专利名称：具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路的制作方法
技术领域：
本发明内容涉及ー种电路结构，特别是涉及ー种具有发光二极管驱动电路的发光ニ极管电路。
背景技术：
发光二极管(light emitting diode ;LED)与传统的灯泡照明工具相较下,估计效率约为传统灯泡的四倍。并且，发光二极管并没有传统的灯泡含有有毒的水银，还拥有较灯泡更长的使用寿命。种种因素下，发光二极管已经成为现代照明科技最新的主流技木。电流汲取电路常应用于发光二极管电路中的发光二极管串中，以提供一个稳流稳压的机制。当与发光二极管串其中之ー的输出端电压相关的回授电压被用来与ー个固定的參考电压做比较，以达到回授控制的机制吋，这个输出端电压的电压值常因而被维持在參考电压的大小附近。当发光二极管串的运作模式改变而使发光二极管串的电流变小吋，电·流汲取电路所产生的热却由于固定的參考电压的存在，而不会因为电流变小而下降，因此将在小电流运作模式下造成额外的功率损耗。因此，如何设计ー个具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路，以克服上述的问题，乃为此ー业界亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明内容的一态样是在提供ー种发光二极管(light emitting diode ；LED)驱动电路，用以驱动发光二极管串(channel)，发光二极管驱动电路包含电流汲取单元、电流镜以及直流至直流转换器。电流汲取单元连接至发光二极管串，包括操作放大器以及汲取晶体管。操作放大器包括输出端、正输入端及负输入端，正输入端接收设定电压。汲取晶体管的栅极受控于操作放大器的输出端，汲取晶体管的第一漏极/源极耦接到操作放大器的负输入端，汲取晶体管的第二漏扱/源极耦接到发光二极管串的回授端。电流镜包含输入分支、第一输出分支以及第ニ输出分支。输入分支用以产生输入设定电流。第一输出分支用以产生第一输出设定电流，第一输出分支包含第一负载，以根据第一输出设定电流产生设定电压。第二输出分支用以产生第二输出设定电流，第二输出分支包含相串联的第二负载以及电压锁存元件，其中第二输出设定电流使第二负载产生相当于设定电压的值的跨压，以及使电压锁存元件产生锁存电压，以使第二负载于其中一端根据跨压以及锁存电压产生可变參考电压。直流至直流转换器用以根据可变參考电压以及发光二极管串的回授端的回授电压产生驱动电压，以驱动发光二极管串。依据本发明内容ー实施例，其中直流至直流转换器输出驱动电压，使得于稳态时将回授电压锁至參考电压。依据本发明内容另ー实施例，其中汲取晶体管的第一漏极/源极与第二漏极/源极间的电压相当于锁存电压。依据本发明内容又ー实施例，其中电压锁存元件包括运算放大器及锁存晶体管，运算放大器的输出端耦接到锁存晶体管的栅极，运算放大器的负输入端接收锁存电压，运算放大器的正输入端耦接到锁存晶体管的第一源极/漏极及第ニ负载。依据本发明内容再ー实施例，其中锁存电压的范围约为0. I伏特至0. 2伏持。依据本发明内容还具有的ー实施例，其中其中直流至直流转换器包含控制模块及开关晶体管，控制模块接收可变參考电压以及回授端而控制开关晶体管，以输出驱动电压。直流至直流转换器还包含电感、ニ极管以及电容。电感使供应电压耦合至第一端。ニ极管连接于第一端以及发光二极管串间。电容连接于发光二极管串，其中开关晶体管实质上连接于第一端以根据驱动电压对电容进行充放电。ニ极管的阳极端(anode)连接至第一端，ニ极管的阴极端(cathode)连接至电容。依据本发明内容再具有的ー实施例，第一负载及第ニ负载的阻值相同，第一输出设定电流以及第ニ输出设定电流的值相同。
本发明内容的另ー态样是在提供ー种发光二极管电路，包含发光二极管串以及发光二极管驱动电路。发光二极管驱动电路包含电流汲取単元、电流镜以及直流至直流转换器。电流汲取单元连接至发光二极管串，包括操作放大器以及汲取晶体管。操作放大器包括输出端、正输入端及负输入端，正输入端接收设定电压。汲取晶体管的栅极受控于操作放大器的输出端，汲取晶体管的第一漏扱/源极耦接到操作放大器的负输入端，汲取晶体管的第二漏扱/源极耦接到发光二极管串的回授端。电流镜包含输入分支、第一输出分支以及第二输出分支。输入分支用以产生输入设定电流。第一输出分支用以产生第一输出设定电流，第一输出分支包含第一负载，以根据第一输出设定电流产生设定电压。第二输出分支用以产生第二输出设定电流，第二输出分支包含相串联的第二负载以及电压锁存元件，其中第二输出设定电流使第二负载产生相当于设定电压的值的跨压，以及使电压锁存元件产生锁存电压，以使第二负载于其中一端根据跨压以及锁存电压产生可变參考电压。直流至直流转换器用以根据可变參考电压以及发光二极管串的回授端的回授电压产生驱动电压，以驱动发光二极管串。依据本发明内容ー实施例，其中直流至直流转换器输出驱动电压，使得于稳态时将回授电压锁至參考电压。依据本发明内容另ー实施例，其中汲取晶体管的第一漏极/源极与第二漏极/源极间的电压相当于锁存电压。依据本发明内容又ー实施例，第一输出设定电流以及各发光二极管电流串的发光ニ极管电流间的电流比值，与第二负载以及输出负载间的电阻比值相同。应用本发明内容的优点在于藉由电流镜的设置，以第一输出分支提供设定电压的同时，在具有电压锁存兀件及第ニ负载的第二输出分支建立一个可随运作模式改变的可变參考电压，以在切換至不同的运作模式时动态地调整回授控制机制的运作，达到降低功率消耗的功效，而轻易地达到上述的目的。
为使本发明内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下图I为本发明内容的一实施例中，发光二极管电路的示意图2为本发明内容一实施例中，图I中的电流镜、两个发光二极管串以及两个电流汲取単元的示意图；以及图3本发明内容一实施例中，图2中的电流汲取单元以及负载更详细的示意图。附图符号说明I :发光二极管电路10 :多个发光二极管串100、102 :发光二极管串12:电流汲取模块120、122 :电流汲取单元14:直流至直流转换器140:电感142 :ニ极管 144 电容146 :控制模块148:开关晶体管16:电流镜160 :输入分支162 :第一输出分支164:第二输出分支167:电压锁存元件167a:运算放大器167b :晶体管20、22 :负载30 :运算放大器32 :汲取晶体管
具体实施例方式请參照图I。图I为本发明内容的一实施例中，发光二极管电路I的示意图。发光ニ极管电路I包含多个发光二极管串10以及发光二极管驱动电路。发光二极管驱动电路包含电流汲取模块12、直流至直流转换器14以及电流镜16，以产生发光二极管电压Vled来驱动发光二极管串10。直流至直流转换器14包含电感140、ニ极管142、电容144、控制模块146以及开关晶体管148。电感140用以将供应电压Vp耦合至第一端P。ニ极管142连接于第一端P以及发光二极管串10之间。其中，ニ极管142的阳极端连接至第一端P，而ニ极管142的阴极端则连接至电容144以及发光二极管串10。需注意的是，这些发光二极管串10的所具有的串数以及各发光二极管串中包含的发光二极管的数目于不同实施例中，可视情况进行调整。控制模块146根据參考电压Vr以及ー个与这些发光二极管串10的电压相关的回授电压Vfb产生驱动电压Vd。于ー实施例中，控制模块146包含误差放大器及波宽调变器(未绘不)，其中误差放大器根据ー个參考电压Vr以及ー个与这些发光二极管串10的电压相关的回授电压Vfb产生ー个比较結果。在稳态吋，回授电压Vfb被控制模块146锁定于參考电压Vr。波宽调变器进ー步根据比较结果与ー个振荡讯号产生驱动电压Vd。在此实施例中，当驱动电压Vd为高态时，开关晶体管148将被导通。而当驱动电压Vd为低态时，开关晶体管148将关闭。开关晶体管148因此可以在导通及关闭间切換，以对电容144进行充放电，以供给电压Vled给发光二极管串10。电流汲取模块12包括多个电流汲取単元，分别连接于这些发光二极管串10，以提供一稳压或稳流机制。请同时參照图2。图2为本发明内容一实施例中，图I的电流镜16、两个发光二极管串100、102以及两个电流汲取单元120、122的示意图。电流汲取単元120连接于发光二极管串100以及负载20间。电流汲取単元122连接于发光二极管串102以及负载22间。请再同时參照图3。图3为电流汲取単元120以及负载20更详细的示意图。电流汲取単元120包含运算放大器30以及汲取晶体管32。汲取晶体管32连接于所对应的发光二极管串100以及负载20间。运算放大器30具有正输入端(标记为+)、负输入端(标记为_)以及输出端。正输入端用以接收设定电压Vc。负输入端连接至输出负载20以及汲取晶体管32，以将负载20的电压，亦即图3中标记为N点的电压，锁存于设定电压电平Vc。运算放大器30的输出端连接至汲取晶体管32的栅极。电流镜16包含输入分支160、第一输出分支162以及第二输出分支164。输入分支160根据可变设定负载Rl及输入电压Vsetl产生输入设定电流Isetl,但决定输入设定电流Isetl方法并不限于此。第一输出分支162及第ニ输出分支164可以依据输入设定电流Isetl分别产生第一输出设定电流Iset2以及第二输出设定电流Iset3。第一输出分支162包含第一负载R2，而第二输出分支164则包含相串联的第二负 载R3以及以及一电压锁存兀件167。于本实施例中，第一负载R2以及第ニ负载R3均为电阻。因此，在第一输出分支162上,第一负载R2可根据第一输出设定电流Iset2产生ー个电压，而在第二输出分支164上，第二负载R3可根据输出设定电流Iset2以及电压锁存元件167的电压锁存机制产生另ー个电压。于第一负载R2上产生的电压是做为前述的设定电压Vc，并传送至各电流汲取单元120及122的运算放大器的正输入端，以提供电压锁存的机制。电压锁存兀件167用以产生一锁存电压Va。于一实施例中，电压锁存兀件167为如图2所示包含一个运算放大器167a及晶体管167b。藉由此设计，运算放大器167a的正输入端，以及晶体管167b与第二负载R3的连接处将锁存在同一值Va。在一实施例中，电压锁存元件167可将晶体管167b与第二负载R3的连接处锁存在范围约为0. I伏特至0. 2伏特的锁存电压Va上。于其他实施例中，电压锁存元件167亦可藉由其他形式的设计达到电压锁存的效果。第二负载R3由于第二输出设定电流Iset3流经而将产生ー个跨压Iset3*R3，本实施例藉由调整第一输出设定电流、第二输出设定电流、第一负载、第二负载的大小使得此跨压即相当于设定电压Vc的值。于ー实施例中，当R2 = R3, Iset2 = Iset3,此跨压即相当于设定电压Vc的值。需注意的是，于此处「相当干」ー词是包含在合理范围内的微小误差。此跨压与锁存电压Va的和则做为可变參考电压Vr，以传送至图I中所绘示的控制模块146。也就是，Vr = Va+Iset3*R3。因此，控制模块146实质上根据可变參考电压Vr以及回授电压Vfb产生驱动电压Vd。需注意的是，回授电压Vfb是根据这些发光二极管串10其中之ー的输出端产生，如发光二极管串100的输出端O。于ー实施例中，回授电压Vfb可从这些发光二极管串100输出端的电压中，经由ー个最小值选择机制选择出。设若图3的0点输出回授电压Vfb，则Vfb = Vds (汲取晶体管 32) +Vc........................(I)而图2 的參考电压 Vr = Vds (晶体管 167b)+Iset3*R3。当 R2 = R3，Iset2 =Iset3,则Vr = Vds (晶体管 167b) +Iset2*R2= Vds (晶体管 167b)+Vc...............................(2)
直流至直流转换器14接收參考电压Vr及回授电压Vfb而产生Vied。稳态时，直流至直流转换器14将回授电压Vfb锁至參考电压Vr的电平，因此由方程式⑴及⑵可知，电流汲取单元的Vds (汲取晶体管32)与Vds (晶体管167b)相同Vds (汲取晶体管 32) = Vds (晶体管 167b) = Va. . . . (3)由方程式(3)可知，电流汲取単元的汲取晶体管32的Vds即可固定于锁存电压Va，不随发光二极管电流Id而变动。不论发光二极管电流Id的大小都不会影响电流汲取単元的汲取能力，因此在发光二极管电流Id比较小的应用中，电流汲取单元仍有相同汲取能力。在一个例子中，于初始的运作模式下，发光二极管电流Id为40毫安培，且可变參考电压Vr为0. 8伏持。当发光二极管电流Id降至20毫安培时，如控制模块146仍采用现有的固定的參考电压实现回授机制，则电流汲取单元将由于回授机制将发光二极管串的回 授电压锁存在固定的參考电压值(即0. 8V)附近，而无法随着降低发光二极管电流Id的调整而大幅降低其功率消耗。若控制模块146采用上述实施例中的可变參考电压Vr，则回授控制机制将在运作模式改变(如发光二极管电流Id由40毫安培变为20毫安培)吋，參考电压Vr如上述方程式(2)所示会随着电流Iset2大小而改变至一个较小的值。因此，发光二极管串的回授电压Vfb将随运作模式的改变而锁存在较低的电压值(如0. 6伏特)，功率可因此达到大幅下降的效果。举例来说，在原运作模式下，回授控制机制使发光二极管串的回授电压锁存在0. 8伏持，则功率消耗将为0. 8伏特*40毫安培。如果采用固定參考电压的方式，改变后的运作模式的功率消耗将为0. 8伏特*20毫安培。另ー方面，如果采用可变參考电压的方式，改变后的运作模式的功率消耗将下降为0. 6伏特*20毫安培。当发光二极管电路中与所有的发光二极管串相连接的电流汲取模块均由于可变參考电压的设计而大幅降低功率消耗，则整体发光二极管电路的功率消耗降低的量是非常可观的。需注意的是，图2中是以两个发光二极管串为例进行说明。实质上，在不同的情形中，发光二极管串的数目可进行不同的调整。藉由负载R2及负载R3分别位于第一输出分支162以及第一输出分支164的设计，设定电压Vc与可变參考电压Vr可于不同支路上同步随着输入设定电流Isetl改变而进行调整。然而由于电压锁存元件167提供的锁存机制，即使在输入设定电流Isetl降到相当低吋，设定电压Vc将因此不致过低使电流汲取模块120的汲取晶体管32关闭而让发光二极管串10无法正常运作。应用本发明内容的优点在于藉由电流镜的设置，以第一输出分支提供设定电压的同时，在具有电压锁存兀件及第ニ负载的第二输出分支建立一个可随运作模式改变的可变參考电压，以在切換至不同的运作模式时动态地调整回授控制机制的运作，达到降低功率消耗的功效。虽然本发明内容已以实施方式掲示如上，然其并非用以限定本发明内容，本领域的技术人员，在不脱离本发明内容的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰，因此本发明内容的保护范围是以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.ー种发光二极管驱动电路，用以驱动ー发光二极管串，该发光二极管驱动电路包含: 一电流汲取単元，连接至该发光二极管串，该电流汲取単元包括 一操作放大器，包括ー输出端、一正输入端及一负输入端，该正输入端接收ー设定电压；以及 一汲取晶体管，该汲取晶体管的一栅极受控于该操作放大器的该输出端，该汲取晶体管的一第一漏极/源极耦接到该操作放大器的该负输入端，该汲取晶体管的一第二漏极/源极耦接到该发光二极管串的回授端； 一电流镜，包含 一输入分支，用以产生一输入设定电流； 一第一输出分支，用以产生一第一输出设定电流，该第一输出分支包含一第一负载，以根据该第一输出设定电流产生该设定电压；以及 一第二输出分支，用以产生一第二输出设定电流，该第二输出分支包含相串联的ー第ニ负载以及ー电压锁存元件，其中该第二输出设定电流使该第二负载产生相当于该设定电压的值的一跨压，以及使该电压锁存元件产生ー锁存电压，以使该第二负载于其中一端根据该跨压以及该锁存电压产生一可变參考电压；以及 一直流至直流转换器，用以根据该可变參考电压以及该发光二极管串的该回授端的一回授电压产生ー驱动电压，以驱动该发光二极管串。
2.如权利要求I所述的发光二极管驱动电路，其中该直流至直流转换器输出该驱动电压，使得于稳态时将该回授电压锁至该參考电压。
3.如权利要求I所述的发光二极管驱动电路，其中该汲取晶体管的该第一漏极/源极与该第二漏极/源极间的电压相当于该锁存电压。
4.如权利要求I所述的发光二极管驱动电路，其中该电压锁存元件包括一运算放大器及一锁存晶体管，该运算放大器的ー输出端耦接到该锁存晶体管的栅极，该运算放大器的一负输入端接收该锁存电压，该运算放大器的一正输入端稱接到该锁存晶体管的一第一源扱/漏极及该第二负载。
5.如权利要求I所述的发光二极管驱动电路，其中该锁存电压的范围约为0.I伏特至0.2伏特。
6.如权利要求I所述的发光二极管驱动电路，其中该直流至直流转换器包含一控制模块及ー开关晶体管，该控制模块接收该可变參考电压以及该回授端而控制该开关晶体管，以输出该驱动电压。
7.如权利要求6所述的发光二极管驱动电路，其中该直流至直流转换器还包含 ー电感，使一供应电压耦合至一第一端； 一二极管，连接于该第一端以及该等发光二极管串间；以及 一电容，连接于该等发光二极管串，其中该开关晶体管实质上连接于该第一端以根据该驱动电压对该电容进行充放电。
8.如权利要求7所述的发光二极管驱动电路，其中该ニ极管的ー阳极端连接至该第一端，该ニ极管的一明极端连接至该电容。
9.如权利要求I所述的发光二极管驱动电路，其中该第一负载及该第二负载的阻值为相同，该第一输出设定电流以及该第二输出设定电流的值为相同。
10.ー种发光二极管电路，包含 ー发光二极管串；以及 ー发光二极管驱动电路，包含 一电流汲取単元，连接至该发光二极管串，该电流汲取単元包括 一操作放大器，包括ー输出端、一正输入端及一负输入端，该正输入端接收ー设定电压；以及 一汲取晶体管，该汲取晶体管的栅极受控于该操作放大器的该输出端，该汲取晶体管的第一漏极/源极耦接到该操作放大器的该负输入端，该汲取晶体管的第二漏极/源极耦接到该发光二极管串的回授端； 一电流镜，包含 一输入分支，用以产生一输入设定电流； 一第一输出分支，用以产生一第一输出设定电流，该第一输出分支包含一第一负载，以根据该第一输出设定电流产生该设定电压；以及 一第二输出分支，用以产生一第二输出设定电流，该第二输出分支包含相串联的ー第ニ负载以及ー电压锁存元件，其中该第二输出设定电流使该第二负载产生相当于该设定电压的值的一跨压，以及使该电压锁存元件产生ー锁存电压，以使该第二负载于其中一端根据该跨压以及该锁存电压产生一可变參考电压；以及 一直流至直流转换器，用以根据该可变參考电压以及该发光二极管串的该回授端的一回授电压产生ー驱动电压，以驱动该发光二极管串。
11.如权利要求10所述的发光二极管电路，其中该直流至直流转换器输出该驱动电压，使得于稳态时将该回授电压锁至该參考电压。
12.如权利要求10所述的发光二极管电路，其中该汲取晶体管的第一漏极/源极与该第二漏极/源极间的电压相当于该锁存电压。
13.如权利要求10所述的发光二极管电路，其中该第一输出设定电流以及各该等发光ニ极管电流串的ー发光二极管电流间的一电流比值，与该第一负载以及该输出负载间的一电阻比值相同。
全文摘要
一种具有发光二极管驱动电路的发光二极管电路。该发光二极管电路，包含发光二极管串以及发光二极管驱动电路。发光二极管驱动电路包含电流汲取单元、电流镜以及直流至直流转换器。电流汲取单元接收设定电压，并耦接至发光二极管串的回授端。电流镜包含输入分支、分别产生第一及第二输出设定电流的第一以及第二输出分支。第一输出分支产生设定电压，第二输出分支的第二负载及电压锁存元件产生相当于设定电压值的跨压及锁存电压，以根据跨压及锁存电压产生可变参考电压。直流至直流转换器根据可变参考电压以及发光二极管串的回授端的回授电压产生驱动电压，以驱动发光二极管串。
文档编号H05B37/02GK102843807SQ20111016725
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者曾冠仁 申请人:原景科技股份有限公司