TWI681690B - 漣波抑制器 - Google Patents

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鄭瑞志
李俊欣
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Abstract

漣波抑制器包含一定電流產生電路和一穩壓電路。該定電流產生電路耦接於一發光二極體串，用以產生一偵測電壓，以及產生一定電流給該發光二極體串；該穩壓電路耦接於該發光二極體串和該定電流產生電路，用以根據該偵測電壓和一補償值使該定電流產生電路產生該定電流，或根據該偵測電壓使該定電流產生電路產生該定電流，其中該補償值會隨該穩壓電路所產生的一平均電壓改變，且該平均電壓和該發光二極體串的一端的電壓有關。

Description

漣波抑制器
本發明是有關於一種漣波抑制器，尤指一種可在驅動發光二極體串的功率校正電壓轉換器的高調光工作週期時，節省電能損耗，以及在功率校正電壓轉換器的低調光工作週期時，防止發光二極體串產生閃爍的漣波抑制器。
因為高發光效率以及低電能損耗，發光二極體(light emitting diode，LED)已經被廣泛地應用來做為照明光源。在現有技術中，用以驅動發光二極體的驅動電路僅僅使用單一一級的功率校正(power factor correction，PFC)電壓轉換器，來驅動該發光二極體，但該功率校正電壓轉換器的特性是該功率校正電壓轉換器所產生用以驅動該發光二極體的驅動電壓同時具有產生很大的漣波(ripple)。該漣波有可能會使在低光工作週期時耦接於該發光二極體的功率電晶體處於三極管區(triode region)，所以此時該功率電晶體無法提供穩定的驅動電流，導致該發光二極體出現閃爍。因此，如何設計出一個漣波抑制器成為一項重要的課題。
本發明的一實施例提供一種漣波抑制器(ripple suppressor)。該漣波抑制器包含一定電流產生電路和一穩壓電路。該定電流產生電路耦接於一發光二 極體串，用以產生一偵測電壓，以及產生一定電流給該發光二極體串；該穩壓電路耦接於該發光二極體串和該定電流產生電路，用以根據該偵測電壓和一補償值使該定電流產生電路產生該定電流，或根據該偵測電壓使該定電流產生電路產生該定電流，其中該補償值會隨該穩壓電路所產生的一平均電壓改變，且該平均電壓和該發光二極體串的一端的電壓有關。
本發明提供一種漣波抑制器。該漣波抑制器可利用一穩壓電路根據和耦接該漣波抑制器的發光二極體串的一端的電壓有關的平均電壓決定是否產生一補償值，以及利用該穩壓電路根據一定電流產生電路所產生的偵測電壓和該補償值使該定電流產生電路產生一定電流，或根據該偵測電壓使該定電流產生電路產生該定電流。因此，相較於現有技術，因為在驅動該發光二極體串的功率校正電壓轉換器的高調光工作週期時，該穩壓電路不產生該補償值，以及在該功率校正電壓轉換器的低調光工作週期時，該穩壓電路產生該補償值，所以本發明所提供的漣波抑制器不僅可在該功率校正電壓轉換器的高調光工作週期時，節省電能損耗，也可在該功率校正電壓轉換器的低調光工作週期時，防止該發光二極體串產生閃爍。
100、300‧‧‧漣波抑制器
102‧‧‧定電流產生電路
104、304‧‧‧穩壓電路
1022‧‧‧功率電晶體
1024‧‧‧電流偵測電阻
1026‧‧‧運算放大器
1042‧‧‧低通濾波器
1044‧‧‧補償值產生電路
1046‧‧‧乘法器
10422‧‧‧增益放大器
10424‧‧‧電容
200‧‧‧發光二極體串
210‧‧‧功率校正電壓轉換器
3042‧‧‧除法器
FSV‧‧‧第一設定電壓
GND‧‧‧地端
IF‧‧‧定電流
IM‧‧‧電流
LVDS、L1-L5‧‧‧曲線
SSV‧‧‧第二設定電壓
VC‧‧‧補償電壓
VD‧‧‧偵測電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VDR‧‧‧驅動電壓
VMD‧‧‧電壓
VA‧‧‧平均電壓
VDS‧‧‧汲源極電壓
VGS1-VGS5‧‧‧閘源極電壓
VP‧‧‧相對應值
第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種漣波抑制器的示意圖。
第2圖是說明功率電晶體的汲源極電壓和定電流的關係示意圖。
第3圖是本發明的第二實施例所公開的一種漣波抑制器的示意圖。
請參照第1圖，第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種漣波抑制器(ripple suppressor)100的示意圖，其中漣波抑制器100包含一定電流產生電路102和一穩壓電路104，定電流產生電路102耦接於一發光二極體串200，穩壓電路104耦接於發光二極體串200和定電流產生電路102，以及發光二極體串200包含至少一發光二極體。如第1圖所示，定電流產生電路102包含一功率電晶體1022、一電流偵測電阻1024和一運算放大器1026。如第1圖所示，功率電晶體1022具有一汲極、一源極以及一閘極，其中功率電晶體1022的汲極耦接於發光二極體串200；電流偵測電阻1024耦接於功率電晶體1022的源極與一地端GND之間，其中當功率電晶體1022操作在一飽和區(saturation region)時，功率電晶體1022可產生一定電流IF給發光二極體串200，定電流IF和電流偵測電阻1024是用以決定一偵測電壓VD。如第1圖所示，運算放大器1026的輸出端耦接於功率電晶體1022的閘極，該輸出端的輸出電壓VOUT是用以使功率電晶體1022的閘源極電壓大於功率電晶體1022的臨界電壓VTN。
如第1圖所示，穩壓電路104包含一低通濾波器1042、一補償值產生電路1044和一乘法器1046，其中低通濾波器1042包含一增益放大器10422和一電容10424，低通濾波器1042耦接於發光二極體串200，補償值產生電路1044耦接於定電流產生電路102和低通濾波器1042，以及乘法器1046耦接於補償值產生電路1044、定電流產生電路102和低通濾波器1042。如第1圖所示，增益放大器10422具有一正輸入端、一負輸入端以及一輸出端，其中增益放大器10422的正輸入端耦接於發光二極體串200，增益放大器10422的負輸入端耦接於運算放大器1026的負輸入端和乘法器1046，以及增益放大器10422的輸出端耦接於運算放大器1026的正輸入端；電容10424具有一第一端以及一第二端，其中電容10424的第一端耦接於增益放大器10422的輸出端，以及電容10424的第二端耦接於地端 GND。
如第1圖所示，發光二極體串200是由一功率校正電壓轉換器210所產生的驅動電壓VDR驅動，但因為功率校正電壓轉換器210的特性，所以驅動電壓VDR具有很大的漣波，導致發光二極體串200的一端的電壓VMD(功率電晶體1022的汲極電壓)也具有很大的漣波。然而因為低通濾波器1042耦接於發光二極體串200，所以低通濾波器1042可用以濾除電壓VMD的漣波，以及根據電壓VMD，產生一平均電壓VA，其中平均電壓VA和電壓VMD有關。如第1圖所示，補償值產生電路1044可根據平均電壓VA決定是否產生一補償值，也就是說當平均電壓VA大於一預定值(對應功率校正電壓轉換器210的高調光工作週期)時，補償值產生電路1044不會產生該補償值。也就是說如第2圖所示，當功率電晶體1022的汲源極電壓VDS大於一相對應值VP時，補償值產生電路1044不會產生該補償值，其中第2圖的縱軸代表流經功率電晶體1022的電流IM，第2圖的橫軸代表電壓，曲線LVDS代表功率電晶體1022的汲源極電壓VDS，以及曲線L1-L5分別對應功率電晶體1022的閘源極電壓VGS1-VGS5，其中閘源極電壓VGS5大於閘源極電壓VGS4，閘源極電壓VGS4大於閘源極電壓VGS3，閘源極電壓VGS3大於閘源極電壓VGS2，閘源極電壓VGS2大於閘源極電壓VGS1，閘源極電壓VGS1大於功率電晶體1022的臨界電壓VTN，以及相對應值VP是對應功率電晶體1022。另外，曲線L1-L5在曲線LVDS右側是分別對應不同的定電流IF。
另外，因為平均電壓VA和電壓VMD(功率電晶體1022的汲極電壓)有關，所以當平均電壓VA大於該預定值時，功率電晶體1022的汲源極電壓VDS的相對應值VP可參照第2圖。因此，如第1圖所示，當補償值產生電路1044不產生該補償值時，補償值產生電路1044可讓偵測電壓VD通過，此時乘法器1046根據 偵測電壓VD，產生一第一設定電壓FSV，其中第一設定電壓FSV大於偵測電壓VD。另外，當平均電壓VA小於該預定值(對應功率校正電壓轉換器210的低調光工作週期)時，補償值產生電路1044會產生該補償值。也就是說如第2圖所示，當功率電晶體1022的汲源極電壓VDS小於相對應值VP時，補償值產生電路1044會產生該補償值。因此，如第1圖所示，當補償值產生電路1044產生該補償值時，補償值產生電路1044可根據偵測電壓VD和該補償值，產生一補償電壓VC，此時乘法器1046是根據補償電壓VC，產生第一設定電壓FSV，其中第一設定電壓FSV大於補償電壓VC。
如第1圖所示，在第一設定電壓FSV產生後，耦接於乘法器1046的運算放大器1026可使平均電壓VA等於第一設定電壓FSV，導致電壓VMD被提高(也就是功率電晶體1022的汲源極電壓VDS被提高)。因此，如第2圖所示，因為功率電晶體1022的汲源極電壓VDS被提高，所以功率電晶體1022的汲源極電壓VDS大於功率電晶體1022的閘源極電壓與功率電晶體1022的臨界電壓的差，也就是說功率電晶體1022的汲源極電壓VDS必須大於該閘源極電壓與該臨界電壓的差以及該閘源極電壓必須大於該臨界電壓以確保功率電晶體1022操作在該飽和區，其中當功率電晶體1022操作在該飽和區時，功率電晶體1022可產生定電流IF以使發光二極體串200不產生閃爍。
請參照第3圖，第3圖是本發明的第二實施例所公開的一種漣波抑制器300的示意圖，其中漣波抑制器300包含定電流產生電路102和一穩壓電路304。如第3圖所示，漣波抑制器300和漣波抑制器100的差別在於穩壓電路304包含一除法器3042而沒有乘法器1046，補償值產生電路1044耦接於定電流產生電路102和低通濾波器1042，以及除法器3042耦接於增益放大器10422的負輸入端 和輸出端和運算放大器1026的正輸入端。如第3圖所示，除法器3042是用以根據平均電壓VA，產生一第二設定電壓SSV。另外，如第3圖所示，補償值產生電路1044可根據平均電壓VA決定是否產生該補償值，也就是說當平均電壓VA大於該預定值時，補償值產生電路1044不會產生該補償值。因此，如第3圖所示，當補償值產生電路1044不產生該補償值時，補償值產生電路1044可讓偵測電壓VD通過至運算放大器1026。如第3圖所示，當補償值產生電路1044讓偵測電壓VD通過至運算放大器1026時，運算放大器1026可使第二設定電壓SSV等於偵測電壓VD以提高平均電壓VA，導致電壓VMD被提高(也就是功率電晶體1022的汲源極電壓VDS被提高)。因此，如第2圖所示，因為功率電晶體1022的汲源極電壓VDS被提高，所以功率電晶體1022的汲源極電壓VDS大於功率電晶體1022的閘源極電壓與功率電晶體1022的臨界電壓的差，也就是說功率電晶體1022的汲源極電壓VDS必須大於該閘源極電壓與該臨界電壓的差以及該閘源極電壓必須大於該臨界電壓以確保功率電晶體1022操作在該飽和區，其中當功率電晶體1022操作在該飽和區時，功率電晶體1022可產生定電流IF。
另外，當平均電壓VA小於該預定值時，補償值產生電路1044會產生該補償值。因此，如第3圖所示，當補償值產生電路1044產生該補償值時，補償值產生電路1044可根據偵測電壓VD和該補償值，產生補償電壓VC至運算放大器1026。因此，如第3圖所示，當補償值產生電路1044不產生該補償值時，補償值產生電路1044可讓偵測電壓VD通過至運算放大器1026。如第3圖所示，當補償值產生電路1044產生補償電壓VC至運算放大器1026時，運算放大器1026可使第二設定電壓SSV等於補償電壓VC以提高平均電壓VA，導致電壓VMD被提高(也就是功率電晶體1022的汲源極電壓VDS被提高)。因此，如第2圖所示，因為功率電晶體1022的汲源極電壓VDS被提高，所以功率電晶體1022的汲源極電壓VDS 大於功率電晶體1022的閘源極電壓與功率電晶體1022的臨界電壓的差，也就是說功率電晶體1022的汲源極電壓VDS必須大於該閘源極電壓與該臨界電壓的差以及該閘源極電壓必須大於該臨界電壓以確保功率電晶體1022操作在該飽和區。
另外，漣波抑制器300內的定電流產生電路102和低通濾波器1042的操作原理可參照漣波抑制器100內的定電流產生電路102和低通濾波器1042的操作原理，在此不再贅述。
綜上所述，本發明所提供的漣波抑制器可利用該穩壓電路根據和該發光二極體串的一端的電壓有關的平均電壓決定是否產生該補償值，以及利用該穩壓電路根據該定電流產生電路所產生的偵測電壓和該補償值使該定電流產生電路產生該定電流，或根據該偵測電壓使該定電流產生電路產生該定電流。因此，相較於現有技術，因為在該功率校正電壓轉換器的高調光工作週期時，該穩壓電路不產生該補償值，以及在該功率校正電壓轉換器的低調光工作週期時，該穩壓電路產生該補償值，所以本發明所提供的漣波抑制器可在該功率校正電壓轉換器的高調光工作週期時，節省電能損耗，以及在該功率校正電壓轉換器的低調光工作週期時，防止該發光二極體串產生閃爍。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧漣波抑制器
102‧‧‧定電流產生電路
104‧‧‧穩壓電路
1022‧‧‧功率電晶體
1024‧‧‧電流偵測電阻
1026‧‧‧運算放大器
1042‧‧‧低通濾波器
1044‧‧‧補償值產生電路
1046‧‧‧乘法器
10422‧‧‧增益放大器
10424‧‧‧電容
200‧‧‧發光二極體串
210‧‧‧功率校正電壓轉換器
FSV‧‧‧第一設定電壓
GND‧‧‧地端
IF‧‧‧定電流
VC‧‧‧補償電壓
VD‧‧‧偵測電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VDR‧‧‧驅動電壓
VMD‧‧‧電壓
VA‧‧‧平均電壓

Claims (11)

  1. 一種漣波抑制器(ripple suppressor)，包含：一定電流產生電路，耦接於一發光二極體串，用以產生一偵測電壓，以及產生一定電流給該發光二極體串；及一穩壓電路，耦接於該發光二極體串和該定電流產生電路，用以根據該偵測電壓和一補償值使該定電流產生電路產生該定電流，或根據該偵測電壓使該定電流產生電路產生該定電流，其中該補償值會隨該穩壓電路所產生的一平均電壓改變，且該平均電壓和該發光二極體串的一端的電壓有關，其中該穩壓電路包含：一低通濾波器，耦接於該發光二極體串，用以濾除該發光二極體串的該端的電壓的漣波，以及根據該發光二極體串的該端的電壓，產生該平均電壓；一補償值產生電路，耦接於該定電流產生電路和該低通濾波器，用以根據該平均電壓決定是否產生該補償值，其中當該補償值產生電路產生該補償值時，該補償值產生電路另根據該偵測電壓和該補償值，產生一補償電壓，以及當該補償值產生電路未產生該補償值時，該補償值產生電路讓該偵測電壓通過；及一乘法器，耦接於該補償值產生電路、該定電流產生電路和該低通濾波器，用以根據該補償電壓或該偵測電壓，產生一第一設定電壓，其中該定電流產生電路所包含的一運算放大器使該平均電壓等於該第一設定電壓以提高該發光二極體串的該端的電壓。
  2. 如請求項1所述的漣波抑制器，其中該定電流產生電路包含：一功率電晶體，具有一汲極、一源極以及一閘極，其中該汲極耦接於該發 光二極體串的該端；一電流偵測電阻，耦接於該源極與一地端之間，其中該定電流和該電流偵測電阻是用以決定該偵測電壓，且該定電流和該發光二極體串的該端的電壓有關；一運算放大器，其中該運算放大器的輸出端耦接於該閘極，該輸出端的輸出電壓是用以使該功率電晶體的閘源極電壓大於該功率電晶體的臨界電壓以及使該功率電晶體產生該定電流，且該發光二極體串耦接該汲極的該端的電壓大於該閘源極電壓與該臨界電壓的差。
  3. 如請求項1所述的漣波抑制器，其中該發光二極體串的該端的電壓是用以使該定電流產生電路所包含的一功率電晶體運作於一飽和區(saturation region)。
  4. 如請求項1所述的漣波抑制器，其中該低通濾波器包含：一增益放大器，具有一正輸入端、一負輸入端以及一輸出端，其中該增益放大器的正輸入端耦接於該發光二極體串的該端，該增益放大器的負輸入端耦接於該運算放大器的負輸入端和該乘法器，以及該增益放大器的輸出端耦接於該運算放大器的正輸入端；及一電容，具有一第一端以及一第二端，其中該電容的第一端耦接於該增益放大器的輸出端，以及該電容的第二端耦接於一地端。
  5. 如請求項1所述的漣波抑制器，其中當該平均電壓小於一預定值時，該補償值產生電路產生該補償值。
  6. 如請求項1所述的漣波抑制器，其中該發光二極體串包含至少一發光二極體。
  7. 一種漣波抑制器(ripple suppressor)，包含：一定電流產生電路，耦接於一發光二極體串，用以產生一偵測電壓，以及產生一定電流給該發光二極體串；及一穩壓電路，耦接於該發光二極體串和該定電流產生電路，用以根據該偵測電壓和一補償值使該定電流產生電路產生該定電流，或根據該偵測電壓使該定電流產生電路產生該定電流，其中該補償值會隨該穩壓電路所產生的一平均電壓改變，且該平均電壓和該發光二極體串的一端的電壓有關，其中該穩壓電路包含：一低通濾波器，耦接於該發光二極體串，用以濾除該發光二極體串的該端的電壓的漣波，以及根據該發光二極體串的該端的電壓，產生該平均電壓；一補償值產生電路，耦接於該定電流產生電路和該低通濾波器，用以根據該平均電壓決定是否產生該補償值，其中當該補償值產生電路產生該補償值時，該補償值產生電路另根據該偵測電壓和該補償值，產生一補償電壓至該定電流產生電路，以及當該補償值產生電路未產生該補償值時，該補償值產生電路讓該偵測電壓通過至該定電流產生電路；及一除法器，耦接於該低通濾波器和該定電流產生電路之間，用以根據該平均電壓，產生一第二設定電壓，其中該定電流產生電路所包含的一運算放大器會使該第二設定電壓等於該補償電壓以提高該發光二極體串的該端的電壓，或使該第二設定電壓等於該偵測電 壓以提高該發光二極體串的該端的電壓。
  8. 如請求項7所述的漣波抑制器，其中當該平均電壓小於一預定值時，該補償值產生電路產生該補償值。
  9. 如請求項7所述的漣波抑制器，其中該發光二極體串包含至少一發光二極體。
  10. 如請求項7所述的漣波抑制器，其中該發光二極體串的該端的電壓是用以使該定電流產生電路所包含的一功率電晶體運作於一飽和區(saturation region)。
  11. 如請求項7所述的漣波抑制器，其中該低通濾波器包含：一增益放大器，具有一正輸入端、一負輸入端以及一輸出端，其中該增益放大器的正輸入端耦接於該發光二極體串的該端，該增益放大器的負輸入端耦接於該除法器，以及該增益放大器的輸出端耦接於該除法器；及一電容，具有一第一端以及一第二端，其中該電容的第一端耦接於該增益放大器的輸出端，以及該電容的第二端耦接於一地端。
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