线性发光二极管驱动器及其控制方法与流程

本发明是有关一种线性发光二极管驱动器，特别是有关一种防止发光二极管(LED)闪烁的线性发光二极管驱动器及其控制方法。

背景技术：

目前的LED驱动器可以分为隔离式(isolated)及非隔离式(non-isolated)，其中隔离式LED驱动器需要变压器来分隔一次侧及二次侧，因此成本较为昂贵，而非隔离式LED驱动器由于无需变压器，因此成本较低，但是在三端双向硅控(Triode Alternating Current；TRIAC)调光的应用中会出现闪烁现像。

图1显示传统的非隔离式的线性LED驱动器10，其包括桥式整流器12用以整流交流电压Vac产生驱动电压VIN经电压供应端16提供给LED 2、4、6及8，以及集成电路14控制所要点亮的LED。在集成电路14中，开关18、20、22及24各自经接脚S1、S2、S3及S4与LED 2、4、6及8串联。图2显示图1中信号的波形图，其中波形26为驱动电压VIN，波形28为接脚S1的电压，波形30为接脚S2的电压，波形32为接脚S3的电压，波形34为接脚S4的电压。当驱动电压VIN大于LED 2的顺向偏压Vf1时，LED 2导通使接脚S1的电压上升，如波形28所示，进而使开关18导通以点亮LED 2。当驱动电压VIN大于LED 2及4的顺向偏压之和Vf1+Vf2时，LED 2及4导通使接脚S2的电压上升，如波形30所示，进而使开关20导通以点亮LED 2及4。当驱动电压VIN大于LED 2、4及6的顺向偏压之和Vf1+Vf2+Vf3时，LED 2、4及6导通使接脚S3的电压上升，如波形32所示，进而使开关22导通以点亮LED 2、4及6。当驱动电压VIN大于LED 2、4、6及8的顺向偏压之和Vf1+Vf2+Vf3+Vf4时，LED 2、4、6及8导通使接脚S4的电压上升，如波形32所示，进而使开关24导通以点亮LED 2、4、6及8。

图3A显示传统的TRIAC调光器44，其包括电阻R1、电阻R2、电容C1、双向触发二极管46以及三端双向硅控开关48，其中电阻R2为可变电阻。三端双向硅控 开关48一开始为关闭(off)状态，因此交流电压Vac并未输入负载，电阻R1及R2根据交流电压Vac产生电流对电容C1充电，当电容C1上的电压达到双向触发二极管46的转折电压时，双向触发二极管46导通进而使三端双向硅控开关48导通。当三端双向硅控开关48导通时，交流电压Vac输入负载而且电容C1开始放电，三端双向硅控开关48会维持导通状态直至交流电压为零或通过三端双向硅控开关48的电流I1小于一临界值。简单的说，TRIAC调光器会将交流电压Vac转换为具有一导通角的交流切相电压Vtr。而交流切相电压Vtr再经图1中的桥式整流器12整流后将产生如图3B中波形50所示的驱动电压VIN。然而，在三端双向硅控开关48关闭期间，电容C1会提供一耦合路径，导致驱动电压VIN出现非预期的变化，如图4的波形52的区域54以及波形56的区域58所示，其中波形52是TRIAC调光器44为前缘调光器时所产生的驱动电压VIN，波形58是TRIAC调光器44为下降缘调光器所产生的驱动电压VIN，这样的非预期变化可能使原本应该关闭的LED短暂导通而发生闪烁。

美国专利号US 8,723,431、美国专利号US 8,698,407以及美国专利公开号US 2008/0203934都是泄放电路抽取一泄放电流来对驱动电压VIN放电以改善非预期变化，进而决解闪烁问题，如图5的波形52的区域54以及波形56的区域58所示，非预期的电压变化将被泄放电流消除。然而，由于驱动电压VIN为一高压，因此现有的泄放电路都需要增加额外的高压元件，甚至还需要额外接脚来实现，故成本较高。此外，现有的方法都是设定一固定临界值，当驱动电压VIN小于该固定临界电压时便产生泄放电流，但是LED 2、4、6及8的顺向偏压Vf1、Vf2、Vf3及Vf4并非固定的，因此难以适当的设定该固定临界值。请参照图2，当固定临界值设定太高时，如图2的波形36，可能在LED还被点亮时产生泄放电流Ibd，如图2的波形40所示，这将导致效率降低。相反的，当固定临界值设定太低时，如图2的波形38，可能在LED关闭后还要等待一段时间才产生泄放电流Ibd，如图2的波形42所示，如果等待的时间太长可能又会引发闪烁问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一，在于提出一种防止LED发生闪烁的线性发光二极管驱动器及其控制方法。

本发明的目的之一，在于提出一种避免在LED导通期间产生泄放电流的线性发光二极管驱动器及其控制方法。

本发明的目的之一，在于提出一种达成泄放电流且无需增加高压元件及接脚的线性发光二极管驱动器及其控制方法。

根据本发明，一种线性发光二极管驱动器包括至少一第一晶体管、一电压供应端用以提供一驱动电压供驱动发光二极管、一电压调节器以及一泄放电路。所述至少一第一晶体管各具有一输入端供连接发光二极管，所述至少一第一晶体管各自控制对应的发光二极管点亮或关闭。所述电压调节器连接所述电压供应端并将所述驱动电压转换为电源电压供所述线性发光二极管驱动器使用。所述泄放电路检测所述至少一第一晶体管的输出端的电压及所述电源电压，在所述至少一第一晶体管的输出端的电压皆小于一第一临界值且所述电源电压大于一第二临界值时产生一泄放电流经所述电压调节器对所述电压供应端放电，以防止所述发光二极管发生闪烁。其中，所述电压调节器是所述线性发光二极管驱动器原本就具备的电路，而且所述电压调节器也必然具有高压元件供承受所述电压供应端上的驱动电压，因此所述泄放电经所述电压调节器从所述电压供应端抽取电流，无需增加额外的高压元件及接脚。此外所述泄放电路是检测所述至少一第一晶体管的输出端的电压，因此可以准确得知发光二极管是否点亮，以避免在发光二极管导通期间产生泄放电流。

根据本发明，一种线性发光二极管驱动器，包括至少一第一晶体管、一电压供应端用以提供一驱动电压供驱动发光二极管以及一泄放电路。所述至少一第一晶体管各具有一输入端供连接发光二极管，所述至少一第一晶体管各自控制对应的发光二极管点亮或关闭。所述泄放电路检测所述至少一第一晶体管的输出端的电压及所述电源电压，在所述至少一第一晶体管的输出端的电压皆小于一第一临界值且所述电源电压大于一第二临界值时产生一泄放电流对所述电压供应端放电，以防止所述发光二极管发生闪烁。其中，所述泄放电路是检测所述至少一第一晶体管的输出端的电压，因此可以准确得知发光二极管是否点亮，以避免在发光二极管导通期间产生泄放电流。

根据本发明，一种线性发光二极管驱动器的控制方法，所述线性发光二极管驱动器包含一电压供应端用以提供一驱动电压供驱动发光二极管，以及至少一第一晶体管各具有一输入端供连接对应的发光二极管，所述控制方法包括下列步骤：提供一电源电压供所述线性发光二极管驱动器使用；以及在至少一第一晶体管的输出端的电压皆 小于一第一临界值且所述电源电压大于一第二临界值时产生一泄放电流对一提供驱动电压以驱动发光二极管电压的供应端放电，以防止发光二极管发生闪烁，其中所述至少一第一晶体管各具有一输入端供连接对应的发光二极管。由于本发明的控制方法是检测所述至少一第一晶体管的输出端的电压，因此可以准确得知发光二极管是否点亮，以避免在发光二极管导通期间产生泄放电流。

附图说明

图1显示传统的非隔离式的线性LED驱动器；

图2显示图1中信号的波形图；

图3A及图3B显示传统的TRIAC调光器；

图4显示传统的TRIAC调光器产生的驱动电压VIN的波形；

图5显示使用泄放电路后的驱动电压VIN的波形；

图6显示本发明的第一实施例；

图7显示本发明的第二实施例；

图8显示图7电路在未经TRIAC调光时的波形图；

图9显示图7电路经TRIAC调光的波形图；

图10显示本发明的第三实施例；

图11显示本发明的第四实施例；

图12显示本发明的第五实施例；

图13显示本发明的第六实施例；

图14显示本发明的第七实施例；以及

图15显示本发明的第八实施例。

符号说明：

2 LED

4 LED

6 LED

8 LED

10 线性LED驱动器

12 桥式整流器

14 集成电路

16 电压供应端

18 开关

20 开关

22 开关

24 开关

26 驱动电压VIN的波形

28 接脚S1的电压波形

30 接脚S2的电压波形

32 接脚S3的电压波形

34 接脚S4的电压波形

36 临界值

38 临界值

40 泄放电流的波形

42 泄放电流的波形

44 TRIAC调光器

46 双向触发二极管

48 三端双向硅控开关

50 驱动电压VIN的波形

52 驱动电压VIN的波形

54 波形52的区域

56 驱动电压VIN的波形

58 波形56的区域

60 电压调节器

62 泄放电路

64 电流源

66 运算放大器

68 晶体管

70 比较器

72 检测电路

74 电流源

76 比较器

78 与门

80 运算放大器

82 晶体管

84 晶体管

842 晶体管84的输入端

844 晶体管84的输出端

86 晶体管

862 晶体管86的输入端

864 晶体管86的输出端

88 晶体管

882 晶体管88的输入端

884 晶体管88的输出端

90 晶体管

902 晶体管90的输入端

904 晶体管90的输出端

92 电压Vs的波形

94 临界值Vref1的波形

96 电源电压VDD的波形

98 临界值Vref4的波形

100 泄放电流Ibd的波形

102 比较器

104 比较器

106 比较器

108 比较器

110 或门

112 晶体管

114 二极管

116 运算放大器

118 晶体管

具体实施方式

图6显示本发明的第一实施例，图6仅显示集成电路14内的控制电路，线性LED驱动器10的其他部分可以参照图1及图3A、图3B。图6的集成电路14包括电压调节器60、泄放电路62、电流源64及晶体管84。晶体管84具有一输入端842经接脚S1连接LED 2，晶体管84的开闭将控制LED 2的点亮或关闭，晶体管84是高压元件，一般可以使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor；MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT)。电流源64连接晶体管84的输出端844，用以调节通过LED 2的电流Iled。电压调节器60经接脚HV连接电压供应端16，用以将驱动电压VIN转换为电源电压VDD供线性LED驱动器10使用，电压调节器60包含一运算放大器66及一晶体管68，晶体管68的输入端连接电压供应端16，晶体管68的输出端提供电源电压VDD，运算放大器66检测电源电压VDD并根据电源电压VDD与临界值Vref3之间的差值控制晶体管68的控制端的电压，进而调节电源电压VDD。泄放电路62连接晶体管84的输出端844以及电压调节器60，在晶体管84的输出端844的电压Vs小于临界值Vref1且电源电压VDD大于临界值Vref4时产生一泄放电流Ibd经电压调节器60对电压供应端16放电，以防止LED 2发生闪烁。泄放电路62包含比较器70、检测电路72及电流源74。电流源74连接晶体管68的输出端并用以提供泄放电流Ibd，该电流源74包括晶体管82及电阻R5串联在晶体管68的输出端及接地端之间，运算放大器80具有正输入端接收临界值Vref2、负输入端连接电阻R5以及输出端连接晶体管82的控制端，根据虚接地原理，运算放大器80把临界值Vref2施加至电阻R5上以产生泄放电流Ibd。检测电路72连接电流源74，检测晶体管84的输出端844的电压Vs，在晶体管84的输出端844的电压Vs小于临界值Vref1期间，产生一使能信号Sen使能运算放大器80，以使能电流源74。检测电路72包含比较器76跟与门78，比较器76比较晶体管84的输出端844的电压Vs及临界值Vref1，当电压Vs小于临界值Vref1时表示LED 2被关闭，因而比较器76送出使能信号Sen经与门以 使能电流源74。比较器70具有二输入端分别接收电源电压VDD及临界值Vref4以及一输出端连接检测电路72，在电源电压VDD低于临界值Vref4的期间，比较器70产生一比较信号至检测电路78的与门78以中止使能信号Sen，进而关闭电流源74。在此实施例中，泄放电路62是利用原有的接脚HV及电压调节器60中的高压元件(晶体管68)来阻隔高压及抽取泄放电流，故无需额外增加高压元件及接脚，成本较低。

图7显示本发明的第二实施例，其与图6的实施例同样包括电压调节器60、泄放电路62及电流源64，差别在于图7的电路除了晶体管84之外还增加了晶体管86、88及90分别控制LED 4、6及8。在图7中，晶体管86的输入端862连接LED 4，晶体管88的输入端连接LED 6，晶体管90的输入端902连接LED 8，而晶体管86的输出端864、晶体管88的输入端884及晶体管90的输出端904则共点并连接至检测电路72。

图8显示图7电路未经TRIAC调光的波形图，其中波形92为电压Vs，波形94为临界值Vref1，波形96为电源电压，波形98为临界值Vref4，波形100为泄放电流Ibd。参照图7及图8，当晶体管84、86、88及90全部关闭使LED 2、4、6及8全部关闭时，如图8的时间t1所示，晶体管84、86、88及90的输出端844、864、884及904的电压Vs将低于临界值Vref1，如图8的波形92及94所示，因此检测电路72送出使能信号Sen以使能电流源74而产生泄放电流Ibd对电压供应端16放电，以防止LED 2、4、6及8发生闪烁现像，此时电容Cvdd也将因泄放电流Ibd而放电，导致电源电压VDD下降，为避免电源电压VDD过低而使线性LED驱动器10无法工作，因此当电源电压VDD低于临界值Vref4时，如图8的时间t2所示，比较器70送出比较信号至检测电路78以中止使能信号Sen，进而关闭电流源74以停止泄放电流Ibd。当电源电压VDD回复至高于临界值Vref4的电平且电压Vs仍低临界值Vref1时，如图8的时间t3所示，电流源74再次被使能以产生泄放电流Ibd。当驱动电压VIN上升至使晶体管84导通时，如图8的时间t4，电压Vs上升并高于临界值Vref1，此时检测电路72立即停止输出使能信号Sen，进而关闭电流源74以停止泄放电流Ibd。

图9显示图7电路经TRIAC调光的波形图。参照图7及图9，当晶体管84、86、88及90全部关闭使LED 2、4、6及8全部关闭时，如图9的时间t1所示，电压Vs将低于临界值Vref1，如图9的波形92及94所示，因此检测电路72送出使能信号Sen以使能电流源74产生泄放电流Ibd对电压供应端16放电，以防止LED 2、4、6 及8发生闪烁现像，此时电源电压VDD也开始下降，为避免电源电压VDD过低而使线性LED驱动器10无法工作，因此当电源电压VDD低于临界值Vref4时，如图9的时间t2所示，比较器70送出比较信号至检测电路78以中止使能信号Sen，进而关闭电流源74以停止泄放电流Ibd。当电源电压VDD回复至高于临界值Vref4的电平且电压Vs仍低临界值Vref1时，如图9的时间t3所示，电流源74再次被使能以产生泄放电流Ibd。当驱动电压VIN上升至使晶体管90导通时，如图9的时间t4，电压Vs上升并高于临界值Vref1，此时检测电路72立即停止输出使能信号Sen，进而关闭电流源74以停止泄放电流Ibd。

从图8及图9的波形图可知，本发明通过检测电压Vs来判断LED2、4、6及8是否全部关闭，并在LED 2、4、6及8全部关闭时立即产生泄放电流Ibd，在LED 2、4、6及8其中之一导通立即停止泄放电流Ibd，因此不但可以有效防止LED2、4、6及8发生闪烁，也不会出现LED 2、4、6及8其中之一导通期间产生泄放电流Ibd导致效率降低的情况。

图10显示本发明的第三实施例，其与图7的电路同样包含多个分别控制LED 2、4、6及8点亮的晶体管84、86、88及90、将驱动电压VIN转换为电源电压VDD的电压调节器60以及提供泄放电流的泄放电路62，但是图10的泄放电路62中的检测电路72是使用多个比较器102、104、106及108分别检测晶体管84的输出端844的电压Vs1、晶体管86的输出端864的电压Vs2、晶体管88的输出端884的电压Vs3及晶体管90的输出端的电压Vs4，以及使用一或门110处理比较器102、104、106及108的输出以决定是否使能电流源74以产生泄放电流Ibd。当电压Vs1、Vs2、Vs3及Vs4皆低于临界值Vref1时，代表所有的LED 2、4、6及8皆关闭，或门110因而提供使能信号Vse经与门78使能电流源74，以提供泄放电流Ibd经电压调节器60对电压供应端16放电，以防止LED 2、4、6及8发生闪烁。同样的，为防止电源电压VDD过低，当电源电压VDD低于临界值Vref4时，比较器70送出比较信号至与门以中止使能信号Vse，关闭电流源74。当电压Vs1、Vs2、Vs3及Vs4其中一个高于临界值Vref1时，或门110停止输出使能信号Vse，以避免LED 2、4、6或8导通期间产生泄放电流Ibd导致效率降低。

图11显示本发明的第四实施例，其与图6的实施例类似，差别只在于图11的泄放电路62不是经由电压调节器66及接脚HV连接电压供应端16，而是从另一接脚 BD直接连接电压供应端16。由于泄放电路62直接承受高压的驱动电压VIN，因此泄放电路62中电流源74的晶体管82也必需改用高压元件。图11的电路的操作也类似图6，在晶体管84的输出端844的电压Vs小于临界值Vref1时表示LED 2被关闭，故检测电路72产生一使能信号Sen使能电流源74产生泄放电流Ibd，以防止LED 2发生闪烁。在电源电压VDD低于临界值Vref4的期间，比较器70产生一比较信号至检测电路78的与门78以中止使能信号Sen，进而关闭电流源74。当晶体管82被导通使LED 2被点亮时，电压Vs将大于临界值Vref1以停止使能信号Sen。

图12显示本发明的第五实施例，其与图7的实施例类似，差别只在于图12的泄放电路62不是经由电压调节器66及接脚HV连接电压供应端16，而是从另一接脚BD直接连接电压供应端16。由于泄放电路62直接承受高压的驱动电压VIN，因此泄放电路62中电流源74的晶体管82也必需改用高压元件。图12的电路的操作也类似图7，在比较器76的输入端上的电压Vs小于临界值Vref1时表示LED 2、4、6及8皆被关闭，故检测电路72产生一使能信号Sen使能电流源74产生泄放电流Ibd，以防止LED 2、4、6及8发生闪烁。在电源电压VDD低于临界值Vref4的期间，比较器70产生一比较信号至检测电路78的与门78以中止使能信号Sen，进而关闭电流源74。当晶体管84、86、88及90其中一个被导通以点亮对应的LED时，电压Vs将大于临界值Vref1以停止使能信号Sen。

图13显示本发明的第六实施例，其与图10的实施例类似，差别只在于图13的泄放电路62不是经由电压调节器66及接脚HV连接电压供应端16，而是从另一接脚BD直接连接电压供应端16。由于泄放电路62直接承受高压的驱动电压VIN，因此泄放电路62中电流源74的晶体管82也必需改用高压元件。图13的电路的操作也类似图10，比较器102、104、106及108分别检测晶体管84的输出端844的电压Vs1、晶体管86的输出端864的电压Vs2、晶体管88的输出端884的电压Vs3及晶体管90的输出端的电压Vs4，当电压Vs1、Vs2、Vs3及Vs4皆低于临界值Vref1时，代表所有的LED 2、4、6及8皆关闭，检测电路72将提供使能信号Vse使能电流源74，以提供泄放电流Ibd对电压供应端16放电，以防止LED 2、4、6及8发生闪烁。当电源电压VDD低于临界值Vref4时，比较器70送出比较信号至检测电路72以中止使能信号Vse，关闭电流源74。当电压Vs1、Vs2、Vs3及Vs4其中一个高于临界值Vref1时，检测电路72停止输出使能信号Vse结束泄放电流Ibd。

图14显示本发明的第七实施例，其除了泄放电路62的架构略有差异之外，其他部分的电路及操作同图7的电路。图14的泄放电路62包括比较器76及电流源74。比较器76比较电压Vs及临界值Vref1，当电压Vs小于临界值Vref1时表示所有LED2、4、6及8全部被关闭，因而比较器76送出使能信号Sen以使能电流源74产生一泄放电流Ibd经电压调节器60对电压供应端16放电，以防止LED 2、4、6及8发生闪烁。电流源74包括串联在电压调节器60及接地端之间的晶体管112、二极管114及电阻R14。当晶体管112被使能信号Sen导通时，二极管114提供一临界值Vbk(二极管114的击穿电压)，在电源电压VDD大于临界值Vbk时，电阻R15根据电源电压VDD与临界值Vbk之间的差值产生泄放电流Ibd＝(VDD-Vbk)/R14经电压调节器60对电压供应端16放电。在此实施例中，泄放电流Ibd会随电源电压VDD的下降而减小，当电源电压VDD等于或小于临界值Vbk时，电流源74将停止产生泄放电流Ibd以防止电源电压VDD过低。

图15显示本发明的第八实施例，其除了泄放电路62的架构略有差异之外，其他部分的电路及操作同图7的电路。图15的泄放电路62包括比较器76及电流源74。比较器76比较电压Vs及临界值Vref1，当电压Vs小于临界值Vref1时表示所有LED2、4、6及8全部被关闭，因而比较器76送出使能信号Sen以使能电流源74产生一泄放电流Ibd经电压调节器60对电压供应端16放电，以防止LED 2、4、6及8发生闪烁。电流源74包括运算放大器116、晶体管118以及电阻R15，电阻R15的第一端接收电源电压VDD，运算放大器116的负输入端连接电阻R15的第二端，运算放大器116的正输入端接收临界值Vref2，运算放大器116的输出端连接晶体管118的控制端，晶体管118的输入端及输出端分别连接电阻R15的第二端及接地端。当运算放大器116被使能信号Sen使能时，运算放大器116将导通晶体管118，同时根据虚接地原理，运算放大器116的正输入端的临界值Vref2将被施加至电阻R15的第二端，此时电阻R15根据电源电压VDD与临界值Vref2之间的差值产生泄放电流Ibd＝(VDD-Vref2)/R15经电压调节器60对电压供应端16放电。在此实施例中，泄放电流Ibd会随电源电压VDD的下降而减小，当电源电压VDD等于或小于临界值Vref2时，电流源74将停止产生泄放电流Ibd以防止电源电压VDD过低。