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TW201902300A - 轉換式定電流led驅動器 - Google Patents

轉換式定電流led驅動器 Download PDF

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TW201902300A
TW201902300A TW106117573A TW106117573A TW201902300A TW 201902300 A TW201902300 A TW 201902300A TW 106117573 A TW106117573 A TW 106117573A TW 106117573 A TW106117573 A TW 106117573A TW 201902300 A TW201902300 A TW 201902300A
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江岳樺
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Abstract

一種轉換式定電流LED驅動器，具有一能量傳輸單元、一LED模組、一功率電晶體、一電阻以及一控制單元，該控制單元具有一驅動單元以產生一驅動電壓信號，以及一責任週期決定單元以決定該驅動電壓信號之一責任週期，其中，該責任週期決定單元係依該責任週期之一目前時間長度決定一參考電流對一外接電容之一充電時間及依一電感放電時間決定一放電電流對該外接電容之一放電時間以產生一比較電壓，並依該比較電壓和一鋸齒電壓之一比較運算產生該責任週期之下一個時間長度，且該放電電流係和一電感充電狀態信號之一平均值成正比。

Description

轉換式定電流LED驅動器
本發明係有關於一種轉換式定電流LED驅動器。
請參照圖1，其繪示一習知轉換式定電流LED驅動器之方塊圖。如圖1所示，該轉換式定電流LED驅動器具有一電源轉換控制單元10、一LED模組20及一電阻30。
電源轉換控制單元10係用以依電阻30兩端之一跨壓VX 調整一責任週期以將一輸入直流電壓VIN 轉成一輸出定電流IO 以驅動LED模組20。
然而，該習知轉換式定電流LED驅動器的反應速度及穩定度仍有改善的空間。
為解決前述的問題，本領域亟需一新穎的轉換式定電流LED驅動器。
本發明之一目的在於揭露一種轉換式定電流LED驅動器，其可藉由以責任週期回授方式產生一責任週期，以使輸出電流快速穩定在一預定電流值，且該預定電流值可由一外部電阻設定。
本發明之另一目的在於揭露一種轉換式定電流LED驅動器，其可依一電感充電狀態信號、一責任週期之目前時間長度和一電感放電時間決定該責任週期之下一個時間長度。
為達前述目的，一種轉換式定電流LED驅動器乃被提出，其具有：
一能量傳輸單元，具有一電感、一二極體以及一電容以將一輸入直流電壓轉成一輸出定電流，其中該二極體係用以釋放該電感之一累積能量而提供一放電電流，該電容係用以提供一輔助電流以和該放電電流合而提供該輸出定電流，且該能量傳輸單元具有一感測電路以提供該電感之一電感放電狀態信號；
一LED模組，與該能量傳輸單元耦接以接收該輸出定電流；
一功率電晶體，具有一控制端、一通道輸入端及一通道輸出端，該控制端係與一驅動電壓信號耦接，該通道輸入端係與該能量傳輸單元耦接；
一電阻，係耦接於該通道輸出端與一參考地之間以產生一電感充電狀態信號；以及
一控制單元，具有一責任週期決定單元及一驅動單元，該驅動單元係用以產生該驅動電壓信號，且該責任週期決定單元係用以決定該驅動電壓信號之一責任週期，其中，該責任週期決定單元係依該責任週期之一目前時間長度決定一第一電流對一外接電容之一充電時間及依一電感放電時間決定一第二電流對該外接電容之一放電時間以產生一比較電壓，並依該比較電壓和一鋸齒電壓之一比較運算產生該責任週期之下一個時間長度，該第一電流係和一參考電壓成正比，該第二電流係和該電感充電狀態信號之一平均值成正比，且該電感放電時間係依該電感放電狀態信號決定。
在一實施例中，該控制單元具有一第一轉導放大器以依該參考電壓產生該第一電流，以及一第二轉導放大器以依該電感充電狀態信號之所述平均值產生該第二電流。
在一實施例中，該第一轉導放大器及/或該第二轉導放大器具有一電流鏡電路。
在一實施例中，該控制單元具有一比較器以依該電感放電狀態信號和一預定電壓之一比較結果決定該電感放電時間。
在一實施例中，該功率電晶體係一N型MOSFET。
為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
請參照圖2，其為本發明轉換式定電流LED驅動器一較佳實施例之方塊圖。如圖2所示，該轉換式定電流LED驅動器包括一能量傳輸單元100、一LED模組110、一功率電晶體120、一電阻130、一控制單元140以及一電容150。
能量傳輸單元100具有一電感、一二極體以及一電容以將一輸入直流電壓VIN 轉成一輸出定電流IO ，其中該二極體係用以釋放該電感之一累積能量而提供一放電電流，該電容係用以提供一輔助電流以和該放電電流合而提供該輸出定電流，且該能量傳輸單元具有一感測電路以提供該電感之一電感放電狀態信號Vdis 。
LED模組110係與能量傳輸單元100耦接以接收輸出定電流IO 。
功率電晶體120，可為一N型MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor；金氧半場效電晶體)，具有一控制端、一通道輸入端及一通道輸出端，該控制端係與一驅動電壓信號VG 耦接，該通道輸入端係與該能量傳輸單元100耦接。
電阻130具有一電阻值RCS 且係耦接於該通道輸出端與一參考地之間以產生一電感充電狀態信號VCS 。
請參照圖3a，其繪示圖2之能量傳輸單元100之一實施例電路圖。如圖3a所示，能量傳輸單元100具有一電感101、一二極體102以及一電容103，其中，電感101之一端係與直流電壓VIN 耦接，另一端則與二極體102之陽極以及功率電晶體120之通道耦接，而二極體102之陰極則係與電容103及LED模組110耦接。
在功率電晶體120之一導通期間TON ，電感101兩端之跨壓約等於VIN ；而在功率電晶體120斷開時，電感101在一放電期間Tdis 所承受的跨壓約等於(VIN -VD -VLED )，其中VD 為二極體102之順偏電壓，VLED 為LED模組110之順偏電壓。由於電感101在導通期間TON 所累積的能量等於在放電期間Tdis 所釋出的能量，而輸出定電流IO 係等於電感101在放電期間Tdis 所提供之電流的平均值，因此，輸出定電流IO 可推導如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
其中，EIN 代表在一轉換週期TS 內電感101所累積的能量，EOUT 代表在該轉換週期TS 內電感101所釋出的能量，I1 代表電感101之充電電流，I2 代表電感101之放電電流，VCS, AVG 代表電感充電狀態信號VCS 之平均值。
若在控制單元140內部設計一充電電流源(其電流值=)以在導通期間TON 對電容150充電，及設計一放電電流源(其電流值=)以在放電期間Tdis 對電容150放電，則在穩態時，
(7)
且(8)
亦即，本發明可讓設計者只需改變電阻130之電阻值即可獲得所要的輸出定電流IO 。
請參照圖3b，其繪示圖2之能量傳輸單元100之另一實施例電路圖。如圖3b所示，能量傳輸單元100具有一電感101、一二極體102以及一電容103，其中，電感101之一端係與直流電壓VIN 耦接，另一端則與二極體102之陽極以及功率電晶體120之通道耦接，而二極體102之陰極則係與電容103及LED模組110耦接。
在功率電晶體120之一導通期間TON ，電感101兩端之跨壓約等於VIN ；而在功率電晶體120斷開時，電感101在一放電期間Tdis 所承受的跨壓約等於(-VD -VLED )，其中VD 為二極體102之順偏電壓，VLED 為LED模組110之順偏電壓。由於電感101在導通期間TON 所累積的能量等於在放電期間Tdis 所釋出的能量，而輸出定電流IO 係等於電感101在放電期間Tdis 所提供之電流的平均值，因此，輸出定電流IO 可推導如下：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
其中，EIN 代表在一轉換週期TS 內電感101所累積的能量，EOUT 代表在該轉換週期TS 內電感101所釋出的能量，I1 代表電感101之充電電流，I2 代表電感101之放電電流，VCS, AVG 代表電感充電狀態信號VCS 之平均值。
若在控制單元140內部設計一充電電流源(其電流值=)以在導通期間TON 對電容150充電，及設計一放電電流源(其電流值=)以在放電期間Tdis 對電容150放電，則在穩態時，
(7)
且(8)
亦即，本發明可讓設計者只需改變電阻130之電阻值即可獲得所要的輸出定電流IO 。
請參照圖4，其繪示圖2之控制單元140之一實施例電路圖。如圖4所示，控制單元140具有一第一轉導放大器141、一開關142、一積分電路143、一第二轉導放大器144、一開關145、一比較器146、一放電時間偵測電路147及一驅動單元148，其中第一轉導放大器141、開關142、積分電路143、第二轉導放大器144、開關145、比較器146及放電時間偵測電路147組成一責任週期決定單元。驅動單元148係用以產生該驅動電壓信號VG ，且該責任週期決定單元係用以決定該驅動電壓信號VG 之一責任週期(亦即TON )，其中，該責任週期決定單元係依該責任週期(亦即TON )之一目前時間長度決定開關142之導通時間以決定一第一電流IC1 對外接電容150之一充電時間，及依一電感放電時間(亦即Tdis )決定開關145之導通時間以決定一第二電流IC2 對該外接電容150之一放電時間，從而產生一比較電壓VCMP ；該第一電流IC1 係和一參考電壓VREF 成正比且係由第一轉導放大器141對該參考電壓VREF 進行一第一轉導放大運算而產生，該第二電流IC2 係和該電感充電狀態信號VCS 之一平均值VCS, AVG 成正比且係由第二轉導放大器144對該平均值VCS, AVG 進行一第二轉導放大運算而產生，且積分電路143係用以對該電感充電狀態信號VCS 進行一平均運算以產生該平均值VCS, AVG ；以及比較器146係用以對該比較電壓VCMP 和一鋸齒電壓VSAW 進行一比較運算以產生該責任週期(亦即TON )之下一個時間長度。另外，放電時間偵測電路147係用以依該電感放電狀態信號Vdis 和一預定電壓之一比較結果決定該電感放電時間 (亦即Tdis )。另外，第一轉導放大器141及/或第二轉導放大器144可具有一電流鏡電路。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明的轉換式定電流LED驅動器可藉由以責任週期回授方式產生一責任週期，以使輸出電流快速穩定在一預定電流值，且該預定電流值可由一外部電阻設定。
2.本發明的轉換式定電流LED驅動器可依一電感充電狀態信號、一責任週期之目前時間長度和一電感放電時間決定該責任週期之下一個時間長度。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
10‧‧‧電源轉換控制單元
20‧‧‧LED模組
30、130‧‧‧電阻
100‧‧‧能量傳輸單元
101‧‧‧電感
102‧‧‧二極體
103、150‧‧‧電容
110‧‧‧LED模組
120‧‧‧功率電晶體
140‧‧‧控制單元
141‧‧‧第一轉導放大器
142、145‧‧‧開關
143‧‧‧積分電路
144‧‧‧第二轉導放大器
146‧‧‧比較器
147‧‧‧放電時間偵測電路
148‧‧‧驅動單元
圖1繪示一習知轉換式定電流LED驅動器之方塊圖。 圖2為本發明轉換式定電流LED驅動器一較佳實施例之方塊圖。 圖3a繪示圖2之一能量傳輸單元之一實施例電路圖。 圖3b繪示圖2之一能量傳輸單元之另一實施例電路圖。 圖4繪示圖2之一控制單元之一實施例電路圖。

Claims (5)

  1. 一種轉換式定電流LED驅動器，其具有： 一能量傳輸單元，具有一電感、一二極體以及一電容以將一輸入直流電壓轉成一輸出定電流，其中該二極體係用以釋放該電感之一累積能量而提供一放電電流，該電容係用以提供一輔助電流以和該放電電流合而提供該輸出定電流，且該能量傳輸單元具有一感測電路以提供該電感之一電感放電狀態信號； 一LED模組，與該能量傳輸單元耦接以接收該輸出定電流； 一功率電晶體，具有一控制端、一通道輸入端及一通道輸出端，該控制端係與一驅動電壓信號耦接，該通道輸入端係與該能量傳輸單元耦接； 一電阻，係耦接於該通道輸出端與一參考地之間以產生一電感充電狀態信號；以及 一控制單元，具有一責任週期決定單元及一驅動單元，該驅動單元係用以產生該驅動電壓信號，且該責任週期決定單元係用以決定該驅動電壓信號之一責任週期，其中，該責任週期決定單元係依該責任週期之一目前時間長度決定一第一電流對一外接電容之一充電時間及依一電感放電時間決定一第二電流對該外接電容之一放電時間以產生一比較電壓，並依該比較電壓和一鋸齒電壓之一比較運算產生該責任週期之下一個時間長度，該第一電流係和一參考電壓成正比，該第二電流係和該電感充電狀態信號之一平均值成正比，且該電感放電時間係依該電感放電狀態信號決定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之轉換式定電流LED驅動器，其中該控制單元具有一第一轉導放大器以依該參考電壓產生該第一電流，以及一第二轉導放大器以依該電感充電狀態信號之所述平均值產生該第二電流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之轉換式定電流LED驅動器，其中該第一轉導放大器及/或該第二轉導放大器具有一電流鏡電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之轉換式定電流LED驅動器，其中該控制單元具有一比較器以依該電感放電狀態信號和一預定電壓之一比較結果決定該電感放電時間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之轉換式定電流LED驅動器，其中該功率電晶體係一N型MOSFET。
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