TWI513363B - 發光二極體的短路保護電路及其短路保護方法以及應用其之發光二極體驅動裝置 - Google Patents

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Description

發光二極體的短路保護電路及其短路保護方法以及 應用其之發光二極體驅動裝置
本發明是有關於一種短路保護電路及其短路保護方法以及應用其之電子裝置，且特別是有關於一種發光二極體的短路保護電路、短路保護方法及發光二極體驅動裝置。
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)。
在現今的發光二極體驅動裝置中，一般現行經常採用的技術係以脈寬調變架構為基礎(PWM-based)的升壓電路(boost circuit)或者降壓電路(buck circuit)的驅動電路架構。然而，無論是採用何者，針對發光二極體發生短路(short circuit)時的保護措施都不甚完善。詳細而言，由於發光二極體驅動裝置中會針對多種不同的狀態設定對應的保護機制，例如過電壓保護、過溫度保護或低電壓鎖定等，其中每一個保護機制在進行時都會對發光二極體之電流電壓特性產生一定的影響。因此，當發光二極體模組 位於同時具有多種不同異常狀態(例如部分發光二極體發生短路且另一部分發光二極體發生開路)的操作態樣時，即可能會造成短路保護機制與其他保護機制相互影響而發生誤動作。若是短路的情形無法正確的被偵測與保護，則有可能會造成發光二極體驅動裝置內之部份零件的損毀，甚至還有可能會引發發光二極體驅動裝置內之部份零件的起火燃燒。
本發明提供一種發光二極體的短路保護電路及其短路保護方法以及應用其之發光二極體驅動裝置，其可於發光二極體任何操作態樣下，皆正確地執行短路保護機制。
本發明提出一種發光二極體的短路保護電路，其適於對多個發光二極體串進行短路保護。所述短路保護電路包括短路保護單元以及控制單元。短路保護單元耦接所述多個發光二極體串，用以執行短路保護機制。控制單元耦接短路保護單元與所述多個發光二極體串，用以依據回授電壓與補償電壓至少其中之一控制短路保護單元，藉以決定是否觸發短路保護機制，其中回授電壓依據所述多個發光二極體串其中之一的跨壓而產生，補償電壓依據回授電壓與參考電壓的比較結果而產生，並且補償電壓用以控制所述多個發光二極體串的電源供應。
在本發明一實施例中，短路保護單元包括多個偵測單元。偵測單元分別耦接發光二極體串，用以在短路保護機 制被觸發時，偵測各個發光二極體串之陰極端電壓是否大於保護電壓，其中當偵測單元判斷對應的發光二極體串之陰極端電壓大於保護電壓時，偵測單元禁止電流流經對應的發光二極體串。
在本發明一實施例中，回授電壓係選自所述多個發光二極體串之陰極端電壓的最小值。
在本發明一實施例中，控制單元包括第一比較器、第二比較器以及及閘。第一比較器用以比較回授電壓與第一電壓，並據以產生第一比較訊號。第二比較器用以比較補償電壓與第二電壓，並據以產生第二比較訊號。及閘耦接第一比較器與第二比較器，用以依據第一比較訊號與第二比較訊號產生第一邏輯訊號。
在本發明一實施例中，當回授電壓大於第一電壓且補償電壓小於第二電壓時，及閘依據第一比較訊號與第二比較訊號產生致能的第一邏輯訊號以觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，控制單元更包括判斷電路以及或閘。判斷電路用以判斷回授電壓是否實質上等於參考電壓，並據以產生判斷訊號，其中當回授電壓實質上等於參考電壓時，判斷電路產生致能的判斷訊號。或閘耦接及閘與判斷電路，用以依據第一邏輯訊號與判斷訊號產生第二邏輯訊號。
在本發明一實施例中，當第一邏輯訊號與判斷訊號至少其中之一為致能時，或閘產生致能的第二邏輯訊號以觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，控制單元包括第一比較器以及第一延遲單元。第一比較器用以比較回授電壓與第一電壓，並據以產生第一比較訊號。第一延遲單元耦接第一比較器，用以延遲第一比較訊號。
在本發明一實施例中，當回授電壓大於第一電壓時，第一比較器產生致能的第一比較訊號，第一延遲單元在一第一延遲期間後，輸出致能的第一比較訊號以觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，控制單元更包括判斷電路以及或閘。判斷電路用以判斷回授電壓是否實質上等於參考電壓，並據以產生判斷訊號，其中當回授電壓實質上等於參考電壓時，判斷電路產生致能的判斷訊號。或閘耦接第一延遲單元與判斷電路，用以依據第一延遲單元所輸出的訊號與判斷訊號產生邏輯訊號。
在本發明一實施例中，當第一比較訊號與判斷訊號至少其中之一為致能時，或閘產生致能的邏輯訊號以觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，控制單元包括第二比較器以及第二延遲單元。第二比較器用以比較補償電壓與第二電壓，並據以產生第二比較訊號。第二延遲單元耦接第二比較器，用以延遲第二比較訊號。
在本發明一實施例中，當補償電壓小於第二電壓時，第二比較器產生致能的第二比較訊號，第二延遲單元在第二延遲期間後，輸出致能的第二比較訊號以觸發短路保護 機制。
在本發明一實施例中，控制單元更包括判斷電路以及或閘。判斷電路用以判斷回授電壓是否實質上等於參考電壓，並據以產生判斷訊號，其中當回授電壓實質上等於參考電壓時，判斷電路產生致能的判斷訊號。或閘耦接第二延遲單元與判斷電路，用以依據第二延遲單元所輸出的訊號與判斷訊號產生邏輯訊號。
在本發明一實施例中，當第二比較訊號與判斷訊號至少其中之一為致能時，或閘產生致能的邏輯訊號以觸發短路保護機制。
本發明提出一種發光二極體驅動裝置，其適於驅動多個發光二極體串。所述發光二極體驅動裝置包括驅動電路以及短路保護電路。驅動電路耦接所述多個發光二極體串，用以依據補償電壓控制所述多個發光二極體串的電源供應，其中驅動電路依據所述多個發光二極體串的跨壓而產生回授電壓，並且依據回授電壓與參考電壓的比較結果而產生補償電壓。短路保護電路耦接驅動電路與所述多個發光二極體串，用以對所述多個發光二極體串進行短路保護。所述短路保護電路包括短路保護單元以及控制單元。短路保護單元耦接所述多個發光二極體串，用以執行短路保護機制，以禁止電流流經短路的發光二極體串。控制單元耦接短路保護單元與所述多個發光二極體串，用以依據回授電壓與補償電壓至少其中之一而控制短路保護單元，藉以決定是否觸發短路保護機制，其中回授電壓依據所述 多個發光二極體串其中之一的跨壓而產生，補償電壓依據回授電壓與參考電壓的比較結果而產生，並且補償電壓用以控制所述多個發光二極體串的電源供應。
在本發明一實施例中，驅動電路偵測所述多個發光二極體串之陰極端電壓，並且選擇所述多個發光二極體串之陰極端電壓的最小值作為回授電壓。
本發明提出一種發光二極體的短路保護方法，包括：依據多個發光二極體串其中之一的跨壓產生回授電壓；依據回授電壓與參考電壓的比較結果產生補償電壓，其中補償電壓用以控制所述多個發光二極體串的電源供應；以及依據回授電壓與補償電壓至少其中之一決定是否觸發短路保護機制，以禁止電流流經短路的發光二極體串。
在本發明一實施例中，依據所述多個發光二極體串其中之一的跨壓產生回授電壓的步驟包括：偵測所述多個發光二極體串之陰極端電壓；以及選擇所述多個發光二極體串之陰極端電壓的最小值作為回授電壓。
在本發明一實施例中，依據回授電壓與補償電壓至少其中之一決定是否觸發短路保護機制的步驟包括：比較回授電壓是否大於第一電壓，並且比較補償電壓是否小於第二電壓；以及當回授電壓大於第一電壓且補償電壓小於第二電壓時，觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，依據回授電壓與補償電壓至少其中之一決定是否觸發短路保護機制的步驟包括：比較回授電壓是否大於第一電壓；以及當回授電壓大於第一電壓 時，於第一延遲時間後觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，依據回授電壓與補償電壓至少其中之一決定是否觸發短路保護機制的步驟包括：比較補償電壓是否小於第二電壓；以及當補償電壓小於第二電壓時，於第二延遲時間後觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，依據回授電壓與補償電壓至少其中之一決定是否觸發短路保護機制的步驟包括：判斷回授電壓是否實質上等於參考電壓；以及當回授電壓實質上等於參考電壓時，觸發短路保護機制。
在本發明一實施例中，當短路保護機制被觸發時，短路保護方法更包括：偵測各個發光二極體串之陰極端電壓是否大於保護電壓；以及當發光二極體串之陰極端電壓大於保護電壓時，禁止電流流經對應的發光二極體串。
基於上述，本發明實施例提出一種發光二極體的短路保護電路及其短路保護方法以及應用其之發光二極體驅動裝置。所述之短路保護電路可依據驅動電路中的特定參數狀態來作為觸發短路保護機制的依據，藉以避免發光二極體在不同操作態樣下可能造成的誤動作。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。在本實施例中，發光二極體驅動裝置100適於驅動多 個發光二極體串LED1~LEDn。每一發光二極體串LED1~LEDn可由相互串接的多個發光二極體組成，其中發光二極體串LED1~LEDn的數量(即n值)與每一發光二極體串LED1~LEDn中的發光二極體數量可根據需求而設計，本發明不以此為限。請參照圖1，發光二極體驅動裝置100包括驅動電路110以及短路保護電路120。驅動電路110耦接發光二極體串LED1~LEDn，以依據啟動訊號ENA來對發光二極體串LED1~LEDn進行電源供應，並據以點亮發光二極體串LED1~LEDn。短路保護電路120耦接驅動電路110與發光二極體串LED1~LEDn，用以對發光二極體串LED1~LEDn進行短路保護。
在本實施例中，驅動電路110係以圖1所繪示之電源供應器PWR、驅動控制器DCON、回授補償電路FBC以及電流調節電路CRC所組成的電路架構為例來進行說明，但本發明不以此為限。電源供應器PWR提供驅動電壓Vbus至各個發光二極體串LED1~LEDn的陽極端，使得各個發光二極體串LED1~LEDn反應於驅動電壓Vbus而產生流經各個發光二極體串LED1~LEDn的電流IS1~ISn。電流調節電路CRC受控於驅動控制器DCON，其可藉由控制串接於各個發光二極體串LED1~LEDn之開關SW1~SWn的導通程度藉以調節各個發光二極體串LED1~LEDn的亮度。
回授補償電路FBC可偵測各個發光二極體串LED的驅動狀態(例如電流或電壓)來產生補償電壓Vcomp，使 得驅動控制器DCON依據補償電壓Vcomp來控制電源供應器PWR的電源供應以及電流調節電路CRC的運作。舉例來說，回授補償電路FBC可利用電壓選擇器VS來偵測各個發光二極體串LED1~LEDn之陰極端電壓Vd1~Vdn，並且選擇陰極端電壓Vd1~Vdn中的最小值作為回授電壓Vfb並回授至比較器COM。比較器COM會比較回授電壓Vfb與預設的參考電壓Vref，並且依據比較的結果輸出補償電壓Vcomp至驅動控制器DCON。
驅動控制器DCON可例如為脈波寬度調變(pulse-width modulation，PWM)控制器，其可藉由脈寬調變訊號來控制電流調節電路CRC，從而使發光二極體串LED1~LEDn操作於定電流下發光。此外，驅動控制器DCON會依據所接收之補償電壓Vcomp以及其他的電路保護機制(例如過電壓保護、過溫度保護或低電壓鎖定保護等)來控制電源供應器PWR，藉以調整驅動電壓Vbus的準位。
另一方面，短路保護電路120包括短路保護單元124以及控制單元122。控制單元122可用以控制短路保護單元124的運作。短路保護單元124耦接控制單元122，用以執行短路保護機制，以禁止電流IS1~ISn流經短路的發光二極體串LED1~LEDn。更進一步地說，當短路保護單元124執行短路保護機制時，短路保護單元124會持續地偵測各個發光二極體串LED1~LEDn是否發生短路，並且據以產生多個訊號C1~Cn來控制電流調節器CR1~CRn， 使得對應的開關SW1~SWn反應於電流調節器CR1~CRn的控制而截止，藉以禁止電流流經短路的發光二極體串LED1~LEDn。
具體而言，短路保護機制通常是將發光二極體串LED1~LEDn的跨壓與預設的保護電壓進行比較，並且在發光二極體串LED1~LEDn的跨壓過高時，判斷對應的發光二極體串LED1~LEDn處於短路的狀態。由於在發光二極體驅動裝置100啟動的初始期間內可能會有其他的保護機制(例如過電壓保護)在進行而影響發光二極體串LED1~LEDn的跨壓，若是在發光二極體驅動裝置100一啟動時即執行短路保護機制的話，短路保護電路120可能會基於不穩定的發光二極體串LED1~LEDn跨壓而發生誤動作。
因此，在本實施例中，控制單元122可基於驅動電路所產生之回授電壓Vfb與補償電壓Vcomp至少其中之一來控制短路保護單元124的運作以決定是否觸發短路保護機制，藉以有效地避免短路保護電路120的誤動作發生。
值得注意的是，短路保護單元124係在發光二極體串LED1~LEDn中一定數量之發光二極體發生短路時即判斷對應的發光二極體串LED1~LEDn發生短路，並不限定於發光二極體串LED1~LEDn中之每一發光二極體皆發生短路時才判定發光二極體串LED1~LEDn發生短路。此外，造成短路保護單元124判斷發光二極體串LED1~LEDn為短路之短路的發光二極體數量係可根據保護電壓的設定而 有所調整，本發明不以此為限。
圖2為本發明一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。請同時參照圖1與圖2，在本實施例中，短路保護電路220可適用於發光二極體驅動裝置100中，以對發光二極體串LED1~LEDn進行短路保護。短路保護電路220包括控制單元222以及短路保護單元224。此外，控制單元222包括判斷電路DC，並且短路保護單元224包括多個分別耦接發光二極體串LED1~LEDn的偵測單元DT1~DTn。
在本實施例中，判斷電路DC會判斷回授電壓Vfb是否實質上等於參考電壓Vref，並據以產生判斷訊號DS來決定是否觸發短路保護單元224的短路保護機制。其中，在短路保護單元224的短路保護機制被判斷訊號DS所觸發的情況下，偵測單元DT1~DTn會偵測各個發光二極體串LED1~LEDn的陰極端電壓Vd1~Vdn，並且判斷陰極端電壓Vd1~Vdn是否大於保護電壓Vpro。當偵測單元DT1~DTn判斷對應的發光二極體串LED1~LEDn的陰極端電壓Vd1~Vdn大於保護電壓Vpro時，偵測單元DT1~DTn會輸出對應的訊號C1~Cn以禁止電流流經短路的發光二極體串LED1~LEDn。
舉例來說，當短路保護單元224依據陰極端電壓Vd1與保護電壓Vpro的比較結果而判斷發光二極體串LED1處於短路的狀態時，偵測單元DT1將會輸出相對應的訊號C1至電流調節器CR1，以令電流調節器CR1反應於訊號 C1的控制而將開關SW1截止，其中開關SW1的截止會使發光二極體串LED1的電流路徑形成斷路，因此電流不會流過發光二極體串LED1。
為了更清楚說明圖2實施例，圖3A~3D為依照圖2實施例之發光二極體的驅動時序示意圖。圖3A係繪示發光二極體串LED1~LEDn皆未發生短路或開路時，發光二極體驅動裝置的訊號時序示意圖。請同時參照圖2與圖3A，在驅動電路110於時間te接收到啟動訊號ENA後，電源供應器PWR會開始提供驅動電壓Vbus來驅動發光二極體串LED1~LEDn，使得回授補償電路FBC根據各個發光二極體串LED1~LEDn之陰極端電壓Vd1~Vdn的最小值產生回授電壓Vfb，並根據回授電壓Vfb與參考電壓Vref的比較結果產生補償電壓Vcomp。
當回授電壓Vfb小於參考電壓Vref時，驅動控制器DCON會依據補償電壓Vcomp而控制電源供應器PWR提升驅動電壓Vbus的準位。其中，回授電壓Vfb會隨著驅動電壓Vbus的增加而增加，直到回授電壓Vfb達到參考電壓Vref時，電源供應器PWR會受控於驅動控制器DCON而將驅動電壓Vbus維持於固定的準位。此時，判斷電路DC亦會產生對應的判斷訊號DS來觸發短路保護單元224的短路保護機制，以在時間ts後開始偵測每一發光二極體串LED1~LEDn是否有短路的情況發生。
圖3B係繪示發光二極體串LED1~LEDn中至少其中一串發生開路時，發光二極體驅動裝置100的訊號時序示 意圖。請同時參照圖2與圖3B，在此以發光二極體串LED1為開路的情況為例，由於開路的發光二極體串LED1的陰極端電壓Vd1會維持於低準位(如接地電壓GND)，並且不會隨著驅動電壓Vbus的增加而改變，因此回授電壓Vfb會一直低於參考電壓Vref，而使電源供應器PWR持續地提升驅動電壓Vbus的準位。直到驅動電路110內部的過電壓保護電路(未繪示)於時間to偵測到驅動電壓Vbus達到預設的過壓保護電壓Vovp時，過電壓保護電路會判斷發光二極體串LED1為開路並且進行過電壓保護，以禁能發光二極體串LED1(排除發光二極體串LED1的陰極端電壓Vd1偵測)，並且從其餘的發光二極體串LED2~LEDn之陰極端電壓Vd2~Vdn選擇最小值以作為回授電壓Vfb。在其餘發光二極體串LED2~LEDn皆為正常的狀況下，回授電壓Vfb會躍升至超過參考電壓Vref的準位，並且驅動電路110會基於過電壓保護的操作而使驅動電壓Vbus與補償電壓Vcomp的準位逐漸下降，直至回授電壓Vfb趨近於參考電壓Vref。此時，短路保護電路220會觸發短路保護機制，以在時間ts後開始偵測每一發光二極體串LED2~LEDn是否有短路的情況發生。
圖3C係繪示發光二極體串LED1~LEDn中至少其中一串發生短路時，發光二極體驅動裝置100的訊號時序示意圖。請同時參照圖2與圖3C，在短路保護機制被觸發前發光二極體串LED1~LEDn即發生短路的狀況下，各個發光二極體串LED1~LEDn的陰極端電壓Vd1~Vdn仍會反應 於驅動電壓Vbus的增加而隨之增加，直到短路保護電路220在時間ts觸發短路保護機制後，對應的偵測單元DT1~DTn才會偵測到短路的發光二極體串LED1~LEDn之陰極端電壓Vd1~Vdn大於保護電壓Vpro，從而發出對應的訊號C1~Cn來截止對應的開關SW1~SWn，以使得Vd1~Vdn為浮接(floating)狀態，並且禁止電流IS1~ISn流經短路的發光二極體串LED1~LEDn。
另一方面，在短路保護機制被觸發後發光二極體串LED1~LEDn才發生短路的狀況下，偵測單元DT1~DTn則在短路發生時即偵測到陰極端電壓Vd1~Vdn上升至保護電壓Vpro，因此對應的偵測單元DT1~DTn將會即時地發出對應的訊號C1~Cn來截止短路的發光二極體串LED1~LEDn所對應的開關SW1~SWn，藉以禁止電流IS1~ISn流經短路的發光二極體串LED1~LEDn。
具體而言，在發光二極體串LED1~LEDn至少其中之一發生開路的操作態樣下，若是於啟動時即執行短路保護機制，則在執行過電壓保護至回授電壓Vfb穩定趨近於參考電壓Vref的期間內，由於發光二極體串LED1~LEDn的陰極端電壓Vd1~Vdn可能會高於保護電壓Vpro，因此使得正常的發光二極體串LED1~LEDn可能會被短路保護電路所截止。相較之下，在本實施例中，由於短路保護電路220係在回授電壓Vfb實質上等於參考電壓Vref時才觸發短路保護機制，因此短路保護電路220可有效地防止部分發光二極體串LED1~LEDn發生開路時可能會造成的誤動 作。
然而，在發光二極體串LED1~LEDn其中之一串或多串發生短路，而其餘發光二極體串LED1~LEDn皆為開路的操作態樣下，短路保護電路220的觸發條件(即回授電壓Vfb實質上等於參考電壓Vref)反而可能會造成短路保護機制無法被觸發。
詳細而言，圖3D係繪示發光二極體串LED1~LEDn中至少其中一串發生短路並且其餘發光二極體串LED1~LEDn皆發生開路時，發光二極體驅動裝置100的訊號時序示意圖。請同時參照圖2與圖3D，以發光二極體串LED1發生短路，且其餘發光二極體串LED2~LEDn發生開路的操作態樣為例，當驅動電壓Vbus達到預設的過壓保護電壓Vovp時，驅動電路110執行過電壓保護以禁能開路的陰極端電壓Vd2~Vdn，並且使補償電壓Vcomp與驅動電壓Vbus的準位逐漸降低。此時，短路的發光二極體串LED1的陰極端電壓Vd1會被選作為回授電壓Vfb，但是回授電壓Vfb的準位並不會隨著驅動電壓Vbus而被降至低於參考電壓Vref，因此判斷電路DC無法進一步地基於回授電壓Vfb實質上等於參考電壓Vref的觸發條件而觸發短路保護單元224的短路保護機制。換言之，在此操作態樣下，短路的發光二極體串LED1將不會被截止，反而會持續地被供電，如此一來即可能造成發光二極體驅動裝置100及發光二極體串LED1~LEDn的損毀。
為了解決上述操作態樣所帶來的問題，以下更進一步 地提出多個不同的短路保護電路實施例。請參照圖4A與圖5，其中，圖4A為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖，圖5為依照圖4實施例之發光二極體的驅動時序示意圖。在此，短路保護電路420亦可適用於發光二極體驅動裝置100中，以對發光二極體串LED1~LEDn進行短路保護。
在本實施例中，短路保護電路420包括控制單元422以及短路保護單元224，其中短路保護單元224與前述圖2實施例大致相同，故於此不再贅述。控制單元422包括比較器COM1與COM2以及及閘AG。比較器COM1用以比較回授電壓Vfb與預設的第一電壓V1，並且依據比較的結果而產生比較訊號CS1。比較器COM2用以比較補償電壓Vcomp與預設的第二電壓V2，並且依據比較的結果而產生比較訊號CS2。其中，為避免控制單元的誤動作，因此第一電壓V1的準位會設定為略高於參考電壓Vref的準位，並且第二電壓V2的準位會設定為略高於接地電壓GND。及閘AG1耦接比較器COM1與COM2，用以依據比較訊號CS1與CS2進行及運算(AND operation)，並據以產生邏輯訊號LS1。
具體而言，在部分發光二極體串發生短路，且另一部分發光二極體串發生開路的情況下，驅動電路的回授電壓Vfb會在過電壓保護發生的時間to後躍升至高於第一電壓V1的準位，並且補償電壓Vcomp的準位會隨在時間to後逐漸降低。因此，在本實施例中，控制單元422可基於此 特性而藉由分別比較回授電壓Vfb與補償電壓Vcomp的準位來觸發短路保護機制。
同樣以發光二極體串LED1發生短路，且其餘發光二極體串LED2~LEDn發生開路的操作態樣為例。當回授電壓Vfb大於第一電壓V1並且補償電壓Vcomp降至小於第二電壓V2時(時間ts)，比較器COM1與COM2會分別輸出致能的比較訊號CS1與CS2，使得及閘AG反應於致能的比較訊號CS1與CS2而輸出致能的邏輯訊號LS1來觸發短路保護單元224的短路保護機制，藉以禁止電流流經短路的發光二極體串LED1。因此，本實施例之短路保護電路420有效的解決了在部分發光二極體串發生短路，且另一部分發光二極體串發生開路的操作態樣無法觸發短路保護機制的問題。
圖4B為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。請參照圖4B，短路保護電路420’包括控制單元422’以及短路保護單元224，其中短路保護電路420’與前述圖4A實施例之短路保護電路420之架構與操作方式大致相同，兩者間的差異之處僅在於本實施例之控制單元422’可更進一步地依據多個觸發條件來觸發短路保護單元224的短路保護機制。
詳細而言，控制單元422’相較於前述之控制單元422更包括了判斷電路DC以及或閘OG。其中，判斷電路DC與前述圖2實施例相同，其可藉由判斷回授電壓Vfb是否實質上等於參考電壓Vref而產生對應的判斷訊號DS。或 閘OG的兩輸入端分別耦接及閘AG的輸出端以及判斷電路DC，藉以分別接收邏輯訊號LS1與判斷訊號DS，並且據以產生邏輯訊號LS2來觸發短路保護單元224的短路保護機制。更進一步地說，或閘OG會對邏輯訊號LS1與判斷訊號DS進行或運算(OR operation)，以在邏輯訊號LS1與判斷訊號DS至少其中之一為致能時產生致能的邏輯訊號LS2來觸發短路保護機制。
除此之外，利用短路保護電路420’的發光二極體驅動裝置的訊號時序可參照圖3A~3C及圖5之說明，於此不再贅述。
圖6為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。圖7為依照圖6實施例之發光二極體的驅動時序示意圖。在此，短路保護電路620亦可適用於發光二極體驅動裝置100中，以對發光二極體串LED1~LEDn進行短路保護。
請同時參照圖6與圖7，短路保護電路620包括控制單元622以及短路保護單元224，其中短路保護單元224與前述圖2實施例大致相同，故於此不再贅述。控制單元622包括比較器COM1以及延遲單元DU1。比較器COM1用以比較回授電壓Vfb與預設的第一電壓V1，並且依據比較的結果而產生比較訊號CS1。延遲單元DU1耦接比較器COM1，用以延遲比較訊號CS1。
在本實施例中，控制單元622主要是利用回授電壓Vfb會在過電壓保護發生的時間點躍升至高於第一電壓V1 的準位並且維持於該準位之特性，而藉由在比較回授電壓Vfb與第一電壓V1後，延遲一段時間再輸出對應訊號的控制方式來實現短路保護機制的觸發。
同樣以發光二極體串LED1發生短路，且其餘發光二極體串LED2~LEDn發生開路的操作態樣為例。當回授電壓Vfb大於第一電壓V1時(時間ts’)，比較器COM1會產生致能的比較訊號CS1。在延遲單元DU1接收到致能的比較訊號CS1後，其會在經過延遲期間DLY1(例如為數十至數百毫秒，可根據設計需求而變更)之後才於時間ts輸出致能的比較訊號CS1來觸發短路保護單元224的短路保護機制，藉以禁止電流流經短路的發光二極體串LED1。
此外，類似於圖4B實施例所述，本實施例之控制單元622亦可透過或運算而使控制單元622可同時依據多個不同的觸發條件來觸發短路保護單元224的短路保護機制，其操作與架構可參照本實施例與圖4B實施例所述，在此不再贅述。
圖8為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。圖9為依照圖8實施例之發光二極體的驅動時序示意圖。在此，短路保護電路820亦可適用於發光二極體驅動裝置100中，以對發光二極體串LED1~LEDn進行短路保護。
請同時參照圖8與圖9，短路保護電路820包括控制單元822以及短路保護單元224，其中短路保護單元224與前述圖2實施例大致相同，故於此不再贅述。控制單元 822包括比較器COM2以及延遲單元DU2。比較器COM2用以比較補償電壓Vcomp與預設的第二電壓V2，並且依據比較的結果而產生比較訊號CS2。延遲單元DU2耦接比較器COM2，用以延遲比較訊號CS2。
在本實施例中，控制單元822主要是利用補償電壓Vcomp會在過電壓保護發生的時間點後逐漸地降至接地電壓GND的特性，而藉由比較補償電壓Vcomp與第二電壓V2後，延遲一段時間再輸出對應訊號的控制方式來實現短路保護機制的觸發。
同樣以發光二極體串LED1發生短路，且其餘發光二極體串LED2~LEDn發生開路的操作態樣為例。當補償電壓Vcomp小於第二電壓V2時(時間ts”)，比較器COM2會產生致能的比較訊號CS2。在延遲單元DU2接收到致能的比較訊號CS2後，其會在經過延遲期間DLY2(例如為數十至數百毫秒，可根據設計需求而變更)之後才輸出致能的比較訊號CS2來觸發短路保護單元224的短路保護機制，藉以禁止電流流經短路的發光二極體串LED1。
此外，類似於圖4B實施例所述，本實施例之控制單元822亦可透過或運算而使控制單元822可同時依據多個不同的觸發條件來觸發短路保護單元224的短路保護機制，其操作與架構可參照本實施例與圖4B實施例所述，在此不再贅述。
圖10為本發明一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。請參照圖10，在本實施例所述之短路保 護方法中，發光二極體的驅動電路(如110)於啟動後會提供驅動電壓來驅動多個發光二極體串(如LED1~LEDn)。在驅動電路驅動發光二極體串的操作中，驅動電路會依據發光二極體串其中之一的跨壓產生回授電壓(步驟S1000)，並且依據回授電壓與參考電壓的比較結果產生補償電壓(步驟S1010)，其中補償電壓係用以控制發光二極體串的電源供應。
接著，短路保護電路(如120、220、420、420’、620或820)會依據驅動電路所產生之回授電壓與補償電壓至少其中之一決定是否觸發短路保護機制，以禁止電流流經短路的發光二極體串(步驟S1020)。在本實施例中，用以決定是否觸發短路保護機制的步驟S1010可利用判斷回授電壓是否實質上等於參考電壓的觸發條件來實現，其中短路保護電路會於回授電壓實質上等於參考電壓時觸發短路保護機制。
圖11為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。請參照圖11，在本實施例所述之短路保護方法中，發光二極體的驅動電路(如110)於啟動之後會提供驅動電壓來驅動多個發光二極體串(如LED1~LEDn)。在驅動電路驅動發光二極體串的操作中，驅動電路會偵測發光二極體串的陰極端電壓(步驟S1100)，以選擇發光二極體串之陰極端電壓的最小值作為回授電壓(步驟S1102)，並且依據回授電壓與參考電壓的比較結果產生補償電壓(步驟S1104)。
接著，短路保護電路(如420)會比較回授電壓是否大於第一電壓，並且比較補償電壓是否小於第二電壓(步驟S1106)。當回授電壓大於第一電壓且補償電壓小於第二電壓時，短路保護電路才會進一步地觸發短路保護機制(步驟S1108)。
在短路保護機制被觸發的狀況下，短路保護電路會偵測各個發光二極體串的陰極端電壓是否大於預設的保護電壓(S1110)，並且當發光二極體串之的陰極端電壓大於保護電壓時，禁止電流流經對應的發光二極體串(S1112)。
圖12為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。請參照圖12，在本實施例所述之短路保護方法中，步驟S1100至S1104皆與前述圖11實施例大致相同，故於此不再贅述。本實施例與前述實施例不同之處在於短路保護電路(如620)係僅藉由比較回授電壓是否大於第一電壓(步驟S1206)的方式來觸發短路保護機制。其中，當短路保護電路判斷回授電壓大於第一電壓時，短路保護電路會於第一延遲時間後觸發短路保護機制(步驟S1208)。其後，執行短路保護機制的步驟S1110與S1112和前述圖11實施例所述大致相同，故於此不再贅述。
圖13為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。請參照圖13，在本實施例所述之短路保護方法中，步驟S1100至S1104皆與前述圖11實施例大致相同，故於此不再贅述。本實施例與前述實施例不同 之處在於短路保護電路(如820)係僅藉由比較補償電壓是否小於第二電壓(步驟S1306)的方式來觸發短路保護機制。其中，當短路保護電路判斷補償電壓小於第二電壓時，短路保護電路會於第二延遲時間後觸發短路保護機制(步驟S1308)。其後，執行短路保護機制的步驟S1110與S1112和前述圖11實施例所述大致相同，故於此不再贅述。
其中，圖10至圖13所述之方法皆可根據前述圖1至圖9的說明而獲得充足的支持與教示，故相似或重複之處於此不再贅述。
此外，在另一實施例中，上述實施例之決定是否觸發短路保護機制的步驟(如步驟S1106~S1108、S1206~S1208、S1306~S1308)皆可利用或運算來結合不同的觸發條件，藉以在任一觸發條件達成時即觸發短路保護機制。舉例來說，在另一實施例中，決定是否觸發短路保護機制的步驟可設計為當圖11至圖13實施例所述之觸發條件與”回授電壓是否實質上等於參考電壓”的觸發條件至少其中之一達成時，短路保護電路即觸發短路保護機制。換言之，本發明所述之短路保護方法並不僅限定於圖式所繪示之步驟流程。
本發明實施例提出一種發光二極體的短路保護電路及其短路保護方法以及應用其之發光二極體驅動裝置。所述之短路保護電路可依據驅動電路中的特定參數狀態來作為觸發短路保護機制的依據，藉以避免發光二極體在不同 操作態樣下可能造成的誤動作。換言之，即便在部分發光二極體串發生短路，且另一部分發光二極體串發生開路的操作態樣下，所述之短路保護電路仍可正確地觸發短路保護機制，進而提升整體發光二極體驅動裝置的操作穩定性。
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。
100‧‧‧發光二極體驅動裝置
110‧‧‧驅動電路
120、220、420、420’、620、820‧‧‧短路保護電路
122、222、422、422’、622、822‧‧‧控制單元
124、224‧‧‧短路保護單元
AG‧‧‧及閘
C1~Cn‧‧‧訊號
COM、COM1、COM2‧‧‧比較器
CR1~CRn‧‧‧電流調節器
CRC‧‧‧電流調節電路
CS1、CS2‧‧‧比較訊號
DC‧‧‧判斷電路
DCON‧‧‧驅動控制器
DT1~DTn‧‧‧偵測單元
DS‧‧‧判斷訊號
DU1、DU2‧‧‧延遲單元
DLY1、DLY2‧‧‧延遲期間
ENA‧‧‧啟動訊號
FBC‧‧‧回授補償電路
LED1~LEDn‧‧‧發光二極體串
LS1、LS2‧‧‧邏輯訊號
OG‧‧‧或閘
PWR‧‧‧電源供應器
Rs‧‧‧電阻
S1000~S1020、S1100~S1112、S1206~S1208、S1306~S1308‧‧‧步驟
SW1~SWn‧‧‧開關
te、to、ts、ts’、ts”‧‧‧時間
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
Vbus‧‧‧驅動電壓
Vcomp‧‧‧補償電壓
Vd1~Vdn‧‧‧陰極端電壓
Vfb‧‧‧回授電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Vpro‧‧‧保護電壓
Vovp‧‧‧過壓保護電壓
VS‧‧‧電壓選擇器
圖1為本發明一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。
圖3A~3D為依照圖2實施例之發光二極體驅動裝置的訊號時序示意圖。
圖4A為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。
圖4B為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。
圖5為依照圖4A實施例之發光二極體驅動裝置的訊號時序示意圖。
圖6為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。
圖7為依照圖6實施例之發光二極體驅動裝置的訊號時序示意圖。
圖8為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護電路的示意圖。
圖9為依照圖8實施例之發光二極體驅動裝置的訊號時序示意圖。
圖10為本發明一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。
圖11為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。
圖12為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。
圖13為本發明另一實施例之發光二極體的短路保護方法的步驟流程圖。
100‧‧‧發光二極體驅動裝置
110‧‧‧驅動電路
120‧‧‧短路保護電路
122‧‧‧控制單元
124‧‧‧短路保護單元
C1~Cn‧‧‧訊號
COM‧‧‧比較器
CR1~CRn‧‧‧電流調節器
CRC‧‧‧電流調節電路
DCON‧‧‧驅動控制器
ENA‧‧‧啟動訊號
FBC‧‧‧回授補償電路
IS1~ISn‧‧‧電流
LED1~LEDn‧‧‧發光二極體串
PWR‧‧‧電源供應器
Rs‧‧‧電阻
SW1~SWn‧‧‧開關
Vbus‧‧‧驅動電壓
Vcomp‧‧‧補償電壓
Vd1~Vdn‧‧‧陰極端電壓
Vfb‧‧‧回授電壓
Vref‧‧‧參考電壓
VS‧‧‧電壓選擇器

Claims (19)

  1. 一種發光二極體的短路保護電路，適於對多個發光二極體串進行短路保護，該短路保護電路包括：一短路保護單元，耦接該些發光二極體串，用以執行一短路保護機制；以及一控制單元，耦接該短路保護單元與該些發光二極體串，用以依據一回授電壓與一補償電壓至少其中之一控制該短路保護單元，藉以決定是否觸發該短路保護機制，其中該回授電壓依據該些發光二極體串其中之一的跨壓而產生，該補償電壓依據該回授電壓與一參考電壓的比較結果而產生，並且該補償電壓用以控制該些發光二極體串的電源供應其中該短路保護單元包括：多個偵測單元，分別耦接該些發光二極體串，用以在該短路保護機制被觸發時，偵測各該些發光二極體串之陰極端電壓是否大於一保護電壓，其中當該些偵測單元判斷對應的發光二極體串之陰極端電壓大於該保護電壓時，該些偵測單元禁止電流流經對應的發光二極體串。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之短路保護電路，其中該回授電壓係選自該些發光二極體串之陰極端電壓的最小值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之短路保護電路，其中該控制單元包括：一第一比較器，用以比較該回授電壓與一第一電壓， 並據以產生一第一比較訊號；一第二比較器，用以比較該補償電壓與一第二電壓，並據以產生一第二比較訊號；以及一及閘，耦接該第一比較器與該第二比較器，用以依據該第一比較訊號與該第二比較訊號產生一第一邏輯訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之短路保護電路，其中當該回授電壓大於該第一電壓且該補償電壓小於該第二電壓時，該及閘依據該第一比較訊號與該第二比較訊號產生致能的該第一邏輯訊號以觸發該短路保護機制。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之短路保護電路，其中該控制單元更包括：一判斷電路，用以判斷該回授電壓是否實質上等於該參考電壓，並據以產生一判斷訊號，其中當該回授電壓實質上等於該參考電壓時，該判斷電路產生致能的該判斷訊號；以及一或閘，耦接該及閘與該判斷電路，用以依據該第一邏輯訊號與該判斷訊號產生一第二邏輯訊號，其中當該第一邏輯訊號與該判斷訊號至少其中之一為致能時，該或閘產生致能的該第二邏輯訊號以觸發該短路保護機制。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之短路保護電路，其中該控制單元包括：一第一比較器，用以比較該回授電壓與一第一電壓， 並據以產生一第一比較訊號；以及一第一延遲單元，耦接該第一比較器，用以延遲該第一比較訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之短路保護電路，其中當該回授電壓大於該第一電壓時，該第一比較器產生致能的該第一比較訊號，該第一延遲單元在一第一延遲期間後，輸出致能的該第一比較訊號以觸發該短路保護機制。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之短路保護電路，其中該控制單元更包括：一判斷電路，用以判斷該回授電壓是否實質上等於該參考電壓，並據以產生一判斷訊號，其中當該回授電壓實質上等於該參考電壓時，該判斷電路產生致能的該判斷訊號；以及一或閘，耦接該第一延遲單元與該判斷電路，用以依據該第一延遲單元所輸出的訊號與該判斷訊號產生一邏輯訊號，其中當該第一比較訊號與該判斷訊號至少其中之一為致能時，該或閘產生致能的該邏輯訊號以觸發該短路保護機制。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之短路保護電路，其中該控制單元包括：一第二比較器，用以比較該補償電壓與一第二電壓，並據以產生一第二比較訊號；以及一第二延遲單元，耦接該第二比較器，用以延遲該第 二比較訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之短路保護電路，其中當該補償電壓小於該第二電壓時，該第二比較器產生致能的該第二比較訊號，該第二延遲單元在一第二延遲期間後，輸出致能的該第二比較訊號以觸發該短路保護機制。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之短路保護電路，其中該控制單元更包括：一判斷電路，用以判斷該回授電壓是否實質上等於該參考電壓，並據以產生一判斷訊號，其中當該回授電壓實質上等於該參考電壓時，該判斷電路產生致能的該判斷訊號；以及一或閘，耦接該第二延遲單元與該判斷電路，用以依據該第二延遲單元所輸出的訊號與該判斷訊號產生一邏輯訊號，其中當該第二比較訊號與該判斷訊號至少其中之一為致能時，該或閘產生致能的該邏輯訊號以觸發該短路保護機制。
  12. 一種發光二極體驅動裝置，適於驅動多個發光二極體串，該發光二極體驅動裝置包括：一驅動電路，耦接該些發光二極體串，用以依據一補償電壓控制該些發光二極體串的電源供應，其中該驅動電路依據該些發光二極體串的跨壓而產生一回授電壓，並且依據該回授電壓與一參考電壓的比較結果而產生該補償電壓；以及 一短路保護電路，耦接該驅動電路與該些發光二極體串，用以對該些發光二極體串進行短路保護，該短路保護電路包括：一短路保護單元，用以執行一短路保護機制，以禁止電流流經短路的發光二極體串；以及一控制單元，耦接該短路保護單元，用以依據該回授電壓與該補償電壓至少其中之一控制該短路保護單元，藉以決定是否觸發該短路保護機制其中該短路保護單元包括：多個偵測單元，分別耦接該些發光二極體串，用以在該短路保護機制被觸發時，偵測各該些發光二極體串之陰極端電壓是否大於一保護電壓，其中當該些偵測單元判斷對應的發光二極體串之陰極端電壓大於該保護電壓時，該些偵測單元禁止電流流經對應的發光二極體串。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體驅動裝置，其中該驅動電路偵測該些發光二極體串之陰極端電壓，並且選擇該些發光二極體串之陰極端電壓的最小值作為該回授電壓。
  14. 一種發光二極體的短路保護方法，包括：依據多個發光二極體串其中之一的跨壓產生一回授電壓；依據該回授電壓與一參考電壓的比較結果產生一補償電壓，其中該補償電壓用以控制該些發光二極體串的電源供應；以及 依據該回授電壓與該補償電壓至少其中之一決定是否觸發一短路保護機制；當該短路保護機制被觸發時，偵測各該些發光二極體串之陰極端電壓是否大於一保護電壓；以及當該些發光二極體串之陰極端電壓大於該保護電壓時，禁止電流流經對應的發光二極體串。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之短路保護方法，其中依據該些發光二極體串其中之一的跨壓產生該回授電壓的步驟包括：偵測該些發光二極體串之陰極端電壓；以及選擇該些發光二極體串之陰極端電壓的最小值作為該回授電壓。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之短路保護方法，其中依據該回授電壓與該補償電壓至少其中之一決定是否觸發該短路保護機制的步驟包括：比較該回授電壓是否大於一第一電壓，並且比較該補償電壓是否小於一第二電壓；以及當該回授電壓大於該第一電壓且該補償電壓小於該第二電壓時，觸發該短路保護機制。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之短路保護方法，其中依據該回授電壓與該補償電壓至少其中之一決定是否觸發該短路保護機制的步驟包括：比較該回授電壓是否大於一第一電壓；以及當該回授電壓大於該第一電壓時，於一第一延遲時間 後觸發該短路保護機制。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之短路保護方法，其中依據該回授電壓與該補償電壓至少其中之一決定是否觸發該短路保護機制的步驟包括：比較該補償電壓是否小於一第二電壓；以及當該補償電壓小於該第二電壓時，於一第二延遲時間後觸發該短路保護機制。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之短路保護方法，其中依據該回授電壓與該補償電壓至少其中之一決定是否觸發該短路保護機制的步驟包括：判斷該回授電壓是否實質上等於該參考電壓；以及當該回授電壓實質上等於該參考電壓時，觸發該短路保護機制。
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