TWI704839B

TWI704839B - 驅動裝置

Info

Publication number: TWI704839B
Application number: TW108129198A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2020-09-11
Also published as: TW202110273A

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、一自動調整電路、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。自動調整電路包括一降壓電路和一升壓電路，並根據一整流電位來產生介於一第一臨界電位和一第二臨界電位之間之一調整電位，其中第一臨界電位係高於整流電位之極小值，而第二臨界電位係低於整流電位之極大值。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調整電位，而副線圈係用於產生一變壓電位。輸出級電路係根據變壓電位來產生一輸出電位以控制發光元件。

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；一自動調整電路，包括一降壓電路和一升壓電路，並根據該整流電位來產生介於一第一臨界電位和一第二臨界電位之間之一調整電位，其中該第一臨界電位係高於該整流電位之極小值，而該第二臨界電位係低於該整流電位之極大值；一第一電容器，儲存該調整電位；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調整電位，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，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110、一自動調整電路120、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，其中自動調整電路120包括一降壓電路124和一升壓電路125。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。自動調整電路120係根據整流電位VR來產生介於一第一臨界電位VTH1和一第二臨界電位VTH2之間之一調整電位VT，其中第一臨界電位VTH1係高於整流電位VR之極小值VMIN，而第二臨界電位VTH2係低於整流電位VR之極大值VMAX。亦即，第一臨界電位VTH1可大致等於整流電位VR之極小值VMIN之一第一既定比率，而第二臨界電位VTH2可大致等於整流電位VR之極大值VMAX之一第二既定比率，其中前述第一既定比率可大於1，而前述第二既定比率可小於1。第一電容器C1可用於儲存調整電位VT。變壓器130包括一主線圈131、一副線圈132，以及一輔助線圈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係用於接收調整電位VT，而作為對調整電位VT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。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、一自動調整電路220、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。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。

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之陽極係耦接至一接地電位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。

自動調整電路220包括：一第二電容器C2、一第三電容器C3、一第五二極體D5、一監控電路221、一第一放大器222、一第二放大器223、一降壓電路224，以及一升壓電路225。例如，監控電路221可包括一電壓偵測器和一運算電路(未顯示)，而第一放大器222和第二放大器223可各自為一誤差放大器。

第二電容器C2之第一端係耦接至第一節點N1以接收並儲存整流電位VR，而第二電容器C2之第二端係耦接至接地電位VSS。監控電路221係用於偵測整流電位VR，其中監控電路221更根據整流電位VR之極大值VMAX來於一第二節點N2處產生一第二臨界電位VTH2，以及根據整流電位VR之極小值VMIN來於一第三節點N3處產生一第一臨界電位VTH1。第一臨界電位VTH1係高於整流電位VR之極小值VMIN，而第二臨界電位VTH2係低於整流電位VR之極大值VMAX。例如，第一臨界電位VTH1可大致等於整流電位VR之極小值VMIN之120%，而第二臨界電位VTH2可大致等於整流電位VR之極大值VMAX之80%，但亦不僅限於此。第五二極體D5之陽極係耦接至第一節點N1，而第五二極體D5之陰極係耦接至監控電路221。監控電路221可透過第五二極體D5來偵測第一節點N1處之整流電位VR，其中第五二極體D5可用於防止監控電路221之一操作電流回灌至第一節點N1。

第一放大器222之正輸入端係耦接至第一節點N1，第一放大器222之負輸入端係耦接至第二節點N2，而第一放大器222之輸出端係用於輸出一第一控制電位VC1。若整流電位VR高於或等於第二臨界電位VTH2，則第一控制電位VC1將為高邏輯位準，而若整流電位VR低於第二臨界電位VTH2，則第一控制電位VC1將為低邏輯位準。第二放大器223之正輸入端係耦接至第三節點N3，第二放大器223之負輸入端係耦接至第一節點N1，而第二放大器223之輸出端係用於輸出一第二控制電位VC2。若整流電位VR低於或等於第一臨界電位VTH1，則第二控制電位VC2將為高邏輯位準，而若整流電位VR高於第一臨界電位VTH1，則第二控制電位VC2將為低邏輯位準。降壓電路224和升壓電路225係根據整流電位VR、第一控制電位VC1，以及第二控制電位VC2來於一第四節點N4處產生並輸出一調整電位VT。第三電容器C3係耦接於降壓電路224和升壓電路225之間，其中第三電容器C3可用於降低當整流電位VR之極大值VMAX和極小值VMIN過於接近時降壓電路224和升壓電路225發生誤判之機率。

在一些實施例中，自動調整電路220更包括一第四電容器C4和一第五電容器C5。第四電容器C4之第一端係耦接至第二節點N2，而第四電容器C4之第二端係耦接至接地電位VSS。第五電容器C5之第一端係耦接至第三節點N3，而第五電容器C5之第二端係耦接至接地電位VSS。第四電容器C4和第五電容器C5可用於濾除第二節點N2和第三節點N3處之高頻雜訊。

第一電容器C1之第一端係耦接至第四節點N4以接收並儲存調整電位VT，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之第一端係耦接至第四節點N4以接收調整電位VT，而主線圈231之第二端係耦接至一第五節點N5。副線圈232之第一端係耦接至一第六節點N6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五節點N5。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包括一第六二極體D6、一第六電容器C6，以及一電阻器R1。第六二極體D6之陽極係耦接至第六節點N6以接收變壓電位VS，而第六二極體D6之陰極係耦接至一第七節點N7。第六電容器C6之第一端係耦接至第七節點N7，而第六電容器C6之第二端係耦接至接地電位VSS。電阻器R1之第一端係耦接至第七節點N7，而電阻器R1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和接地電位VSS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。例如，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。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之降壓電路224和升壓電路225之示意圖。在第3圖之實施例中，降壓電路224包括一第二電晶體M2、一第一電感器L1，以及一第七二極體D7，而升壓電路225包括一第三電晶體M3、一第二電感器L2，以及一第八二極體D8。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。第七二極體D7之陽極係耦接至一第八節點N8，而第七二極體D7之陰極係耦接至第一節點N1和第四節點N4。第二電晶體M2之控制端係用於接收第一控制電位VC1，該二電晶體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八節點N8。第一電感器L1之第一端係耦接至第八節點N8，而第一電感器L1之第二端係耦接至一第九節點N9。第三電容器C3係耦接至第九節點N9和接地電位VSS之間。第二電感器L2之第一端係耦接至第一節點N1，而第二電感器L2之第二端係耦接至一第十節點N10。第三電晶體M3之控制端係用於接收第二控制電位VC2，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之第二端係耦接至第十節點N10。第八二極體D8之陽極係耦接至第十節點N10，而第八二極體D8之陰極係耦接至第四節點N4。必須理解的是，第3圖之降壓電路224和升壓電路225僅為舉例，在另一些實施例中，其亦可用不同電路結構來實施之。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之整流電位VR之波形圖。第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之調整電位VT之波形圖。根據第4、5圖之量測結果可知，調整電位VT之極大值可等於第二臨界電位VTH2，其係低於整流電位VR之極大值VMAX，而調整電位VT之極小值可等於第一臨界電位VTH1，其係高於整流電位VR之極小值VMIN。亦即，調整電位VT可視為整流電位VR之壓縮版本，其具有較低之波峰值及較高之波谷值。一般來說，發光元件290之閃爍百分比可如下列方程式(1)所述：

其中「P」代表發光元件290之閃爍百分比，「A」代表輸出電位VOUT之極大值，而「B」代表輸出電位VOUT之極小值。

根據方程式(1)，若可降低輸出電位VOUT之極大值或(且)提高輸出電位VOUT之極小值，則發光元件290之閃爍百分比將能被大幅壓低。在驅動裝置200使用自動調整電路220之後，其輸出電位VOUT即可大致與調整電位VT成正比，而非與原始之整流電位VR成正比。在此設計下，介於第一臨界電位VTH1和第二臨界電位VTH2之間之調整電位VT將能有效抑制發光元件290之頻閃現象。例如，若第一臨界電位VTH1高於整流電位VR之極小值VMIN約20%，且第二臨界電位VTH2低於整流電位VR之極大值VMAN約20%，則發光元件290之閃爍百分比可大幅下降達約40%。

在一些實施例中，驅動裝置200之元件參數可如下列所述。電阻器R1之電阻值可介於423Ω至517Ω之間，較佳為470Ω。第一電容器C1之電容值可介於96μF至144μF之間，較佳為120μF。第二電容器C2之電容值可介於80nF至120nF之間，較佳為100nF。第三電容器C3之電容值可介於37.6μF至56.4μF之間，較佳為47μF。第四電容器C4之電容值可介於3.76μF至5.64μF之間，較佳為4.7μF。第五電容器C5之電容值可介於3.76μF至5.64μF之間，較佳為4.7μF。第六電容器C6之電容值可介於1200μF至1800μF之間，較佳為1500μF。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，其包括可降低發光元件之閃爍百分比之自動調整電路。根據實際量測結果，使用前述自動調整電路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1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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:自動調整電路

124、224:降壓電路

125、225:升壓電路

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

221:監控電路

222:第一放大器

223:第二放大器

224:降壓電路

225:升壓電路

C1:第一電容器

C2:第二電容器

C3:第三電容器

C4:第四電容器

C5:第五電容器

C6:第六電容器

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

D7:第七二極體

D8:第六二極體

L1:第一電感器

L2:第二電感器

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

N10:第十節點

NIN1:第一輸入節點

NIN2:第二輸入節點

NOUT:輸出節點

R1:電阻器

VA:時脈電位

VC1:第一控制電位

VC2:第二控制電位

VCC:供應電位

VIN1:第一輸入電位

VIN2:第二輸入電位

VMAX:極大值

VMIN:極小值

VOUT:輸出電位

VR:整流電位

VS:變壓電位

VSS:接地電位

VT:調整電位

VTH1:第一臨界電位

VTH2:第二臨界電位

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降壓電路和升壓電路之示意圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之整流電位之波形圖。第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之調整電位之波形圖。

100:驅動裝置

110:橋式整流器

120:自動調整電路

124:降壓電路

125:升壓電路

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