发光二极管驱动模块与发光二极管模块的制作方法

本发明关于一种用来驱动多个发光二极管串的发光二极管体驱动模块与发光二极管模块，且特别是一种定输入功率的发光二极管体驱动模块与发光二极管模块。

背景技术：

发光二极管目前已经可以被量产，且拿来作为照明使用。多个发光二极管可以串连成一个以上的发光二极管串，并且通过驱动电路，发光二极管串可以被驱动而发光。目前驱动电路的设计多以线性驱动电路为主流，其具有低成本、低电磁干扰、易于时作与小尺寸的优点。

请参照图1A，图1A是传统发光二极管模块的示意图。传统发光二极管模块1包括多个发光二极管串LEDS1、LEDS2与驱动电路11。每一个发光二极管串LEDS1、LEDS2包括至少一个发光二极管，且分别具有顺向导通电压V_f1与V_f2。驱动电路11是一个定电流驱动的线性驱动电路，其包括了多个开关与至少一个定电流源，并电性连接发光二极管串LEDS1、LEDS2的输入端与输出端，以根据交流的输入电压V_in选择性地让发光二极管串LEDS1、LEDS2的其中之一导通。

请同时参照图1A与图1B，图1B是传统发光二极管模块的输入电压、流经发光二极管串的电流与总电流的波形图。如图1B所示，当交流的输入电压V_in大于发光二极管串LEDS1的顺向导通电压V_f1但小于发光二极管串LEDS2的顺向导通电压V_f2时，则发光二极管串LEDS1会导通，而发光二极管串LEDS2不导通，亦即，于输入电压V_in介于顺向导通电压V_f1与V_f2之间时，会有电流I_D1流经发光二极管串LEDS1。当交流的输入电压V_in大于等于发光二极管串LEDS2的顺向导通电压V_f2时，通过驱动电路11，选择仅让发光二极管串LEDS2导通，亦即，于输入电压V_in大于等于顺向导通电压V_f2时，会有电流I_D2流经发光二极管串LEDS2。

另外，对于供应输入电压V_in的驱动电源来说，其供应的总电流为I_LED， 总电流I_LED为电流I_D1与I_D2的总和，且发光二极管串LEDS1、LEDS2所消耗的总功率为I_D1·V_f1(相当于区域R1a与R1b的面积)与I_D2·V_f2(相当于区域R2的面积)的总和。由此可见，当顺向导通电压V_f1与V_f2越高，则理论上会有较少的消耗功率，但其功率因子(Power Factor，PF)也会较低；相反地，当顺向导通电压V_f1与V_f2越低，则理论上会有较大的消耗功率，但其功率因子也会较高。

除此之外，以交流的输入电压V_in作为驱动电源的线性驱动电路11虽然架构简单，但因为发光二极管串LEDS1、LEDS2是以定电流驱动，因此，一旦输入电压V_in有所变化，则输入功率也会跟着变动。甚至，在输入电压V_in上升时，多余的功率会消耗在驱动电路11上，使得驱动电路11的温度大幅上升，导致驱动电路11过热或毁损。另外一方面，由于各发光二极管串LEDS1、LEDS2的顺向导通电压V_f1、V_f2不同，故在输入功率有变动时，各发光二极管串LEDS1、LEDS2所获得的功率也会不同。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种发光二极管驱动模块，其用以驱动多个发光二极管串，且包括除法电路、误差放大电路与驱动电路。除法电路将固定电压除以相关于输入电压的第一电压，以产生参考电压。误差放大电路电性连接除法电路，用以接收参考电压，并且据此产生驱动电压。驱动电路电性连接误差放大电路，用以接收驱动电压，以根据驱动电压选择性使多个发光二极管串导通。除法电路、误差放大电路与驱动电路形成负反馈路径，以使对应于输入电压的输入功率为固定值。

本发明实施例提供一种发光二极管驱动模块，其用以驱动多个发光二极管串，且包括乘法电路、误差放大电路与驱动电路。乘法电路将相关于输入电压的第一电压与用以接收多个发光二极管串顺向导通时流过的多个电流的至少一电阻上的至少一电压相乘，以产生参考电压。误差放大电路电性连接乘法电路，用以接收参考电压与固定电压，并且据此产生驱动电压。驱动电路电性连接误差放大电路，用以接收驱动电压，以根据驱动电压选择性使多个发光二极管串导通。乘法电路、误差放大电路与驱动电路形成负反馈路径，以使对应于输入电压的输入功率为固定值。

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，但是这些说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1A是传统发光二极管模块的示意图。

图1B是传统发光二极管模块的输入电压、流经发光二极管串的电流与总电流的波形图。

图2A是本发明实施例的发光二极管模块的示意图。

图2B是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图3A是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图3B是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图3C是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图3D是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图4A是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图4B是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

图4C是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。

符号说明

1：传统发光二极管模块

11、311、321、331、411、421、431：驱动电路

LEDS1、LEDS2、LEDS：发光二极管串

V_f1、V_f2、V_f：顺向导通电压

V_in：输入电压

I_D1、I_D2、I_LED：电流

R1a、R1b、R2：区域

21、22、31、32、33、41、42、43：发光二极管模块

211、DIV：除法器

OP、OP1～OP3：运算放大器

MN1、MN2：切换晶体管

R₁～R₁₁：电阻

C：固定电压

V_ref：参考电压

V_S、V₃、V₄：电压

221、MUL：乘法器

C₁、C₂：电容

313、323、333：除法电路

312、322、332、412、422、432：误差放大电路

413、423、433：乘法电路

V_in,avg：平均输入电压

具体实施方式

在下文将参看附图更充分地描述各种例示性实施例，在附图中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供这些例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域的技术人员充分传达本发明概念的范畴。在诸附图中，可为了清楚而夸示层和区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

对于用户而言，其看到的亮度相关于发光二极管驱动模块的输入功率，故为了避免因为输入电压有变化导致输入功率也会跟着变动，本发明实施例提供一种定输入功率的发光二极管驱动模块与发光二极管模块，亦即，不管发光二极管串的顺向导通电压或总电流为何，其输入功率为固定值。另外一方面，由于发光二极管模块具有定输入功率，不会随着输入电压上升，故消耗在发光二极管驱动模块的芯片上的功率，亦不会随着输入电压而增加，以避免发光二极管驱动模块的芯片过热或毁损。

首先，请参照图2A，图2A是本发明实施例的发光二极管模块的示意图。发光二极管模块21包括一个发光二极管串LEDS、除法器211、运算放大器OP、切换晶体管MN1与电阻R₃，其中除法器211、运算放大器OP、切换晶体管MN1与电阻R₃组成发光二极管模块21的发光二极管驱动模块。发光二极管串LEDS包括至少一个发光二极管，具有顺向导通电压V_f，其输入端接收输入电压V_in，而其输出端电性连接切换晶体管MN1的漏极。除法器211接收输入电压V_in与固定电压C，且其输出端电性耦接运算放大器OP的正输入端。运算放大器OP的负输入端电性耦接电阻R₃的一端与切换晶体管MN1 的源极，运算放大器OP的输出端电性耦接切换晶体管MN1的栅极，且电阻R₃的另一端接地。

于此实施例中，除法器211用以输出参考电压V_ref，其中参考电压V_ref为固定电压C与输入电压V_in的比例，亦即V_ref＝C/V_in。由于存在着负反馈路径，因此，运算放大器OP的负输入端上的电压V_S会等于运算放大器OP的正输入端上的参考电压V_ref。然后，输入电压V_in的驱动电源所提供流经发光二极管串LEDS的电流I_LED会等于电压V_S与电阻R₃的比例，亦即，I_LED＝V_S/R₃。如此，输入功率P_in会是V_in·I_LED＝V_in·V_S/R₃，将电压V_S以C/V_in代入上式，则输入功率P_in将等于C/R₃，也就是输入功率P_in为固定值。

另外，上述定输入功率的发光二极管模块21及其发光二极管驱动模块的作法仅是本发明的其中一种实现方式，以下将介绍另一种实现定输入功率的发光二极管模块及其发光二极管驱动模块的作法。

请参照图2B，图2B是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。于图2B的发光二极管模块22中，发光二极管模块22的发光二极管驱动模块改用乘法器221来取代图2A实施例中的除法器211，运算放大器OP的负输入端与正输入端分别改成电性耦接乘法器211的输出端与接收固定电压C，且乘法器221的其中一个输入端电性耦接电阻R₃的一端。

于此实施例中，乘法器221用以输出参考电压V_ref，其中参考电压V_ref为电压V_S与输入电压V_in的乘积，亦即V_ref＝V_in·V_S。由于存在着负反馈路径，因此，运算放大器OP的负输入端上的参考电压V_ref会等于运算放大器OP的正输入端上的固定电压C，亦即C＝V_in·V_S。然后，输入电压V_in的驱动电源所提供流经发光二极管串LEDS的电流I_LED会等于电压V_S与电阻R₃的比例，亦即，I_LED＝V_S/R₃。如此，输入功率P_in会是V_in·I_LED＝V_in·V_S/R₃，将电压V_S以C/V_in代入上式，则输入功率P_in将等于C/R₃，也就是输入功率P_in为固定值。

上述图2A与图2B的实施例皆相关于仅有一个发光二极管串的发光二极管模块及其发光二极管驱动模块，然而，本发明并不限制发光二极管串的数量。以下将介绍具有两个以上的发光二极管串的发光二极管模块及其发光二极管驱动模块。

请参照图3A，图3A是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。于此实施例中，发光二极管模块31包括多个发光二极管串LEDS1、LEDS2与发光二极管驱动模块，发光二极管驱动模块包括驱动电路311、误差放大 电路312、除法电路313、多个电阻R₁～R₄与多个电容C₁、C₂。发光二极管串LEDS1的输入端接收输入电压V_in，且发光二极管串LEDS1的输出端电性耦接发光二极管串LEDS2的输入端。驱动电路311电性耦接发光二极管串LEDS1、LEDS2的输出端、误差放大电路312、电阻R₃、R₄的两端与电容C₂的一端。误差放大电路312电性耦接除法电路313、电阻R₃、R₄的两端与电容C₂的一端，且电阻R₃、R₄的另两端与电容C₂的另一端接地。除法电路313接收固定电压C，且电性耦接电阻R₁的另一端、电阻R₂的一端与电容C₁的一端。电阻R₁的一端接收输入电压V_in，电阻R₂的另一端与电容C₁的另一端接地。

于此实施例中，电阻R₁、R₂与电容C₁组成了一个低通滤波电路，其作用类似于积分电路，故可以在电容C₁的一端获得输入电压V_in的平均输入电压V_in,avg。除法电路313用以将固定电压C除以平均输入电压V_in,avg，以获得参考电压V_ref，其中V_ref＝C/V_in,avg。误差放大电路312用以接收参考电压V_ref与电阻R₃、R₄的两端上的电压，并据此输出驱动电压给驱动电路311。驱动电路311用以根据驱动电压使得发光二极管串LEDS1、LEDS2得以同时顺向导通。通过误差放大电路312与驱动电路311所组成的负反馈路径，电阻R₃、R₄的两端上的电压的总和会等于参考电压V_ref。当R₃等于R₄时，流经发光二极管串LEDS1、LEDS2的电流会等于V_ref/R₃，而且输入功率会等于V_in,avg·(V_ref/R₃)，将上述参考电压V_ref以C/V_in,avg代入上式，则输入功率会等于C·(1/R₃)的固定值。

接着，请参照图3B，图3B是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。图3B的发光二极管模块32是图3A的发光二极管模块31的其中一种实现方式。于图3B的实施例中，除法电路323包括一个除法器DIV，其两个输入端分别接收固定电压C与平均输入电压V_in,avg。误差放大电路312包括运算放大器OP1与两个电阻R₅与R₆，运算放大器OP1的正输入端电性耦接除法器DIV的输出端，以接收参考电压V_ref。运算放大器OP1的负输入端电性耦接电阻R₅与R₆的两端，电阻R₅与R₆的另两端分别电性耦接电阻R₃与R₄的另两端，以借此使运算放大器OP1的负输入端接收电阻R₃、R₄的两端上的电压的总和。

驱动电路321包括两个运算放大器OP2、OP3、多个电阻R₇～R₁₁与两个切换晶体管MN1、MN2。运算放大器OP2的正输入端电性耦接电阻R₇的一 端、电容C₂的一端与运算放大器OP1的输出端，并接收驱动电压。运算放大器OP2的负输入端电性耦接电阻R₈的一端，且运算放大器OP2的输出端电性耦接切换晶体管MN2的栅极。电阻R₈的另一端电性耦接切换晶体管MN2的源极、电阻R₃、R₁₀的一端与电阻R₅的另一端。切换晶体管MN2的漏极电性耦接发光二极管串LEDS2的输出端。电阻R₇的另一端电性耦接电阻R₉的一端与运算放大器OP3的正输入端，且电阻R₉的另一端接地。运算放大器OP3的负输入端电性耦接电阻R₁₁的一端与电阻R₁₀的另一端，且运算放大器OP3的输出端电性耦接切换晶体管MN1的栅极。电阻R₁₁的另一端电性耦接电阻R₄的一端与电阻R₆的另一端，且切换晶体管MN1的漏极电性耦接发光二极管串LEDS1的输出端。通过上述驱动电路321内各元件的作用，当输入电压V_in上升到一定准位时，发光二极管串LEDS1、LEDS2会同时顺向导通，简单地说，通过驱动电路321，发光二极管串LEDS1、LEDS2并不会单独地顺向导通。

在其他种实施方式中，图3A的电阻R₄可以被移除，如图3C与图3D所示，图3C与图3D是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。于此实施例中，发光二极管模块33的除法电路333相同于图3B的除法电路323，故不赘述。发光二极管模块33的误差放大电路332仅有运算放大器OP1，运算放大器OP1的正输入端电性耦接除法器DIV的输出端，以接收参考电压V_ref，而运算放大器OP1的负输入端电性耦接电阻R₃的一端。

另外，驱动电路331包括两个运算放大器OP2、OP3、多个电阻R₅、R₆与两个切换晶体管MN1、MN2。运算放大器OP2、OP3的正输入端电性运算放大器OP1的输出端，以接收驱动电压，且运算放大器OP2、OP3的负输入端分别电性耦接电阻R₃、R₆的两端。运算放大器OP2的输出端电性耦接切换晶体管MN2的栅极，切换晶体管MN2的源极电性耦接电阻R₃的一端，且切换晶体管MN2的漏极电性耦接发光二极管串LEDS2的输出端与电阻R₅的一端。电阻R₅与R₆的另两端分别电性耦接电阻R₆、R₃的两端。运算放大器OP3的输出端电性耦接切换晶体管MN1的栅极，切换晶体管MN1的漏极电性耦接发光二极管串LEDS1的输出端，以及切换晶体管MN1的源极电性耦接电阻R₃的一端。通过上述驱动电路331内各元件的作用，当输入电压V_in上升超过发光二极管串LEDS1的顺向导通电压而小于发光二极管串LEDS2的顺向导通电压时，发光二极管串LEDS1会顺向导通，而发光二极管串LEDS2 并不会顺向导通，亦即切换晶体管MN2关闭，而切换晶体管MN1导通。当输入电压V_in上升超过发光二极管串LEDS2的顺向导通电压时，发光二极管串LEDS1、LEDS2会顺向导通，亦即切换晶体管MN1关闭，而切换晶体管MN2导通。

于此实施例中，通过负反馈路径，运算放大器OP1的负输入端上的电压会等于运算放大器OP1的正输入端上的参考电压V_ref，而流经发光二极管串LEDS1、LEDS2的电流皆等于V_ref/R₃，而且输入功率会等于V_in,avg·(V_ref/R₃)，将上述参考电压V_ref以C/V_in,avg代入上式，则输入功率会等于C·(1/R₃)的固定值。

上述实施例的两个以上的发光二极管串的发光二极管模块及其发光二极管驱动模块采用除法电路来实现，但如前面所述，亦可以改用乘法电路来实现。以下将介绍使用乘法电路来实现的两个以上的发光二极管串的发光二极管模块及其发光二极管驱动模块。

请参照图4A，图4A是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。于此实施例中，发光二极管模块41包括多个发光二极管串LEDS1、LEDS2与发光二极管驱动模块，发光二极管驱动模块包括驱动电路411、误差放大电路412、乘法电路413、多个电阻R₁～R₄与多个电容C₁、C₂。相较于图3A的实施例，图4A中的固定电压C是被误差放大电路412所接收，且电阻R₃、R₄的两端与电容C₁的一端是电性耦接至乘法电路413。

乘法电路413用以将平均输入电压V_in,avg与电阻R₃、R₄的两端上的电压V₃、V₄的总和相乘，以获得参考电压V_ref，亦即V_ref＝V_in,avg·(V₃+V₄)。误差放大电路412用以接收参考电压V_ref与固定电压C，并据此输出驱动电压给驱动电路411。驱动电路411用以根据驱动电压使得发光二极管串LEDS1、LEDS2得以同时顺向导通。通过误差放大电路412与驱动电路411所组成的负反馈路径，参考电压V_ref会等于固定电压。因此，流经发光二极管串LEDS1、LEDS2的电流会分别等于V₃/R₃与V₄/R₄。因此，输入功率会等于V_in,avg·(V₃/R₃与V₄/R₄)，将上述平均输入电压V_in,avg以C/(V₃+V₄)代入上式，且设计电阻R₃、R₄的阻值相同，则输入功率会等于C·(1/R₃)的固定值。

接着，请参照图4B，图4B是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。图4B的发光二极管模块42是图4A的发光二极管模块41的其中一种实现方式。于图4B的实施例中，乘法电路423包括一个乘法器MUL与两个 电阻R₅、R₆，乘法器MUL的两个输入端分别接收平均输入电压V_in,avg与电阻R₃、R₄的两端上的电压V₃、V₄的总和，其中电阻R₅、R₆的两端电耦接乘法器MUL的一个输入端，且电阻R₅、R₆的另两端电性耦接电阻R₃、R₄的两端。误差放大电路422包括运算放大器OP1，运算放大器OP1的正输入端电性耦接除法器DIV的输出端，以接收参考电压V_ref。运算放大器OP1的负输入端接收固定电压C。驱动电路421的架构则与图3B的驱动电路321的架构相同，故不赘述。

在其他种实施方式中，图4A的电阻R₄可以被移除，如图4C所示，图4C是本发明另一实施例的发光二极管模块的示意图。于此实施例中，发光二极管模块43的乘法电路433仅具有乘法器MUL。发光二极管模块43的误差放大电路432则与图4B的误差放大电路422相同，故不赘述。另外，驱动电路431的架构则与图3C的驱动电路331的架构相同，故不赘述。

于此实施例中，通过负反馈路径，运算放大器OP1的负输入端上的参考电压V_ref会等于运算放大器OP1的正输入端上的固定电压C，而流经发光二极管串LEDS1、LEDS2的电流皆等于V₃/R₃，而且输入功率会等于V_in,avg·(V₃/R₃)，将上述平均输入电压V_in,avg以C/V₃代入上式，则输入功率会等于C·(1/R₃)的固定值。

综上所述，本发明实施例所提供的发光二极管驱动模块与发光二极管模块具有定输入功率，其不会随着发光二极管串的顺向导通电压而有所变化，且不会随着输入电压上升，故消耗在发光二极管驱动模块的芯片上的功率，亦不会随着输入电压而增加，以避免发光二极管驱动模块的芯片过热或毁损。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施例，惟本发明的特征并不局限于此，本领域的任何技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在所附本申请的权利要求范围。