TWI483652B - 發光二極體驅動電路及其保護方法 - Google Patents

發光二極體驅動電路及其保護方法 Download PDF

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TWI483652B TW101149063A TW101149063A TWI483652B TW I483652 B TWI483652 B TW I483652B TW 101149063 A TW101149063 A TW 101149063A TW 101149063 A TW101149063 A TW 101149063A TW I483652 B TWI483652 B TW I483652B
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發光二極體驅動電路及其保護方法
本發明與發光二極體驅動器有關，特別是關於一種適用於多串(Multi-channel)的發光二極體驅動電路及發光二極體驅動器保護方法。
由於製程上的限制，每一個發光二極體被製造出來時，其順向偏壓(Forward voltage)可能都不相同，兩個分屬不同生產批號的發光二極體之間的順向偏壓差甚至可高達0.1~0.2伏特以上。因此，當發光二極體應用時，通常會先篩選順向偏壓較為相近的發光二極體，以避免各頻道的消耗功率相差過大或造成短路偵測誤判斷而使得正常的迴路被誤關閉，但卻也導致額外的時間及成本支出。
此外，目前市面上的發光二極體背光模組在應用時，可針對發光二極體的開路(Open)及短路(Short)進行偵測，以避免發光二極體的開路及短路造成誤判斷而導致電路動作異常。請參照圖1A至圖1C，圖1A係繪示一種能夠同時偵測發光二極體開路與短路的偵測電路之示意圖；圖1B係繪示圖1A中之發光二極體串發生開路之示意圖；圖1C係繪示各電壓訊號之時序圖。
如圖1A及圖1B所示，當發光二極體串C1開路時，電壓選擇器232從偵測電壓VHR1~VHRm中選出最低回授電壓VFB後，誤差放大器234根據最低回授電壓VFB與參考電壓VREF產生誤差放大訊號VERR，再經由轉換控制器236產生控制電壓訊號VCTRL 去控制輸出級21來調整第二電壓V2的值。當有某迴路開路發生，最低回授電壓VFB為零，電壓選擇器232會選到VFB=0的迴路給誤差放大器234的負端來當成誤差放大的比較電壓，當第二電壓V2被拉高至臨界電壓值VTH時，電壓偵測器26輸出啟動訊號RST以重新致能短路的保護機制。
然而，若在正常應用下發光二極體串C1~Cm已有接近短路保護電壓(LED串壓差較大)的回授迴路時，在偵測開路時因為第二電壓V2電壓上升導致發光二極體串C1~Cm的過壓持續的加大，當電壓偵測器26輸出啟動訊號RST重新啟動短路保護機制時，將會造成誤判斷之情事。
本發明之一範疇在於提出一種發光二極體驅動電路。於一較佳具體實施例中，發光二極體驅動電路耦接多個發光二極體串。發光二極體驅動電路包括電壓選擇器、保護電路及控制電路。
電壓選擇器分別耦接至該些發光二極體串，以接收多個回授電壓並從該些回授電壓中選出最低回授電壓。保護電路耦接電壓選擇器與該些發光二極體串。控制電路耦接電壓選擇器與保護電路，且接收最低回授電壓與參考電壓。當最低回授電壓與參考電壓之間的差值小於預設值時，控制電路提供短路保護控制訊號至保護電路，以致能保護電路之短路偵測單元。
於一實施例中，保護電路包括短路偵測單元及開路偵測單元。短路偵測單元耦接控制電路及該些發光二極體串，用以根據短路保護控制訊號對該些發光二極體串進行短路偵測。開路偵測單元 耦接電壓選擇器及該些發光二極體串，用以對該些發光二極體串進行開路偵測。
於一實施例中，控制電路包括誤差放大器、迴路控制器及偵測區間控制器。誤差放大器耦接電壓選擇器，用以根據最低回授電壓及參考電壓產生誤差放大訊號。迴路控制器耦接誤差放大器，用以根據誤差放大訊號產生迴路控制訊號。偵測區間控制器耦接於誤差放大器與短路偵測單元之間。當最低回授電壓與參考電壓之間的差值小於預設值時，偵測區間控制器輸出短路保護控制訊號至短路偵測單元。
於一實施例中，發光二極體驅動電路更包括輸出級。輸出級耦接迴路控制器、輸入電壓、輸出電壓及該些發光二極體串。輸出級接收來自迴路控制器之迴路控制訊號，並根據迴路控制訊號調整輸出電壓的值。
於一實施例中，當輸出電壓大於預設電壓時，開路偵測單元提供開路關閉控制訊號至電壓選擇器，使得電壓選擇器關閉處於開路狀態的發光二極體串，以拉高發光二極體串之回授電壓，避免電壓選擇器將發光二極體串之回授電壓選為最低回授電壓。
於一實施例中，當短路偵測單元根據短路保護控制訊號對該些發光二極體串進行短路偵測時，若短路偵測單元偵測到對應於該些發光二極體串中之一發光二極體串的回授電壓高於額定電壓，短路偵測單元判定該發光二極體串處於短路狀態並關閉發光二極體串。
本發明之另一範疇在於提出一種發光二極體驅動電路保護方法。於一較佳具體實施例中，發光二極體驅動電路保護方法用 以保護發光二極體驅動電路，發光二極體驅動電路耦接多個發光二極體串。發光二極體驅動電路保護方法包括下列步驟：(a)分別從該些發光二極體串接收多個回授電壓並從該些回授電壓中選出最低回授電壓；(b)判斷最低回授電壓與參考電壓之間的差值是否小於預設值；(c)若步驟(b)的判斷結果為是，對該些發光二極體串進行短路偵測。
相較於先前技術，本發明所提出之發光二極體驅動電路及其保護方法具有下列優點：(1)可同時偵測發光二極體驅動電路是否處於開路與短路狀態以提供適當的開路與短路保護；(2)在任意的迴路開路時，能有效防止因為任意的迴路開路造成其它正常頻道的回授電壓被抬高，避免其它發光二極體串被誤判斷而造成正常的迴路被誤關閉的情況發生；(3)本發明之發光二極體驅動電路及其保護方法適用於多串(Multi-channel)的發光二極體驅動電路。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種發光二極體驅動電路。於此實施例中，發光二極體驅動電路適用於多串(Multi-channel)的發光二極體驅動器，亦即具有多個彼此並聯的發光二極體串之發光二極體驅動器。請參照圖2，圖2繪示此實施例之發光二極 體驅動電路的示意圖。
如圖2所示，發光二極體驅動電路1耦接n個發光二極體串C1~Cn。n個發光二極體串C1~Cn彼此並聯排列並且耦接於輸出電壓Vout與接地端之間。發光二極體驅動電路1包括電壓選擇器10、控制電路11、保護電路12及輸出級18。控制電路11包括誤差放大器14、迴路控制器16及偵測區間控制器19。保護電路12包括開路偵測單元12A及短路偵測單元12B。
電壓選擇器10分別耦接至n個發光二極體串C1~Cn與接地端之間；保護電路12的開路偵測單元12A及短路偵測單元12B分別耦接至電壓選擇器10與n個發光二極體串C1~Cn之間；開路偵測單元12A還耦接至電壓選擇器10；短路偵測單元12B還耦接至n個發光二極體串C1~Cn的n個電晶體開關M1~Mn；誤差放大器14耦接電壓選擇器10；迴路控制器16耦接誤差放大器14；輸出級18耦接迴路控制器16、輸入電壓Vin、輸出電壓Vout及n個發光二極體串C1~Cn；偵測區間控制器19耦接於誤差放大器14與保護電路12之間。
當電壓選擇器10分別從n個發光二極體串C1~Cn接收到n個回授電壓Vch1~Vchn時，電壓選擇器10將會從n個回授電壓Vch1~Vchn中選出一個最低回授電壓Vmin，並將最低回授電壓Vmin輸出至誤差放大器14的負輸入端-。
誤差放大器14的正輸入端+及負輸入端-分別接收參考電壓Vref及最低回授電壓Vmin，並根據參考電壓Vref及最低回授電壓Vmin產生誤差放大訊號Comp後，將誤差放大訊號Comp輸出至迴路控制器16。迴路控制器16根據誤差放大訊號Comp產生迴路 控制訊號Ctrl，並將迴路控制訊號Ctrl輸出至輸出級18。
當輸出級18接收到來自迴路控制器16的迴路控制訊號Ctrl時，輸出級18會根據迴路控制訊號Ctrl調整輸出電壓Vout的值。如圖3所示，假設n個發光二極體串C1~Cn均未有任何開路現象發生，當最低回授電壓Vmin開始增加時，根據最低回授電壓Vmin及參考電壓Vref(固定值)所產生之誤差放大訊號Comp亦會開始增加，因此，迴路控制器16根據誤差放大訊號Comp所產生之迴路控制訊號Ctrl亦會開始控制輸出級18增加輸出電壓Vout的值，直至輸出電壓Vout的值達到第二偵測點V2為止。
同樣地，當最低回授電壓Vmin開始降低時，根據最低回授電壓Vmin及參考電壓Vref(固定值)所產生之誤差放大訊號Comp亦會開始降低，因此，迴路控制器16根據誤差放大訊號Comp所產生之迴路控制訊號Ctrl亦會開始控制輸出級18降低輸出電壓Vout的值。
需說明的是，當最低回授電壓Vmin與參考電壓Vref(固定值)之間的差值小於一預設值時，控制電路11中之偵測區間控制器19將會提供一短路保護控制訊號DTC至保護電路12中之短路偵測單元12B，藉以致能短路偵測單元12B並控制短路偵測單元12B對n個發光二極體串C1~Cn進行短路偵測。
由於短路偵測單元12B亦耦接至n個發光二極體串C1~Cn的n個電晶體開關M1~Mn，一旦對應於n個發光二極體串C1~Cn中之某一發光二極體串Cx的回授電壓Vchx過高，例如高於一額定電壓7.5 V，短路偵測單元12B將會判斷發光二極體串Cx處於短路狀態，並關閉發光二極體串Cx的電晶體開關Mx。
舉例而言，如圖3所示，當原本小於參考電壓Vref(固定值)之最低回授電壓Vmin增加至接近參考電壓Vref且最低回授電壓Vmin與參考電壓Vref之間的差值小於預設值時，偵測區間控制器19將會輸出短路保護控制訊號DTC控制短路偵測單元12B開始對n個發光二極體串C1~Cn進行短路偵測，並持續第一時間區間T1後停止進行短路偵測。
同樣地，當原本大於參考電壓Vref(固定值)之最低回授電壓Vmin降低至接近參考電壓Vref且最低回授電壓Vmin與參考電壓Vref之間的差值小於預設值時，偵測區間控制器19將會輸出短路保護控制訊號DTC至短路偵測單元12B，以控制短路偵測單元12B開始對n個發光二極體串C1~Cn進行短路偵測，並持續第二時間區間T2後停止進行短路偵測。
由於保護電路12的開路偵測單元12A會一直對n個發光二極體串C1~Cn的n個回授電壓Vch1~Vchn進行開路偵測，一旦開路偵測單元12A偵測到某一回授電壓Vchx為零，代表相對應的發光二極體串Cx有開路的現象發生，此時偵測區間控制器19將會控制短路偵測單元12B停止對n個發光二極體串C1~Cn進行短路偵測。
舉例而言，如圖4所示，於發光二極體驅動電路之操作上，當輸入電壓VIN給電且致能時，輸出電壓Vout等於VIN-VF,SD(VF,SD為蕭基二極體Schottky Diode的順向偏壓)，整個迴路的輸出由VIN-VF,SD當起始點然後在有限的最大工作週期的限定下依據發光二極體串所串聯的發光二極體個數來升壓至滿足整個迴路正常的輸出電壓Vout。
當最低回授電壓Vmin1開始增加而逐漸接近參考電壓Vref時，於第一時間t1下，最低回授電壓Vmin1與參考電壓Vref之間的差值小於預設值，亦即最低回授電壓Vmin1開始落於第一偵測區間T1內，因此，偵測區間控制器19開始輸出短路保護控制訊號DTC控制短路偵測單元12B分別對n個發光二極體串C1~Cn進行短路偵測。亦即於正常操作下，短路偵測單元12B將會一直對發光二極體進行短路偵測。
於第二時間t2下，開路偵測單元12A偵測到某一回授電壓Vchx低於設定的第一偵測點V1，代表相對應的發光二極體串Cx有開路的現象發生，此時最低回授電壓Vmin1將會降為零且輸出電壓Vout將會開始增加，直至達到第二偵測點V2後才開始往下降。此時，由於最低回授電壓Vmin1小於第一偵測點V1且輸出電壓Vout達到第二偵測點V2，開路偵測單元12A會提供開路關閉控制訊號至電壓選擇器10，使得電壓選擇器10將處於開路狀態的發光二極體串Cx之相關電路關閉，以減少不必要的電流消耗。此時，處於開路狀態的發光二極體串Cx回授迴路會被拉至最高電位，因此電壓選擇器10即會忽略處於開路狀態的發光二極體串Cx之回授電壓Vchx，而從其他正常的發光二極體串C1~Cx-1及Cx+1~Cn之回授電壓Vch1~Vchx-1及Vchx+1~Vchn中選出最低回授電壓，故能避免電壓選擇器10將處於開路狀態的發光二極體串Cx之回授電壓Vchx選為最低回授電壓。
由於此時最低回授電壓Vmin1已脫離第一偵測區間T1，為了避免輸出電壓Vout增加導致其它正常的發光二極體串C1~Cx-1及Cx+1~Cn之回授電壓加大，使得短路偵測單元12B產生發光二極體串短路之誤判，偵測區間控制器19將會控制短路偵測單元 12B停止對n個發光二極體串C1~Cn進行短路偵測，故偵測區間控制訊號DTC變為低準位。
接著，當開路的發光二極體串Cx迴路被禁能時，電壓選擇器10重新選擇到的最低回授電壓Vmin1逐漸接近參考電壓Vref，於第三時間t3下，最低回授電壓Vmin1與參考電壓Vref之間的差值小於預設值，亦即Vmin開始落於第二偵測區間T2內，偵測區間控制器19開始輸出短路保護控制訊號DTC控制短路偵測單元12B分別對其他正常的發光二極體串C1~Cx-1及Cx+1~Cn進行短路偵測，並持續至第四時間t4為止。
藉此，偵測區間控制器19可控制短路偵測單元12B僅於特定的第一時間區間T1與第二時間區間T2內進行發光二極體短路偵測，因此，當輸出電壓Vout由於發光二極體串開路而增大造成其他正常的發光二極體串的回授電壓變大時，短路偵測單元12B並未進行發光二極體串之短路偵測，故不會誤判其他正常的發光二極體串處於短路狀態。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種發光二極體驅動電路保護方法。於此實施例中，發光二極體驅動電路保護方法用以保護發光二極體驅動電路，發光二極體驅動電路耦接多個發光二極體串，且該些發光二極體串耦接於輸出電壓與接地端之間。請參照圖5，圖5繪示此實施例之發光二極體驅動電路保護方法的流程圖。
如圖5所示，發光二極體驅動電路保護方法包括下列步驟：於步驟S10中，該方法分別從該些發光二極體串接收多個回授電壓並從該些回授電壓中選出最低回授電壓。於步驟S12中，該方 法根據最低回授電壓及參考電壓產生誤差放大訊號。於步驟S14中，該方法根據誤差放大訊號產生迴路控制訊號。於步驟S16中，該方法根據迴路控制訊號調整輸出電壓的值。
於步驟S18中，該方法判斷最低回授電壓與參考電壓之間的差值是否小於預設值。若步驟S18的判斷結果為是，該方法執行步驟S20，對該些發光二極體串進行短路偵測。若步驟S18的判斷結果為否，該方法重新執行步驟S18。
相較於先前技術，本發明所提出之發光二極體驅動電路及其保護方法具有下列優點：(1)可同時偵測發光二極體驅動電路是否處於開路與短路狀態以提供適當的開路與短路保護；(2)在任意的迴路開路時，能有效防止因為任意的迴路開路造成其它正常頻道的回授電壓被抬高，避免其它發光二極體串被誤判斷而造成正常的迴路被誤關閉的情況發生；(3)本發明之發光二極體驅動電路及其保護方法適用於多串(Multi-channel)的發光二極體驅動電路。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S10~S20‧‧‧流程步驟
M1~Mn‧‧‧電晶體開關
20‧‧‧偵測電路
21‧‧‧輸出級
22‧‧‧發光二極體電流
23‧‧‧控制單元
24‧‧‧開路偵測器
25‧‧‧短路偵測器
26‧‧‧電壓偵測器
232‧‧‧電壓選擇器
234‧‧‧誤差放大器
236‧‧‧轉換控制器
Id1~Idm‧‧‧發光二極體電流
C1~Cm‧‧‧發光二極體串
VHR1~VHRm‧‧‧回授電壓
Vref‧‧‧參考電壓
VFB‧‧‧最低回授電壓
VCTRL‧‧‧控制電壓訊號
VERR‧‧‧誤差放大訊號
VTH‧‧‧臨界電壓值
RST‧‧‧啟動訊號
C1~Cn‧‧‧發光二極體串
Vch1~Vchn‧‧‧回授電壓
ILED1~ILEDn‧‧‧發光二極體電流
1‧‧‧發光二極體驅動電路
11‧‧‧控制電路
Vout‧‧‧輸出電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
10‧‧‧電壓選擇器
12‧‧‧保護電路
14‧‧‧誤差放大器
16‧‧‧迴路控制器
18‧‧‧輸出級
19‧‧‧偵測區間控制器
12A‧‧‧開路偵測單元
12B‧‧‧短路偵測單元
Vmin、Vmin1‧‧‧最低回授電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Comp‧‧‧誤差放大訊號
Ctrl‧‧‧迴路控制訊號
DTC‧‧‧短路保護控制訊號
T1‧‧‧第一時間區間
T2‧‧‧第二時間區間
V1‧‧‧第一偵測點
V2‧‧‧第二偵測點
t1~t4‧‧‧第一時間~第四時間
Vchx‧‧‧第x回授電壓
VF,SD‧‧‧蕭基二極體順向偏壓
圖1A係繪示一種能夠同時偵測發光二極體開路與短路的偵測 電路之示意圖。
圖1B係繪示圖1A中之發光二極體串發生開路之示意圖。
圖1C係繪示各電壓訊號之時序圖。
圖2繪示根據本發明之一具體實施例之發光二極體驅動電路的示意圖。
圖3繪示透過短路保護控制訊號控制短路偵測單元僅於第一時間區間及第二時間區間內進行短路偵測的時序圖。
圖4繪示當某發光二極體串開路時控制短路偵測單元停止短路偵測的時序圖。
圖5繪示根據本發明之另一具體實施例之發光二極體驅動電路保護方法的流程圖。
C1~Cn‧‧‧發光二極體串
Vch1~Vchn‧‧‧回授電壓
ILED1~ILEDn‧‧‧發光二極體電流
1‧‧‧發光二極體驅動電路
11‧‧‧控制電路
Vout‧‧‧輸出電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
10‧‧‧電壓選擇器
12‧‧‧保護電路
14‧‧‧誤差放大器
16‧‧‧迴路控制器
18‧‧‧輸出級
19‧‧‧偵測區間控制器
12A‧‧‧開路偵測單元
12B‧‧‧短路偵測單元
Vmin‧‧‧最低回授電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Comp‧‧‧誤差放大訊號
Ctrl‧‧‧迴路控制訊號
DTC‧‧‧偵測區間控制訊號

Claims (11)

  1. 一種發光二極體驅動電路，耦接多個發光二極體串，該發光二極體驅動電路包括：一電壓選擇器，分別耦接至該些發光二極體串，以接收多個回授電壓並從該些回授電壓中選出一最低回授電壓；一保護電路，耦接該電壓選擇器與該些發光二極體串；一控制電路，耦接該電壓選擇器與該保護電路，且接收該最低回授電壓與一參考電壓並輸出一迴路控制訊號，以調整該發光二極體驅動電路之一輸出電壓，其中當該最低回授電壓與該參考電壓之間的一差值小於一預設值時，該控制電路提供一短路保護控制訊號至該保護電路，以致能該保護電路之一短路偵測單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該保護電路包括：該短路偵測單元，耦接該控制電路及該些發光二極體串，用以根據該短路保護控制訊號對該些發光二極體串進行一短路偵測；以及一開路偵測單元，耦接該電壓選擇器及該些發光二極體串，用以對該些發光二極體串進行一開路偵測。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該控制電路包括：一誤差放大器，耦接該電壓選擇器，用以根據該最低回授電 壓及該參考電壓產生一誤差放大訊號；一迴路控制器，耦接該誤差放大器，用以根據該誤差放大訊號產生該迴路控制訊號；以及一偵測區間控制器，耦接於該誤差放大器與該短路偵測單元之間，當該最低回授電壓與該參考電壓之間的該差值小於該預設值時，該偵測區間控制器輸出該短路保護控制訊號至該短路偵測單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，更包括：一輸出級，耦接該迴路控制器、該發光二極體驅動電路之一輸入電壓、該輸出電壓及該些發光二極體串，該輸出級接收來自該迴路控制器之該迴路控制訊號，並根據該迴路控制訊號調整該輸出電壓的值。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動電路，其中當該輸出電壓大於一預設電壓時，該開路偵測單元提供一開路關閉控制訊號至該電壓選擇器，使得該電壓選擇器關閉處於開路狀態的一發光二極體串，以拉高該發光二極體串之回授電壓，避免該電壓選擇器將該發光二極體串之回授電壓選為該最低回授電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中當該短路偵測單元根據該短路保護控制訊號對該些發光二極體串進行該短路偵測時，若該短路偵測單元偵測到對應於該些發光二極體串中之一發光二極體串之一回授電壓高於一額定電壓，該短路偵測單元判定該發光二極體串處於短路狀態並關閉該發光 二極體串。
  7. 一種發光二極體驅動電路保護方法，用以保護一發光二極體驅動電路，該發光二極體驅動器耦接多個發光二極體串，該發光二極體驅動電路保護方法包括下列步驟：(a)分別從該些發光二極體串接收多個回授電壓並從該些回授電壓中選出一最低回授電壓；(b)接收該最低回授電壓與一參考電壓並輸出一迴路控制訊號，以調整該發光二極體驅動電路之一輸出電壓，判斷該最低回授電壓與該參考電壓之間的一差值是否小於一預設值；以及(c)若步驟(b)的判斷結果為是，對該些發光二極體串進行一短路偵測。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路保護方法，更包含下列步驟：對該些發光二極體串進行一開路偵測。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路保護方法，更包含下列步驟：根據該最低回授電壓及該參考電壓產生一誤差放大訊號；根據該誤差放大訊號產生該迴路控制訊號；以及根據該迴路控制訊號調整該輸出電壓的值。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路保護方法，更包括當該輸出電壓大於一預設電壓時，關閉該些發光二極體 串中之處於開路狀態的一發光二極體串，以拉高該發光二極體串之回授電壓，避免該發光二極體串之回授電壓被選為該最低回授電壓。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路保護方法，其中當該短路偵測單元根據該短路保護控制訊號對該些發光二極體串進行該短路偵測時，若該短路偵測單元偵測到對應於該些發光二極體串中之一發光二極體串的一回授電壓高於一額定電壓，該短路偵測單元判定該發光二極體串處於短路狀態並關閉該發光二極體串。
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