電路

本發明係有關於一種驅動電路，尤指一種具電流平衡功能的驅動電路。

第1圖為習知發光二極體驅動電路的示意圖。如第1圖所示，在發光二極體驅動電路100的運作中，前置電流設定單元110根據參考電壓以產生設定電流Ipset，電流鏡120根據設定電流Ipset以輸出偏壓電流Ib，偏壓電阻Rb根據偏壓電流Ib以提供偏壓Vb，複數電流驅動模組130即根據偏壓Vb以提供複數驅動電流Idr_1～Idr_N，據以驅動複數二極體單元190發出具預設亮度之輸出光。上述電流驅動模組130係利用運算放大器OP配合限流電阻Rc所提供的反饋電壓以進行誤差放大處理，從而驅動緩衝器Buf輸出驅動電壓來控制電晶體Qc之運作。

然而，各運算放大器OP之抵補電壓(Offset Voltage)並不相同，因此該些電流驅動模組130難以提供幾乎相同的驅動電流Idr_1～Idr_N以驅動複數二極體單元190產生均勻之輸出光。此外，若偏壓Vb越小，則運算放大器OP的輸出電壓誤差百分比越大，亦即每一運算放大器OP的輸出電壓誤差百分比係隨偏壓Vb而改變，故習知發光二極體驅動電路100不只難以驅動複數發光二極體單元190產生均勻之輸出光，亦難以對大範圍驅動電流作精確控制。

依據本發明之實施例，揭露一種具電流平衡功能的驅動電路，其包含一控制單元、一偏壓電阻、一電流開關單元、及複數電流驅動模組。該控制單元係用來根據一控制電流產生一具至少一位元之控制信號。該偏壓電阻係用來根據一偏壓電流以提供一偏壓。該電流開關單元係用來根據該控制信號與複數偏壓設定電流產生該偏壓電流，據以維持該偏壓於一預定電壓範圍內。該些電流驅動模組係用來根據該偏壓與該控制信號以提供複數驅動電流。各該電流驅動模組包含一限流控制單元，該限流控制單元是用來根據該控制信號以控制相對應之一驅動電流。

下文依本發明具電流平衡功能的驅動電路，特舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。

第2圖為本發明具電流平衡功能的驅動電路之第一實施例示意圖。在驅動電路200的運作中，前置電流設定單元210係用來根據參考電壓Vref透過運算放大器211、受控於運算放大器211之輸出電壓的電晶體212及串接於電晶體212的電流設定電阻Rset以產生設定電流Iset，電流鏡單元215係用來根據設定電流Iset以輸出控制電流Ictr與複數偏壓設定電流Ibs1～Ibs4，控制單元220係用來根據控制電流Ictr產生具至少一位元之控制信號Sctr。控制電流Ictr可相同或相異於設定電流Iset，各該偏壓設定電流Ibs1～Ibs4亦可相同或相異於設定電流Iset。在第2圖所示實施例中，控制信號Sctr為3位元信號，於各種應用設計上，控制信號Sctr之位元數目可根據複數驅動電流Id_1～Id_N之預設匹配精準度而決定，亦即若預設匹配精準度越高，則控制信號Sctr所需之位元數目就越多。

電流開關單元230係用來根據控制信號Sctr與複數偏壓設定電流Ibs1～Ibs4以產生流過偏壓電阻Rbias之偏壓電流Ibias，據以提供偏壓Vbias饋入至複數電流驅動模組240_1～240_N。請注意，電流開關單元230所產生之偏壓電流Ibias係用來將偏壓Vbias維持於預定電壓範圍內，此預定電壓範圍較佳地對應於相對高電壓，據以降低後級運算放大器的輸出電壓誤差百分比。複數電流驅動模組240_1～240_N係用來根據偏壓Vbias與控制信號Sctr提供複數驅動電流Id_1～Id_N以驅動複數發光二極體單元290。複數電流驅動模組240_1～240_N均具有相同的內部電路結構，為簡化圖式以方便清楚說明，第2圖只顯示電流驅動模組240_1之內部電路結構。

電流驅動模組240_1包含誤差放大器250、緩衝器260、具有複數限流控制開關S1_1～S1_3的限流控制單元270、複數電晶體Qc1～Qc4、及複數限流電阻Rx1～Rx4。誤差放大器250係用來根據偏壓Vbias與透過複數限流電阻Rx1～Rx4反饋之複數反饋電壓Vf0～Vf3以驅動緩衝器260提供驅動信號Sdr。

串接於第一限流電阻Rx1之第一電晶體Qc1係用來根據驅動信號Sdr以控制流經第一限流電阻Rx1之驅動電流Id_1的第一分流I11。串接於第二限流電阻Rx2之第二電晶體Qc2係電連接於第一限流控制開關S1_1，第一限流控制開關S1_1是根據控制信號Sctr之第一位元以致能/除能第二電晶體Qc2之運作。於致能第二電晶體Qc2之運作時，第二電晶體Qc2係用來根據驅動信號Sdr以控制流經第二限流電阻Rx2之驅動電流Id_1的第二分流I12。

串接於第三限流電阻Rx3之第三電晶體Qc3係電連接於第二限流控制開關S1_2，第二限流控制開關S1_2是根據控制信號Sctr之第二位元以致能/除能第三電晶體Qc3之運作。於致能第三電晶體Qc3之運作時，第三電晶體Qc3係用來根據驅動信號Sdr以控制流經第三限流電阻Rx3之驅動電流Id_1的第三分流I13。串接於第四限流電阻Rx4之第四電晶體Qc4係電連接於第三限流控制開關S1_3，第三限流控制開關S1_3是根據控制信號Sctr之第三位元以致能/除能第四電晶體Qc4之運作。於致能第四電晶體Qc4之運作時，第四電晶體Qc4係用來根據驅動信號Sdr以控制流經第四限流電阻Rx4之驅動電流Id_1的第四分流I14。

由上述可知，電流驅動模組240_1係根據控制信號Sctr來執行電流粗調處理以設定驅動電流Id_1之電流變動範圍，並根據偏壓Vbias在所設定電流變動範圍內進行電流細調處理以提供所需之驅動電流Id_1，故偏壓Vbias只需在對應於電流細調處理之預定小電壓範圍內變動，而電流粗調處理係透過限流控制單元270進行控制。舉例而言，當第一限流控制開關S1_1、第二限流控制開關S1_2與第三限流控制開關S1_3均在斷開狀態時，由於驅動電流Id_1只流經第一限流電阻Rx1，故電流驅動模組240_1可根據偏壓Vbias控制在最低電流範圍內之驅動電流Id_1。當第一限流控制開關S1_1在閉合狀態，且第二限流控制開關S1_2與第三限流控制開關S1_3在斷開狀態時，由於驅動電流Id_1流經並聯之第一限流電阻Rx1與第二限流電阻Rx2，故電流驅動模組240_1可根據偏壓Vbias控制在次低電流範圍內之驅動電流Id_1。當第一限流控制開關S1_1、第二限流控制開關S1_2與第三限流控制開關S1_3均在閉合狀態時，由於驅動電流Id_1流經並聯之第一限流電阻Rx1、第二限流電阻Rx2、第三限流電阻Rx3與第四限流電阻Rx4，故電流驅動模組240_1可根據偏壓Vbias控制在最高電流範圍內之驅動電流Id_1。當第一限流控制開關S1_1與第二限流控制開關S1_2在閉合狀態，且第三限流控制開關S1_3在斷開狀態時，由於驅動電流Id_1流經並聯之第一限流電阻Rx1、第二限流電阻Rx2與第三限流電阻Rx3，故電流驅動模組240_1可根據偏壓Vbias控制在次高電流範圍內之驅動電流Id_1。所以，在驅動電路200的運作中，雖然偏壓Vbias只在預定小電壓範圍內變動，但複數電流驅動模組240_1～240_N卻可對複數驅動電流Id_1～Id_N作大範圍電流精確控制，據以驅動複數發光二極體單元290產生均勻且可作大範圍亮度精確調整之輸出光。

第3圖為本發明具電流平衡功能的驅動電路之第二實施例示意圖。如第3圖所示，驅動電路300係類似於第2圖之驅動電路200，主要差異在於將電流開關單元230置換為具複數電流開關S2_1～S2_3的電流開關單元330，及將複數電流驅動模組240_1～240_N置換為複數電流驅動模組340_1～340_N。第一電流開關S2_1係受控於控制信號Sctr之第一位元，第二電流開關S2_2係受控於控制信號Sctr之第二位元，第三電流開關S2_3係受控於控制信號Sctr之第三位元。

當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在最低電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一限流控制開關S1_1、第二限流控制開關S1_2與第三限流控制開關S1_3係根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態，同時第一電流開關S2_1、第二電流開關S2_2與第三電流開關S2_3則根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態，故偏壓電流Ibias係為複數偏壓設定電流Ibs1～Ibs4的合成電流，據以維持偏壓Vbias在預設電壓範圍內，雖然驅動電流Id_1是在最低電流範圍內，透過電流開關單元330之運作，此預定電壓範圍仍可較佳地對應於相對高電壓以降低後級運算放大器的輸出電壓誤差百分比。

當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在次低電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一電流開關S2_1、第二限流控制開關S1_2與第三限流控制開關S1_3係根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態，同時第一限流控制開關S1_1、第二電流開關S2_2與第三電流開關S2_3則根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態，故偏壓電流Ibias係為複數偏壓設定電流Ibs1、Ibs3、Ibs4的合成電流，據以維持偏壓Vbias在預設電壓範圍內，同理，透過電流開關單元330之運作，此預定電壓範圍仍可較佳地對應於相對高電壓以降低後級運算放大器的輸出電壓誤差百分比。

當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在次高電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一電流開關S2_1、第二電流開關S2_2與第三限流控制開關S1_3係根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態，同時第一限流控制開關S1_1、第二限流控制開關S1_2與第三電流開關S2_3則根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態，故偏壓電流Ibias係為複數偏壓設定電流Ibs1、Ibs4的合成電流，據以維持偏壓Vbias在預設電壓範圍內，同理，此預定電壓範圍仍可較佳地對應於相對高電壓以降低後級運算放大器的輸出電壓誤差百分比。

當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在最高電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一電流開關S2_1、第二電流開關S2_2與第三電流開關S2_3係根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態，同時第一限流控制開關S1_1、第二限流控制開關S1_2與第三限流控制開關S1_3則根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態，故偏壓電流Ibias即為偏壓設定電流Ibs1，據以維持偏壓Vbias在預設電壓範圍內，同理，此預定電壓範圍仍可較佳地對應於相對高電壓以降低後級運算放大器的輸出電壓誤差百分比。

第3圖所示之電流驅動模組340_1係類似於第2圖之電流驅動模組240_1，主要差異在於將誤差放大器250置換為誤差放大器350。誤差放大器350包含複數第一輸入電晶體Qi11～Qi14、複數第一輸入控制開關S3_1～S3_3、複數第二輸入電晶體Qi21～Qi24、及複數第二輸入控制開關S4_1～S4_3。第一輸入電晶體Qi11係用來根據偏壓Vbias以驅動緩衝器260。第二輸入電晶體Qi21係用來根據第一限流電阻Rx1之反饋電壓Vf0以驅動緩衝器260。

串接於第一輸入電晶體Qi12之第一輸入控制開關S3_1，係用來根據控制信號Sctr之第一位元以致能/除能第一輸入電晶體Qi12根據偏壓Vbias對緩衝器260的驅動運作。串接於第一輸入電晶體Qi13之第一輸入控制開關S3_2，係用來根據控制信號Sctr之第二位元以致能/除能第一輸入電晶體Qi13根據偏壓Vbias對緩衝器260的驅動運作。串接於第一輸入電晶體Qi14之第一輸入控制開關S3_3，係用來根據控制信號Sctr之第三位元以致能/除能第一輸入電晶體Qi14根據偏壓Vbias對緩衝器260的驅動運作。

串接於第二輸入電晶體Qi22之第二輸入控制開關S4_1，係用來根據控制信號Sctr之第一位元以致能/除能第二輸入電晶體Qi22根據第二限流電阻Rx2之反饋電壓Vf1對緩衝器260的驅動運作。串接於第二輸入電晶體Qi23之第二輸入控制開關S4_2，係用來根據控制信號Sctr之第二位元以致能/除能第二輸入電晶體Qi23根據第三限流電阻Rx3之反饋電壓Vf2對緩衝器260的驅動運作。串接於第二輸入電晶體Qi24之第二輸入控制開關S4_3，係用來根據控制信號Sctr之第三位元以致能/除能第二輸入電晶體Qi24根據第四限流電阻Rx4之反饋電壓Vf3對緩衝器260的驅動運作。

在驅動電路300的運作中，當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在最低電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一輸入控制開關S3_1～S3_3與第二輸入控制開關S4_1～S4_3均根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態。當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在次低電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一輸入控制開關S3_1與第二輸入控制開關S4_1係根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態，同時第一輸入控制開關S3_2～S3_3與第二輸入控制開關S4_2～S4_3則根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態。當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在次高電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一輸入控制開關S3_1～S3_2與第二輸入控制開關S4_1～S4_2係根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態，同時第一輸入控制開關S3_3與第二輸入控制開關S4_3則根據控制信號Sctr而被控制在斷開狀態。當電流驅動模組340_1根據偏壓Vbias控制在最高電流範圍內之驅動電流Id_1時，第一輸入控制開關S3_1～S3_3與第二輸入控制開關S4_1～S4_3均根據控制信號Sctr而被控制在閉合狀態。

亦即，第一輸入控制開關S3_1與第二輸入控制開關S4_1係與第一限流控制開關S1_1同步閉合或斷開，第一輸入控制開關S3_2與第二輸入控制開關S4_2係與第二限流控制開關S1_2同步閉合或斷開，第一輸入控制開關S3_3與第二輸入控制開關S4_3係與第三限流控制開關S1_3同步閉合或斷開。由上述可知，誤差放大器350的內部電路運作可對偏壓Vbias與反饋電壓Vf0～Vf3進行精確誤差放大處理，從而驅動緩衝器260提供精確之驅動信號Sdr，據以在驅動電流Id_1之各電流範圍內提供精確之電流細調控制。

綜上所述，本發明驅動電路係利用控制信號執行電流粗調控制以設定驅動電流之電流變動範圍，並利用驅動信號在所設定電流變動範圍內進行電流細調控制以提供所需之驅動電流，故在用來產生精確驅動信號之誤差放大器的運作中，誤差放大器之輸入偏壓可設定僅在對應於相對高電壓的小電壓範圍內變動，所以可降低運算放大器的輸出電壓誤差百分比以產生精確之驅動信號，進而提供大範圍電流精確控制，據以驅動複數發光二極體單元產生均勻且可作大範圍亮度精確調整之輸出光。

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，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，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。

200、300．．．驅動電路

210．．．前置電流設定單元

211．．．運算放大器

212．．．電晶體

215．．．電流鏡單元

220．．．控制單元

230、330．．．電流開關單元

240_1～240_N、3401～340_N．．．電流驅動模組

250、350．．．誤差放大器

260．．．緩衝器

270．．．限流控制單元

290．．．發光二極體單元

Ibias．．．偏壓電流

Ibs1～Ibs4．．．偏壓設定電流

Ictr．．．控制電流

Id_1～Id_N．．．驅動電流

I11～I14．．．分流

Iset．．．設定電流

Qc1～Qc4．．．電晶體

Qi11～Qi14．．．第一輸入電晶體

Qi21～Qi24．．．第二輸入電晶體

Rbias．．．偏壓電阻

Rset．．．電流設定電阻

Rx1～Rx4．．．限流電阻

S1_1～S1_3．．．限流控制開關

S2_1～S2_3．．．電流開關

S3_1～S3_3．．．第一輸入控制開關

S4_1～S4_3．．．第二輸入控制開關

Sctr．．．控制信號

Sdr．．．驅動信號

Vbias．．．偏壓

Vf0～Vf3．．．反饋電壓

Vref．．．參考電壓

第1圖為習知發光二極體驅動電路的示意圖。

第2圖為本發明具電流平衡功能的驅動電路之第一實施例示意圖。

第3圖為本發明具電流平衡功能的驅動電路之第二實施例示意圖。

200．．．驅動電路

210．．．前置電流設定單元

211．．．運算放大器

212．．．電晶體

215．．．電流鏡單元

220．．．控制單元

230．．．電流開關單元

240_1～240_N．．．電流驅動模組

250．．．誤差放大器

260．．．緩衝器

270．．．限流控制單元

290．．．發光二極體單元

Ibias．．．偏壓電流

Ibs1～Ibs4．．．偏壓設定電流

Ictr．．．控制電流

Id_1～Id_N．．．驅動電流

I11～I14．．．分流

Iset．．．設定電流

Qc1～Qc4．．．電晶體

Rbias．．．偏壓電阻

Rset．．．電流設定電阻

Rx1～Rx4．．．限流電阻

S1_1～S1_3．．．限流控制開關

Sctr．．．控制信號

Sdr．．．驅動信號

Vbias．．．偏壓

Vf0～Vf3．．．反饋電壓

Vref．．．參考電壓

Claims (14)

1. 一種具電流平衡功能的驅動電路，其包含：一控制單元，用來根據一控制電流產生一具至少一位元之控制信號；一偏壓電阻，用來根據一偏壓電流以提供一偏壓；一電流開關單元，用來根據該控制信號與複數偏壓設定電流產生該偏壓電流，據以維持該偏壓於一預定電壓範圍內；以及複數電流驅動模組，用來根據該偏壓與該控制信號以提供複數驅動電流，各該電流驅動模組包含：一限流控制單元，該限流控制單元是用來根據該控制信號以控制相對應之一驅動電流；複數限流電阻；一串接於該些限流電阻之一第一限流電阻的第一電晶體，用來根據一驅動信號以控制流經該第一限流電阻之該驅動電流的一第一分流；以及一電連接於該限流控制單元之第二電晶體，該第二電晶體是串接於該些限流電阻之一第二限流電阻；其中該限流控制單元根據該控制信號以致能/除能該第二電晶體的運作，於致能該第二電晶體之運作時，該第二電晶體是用來根據該驅動信號以控制流經該第二限流電阻之該驅動電流的一第二分流。
2. 如請求項1所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該電流驅 動模組還包含：一電連接於該限流控制單元之第三電晶體，該第三電晶體是串接於該些限流電阻之一第三限流電阻；其中該限流控制單元根據該控制信號以致能/除能該第三電晶體的運作，於致能該第三電晶體之運作時，該第三電晶體是用來根據該驅動信號以控制流經該第三限流電阻之該驅動電流的一第三分流。
3. 如請求項1所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該電流驅動模組還包含：一誤差放大器，用來根據該偏壓與透過該第一限流電阻與該第二限流電阻反饋之複數反饋電壓以驅動一緩衝器提供該驅動信號。
4. 如請求項3所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該誤差放大器包含：串接之一第一輸入電晶體與一第一輸入控制開關，該第一輸入控制開關根據該控制信號以致能/除能該第一輸入電晶體根據該偏壓對該緩衝器的驅動運作；以及串接之一第二輸入電晶體與一第二輸入控制開關，該第二輸入控制開關根據該控制信號以致能/除能該第二輸入電晶體根據相對應之反饋電壓對該緩衝器的驅動運作。
5. 如請求項3所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該誤差放大器包含：一第一輸入電晶體，用來根據該偏壓以驅動該緩衝器；以及一第二輸入電晶體，用來根據相對應之反饋電壓以驅動該緩衝器。
6. 一種具電流平衡功能的驅動電路，其包含：一控制單元，用來根據一控制電流產生一具至少一位元之控制信號；一偏壓電阻，用來根據一偏壓電流以提供一偏壓；一電流開關單元，用來根據該控制信號與複數偏壓設定電流產生該偏壓電流，據以維持該偏壓於一預定電壓範圍內；一電流鏡單元，用來根據一設定電流以輸出該控制電流與該些偏壓設定電流；一前置電流設定單元，用來根據一參考電壓以提供該設定電流；以及複數電流驅動模組，用來根據該偏壓與該控制信號以提供複數驅動電流，各該電流驅動模組包含一限流控制單元，該限流控制單元是用來根據該控制信號以控制相對應之一驅動電流。
7. 如請求項6所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該前置電流設定單元包含一運算放大器、一受控於該運算放大器之一輸 出電壓的電晶體、及一串接於該電晶體的電流設定電阻。
8. 如請求項6所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該電流鏡單元提供實質上等於該設定電流之該控制電流。
9. 如請求項6所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該電流鏡單元提供實質上等於該設定電流之各該偏壓設定電流。
10. 一種具電流平衡功能的驅動電路，其包含：一控制單元，用來根據一控制電流產生一具至少一位元之控制信號；一偏壓電阻，用來根據一偏壓電流以提供一偏壓；一電流開關單元，具有一受控於該控制信號之一第一位元的第一電流開關，是用來根據該控制信號與複數偏壓設定電流產生該偏壓電流，據以維持該偏壓於一預定電壓範圍內；以及複數電流驅動模組，用來根據該偏壓與該控制信號以提供複數驅動電流，各該電流驅動模組包含一限流控制單元，該限流控制單元具有一受控於該控制信號之該第一位元的第一限流控制開關，是用來根據該控制信號以控制相對應之一驅動電流。
11. 如請求項10所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中於該第一電流開關工作於閉合狀態時，該第一限流控制開關係工作於斷 開狀態，於該第一電流開關工作於斷開狀態時，該第一限流控制開關係工作於閉合狀態。
12. 如請求項10所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中：該電流開關單元具有一受控於該控制信號之一第二位元的第二電流開關；以及該限流控制單元具有一受控於該控制信號之該第二位元的第二限流控制開關。
13. 如請求項12所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中於該第一電流開關與該第二電流開關工作於閉合狀態時，該第一限流控制開關與該第二限流控制開關係工作於斷開狀態，於該第一電流開關與該第二電流開關工作於斷開狀態時，該第一限流控制開關與該第二限流控制開關係工作於閉合狀態。
14. 6或10所述之具電流平衡功能的驅動電路，其中該控制信號之位元數目係根據該些驅動電流之預設匹配精準度而決定。