TWM501069U - 發光元件驅動晶片 - Google Patents
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Description
本創作係有關一種發光元件驅動晶片,特別是指一種提供不直接連接整流輸入電壓之發光元件驅動晶片。
第1A圖顯示一種先前技術發光二極體(light emitting diode,LED)驅動晶片10及其相關電路的示意圖。如第1A圖所示,LED驅動晶片10包含接腳P0-P4、開關電路11、開關控制電路12、與固定電流源13。LED驅動晶片10用以驅動LED電路20,其中LED電路20包含複數個串聯之LED,如第1A圖所示,此複數個串聯之LED,分別為LED1、LED2、LED3、與LED4。開關電路11包含開關S1、S2、S3、與S4四個開關。如第1A圖所示,開關S1-S4分別與對應的LED1-LED4電連接。交流電源40產生交流電壓,整流電路30對此交流電壓進行整流,而產生如第1B圖所示之整流輸入電壓Vin。而LED驅動晶片10驅動LED電路20的基本方式,係根據整流輸入電壓Vin的位準,導通或不導通其中不同的開關S1-S4,而使LED電路20中的LED1-LED4,其中一個或複數個LED發光。
舉例而言,如第1B圖中訊號波形圖所示意,當整流輸入電壓Vin的位準低於位準L1時,開關S1-S4皆不導通,LED1-LED4皆不發光;當整流輸入電壓Vin的位準介於位準L1與L2之間,開關S1導通,開關S2-S4不導通,LED 1發光;當整流輸入電壓Vin的位準介於位準L2與L3之間,開關S2導通,開關S1、S3-S4不導通,LED1與LED2發光;當整流輸入電壓Vin的位準介於位準L3與L4之間,
開關S3導通,開關S1-S2、與S4不導通,LED1-LED3發光;當整流輸入電壓Vin的位準超過位準L4,開關S4導通,開關S1-S3不導通,LED1-LED4發光。相關的LED驅動晶片10根據整流輸入電壓Vin的驅動方式,可參考美國專利第6,989,807號案、第7,081,722號案、與美國專利申請案第2011/0273102號案。
其中,固定電流源13提供固定大小的電流,以使LED1-LED4中一個或複數個LED發光時,流過其中的電流為定值。如第1B圖中電流I1的訊號波形所示意,無論LED1-LED4中一個或複數個LED發光時,所流經的電流I1皆為固定,只有在整流輸入電壓Vin的位準低於位準L1時,也就是開關S1-S4皆不導通的情況下,電流I1為零電流。
相較於以直流電壓驅動LED電路的驅動電路而言,先前技術LED驅動晶片10的優點在於不需要將整流輸入電壓Vin轉換為直流電壓,可以節省製造的成本;且當整流輸入電壓Vin的頻率夠高,肉眼也看不出LED電路20的閃爍。而先前技術LED驅動晶片10的缺點之一在於,其開關控制電路12操作所需要的工作電壓,亦由整流電路30所產生之整流輸入電壓Vin供應,以LED驅動晶片10包裝於一積體電路(integrated circuit,IC)晶片而言,此LED驅動晶片10除了接腳P1、P2、P3與P4分別連接於LED1-LED4之外,還需要接腳P0連接整流輸入電壓Vin,意即接腳P0連接節點N0,而節點N0用以接收整流電路30所產生之整流輸入電壓Vin。接腳P0接收整流輸入電壓Vin,以作為LED驅動電路10內部電路操作時所需之電源。這使得接腳P0無法省略,成為IC晶片尺寸微縮的瓶頸。
有鑑於此,本創作即針對上述先前技術之不足,提出一種不直接連接整流輸入電壓之發光元件驅動晶片,可以省略前述先前技術中,LED驅動晶片10的接腳P0。使LED驅動晶片的尺寸進一步微縮,降低製造成本。
就其中一個觀點言,本創作提供了一種發光元件驅動晶片,用以與一發光元件電路耦接,該發光元件電路具有複數個串聯之發光元件,用以接收一整流輸入電壓,該發光元件驅動晶片包含:複數接腳,分別與對應之發光元件連接,其中一預設接腳用以提供一內部電壓;一電壓調節電路,與該預設接腳連接,用以接收該內部電壓,以提供一操作電壓,作為該發光元件驅動晶片之內部電路操作所需電源;一開關電路,包括複數開關組,分別與對應之該接腳連接;一電流源電路,與該開關電路耦接,用以提供一發光元件電流予導通之發光元件;以及一開關控制電路,與該開關電路耦接,用以產生一操作訊號,以操作該開關電路中的至少一個開關組,而決定導通的發光元件;其中,該發光元件驅動晶片不直接接收該整流輸入電壓。
在其中一種較佳的實施例中,該電壓調節電路包括:一高壓電路,與該預設接腳連接,用以接收該內部電壓,以提供一轉換電壓;以及一穩壓電路,與該高壓電路耦接,用以根據該轉換電壓,產生該操作電壓。
在其中一種較佳的實施例中,該高壓電路包括:一阻抗電路,具有一第一端與一第二端,其中該第一端與該預設接腳連接,以接收該內部電壓;一高壓調節開關,與該預設接腳、該第二端、以及該穩壓電路耦接,以將該內部電壓轉換為該轉換電壓;以及一逆止元件,連接於該第二端與一接地電位之間,用以防止電流自該接地電位流入該阻抗電路。
在其中一種較佳的實施例中該開關組包括:一高壓開關,具有:一第一電流流入端,與對應之接腳連接;一第一控制端,與該電壓調節電路耦接,用以根據該內部電壓,決定該高壓開關導通或不導通;以及一第一電流流出端;以及一低壓開關,與該高壓開關串聯,該低壓開關具有:一第二電流流入端,與該第一電流流出端連接;一第二控制端,與該開關控制電路電連接,用以接收該操作訊號;
以及一第二電流流出端,與該電流源電路耦接。
在其中一種較佳的實施例中,該穩壓電路包括一低壓降線性穩壓器(low dropout regulator,LDO)電路。
在其中一種較佳的實施例中,該穩壓電路用以與一外部電容耦接,且該外部電容電連接於該穩壓電路與一接地電位之間,用以調節該操作電壓。
在前述的實施例中,該開關組宜包括:一高壓開關,與對應之接腳連接,用以根據該內部電壓,決定該高壓開關導通或不導通;以及一低壓開關,與該高壓開關串聯,且該低壓開關與該開關控制電路電連接,用以接收該操作訊號,以決定導通的發光元件;其中,該高壓電路與該開關組共用與該預設接腳連接之該高壓開關。
底下藉由具體實施例詳加說明,當更容易瞭解本創作之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10‧‧‧LED驅動晶片
11,120,220‧‧‧開關電路
12,140,240‧‧‧開關控制電路
13‧‧‧固定電流源
20,21‧‧‧LED電路
30‧‧‧整流電路
40‧‧‧交流電源
100,200,300‧‧‧發光元件驅動晶片
110,210,310‧‧‧電壓調節電路
111‧‧‧高壓電路
112‧‧‧穩壓電路
130‧‧‧電流源電路
214‧‧‧阻抗電路
215‧‧‧高壓調節開關
216‧‧‧逆止元件
1121‧‧‧逆止元件
A1‧‧‧放大器
C1‧‧‧外部電容
D1,D2‧‧‧二極體
DH,DL‧‧‧電流流入端
E1‧‧‧第一端
E2‧‧‧第二端
G1-Gn‧‧‧LED元件群組
GH,GL‧‧‧控制端
I1‧‧‧LED電流
L1-L4‧‧‧位準
LED1-LED4‧‧‧LED
N0‧‧‧節點
OP‧‧‧操作訊號
P0-P4,Pn‧‧‧接腳
Q1‧‧‧MOS元件
SH,SL‧‧‧電流流出端
S1-S4‧‧‧開關
S2H‧‧‧高壓開關
S2L‧‧‧低壓開關
t1-t6‧‧‧時間點
U1-U4,U21-U2n‧‧‧開關組
Vcc‧‧‧操作電壓
Vcc1‧‧‧位準
Vcon‧‧‧轉換電壓
Vgs‧‧‧壓降
Vin‧‧‧整流輸入電壓
Vint‧‧‧內部電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Vth‧‧‧臨界電壓
第1A圖顯示一種先前技術發光二極體(light emitting diode,LED)驅動晶片10及其相關電路的示意圖。
第1B圖顯示先前技術LED驅動晶片10及其相關電路的訊號波形示意圖。
第2圖顯示本創作的第一個實施例。
第3圖顯示本創作的第二個實施例。
第4A與4B圖顯示本創作第三個實施例。
第5圖顯示本創作第四個實施例。
第6圖顯示在本創作實施例中,整流輸入電壓Vin、與操作電壓Vcc示意圖。
請參閱第2圖,顯示本創作的第一個實施例。如第2圖
所示,發光元件驅動晶片100包含複數接腳P1-P4、電壓調節電路110、開關電路120、電流源電路130、與開關控制電路140。在本實施例中,發光元件電路例如為LED電路20,其具有例如但不限於複數個串聯之LED1-LED4。複數接腳P1-P4分別與對應之LED1-LED4連接,其中預設接腳P1用以提供內部電壓Vint。整流輸入電壓Vin例如但不限於由整流電路30對交流電源40產生之交流電壓,進行整流,而產生如圖中小圖所示意之整流輸入電壓Vin;但本創作不限於此,在其他實施例中,亦可以為交流電壓。電壓調節電路110與預設接腳P1連接,用以接收內部電壓Vint,以提供操作電壓Vcc,作為發光元件驅動晶片100之內部電路操作所需電源。開關電路120包括複數開關組U1-U4,分別與對應之接腳P1-P4連接。電流源電路130與開關電路120耦接,用以提供LED電流I1予導通之LED。開關控制電路140與開關電路120耦接,用以產生操作訊號,以操作開關電路120中開關組U1-U4的至少一個開關組,而決定導通的LED。其中,發光元件驅動晶片100不直接連接整流輸入電壓Vin。與第1A圖所示之先前技術LED驅動晶片10相較,本實施例並沒有如第1A圖所示的接腳P0,連接整流輸入電壓Vin。其中,接腳P0連接節點N0,而節點N0用以接收整流電路30所產生之整流輸入電壓Vin。根據本創作之發光元件驅動晶片相較於先前技術可節省一接腳,而自與LED連接的接腳P1-P4中,選擇一預設接腳(例如但不限於接腳P1),用以提供發光元件驅動晶片100之內部電路操作所需電源。因此,可以使IC晶片的尺寸進一步微縮,降低製造成本。需說明的是,根據本創作,預設接腳不限於接腳P1,亦可以為接腳P2、P3或P4,只要電壓調節電路110與預設接腳連接,用以接收內部電壓,以提供操作電壓Vcc,作為發光元件驅動晶片100之內部電路操作所需電源即可。須說明的是,所謂內部電路操作所需電源,意指發光元件驅動晶片中的電路,維持正常操作所需提供的持續性操作電壓。
第3圖顯示本創作第二個實施例。本實施例顯示第一個
實施例中,電壓調節電路110一種較具體的實施例。如圖所示,電壓調節電路110包含高壓電路111與穩壓電路112。高壓電路111與預設接腳P1連接,用以接收內部電壓Vint,以提供轉換電壓Vcon。高壓電路111例如但不限於為如圖所示之金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor,MOS)元件,以粗線示意此MOS元件有別於一般MOS元件,一般MOS元件只能操作於低電壓,在本實施例中以及以下的實施例中,粗線的MOS元件示意可以承受高電壓。穩壓電路112與高壓電路111耦接,用以根據轉換電壓Vcon,產生操作電壓Vcc。穩壓電路112例如但不限於包括如圖所示之低壓降線性穩壓器(low dropout regulator,LDO)電路與逆止元件1121。逆止元件1121例如但不限於為如圖所示之二極體D1,用以防止電流自操作電壓Vcc端流入高壓電路111。LDO電路例如但不限於包括如圖所示之放大器A1與MOS元件Q1。放大器A1輸入端接收參考電壓Vref與操作電壓Vcc,將結果輸入MOS元件Q1控制端。放大器A1反向輸入端例如可以連接外部電容C1,且外部電容C1電連接於放大器A1反向輸入端與接地電位之間,用以調節操作電壓Vcc。
第4A與4B圖顯示本創作第三實施例。本實施例顯示本創作發光元件驅動晶片200的一個實施例。如圖所示,發光元件驅動晶片200用以驅動發光元件電路,在本實施例中,發光元件電路例如為LED電路21,其具有例如但不限於複數個串聯之LED元件,且此複數串聯之LED元件分為複數個LED元件群組,例如分為G1、G2-Gn共n個LED元件群組,如第4A圖所示。開關電路220包含複數開關組(例如分為U21-U2n共n個開關組,如第4A圖所示),分別與對應的接腳P1-Pn連接,而接腳P1-Pn分別與對應的LED元件群組G1、G2-Gn連接。整流電路30對交流電源40產生之交流電壓,進行整流,而產生如圖所示之整流輸入電壓Vin。而發光元件驅動晶片200驅動LED電路21的基本方式,係根據整流輸入電壓Vin的位準,導通或不導通其中不同的開關組U21-U2n,而使LED電路21中一個或複數個LED
元件群組G1-Gn發光。
LED電路21用以接收整流輸入電壓Vin。發光元件驅動晶片200包含複數接腳P1-Pn、電壓調節電路210、開關電路220、電流源電路130、以及開關控制電路240。開關電路220包括複數開關組U21-U2n,分別與對應之接腳P1-Pn連接。其中,以開關組U21為例,開關組U21包括高壓開關S2H與低壓開關S2L。高壓開關S2H具有:電流流入端DH與對應之接腳P1連接;控制端GH與電壓調節電路210耦接,用以根據內部電壓Vint決定高壓開關S2H導通或不導通;以及電流流出端SH。低壓開關S2L與高壓開關S2H串聯,低壓開關S2L具有:電流流入端DL與電流流出端SH連接;控制端GL與開關控制電路240電連接,用以接收操作訊號OP;以及電流流出端SL與電流源電路130耦接。
需說明的是,當控制端GH與電流流出端SH的壓降Vgs高於高壓開關S2H的臨界電壓Vth時,高壓開關S2H導通。根據本創作,使用者可以藉由適當的安排,使相對較高的壓降落在高壓開關S2H的電流流入端DH與電流流出端SH間,於是下方串聯的低壓開關S2L中,電流流入端DL與電流流出端SL間的壓降則相對較低。下方串聯的低壓開關S2L是主要的控制開關,接收開關控制電路240所產生的操作訊號OP而操作,藉以決定導通與不導通的LED群組。
本創作第三實施例中,電壓調節電路210包括:高壓電路211與穩壓電路112。其中,高壓電路211與預設接腳P1連接,用以接收內部電壓Vint,以提供轉換電壓Vcon。穩壓電路112與高壓電路211耦接,用以根據轉換電壓Vcon,產生操作電壓Vcc。其中,高壓電路211例如但不限於包括阻抗電路214、高壓調節開關215、與逆止元件216。阻抗電路214,例如但不限於為電阻,具有第一端E1與第二端E2,其中第一端E1與預設接腳P1連接,以接收內部電壓Vint。高壓調節開關215與預設接腳P1、第二端E2、以及穩壓電路112耦接,以將內部電壓Vint轉換為轉換電壓Vcon。逆止元件216例如但不限於
為如圖所示之齊納(Zener)二極體D2,連接於第二端E2與接地電位之間,用以防止電流自該接地電位流入該阻抗電路。
第5圖顯示本創作第四個實施例。本實施例顯示本創作發光元件驅動晶片300的一個實施例。本實施例與第三個實施例不同之處,在於本實施例之電壓調節電路310中的高壓調節開關,與開關電路220中的高壓開關S2H,共用同一開關,如第5圖之高壓開關S2H所示。由於高壓元件如高壓開關S2H,往往相較同一晶片中的其他元件或電路,佔去相對較大的面積;因此,根據本實施例,發光元件驅動晶片300相較於先前技術,不但可以節省一個接腳的空間,更可進一步節省至少一個高壓元件所佔晶片中的空間,因而進一步縮小了晶片的尺寸。
第6圖顯示先前技術與本創作中,整流輸入電壓Vin、內部電壓Vint、與操作電壓Vcc的訊號波形示意圖。如圖所示,整流輸入電壓Vin例如為交流電壓經過整流後的半弦波訊號,而本創作於與發光元件連接之接腳所接收的內部電壓Vint則略低於整流輸入電壓Vin。此外,舉例而言,先前技術與本創作之操作電壓維持在位準Vcc1以作為內部電路之電源;則先前技術在一週期中,從時間點t1至時間點t2皆可使操作電壓Vcc維持在位準Vcc1;而本創作在一週期中,只能在時間點t4至時間點t2皆可使操作電壓Vcc維持在位準Vcc1;且整流輸入電壓Vin低於位準Vcc1是從時間點t2到時間點t3,期間相對較短;而本創作內部電壓Vint低於位準Vcc1是從時間點t5到時間點t6,期間相對較長。對此,根據本創作,可增加如第三實施例與第四實施例中,外部電容C1的電容值,例如但不限於將本創作中之外部電容的電容值,設定在3倍於直接接收整流輸入電壓Vin的外部電容C1的電容值,例如高於2uF,即可解決此問題。
以上已針對較佳實施例來說明本創作,唯以上所述者,僅係為使熟悉本技術者易於了解本創作的內容而已,並非用來限定本創作之權利範圍。在本創作之相同精神下,熟悉本技術者可以思及各
種等效變化。例如,各實施例中圖示直接連接的兩電路或元件間,可插置不影響主要功能的其他電路或元件;又如,發光元件不限於各實施例所示之發光二極體(LED),亦可擴及具有順向端與逆向端之發光元件;再如,實施例所示之PMOS可改換為NMOS元件、NMOS可改換為PMOS元件,僅需對應修改電路對訊號的處理方式;又例如,圖示以兩個LED元件構成的一個LED元件群組也可改為以其他數量LED元件構成一個LED元件群組。凡此種種,皆可根據本創作的教示類推而得,因此,本創作的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化
20‧‧‧發光二極體(light emitting diode,LED)電路20
30‧‧‧整流電路
40‧‧‧交流電源
100‧‧‧發光元件驅動晶片
110‧‧‧電壓調節電路
120‧‧‧開關電路
130‧‧‧電流源電路
140‧‧‧開關控制電路
I1‧‧‧LED電流
LED1-LED4‧‧‧LED
P1-P4‧‧‧接腳
U1-U4‧‧‧開關組
Vcc‧‧‧操作電壓
Vin‧‧‧整流輸入電壓
Vint‧‧‧內部電壓
Claims (7)
- 一種發光元件驅動晶片,用以與一發光元件電路耦接,該發光元件電路具有複數個串聯之發光元件,用以接收一整流輸入電壓,該發光元件驅動晶片包含:複數接腳,分別與對應之發光元件連接,其中一預設接腳用以提供一內部電壓;一電壓調節電路,與該預設接腳連接,用以接收該內部電壓,以提供一操作電壓,作為該發光元件驅動晶片之內部電路操作所需電源;一開關電路,包括複數開關組,分別與對應之該接腳連接;一電流源電路,與該開關電路耦接,用以提供一發光元件電流予導通之發光元件;以及一開關控制電路,與該開關電路耦接,用以產生一操作訊號,以操作該開關電路中的至少一個開關組,而決定導通的發光元件;其中,該發光元件驅動晶片不直接接收該整流輸入電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件驅動晶片,其中該電壓調節電路包括:一高壓電路,與該預設接腳連接,用以接收該內部電壓,以提供一轉換電壓;以及一穩壓電路,與該高壓電路耦接,用以根據該轉換電壓,產生該操作電壓。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光元件驅動晶片,其中該高壓電路包括:一阻抗電路,具有一第一端與一第二端,其中該第一端與該預設接腳連接,以接收該內部電壓; 一高壓調節開關,與該預設接腳、該第二端、以及該穩壓電路耦接,以將該內部電壓轉換為該轉換電壓;以及一逆止元件,連接於該第二端與一接地電位之間,用以防止電流自該接地電位流入該阻抗電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件驅動晶片,其中該開關組包括:一高壓開關,具有:一第一電流流入端,與對應之接腳連接;一第一控制端,與該電壓調節電路耦接,用以根據該內部電壓,決定該高壓開關導通或不導通;以及一第一電流流出端;以及一低壓開關,與該高壓開關串聯,該低壓開關具有:一第二電流流入端,與該第一電流流出端連接;一第二控制端,與該開關控制電路電連接,用以接收該操作訊號;以及一第二電流流出端,與該電流源電路耦接。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光元件驅動晶片,其中該穩壓電路包括一低壓降線性穩壓器(low dropout regulator,LDO)電路。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光元件驅動晶片,其中該穩壓電路用以與一外部電容耦接,且該外部電容電連接於該穩壓電路與一接地電位之間,用以調節該操作電壓。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光元件驅動晶片,其中該開關組包括:一高壓開關,與對應之接腳連接,用以根據該內部電壓,決定該高 壓開關導通或不導通;以及一低壓開關,與該高壓開關串聯,且該低壓開關與該開關控制電路電連接,用以接收該操作訊號,以決定導通的發光元件;其中,該高壓電路與該開關組共用與該預設接腳連接之該高壓開關。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW103217811U TWM501069U (zh) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 發光元件驅動晶片 |
US14/595,743 US9398657B2 (en) | 2014-10-07 | 2015-01-13 | Light emitting device driver chip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW103217811U TWM501069U (zh) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 發光元件驅動晶片 |
Publications (1)
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