TWI484860B - 關聯於發光二極體的負載驅動裝置 - Google Patents

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Description

關聯於發光二極體的負載驅動裝置
本發明是有關於一種電容性負載驅動技術，且特別是有關於一種關聯於發光二極體(light-emitting-diodes,LEDs)的負載驅動裝置。
隨著半導體技術的進步，發光二極體(light emitting diode,LED)的發光亮度與發光效率持續地提升。發光二極體是一種新型態的冷光源，具有使用壽命長、體積小、用電省、污染低、高可靠度、適合量產等優點，而且發光二極體所能應用的領域十分廣泛(例如：照明裝置(illumination apparatus)、液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)或者大型廣告看板的背光源(backlight source)…等)。
一般而言，用以驅動發光二極體的發光二極體驅動裝置(LED driving apparatus)可採用以脈寬調變架構為基礎(PWM-based)的電源轉換線路(power conversion circuit)，例如：升壓線路(boost circuit)。然而，現今的發光二極體驅動裝置大多沒有設置任何有關發光二極體串發生短路(short circuit)時的保護措施/方案於其內，以至於有可能會造成發光二極體驅動裝置內之部份關鍵零件(例如：控制晶片)的損毀。
有鑒於此，為了要解決先前技術所述及的問題，本發明之一實施例提供一種負載驅動裝置，其包括：電源轉換線路、複合功能線路，以及控制晶片。其中，電源轉換線路經配置以接收一直流輸入電壓，並且反應於一閘極脈寬調變訊號而提供一直流輸出電壓給至少一發光二極體串。複合功能線路與發光二極體串串接，且其經配置以提供一短路保護機制。控制晶片耦接電源轉換線路與複合功能線路，且其經配置以：產生所述閘極脈寬調變訊號來控制電源轉換線路的運作；以及於發光二極體短路時，控制複合功能線路以啟動所述短路保護機制，從而保護負載驅動裝置免於損毀。
於本發明的一示範性實施例中，複合功能線路更可經配置以反應於來自控制晶片的一短路偵測訊號而提供關聯於流經發光二極體串之電流的一回授電壓，且控制晶片更可經配置以接收所述回授電壓，並且反應於所述回授電壓與一預設短路參考電壓的比較以判斷發光二極體串是否短路。當控制晶片判斷出發光二極體串短路時，則控制晶片會提供一短路保護訊號至複合功能線路，藉以控制複合功能線路啟動所述短路保護機制。
於本發明的一示範性實施例中，當所述回授電壓大於所述預設短路參考電壓時，則表示發光二極體串短路；反之，當所述回授電壓小於所述預設短路參考電壓時，則表示發光二極體串正常。
於本發明的一示範性實施例中，電源轉換線路可以為直流升壓線路，且此直流升壓線路包括：電感、整流二極體、濾波電容、功率開關，以及第一電流檢測電阻。其中，電感的第一端用以接收所述直流輸入電壓。整流二極體的陽極耦接電感的第二端，而整流二極體的陰極則耦接至發光二極體串的陽極以提供所述直流輸出電壓。濾波電容的第一端耦接整流二極體的陰極，而濾波電容的第二端則耦接至一接地電位。功率開關的汲極耦接電感的第二端與整流二極體的陽極，而功率開關的閘極則用以接收所述閘極脈寬調變訊號。第一電流檢測電阻耦接於功率開關的源極與所述接地電位之間。
於本發明的一示範性實施例中，複合功能線路包括：複合功能開關與第二電流檢測電阻。其中，複合功能開關的汲極耦接至發光二極體串的陰極，複合功能開關的源極用以提供所述回授電壓，而複合功能開關的閘極則用以接收所述短路偵測訊號或所述短路保護訊號。第二電流檢測電阻耦接於複合功能開關的源極與所述接地電位之間。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片可以具有一只回授腳位，且控制晶片透過所述回授腳位以接收所述回授電壓。在此條件下，所提之負載驅動裝置更可包括：齊納二極體。齊納二極體的陰極耦接至所述回授腳位，而齊納二極體的陽極則耦接至所述接地電位。其中，齊納二極體可以設置在控制晶片的內部或外部。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片可以更具有 耦接至複合功能開關之閘極的一只複合輸出腳位。在此條件下，控制晶片可以透過所述複合輸出腳位以於發光二極體串正常時，提供所述短路偵測訊號至複合功能開關的閘極。另外，控制晶片亦可透過所述複合輸出腳位以於發光二極體串短路時，提供所述短路保護訊號至複合功能開關的閘極。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片可以更具有一只閘極輸出腳位，且控制晶片可以透過所述閘極輸出腳位以輸出所述閘極脈寬調變訊號來控制功率開關的切換。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片可以更具有一只複合輸入腳位。在此條件下，控制晶片更可經配置以反應於輸入至所述複合輸入腳位的一調光輸入脈寬調變訊號而產生一調光輸出脈寬調變訊號，並且透過所述複合輸出腳位輸出所述調光輸出脈寬調變訊號至複合功能開關的閘極，藉以控制複合功能開關的切換。
於本發明的一示範性實施例中，複合功能線路更可經配置以提供一調光機制，並且反應於所述調光輸出脈寬調變訊號而啟動所述調光機制，藉以調整發光二極體串的亮度。
於本發明的一示範性實施例中，當所述調光輸入脈寬調變訊號致能時，則控制晶片可以輸出所述閘極脈寬調變訊號，藉以控制功率開關的切換；反之，當所述調光輸入脈寬調變訊號禁能時，則控制晶片將停止輸出所述閘極脈寬調變訊號，藉以停止控制功率開關的切換。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片更可以具有一只補償腳位。在此條件下，所提之負載驅動裝置更可包括：兩補償電容。所述兩補償電容之其一耦接於所述回授腳位與所述補償腳位之間，而所述兩補償電容之另一則耦接於所述回授腳位與所述接地電位之間。所述兩補償電容經配置以穩定所述閘極脈寬調變訊號，進而穩定電源轉換線路所提供的直流輸出電壓。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片更可經配置以反應於第一電流檢測電阻的跨壓與一預設過電流保護參考電壓而決定是否啟動一過電流保護機制。在此條件下，控制晶片更可經配置以反應於所述過電流保護機制的啟動而停止產生所述閘極脈寬調變訊號。而且，控制晶片更可以具有一只電流偵測腳位，且控制晶片可以透過所述電流偵測腳位以接收第一電流檢測電阻的跨壓。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片更可以具有一只頻率設定腳位。在此條件下，所提之負載驅動裝置更可包括：耦接於所述頻率設定腳位與所述接地電位之間的頻率設定電阻。頻率設定電阻經配置以設定所述閘極脈寬調變訊號的頻率。
於本發明的一示範性實施例中，控制晶片更可以具有一只電源腳位以接收操作所需的直流輸入電壓；此外，控制晶片還可以具有一只接地腳位以耦接至所述接地電位。
於本發明的另一示範性實施例中，在控制晶片不具備有調光功能的情況下，控制晶片可以具有一只晶片致能腳 位。在此條件下，複合功能線路即為(單一功能的)短路保護線路，且其更可經配置以於發光二極體串短路時，啟動所述短路保護機制，進而提供一關閉訊號至所述晶片致能腳位。另外，控制晶片更可經配置以於發光二極體串短路時，受控於或反應於來自短路保護線路的所述關閉訊號而關閉(shutdown)，當短路故障被排除後，控制晶片會自動偵測到此短路故障排除，而自動解除關閉(shutdown)狀態而不需要重新啟動負載驅動裝置。
於本發明的一示範性實施例中，在控制晶片不具備有調光功能的情況下，電源轉換線路類似地可以為直流升壓線路，且此直流升壓線路包括：電感、整流二極體、濾波電容、功率開關，以及第一電流檢測電阻。其中，電感的第一端用以接收所述直流輸入電壓。整流二極體的陽極耦接電感的第二端，而整流二極體的陰極則耦接至發光二極體串的陽極以提供所述直流輸出電壓。濾波電容的第一端耦接整流二極體的陰極，而濾波電容的第二端則耦接至一接地電位。功率開關的汲極耦接電感的第二端與整流二極體的陽極，而功率開關的閘極則用以接收所述閘極脈寬調變訊號。第一電流檢測電阻耦接於功率開關的源極與所述接地電位之間。另外，短路保護線路包括：第一與第二開關電晶體、第二電流檢測電阻、第一至第三電阻、電容，以及二極體。其中，第一開關電晶體的汲極耦接至發光二極體串的陰極，第一開關電晶體的源極用以提供關聯於流經發光二極體串之電流的一回授電壓，而第一開關電晶體 的閘極則耦接至所述晶片致能腳位。第二電流檢測電阻耦接於第一開關電晶體的源極與所述接地電位之間。第一電阻的第一端耦接第一開關電晶體的汲極。第二開關電晶體的閘極耦接第一電阻的第二端，第二開關電晶體的汲極耦接第一開關電晶體的閘極以提供所述關閉訊號，而第二開關電晶體的源極則耦接至所述接地電位。第二電阻耦接於第二開關電晶體的汲極與所述接地電位之間。電容耦接於第二開關電晶體的閘極與所述接地電位之間。二極體與電容並接，而第三電阻與二極體並接。
基於上述，在上述本發明的示範性實施例中，當發光二極體串短路時，則所設置的短路保護機制會被立即啟動，從而保護負載驅動裝置免於損毀。
應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之負載驅動裝置(load driving apparatus)10的示意圖。請參閱圖1，負載驅動裝置10包括：電源轉換線路(power conversion circuit)101、複合功能線路(complex function circuit)103、(電 流型)控制晶片(control chip)105、頻率設定電阻(frequency-setting resistor)Rfreq_set ，以及補償電容(compensation capacitor)CP1與CP2。其中，控制晶片105可以具有多只腳位(pin)，例如：電源腳位(power pin)VDD、接地腳位(ground pin)GND、複合輸入腳位(complex input pin)DIM_I、複合輸出腳位(complex output pin)DIM_O、閘極輸出腳位(gate output pin)GATE、電流偵測腳位(current sense pin)OCP、回授腳位(feedback pin)INN、補償腳位(compensation pin)CMP，以及頻率設定腳位(frequency-setting pin)FREQ。當然，基於實際設計/應用需求，可以對控制晶片105增設其他的功能腳位，或者刪除控制晶片105既有的功能腳位。
基本上，為了要讓控制晶片105得以正常地運作，電源腳位VDD會接收操作所需的直流輸入電壓VDC_IN ，而接地腳位GND會耦接至接地電位。如此一來，控制晶片105即可對直流輸入電壓VDC_IN 進行轉換(例如：升/降壓)以獲得其內部電路所需的工作電壓。
於本示範性實施例中，電源轉換線路101經配置以接收直流輸入電壓(DC input voltage)VDC_IN ，並且反應於來自控制晶片105的閘極脈寬調變訊號(gate pulse-width-modulation signal,PWM signal)GPW而提供直流輸出電壓(DC output voltage)VDC_OUT 給發光二極體串(LED string)20。另外，複合功能線路103與發光二極體串20串接，且其經配置以提供短路保護機制 (short-protection mechanism)。再者，控制晶片105耦接電源轉換線路101與複合功能線路103，且其經配置以產生閘極脈寬調變訊號GPW來控制電源轉換線路101的運作。甚至，控制晶片105還得以經配置以於發光二極體串20短路時，控制複合功能線路103以啟動短路保護機制，從而保護負載驅動裝置10免於損毀。
更清楚來說，圖2繪示為圖1之電源轉換線路101與複合功能線路103的實施示意圖。請合併參閱圖1與圖2，於本示範性實施例中，電源轉換線路101可以為直流升壓線路(DC boost circuit)，且其可以包括：電感(inductor)L1、整流二極體(rectification diode，例如採用蕭特基(Schottky)二極體來實施，但並不限制於此)DR、濾波電容(filter capacitor)Cf、(N型)功率開關(power switch)Q1，以及電流檢測電阻(current sense resistor)Rs1。
電感L1的第一端用以接收直流輸入電壓VDC_IN 。整流二極體DR的陽極(anode)耦接電感L1的第二端，而整流二極體DR的陰極(cathode)則耦接至發光二極體串20的陽極以提供直流輸出電壓VDC_OUT 。濾波電容Cf的第一端耦接整流二極體DR的陰極，而濾波電容Cf的第二端則耦接至接地電位(ground potential)。(N型)功率開關Q1的汲極(drain)耦接電感L1的第二端與整流二極體DR的陽極，而(N型)功率開關Q1的閘極(gate)則用以接收來自控制晶片105之閘極輸出腳位GATE的閘極脈寬調變訊號GPW。電流檢測電阻Rs1耦接於(N型)功率 開關Q1的源極(source)與接地電位之間。
於本示範性實施例中，控制晶片105可以透過閘極輸出腳位GATE以輸出閘極脈寬調變訊號GPW來控制功率開關Q1的切換。另外，控制晶片105更可經配置以反應於電流檢測電阻Rs1的跨壓VRs1 與一預設(或內建的)過電流保護參考電壓(predetermined/built-in over-current reference voltage)Vocp_ref 而決定是否啟動過電流保護機制(OC protection mechanism)。一旦控制晶片105決定啟動過電流保護機制的話，則控制晶片105會反應於過電流保護機制的啟動而停止產生閘極脈寬調變訊號GPW，直至無過電流發生為止。換言之，控制晶片105可以透過電流偵測腳位OCP以接收電流檢測電阻Rs1的跨壓VRs1 ，從而持續地判斷是否有過電流的發生。
除此之外，為了要穩定控制晶片105所輸出的閘極脈寬調變訊號GPW與電源轉換線路101所提供的直流輸出電壓VDC_OUT ，可以將補償電容CP1耦接於回授腳位INN與補償腳位CMP之間，並且將補償電容CP2耦接於回授腳位INN與接地電位之間。在實際應用上，補償電容(CP1,CP2)可經配置以穩定控制晶片105所輸出的閘極脈寬調變訊號GPW，進而穩定電源轉換線路101所提供的直流輸出電壓VDC_OUT 。甚至，為了要擴展控制晶片105的應用層面/範圍，可以將頻率設定電阻Rfreq_set 耦接於頻率設定腳位FREQ與接地電位之間，藉以設定控制晶片105所輸出之閘極脈寬調變訊號GPW的頻率(frequency)。換言 之，控制晶片105所輸出之閘極脈寬調變訊號GPW的頻率可以隨著頻率設定電阻Rfreq_set 之阻值的改變而改變。
另一方面，複合功能線路103可以包括：複合功能開關(complex function switch)Q2與電流檢測電阻Rs2。其中，複合功能開關Q2的汲極耦接至發光二極體串20的陰極，複合功能開關Q2的源極用以提供關聯於流經發光二極體串20之電流ILED 的回授電壓(feedback voltage)VINN ，而複合功能開關Q2的閘極則用以接收來自控制晶片105之複合輸出腳位DIM_O的短路偵測訊號(short detection signal)SD或短路保護訊號(short protection signal)SP。另外，電流檢測電阻Rs2耦接於複合功能開關Q2的源極與接地電位之間。
於本示範性實施例中，複合功能線路103會反應於來自控制晶片105之複合輸出腳位DIM_O的(高準位)短路偵測訊號SD而提供關聯於流經發光二極體串20之電流ILED 的回授電壓VINN 。如此一來，控制晶片105即可透過回授腳位INN以接收來自複合功能線路103的回授電壓VINN ，並且反應於所接收的回授電壓VINN 與一預設(或內建的)短路參考電壓(predetermined/built-in short reference voltage)Vshort_ref 的比較以判斷發光二極體串20是否短路。
在實際應用上，當發光二極體串20正常，且負載驅動裝置10正常運作時，複合功能線路103所提供的回授電壓VINN 實質上會很小，幾乎等於接地電位，例如：0.2V，但並不限制於此；然而，當發光二極體串20短路時，複合 功能線路103所提供的回授電壓VINN 實質上會很大，幾乎等於電源轉換線路101所提供的直流輸出電壓VDC_OUT ，例如：幾伏特(V)到幾十伏特(V)。因此，於本示範性實施例中，當回授電壓VINN 大於預設(或內建的)短路參考電壓Vshort_ref 時，則可以設定表示發光二極體串20短路；反之，當回授電壓VINN 小於預設(或內建的)短路參考電壓Vshort_ref 時，則可以設定表示發光二極體串20正常。
當控制晶片105判斷出發光二極體串20短路時(亦即透過回授腳位INN以判斷出複合功能線路103所提供的回授電壓VINN 異常上升)，則控制晶片105會透過複合輸出腳位DIM_O以提供(低準位)短路保護訊號SP至複合功能線路103，藉以控制複合功能線路103啟動短路保護機制，從而保護負載驅動裝置10免於受到短路的發光二極體串20所引發的大電流與大電壓而損壞。
由此可知的是，控制晶片105可以透過複合輸出腳位DIM_O以於發光二極體串20正常時，提供(高準位)短路偵測訊號SD至複合功能開關Q2的閘極，藉以導通(turn on)複合功能開關Q2。與此同時，控制晶片105會持續透過回授腳位INN以接收並判斷複合功能線路103所提供的回授電壓VINN 是否大於預設(或內建的)短路參考電壓Vshort_ref 。一旦控制晶片105判斷出複合功能線路103所提供的回授電壓VINN 大於預設(或內建的)短路參考電壓Vshort_ref 的話，則表示發光二極體串20短路。在此條件下，控制晶片105即會透過複合輸出腳位DIM_O以於發光二 極體串20短路時，提供(低準位)短路保護訊號SP至複合功能開關Q2的閘極，藉以關閉(turn off)複合功能開關Q2，從而使得複合功能線路103啟動短路保護機制來保護負載驅動裝置10。
在此值得一提的是，當發光二極體串20短路時，複合功能線路103所提供的回授電壓VINN 會異常上升至相對高壓的直流輸出電壓VDC_OUT ，故而控制晶片105很有可能會受到具有相對高壓之回授電壓VINN (=VDC_OUT )的影響而損毀。基此考慮/考量下，如圖3A與圖3B所示，負載驅動裝置10可以更加地包括有齊納二極體(Zener diode)ZD。齊納二極體ZD的陰極耦接至回授腳位INN，而齊納二極體ZD的陽極則耦接至接地電位。而且，在實際應用/設計選擇下，齊納二極體ZD可以設置在控制晶片105的內部(如圖3A所示)或外部(如圖3B所示)。
另一方面，本示範性實施例的控制晶片105更具備有調光功能(dimming function)。更清楚來說，控制晶片105更可經配置以反應於(外部)輸入至複合輸入腳位DIM_I的調光輸入脈寬調變訊號(dimming input PWM signal)DPW_I而產生調光輸出脈寬調變訊號(dimming output PWM signal)DPW_O，並且透過複合輸出腳位DIM_O輸出所產生的調光輸出脈寬調變訊號DPW_O至複合功能開關Q2的閘極，藉以控制複合功能開關Q2的切換。在此條件下，複合功能線路103更可經配置以提供調光機制(dimming mechanism)，並且反應於來自控制晶片105 的調光輸出脈寬調變訊號DPW_O而啟動調光機制，藉以調整發光二極體串20的亮度。
在實際應用上，當調光輸入脈寬調變訊號DIM_I致能時，則控制晶片105才能輸出閘極脈寬調變訊號GPW，藉以控制功率開關Q1的切換；反之，當調光輸入脈寬調變訊號DIM_I禁能時，則控制晶片105將停止輸出閘極脈寬調變訊號GPW，藉以停止控制功率開關Q1的切換。甚至，在本示範性實施例中，控制晶片105更可經配置以反應於(外部)輸入至複合輸入腳位DIM_I的關閉訊號(shutdown signal，亦即：一個持續維持在低準位的訊號)而關閉(shutdown)。
基於上述，當發光二極體串20短路時，則控制晶片105會立即透過複合輸出腳位DIM_O以輸出短路保護訊號SP而關閉複合功能線路103內的複合功能開關Q2。如此一來，複合功能線路103即會啟動短路保護機制，藉以保護負載驅動裝置10免於受到短路的發光二極體串20所引發的大電流與大電壓而損壞。
另一方面，圖4繪示為本發明另一示範性實施例之負載驅動裝置40的示意圖。請參閱圖4，負載驅動裝置40類似地包括：電源轉換線路401、短路保護線路403、(電流型)控制晶片405、頻率設定電阻Rfreq_set ，以及補償電容CP1與CP2。其中，控制晶片405可以具有多只腳位，例如：電源腳位VDD、接地腳位GND、晶片致能腳位(chip enable pin)EA、閘極輸出腳位GATE、電流偵測腳位OCP、 回授腳位INN、補償腳位CMP，以及頻率設定腳位FREQ。當然，基於實際設計/應用需求，可以對控制晶片405增設其他的功能腳位，或者刪除控制晶片405既有的功能腳位。而且，在本示範性實施例中，控制晶片405本身並不具備有調光功能(dimming function)。
相似地，為了要讓控制晶片405得以正常地運作，電源腳位VDD會接收操作所需的直流輸入電壓VDC_IN ，而接地腳位GND會耦接至接地電位。如此一來，控制晶片405即可對直流輸入電壓VDC_IN 進行轉換(例如：升/降壓)以獲得其內部電路所需的工作電壓。
於本示範性實施例中，電源轉換線路401經配置以接收直流輸入電壓VDC_IN ，並且反應於來自控制晶片405的閘極脈寬調變訊號GPW而提供直流輸出電壓VDC_OUT 給發光二極體串20。另外，短路保護線路403與發光二極體串20串接，且其經配置以提供短路保護機制，並且於發光二極體串20短路時啟動短路保護機制，進而提供關閉訊號(shutdown signal)Off_S至晶片致能腳位EA。再者，控制晶片405耦接電源轉換線路401與短路保護線路403，且其經配置以產生閘極脈寬調變訊號GPW來控制電源轉換線路401的運作。甚至，控制晶片405還得以經配置以於發光二極體串20短路時，受控於或反應於來自短路保護線路403的關閉訊號Off_S而關閉(shutdown)，從而保護負載驅動裝置40免於損毀。
更清楚來說，圖5繪示為圖4之電源轉換線路401與 短路保護線路403的實施示意圖。請合併參閱圖4與圖5，於本示範性實施例中，電源轉換線路401亦可為直流升壓線路，且其類似於電源轉換線路101而包括：電感L1、整流二極體(例如採用蕭特基二極體來實施，但並不限制於此)DR、濾波電容Cf、(N型)功率開關Q1，以及電流檢測電阻Rs1。
與上述示範性實施例類似，電感L1的第一端用以接收直流輸入電壓VDC_IN 。整流二極體DR的陽極耦接電感L1的第二端，而整流二極體DR的陰極則耦接至發光二極體串20的陽極以提供直流輸出電壓VDC_OUT 。濾波電容Cf的第一端耦接整流二極體DR的陰極，而濾波電容Cf的第二端則耦接至接地電位。(N型)功率開關Q1的汲極耦接電感L1的第二端與整流二極體DR的陽極，而(N型)功率開關Q1的閘極(gate)則用以接收來自控制晶片405之閘極輸出腳位GATE的閘極脈寬調變訊號GPW。電流檢測電阻Rs1耦接於(N型)功率開關Q1的源極與接地電位之間。
與上述示範性實施例類似，控制晶片405可以透過閘極輸出腳位GATE以輸出閘極脈寬調變訊號GPW來控制功率開關Q1的切換。另外，控制晶片405亦可經配置以反應於電流檢測電阻Rs1的跨壓VRs1 與一預設(或內建的)過電流保護參考電壓Vocp_ref 而決定是否啟動過電流保護機制。一旦控制晶片405決定啟動過電流保護機制的話，則控制晶片405會反應於過電流保護機制的啟動而停止產生 閘極脈寬調變訊號GPW，直至無過電流發生為止。換言之，控制晶片405可以透過電流偵測腳位OCP以接收電流檢測電阻Rs1的跨壓VRs1 ，從而持續地判斷是否有過電流的發生。
除此之外，為了要穩定控制晶片405所輸出的閘極脈寬調變訊號GPW與電源轉換線路401所提供的直流輸出電壓VDC_OUT ，亦可將補償電容CP1耦接於回授腳位INN與補償腳位CMP之間，並且將補償電容CP2耦接於回授腳位INN與接地電位之間。在實際應用上，補償電容(CP1,CP2)可經配置以穩定控制晶片405所輸出的閘極脈寬調變訊號GPW，進而穩定電源轉換線路401所提供的直流輸出電壓VDC_OUT 。甚至，為了要擴展控制晶片405的應用層面/範圍，可以將頻率設定電阻Rfreq_set 耦接於頻率設定腳位FREQ與接地電位之間，藉以設定控制晶片405所輸出之閘極脈寬調變訊號GPW的頻率。換言之，控制晶片405所輸出之閘極脈寬調變訊號GPW的頻率亦可隨著頻率設定電阻Rfreq_set 之阻值的改變而改變。
另一方面，短路保護線路403可以包括：(N型)開關電晶體(M1,M2)、電流檢測電阻Rs2、電阻(R1,R2,R3)、電容C，以及二極體D。其中，(N型)開關電晶體M1的汲極耦接至發光二極體串20的陰極，(N型)開關電晶體M1的源極用以提供關聯於流經發光二極體串20之電流ILED 的回授電壓VINN 至控制晶片405的回授腳位INN(即，控制晶片405可以透過回授腳位INN以接收回 授電壓VINN )，而開關電晶體M1的閘極則耦接至晶片致能腳位EA。電流檢測電阻Rs2耦接於(N型)開關電晶體M1的源極與接地電位之間。
電阻R1的第一端耦接(N型)開關電晶體M1的汲極。(N型)開關電晶體M2的閘極耦接電阻R1的第二端，(N型)開關電晶體M2的汲極耦接(N型)開關電晶體M1的閘極以提供關閉訊號Off_S，而(N型)開關電晶體M2的源極則耦接至接地電位。電阻R2耦接於(N型)開關電晶體M2的汲極與接地電位之間。電容C耦接於(N型)開關電晶體M2的閘極與接地電位之間。二極體D與電容C並接，而電阻R3則與二極體D並接。
在實際應用上，當發光二極體串20正常，而且一個持續維持在高準位的訊號已被施加至晶片致能腳位EA以讓負載驅動裝置40正常運作時，短路保護線路403所提供的回授電壓VINN 實質上會很小，幾乎等於接地電位，例如：0.2V，但並不限制於此。在此條件下，(N型)開關電晶體M2會處於關閉(turn off)的狀態。
反之，當發光二極體串20短路時，短路保護線路403所提供的回授電壓VINN 實質上會很大，幾乎等於電源轉換線路401所提供的直流輸出電壓VDC_OUT ，例如：幾伏特(V)到幾十伏特(V)。在此條件下，(N型)開關電晶體M2會處於導通(turn on)的狀態，藉以關閉(N型)開關電晶體M1，並且提供(低準位)關閉訊號Off_S至控制晶片405的晶片致能腳位EA。如此一來，控制晶片 405即會於發光二極體串20短路時，受控於或反應於來自短路保護線路403的關閉訊號Off_S而關閉(shutdown)，從而保護負載驅動裝置40免於損毀，當發光二極體串20短路故障被排除後，(N型)開關電晶體M1的汲極端電壓會下降，使得(N型)開關電晶體M2截止(OFF)，電阻R2上的電壓上升，而使關閉訊號Off_S上升，進而自動解除控制晶片405的關閉(shutdown)狀態而不需要重新啟動負載驅動裝置40。
在此值得一提的是，於發光二極體串20短路時，短路保護線路403所提供之(低準位)關閉訊號Off_S的快慢係相依於(depend on)電阻R1與電容C。換言之，於發光二極體串20短路時，短路保護線路403所提供之(低準位)關閉訊號Off_S的快慢係由電阻R1與電容C所決定。因此，在實際應用上，必須適當/審慎地對電阻R1與電容C進行設計。
基於上述，當發光二極體串20短路時，則短路保護線路403會立即啟動短路保護機制(即，關閉(N型)開關電晶體M1)，並且提供關閉訊號Off_S至晶片致能腳位EA。如此一來，控制晶片405即會於發光二極體串20短路時，受控於或反應於來自短路保護線路403的關閉訊號Off_S而關閉(shutdown)，從而保護負載驅動裝置40免於受到短路的發光二極體串20所引發的大電流與大電壓而損壞。
在圖4與圖5相關的示範性實施例中，雖然控制晶片 405本身並不具備有調光功能，但是若欲在負載驅動裝置40中實現調光功能的話，則可以在負載驅動裝置40中額外地增設一個電阻電容網路(RC network)，例如：如圖6所示的電阻Rdim與電容Cdim。其中，電阻Rdim的第一端用以接收來自控制晶片405的閘極脈寬調變訊號GPW，而電阻Rdim的第二端則耦接至(N型)開關電晶體M1的閘極。另外，電容Cdim耦接於電阻Rdim的第二端與接地電位之間。在此條件下，即可在負載驅動裝置40中實現調光功能。
綜上所述，在上述本發明的示範性實施例中，當發光二極體串20短路時，則所設置的短路保護機制會被立即啟動，從而保護負載驅動裝置10/40免於損毀。
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。
另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10、40‧‧‧負載驅動裝置
20‧‧‧發光二極體串
101、401‧‧‧電源轉換線路
103‧‧‧複合功能線路
105、405‧‧‧控制晶片
403‧‧‧短路保護線路
Rfreq_set ‧‧‧頻率設定電阻
CP1、CP2‧‧‧補償電容
L1‧‧‧電感
DR‧‧‧整流二極體
ZD‧‧‧齊納二極體
Cf‧‧‧濾波電容
Q1‧‧‧功率開關
Q2‧‧‧複合功能開關
M1、M2‧‧‧開關電晶體
Rs1、Rs2‧‧‧電流檢測電阻
R1~R3、Rdim‧‧‧電阻
C、Cdim‧‧‧電容
D‧‧‧二極體
VDD‧‧‧電源腳位
GND‧‧‧接地腳位
OCP‧‧‧電流偵測腳位
GATE‧‧‧閘極輸出腳位
CMP‧‧‧補償腳位
INN‧‧‧回授腳位
DIM_I‧‧‧複合輸入腳位
DIM_O‧‧‧複合輸出腳位
FREQ‧‧‧頻率設定腳位
EA‧‧‧晶片致能腳位
GPW‧‧‧閘極脈寬調變訊號
SD‧‧‧短路偵測訊號
SP‧‧‧短路保護訊號
DPW_I‧‧‧調光輸入脈寬調變訊號
DPW_O‧‧‧調光輸出脈寬調變訊號
Off_S‧‧‧關閉訊號
VDC_IN ‧‧‧直流輸入電壓
VDC_OUT ‧‧‧直流輸出電壓
VRs1 ‧‧‧跨壓
VINN ‧‧‧回授電壓
Vshort_ref ‧‧‧預設(或內建的)短路參考電壓
Vocp_ref ‧‧‧預設(或內建的)過電流保護參考電壓
ILED ‧‧‧電流
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明 本發明的原理。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之負載驅動裝置(load driving apparatus)10的示意圖。
圖2繪示為圖1之電源轉換線路101與複合功能線路103的實施示意圖。
圖3A繪示為本發明一示範性實施例之用以保護控制晶片105免於受到大短路電流與大短路電壓而損毀的實施示意圖。
圖3B繪示為本發明另一示範性實施例之用以保護控制晶片105免於受到大短路電流與大短路電壓而損毀的實施示意圖。
圖4繪示為本發明另一示範性實施例之負載驅動裝置40的示意圖。
圖5繪示為圖4之電源轉換線路401與短路保護線路403的實施示意圖。
圖6繪示為在圖4之負載驅動裝置40中實現調光功能的實施示意圖。
10‧‧‧負載驅動裝置
20‧‧‧發光二極體串
101‧‧‧電源轉換線路
103‧‧‧複合功能線路
105‧‧‧控制晶片
Rfreq_set ‧‧‧頻率設定電阻
CP1、CP2‧‧‧補償電容
VDD‧‧‧電源腳位
GND‧‧‧接地腳位
OCP‧‧‧電流偵測腳位
GATE‧‧‧閘極輸出腳位
CMP‧‧‧補償腳位
INN‧‧‧回授腳位
DIM_I‧‧‧複合輸入腳位
DIM_O‧‧‧複合輸出腳位
FREQ‧‧‧頻率設定腳位
GPW‧‧‧閘極脈寬調變訊號
SD‧‧‧短路偵測訊號
SP‧‧‧短路保護訊號
DPW_I‧‧‧調光輸入脈寬調變訊號
DPW_O‧‧‧調光輸出脈寬調變訊號
VDC_IN ‧‧‧直流輸入電壓
VDC_OUT ‧‧‧直流輸出電壓
VRs1 ‧‧‧跨壓
VINN ‧‧‧回授電壓
Vshort_ref ‧‧‧預設(或內建的)短路參考電壓
Vocp_ref ‧‧‧預設(或內建的)過電流保護參考電壓
ILED ‧‧‧電流

Claims (24)

  1. 一種負載驅動裝置，包括：一電源轉換線路，其經配置以接收一直流輸入電壓，並且反應於一閘極脈寬調變訊號而提供一直流輸出電壓給一發光二極體串；一複合功能線路，與該發光二極體串串接，且其經配置以提供一短路保護機制；以及一控制晶片，耦接該電源轉換線路與該複合功能線路，且其經配置以：產生該閘極脈寬調變訊號來控制該電源轉換線路的運作；以及於該發光二極體短路時，控制該複合功能線路以啟動該短路保護機制，從而保護該負載驅動裝置免於損毀，其中該控制晶片具有一晶片致能腳位，該複合功能線路為一短路保護線路，且其更經配置以於該發光二極體串短路時，啟動該短路保護機制，進而提供一關閉訊號至該晶片致能腳位，該控制晶片更經配置以於該發光二極體串短路時，受控於或反應於來自該短路保護線路的該關閉訊號而關閉，其中該短路保護線路包括：一第一開關電晶體，其汲極耦接至該發光二極體串的陰極，其源極用以提供關聯於流經該發光二極體串之電流的一回授電壓，而其閘極則耦接至該晶片致能腳位；一第二電流檢測電阻，耦接於該第一開關電晶體 的源極與該接地電位之間；一第一電阻，其第一端耦接該第一開關電晶體的汲極；一第二開關電晶體，其閘極耦接該第一電阻的第二端，其汲極耦接該第一開關電晶體的閘極以提供該關閉訊號，而其源極則耦接至該接地電位；一第二電阻，耦接於該第二開關電晶體的汲極與該接地電位之間；一電容，耦接於該第二開關電晶體的閘極與該接地電位之間；一二極體，與該電容並接；以及一第三電阻，與該二極體並接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之負載驅動裝置，其中：該複合功能線路更經配置以反應於來自該控制晶片的一短路偵測訊號而提供關聯於流經該發光二極體串之電流的一回授電壓，該控制晶片更經配置以接收該回授電壓，並且反應於該回授電壓與一預設短路參考電壓的比較以判斷該發光二極體串是否短路，當該控制晶片判斷出該發光二極體串短路時，則該控制晶片提供一短路保護訊號至該複合功能線路，藉以控制該複合功能線路啟動該短路保護機制。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之負載驅動裝置，其中： 當該回授電壓大於該預設短路參考電壓時，則表示該發光二極體串短路；以及當該回授電壓小於該預設短路參考電壓時，則表示該發光二極體串正常。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之負載驅動裝置，其中該電源轉換線路至少為一直流升壓線路，且該直流升壓線路包括：一電感，其第一端用以接收該直流輸入電壓；一整流二極體，其陽極耦接該電感的第二端，而其陰極則耦接至該發光二極體串的陽極以提供該直流輸出電壓；一濾波電容，其第一端耦接該整流二極體的陰極，而其第二端則耦接至一接地電位；一功率開關，其汲極耦接該電感的第二端與該整流二極體的陽極，而其閘極則用以接收該閘極脈寬調變訊號；以及一第一電流檢測電阻，耦接於該功率開關的源極與該接地電位之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之負載驅動裝置，其中該複合功能線路包括：一複合功能開關，其汲極耦接至該發光二極體串的陰極，其源極用以提供該回授電壓，而其閘極則用以接收該短路偵測訊號或該短路保護訊號；以及一第二電流檢測電阻，耦接於該複合功能開關的源極 與該接地電位之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片具有一回授腳位，且該控制晶片透過該回授腳位以接收該回授電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之負載驅動裝置，更包括：一齊納二極體，其陰極耦接至該回授腳位，而其陽極則耦接至該接地電位。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之負載驅動裝置，其中該齊納二極體設置在該控制晶片的內部或外部。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片更具有耦接至該複合功能開關之閘極的一複合輸出腳位。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之負載驅動裝置，其中：該控制晶片透過該複合輸出腳位以於該發光二極體串正常時，提供該短路偵測訊號至該複合功能開關的閘極，該控制晶片透過該複合輸出腳位以於該發光二極體串短路時，提供該短路保護訊號至該複合功能開關的閘極。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片更具有一閘極輸出腳位，且該控制晶片透過該閘極輸出腳位以輸出該閘極脈寬調變訊號來控制該功率開關的切換。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之負載驅動裝置，其 中：該控制晶片更具有一複合輸入腳位，該控制晶片更經配置以反應於輸入至該複合輸入腳位的一調光輸入脈寬調變訊號而產生一調光輸出脈寬調變訊號，並且透過該複合輸出腳位輸出該調光輸出脈寬調變訊號至該複合功能開關的閘極，藉以控制該複合功能開關的切換。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動裝置，其中該複合功能線路更經配置以提供一調光機制，並且反應於該調光輸出脈寬調變訊號而啟動該調光機制，藉以調整該發光二極體串的亮度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動裝置，其中：當該調光輸入脈寬調變訊號致能時，則該控制晶片輸出該閘極脈寬調變訊號，藉以控制該功率開關的切換；以及當該調光輸入脈寬調變訊號禁能時，則該控制晶片停止輸出該閘極脈寬調變訊號，藉以停止控制該功率開關的切換。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片更具有一補償腳位，且該負載驅動裝置更包括：兩補償電容，所述兩補償電容之其一耦接於該回授腳位與該補償腳位之間，而所述兩補償電容之另一則耦接於該回授腳位與該接地電位之間， 其中，所述兩補償電容經配置以穩定該閘極脈寬調變訊號，進而穩定該電源轉換線路所提供的該直流輸出電壓。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之負載驅動裝置，其中：該控制晶片更經配置以反應於該第一電流檢測電阻的跨壓與一預設過電流保護參考電壓而決定是否啟動一過電流保護機制，該控制晶片更經配置以反應於該過電流保護機制的啟動而停止產生該閘極脈寬調變訊號，該控制晶片更具有一電流偵測腳位，且該控制晶片透過該電流偵測腳位以接收該第一電流檢測電阻的跨壓。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片更具有一頻率設定腳位，且該負載驅動裝置更包括：一頻率設定電阻，耦接於該頻率設定腳位與該接地電位之間，且其經配置以設定該閘極脈寬調變訊號的頻率。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之負載驅動裝置，其中：該控制晶片更具有一電源腳位以接收操作所需的該直流輸入電壓，該控制晶片更具有一接地腳位以耦接至該接地電位。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之負載驅動裝置，其中：該電源轉換線路至少為一直流升壓線路，且該直流升 壓線路包括：一電感，其第一端用以接收該直流輸入電壓；一整流二極體，其陽極耦接該電感的第二端，而其陰極則耦接至該發光二極體串的陽極以提供該直流輸出電壓；一濾波電容，其第一端耦接該整流二極體的陰極，而其第二端則耦接至一接地電位；一功率開關，其汲極耦接該電感的第二端與該整流二極體的陽極，而其閘極則用以接收該閘極脈寬調變訊號；以及一第一電流檢測電阻，耦接於該功率開關的源極與該接地電位之間。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之負載驅動裝置，其中：該控制晶片更經配置以反應於該第一電流檢測電阻的跨壓與一預設過電流保護參考電壓而決定是否啟動一過電流保護機制，該控制晶片更經配置以反應於該過電流保護機制的啟動而停止產生該閘極脈寬調變訊號，該控制晶片更具有一電流偵測腳位，且該控制晶片透過該電流偵測腳位以接收該第一電流檢測電阻的跨壓。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之負載驅動裝置，其中：該控制晶片更具有一閘極輸出腳位，且該控制晶片透 過該閘極輸出腳位以輸出該閘極脈寬調變訊號來控制該功率開關的切換，該控制晶片更具有一回授腳位，且該控制晶片透過該回授腳位以接收該回授電壓。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片更具有一補償腳位，且該負載驅動裝置更包括：兩補償電容，所述兩補償電容之其一耦接於該回授腳位與該補償腳位之間，而所述兩補償電容之另一則耦接於該回授腳位與該接地電位之間，其中，所述兩補償電容經配置以穩定該閘極脈寬調變訊號，進而穩定該電源轉換線路所提供的該直流輸出電壓。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之負載驅動裝置，其中該控制晶片更具有一頻率設定腳位，且該負載驅動裝置更包括：一頻率設定電阻，耦接於該頻率設定腳位與該接地電位之間，且其經配置以設定該閘極脈寬調變訊號的頻率。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之負載驅動裝置，其中：該控制晶片更具有一電源腳位以接收操作所需的該直流輸入電壓，該控制晶片更具有一接地腳位以耦接至該接地電位。
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