专利名称：过电压保护电路及驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种保护电路，且特别是一种过电压保护电路及使用该保护电路的驱动电路。
背景技术：
随着科技快速发展,发光二极管(light emitting diode,LED)已广泛的运用于照明、指示灯、屏幕显示及背光等用途。而发光二极管通常需要驱动电路来进行对应的驱动控制，例如导通与截止运作、亮度调整及导通时间等。现有的一般驱动电路会整合于芯片，作为驱动芯片，并与发光二极管电路连接，以驱动发光二极管电路的运作。具体地说，驱动芯片的电源接脚可连接电源供应电路的输出端，以接收电源，而驱动接脚则连接发光二极管电路，以控制发光二极管电路的运作。此外，供应驱动芯片的电源电平与其所驱动的发光二极管数量通常是经过预先计算设定的，藉以避免过大功率消耗于驱动芯片内部，造成驱动芯片过热现象。然当供应驱动芯片的电源电平突然调高时，会造成过多的功耗于驱动芯片内部，使得驱动芯片过热，引发安全问题。目前设有驱动电路的驱动芯片大多具有过高温度保护(overtemperatureprotection, OTP)功能。例如，驱动芯片会于内部温度超过预设温度(例如IOO0C )时，启动保护功能，例如关闭驱动芯片以停止接收供应电源。然而此类保护效能属于被动式保护方 式，须等温度上升至一定值才会启动保护机能，无法有效避免驱动芯片因过高电压造成内部过热及过高功率消耗，从而影响驱动芯片的运作。此外，对于驱动芯片并无过高温度保护功能，则无法利用此功能进行对应保护。
发明内容
本发明提供一种过电压保护电路，此过电压保护电路利用可透过电压检测方式，主动地于供应电源电平高于一预设值时，控制导通开关组件，关闭芯片所接收到的电压，藉此以保护驱动芯片，避免芯片内部过热，同时亦可降低保护电路功率的消耗。本发明实施例提供一种过电压保护电路，适用于配置在芯片的电源接脚与电源端之间。此过电压保护电路包括电压检测单元、限流组件及开关组件。电压检测单元耦接于电源端与接地端之间，并用以根据电源端的电压电平输出设定电压。限流组件耦接于电源端与芯片的电源接脚之间。开关组件耦接于芯片的电源接脚与接地端之间，其中开关组件另耦接电压检测单元以受控于一设定电压。当电源端的电压电平高于第一预设值时，开关组件导通以关闭芯片所接收到的电压。在本发明其中一个实施例中，上述开关组件可以是NMOS晶体管，且NMOS晶体管的漏极耦接于芯片的电源接脚、 OS晶体管的源极耦接于接地端以及NMOS晶体管的栅极耦接于电压检测单元，以接收该设定电压。在本发明其中一个实施例中，上述开关组件可以是NPN晶体管，且NPN晶体管的集电极耦接于芯片的电源接脚、NPN晶体管的射极耦接于接地端以及NPN晶体管的基极耦接于电压检测单元，以接收该设定电压。本发明实施例提供一种驱动电路，适用于驱动具有至少一发光二极管的发光单元，且发光单元的第一端耦接于电源端。驱动电路包括芯片及过电压保护电路。芯片耦接于发光单元的第二端并用以驱动该发光单元。过电压保护电路耦接于该电源端与芯片的电源接脚之间，且过电压保护电路包括电压检测单元、限流组件及开关组件。电压检测单元耦接于电源端与接地端之间，并用以根据电源端的电压电平输出设定电压。限流组件耦接于电源端与芯片的电源接脚之间。开关组件耦接于芯片的电源接脚与接地端之间，其中开关组件另耦接电压检测单元以受控于设定电压。当电源端的电压电平高于第一预设值时，开关组件导通以关闭芯片所接收到的电压。综上所述，本发明提供一种过电压保护电路，此过电压保护电路可通过电压检测方式，主动地于交流电压源电压电平高于一预设值时，控制导通开关组件，以关闭芯片所接收到的电压，进而达到保护芯片的效能。据此，过电压保护电路可提前在过高温度保护功能启动之前，以主动式方式对芯片进行保护。本发明提供的过电压保护电路可应用于所有芯片，无论有无过高温度保护功能，从而达到对芯片的过压/过热保护功能。另外，此电压保护电路的检测架构设计亦可降低保护电路的功耗，从而提升保护电路的效益。为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
图1是本发明第一实施例的驱动电路的电路示意图。图2是本发明第一实施例的驱动电路的电路运作波形示意图。图3是本发明第一实施例的驱动电路的电路运作波形示意图。图4是本发明第二实施例的驱动电路的电路示意5是本发明第三实施例的驱动电路的电路示意图。主要组件符号说明1、2、3驱动电路10电源供应电路101交流电压源103整流电路20、50过电压保护电路201、501电压检测单元203限流组件205,505开关组件207稳压电路30驱动芯片33驱动电流设定组件40发光单元401a 401η 发光二极管
Rl R4电阻QlNMOST 晶体管Cl电容Sffl开关OAl比较器Dl D4二 极管D5齐纳二极管Vc设定电压V_REF参考电压VCC驱动芯片的电源接脚GND驱动芯片的接地接脚、接地端Sff驱动芯片的驱动接脚ISET驱动芯片的驱动电流设定接脚Vin交流电压VLED电压ILED电流PT电源端ClO C60 曲线
具体实施例方式〔第一实施例〕请参照图1，图1是本发明第一实施例提供的驱动电路的电路图。驱动电路I耦接于电源供应电路10的电源端PT与发光单元40，用以调整流经发光单元40的电流ILED以调整发光单元40的亮度。发光单元40包括至少一固态发光组件，例如是发光二极管(LightEmitting Diode, LED)401a 401η,但本实施例不限制固态发光组件的类型。本实施例以多个串联的发光二极管401a 401η为例，其中发光二极管401a的阳极耦接于电源端PT，而发光二极管401η的阴极耦接于驱动芯片30的驱动接脚SW。电源供应电路10包括交流电压源101与整流电路103，用以整流交流电压Vin，并经由电源端PT对驱动电路I与发光单元40供电。整流电路103例如是桥式整流器(bridgerectifier)，其包括二极管Dl D4，但本实施例不限制整流电路103的架构。本实施例的整流电路103以桥式整流器为例，其中二极管Dl的阳极耦接二极管D3的阴极，且二极管Dl的阴极耦接二极管D2的阴极。二极管D2的阳极耦接二极管D4的阴极，且二极管D4的阳极耦接二极管D3的阳极。交流电压源101的正极端耦接于二极管D1、D3之间的接点，而交流电压源101的负极端耦接于二极管D2、D4之间的接点。据此，交流电压源101通过二极管D1、D3与二极管D2、D4交互导通与截止运作对交流电压Vin进行整流。二极管Dl与二极管D2之间的接点耦接至电源端PT，而二极管D3与二极管D4之间的接点耦接至接地端GND，从而二极管Dl D4所形成的桥接式整流电路可将交流电压源101产出的交流电压Vin整流后，经由电源端PT对驱动电路I与发光单元40供电。驱动电路I包括过电压保护电路20及驱动芯片30，其中过电压保护电路20耦接于驱动芯片30，用以避免突发的高电压(例如突波)对驱动芯片30造成伤害。发光单元40耦接于电源端PT与驱动芯片30的驱动接脚SW之间，其中驱动芯片30可以控制流经发光单元40的电流量。值得注意的是，驱动芯片30的驱动接脚SW个数可以为一个或多个，可依设计需求而定，且本实施例并不限制。驱动芯片30可例如为离线式线性发光二极管驱云力芯片(off-line linear LED driver IC)。过电压保护电路20包括电压检测单元201、限流组件203、开关组件205及稳压电路207。电压检测单元201耦接于电源端PT与接地端GND之间，可根据电源端PT的电压电平输出一设定电压Vc。限流组件203耦接电源端PT与驱动芯片30的电源接脚VCC之间，其中限流组件203也耦接于电源端PT与开关组件205之间，且可例如是高阻抗组件，用以限定流入开关组件205的电流量，避免过高电流对开关组件205造成伤害。开关组件205耦接于驱动芯片30的电源接脚VCC与接地端GND之间，其中开关组件205耦接于电压检测单元201以受控于设定电压Ne。稳压电路207耦接于驱动芯片30的电源接脚VCC与接地端GND之间，用以稳定供应驱动芯片30的工作电压。其中，当电压检测单元201检测到电源端PT的电压电平高于第一预设值Vset时，会导通开关组件205以下拉驱动芯片30所接收到的电压。驱动芯片30会因为所接收的工作电压下降而停止运作，并且关闭发光单元40，使电流ILED降为零。藉此，过电压保护电路20可以在驱动芯片30发生过高温度保护(OTP)前先关闭驱动芯片30，以达到主动保护的功效。在本实施例中，电压检测单元201包括电阻Rl (第一电阻)及电阻R2(第二电阻)；限流组件203包括电阻R3 ;开关组件205包括NMOS晶体管Ql ;稳压电路207包括齐纳二极管D5与电容Cl。电阻Rl与电阻R2串联耦接于电源端PT与接地端GND之间，以形成分压电路。电阻R3耦接于电源端PT与NMOS晶体管Ql之间。NMOS晶体管Ql耦接于驱动芯片30的电源接脚VCC与接地端GND之间。齐纳二极管D5与电容Cl并联耦接于驱动芯片30的电源接脚VCC与接地端GND之间。具体地说，电阻Rl的第一端耦接于电源端PT，而电阻Rl的第二端耦接电阻R2的第一端。电阻R2的第二端则耦接接地端GND。电阻R3的第一端耦接于电源端PT，且电阻R3的第二端耦接NMOS晶体管Ql的漏极(drain)以及驱动芯片30的电源接脚VCC。据此，通过改变电阻R3的电阻值，可调整配置流经NMOS晶体管Ql的电流量。NMOS晶体管Ql的源极(source)耦接于接地端GND。NMOS晶体管Ql的栅极(gate)耦接于电阻Rl与电阻R2之间的接点(电阻Rl与电阻R2的共享端)。其中，电阻Rl与电阻R2可依据电源端PT的电压电平，产生设定电压Vc (亦即跨于电阻R2的电压)，并输出至NMOS晶体管Ql的栅极，以控制NMOS晶体管Ql的导通与截止运作。另外，齐纳二极管D5的阴极耦接电容Cl的第一端，并耦接驱动芯片30的电源接脚VCC。齐纳二极管D5的阳极耦接电容Cl的第二端，且耦接接地端GND。齐纳二极管D5于逆向偏压时，可稳定运作于其逆向崩溃电压(breakdown voltage),因此可用以稳定驱动芯片30的电源接脚VCC的电压。电容Cl则用以滤除驱动芯片30电源接脚VCC所接收到电压的涟波电压。值得一提的是，齐纳二极管D5的规格可依据驱动芯片30的电性规格，选定具有该逆向崩溃电压的齐纳二极管D5，本实施例并不限制齐纳二极管D5的种类。本发明技术领域的技术人员应可由图1的驱动电路架构选择符合电路运作需求的齐纳二极管D5及电容Cl的规格及种类，故不在此再赘述。
此外，驱动芯片30以离线式线性发光二极管驱动芯片为例，驱动芯片30的电源接脚VCC用以接收由电源端PT经电阻R3传送的工作电压或是于NMOS晶体管Ql导通时，下拉至接地端GND。驱动芯片30的接地接脚GND耦接接地端GND。驱动电流设定组件33于此实施例以电阻R4实现，但本实施例不限制。其中，电阻R4耦接于驱动芯片30的驱动电流设定接脚ISET与接地端GND之间，进而可透过调整电阻R4的电阻值设定流经发光单元40中多个串联之发光二极管401a 401η的电流ILED，以控制发光二极管401a 401η的运作。
驱动芯片30的驱动接脚SW耦接发光二极管401η的阴极。从而发光单元40中多个串联的发光二极管401a 401η可于驱动芯片30正常运作时，透过驱动芯片30的驱动接脚SW耦接接地端GND，形成导通回路。而于驱动芯片30停止运作时，形成断路，使电流ILED无法续流，从而截止发光二极管401a 401η，停止发光单元40的运作。另外，流经发光二极管401a 401η的电流如图1所标以电流ILED来表示，而跨于多个串联的发光二极管401a 401η的电压则以电压VLED表示。
驱动电路I的主要运作模式为当电源端PT低于第一预设值Vset时，电阻Rl与电阻R2的接点会依据电源端PT的电压电平输出设定电压Vc使NMOS晶体管Ql截止运作。此时，驱动芯片30的电源接脚VCC接收由电源端PT经齐纳二极管D5与电容Cl的并联稳压电路传送的工作电压，并驱动控制多个串联的发光二极管401a 401η的亮度。当电源端PT的电压电平高于第一预设值Vset时，电阻Rl与电阻R2的接点所输出的设定电压Vc会导通NMOS晶体管Ql，将驱动芯片30的电源接脚VCC下拉至接地端GND，使驱动芯片30因为所接收的工作电压下降而停止运作。此时，多个串联的发光二极管401a 401η会因无导通回路而使电流ILED无法续流，进而使发光单元40停止运作。从而过电压保护电路20可于过高温度保护(OTP)机能启动前，主动保护驱动芯片30，并避免过高电压对驱动芯片30造成伤害。
值得一提的是，第一预设值Vset与电阻Rl的电阻值、电阻R2的电阻值以及NMOS晶体管Ql的导通电压Vth相关，且可以下列公式来表示:
权利要求
1.一种过电压保护电路，适于配置在一芯片的一电源接脚与一电源端之间，其特征在于该过电压保护电路包括: 一电压检测单元，耦接于该电源端与一接地端之间，根据该电源端的电压电平输出一设定电压； 一限流组件，耦接该电源端与该芯片的该电源接脚之间；以及 一开关组件，耦接于该芯片的该电源接脚与该接地端之间，其中该开关组件并耦接该电压检测单元以受控于该设定电压； 其中，当该电源端的电压电平高于一第一预设值时，该开关组件导通以关闭该芯片所接收到的电压。
2.如权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于该电压检测单元包括: 一第一电阻，耦接于该电源端与一共享端之间；以及 一第二电阻，耦接于该共享端与该接地端之间； 其中该设定电压由该共享端产生。
3.如权利要求2所述的过电压保护电路，其特征在于该电压检测单元更包括一比较器，该比较器具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，该第一输入端稱接于该共享端，该第二输入端耦接于一参考电压，该输出端用以输出该设定电压至该开关组件。
4.如权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于该限流组件为一电阻。
5.如权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于该开关组件为一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于该电源接脚，该NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该NMOS晶体管的栅极耦接于该电压检测单元以接收该设定电压。
6.如权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于该开关组件为一NPN晶体管，该NPN晶体管的集电极耦接于该电源接脚，该NPN晶体管的射极耦接于该接地端，该NPN晶体管的基极耦接于该电压检测单元以接收该设定电压。
7.如权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于更包括: 一齐纳二极管，其阳极耦接于该接地端，其阴极耦接于该芯片的该电源接脚；以及 一电容，耦接于该芯片的该电源接脚与该接地端之间。
8.如权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于该芯片为一离线式线性发光二极管驱动芯片。
9.如权利要求2所述的过电压保护电路，其特征在于该电源端耦接于一整流电路，该整流电路整流一交流电压，并经由该电源端对该芯片供电，其中当该交流电压大于该第一预设值时，该开关组件导通，其中该第一预设值与该第一电阻的电阻值、该第二电阻的电阻值以及该开关组件的导通电压相关，其公式如下:
10.一种驱动电路，适用于驱动具有至少一发光二极管的一发光单兀，该发光单兀的一第一端耦接于一电源端，其特征在于该驱动电路包括:一芯片，耦接于该发光单元的一第二端，用以驱动该发光单元；以及 一过电压保护电路，耦接于该电源端与该芯片的一电源接脚之间，该过电压保护电路包括: 一电压检测单元，耦接于该电源端与一接地端之间，根据该电源端的电压电平输出一设定电压； 一限流组件，耦接该电源端与该芯片的该电源接脚之间；以及 一开关组件，耦接于该芯片的该电源接脚与该接地端之间，其中该开关组件并耦接该电压检测单元以受控于该设定电压； 其中，当该电源端的电压电平高于一第一预设值时，该开关组件导通以关闭该芯片的电源，使该芯片停止驱动该发光单元。
11.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于该电压检测单元包括: 一第一电阻，耦接于该电源端与一共享端之间；以及 一第二电阻，耦接于该 共享端与该接地端之间； 其中该设定电压由该共享端产生。
12.如权利要求11所述的驱动电路，其特征在于该电压检测单元更包括一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，该第一输入端稱接于该共享端，该第二输入端耦接于一参考电压，该输出端用以输出该设定电压至该开关组件。
13.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于该限流组件为一电阻。
14.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于更包括: 一整流电路，耦接于该电源端，用以整流一交流电压，并经由该电源端对该芯片供电，其中当该交流电压大于该第一预设值时，该开关组件导通，其中该第一预设值与该第一电阻的电阻值、该第二电阻的电阻值以及该开关组件的导通电压相关，其公式如下: (I+X Vth Vset = -- R2「~ λ/2 其中，Vset表不该第一预设值；R1表不该第一电阻的电阻值；R2表不该第二电阻的电阻值；Vth表示该开关组件的导通电压。
全文摘要
本发明提供一种过电压保护电路，适用于配置在芯片的电源接脚(VCC)与电源端之间。此过电压保护电路包括电压检测单元、限流组件及开关组件。电压检测单元耦接于电源端与接地端之间，并用以根据电源端的电压电平输出设定电压。限流组件耦接于电源端与芯片的电源接脚之间。开关组件耦接于芯片的电源接脚与接地端之间，其中开关组件另耦接电压检测单元以受控于设定电压。当电源端的电压电平高于第一预设值时，开关组件导通以关闭芯片所接收到的电压。
文档编号H02H9/04GK103166210SQ201210005380
公开日2013年6月19日 申请日期2012年1月6日 优先权日2011年12月19日
发明者赖建丰 申请人:隆达电子股份有限公司