专利名称：具有大操作电压范围的发光二极管驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管驱动电路，特别是涉及一种具有大操作电压范围的发 光二极管驱动电路。
背景技术：
近年来，发光二极管(light emitting diode,LED)的应用领域不断地被开发。相 较于白炽灯泡，发光二极管具有耗电量低、组件寿命长、体积小、无须暖灯时间和反应速度 快等优点，因此容易配合应用需求而制成极小或阵列式的组件，因此已普遍地应用在各式 信息、通讯及消费性电子产品的指示灯或显示装置上。除了应用于户外各种显示器及交通 号志灯外，发光二极管还广泛地应用于便携式产品上，例如移动电话、笔记型计算机或个人 数字助理(personal digital assistant, PDA)的液晶显示屏幕背光源。请参考图1，图1为一发光二极管的电压-电流特性图。当发光二极管的正向偏压 (forward-bias voltage)小于其临界电压(threshold voltage)Vb时，流经发光二极管的 电流极小，因此可视为开路；当发光二极管的正向偏压大于其临界电压Vb时，流经发光二 极管的电流会随着其正向偏压呈指数型的增加，因此可视为短路。在发光二极管驱动电路 中，一般会使用电流源来驱动发光二极管，使得不同的发光二极管能达到一致的发光亮度。请参考图2，图2为现有技术中一发光二极管驱动电路300的示意图。如图2所 示，发光二极管驱动电路300包含一电压源VS和一电流源IS，可用来驱动一发光组件10。 电压源VS可提供一驱动电压Vf以开启发光组件10，而电流源IS可稳定流经发光组件10 的驱动电流If以维持亮度均勻。在大尺寸的应用中需要使用许多发光二极管来提供足够 光源，由于发光二极管为一电流驱动组件，其发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到 高亮度和亮度均勻的要求，发光组件10 —般会包含多个串接发光二极管LED1 LEDn。假 设发光二极管LED1 LEDn的临界电压皆为理想值Vb，则开启发光组件10所需的驱动电压 Vf其值需大于n*Vb。串联发光二极管的数量越多，发光组件10所需的正向偏压越高。因 此，现有技术的发光二极管驱动电路100仅能在可操作电压范围与发光二极管串联数量之 间作一取舍。请参考图3，图3为现有技术中另一发光二极管驱动电路400的示意图。发光二 极管驱动电路400包含一电源供应电路110、一电压检测电路410和一电流调节电路420， 可用来驱动一发光组件10。电源供应电路110包含一电压源VS和一桥式整流器(bridge rectifier) 20。电压源VS可输出具正负周期的交流电压，而桥式整流器20可转换电压源 VS在负周期内的输出电压，因此电源供应电路110可提供一直流电压Vf以驱动发光组件 10，其中直流电压Vf的值随着时间而有周期性变化。电流调节电路420包含多组电流源 IS1 1 ,分别用来控制发光组件10中相对应发光二极管LED1 LEDn的亮度大小。电压检 测电路410可检测驱动电压Vf的值，并依此开启或关闭电流调节电路220的电流源IS1 ISn0假设发光二极管LED1 LEDn的临界电压皆为理想值Vb，当驱动电压Vf等于发光二极 管LED1的临界电压时(Vb)，电压检测电路410会开启电流源IS1并关闭电流源IS2 ISn，4此时电流路径从电压源VS依序流经发光二极管LED1和电流源IS1 ；当驱动电压Vf等于发 光二极管LED1和LED2的加总临界电压时OVb)，电压检测电路410会开启电流源1 并关 闭电流源IS1和1 1 ，此时电流路径从电压源VS依序流经发光二极管LED1、发光二极 管LED2和电流源IS2 ..；依此类推，当驱动电压Vf等于发光二极管LED1 LEDn的加总临 界电压时(nVb)，电压检测电路410会开启电流源1 并关闭电流源IS1 ISlri，此时电流 路径从电压源VS依序流经发光二极管LED1 LEDn*电流源1&。然而，由于材料纯度以及工艺封装的关系，发光二极管LED1 LEDn中各发光二极 管的临界电压并非皆为理想值Vb。因此，电压检测电路410无法确实依据每一发光二极管 的实际临界电压来开启或关闭相对应的电流源。举例来说，假设发光二极管LED1的实际临 界电压Vbl大于理想临界电压Vb，若电压检测电路410在Vf = Vb时开启电流源IS1，此时 发光二极管LED1并无法导通；因此在设计时，必然须将此非理想因子考虑进去，加大预先设 定切换电流源的电压电位，以避免在使用上出现无法导通问题。假设将切换电压Vb，增大以 符合大多数非理想的发光二极管，若电压检测电路410在Vf = Vb，时才开启电流源IS1,此 时多余的电压(Vb’ -Vbl)不仅会增加电流源IS1的功率消耗，亦会减少可操作电压范围。
发明内容
本发明提供一种具有大操作电压范围的驱动电路，用来驱动多个串接的发光单 元，该驱动电路包含一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个 别临界电压和多组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。本发明还提供一种具有大操作电压范围的显示装置，其包含多个串接的发光单 元；一电源供应电路，串接于该多个发光单元；以及一驱动电路，用来驱动该多个串接的发 光单元。该驱动电路包含一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管 的个别临界电压和多组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。
图1为一发光二极管的电压-电流特性图。图2为现有技术中一发光二二极管驱动电路的示意图。图3为现有技术中另一发光二极管驱动电路的示意图。图4为本发明第一实施例中一发光二极管驱动电路的示意图。图5为本发明第二实施例中一发光二极管驱动电路的示意图。图6为本发明的发光二极々豪驱动电路运作时的示意图。附图符号说明10发光组件IS、IS1 1 电流源20桥式整流器SW1-SWn 开关110电源供应电路CM1 CMn判断单元410电压检测电路CKT1 CKTn调整电路VS电压源LED1 LEDn发光二极管420电流调节电路120、220电流选择电路D1 Dn+1发光单元
100、200、300、400发光二极管驱动电路
具体实施例方式请参考图4和图5，图4为本发明第一实施例中一发光二极管驱动电路100的示意 图，而图5为本发明第二实施例中一发光二极管驱动电路200的示意图。发光二极管驱动 电路100包含一电流选择电路120，发光二极管驱动电路200包含一电流选择电路220，可 驱动串接于一电源供应电路110的一发光组件10。电源供应电路110包含一电压源VS和一桥式整流器20。电压源VS可输出具有 正负周期的交流电压，而桥式整流器20可转换电压源VS在负周期内的输出电压，因此电源 供应电路110可提供一直流电压Vf以驱动发光组件10，其中直流电压Vf的值随着时间而 有周期性变化。发光组件10可包含多个串接的发光单元D1 Dn+1，每一发光单元可包含一 个发光二极管或多个发光二极管，图4仅显示了采用单一发光二极管的架构。在发光单元 D1 Dn+1中，两相邻发光单元之间的电压分别由V1 Vn来表示。在本发明第一实施例的发光二极管驱动电路100中，电流选择电路120包含多组 可变电流源IS1 1 和多个调整电路CKT1 CKTn。可变电流源IS1 1 可分别将流经 发光组件10中相对应发光单元D1 Dn的电流控制在可调整的预定值，进而达到控制亮度 及保护发光二极管的目的。调整电路CKT1 CKTn可分别检测V1 Vn的值，并依此调整可 变电流源IS1-Kn的限流值。如前所述，电压Vf的值随着时间而有周期性变化。假设在起始时电压Vf的值由 0逐渐上升，当发光单元D1上的跨压大于发光单元D1的临界电压时，发光单元D1会被导通， 此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D1和电流源IS1，并由电流源IS1将流经发光 单元D1的电流控制在固定值。接着，电压V1会随着电压Vf而增加，当发光单元&上的跨压 大于发光单元A的临界电压时，发光单元A会被导通，调整电路CKT1会检测电压V2或发光 单元A的电流，将可变电流源IS1的限流值随发光单元A电流增加而逐渐调降至零，此时电 流路径从电压源VS依序流经发光单元D1、发光单元D2、和电流源IS2，并由电流源1 将流 经发光单元D1 D2的电流控制在固定值。依此类推，随着电压Vf逐渐上升，电压V1 Vn 的值也依序随之增加，使得发光单元D1 Dn依序被导通。另一方面，调整电路CKT1 CKTn 会分别检测电压V2 Vn+1的值或分别检测流经发光单元A Dn+1的电流，再依序将可变电 流源IS1 1 的限流值调降至零。。假设在电源供应电路提供的电压Vf具最大值时，发光单元D1 Dn皆被导通，可变 电流源IS1 ISlri的限流值皆为零，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D1 Dn 和电流源ISn，并由电流源1 将流经发光单元D1 Dn的电流控制在固定值。随着电压Vf 开始下降，发光单元Dn首先会因跨压不足而被关闭，调整电路CKTlri会检测电压Vn或发光 单元Dn的电流，逐渐调升可变电流源ISlri的电流达限流值，此时电流路径从电压源VS依序 流经发光单元D1 Dlri和电流源ISlri，并由电流源ISlri将流经发光单元D1 Dlri的电流 控制在固定值。依此类推，随着电压Vf逐渐下降，电SVn-V1的值也依序随之减少，使得 发光单元Dn D1依序被关闭，调整电路CKTlri CKT1会分别检测电压Vn V2或分别检测 发光单元Dn D2的电流，再依序调升开关可变电流源ISlri IS1的电流达限流值。。在本发明第二实施例的发光二极管驱动电路200中，电流选择电路220包含多组6定电流源IS1 1 、多个开关SW1 SWn，以及多个判断单元CM1 CMn。电流源IS1 1 可分别将流经发光组件10中相对应发光单元D1 Dn的电流控制在固定值，进而达到控制 亮度及保护发光二极管的目的。开关SW1 SWn的第一端分别耦接至发光单元D1 Dn+1中 两相邻发光单元之间(V1 Vn)，而第二端则分别耦接至电流源IS1 ISn。判断单元CM1 CMn可分别检测V1 Vn的值，并依此开启或关闭相对应的开关SW1 SWn。如前所述，电压Vf的值随着时间而有周期性变化。假设在起始时电压Vf的值为 0，此时开关SW1 SWn皆呈导通状态(短路)。接着电压Vf逐渐上升，当发光单元D1上的 跨压等于发光单元D1的临界电压时，发光单元D1会被导通，而发光单元1)2仍无法导通，此时 电流路径从电压源VS依序流经发光单元D1、开关SW1和电流源IS1，并由电流源IS1将流经 发光单元D1的电流控制在固定值。接着，电压V1会随着电压Vf而增加，当发光单元&上的 跨压等于发光单元A的临界电压时，发光单元A会被导通，而发光单元D3仍无法导通，此 时电压V2亦会随着电压Vf而增加。在检测到电压V2已达到一预定值后，判断单元CM1会 关闭(开路)开关SW1，此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D1、发光单元D2、开关 Sff2和电流源IS2，并由电流源IS2将流经发光单元D1 D2的电流控制在固定值。依此类推， 随着电压Vf逐渐上升，电压V1 Vn的值也依序随之增加，使得发光单元D1 Dn依序被导 通。另一方面，判断单元CM1 CMn分别检测电压V2 Vn+1的值是否达到预定值，再依序关 闭(开路)开关SW1 SWn。假设在电源供应电路提供的电压Vf具最大值时，发光单元D1 Dn皆被导通，开 关SW1-SWlri皆被关闭(开路)，而开关SWn被导通(短路)，此时电流路径从电压源VS依 序流经发光单元D1 Dn、开关SWdn电流源ISn，并由电流源1 将流经发光单元D1 Dn的 电流控制在固定值。随着电压Vf开始下降，电压Vn亦开始下降，当电压Vn随着电压Vf下 降而达到一预定值后，判断单元CMlri会导通(短路)开关SWlri，发光单元Dn亦会因跨压不 足而被关闭。此时电流路径从电压源VS依序流经发光单元D1 Dlri、开关SWlri和电流源 ISlri，并由电流源ISlri将流经发光单元D1 Dlri的电流控制在固定值。依此类推，随着电 压Vf逐渐下降，电压Vn V1的值也依序随之降低，使得发光单元Dn D1依序被关闭。另 一方面，判断单元CMlri CM1分别检测电压Vn V2的值是否达到预定值，再依序导通(短 路)开关SWlri SW115另一方面，发光单元Dn-D1亦会因跨压不足依序被关闭。请参考图6，图6为本发明的发光二极管驱动电路100或200运作时的示意图。假 设发光二极管驱动电路100或200使用5组电流源IS1 IS5,且其预设的限流值皆相等。 发光组件10包含5个串接的发光单元D1 D5，其临界电压分别由Vb1 Vb5来表示。在图 6中，Vf代表电源供应电路110所提供的直流电压，Vb代表发光单元D1 D5中所有导通发 光单元上的总跨压，而Idi代表流经了发光单元D1的电流。如图6所示，本发明不但能提供 大范围的可操作电压(tl和t2之间)，同时亦能减少电流源IS1 1 的功率消耗(电压 Vf和Vb之间的差值，由图6中斜线部分来表示)。综上所述，本发明可依据每一发光单元的实际临界电压来控制相对应电流源的限 流值，例如第一实施例中电流选择电路120的数字式切换，或是第二实施例中电流选择电 路220的模拟式调整。因此不需使用滤波电容，也不需要检测输入电压，而是随着每一发光 二极管的个别临界电压来控制发光二极管串行内的电流路径。即使发光单元内各发光二极 管的临界电压并不尽相同，本发明仍可准确地提供相对应的限流值，因此能增加可操作电压范围，同时获得极佳的发光效率与功率因素。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种具有大操作电压范围的驱动电路，用来驱动多个串接的发光单元，该驱动电路 包含一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多 组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其中该电流选择电路包含 多组电流源，分别用来提供该多组限流值。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其中该电流选择电路包含多个调整电路，用来分别依据该多个发光单元中相对应的两相邻发光单元之间的电位 来调整该多组限流值的大小。
4.如权利要求2所述的驱动电路，其中该多组电流源为可变电流源。
5.如权利要求2所述的驱动电路，其中该电流选择电路包含多个判断单元，用来依据该多个发光单元中相对应的两相邻发光单元之间的电位来产 生多组开关控制讯号；以及多个开关，用来分别依据该多组开关控制讯号来控制该多组电流源和相对应发光单元 之间的讯号传送路径。
6.如权利要求2所述的驱动电路，其中该多组电流源为定电流源。
7.如权利要求1所述的驱动电路，其中该电流选择电路是与多个串接的发光单元成阵 列排列。
8.如权利要求1所述的驱动电路，其中每一发光单元包含一发光二极管。
9.如权利要求1所述的驱动电路，其中每一发光单元包含多个串接的发光二极管。
10.一种具有大操作电压范围的显示装置，其包含 多个串接的发光单元；一电源供应电路，串接于该多个发光单元；以及 一驱动电路，用来驱动该多个串接的发光单元，该驱动电路包含 一电流选择电路，用来依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多 组限流值来控制该多个发光单元内的电流路径。
11.如权利要求10所述的显示装置，其中该电流选择电路包含 多组电流源，分别用来提供该多组限流值。
12.如权利要求11所述的显示装置，其中该电流选择电路包含多个调整电路，用来分别依据该多个发光单元中相对应的两相邻发光单元之间的电位 来调整该多组限流值的大小。
13.如权利要求11所述的显示装置，其中该多组电流源为可变电流源。
14.如权利要求11所述的显示装置，其中该电流选择电路包含多个判断单元，用来依据该多个发光单元中相对应的两相邻发光单元之间的电位来产 生多组开关控制讯号；以及多个开关，用来分别依据该多组开关控制讯号来控制该多组电流源和相对应发光单元 之间的讯号传送路径。
15.如权利要求11所述的显示装置，其中该多组电流源为定电流源。
16.如权利要求10所述的显示装置，其中该电流选择电路是与多个串接的发光单元成阵列排列。
17.如权利要求10所述的显示装置，其中该电源供应电路包含 一电压源，用来提供一具正负周期的交流电压；以及一桥式整流器，用来转换该交流电压于负周期时的输出，进而提供一直流电压以驱动 该多个串接的发光单元。
18.如权利要求1所述的显示装置，其中每一发光单元包含一发光二极管。
19.如权利要求1所述的显示装置，其中每一发光单元包含多个串接的发光二极管。
全文摘要
本发明揭示一种具有大操作电压范围的发光二极管驱动电路。该发光二极管驱动电路包含一电流选择电路，可依据该多个发光单元中相对应发光二极管的个别临界电压和多组限流值来控制多个发光单元内的电流路径。
文档编号G09G3/32GK102056367SQ20091020817
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者康金锋, 林孟宏 申请人:沛亨半导体股份有限公司