TWI704837B

TWI704837B - 驅動裝置

Info

Publication number: TWI704837B
Application number: TW108124871A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-09-11
Also published as: TW202106107A

Abstract

一種驅動裝置，用於驅動一發光元件，並包括：一橋式整流器、一第一電容器、一變壓器、一功率切換器、一輸出級電路，以及一控制器。橋式整流器係根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位。變壓器包括一主線圈、一副線圈，以及一輔助線圈，其中主線圈係用於接收整流電位，而副線圈係用於產生一變壓電位。主線圈係經由功率切換器耦接至一接地電位。功率切換器係根據來自控制器之一時脈電位來進行切換操作。輸出級電路包括一高通濾波器，並根據變壓電位來產生一輸出電位，其中發光元件係根據輸出電位來決定是否要產生一光線。

Description

驅動裝置

本發明係關於一種驅動裝置，特別係關於一種可用驅動一發光元件之驅動裝置。

在發光元件之照明應用中，最常見的問題是頻閃(Flicker)，其係指光線之亮度會隨著時間會發生週期性變化。一般而言，當光線之切換頻率在60Hz以下時，人眼可很輕易覺察到光源的閃爍，而當光線之切換頻率在60Hz以上時，雖然人眼無法輕易察覺，但其仍易導致眼睛疲勞與不適。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之缺陷。

在較佳實施例中，本發明提出一種驅動裝置，用於驅動一發光元件，並包括：一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位；一第一電容器，儲存該整流電位；一變壓器，包括一主線圈、一副線圈，以及一輔助線圈，其中該主線圈係用於接收該整流電位，而該副線圈係用於產生一變壓電位；一功率切換器，其中該主線圈係經由該功率切換器耦接至一接地電位，而該功率切換器係根據一時脈電位來進行切換操作；一輸出級電路，包括一高通濾波器，並根據該變壓電位來產生一輸出電位，其中該發光元件係根據該輸出電位來決定是否要產生一光線；以及一控制器，產生該時脈電位。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之驅動裝置100之示意圖。驅動裝置100係用於驅動一發光元件190。例如，驅動裝置100可應用於桌上型電腦、筆記型電腦，或一體成形電腦。如第1圖所示，驅動裝置100包括：一橋式整流器(Bridge Rectifier)110、一第一電容器C1、一變壓器130、一功率切換器140、一輸出級電路150，以及一控制器160，其中輸出級電路150包括一高通濾波器120。必須注意的是，雖然未顯示於第1圖中，但驅動裝置100更可包括其他元件，例如：一穩壓器或(且)一負回授電路。

橋式整流器110係根據一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2來產生一整流電位VR。第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2皆可來自一外部電源，其中第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2之間可形成具有任意頻率和任意振幅之一交流電壓。例如，交流電壓之頻率可約為50Hz或60Hz，而交流電壓之方均根值可約為110V或220V，但亦不僅限於此。第一電容器C1可用於儲存整流電位VR。變壓器130包括一主線圈(Main Coil)131、一副線圈(Secondary Coil)132，以及一輔助線圈(Auxiliary Coil)133，其中主線圈131和輔助線圈133皆可位於變壓器130之同一側，而副線圈132則可位於變壓器130之相對另一側。主線圈131係用於接收整流電位VR，而作為對整流電位VR之回應，副線圈132可用於產生一變壓電位VS。輔助線圈133係耦接至控制器160。另外，主線圈131係經由功率切換器140耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。功率切換器140係根據一時脈電位VA來進行切換操作，其可交替地導通或斷開。輸出級電路150係根據變壓電位VS來產生一輸出電位VOUT，其中高通濾波器120可用於濾除輸出電位VOUT中之低頻成份。發光元件190係根據輸出電位VOUT來決定是否要產生一光線。例如，若輸出電位VOUT為高邏輯位準，則發光元件190將會產生光線，而若輸出電位VOUT為低邏輯位準，則發光元件190將不會產生任何光線。控制器160可以是一控制積體電路，其中控制器160係用於產生時脈電位VA。時脈電位VA於驅動裝置100初始化時可維持於一固定電位，而在驅動裝置100進入正常使用階段後則可提供週期性之時脈波形。根據實際量測結果，此種電路設計方式可減少非理想之頻閃現象，故使用驅動裝置100之發光元件190將不易造成使用者之眼睛疲勞。

以下實施例將介紹驅動裝置100之詳細結構及操作方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明之範圍。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之驅動裝置200之示意圖。在第2圖之實施例中，驅動裝置200具有一第一輸入節點NIN1、一第二輸入節點NIN2，以及一輸出節點NOUT，並包括一橋式整流器210、一第一電容器C1、一變壓器230、一功率切換器240、一輸出級電路250，以及一控制器260，其中輸出級電路250包括一高通濾波器220。驅動裝置200之第一輸入節點NIN1和第二輸入節點NIN2可由一外部電源處分別接收一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2，而驅動裝置200之輸出節點NOUT可用於輸出一輸出電位VOUT至一發光元件290，其中高通濾波器220可用於濾除輸出電位VOUT中之低頻成份。若輸出電位VOUT為高邏輯位準，則發光元件290將會產生一光線，而若輸出電位VOUT為低邏輯位準，則發光元件290將不會產生任何光線。

橋式整流器210包括一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3，以及一第四二極體D4。第一二極體D1具有一陽極和一陰極，其中第一二極體D1之陽極係耦接至第一輸入節點NIN1，而第一二極體D1之陰極係耦接至一第一節點N1以輸出一整流電位VR。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至接地電位VSS，而第二二極體D2之陰極係耦接至第一輸入節點NIN1。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至第二輸入節點NIN2，而第三二極體D3之陰極係耦接至第一節點N1。第四二極體D4具有一陽極和一陰極，其中第四二極體D4之陽極係耦接至接地電位VSS，而第四二極體D4之陰極係耦接至第二輸入節點NIN2。

第一電容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一電容器C1之第一端係耦接至第一節點N1以接收整流電位VR，而第一電容器C1之第二端係耦接至接地電位VSS。

變壓器230包括一主線圈231、一副線圈232，以及一輔助線圈233。主線圈231具有一第一端和一第二端，其中主線圈231之第一端係耦接至第一節點N1以接收整流電位VR，而主線圈231之第二端係耦接至一第二節點N2。副線圈232具有一第一端和一第二端，其中副線圈232之第一端係耦接至一第三節點N3以輸出一變壓電位VS，而副線圈232之第二端係耦接至接地電位VSS。輔助線圈233具有一第一端和一第二端，其中輔助線圈233之第一端耦接至控制器260以接收一供應電位VCC，而輔助線圈233之第二端係耦接至接地電位VSS。例如，供應電位VCC可為一固定電位。

功率切換器240包括一第一電晶體M1。第一電晶體M1可為一N型金氧半場效電晶體。第一電晶體M1具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第一電晶體M1之控制端係用於接收一時脈電位VA，第一電晶體M1之第一端係耦接至接地電位VSS，而第一電晶體M1之第二端係耦接至第二節點N2。控制器260係用於產生時脈電位VA。時脈電位VA於驅動裝置200初始化時可維持於一固定電位(例如：接地電位VSS)，而在驅動裝置200進入正常使用階段後則可提供週期性之時脈波形。

輸出級電路250包括下列元件之至少一或複數者：一第五二極體D5、一第六二極體D6、一第二電晶體M2、一第三電晶體M3、一第一電阻器R1、一第二電阻器R2、一第三電阻器R3、一第四電阻器R4、一第五電阻器R5、一第二電容器C2，以及一第三電容器C3，其中第二電晶體M2和第三電晶體M3可各自為一N型金氧半場效電晶體。

第五二極體D5具有一陽極和一陰極，其中第五二極體D5之陽極係耦接至第三節點N3以接收變壓電位VS，而第五二極體D5之陰極係耦接至一第四節點N4。第二電容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二電容器C2之第一端係耦接至第四節點N4，而第二電容器C2之第二端係耦接至接地電位VSS。

第三電容器C3具有一第一端和一第二端，其中第三電容器C3之第一端係耦接至第四節點N4，而第三電容器C3之第二端係耦接至一第五節點N5。第一電阻器R1具有一第一端和一第二端，其中第一電阻器R1之第一端係耦接至第五節點N5，而第一電阻器R1之第二端係耦接至一第六節點N6。第三電容器C3和第一電阻器R1係共同形成輸出級電路250之高通濾波器220。第二電晶體M2具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第二電晶體M2之控制端係耦接至第四節點N4，第二電晶體M2之第一端係耦接至接地電位VSS，而第二電晶體M2之第二端係耦接至第六節點N6。第二電晶體M2係根據第四節點N4之一電位V4來選擇性地致能或禁能高通濾波器220。例如，若第四節點N4之電位V4高於或等於第二電晶體M2之一第一臨界電位，則高通濾波器220將被致能；反之，若第四節點N4之電位V4低於第二電晶體M2之第一臨界電位，則高通濾波器220將被禁能。

第二電阻器R2具有一第一端和一第二端，其中第二電阻器R2之第一端係耦接至第四節點N4，而第二電阻器R2之第二端係耦接至一第七節點N7。第三電阻器R3具有一第一端和一第二端，其中第三電阻器R3之第一端係耦接至第七節點N7，而第三電阻器R3之第二端係耦接至接地電位VSS。第二電阻器R2和第三電阻器R3係共同形成輸出級電路250之一分壓電路，使得第七節點N7之一電位V7可等於第四節點N4之電位V4之一特定比例(例如：50%、60%、70%，或75%)。第三電晶體M3具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第三電晶體M3之控制端係耦接至第七節點N7，第三電晶體M3之第一端係耦接至接地電位VSS，而第三電晶體M3之第二端係耦接至一第八節點N8。第四電阻器R4具有一第一端和一第二端，其中第四電阻器R4之第一端係耦接至第五節點N5，而第四電阻器R4之第二端係耦接至輸出節點NOUT。

發光元件290可包括串聯於輸出節點NOUT和第八節點N8之間之一或複數個發光二極體。發光二極體之總數量在本發明中並不特別作限制。在另一些實施例中，前述發光二極體亦可改為次毫米發光二極體(Mini LED)、微發光二極體(Micro LED)，或是有機發光二極體(Organic LED，OLED)，但亦不僅限於此。第三電晶體M3係根據第七節點N7之電位V7來選擇性地致能或禁能發光元件290。例如，若第七節點N7之電位V7高於或等於第三電晶體M3之一第二臨界電位，則發光元件290將被致能；反之，若第七節點N7之電位V7低於第三電晶體M3之第二臨界電位，則發光元件290將被禁能。

第六二極體D6具有一陽極和一陰極，其中第六二極體D6之陽極係耦接至第四節點N4，而第六二極體D6之陰極係耦接至一第九節點N9。第五電阻器R5具有一第一端和一第二端，其中第五電阻器R5之第一端係耦接至第九節點N9，而第五電阻器R5之第二端係耦接至接地電位VSS。第六二極體D6和第五電阻器R5係共同形成輸出級電路250之一加速放電電路，其可用於快速地排除第二電容器C2所儲存之電荷。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之高通濾波器220之頻率響應圖，其中橫軸代表高通濾波器220之輸入信號頻率，而縱軸代表高通濾波器220之輸出增益。如第3圖所示，在理想情況下，高通濾波器220具有一截止頻率FC，其中頻率高於截止頻率FC之輸入信號可直接通過高通濾波器220，但頻率低於截止頻率FC之輸入信號將會被高通濾波器220所完全阻擋。

用於驅動發光元件290之驅動裝置200之操作原理可如下列所述。初始時，驅動裝置200尚未啟動，第一電晶體M1、第二電晶體M2，以及第三電晶體M3皆處於截止狀態。在驅動裝置200啟動之後，第一電晶體M1開始根據時脈電位VA進行切換操作，使得第二電容器C2進行充電，且第四節點N4之電位V4逐漸上升。當第四節點N4之電位V4達到第一臨界電位時，第二電晶體M2即致能高通濾波器220，以消除輸出電位VOUT之低頻雜訊。在一些實施例中，高通濾波器220之截止頻率FC係設定為200Hz，以去除常見之60Hz或120Hz之雜訊。接著，當第七節點N7之電位V7達到第二臨界電位時，第三電晶體M3即致能發光元件290。必須注意的是，因為有第二電阻器R2和第三電阻器R3所形成之分壓電路存在，第七節點N7之電位V7勢必低於第四節點N4之電位V4。因此，高通濾波器220會比發光元件290更早被致能，以保證發光元件290之頻閃能被高通濾波器220所完全消除。最後，在驅動裝置200關閉之後，第六二極體D6和第五電阻器R5所形成之加速放電電路可以迅速拉低第四節點N4之電位V4，以避免發光元件290產生不必要之餘光。

在一些實施例中，驅動裝置200之元件參數可如下列所述。第一電阻器R1之電阻值可介於7.2kΩ至8.8kΩ之間，較佳為8kΩ。第二電阻器R2之電阻值可介於9kΩ至11kΩ之間，較佳為10kΩ。第三電阻器R3之電阻值可介於27kΩ至33kΩ之間，較佳為30kΩ。第四電阻器R4之電阻值可介於423Ω至517Ω之間，較佳為470Ω。第五電阻器R5之電阻值可介於90Ω至110Ω之間，較佳為100Ω。第一電容器C1之電容值可介於80μF至120μF之間，較佳為100μF。第二電容器C2之電容值可介於1200μF至1800μF之間，較佳為1500μF。第三電容器C3之電容值可介於80nF至120nF之間，較佳為100nF。第二電晶體M2之第一臨界電位可約為15V。第三電晶體M3之第二臨界電位可約為15V。主線圈231對副線圈232之匝數比值可介於1至40之間，較佳為20。副線圈232對輔助線圈233之匝數比值可介於1至3之間，較佳為1.33。以上參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化驅動裝置200之轉換效率及有效抑制頻閃現象。

本發明提出一種新穎之驅動裝置，其包括內建高通濾波器之輸出級電路。根據實際量測結果，使用前述輸出級電路之驅動裝置可抑制對應發光元件之非理想頻閃，以降低使用者之眼睛疲勞不適感。大致而言，本發明之驅動裝置不易受到一般市電低頻雜訊之負面影響，故其很適合應用於各種各式之電子裝置當中。

值得注意的是，以上所述之電位、電流、電阻值、電感值、電容值，以及其餘元件參數均非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之驅動裝置並不僅限於第1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之驅動裝置當中。雖然本發明之實施例係使用金氧半場效電晶體為例，但本發明並不僅限於此，本技術領域人士可改用其他種類之電晶體，例如：接面場效電晶體，或是鰭式場效電晶體等等，而不致於影響本發明之效果。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此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、200:驅動裝置 110、210:橋式整流器 120、220:高通濾波器 130、230:變壓器 131、231:主線圈 132、232:副線圈 133、233:輔助線圈 140、240:功率切換器 150、250:輸出級電路 160、260:控制器 190、290:發光元件 C1:第一電容器 C2:第二電容器 C3:第三電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 D5:第五二極體 D6:第六二極體 FC:高通濾波器之截止頻率 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 N4:第四節點 N5:第五節點 N6:第六節點 N7:第七節點 N8:第八節點 N9:第九節點 NIN1:第一輸入節點 NIN2:第二輸入節點 NOUT:輸出節點 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 R3:第三電阻器 R4:第四電阻器 R5:第五電阻器 V4:第四節點之電位 V7:第七節點之電位 VA:時脈電位 VCC:供應電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VOUT:輸出電位 VR:整流電位 VS:變壓電位 VSS:接地電位

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之驅動裝置之示意圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之驅動裝置之示意圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之高通濾波器之頻率響應圖。

100:驅動裝置

110:橋式整流器

120:高通濾波器

130:變壓器

131:主線圈

132:副線圈

133:輔助線圈

140:功率切換器

150:輸出級電路

160:控制器

190:發光元件

C1:第一電容器

VA:時脈電位

VIN1:第一輸入電位

VIN2:第二輸入電位

VOUT:輸出電位

VR:整流電位

VS:變壓電位

VSS:接地電位

Claims

一種驅動裝置，用於驅動一發光元件，並包括：一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位；一第一電容器，儲存該整流電位；一變壓器，包括一主線圈、一副線圈，以及一輔助線圈，其中該主線圈係用於接收該整流電位，而該副線圈係用於產生一變壓電位；一功率切換器，其中該主線圈係經由該功率切換器耦接至一接地電位，而該功率切換器係根據一時脈電位來進行切換操作；一輸出級電路，包括互相耦接之一高通濾波器和一第二電晶體，並根據該變壓電位來產生一輸出電位，其中該發光元件係根據該輸出電位來決定是否要產生一光線，而該高通濾波器包括一第三電容器和一第一電阻器；以及一控制器，產生該時脈電位。
如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該橋式整流器包括：一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該整流電位；一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一節點；以及一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點。
如申請專利範圍第2項所述之驅動裝置，其中該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第一節點以接收該整流電位，該主線圈之該第二端係耦接至一第二節點，該副線圈具有一第一端和一第二端，該副線圈之該第一端係耦接至一第三節點以輸出該變壓電位，該副線圈之該第二端係耦接至該接地電位，該輔助線圈具有一第一端和一第二端，該輔助線圈之該第一端係由該控制器處接收一供應電位，而該輔助線圈之該第二端係耦接至該接地電位。
如申請專利範圍第3項所述之驅動裝置，其中該功率切換器包括：一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收該時脈電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第二節點。
如申請專利範圍第3項所述之驅動裝置，其中該輸出級電路包括：一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第三節點以接收該變壓電位，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第四節點；以及一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
如申請專利範圍第5項所述之驅動裝置，其中該第三電容器具有一第一端和一第二端，該第三電容器之該第一端係耦接至該第四節點，該第三電容器之該第二端係耦接至一第五節點，該第一電阻器具有一第一端和一第二端，該第一電阻器之該第一端係耦接至該第五節點，而該第一電阻器之該第二端係耦接至一第六節點。
如申請專利範圍第6項所述之驅動裝置，其中該第二電晶體具有一控制端、一第一端，以及一第二端，該第二電晶體之該控制端係耦接至該第四節點，該第二電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第六節點。
如申請專利範圍第7項所述之驅動裝置，其中該輸出級電路更包括：一第二電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電阻器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第二電阻器之該第二端係耦接至一第七節點；一第三電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電阻器之該第一端係耦接至該第七節點，而該第三電阻器之該第二端係耦接至該接地電位；一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係耦接至該第七節點，該第三電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第三電晶體之該第二端係耦接至一第八節點；以及一第四電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第四電阻器之該第一端係耦接至該第五節點，而該第四電阻器之該第二端係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位。
如申請專利範圍第8項所述之驅動裝置，其中該發光元件包括串聯於該輸出節點和該第八節點之間之一或複數個發光二極體。
如申請專利範圍第8項所述之驅動裝置，其中該輸出級電路更包括：一第六二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第六二極體之該陽極係耦接至該第四節點，而該第六二極體之該陰極係耦接至一第九節點；以及一第五電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第五電阻器之該第一端係耦接至該第九節點，而該第五電阻器之該第二端係耦接至該接地電位。