发光元件驱动芯片的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种发光元件驱动芯片，用以与多个串联发光元件耦接，包含：多个接脚，分别与对应的发光元件连接，其中预设接脚用以提供内部电压；电压调节电路，与预设接脚连接，用以接收内部电压，以提供操作电压，作为发光元件驱动芯片的内部电路操作所需电源；开关电路，包括多个开关组，分别与对应接脚连接；电流源电路，与开关电路耦接，用以提供发光元件电流；以及开关控制电路，与开关电路耦接，用以产生操作讯号，以操作开关电路中的至少一个开关组，而决定导通的发光元件；其中，发光元件驱动芯片不直接连接整流输入电压。
【专利说明】发光元件驱动芯片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发光元件驱动芯片，特别是指一种提供不直接连接整流输入电压的发光元件驱动芯片。
【背景技术】
[0002]图1A显示一种现有技术发光二极管(light emitting d1de, LED)驱动芯片10及其相关电路的示意图。如图1A所示，LED驱动芯片10包含接脚P0-P4、开关电路11、开关控制电路12、与固定电流源13。LED驱动芯片10用以驱动LED电路20，其中LED电路20包含多个串联的LED，如图1A所示，此多个串联的LED，分别为LED 1、LED2、LED3、与LED4。开关电路11包含开关S1、S2、S3、与S4四个开关。如图1A所示，开关S1-S4分别与对应的LED1-LED4电连接。交流电源40产生交流电压，整流电路30对此交流电压进行整流，而产生如图1B所示的整流输入电压Vin。而LED驱动芯片10驱动LED电路20的基本方式，是根据整流输入电压Vin的位准，导通或不导通其中不同的开关S1-S4，而使LED电路20中的LED1-LED4，其中一个或多个LED发光。
[0003]举例而言，如图1B中讯号波形图所示意，当整流输入电压Vin的位准低于位准LI时，开关S1-S4皆不导通，LED1-LED4皆不发光；当整流输入电压Vin的位准介于位准LI与L2之间，开关SI导通，开关S2-S4不导通，LED I发光；当整流输入电压Vin的位准介于位准L2与L3之间，开关S2导通，开关S1、S3-S4不导通，LEDl与LED2发光；当整流输入电压Vin的位准介于位准L3与L4之间，开关S3导通，开关S1-S2、与S4不导通，LED1-LED3发光；当整流输入电压Vin的位准超过位准L4，开关S4导通，开关S1-S3不导通，LED1-LED4发光。相关的LED驱动芯片10根据整流输入电压Vin的驱动方式，可参考美国专利第6，989，807号案、第7，081，722号案、与美国专利申请案第2011/0273102号案。
[0004]其中，固定电流源13提供固定大小的电流，以使LED1-LED4中一个或多个LED发光时，流过其中的电流为定值。如图1B中电流Il的讯号波形所示意，无论LED1-LED4中一个或多个LED发光时，所流经的电流Il皆为固定，只有在整流输入电压Vin的位准低于位准LI时，也就是开关S1-S4皆不导通的情况下，电流Il为零电流。
[0005]相较于以直流电压驱动LED电路的驱动电路而言，现有技术LED驱动芯片10的优点在于不需要将整流输入电压Vin转换为直流电压，可以节省制造的成本；且当整流输入电压Vin的频率够高，肉眼也看不出LED电路20的闪烁。而现有技术LED驱动芯片10的缺点之一在于，其开关控制电路12操作所需要的工作电压，亦由整流电路30所产生的整流输入电压Vin供应，以LED驱动芯片10包装于一集成电路(integrated circuit, IC)芯片而言，此LED驱动芯片10除了接脚P1、P2、P3与P4分别连接于LED1-LED4之外，还需要接脚PO连接整流输入电压Vin，意即接脚PO连接节点NO，而节点NO用以接收整流电路30所产生的整流输入电压Vin。接脚PO接收整流输入电压Vin，以作为LED驱动电路10内部电路操作时所需的电源。这使得接脚PO无法省略，成为IC芯片尺寸微缩的瓶颈。
[0006]有鉴于此，本实用新型即针对上述现有技术的不足，提出一种不直接连接整流输入电压的发光元件驱动芯片，可以省略前述现有技术中，LED驱动芯片10的接脚PO。使LED驱动芯片的尺寸进一步微缩，降低制造成本。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种发光元件驱动芯片，特别是一种提供不直接连接整流输入电压的发光元件驱动芯片，其可以省略现有技术中，LED驱动芯片10的接脚PO。使LED驱动芯片的尺寸进一步微缩，降低制造成本。
[0008]为达上述目的，就其中一个观点言，本实用新型提供了一种发光元件驱动芯片，用以与一发光元件电路耦接，该发光元件电路具有多个串联的发光元件，用以接收一整流输入电压，该发光元件驱动芯片包含:多个接脚，分别与对应的发光元件连接，其中一预设接脚用以提供一内部电压；一电压调节电路，与该预设接脚连接，用以接收该内部电压，以提供一操作电压，作为该发光元件驱动芯片的内部电路操作所需电源；一开关电路，包括多个开关组，分别与对应的该接脚连接；一电流源电路，与该开关电路耦接，用以提供一发光元件电流予导通的发光元件；以及一开关控制电路，与该开关电路耦接，用以产生一操作讯号，以操作该开关电路中的至少一个开关组，而决定导通的发光元件；其中，该发光元件驱动芯片不直接接收该整流输入电压。
[0009]在其中一种较佳的实施例中，该电压调节电路包括:一高压电路，与该预设接脚连接，用以接收该内部电压，以提供一转换电压；以及一稳压电路，与该高压电路耦接，用以根据该转换电压，产生该操作电压。
[0010]在其中一种较佳的实施例中，该高压电路包括:一阻抗电路，具有一第一端与一第二端，其中该第一端与该预设接脚连接，以接收该内部电压；一高压调节开关，与该预设接脚、该第二端、以及该稳压电路耦接，以将该内部电压转换为该转换电压；以及一逆止元件，连接于该第二端与一接地电位之间，用以防止电流自该接地电位流入该阻抗电路。
[0011]在其中一种较佳的实施例中该开关组包括:一高压开关，具有:一第一电流流入端，与对应的接脚连接；一第一控制端，与该电压调节电路耦接，用以根据该内部电压，决定该高压开关导通或不导通；以及一第一电流流出端；以及一低压开关，与该高压开关串联，该低压开关具有:一第二电流流入端，与该第一电流流出端连接；一第二控制端，与该开关控制电路电连接，用以接收该操作讯号；以及一第二电流流出端，与该电流源电路耦接。
[0012]在其中一种较佳的实施例中，该稳压电路包括一低压降线性稳压器(low dropoutregulator, LD0)电路。
[0013]在其中一种较佳的实施例中，该稳压电路用以与一外部电容耦接，且该外部电容电连接于该稳压电路与一接地电位之间，用以调节该操作电压。
[0014]在前述的实施例中，该开关组宜包括:一高压开关，与对应的接脚连接，用以根据该内部电压，决定该高压开关导通或不导通；以及一低压开关，与该高压开关串联，且该低压开关与该开关控制电路电连接，用以接收该操作讯号，以决定导通的发光元件；其中，该高压电路与该开关组共享与该预设接脚连接的该高压开关。
[0015]下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1A显示一种现有技术发光二极管(light emitting d1de, LED)驱动芯片10及其相关电路的不意图；
[0017]图1B显示现有技术LED驱动芯片10及其相关电路的讯号波形示意图；
[0018]图2显示本实用新型的第一个实施例；
[0019]图3显示本实用新型的第二个实施例；
[0020]图4A与4B显示本实用新型第三个实施例；
[0021 ]图5显示本实用新型第四个实施例；
[0022]图6显示在本实用新型实施例中，整流输入电压Vin、与操作电压Vcc示意图。
[0023]图中符号说明
[0024]10LED驱动芯片
[0025]11, 120, 220 开关电路
[0026]12, 140, 240 开关控制电路
[0027]13固定电流源
[0028]20，21LED 电路
[0029]30整流电路
[0030]40交流电源
[0031]100, 200, 300 发光元件驱动芯片
[0032]110, 210, 310 电压调节电路
[0033]111高压电路
[0034]112稳压电路
[0035]130电流源电路
[0036]214阻抗电路
[0037]215闻压调节开关
[0038]216逆止元件
[0039]1121逆止元件
[0040]Al放大器
[0041]Cl外部电容
[0042]Dl, D2二极管
[0043]DH, DL电流流入端
[0044]El第一端
[0045]E2第二端
[0046]Gl-Gn LED 元件群组
[0047]GH, GL控制端
[0048]IlLED电流
[0049]L1-L4位准
[0050]LED1-LED4 LED
[0051]NO节点
[0052]OP操作讯号
[0053]P0-P4, Pn接脚
[0054]QlMOS 元件
[0055]SH, SL电流流出端
[0056]S1-S4开关
[0057]S2H高压开关
[0058]S2L低压开关
[0059]tl-t6时间点
[0060]U1-U4, U21-U2n 开关组
[0061]Vcc操作电压
[0062]Vccl位准
[0063]Vcon转换电压
[0064]Vgs压降
[0065]Vin整流输入电压
[0066]Vint内部电压
[0067]Vref参考电压
[0068]Vth临界电压
【具体实施方式】
[0069]请参阅图2，显示本实用新型的第一个实施例。如图2所示，发光元件驱动芯片100包含多个接脚P1-P4、电压调节电路110、开关电路120、电流源电路130、与开关控制电路140。在本实施例中，发光元件电路例如为LED电路20，其具有例如但不限于多个串联的LED1-LED4。多个接脚P1-P4分别与对应的LED1-LED4连接，其中预设接脚Pl用以提供内部电压Vint。整流输入电压Vin例如但不限于由整流电路30对交流电源40产生的交流电压，进行整流，而产生如图中小图所示意的整流输入电压Vin;但本实用新型不限于此，在其它实施例中，亦可以为交流电压。电压调节电路110与预设接脚Pl连接，用以接收内部电压Vint，以提供操作电压Vcc，作为发光元件驱动芯片100的内部电路操作所需电源。开关电路120包括多个开关组U1-U4，分别与对应的接脚P1-P4连接。电流源电路130与开关电路120耦接，用以提供LED电流Il予导通的LED。开关控制电路140与开关电路120耦接，用以产生操作讯号，以操作开关电路120中开关组U1-U4的至少一个开关组，而决定导通的LED。其中，发光元件驱动芯片100不直接连接整流输入电压Vin。与图1A所示的现有技术LED驱动芯片10相较，本实施例并没有如图1A所示的接脚PO，连接整流输入电压Vin。其中，接脚PO连接节点NO，而节点NO用以接收整流电路30所产生的整流输入电压Vin。根据本实用新型的发光元件驱动芯片相较于现有技术可节省一接脚，而自与LED连接的接脚P1-P4中，选择一预设接脚(例如但不限于接脚P1)，用以提供发光元件驱动芯片100的内部电路操作所需电源。因此，可以使IC芯片的尺寸进一步微缩，降低制造成本。需说明的是，根据本实用新型，预设接脚不限于接脚P1，亦可以为接脚P2、P3或P4，只要电压调节电路110与预设接脚连接，用以接收内部电压，以提供操作电压Vcc，作为发光元件驱动芯片100的内部电路操作所需电源即可。须说明的是，所谓内部电路操作所需电源，意指发光元件驱动芯片中的电路，维持正常操作所需提供的持续性操作电压。
[0070]图3显示本实用新型第二个实施例。本实施例显示第一个实施例中，电压调节电路I1的一种较具体的实施例。如图所示，电压调节电路110包含高压电路111与稳压电路112。高压电路111与预设接脚Pl连接，用以接收内部电压Vint，以提供转换电压Vcon。高压电路111例如但不限于为如图所示的金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor, M0S)元件，以粗线示意此MOS元件有别于一般MOS元件,一般MOS元件只能操作于低电压，在本实施例中以及以下的实施例中，粗线的MOS元件示意可以承受高电压。稳压电路112与高压电路111耦接，用以根据转换电压Vcon，产生操作电压Vcc。稳压电路112例如但不限于包括如图所示的低压降线性稳压器(low dropout regulator, LD0)电路与逆止元件1121。逆止元件1121例如但不限于为如图所示的二极管DI，用以防止电流自操作电压Vcc端流入高压电路111。LDO电路例如但不限于包括如图所示的放大器Al与MOS元件Ql。放大器Al输入端接收参考电压Vref与操作电压Vcc，将结果输入MOS元件Ql控制端。放大器Al反向输入端例如可以连接外部电容Cl，且外部电容Cl电连接于放大器Al反向输入端与接地电位之间，用以调节操作电压Vcc。
[0071]图4A与4B显示本实用新型第三个实施例。本实施例显示本实用新型发光元件驱动芯片200的一个实施例。如图所示，发光元件驱动芯片200用以驱动发光元件电路，在本实施例中，发光元件电路例如为LED电路21，其具有例如但不限于多个串联的LED元件，且此多个串联的LED元件分为多个LED元件群组，例如分为Gl、G2_Gn共η个LED元件群组，如图4A所示。开关电路220包含多个开关组(例如分为U21-U2n共η个开关组，如图4A所示)，分别与对应的接脚Pl-Pn连接，而接脚Pl-Pn分别与对应的LED元件群组Gl、G2_Gn连接。整流电路30对交流电源40产生的交流电压，进行整流，而产生如图所示的整流输入电压Vin。而发光元件驱动芯片200驱动LED电路21的基本方式，是根据整流输入电压Vin的位准，导通或不导通其中不同的开关组U21-U2n，而使LED电路21中一个或多个LED元件群组Gl-Gn发光。
[0072]LED电路21用以接收整流输入电压Vin。发光元件驱动芯片200包含多个接脚Pl-Pn,电压调节电路210、开关电路220、电流源电路130、以及开关控制电路240。开关电路220包括多个开关组U21-U2n，分别与对应的接脚Pl-Pn连接。其中，以开关组U21为例，开关组U21包括高压开关S2H与低压开关S2L。高压开关S2H具有:电流流入端DH与对应的接脚Pl连接；控制端GH与电压调节电路210耦接，用以根据内部电压Vint决定高压开关S2H导通或不导通；以及电流流出端SH。低压开关S2L与高压开关S2H串联，低压开关S2L具有:电流流入端DL与电流流出端SH连接；控制端GL与开关控制电路240电连接，用以接收操作讯号OP ;以及电流流出端SL与电流源电路130耦接。
[0073]需说明的是，当控制端GH与电流流出端SH的压降Vgs高于高压开关S2H的临界电压Vth时，高压开关S2H导通。根据本实用新型，使用者可以通过适当的安排，使相对较高的压降落在高压开关S2H的电流流入端DH与电流流出端SH间，于是下方串联的低压开关S2L中，电流流入端DL与电流流出端SL间的压降则相对较低。下方串联的低压开关S2L是主要的控制开关，接收开关控制电路240所产生的操作讯号OP而操作，以决定导通与不导通的LED群组。
[0074]本实用新型第三实施例中，电压调节电路210包括:高压电路211与稳压电路112。其中，高压电路211与预设接脚Pl连接，用以接收内部电压Vint，以提供转换电压Vcon。稳压电路112与高压电路211耦接，用以根据转换电压Vcon，产生操作电压Vcc。其中，高压电路211例如但不限于包括阻抗电路214、高压调节开关215、与逆止元件216。阻抗电路214，例如但不限于为电阻，具有第一端El与第二端E2，其中第一端El与预设接脚Pl连接，以接收内部电压Vint。高压调节开关215与预设接脚P1、第二端E2、以及稳压电路112耦接，以将内部电压Vint转换为转换电压Vcon。逆止元件216例如但不限于为如图所示的齐纳(Zener) 二极管D2，连接于第二端E2与接地电位之间，用以防止电流自该接地电位流入该阻抗电路。
[0075]图5显示本实用新型第四个实施例。本实施例显示本实用新型发光元件驱动芯片300的一个实施例。本实施例与第三个实施例不同之处，在于本实施例的电压调节电路310中的闻压调节开关，与开关电路220中的闻压开关S2H,共孚同一开关，如图5的闻压开关S2H所示。由于高压元件如高压开关S2H，往往相较同一芯片中的其它元件或电路，占去相对较大的面积；因此，根据本实施例，发光元件驱动芯片300相较于现有技术，不但可以节省一个接脚的空间，更可进一步节省至少一个高压元件所占芯片中的空间，因而进一步缩小了芯片的尺寸。
[0076]图6显示现有技术与本实用新型中，整流输入电压Vin、内部电压Vint、与操作电压Vcc的讯号波形示意图。如图所示，整流输入电压Vin例如为交流电压经过整流后的半弦波讯号，而本实用新型于与发光元件连接的接脚所接收的内部电压Vint则略低于整流输入电压Vin。此外，举例而言，现有技术与本实用新型的操作电压维持在位准Vccl以作为内部电路的电源；则现有技术在一周期中，从时间点tl至时间点t2皆可使操作电压Vcc维持在位准Vccl ;而本实用新型在一周期中，只能在时间点t4至时间点t2皆可使操作电压Vcc维持在位准Vccl ;且整流输入电压Vin低于位准Vccl是从时间点t2到时间点t3，期间相对较短；而本实用新型内部电压Vint低于位准Vccl是从时间点t5到时间点t6，期间相对较长。对此，根据本实用新型，可增加如第三实施例与第四实施例中，外部电容Cl的电容值，例如但不限于将本实用新型中的外部电容的电容值，设定在3倍于直接接收整流输入电压Vin的外部电容Cl的电容值，例如高于2uF，即可解决此问题。
[0077]以上已针对较佳实施例来说明本实用新型，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本实用新型的内容，并非用来限定本实用新型的权利范围。在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，发光元件不限于各实施例所示的发光二极管(LED)，亦可扩及具有顺向端与逆向端的发光元件；再如，实施例所示的PMOS可改换为NMOS元件、NMOS可改换为PMOS元件，仅需对应修改电路对讯号的处理方式；又例如，图标以两个LED元件构成的一个LED元件群组也可改为以其它数量LED元件构成一个LED元件群组。凡此种种，皆可根据本实用新型的教示类推而得，因此，本实用新型的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。
【权利要求】
1.一种发光元件驱动芯片，用以与一发光元件电路耦接，该发光元件电路具有多个串联的发光元件，用以接收一整流输入电压，其特征在于，该发光元件驱动芯片包含: 多个接脚，分别与对应的发光元件连接，其中一预设接脚用以提供一内部电压； 一电压调节电路，与该预设接脚连接，用以接收该内部电压，以提供一操作电压，作为该发光元件驱动芯片的内部电路操作所需电源； 一开关电路，包括多个开关组，分别与对应的该接脚连接； 一电流源电路，与该开关电路耦接，用以提供一发光元件电流予导通的发光元件；以及一开关控制电路，与该开关电路耦接，用以产生一操作讯号，以操作该开关电路中的至少一个开关组，而决定导通的发光元件； 其中，该发光元件驱动芯片不直接接收该整流输入电压。
2.如权利要求1所述的发光元件驱动芯片，其特征在于，该电压调节电路包括: 一高压电路，与该预设接脚连接，用以接收该内部电压，以提供一转换电压；以及 一稳压电路，与该高压电路耦接，用以根据该转换电压，产生该操作电压。
3.如权利要求2所述的发光元件驱动芯片，其特征在于，该高压电路包括: 一阻抗电路，具有一第一端与一第二端，其中该第一端与该预设接脚连接，以接收该内部电压； 一高压调节开关，与该预设接脚、该第二端、以及该稳压电路耦接，以将该内部电压转换为该转换电压；以及 一逆止元件，连接于该第二端与一接地电位之间，用以防止电流自该接地电位流入该阻抗电路。
4.如权利要求1所述的发光元件驱动芯片，其特征在于，该开关组包括: 一闻压开关，具有: 一第一电流流入端，与对应的接脚连接； 一第一控制端，与该电压调节电路耦接，用以根据该内部电压，决定该高压开关导通或不导通；以及 一第一电流流出端；以及 一低压开关，与该闻压开关串联，该低压开关具有: 一第二电流流入端，与该第一电流流出端连接； 一第二控制端，与该开关控制电路电连接，用以接收该操作讯号；以及 一第二电流流出端，与该电流源电路耦接。
5.如权利要求2所述的发光元件驱动芯片，其特征在于，该稳压电路包括一低压降线性稳压器电路。
6.如权利要求2所述的发光元件驱动芯片，其特征在于，该稳压电路用以与一外部电容耦接，且该外部电容电连接于该稳压电路与一接地电位之间，用以调节该操作电压。
7.如权利要求2所述的发光元件驱动芯片，其特征在于，该开关组包括: 一高压开关，与对应的接脚连接，用以根据该内部电压，决定该高压开关导通或不导通；以及 一低压开关，与该高压开关串联，且该低压开关与该开关控制电路电连接，用以接收该操作讯号，以决定导通的发光元件；其中，该1?压电路与该开关组共享与该预设接脚连接的该1?压开关。
【文档编号】H05B37/02GK204119616SQ201420595690
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】饶东铮, 陈曜洲, 李一维 申请人:立锜科技股份有限公司