TWI445441B - 具有旁路電路的發光二極體的驅動電路及其驅動的方法 - Google Patents

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TWI445441B
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Description

具有旁路電路的發光二極體的驅動電路及其驅動的方法
本發明係有關於發光二極體的驅動電路及其驅動的方法，尤指一種具有旁路電路的發光二極體的驅動電路及其驅動的方法。
在照明電路應用中，通常電源供應電路所供應的驅動電壓趨近於一串發光二極體的跨壓，以減少照明電路的損耗。但當發光二極體運作在低溫環境時，因為發光二極體的順向跨壓和溫度成反比，所以可能發生電源供應電路所供應的驅動電壓小於一串發光二極體的跨壓，導致照明電路無法正常運作。
請參照第1圖，第1圖係為說明發光二極體的順向跨壓和溫度成反比的示意圖。如第1圖所示，發光二極體的順向跨壓隨著溫度上升而降低。例如，在環境溫度為-25℃時，發光二極體的順向跨壓係為3.6V，而在環境溫度為75℃時，發光二極體的順向跨壓係為3.3V。
請參照第2圖，第2圖係為先前技術說明發光二極體的驅動電路200的示意圖。驅動電路200包含一電源供應電路202和7顆串聯的發光二極體204。電源供應電路202係用以驅動7顆串聯的發光二極體204。在環境溫度為75℃時，7顆串聯發光二極體的順向跨壓係為23.1V(7*3.3V=23.1V)。但當在環境溫度為-25℃時，7顆串聯發光二極體的順向跨壓係為25.2V(7*3.6V=25.2V)。此時，由於電源供應電路202所供應的驅動電壓Vo為24V，所以驅動電路200無法正常運作，造成7顆串聯的發光二極體204無法正常發光。
在先前技術中，通常是減少一串發光二極體的串聯數目，來降低一串發光二極體的順向跨壓以避免驅動電路無法在低溫運作。但減少一串發光二極體的串聯數目的方式會降低驅動電路在常溫時的運作效率。另外，亦可利用前一級轉換電路調整電源供應電路所供應的驅動電壓，以使電源供應電路所供應的驅動電壓總是大於一串發光二極體的順向跨壓。但利用前一級轉換電路調整電源供應電路所供應的驅動電壓會造成前一級轉換電路的效能下降。因此，對於電路設計者而言，減少一串發光二極體的串聯數目以及利用前一級轉換電路調整電源供應電路所供應的驅動電壓的方式，都不是最好的選擇。
本發明的一實施例提供一種具有旁路電路的發光二極體的驅動電路。該驅動電路包含一電源供應電路、至少一旁路電路及一溫度監控電路。該電源供應電路係用以提供一驅動電壓給至少一串發光二極體；該至少一旁路電路中的每一旁路電路係用以於一環境溫度低於一預定溫度時開啟；及該溫度監控電路係耦接於該至少一旁路電路，用以偵測該環境溫度，當該環境溫度低於該預定溫度時，送出一控制訊號至該至少一旁路電路。
本發明的另一實施例提供一種控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法。該方法包含偵測一串發光二極體的環境溫度；判斷該環境溫度是否低於一預定溫度；如果該環境溫度低於該預定溫度時，送出一控制訊號；及根據該控制訊號，開啟至少一旁路電路，以使該串發光二極體之至少一發光二極體的二端短路。
本發明的另一實施例提供一種具有旁路電路的發光二極體的驅動電路。該驅動電路包含一電源供應電路、至少一旁路電路及一計時器。該電源供應電路係用以提供一驅動電壓給至少一串發光二極體；該至少一旁路電路中的每一旁路電路係用以於該電源供應電路開機後一預定時間關閉；及該計時器係用以於該電源供應電路開機後該預定時間，送出一控制訊號至該至少一旁路電路，以關閉該至少一旁路電路。
本發明的另一實施例提供一種控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法。該方法包含提供一驅動電壓給一串發光二極體；提供該驅動電壓給該串發光二極體後一預定時間，送出一控制訊號至至少一旁路電路；及根據該控制訊號，關閉至少一旁路電路。
本發明所提供的一種具有旁路電路的發光二極體的驅動電路及其驅動的方法，係利用一溫度監控電路或一計時器發出一控制訊號，以開啟或關閉至少一旁路電路，導致一串發光二極體中至少有一發光二極體被關閉或被開啟。因此，當一環境溫度低於一預定溫度時，該電源供應電路所供應的驅動電壓仍可驅動該串發光二極體。
請參照第3圖，第3圖係為本發明的一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路300的示意圖。驅動電路300包含一電源供應電路302、一旁路電路304及一溫度監控電路306。電源供應電路302係用以提供一驅動電壓Vo給一串發光二極體308，其中一串發光二極體308包含複數個串聯的發光二極體，而電源供應電路302可為一降壓型轉換器，例如buck轉換器，或電源供應電路302可為一升/降壓型轉換器，例如Buck-Boost轉換器、Cuk轉換器、Sepic轉換器、Zeta轉換器、返馳式轉換器(Flyback)、Forward轉換器、推挽式轉換器(Push-Pull)、半橋轉換器(Half-Bridge)或全橋轉換器(Full-Bridge)。但本發明並不受限於驅動電壓Vo僅供給一串發光二極體308，且不受限於一串發光二極體308僅並聯一旁路電路304。旁路電路304係用以於一環境溫度ET低於一預定溫度T時開啟，其中旁路電路304係為一N型金氧半電晶體、一P型金氧半電晶體或一傳輸閘。另外，本發明並不受限於旁路電路304的兩端之間僅包含一發光二極體3082。溫度監控電路306係耦接於旁路電路304，用以偵測環境溫度ET，當環境溫度ET低於預定溫度T時，送出一控制訊號CS至旁路電路304。
溫度監控電路306包含一分壓電阻3062、一熱敏電阻3064及一比較器3066。分壓電阻3062具有一第一端，用以接收一第一電壓VDD，及一第二端；熱敏電阻3064具有一第一端，耦接於分壓電阻3062的第二端，及一第二端，耦接於一地端GND；比較器3066具有一第一輸入端，耦接於分壓電阻3062的第二端，一第二輸入端，用以接收一參考電壓VREF，及一輸出端，用以輸出控制訊號CS。當環境溫度ET為25℃時，熱敏電阻3064具有較小的電阻值，所以比較器3066的第一輸入端的電位V1小於參考電壓VREF。此時，根據控制訊號CS，旁路電路304係為關閉，且一串發光二極體308上的所有發光二極體皆開啟。當環境溫度ET為-40℃時，熱敏電阻3064具有較大的電阻值，所以電位V1大於參考電壓VREF。此時，根據控制訊號CS，旁路電路304係為開啟。因此，驅動電壓Vo仍然會使沒有與旁路電路304並聯之複數個發光二極體維持在開啟狀態，而只會使與旁路電路304並聯之發光二極體3082關閉。另外，在開啟旁路電路304後，環境溫度ET會因為一串發光二極體308的開啟而逐漸提升，導致電位V1降至小於參考電壓VREF。此時，根據控制訊號CS，旁路電路304被關閉。但本發明並不受限於當比較器3066的第一輸入端的電位V1小於參考電壓VREF時，根據控制訊號CS，關閉旁路電路304，以及比較器3066的第一輸入端的電位V1大於參考電壓VREF時，根據控制訊號CS，開啟旁路電路304，亦即本發明可當比較器3066的第一輸入端的電位V1大於參考電壓VREF時，根據控制訊號CS，開啟旁路電路304，以及比較器3066的第一輸入端的電位V1小於參考電壓VREF時，根據控制訊號CS，關閉旁路電路304。所以，只要當環境溫度ET低於預定溫度T時，開啟旁路電路304，以及當環境溫度ET高於預定溫度T時，關閉旁路電路304即屬於本發明之範疇。另外，本發明亦不受限於環境溫度ET為25℃和-40℃。
請參照第4圖，第4圖係為本發明的另一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路400的示意圖。驅動電路400包含一電源供應電路402、一旁路電路404及一溫度監控電路406。溫度監控電路406包含一比較器4062及一控制單元4064。比較器4062係用以偵測電源供應電路402內的一電感4022的直流阻抗40222所產生的一跨壓VD。比較器4062根據跨壓VD和一預定值，輸出一致能訊號ES。控制單元4064係用以於接收致能訊號ES時，且根據致能訊號ES，輸出控制訊號CS以開啟旁路電路404。另外，本發明並不受限於旁路電路404的兩端之間僅包含一發光二極體4082。當環境溫度ET為25℃時，電感4022的直流阻抗40222所產生的跨壓VD大於該預定值，所以比較器4062不會輸出致能訊號ES至控制單元4064。此時，旁路電路404係為關閉且一串發光二極體408上的所有發光二極體皆開啟。當環境溫度ET為-40℃時，電感4022的直流阻抗40222所產生的跨壓VD小於該預定值，所以比較器4062輸出致能訊號ES至控制單元4064，導致旁路電路404被開啟。此時，驅動電壓Vo仍然大於一串發光二極體408的跨壓，且一串發光二極體408中的發光二極體4082被關閉。但本發明並不受限於當跨壓VD大於該預定值時，比較器4062不輸出致能訊號ES，以及當跨壓VD小於該預定值時，比較器4062輸出致能訊號ES，也就是說本發明亦可於當跨壓VD大於該預定值時，比較器4062輸出致能訊號ES，以及當跨壓VD小於該預定值時，比較器4062不輸出致能訊號ES。所以，只要當環境溫度ET低於預定溫度T時，開啟旁路電路404，以及當環境溫度ET高於預定溫度T時，關閉旁路電路404即屬於本發明之範疇。另外，電源供應電路402、旁路電路404及一串發光二極體408的操作原理和電源供應電路302、旁路電路304及一串發光二極體308的操作原理皆相同，在此不再贅述。此外，本發明並不受限於一串發光二極體408僅並聯一旁路電路404，且亦不受限於環境溫度ET為25℃和-40℃。
請參照第5圖，第5圖係為本發明的另一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路500的示意圖。驅動電路500包含一電源供應電路502、一旁路電路504及一溫度監控電路506。溫度監控電路506包含一分壓電阻5062及一熱敏電阻5064，其中控制訊號CS係為熱敏電阻5064的第一端的電壓。分壓電阻5062具有一第一端，用以接收驅動電壓Vo，及一第二端；熱敏電阻5064具有一第一端，耦接於分壓電阻5062的第二端，及一第二端。旁路電路504係為一矽控整流器(silicon-controlled rectifier,SCR)，旁路電路504具有一第一端，耦接於分壓電阻5062的第二端，一第二端，耦接於熱敏電阻5064的第二端，及一第三端。另外，本發明並不受限於旁路電路504的兩端之間僅包含一發光二極體5082。當環境溫度ET為25℃時，熱敏電阻5064的電阻值較小，所以熱敏電阻5064的第一端的電壓較小，導致旁路電路504關閉。此時，一串發光二極體508上的所有發光二極體皆開啟。當環境溫度ET為-40℃時，熱敏電阻5064的電阻值較大，所以熱敏電阻5064的第一端的電壓較大，導致旁路電路504被開啟。此時，一串發光二極體508中的發光二極體5082被關閉，因此，驅動電壓Vo仍然大於一串發光二極體508的跨壓。但本發明並不受限於旁路電路504的兩端之間僅包含發光二極體5082。另外，電源供應電路502及一串發光二極體508和電源供應電路302及一串發光二極體308的操作原理相同，在此不再贅述。此外，本發明並不受限於一串發光二極體508僅並聯一旁路電路504，且亦不受限於環境溫度ET為25℃和-40℃。
請參照第6圖，第6圖係為本發明的另一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路600的示意圖。驅動電路600包含一電源供應電路602、一旁路電路604及一計時器606。旁路電路604係用以於電源供應電路602開機後一預定時間PT關閉。計時器606係用以於電源供應電路602開機後預定時間PT，送出一控制訊號CS至旁路電路604，以關閉旁路電路604，導致一串發光二極體608中的所有發光二極體皆開啟。但本發明並不受限於旁路電路604的兩端之間僅包含發光二極體6082，亦不受限於一串發光二極體608僅並聯一旁路電路604。另外，電源供應電路602、旁路電路604及一串發光二極體608的操作原理皆和電源供應電路302、旁路電路304及一串發光二極體308的操作原理相同，在此不再贅述。
請參照第7圖，第7圖係為本發明的另一實施例說明控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法之流程圖。第7圖之方法係利用第3圖的驅動電路300說明，詳細步驟如下：步驟700：開始；步驟702：溫度監控電路306偵測一串發光二極體308的環境溫度ET；步驟704：溫度監控電路306判斷環境溫度ET是否低於預定溫度T，如果是，進行步驟706；如果否，跳回步驟702；步驟706：溫度監控電路306送出控制訊號CS至旁路電路304；步驟708：根據控制訊號CS，開啟旁路電路304，以使與旁路電路304並聯的發光二極體3082的二端短路，跳回步驟702。
在步驟706中，溫度監控電路306並不受限於當環境溫度ET低於預定溫度T時，送出控制訊號CS至旁路電路304。只要當環境溫度ET低於預定溫度T時，開啟旁路電路304，以及當環境溫度ET高於預定溫度T時，關閉旁路電路304即可。但本發明並不受限於一串發光二極體308僅並聯一旁路電路304。在步驟708中，根據控制訊號CS，開啟旁路電路304，因此，發光二極體3082的二端短路，導致發光二極體3082被關閉。但本發明並不受限於旁路電路304的兩端之間僅包含發光二極體3082。
請參照第8圖，第8圖係為本發明的另一實施例說明控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法之流程圖。第8圖之方法係利用第6圖的驅動電路600說明，詳細步驟如下：步驟800：開始；步驟802：電源供應電路602開啟旁路電路604，並提供驅動電壓Vo給一串發光二極體608；步驟804：提供驅動電壓Vo給一串發光二極體608後預定時間PT，計時器606送出控制訊號CS至旁路電路604；步驟806：根據控制訊號CS，關閉旁路電路604；步驟808：結束。
在步驟802中，當電源供應電路602一開始提供驅動電壓Vo給一串發光二極體608時，旁路電路604係為開啟。在步驟806中，提供驅動電壓Vo給一串發光二極體608後預定時間PT，根據計時器606發出的控制訊號CS，關閉旁路電路604即可。此時，一串發光二極體608之發光二極體6082的二端短路，導致發光二極體6082被關閉。但本發明並不受限於一串發光二極體608僅並聯一旁路電路604，亦不受限於旁路電路604的兩端之間僅包含發光二極體6082。
綜上所述，本發明所提供的具有旁路電路的發光二極體的驅動電路及其驅動的方法，係利用溫度監控電路或計時器發出控制訊號，以開啟或關閉至少一旁路電路，導致一串發光二極體中至少有一發光二極體被關閉或被開啟。因此，當環境溫度低於預定溫度時，電源供應電路所供應的驅動電壓仍可驅動一串發光二極體。
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。
200、300、400、500、600‧‧‧驅動電路
202、302、402、502、602‧‧‧電源供應電路
304、404、504、604‧‧‧旁路電路
306、406、506‧‧‧溫度監控電路
204、308、408、508、608‧‧‧一串發光二極體
606‧‧‧計時器
3062、5062‧‧‧分壓電阻
3064、5064‧‧‧熱敏電阻
3066、4062‧‧‧比較器
3082、4082、5082、6082‧‧‧發光二極體
4022‧‧‧電感
40222‧‧‧直流阻抗
4064‧‧‧控制單元
VDD‧‧‧第一電壓
GND‧‧‧地端
V1‧‧‧電位
CS‧‧‧控制訊號
Vo‧‧‧驅動電壓
ES‧‧‧致能訊號
700至708、800至808‧‧‧步驟
第1圖係為說明發光二極體的順向跨壓和溫度成反比的示意圖。
第2圖係為先前技術說明發光二極體的驅動電路的示意圖。
第3圖係為本發明的一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路的示意圖。
第4圖係為本發明的另一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路的示意圖。
第5圖係為本發明的另一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路的示意圖。
第6圖係為本發明的另一實施例說明具有旁路電路的發光二極體的驅動電路的示意圖。
第7圖係為本發明的另一實施例說明控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法之流程圖。
第8圖係為本發明的另一實施例說明控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法之流程圖。
300．．．驅動電路
302．．．電源供應電路
304．．．旁路電路
306．．．溫度監控電路
308．．．一串發光二極體
3062．．．分壓電阻
3064．．．熱敏電阻
3066．．．比較器
3082．．．發光二極體
VDD．．．第一電壓
GND．．．地端
V1．．．電位
CS．．．控制訊號
Vo．．．驅動電壓
VREF．．．參考電壓

Claims (15)

  1. 一種具有旁路電路的發光二極體的驅動電路，包含：一電源供應電路，用以提供一驅動電壓給至少一串發光二極體，且在該至少一串發光二極體的一環境溫度低於一預定溫度時，該驅動電壓低於未被旁路的該至少一串發光二極體的總順向跨壓；至少一旁路電路，該至少一旁路電路中的每一旁路電路係用以並聯於該至少一串發光二極體中的至少一發光二極體，且於該環境溫度低於該預定溫度時開啟，其中當該至少一旁路電路開啟時，該至少一串發光二極體的總順向跨壓降低且低於該驅動電壓；及一溫度監控電路，耦接於該至少一旁路電路，用以偵測該環境溫度，當該環境溫度低於該預定溫度時，送出一控制訊號至該至少一旁路電路以開啟該至少一旁路電路，使並聯該至少一旁路電路的該至少一串發光二極體中的至少一發光二極體被旁路。
  2. 如請求項1所述之驅動電路，其中該電源供應電路係為一降壓型轉換器。
  3. 如請求項1所述之驅動電路，其中該電源供應電路係為一升/降壓型轉換器。
  4. 如請求項1所述之驅動電路，其中該旁路電路係為一N型金氧半電晶體。
  5. 如請求項1所述之驅動電路，其中該旁路電路係為一P型金氧半電晶體。
  6. 如請求項1所述之驅動電路，其中該旁路電路係為一傳輸閘。
  7. 如請求項1所述之驅動電路，其中該溫度監控電路包含：一分壓電阻，具有一第一端，用以接收一第一電壓，及一第二端；一熱敏電阻，具有一第一端，耦接於該分壓電阻的第二端，及一第二端，耦接於一地端；及一比較器，具有一第一輸入端，耦接於該分壓電阻的第二端，一第二輸入端，用以接收一參考電壓，及一輸出端，用以輸出該控制訊號，其中該比較器係根據該該比較器的第一輸入端的電壓和該參考電壓時，輸出該控制訊號。
  8. 如請求項1所述之驅動電路，其中該溫度監控電路包含：一比較器，用以偵測該電源供應電路內的一電感的直流阻抗所產生的一跨壓，並根據該跨壓和一預定值，輸出一致能訊號；及一控制單元，用以於接收該致能訊號時，輸出該控制訊號。
  9. 如請求項1所述之驅動電路，其中該溫度監控電路包含：一分壓電阻，具有一第一端，用以接收該驅動電壓，及一第二端；及一熱敏電阻，具有一第一端，耦接於該分壓電阻的第二端，及一第二端；其中該控制訊號係為該熱敏電阻的第一端的電壓。
  10. 如請求項9所述之驅動電路，其中該旁路電路係為一矽控整流器(silicon-controlled rectifier,SCR)，該矽控整流器具有一第一端，耦接於該分壓電阻的第二端，一第二端，耦接於該熱敏電阻的第二端，及一第三端，其中該矽控整流器的第二端與第三端之間包含至少一發光二極體。
  11. 一種控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法，包含：提供一驅動電壓給至少一串發光二極體；偵測該至少一串發光二極體的一環境溫度；判斷該環境溫度是否低於一預定溫度；如果該環境溫度低於該預定溫度時，送出一控制訊號，其中當該環境溫度低於該預定溫度時，該驅動電壓低於未被旁路的該至少一串發光二極體的總順向跨壓；及根據該控制訊號，開啟至少一旁路電路，以使並聯於該至少一旁路電路的該至少一串發光二極體之至少一發光二極體被 旁路，其中當該至少一旁路電路開啟時，該至少一串發光二極體的總順向跨壓降低且低於該驅動電壓。
  12. 如請求項11所述之方法，另包含：如果該環境溫度高於該預定溫度時，關閉該至少一旁路電路。
  13. 一種具有旁路電路的發光二極體的驅動電路，包含：一電源供應電路，用以提供一驅動電壓給至少一串發光二極體，且在該至少一串發光二極體的一環境溫度低於一預定溫度時，該驅動電壓低於未被旁路的該至少一串發光二極體的總順向跨壓；至少一旁路電路，該至少一旁路電路中的每一旁路電路係用以並聯於該至少一串發光二極體中的至少一發光二極體，且於該電源供應電路開機後一預定時間關閉，其中在該預定時間之後，該至少一串發光二極體的該環境溫度是高於一預定溫度，且當該至少一旁路電路開啟使並聯該至少一旁路電路的該至少一串發光二極體中的至少一發光二極體被旁路時，該至少一串發光二極體的總順向跨壓降低且低於該驅動電壓；及一計時器，用以於該電源供應電路開機後該預定時間，送出一控制訊號使該至少一旁路電路關閉旁路功能，以使該至少一串發光二極體中並聯於該至少一旁路電路的至少一發光二極體發光。
  14. 如請求項1或13之驅動電路，其中每一串發光二極體並聯至少一旁路電路。
  15. 一種控制發光二極體的驅動電路的旁路電路的方法，包含：提供一驅動電壓給至少一串發光二極體，且在該至少一串發光二極體的一環境溫度低於一預定溫度時，該驅動電壓低於未被旁路的該至少一串發光二極體的總順向跨壓；提供該驅動電壓給該至少一串發光二極體後一預定時間，送出一控制訊號使該至少一旁路電路關閉旁路功能，以使該至少一串發光二極體中並聯於該至少一旁路電路的至少一發光二極體發光，其中在該預定時間之後，該至少一串發光二極體的該環境溫度是高於該預定溫度，且該至少一旁路電路中的每一旁路電路是並聯於該至少一串發光二極體中的至少一發光二極體；及根據該控制訊號，關閉該至少一旁路電路，其中當該至少一旁路電路開啟旁路功能使並聯該至少一旁路電路的該至少一串發光二極體中的至少一發光二極體被旁路時，該至少一串發光二極體的總順向跨壓降低且低於該驅動電壓。
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