TWI547197B - 具有保護功能之控制器及發光二極體驅動電路 - Google Patents

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Description

具有保護功能之控制器及發光二極體驅動電路
本發明係關於一種控制器及發光二極體驅動電路，尤指一種具有電流限制功能之控制器及發光二極體驅動電路。
請參考第一圖，為一習知之發光二極體驅動電路。發光二極體驅動電路包含一驅動單元110、一發光二極體模組120、一N型金氧半電晶體130、一電流偵測電阻140及一誤差放大器160。驅動單元110耦接發光二極體模組120之一端以提供一驅動電壓VDR驅動發光二極體模組120發光。N型金氧半電晶體130耦接發光二極體模組120之另一端以根據一控制訊號控制流經發光二極體模組120之電流大小。電流偵測電阻140耦接N型金氧半電晶體130以偵測流經發光二極體模組120之電流大小，並產生一電流偵測訊號Ifb。誤差放大器160接收電流偵測訊號Ifb及一電流設定單元150所產生之一電流設定訊號，並據此輸出控制訊號至N型金氧半電晶體130，以控制流經N型金氧半電晶體130之電流大小。
然而，當發光二極體模組120之部分發光二極體因電路異常而短路，將使N型金氧半電晶體130的汲極電壓上升。如此，N型金氧半電晶體130耗損的功率上升使N型金氧半電晶體130的溫度上升。過高的操作溫度可能使N型金氧半電晶體130的安全工作區域(SOA，Safe Operating Area)縮減，將可能使半導體元件的可靠度下降，甚至造成毀損。
鑑於先前技術中的問題，本發明於電晶體之跨壓過高時，降低流經電晶體之電流大小，以避免開關元件過熱而毀損。
為達上述目的，本發明提供了一種具有保護功能之控制器，用以控制一電晶體，電晶體具有一控制端、一第一端以及一第二端，電晶體之第一端耦接一負載。控制器包含一判斷單元以及一電流控制單元。判斷單元耦接電晶體，於電晶體之第一端之電位或第一端及第二端之間的跨壓大於一預定值時產生一電流調降訊號。電流控制單元耦接電晶體之控制端用以控制電晶體所流經之電流於一預定電流值，並於接收電流調降訊號時調降電晶體所流經之電流。
本發明也提供了一種發光二極體驅動電路，包含一發光二極體模組、一驅動單元及一控制器。發光二極體模組具有複數個串聯之發光二極體。驅動單元耦接發光二極體模組之一端，以提供一驅動電壓驅動發光二極體模組。而控制器則耦接發光二極體模組之另一端，以控制流經發光二極體模組之一電流為一第一電流或一第二電流。其中，控制器於發光二極體模組之跨壓大於一第一預定值時，穩定流經發光二極體之電流於一第一電流值，於發光二極體模組之跨壓小於第一預定值時，穩定流經發光二極體之電流於一第二電流值，其中第二電流值小於第一電流值。
本發明更提供了一種發光二極體驅動電路，包含一發光二極體模組、一驅動單元以及一電晶體。發光二極體模組具有複數個串聯之發光二極體。驅動單元耦接發光二極體模組之一端，以提供一驅動電壓驅動發光二極體模組。電晶體具有一控制端、一第一端以及一第二端，且電晶體之第一端耦接發光二極體模組，而控制器係用以控制電晶體所流經之電流大小。其中，控制器於電晶體之跨壓小於一第一預定值時，穩定流經電晶體之電流於一第一電流值，於電晶體之跨壓大於第一預定值 時，調降流經電晶體之電流大小。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。
請參考第二圖，為本發明之一具有保護功能之控制器之電路示意圖。控制器包含一電晶體230、一電流控制單元以及一判斷單元290，其中電流控制單元包含一誤差放大器260以及一參考電壓產生單元280。電晶體230可以是內建於控制器或者是外接之元件，其具有一控制端、一第一端以及一第二端。其中，電晶體230之第一端耦接一負載220之一端，而一驅動單元210耦接負載220之另一端並提供之一驅動電壓VDR以驅動負載220。一電流偵測單元240耦接電晶體230之第二端以產生一電流偵測訊號Ifb。在本實施例中，電流偵測單元240為一電阻。誤差放大器260接收電流偵測訊號Ifb及參考電壓產生單元280所產生之一參考電壓Vref，並根據參考電壓Vref控制電晶體230所流經之電流大小，使電晶體230所流經之電流穩定於一預定電流值。判斷單元290包含一第一分壓單元292及一比較單元294，第一分壓單元292耦接電晶體230之第一端以產生一第一分壓訊號。比較單元294之一反向端接收一第一比較參考電壓Vr1，其一非反向端接收第一分壓訊號，並於第一分壓訊號之一準位高於第一比較參考電壓Vr1之一準位時產生一電流調降訊號EN。
參考電壓產生單元280包含一第二分壓單元282、一開關單元284及一電壓調整單元286。開關單元284之一端耦接第二分壓單元282，另一端耦接電壓調整單元286。其中，電壓調整單元286在本實施例中為一電阻。第二分壓單元282接收一基準電壓Vr並據此產生參考電壓Vref。當判斷單元290產 生電流調降訊號EN時，開關單元284將導通，以改變第二分壓單元282之分壓比，使參考電壓Vref之一準位下降。因此，當電晶體230之第一端之電位低於一預定電流調降值時，即第一分壓訊號之準位低於第一比較參考電壓Vr1之準位時，誤差放大器260將控制電晶體230，使電流偵測訊號Ifb的一準位等於參考電壓Vref之準位，此時流經電晶體230的電流穩定於一第一電流值。當電晶體230之第一端之電位高於預定電流調降值時，判斷單元290產生電流調降訊號EN以導通開關單元284使參考電壓Vref之準位下降，此時誤差放大器260將控制電晶體230，讓流經電晶體230的電流下降至一第二電流值，使電流偵測訊號Ifb的準位仍等於下降後的參考電壓Vref之準位。
由於誤差放大器260的控制，電流偵測訊號Ifb之準位與參考電壓Vref相等，即電流偵測訊號Ifb(即電晶體230的第二端)之準位為一穩定值。因此，本實施例利用判斷單元290耦接電晶體230之第一端以透過第一端之電位來判斷電晶體230之第一端及第二端之間的跨壓。實際上，本發明之判斷單元290也可以耦接電晶體230之第一端及第二端以直接根據電晶體230之第一端及第二端之間的跨壓來決定是否產生電流調降訊號EN，如此，就算本發明之控制器應用至任何電路，仍可正確判斷電晶體之跨壓及進行電流調降。
接著，請參考第三圖，為本發明之一第一較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。其中，發光二極體驅動電路包含一驅動單元310、一發光二極體模組320及一控制器，其中控制器包含一電晶體330、一誤差放大器360、一訊號疊加單元380以及一判斷單元390。在本實施例，電晶體330為內建於控制器，而實際應用時，電晶體可以是一外部元件。驅動單元310耦接發光二極體模組320之一端以提供穩定的一驅動電壓VDR用以驅動發光二極體模組320發 光。電晶體330具有一控制端、一第一端以及一第二端。其中，電晶體330之第一端耦接發光二極體320之另一端，而電晶體330之第二端耦接一電流偵測單元340，電流偵測單元340根據流經電晶體330之電流大小以產生一電流偵測訊號Ifb。判斷單元390包含一第一分壓單元392及比較單元394、396。 第一分壓單元392耦接電晶體330之第一端以據此產生一第一分壓訊號。比較單元394之一反向端接收一第一比較參考電壓Vr1，其一非反向端接收第一分壓訊號。比較單元396之一反向端接收一第二比較參考電壓Vr2，其一非反向端接收第一分壓訊號，其中第二比較參考電壓Vr2之一準位高於第一比較參考電壓Vr1之一準位。當發光二極體模組320因任何異常(例如，部分發光二極體毀損而短路)造成發光二極體模組320上的跨壓降低，致使電晶體330上之跨壓上升。比較單元394將於第一分壓訊號之一準位高於第一比較參考電壓Vr1之準位時產生一電流調降訊號EN；而比較單元396經進一步於第一分壓訊號之準位高於第二比較參考電壓Vr2之準位時產生一保護訊號PROT。
訊號疊加單元380根據電流調降訊號EN以決定是否將電流偵測訊號Ifb之一準位提高一預定值。訊號疊加單元380包含一第二分壓單元382、一開關單元384及一訊號疊加器386。 開關單元384之一端耦接第二分壓單元382，另一端耦接訊號疊加器386。第二分壓單元382接收一參考電壓Vref以產生一第二分壓訊號。開關單元384根據電流調降訊號EN以判斷是否將第二分壓單元382所產生的第二分壓訊號傳遞至訊號疊加器386，若是則電流偵測訊號Ifb之準位將根據第二分壓訊號被提高。誤差放大器360接收電流偵測訊號Ifb及參考電壓Vref，並根據參考電壓Vref控制電晶體330所流經之電流大小。當電流調降訊號EN產生時，訊號疊加單元380提高電流偵測訊號Ifb之準位，因此誤差放大器360將控制電晶體330 之電流由一第一電流值下降至一第二電流值，使提高準位之電流偵測訊號Ifb之準位仍等於參考電壓Vref之準位。
值的注意的是，本實施例相較於第二圖所示實施例額外還增加了比較單元396。當電晶體330的第一端電壓若仍不正常地上升而可能會超過電晶體330的耐壓極限時，比較單元396將產生保護訊號PROT。此時，驅動單元310可根據保護訊號PROT停止驅動發光二極體模組320，以避免毀損電晶體330。
再來請參考第四圖，為本發明之一第二較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。其中，發光二極體驅動電路包含一驅動單元410、一發光二極體模組420、一電晶體430及一控制器，其中控制器包含一選擇開關484、一誤差放大器460以及一判斷單元490。驅動單元410耦接發光二極體模組420之一端以提供一驅動電壓VDR用以驅動發光二極體模組420發光。電晶體430具有一控制端、一第一端以及一第二端。電晶體430之第一端耦接發光二極體420之另一端，電晶體430之第二端透過選擇開關484耦接一電流偵測單元以產生一電流偵測訊號Ifb，其中電流偵測單元包含一第一電流偵測電阻440或一第二電流偵測電阻442。選擇開關484根據一電流調降訊號EN耦接電晶體430及第一電流偵測電阻440或電晶體430及第二電流偵測電阻442。判斷單元490包含一第一分壓單元492及比較單元494、496。第一分壓單元492耦接電晶體430之第一端之電位以據此產生一第一分壓訊號。比較單元494之一反向端接收一第一比較參考電壓Vr1，其一非反向端接收第一分壓訊號，並於第一分壓訊號之一準位高於第一比較參考電壓Vr1之一準位時產生電流調降訊號EN。比較單元496之一反向端接收一第二比較參考電壓Vr2，其一非反向端接收第一分壓訊號，並於第一分壓訊號之準位高於第二比較參考電壓Vr2之一準位時產生一保護訊號PROT，其中第二比較參考電壓Vr2之準位高於第一比較參考電壓Vr1 之準位。
誤差放大器460之一反向端接收電流偵測訊號Ifb，其一非反向端接收一參考電壓Vref並於誤差放大器460之一控制端輸出一控制訊號至電晶體430，使得電流偵測訊號Ifb的一準位等於參考電壓Vref之一準位。在本實施例中，電流調降訊號EN為一低準位時(即第一分壓訊號之準位低於第一比較參考電壓Vr1之準位)，選擇開關484耦接電晶體430及第一電流偵測電阻440，此時誤差放大器460控制流經電晶體430之電流於一第一電流值。當電流調降訊號EN為一高準位時(即第一分壓訊號之準位高於第一比較參考電壓Vr1之準位)，選擇開關484耦接電晶體430及第二電流偵測電阻442，其中第二電流偵測電阻442之阻值高於第一電流偵測電阻440之阻值。因此，此時誤差放大器460控制流經電晶體430之電流於一第二電流值，而第二電流值低於第一電流值。
當電晶體430的第一端之電壓仍不正常地上升而觸發比較單元496產生保護訊號PROT時，驅動單元410將根據保護訊號PROT停止驅動發光二極體模組420，以避免超過電晶體430的耐壓而毀損電晶體430。
請參考第五圖，為本發明之一第三較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。其中，發光二極體驅動電路包含一驅動單元510、一發光二極體模組520及一控制器，其中，控制器包含一電晶體530、一誤差放大器560、一分流單元580以及一判斷單元590。驅動單元510耦接發光二極體模組520之一端以提供一驅動電壓VDR用以驅動發光二極體模組520發光。電晶體530具有一控制端、一第一端以及一第二端，第一端耦接發光二極體模組520之另一端，第二端耦接一電流偵測單元540。電流偵測單元540為一電阻根據流經發光二極體模組520之電流大小產生一電流偵測訊號Ifb。誤差放大器560根據電流偵測訊號Ifb及一參考電壓 Vref，以控制電晶體530，使流經發光二極體模組520(也同時流經電晶體530)之電流穩定於一第一電流值。
判斷單元590包含一第一分壓單元592及一比較單元594、596，第一分壓單元592耦接電晶體530之第一端以產生一分壓訊號。比較單元594之一反向端接收一第一比較參考電壓Vr1，其一非反向端接收分壓訊號，並於分壓訊號之一準位高於第一比較參考電壓Vr1之一準位時產生一電流調降訊號EN。比較單元596之一反向端接收一第二比較參考電壓Vr2，其一非反向端接收分壓訊號，並於分壓訊號之準位高於第二比較參考電壓Vr2之一準位時產生一保護訊號PROT，其中第二比較參考電壓Vr2之準位高於第一比較參考電壓Vr1之準位。
分流單元580耦接於電晶體530之第一端及第二端，並根據電流調降訊號EN，以選擇是否分流電晶體530之電流。在本實施例中，分流單元580包含串聯之一分流電阻582及一開關單元584。當判斷單元590產生電流調降訊號EN時，將使開關單元584導通，使流經發光二極體模組520之部分電流流經分流單元580，因此可降低流經電晶體530之電流大小。當電晶體530的第一端之電壓仍不正常地上升而觸發比較單元596產生保護訊號PROT時，驅動單元510將根據保護訊號PROT停止驅動發光二極體模組520，以避免超過電晶體530的耐壓而毀損電晶體530。
接著，請參考第六圖，為本發明之一第四較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。其中，發光二極體驅動電路包含一驅動單元610、一發光二極體模組620及一控制器，其中，控制器包含一電晶體630、一電流偵測單元640、一誤差放大器660以及一分流單元680。驅動單元610耦接發光二極體模組620之一端用以提供一驅動電壓VDR驅動發光二極體模組620發光。電晶體630具有一控制端、一第一端以及一第二端。其中，電晶體630之第一端耦接發光二極 體620之另一端，電晶體630之第二端耦接電流偵測單元640。 電流偵測單元640為一電阻，根據流經發光二極體模組620之電流大小產生一電流偵測訊號Ifb。誤差放大器660根據電流偵測訊號Ifb及一參考電壓Vref，以控制電晶體630，使流經發光二極體模組620之電流穩定於一第一電流值。
分流單元680與電晶體630並聯，且包含串聯之一分流電阻682及一齊納二極體686。當電晶體630之跨壓高於一預定值時，即高於齊納二極體686之逆向崩潰電壓時，分流單元680將透過分流電阻682及齊納二極體686分流電晶體630之電流。
如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
先前技術：
110‧‧‧驅動單元
120‧‧‧發光二極體模組
130‧‧‧N型金氧半電晶體
140‧‧‧電流偵測電阻
150‧‧‧電流設定單元
160‧‧‧誤差放大器
VDR‧‧‧驅動電壓
Ifb‧‧‧電流偵測訊號
本發明：
230、330、430、530、630‧‧‧電晶體
240、340、540、640‧‧‧電流偵測單元
440‧‧‧第一電流偵測電阻
442‧‧‧第二電流偵測電阻
260、360、460、560、660‧‧‧誤差放大器
280‧‧‧參考電壓產生單元
580、680‧‧‧分流單元
380‧‧‧訊號疊加單元
290、390、490、590‧‧‧判斷單元
220‧‧‧負載
320、420、520、620‧‧‧發光二極體模組
210、310、410、510、610‧‧‧驅動單元
VDR‧‧‧驅動電壓
Ifb‧‧‧電流偵測訊號
292、392、492、592‧‧‧第一分壓單元
294、394、396、494、496、594、596‧‧‧比較單元
Vr1‧‧‧第一比較參考電壓
Vr2‧‧‧第二比較參考電壓
EN‧‧‧電流調降訊號
PROT‧‧‧保護訊號
282、382‧‧‧第二分壓單元
582、682‧‧‧分流電阻
284、384、584‧‧‧開關單元
484‧‧‧選擇開關
286‧‧‧電壓調整單元
386‧‧‧訊號疊加器
686‧‧‧齊納二極體
Vr‧‧‧基準電壓
Vref‧‧‧參考電壓
第一圖為一習知之發光二極體驅動電路。
第二圖為本發明之一具有保護功能之控制器之電路示意圖。
第三圖為本發明之一第一較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第四圖為本發明之一第二較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第五圖為本發明之一第三較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
第六圖為本發明之一第四較佳實施例之具有保護功能之發光二極體驅動電路之電路示意圖。
210‧‧‧驅動單元
220‧‧‧負載
230‧‧‧電晶體
240‧‧‧電流偵測單元
260‧‧‧誤差放大器
280‧‧‧參考電壓產生單元
282‧‧‧第二分壓單元
284‧‧‧開關單元
286‧‧‧電壓調整單元
290‧‧‧判斷單元
292‧‧‧第一分壓單元
294‧‧‧比較單元
VDR‧‧‧驅動電壓
Ifb‧‧‧電流偵測訊號
Vr1‧‧‧第一比較參考電壓
EN‧‧‧電流調降訊號
Vr‧‧‧基準電壓
Vref‧‧‧參考電壓

Claims (6)

  1. 一種具有保護功能之控制器，用以控制一電晶體，該電晶體，具有一控制端、一第一端以及一第二端，該電晶體之該第一端耦接一負載，包含：一判斷單元，耦接該電晶體，於該電晶體之該第一端之電位或該第一端與該第二端之間的跨壓大於一第一預定值時產生一電流調降訊號；一電流偵測單元，耦接該電晶體之該第二端，根據流經該電流偵測單元之電流大小產生一電流偵測訊號；以及一電流控制單元，耦接該電晶體之該控制端用以控制該電晶體所流經之電流於一預定電流值，並於接收該電流調降訊號時調降該電晶體所流經之電流，其中該電流控制單元更接收並根據該電流偵測訊號控制該電晶體所流經之電流大小，該電流偵測單元包含一第一電流偵測電阻及一第二電流偵測電阻，該電流控制單元包含一選擇開關耦接於該電晶體之該第二端，該選擇開關根據該電流調降訊號耦接該第一電流偵測電阻或該第二電流偵測電阻。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護功能之控制器，其中該判斷單元包含一第一分壓單元及一比較單元，該第一分壓單元耦接該第一端，該比較單元耦接該第一分壓單元以根據該電晶體之該第一端之電位及一第一比較參考電壓以產生該電流調降訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護功能之控制器，其中該判斷單元更於該電晶體之該第一端之電位或該第一端及該第二端之間的跨壓大於一第二預定值時產生一保護訊號，該第二預定值大於該第一預定值。
  4. 一種具有保護功能之控制器，用以控制一電晶體，該電晶體，具有一控制端、一第一端以及一第二端，該電晶體之該第一端耦接一負載，包含：一判斷單元，耦接該電晶體，於該電晶體之該第一端之電位或該第一端與該第二端之間的跨壓大於一第一預定值時產生一電流調降訊號；以及一電流控制單元，耦接該電晶體之該控制端用以控制該電晶體所流經之電流於一預定電流值，並於接收該電流調降訊號時調降該電晶體所流經之電流，其中該電流控制單元包含一參考電壓產生單元，用以產生一參考電壓，該電流控制單元根據該參考電壓之一準位調整該電晶體所流經之電流大小，該參考電壓產生單元於接收該電流調降訊號時調降該參考電壓之該準位，該參考電壓產生單元包含一第二分壓單元、一開關單元及一電壓調整單元，該第二分壓單元接收一基準電壓以產生該參考電壓，該開關單元之一端耦接該第二分壓單元而另一端根據該電流調降訊號耦接或去耦該電壓調整單元以調整該參考電壓之該準位。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具有保護功能之控制器，其中該判斷單元更於該電晶體之該第一端之電位或該第一端及該第二端之間的跨壓大於一第二預定值時產生一保護訊號，該第二預定值大於該第一預定值。
  6. 一種具有保護功能之控制器，用以控制一電晶體，該電晶體，具有一控制端、一第一端以及一第二端，該電晶體之該第一端耦接一負載，包含：一判斷單元，耦接該電晶體，於該電晶體之該第一端之電位或該第一端與該第二端之間的跨壓大於一第一預定值時產生一電流調降訊號； 一電流偵測單元，耦接該電晶體之該第二端，根據流經該電流偵測單元之電流大小產生一電流偵測訊號；以及一電流控制單元，耦接該電晶體之該控制端用以控制該電晶體所流經之電流於一預定電流值，並於接收該電流調降訊號時調降該電晶體所流經之電流，其中該電流控制單元更接收並根據該電流偵測訊號控制該電晶體所流經之電流大小，該電流控制單元包含一訊號疊加單元，該訊號疊加單元耦接該電流偵測單元並根據該電流調降訊號決定是否將該電流偵測訊號之一準位提高一預定值。
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