TWI486095B - 數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置 - Google Patents

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Description

數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置
本發明係有關於一種數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，尤其是指一種可穩定線性改變發光二極體亮度，且能增加其使用壽命，並在使用過程中無雜訊產生及電磁干擾現象，同時可修正製程偏差所造成電流差異，而在其整體施行使用上更增實用功效特性之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置創新設計者。
按，隨著國際原油價格不斷上漲帶來的壓力，以及節能減碳與綠能環保發展的驅使，使得現階段各項產品發展皆即為重視節省能源及符合環保需求；其中，發光二極體〔LED〕是一種節約能源且符合環保的綠色照明光源，且發光二極體具有高亮度、壽命長、體積小、重量輕、反應速度快及環保等優勢，使得於使用上污染較少、控制電路簡單、發光效率逐漸提高的發光二極體取代傳統照明 已是可預期的趨勢，不論是顯示產業、照明設備、汽車產業皆對發光二極體有許多應用，也由於發光二極體的應用領域越來越寬廣，帶動發光二極體驅動IC的成長，以發光二極體驅動IC市場來看，規模將逐年攀升，由2008年9億美元成長至2013年29億美元，年複合成長率為26.4%，具龐大商機。
而就一般常見之發光二極體驅動電路而言，請參閱第三圖現有之電路方塊圖所示，該驅動電路(2)主要係設有高頻方波信號源(21)，於該高頻方波信號源(21)連接設有脈波寬度調變〔Pulse Width Modulation〕產生器(22)，該脈波寬度調變產生器(22)則連接有功率電晶體(23)，再於功率電晶體(23)連接有至少一發光二極體(24)；使得其於使用上係利用高頻方波信號源(21)控制脈波寬度調變產生器(22)之導通週期產生PWM訊號，PWM訊號再晶由高功率晶體(23)驅動發光二極體(24)進行發光照明，而能改變發光二極體(24)之發光亮度。
然而，上述驅動電路雖可達到驅動發光二極體之預期功效，但也在實際施行使用上發現，該驅動電路利用高頻方波信號源控制脈波寬度調變產生器，藉由脈波寬度調變方法驅動發光二極體及改變其發光亮度，造成發光二極體會在高電流的情況下快速進行切換，不僅會大幅縮短發光二極體之使用壽命，且更會在使用過程中產生高能量的雜訊，導致使用上之極大不便，致令其在整體電路設計上 仍存在有改進之空間。
緣是，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，提供一種數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，以期達到更佳實用價值性之目的者。
本發明之主要目的在於提供一種數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其主要係可穩定線性改變發光二極體亮度，且能增加其使用壽命，並在使用過程中無雜訊產生及電磁干擾現象，同時可修正製程偏差所造成電流差異，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
本發明數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：
其主要係於驅動電路設有參考電流產生器，於該參考電流產生器連接有電流鏡，該電流鏡連接至電流源陣列開關，另設有能對所輸入之數位控制信號進行解碼的解碼器，該解碼器同樣連接至電流源陣列開關，於該電流源陣列開關則連接有定電流產生器，再於定電流產生器連接有功率電晶體，該功率電晶體則連接有至少一發光二極體，利用數位信號改變驅動電流方法，改變發光二極體亮度。
本發明之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置的較佳實施例，其中，該參考電流產生器輸出參考電流值使電流鏡產生基本參考電流值Iref，電流鏡之電流值對映至電流源陣列開關，電流源陣列開關由n位元(n為正整數)數位控制信號經解碼器產生2n (n為正整數)開關控制信號，分別控制2n 個電流源陣列開關，當愈多電流源陣列開關導通，產生定電流Ic愈大，此時反應至功率電晶體之功率電晶體電流Io愈大，發光二極體即愈亮。
本發明之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置的較佳實施例，其中，該電流源陣列開關係利用P型電晶體(PMOS)作為電流源陣列開關內之各電流源開關，由P型電晶體之閘極作控制，當閘極控制信號為低電位時，P型電晶體電流源開關導通，當愈多P型電晶體電流源開關導通，並列P型電晶體電流源開關愈多，則經電流鏡流通產生的電流值Ic愈大，推動功率電晶體電流與電流鏡輸出電流值成正比。
本發明之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置的較佳實施例，其中，該解碼器供輸出控制電流源陣列開關之各P型電晶體(PMOS)電流源開關的閘極，當n位元(n為正整數)數位控制信號傳輸入該解碼器時，能經該解碼器產生2n (n為正整數)開關控制信號，以分別控制電流源陣列開關，每一階開關變化產生等值輸出電流變化，輸出產生2n 階層電流變化，每一階變化產生等值電流變化。
本發明之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置的較佳實施例，其中，該解碼器輸入十進值愈大，解碼器輸出愈多為低準位，愈多電流源陣列開關導通，每一解碼器輸出位元皆可由輸入位元作組合邏輯化簡得到，共2n (n為正整數)個組合邏輯電路控制2n 電流源陣列開關。
本發明之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置的較佳實施例，其中，該功率電晶體係使用一個外部電阻RS去產生精確電流，當電流源陣列開關產生定電流值Ic，流經電流源之電流轉為電壓的壓降電阻Rc作電流轉換電壓，產生Vc=Ic．Rc，再由OP放大器、功率電晶體、Rs組成電壓-電流轉換器，此時發光二極體輸出電流為ILED=Vc/Rs，發光二極體電流與電流鏡輸出電流值成線性正比關係。
本發明之數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置的較佳實施例，其中，該功率電晶體利用改變外部電阻RS，可驅動不同功率發光二極體，並由數位控制再產生2n (n為正整數)電流變化，改變不同功率發光二極體亮度。
(1)‧‧‧驅動電路
(11)‧‧‧參考電流產生器
(12)‧‧‧電流鏡
(13)‧‧‧電流源陣列開關
(14)‧‧‧解碼器
(15)‧‧‧定電流產生器
(16)‧‧‧功率電晶體
(17)‧‧‧發光二極體
(2)‧‧‧驅動電路
(21)‧‧‧高頻方波信號源
(22)‧‧‧脈波寬度調變產生器
(23)‧‧‧功率電晶體
(24)‧‧‧發光二極體
第一圖：本發明之電路方塊圖
第二圖：本發明之功率電晶體固定電流電路圖
第三圖：現有之電路方塊圖
〔附件〕
附件一：四對十六解碼器真值表〔輸入〕
附件二：四對十六解碼器真值表〔輸出〕
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：
首先，請參閱第一圖本發明之電路方塊圖所示，該驅動電路(1)主要係設有參考電流產生器(11)，於該參考電流產生器(11)連接有電流鏡(12)，該電流鏡(12)連接至電流源陣列開關(13)，另設有能對所輸入之數位控制信號進行解碼的解碼器(14)，該解碼器(14)同樣連接至電流源陣列開關(13)，於該電流源陣列開關(13)則連接有定電流產生器(15)，再於定電流產生器(15)連接有功率電晶體(16)，該功率電晶體(16)則連接有至少一發光二極體(17)；其中：
該電流源陣列開關(13)，其係利用P型電晶體(PMOS)作為電流源陣列開關(13)內之各電流源開關，由P型電晶體之閘極作控制，當閘極控制信號為低電位時，P型電晶體電流源 開關導通，當愈多P型電晶體電流源開關導通，並列P型電晶體電流源開關愈多，則經電流鏡(12)流通產生的電流值Ic愈大，推動功率電晶體(16)電流與電流鏡(12)輸出電流值成正比。
該解碼器(14)，其供輸出控制電流源陣列開關(13)之各P型電晶體(PMOS)電流源開關的閘極(Ctlrl 1~n，n為正整數)，當n位元(n為正整數)數位控制信號傳輸入該解碼器(14)時，能經該解碼器(14)產生2n (n為正整數)開關控制信號，以分別控制電流源陣列開關，每一階開關變化產生等值輸出電流變化，輸出產生2n 階層電流變化，每一階變化產生等值電流變化，解碼器(14)輸入十進值愈大，解碼器(14)輸出愈多為低準位，愈多電流源陣列開關(13)導通，每一解碼器(14)輸出位元皆可由輸入位元作組合邏輯化簡得到，共2n 個組合邏輯電路控制2n 電流源陣列開關(13)；本發明以四位元數位控制架構為實施例進行說明，因本發明需要開關十六通道來達到十六階段的輸出電流大小，而四對十六解碼器(14)是四個輸入、十六個輸出的架構，其可以對輸入訊號進行二進制解碼，藉由控制輸入狀態，二進制的0000~1111，去決定十六個輸出狀態〔請參閱附件一四對十六解碼器真值表〔輸入〕及附件二四對十六解碼器真值表〔輸出〕所示〕。
該功率電晶體(16)，請再一併參閱第二圖本發明之功率電晶體固定電流電路圖所示，其係使用一個外部電阻RS去產生精 確電流，當電流源陣列開關(13)產生定電流值IC，流經電流源之電流轉為電壓的壓降電阻Rc作電流轉換電壓，產生Vc=Ic．Rc，再由OP放大器、功率電晶體(16)、Rs組成電壓-電流轉換器，此時發光二極體(17)輸出電流為ILED=Vc/Rs，發光二極體(17)電流與電流鏡(12)輸出電流值成線性正比關係；另，該功率電晶體(16)能利用改變外部電阻RS，可驅動不同功率發光二極體(17)，並由數位控制再產生2n 電流變化，改變不同功率發光二極體(17)亮度。
如此一來，使得本發明即可利用數位信號改變驅動電流方法改變發光二極體(17)亮度，令該參考電流產生器(11)輸出參考電流值使電流鏡(12)產生基本參考電流值Iref，電流鏡(12)之電流值對映至電流源陣列開關(13)，電流源陣列開關(13)由n位元數位控制信號經解碼器(14)產生2n 開關控制信號，分別控制2n 個電流源陣列開關(13)，當愈多電流源陣列開關(13)導通，產生定電流Ic愈大，此時反應至功率電晶體(16)之功率電晶體電流Io愈大，發光二極體(17)即愈亮。
藉由以上所述，本發明結構之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明主要係可穩定線性改變發光二極體亮度，且能增加其使用壽命，並在使用過程中無雜訊產生及電磁干擾現象，同時可修正製程偏差所造成電流差異，而在其整體施行 使用上更增實用功效特性者。
然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
(1)‧‧‧驅動電路
(11)‧‧‧參考電流產生器
(12)‧‧‧電流鏡
(13)‧‧‧電流源陣列開關
(14)‧‧‧解碼器
(15)‧‧‧定電流產生器
(16)‧‧‧功率電晶體
(17)‧‧‧發光二極體

Claims (7)

  1. 一種數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其主要係於驅動電路設有參考電流產生器，於該參考電流產生器連接有電流鏡，該電流鏡連接至電流源陣列開關，另設有能對所輸入之數位控制信號進行解碼的解碼器，該解碼器同樣連接至電流源陣列開關，於該電流源陣列開關則連接有定電流產生器，再於定電流產生器連接有功率電晶體，該功率電晶體則連接有至少一發光二極體，利用數位信號改變驅動電流方法，改變發光二極體亮度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其中，該參考電流產生器輸出參考電流值使電流鏡產生基本參考電流值Iref，電流鏡之電流值對映至電流源陣列開關，電流源陣列開關由n位元(n為正整數)數位控制信號經解碼器產生2n (n為正整數)開關控制信號，分別控制2n 個電流源陣列開關，當愈多電流源陣列開關導通，產生定電流Ic愈大，此時反應至功率電晶體之功率電晶體電流Io愈大，發光二極體即愈亮。
  3. 如申請專利範圍第1項所述數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其中，該電流源陣列開關係利用P型電晶體(PMOS)作為電流源陣列開關內之各電流源開關，由P型電晶體之 閘極作控制，當閘極控制信號為低電位時，P型電晶體電流源開關導通，當愈多P型電晶體電流源開關導通，並列P型電晶體電流源開關愈多，則經電流鏡流通產生的電流值Ic愈大，推動功率電晶體電流與電流鏡輸出電流值成正比。
  4. 如申請專利範圍第1項所述數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其中，該解碼器供輸出控制電流源陣列開關之各P型電晶體(PMOS)電流源開關的閘極，當n位元(n為正整數)數位控制信號傳輸入該解碼器時，能經該解碼器產生2n (n為正整數)開關控制信號，以分別控制電流源陣列開關，每一階開關變化產生等值輸出電流變化，輸出產生2n階層電流變化，每一階變化產生等值電流變化。
  5. 如申請專利範圍第4項所述數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其中，該解碼器輸入十進值愈大，解碼器輸出愈多為低準位，愈多電流源陣列開關導通，每一解碼器輸出位元皆可由輸入位元作組合邏輯化簡得到，共2n 個組合邏輯電路控制2n (n為正整數)電流源陣列開關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其中，該功率電晶體係使用一個外部電阻RS去產生精確電流，當電流源陣列開關產生定電流值IC，流經電流源之電流轉為電壓的壓降電阻Rc作電流轉換電壓，產生Vc=I c．Rc，再由OP放大器、功率電晶體、Rs組成電壓-電流轉換器，此時發光二極體輸出電流為ILED=Vc/Rs，發光二極體電流與電流鏡輸出電流值成線性正比關係。
  7. 如申請專利範圍第6項所述數位調控輸出功率之發光二極體驅動裝置，其中，該功率電晶體利用改變外部電阻RS，可驅動不同功率發光二極體，並由數位控制再產生2n (n為正整數)電流變化，改變不同功率發光二極體亮度。
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