TWI483650B - 至少一第一和一第二發光二極體之電路裝置及操作方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種操作至少一第一和一第二發光二極體(LED)用的電路配置,包括:一運算放大器,其具有一正輸入端和負輸入端以及一輸出端;一額定值預設裝置,其是與該運算放大器之正輸入端相耦接;第一發光二極體之至少一第一和一第二終端以及第二發光二極體之至少一第一和一第二終端,其中各別的第一終端是與一供電直流電壓之一終端相耦接,且各別的第二終端在形成一種連接點時互相耦接;以及一串聯在第二終端之連接點和一參考電位之間的電流測量電阻,其中經由該電流測量電阻之壓降耦合至該運算放大器之負輸入端。本發明亦涉及操作至少一第一和一第二發光二極體之方法。
上述電路配置例如使用在前投影或背投影用的微顯示器應用中。於此,須使流經LEDs之電流和由LEDs所發出之光在微秒的範圍中進行切換。在未轉移至絕對的高-末端區中的投影系統中,有意義的是:對不同的通道依時間上的順序來進行控制。於是,裝置成本可大大地下降,此乃因不是每一通道都須設有一個電流源而是全部的通道只使用一個電流源。為了達成一種儘可能最佳的光效益,較佳是針對很快速的切換過程來設計該電流源。
第1圖顯示一種習知技術中已為人所知的上述形式的電
路配置。此處,使用一種線性調整器以作為電流源,其包括一運算放大器OPAMPlin、一配置在該運算放大器OPAMPlin之輸出端和其負輸入端之間的回授電阻Rlin,FB,以及一串聯配置在該運算放大器OPAMPlin之輸出端和一用來調整電流值之以線性操作的功率電晶體Tlin之間的電阻Rlin,gate。該運算放大器OPAMPlin之正輸入端是與一控制電壓Uin相耦接,以確定由電晶體Tlin所發出之流經各別閉合的開關S1至Sn且流經各別所屬的發光二極體D1至Dn之電流有多大。各開關S1至Sn操作於飽和狀態中且必須可對流經LEDs之全部電流進行切換。各發光二極體D1至Dn之陽極側可與一共用的供電電壓Usupply相耦接,陰極側則有一電流測量電阻Rshunt耦接在每一個發光二極體D1至Dn之陰極和一參考電位之間。該電流測量電阻Rshunt上的壓降耦合至該運算放大器OPAMPlin之負輸入端。
各開關S1至Sn由未圖示的控制電路而依序被接通。
第1圖所示的電路配置之缺點是其需要昂貴的措施以使熱被排出。
本發明的目的因此是進一步形成上述形式的電路配置或方法,使與熱被排出有關的措施簡化且因此使成本下降。
上述目的藉由具有申請專利範圍第1項特徵的電路配置以及具有第12項特徵的方法來達成。
本發明以下述認知為基準:當每一個LED分支中設有一
個功率電晶體時可達成上述目的,該功率電晶體可分別藉由所屬的開關S1至Sn而作為該線性調整器用的縱向調整電晶體。於此,小信號電晶體可用作該些開關S1至Sn,此乃因該些開關只須針對流入至功率電晶體Tlin,1至Tlin,2之控制電極中的電流來設計即可。各開關S1至Sn之依序切換可以與先前技術相同的時序和相同的源(source)來進行。
先前技術中造成昂貴的熱設計結果的損耗功率發生於縱向調整電晶體Tlin中且集中在一點,在本發明的電路配置中此損耗功率分佈在多個點且是分佈在功率電晶體Tlin,1、Tlin,2等等。更重要的優點是:在各別的活性分支中總是只存在一個電晶體。先前技術中在各別的活性分支中有二個電晶體是由流經LED之電流所流過。若各開關S1至Sn之一的集極-射極飽和電壓大約是500毫伏且流經LEDs之電流可達30安,則大量的損耗功率將產生於各開關S1至Sn中。在使用三個LEDs或LED陣列時,先前技術的電路配置另外需要四個功率電晶體,但本發明的電路配置只需要三個功率電晶體。
因此,本發明不只使該損耗功率排出時所需的措施大大地減少,且可使構件的成本下降。由於損耗功率的下降,則另外可使該電路配置之壽命更長。
在一較佳的實施形式中,第一LED耦接在可類比操作的第一電晶體的參考電極和參考電位之間,且第二LED耦接
在可類比操作的第二電晶體之參考電極和該參考電位之間。於是,會形成一種所謂共同陰極配置。或是,第一LED耦接在一供電電壓之一終端和該可類比操作的第一電晶體之工作電極之間,且第二LED耦接在一供電電壓之一終端和該可類比操作的第二電晶體之工作電極之間。於是,會形成一種所謂共同陽極配置。
較佳是以小信號電晶體來構成該第一及/或第二電子開關。這在第一和第二電子開關只需提供該較佳是以場效電晶體來構成的可類比操作的電晶體之閘極電流時是可行的。於是,各構件的成本可進一步下降。
反之,可類比操作的第一及/或第二電晶體較佳是以功率電晶體來構成。
可類比操作的第一及第二電晶體在空間中的距離較佳是安裝為大於2公分,特別是大於5公分。這樣可在至少二個不同位置上發生損耗功率,其受到其它電晶體之損耗功率的影響可較該二個可類比操作的電晶體直接相鄰地安裝時大大地下降。於是,損耗功率排出用的措施可進一步減少。例如,若一種共用的冷卻體安裝在該可類比操作的第一及第二電晶體上,則由於該距離而使該冷卻體有良好地排熱用的大面積。
在一已簡化的實施形式中,至少二個終端互相耦接以與一供電直流電壓相連接。這與先前技術的進行方式相同且所顯示的優點是:只需提供一種供電直流電壓。然而,較
佳是:當至少二個終端未互相耦接時,此二個終端能與不同的供電直流電壓相耦接。於是,可考慮使每一個發光二極體通常都具有一種不同的前向偏壓。因此,紅色LED之前向偏壓UFrot大約是4伏,藍色LED之前向偏壓UFblau大約是6伏,且綠色LED之前向偏壓UFgrun大約是6伏。當像先前技術一樣只使用一種電源電壓時,前向偏壓須設計成大約6.5伏。現在,當依順序進行切換而應使紅色LED導通時,則至少2伏的電壓須下降在該紅色LED所屬的可類比操作的電晶體上,以提供該紅色LED一種適當的前向偏壓。在流過該紅色LED之電流是30安培時,將會產生60瓦之額外的損耗功率,當LEDs所屬的用來與供電電壓相連接的終端是與該供電電壓相耦接時,該損耗功率在上述較佳的實施形式中可省略。在目前的情況下,例如配屬於紅色LED之終端是與4.5伏之供電電壓相耦接,配屬於一紅色和一藍色LED之終端較佳是共同與6.5伏之供電電壓相耦接。
當然,至少一第一LED可以是第一LED模組且至少一第二LED可以是第二LED模組,其分別具有多個LEDs。至少一LED模組包括多個單一晶片,其分別具有至少一LED,其中各單一晶片較佳是並聯及/或串聯。
其它較佳之實施形式描述在申請專利範圍各附屬項中。
本發明之電路配置之較佳實施形式及其優點只要可應用亦可用於本發明的方法中。
以下將參考附圖來說明本發明的電路配置。
第1圖之參考符號只要涉及相同或類似的構件都可用於第2圖,3所示之實施形式中,其因此不再說明。反之,只說明各電路配置之不同點。
第2圖所示之本發明之電路配置之第一實施例中,發光二極體D1至Dn之陰極在形成一個連接點P時互相連接。在每一個發光二極體D1至Dn之陽極和供電電壓Usupply1至Usupplyn之配屬於各別之發光二極體之終端之間配置功率電晶體Tlin,1至Tlin,n之工作電極-參考電極區段。每一功率電晶體Tlin,1至Tlin,n之控制電極可經由一所屬之開關S1至Sn而與該運算放大器OPAMPlin之輸出端相耦接。一未顯示的控制裝置依需要而控制各開關S1至Sn。各開關S1至Sn以小信號電晶體來構成。
第3圖顯示本發明之電路配置之第二實施形式,其中發光二極體D1至Dn配置在供電電壓Usupply1至Usupplyn之各別所屬之終端和各別所屬之功率電晶體Tlin,1至Tlin,n之工作電極之間。當發光二極體D1至Dn之陽極是與一共用之供電電壓相耦接,即,Usupply1至Usupplyn一致時,則形成一種所謂共同陽極配置。然而,在該終端上耦接不同之供電電壓Usupplyl至Usupplyn,其針對各別的發光二極體D1至Dn之前向偏壓來調整。
為了清楚之故而顯示成各別的發光二極體之LEDs D1至
Dn當然可以是指整個LED陣列,其分別具有多個發光二極體。
D1~Dn‧‧‧LED
OPAMPlin‧‧‧運算放大器
Uin‧‧‧額定值預設裝置
Usupply1~Usupplyn‧‧‧供電直流電壓
P‧‧‧連接點
Rshunt‧‧‧電流測量電阻
Rlin,gate‧‧‧電阻
Tlin,1~Tlin,n‧‧‧電晶體
S1~Sn‧‧‧電子開關
Rlin,FB‧‧‧回授電阻
第1圖顯示先前技術中已為人所知的電路配置。
第2圖是本發明之電路配置之第一實施例。
第3圖是本發明之電路配置之第二實施例。
D1~Dn‧‧‧LED
OPAMPlin‧‧‧運算放大器
Uin‧‧‧額定值預設裝置
Usupply1~Usupplyn‧‧‧供電直流電壓
P‧‧‧連接點
Rshunt‧‧‧電流測量電阻
Rlin,gate‧‧‧電阻
Tlin,1~Tlin,n‧‧‧電晶體
S1~Sn‧‧‧電子開關
Rlin,FB‧‧‧回授電阻
Claims (11)
- 一種操作至少一第一(D1)和一第二發光二極體(D2)之電路裝置,包括:-一運算放大器(OPAMPlin),其具有一正輸入端和負輸入端以及一輸出端;- 一額定值預設裝置(Uin),其是與該運算放大器(OPAMPlin)之正輸入端相耦接;-第一發光二極體(D1)之至少一第一和一第二終端以及第二發光二極體(D2)之至少一第一和一第二終端,其中各別的第一終端是與一供電直流電壓(Usupply1;Usupply2)之一終端相耦接,且各別的第二終端在形成一種連接點(P)時互相耦接;以及-一串聯在第二終端之該連接點(P)和一參考電位之間的電流測量電阻(Rshunt),其中經由該電流測量電阻(Rshunt)之壓降耦合至該運算放大器(OPAMPlin)之負輸入端;此電路裝置之特徵為其另外包括:-可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)具有一控制電極,一參考電極和一工作電極,其串聯至第一發光二極體(D1)之第一和第二終端之由工作電極-參考電極所形成的區段耦接在供電直流電壓(Usupply1;Usupply2)和該參考電位之間;-可類比操作的第二電晶體(Tlin,2)具有一控制電極,一參考電極和一工作電極,其串聯至第二發光二極體(D2) 之第一和第二終端之由工作電極-參考電極所形成的區段耦接在供電直流電壓(Usupply1;Usupply2)和該參考電位之間;-一第一電子開關(S1),其串聯耦接在該運算放大器(OPAMPlin)之輸出端和可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)之控制電極之間;以及-一第二電子開關(S2),其串聯耦接在該運算放大器(OPAMPlin)之輸出端和可類比操作的第二電晶體(Tlin,2)之控制電極之間;其中,該可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)及/或第二電晶體(Tlin,2)安裝在相隔大於2公分之空間距離中,特別是大於5公分之空間距離中。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中該第一發光二極體(D1)耦接在該可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)之參考電極和該參考電位之間,且第二發光二極體(D2)耦接在該可類比操作的第二電晶體(Tlin,2)之參考電極和該參考電位之間。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中該第一發光二極體(D1)耦接在該可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)之工作電極和一供電電壓之一終端之間,且第二發光二極體(D2)耦接在該可類比操作的第二電晶體(Tlin,2)之工作電極和一供電電壓之一終端之間。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中該第一電子開 關(S1)及/或該第二電子開關(S2)以小信號電晶體來構成。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中該可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)及/或第二電晶體(Tlin,2)以功率電晶體來構成。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中在該運算放大器(OPAMPlin)之輸出端和負輸入端之間耦接一回授網路(Rlin,FR)。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中用來連接一供電直流電壓之至少二個終端(Usupply)互相耦接。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中用來連接一供電直流電壓(Usupply1,Usupply2)之至少二個終端未互相耦接,使此至少二個終端可與不同的供電直流電壓(Usupply1,Usupply2)相耦接。
- 如申請專利範圍第1項之電路裝置,其中該至少一第一發光二極體(D1)是第一發光二極體模組且至少一第二發光二極體(D2)是第二發光二極體模組。
- 如申請專利範圍第9項之電路裝置,其中至少一第一發光二極體模組包括多個各別晶片,其分別具有至少一發光二極體(D1),這些發光二極體(D1)並聯及/或串聯。
- 一種電路裝置上至少一第一(D1)和一第二發光二極體(D2)之操作方法,此電路裝置包括:一運算放大器(OPAMPlin),其具有一正輸入端和負輸入端以及一輸出 端;一額定值預設裝置(Uin),其是與該運算放大器(OPAMPlin)之正輸入端相耦接;第一發光二極體(D1)之至少一第一和一第二終端以及第二發光二極體(D2)之至少一第一和一第二終端,其中各別的第一終端是與一供電直流電壓(Usupply1;Usupply2)之一終端相耦接,且各別的第二終端在形成一種連接點(P)時互相耦接;以及一串聯在第二終端之該連接點(P)和一參考電位之間的電流測量電阻(Rshunt),其中經由該電流測量電阻(Rshunt)之壓降耦合至該運算放大器(OPAMPlin)之負輸入端;此操作方法之特徵為以下各步驟:-可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)之由工作電極-參考電極所形成的區段在供電直流電壓(Usupply1;Usupply2)和該參考電位之間串聯耦接至該第一發光二極體(D1)之第一和第二終端,該第一電晶體(Tlin,1)具有一控制電極、一參考電極和一工作電極;-可類比操作的第二電晶體(Tlin,2)具有一控制電極,一參考電極和一工作電極,其串聯至第二發光二極體(D2)之第一和第二終端之由工作電極-參考電極所形成的區段耦接在供電直流電壓(Usupply1;Usupply2)和該參考電位之間;- 一第一電子開關(S1)串聯耦接在該運算放大器(OPAMPlin)之輸出端和可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)之控制電極之間;以及 - 一第二電子開關(S2)串聯耦接在該運算放大器(OPAMPlin)之輸出端和可類比操作的第二電晶體(Tlin,2)之控制電極之間;其中,該可類比操作的第一電晶體(Tlin,1)及/或第二電晶體(Tlin,2)安裝在相隔大於2公分之空間距離中,特別是大於5公分之空間距離中。
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