專利名稱：Led發(fā)光裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED發(fā)光裝置以及驅(qū)動方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種采用脈沖寬 度調(diào)制方法的LED發(fā)光裝置及其驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
LED發(fā)光裝置包括由多個串聯(lián)布置的LED元件構(gòu)成的LED鏈(channel)，以及用于 控制通過LED鏈的電流的恒定電流源。該恒定電流源包括流入電流源，該流入電流源通過 使用運算放大器來控制通過每個LED鏈的電流使其恒定。存在控制LED元件的亮度的模擬方法及脈沖寬度調(diào)制方法。模擬方法控制通過 LED元件的持續(xù)電流的大小。脈沖寬度調(diào)制方法控制具有恒定大小且非持續(xù)流過LED元件 的電流的脈沖寬度。當流過LED元件的電流較小時，模擬方法存在色度坐標變化，而因為脈 沖寬度調(diào)制方法不存在色度坐標變化，所以主要使用脈沖寬度調(diào)制方法。圖1為示出脈沖寬度調(diào)制信號、流過LED鏈的鏈電流、以及運算放大器的輸出電壓 的波形圖。在圖1中，(b)為(a)的波形圖中脈沖寬度調(diào)制信號從高電平過渡到低電平的 部分的放大視圖。參照圖1，脈沖寬度調(diào)制PWM信號為具有特定周期的高脈沖信號。在脈沖寬度調(diào)制 PWM信號為低電平的時段內(nèi)，運算放大器輸出高電平的輸出電壓Va。在運算放大器的輸出 電壓Va在預定時間內(nèi)為高電平的時段內(nèi)，鏈電流ILED流過LED鏈。然而，如(b)所示，當脈沖寬度調(diào)制PWM信號從高電平降至低電平時，運算放大器 的輸出電壓Va不根據(jù)脈沖寬度調(diào)制PWM信號而升高。其具有預定延遲時間。這是由于運 算放大器的通電延遲的原因。因此，在鏈電流ILED中產(chǎn)生預定延遲。換句話說，存在運算放大器的輸出電壓Va及鏈電流ILED的壓擺率(slewrate)劣 化的問題。此外，為解決運算放大器的通電延遲，可為運算放大器提供大電流。但這會產(chǎn)生 不必要的能量消耗。在本背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此，上 述信息中可能包括不構(gòu)成已在國內(nèi)為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所知悉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于解決上述問題，并且作出本發(fā)明，以提供一種LED發(fā)光裝置和一種驅(qū) 動方法，用于在采用脈沖寬度調(diào)制方法驅(qū)動時，提高流過LED鏈的鏈電流的壓擺率。一種LED發(fā)光裝置，包括由多個連續(xù)且串聯(lián)地連接的LED元件構(gòu)成的LED鏈；連 接至所述LED鏈并且執(zhí)行開關(guān)操作的電流控制開關(guān)；以及包括運算放大器的LED驅(qū)動器，該
4運算放大器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制所述電流控制開關(guān)的開關(guān)操作。當脈沖寬度調(diào)制信 號在接通狀態(tài)時，LED驅(qū)動器對運算放大器的輸出電壓采樣；而當脈沖寬度調(diào)制信號在截 止狀態(tài)時，根據(jù)采樣電壓保持運算放大器的輸出電壓。此外，該LED發(fā)光裝置還包括電容器，當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，采樣電 壓對該電容器充電；而當脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，運算放大器輸出電容器的充電 電壓。該LED發(fā)光裝置還包括第一開關(guān)單元，當脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，該第一開 關(guān)單元將電容器連接至運算放大器的第一輸入端，并將運算放大器的第二輸入端連接至運 算放大器的輸出端。第一開關(guān)單元包括將電容器連接至運算放大器的第一輸入端的第一傳輸門；將 運算放大器的輸出端連接至運算放大器的第二輸入端的第二傳輸門；以及將電流控制開關(guān) 的柵極端接地的連接控制開關(guān)。LED發(fā)光裝置還包括產(chǎn)生預定參考電流的參考電流源；參 考電阻器，其一端連接至參考電流源，并且另一端接地；以及檢測電阻器，其一端連接至電 流控制開關(guān)，并且另一端接地。該LED發(fā)光裝置還包括第二開關(guān)單元，當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，該第 二開關(guān)單元將運算放大器的第一輸入端連接至參考電阻器的一端，將運算放大器的第二輸 入端連接至檢測電阻器的一端，并且將運算放大器的輸出端連接至電流控制開關(guān)的柵極端 和電容器。第二開關(guān)單元包括將參考電阻器的一端連接至運算放大器的第一輸入端的第 一傳輸門；將電容器連接至運算放大器的輸出端的第二傳輸門；將檢測電阻器的一端連接 至運算放大器的第二輸入端的第三傳輸門；以及將運算放大器的輸出端連接至電流控制開 關(guān)的柵極端的第四傳輸門。一種LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法，該LED發(fā)光裝置包括由多個連續(xù)且串聯(lián)地連接 的LED元件構(gòu)成的LED鏈；連接至所述LED鏈并執(zhí)行開關(guān)操作的電流控制開關(guān)；以及包括運 算放大器的LED驅(qū)動器，該運算放大器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制電流控制開關(guān)的開關(guān)操 作。所述方法包括當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時對運算放大器的輸出電壓采樣的步 驟；以及當脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時根據(jù)采樣電壓保持運算放大器的輸出電壓的步 馬聚oLED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法還包括當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時采樣電壓對 電容器充電的步驟。對運算放大器的輸出電壓采樣的步驟包括將預定參考電壓輸入運算 放大器的第一輸入端的步驟；將取決于鏈電流的預定檢測電壓輸入運算放大器的第二輸入 端的步驟；以及將電容器連接至運算放大器的輸出端的步驟。根據(jù)采樣電壓保持運算放大器的輸出電壓的步驟包括將電容器連接至運算放大 器的第一輸入端的步驟；將運算放大器的第二輸入端連接至運算放大器的輸出端的步驟； 以及截止電流控制開關(guān)的步驟。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，當通過脈沖寬度調(diào)制方法驅(qū)動時，可以提高流過LED鏈的 鏈電流的壓擺率。


圖1為示出脈沖寬度調(diào)制信號、流過LED鏈的鏈電流、以及運算放大器的輸出電壓 的波形圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范實施例的LED發(fā)光裝置的電路圖；圖3為示出當脈沖寬度調(diào)制PWM信號在接通狀態(tài)時LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法的視 圖；圖4為示出當脈沖寬度調(diào)制PWM信號在截止狀態(tài)時LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法的視 圖；圖5A為示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范實施例的脈沖寬度調(diào)制信號、流過LED鏈的鏈 電流、以及運算放大器的輸出信號的波形圖；圖5B為示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范實施例的脈沖寬度調(diào)制信號、流過LED鏈的鏈 電流、以及運算放大器的輸出信號的波形圖。
具體實施例方式在下面的詳細描述中，僅通過舉例說明，示出和描述本發(fā)明的僅僅某些示范實施 例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到，可以以各種不同的方式對所描述的實施例進行修改，而所 有這些不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)認為附圖和描述本質(zhì)上是說明性的而非限制性的。在整個說明書中，相同 的標號表示相同的元件。在整個本說明書及隨附的權(quán)利要求書中，當描述一個元件與另一 元件“耦合”時，該元件可以與該另一元件“直接耦合”或者通過第三元件與該另一元件“電
規(guī)A”
袖口 o此外，除非有相反的明確說明，用詞“包括”應(yīng)被理解為意指包含所描述的元件，但 不排除還包含任何其他的元件。圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范實施例的LED發(fā)光裝置的電路圖。參照圖2，LED發(fā)光裝置包括DC/DC轉(zhuǎn)換器10、電阻分壓器20、LED鏈30、參考電流 源40、參考電阻器Rref、反相器IV1、電容器CI、LED驅(qū)動器50、以及第一開關(guān)單元60和第 二開關(guān)單元70。DC/DC轉(zhuǎn)換器10輸入一輸入電壓Vin并產(chǎn)生具有預定電平的輸出電壓VOUT。DC/ DC轉(zhuǎn)換器10感測分壓VD并控制輸出電壓V0UT。電阻分壓器20采用電阻器對DC/DC轉(zhuǎn)換器10的輸出電壓V0UT進行分壓，并輸出 分壓VD。電阻分壓器20包括電阻器R1和電阻器R2。電阻器R1和電阻器R2串聯(lián)連接在 DC/DC轉(zhuǎn)換器10的輸出端與接地端之間。LED鏈30包括多個連續(xù)串聯(lián)連接的LED元件。參考電流源40產(chǎn)生參考電流Iref。 參考電阻器Rref的一端連接至參考電流源40，并且參考電阻器Rref的另一端接地。因為參考電流Iref流過參考電阻器Rref，所以在參考電阻器Rref的一端產(chǎn)生參 考電壓Vref。換句話說，參考電壓Vref是根據(jù)參考電流Iref和參考電阻器Rref確定。電容器C1的一端連接在傳輸門TG2和傳輸門TG5之間。電容器C1的另一端接地。 反相器IV1使脈沖寬度調(diào)制信號反相并且輸出反相脈沖寬度調(diào)制信號。脈沖寬度調(diào)制信號 為具有預定周期的高脈沖信號。根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號的高脈沖寬度控制LED鏈30的多 個LED元件的光輸出。當脈沖寬度調(diào)制信號為高電平(在下文中稱為截止狀態(tài))時，LED驅(qū)動器50阻止 鏈電流ILED流過LED鏈30。當脈沖寬度調(diào)制信號為低電平(在下文中稱為接通狀態(tài))時，
6LED驅(qū)動器50根據(jù)參考電流Iref控制流過LED鏈30的鏈電流ILED的大小。當脈沖寬度 調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，運算放大器AMPl的輸出電壓Va由電容器Cl的充電電壓Vc控制。LED驅(qū)動器50包括運算放大器AMPl、電流控制開關(guān)Ml、以及檢測電阻器Rs。運算 放大器AMPl根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制電流控制開關(guān)Ml的開關(guān)操作。運算放大器AMPl 的同相輸入端⑴連接至傳輸門TGl和傳輸門TG2。反相輸入端㈠連接至傳輸門TG3和 傳輸門TG4。運算放大器AMPl的輸出端OUT連接至傳輸門TG5和傳輸門TG6。電流控制開關(guān)Ml的漏極端連接至LED鏈30的一端，并且電流控制開關(guān)Ml的源極 端連接至檢測電阻器Rs的一端。檢測電阻器Rs的另一端接地。因為鏈電流ILED通過電 流控制開關(guān)Ml流入檢測電阻器Rs，所以在檢測電阻器Rs的一端產(chǎn)生檢測電壓Vs。當脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，第一開關(guān)單元60將電容器Cl連接至運算放 大器AMPl的同相輸入端(+)，并且將運算符放大器AMPl的反相輸入端與輸出端連接。此 外，第一開關(guān)單元60將連接控制開關(guān)M2的柵極端接地。第一開關(guān)單元60包括傳輸門TG2 和TG4，以及連接控制開關(guān)M2。當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，第二開關(guān)單元70將電容器Cl和連接控制開 關(guān)Ml的柵極端連接至運算放大器AMPl的輸出端OUT，將運算放大器的同相輸入端(+)連接 至參考電阻器Rref的一端，以及將運算放大器的反相輸入端(_)連接至檢測電阻器Rs的一端。第二開關(guān)單元70包括傳輸門TG1、TG3、TG5、TG6。第二開關(guān)單元70和第一開關(guān)單 元60的詳細配置將在下文中予以描述。多個傳輸門TGl TG5由不同的類型制成，并且例 如可以是NM0SFET或者PM0SFET。多個傳輸門TGl至TG5分別由脈沖寬度調(diào)制信號和反相脈沖寬度調(diào)制信號控制。 詳細而言，當脈沖寬度調(diào)制信號為低電平而反相脈沖寬度調(diào)制信號為高電平時，傳輸門TGl 接通并且將參考電阻器Rref的一端連接至運算放大器AMPl的同相輸入端(+)。當脈沖寬度調(diào)制信號為高電平而反相脈沖寬度調(diào)制信號為低電平時，傳輸門TG2 接通并且將電容器Cl的一端連接至運算放大器AMPl的同相輸入端(+)。當脈沖寬度調(diào)制信號為低電平而反相脈沖寬度調(diào)制信號為高電平時，傳輸門TG3 接通并且將檢測電阻器Rs連接至運算放大器AMPl的反相輸入端(_)。當脈沖寬度調(diào)制信號為高電平而反相脈沖寬度調(diào)制信號為低電平時，傳輸門TG4 接通并且將運算放大器AMPl的輸出端OUT連接至運算放大器AMPl的反相輸入端(-)。當脈沖寬度調(diào)制信號為低電平而反相脈沖寬度調(diào)制信號為高電平時，傳輸門TG5 接通并且將電容器Cl的一端連接至運算放大器AMPl的輸出端OUT。當脈沖寬度調(diào)制信號為低電平而反相脈沖寬度調(diào)制信號為高電平時，傳輸門TG6 接通并且將運算放大器AMPl的輸出端OUT連接至電流控制開關(guān)Ml的柵極端。連接控制開關(guān)M2根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號將電流控制開關(guān)Ml的柵極端連接至傳輸 門TG6和接地端二者之一。當脈沖寬度調(diào)制信號為低電平時，連接控制開關(guān)M2將電流控制開關(guān)Ml的柵極端 連接至傳輸門TG6。當脈沖寬度調(diào)制信號為高電平時，連接控制開關(guān)M2將電流控制開關(guān)Ml的柵極端 連接至接地端。
圖3為示出當脈沖寬度調(diào)制PWM信號在接通狀態(tài)時LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法的視 圖。此外，根據(jù)多個傳輸門TG1至TG6的連接狀態(tài)，圖3簡要地示出圖2所示的電路。 參照圖3，對于脈沖寬度調(diào)制信號為低電平的時段，傳輸門TGI、TG3、TG5和TG6接通，而傳 輸門TG2和TG4以及連接控制開關(guān)M2截止。此時，參考電壓Vref被輸入運算放大器AMP1的同相輸入端⑴，而檢測電壓Vs被 輸入運算放大器AMP1的反相輸入端(_)。運算放大器AMP1輸出一輸出電壓Va。在運算放大器AMP1中，對輸出電壓Va進行 控制，使得檢測電壓Vs與參考電壓Vref相同。此時，運算放大器AMP1的輸出端OUT連接 至電容器C1。輸出電壓Va被采樣。當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，電容器C1的充電 電壓Vc為運算放大器AMP1的輸出電壓Va。圖4為示出當脈沖寬度調(diào)制PWM信號在截止狀態(tài)時LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法的視 圖。此外，根據(jù)多個傳輸門TG1至TG6的連接狀態(tài)，圖4簡要地示出圖2所示的電路。參照圖4，對于脈沖寬度調(diào)制信號為高電平的時段，傳輸門TG2和TG4以及連接控 制開關(guān)M2接通，而傳輸門TGI、TG3、TG5和TG6截止。此時，電容器C1與運算放大器AMP1的同相輸入端⑴連接，而運算放大器AMP1 的反相輸入端㈠與輸出端OUT連接。因此，運算放大器AMP1的輸出電壓Va根據(jù)電容器 C1的充電電壓Vc確定。當脈沖寬度調(diào)制信號從接通狀態(tài)變成截止狀態(tài)時，充電電壓Vc降低至比在脈沖 寬度調(diào)制信號為接通狀態(tài)時所采樣得到的電壓更小的電壓。圖5A為示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范實施例的脈沖寬度調(diào)制信號、流過LED鏈的鏈 電流、以及運算放大器的輸出信號的波形圖。圖5B為示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范實施例的脈沖寬度調(diào)制信號、流過LED鏈的鏈 電流、以及運算放大器的輸出信號的波形圖。圖5B示出圖5A所示的波形圖中的放大的時段，在該時段中，脈沖寬度調(diào)制信號從 高電平變成低電平。參考圖5A和圖5B，對于脈沖寬度調(diào)制信號為高電平的時段，運算放大器AMP1的輸 出電壓Va保持為充電電壓Vc。如圖5A和圖5B所示，與脈沖寬度調(diào)制信號為低電平的時段相比，充電電壓Vc低。 當脈沖寬度調(diào)制信號從高電平變成低電平時，運算放大器AMP1的輸出電壓Va快速上升。據(jù)此，可提高運算放大器AMP1的輸出電壓Va以及鏈電流ILED的壓擺率。盡管結(jié)合當前認為實用的示范實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本發(fā)明不限于 所公開的實施例，相反地，本發(fā)明旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修 改及等同布置。
權(quán)利要求
一種LED發(fā)光裝置，包括由多個連續(xù)且串聯(lián)地連接的LED元件構(gòu)成的LED鏈；以及連接至所述LED鏈并且執(zhí)行開關(guān)操作的電流控制開關(guān)；以及包括運算放大器的LED驅(qū)動器，該運算放大器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制所述電流控制開關(guān)的開關(guān)操作，其中，當所述脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，所述LED驅(qū)動器對所述運算放大器的輸出電壓采樣；而當所述脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，根據(jù)所述采樣電壓保持所述運算放大器的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED發(fā)光裝置，還包括電容器，當所述脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，所述采樣電壓對該電容器充電，以及 當所述脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，所述運算放大器輸出所述電容器的充電電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED發(fā)光裝置，還包括第一開關(guān)單元，當所述脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，該第一開關(guān)單元將所述電容 器連接至所述運算放大器的第一輸入端，以及將所述運算放大器的第二輸入端連接至所述 運算放大器的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED發(fā)光裝置，其中，所述第一開關(guān)單元包括第一傳輸門，該第一傳輸門將所述電容器連接至所述運算放大器的第一輸入端； 第二傳輸門，該第二傳輸門將所述運算放大器的輸出端連接至所述運算放大器的第二 輸入端；以及連接控制開關(guān)，該連接控制開關(guān)將所述電流控制開關(guān)的柵極端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED發(fā)光裝置，還包括 參考電流源，該參考電流源產(chǎn)生預定參考電流；參考電阻器，該參考電阻器的一端連接至所述參考電流源并且另一端接地；以及 檢測電阻器，該檢測電阻器的一端連接至所述電流控制開關(guān)并且另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED發(fā)光裝置，還包括第二開關(guān)單元，當所述脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，該第二開關(guān)單元將所述運算 放大器的第一輸入端連接至所述參考電阻器的一端，將所述運算放大器的第二輸入端連接 至所述檢測電阻器的一端，以及將所述運算放大器的輸出端連接至所述電流控制開關(guān)的柵 極端和所述電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED發(fā)光裝置，其中，所述第二開關(guān)單元包括第一傳輸門，該第一傳輸門將所述參考電阻器的一端連接至所述運算放大器的第一輸 入端；第二傳輸門，該第二傳輸門將所述電容器連接至所述運算放大器的輸出端； 第三傳輸門，該第三傳輸門將所述檢測電阻器的一端連接至所述運算放大器的第二輸 入端；以及第四傳輸門，該第四傳輸門將所述運算放大器的輸出端連接至所述電流控制開關(guān)的柵 極端。
8.一種LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法，該LED發(fā)光裝置包括由多個連續(xù)且串聯(lián)地連接的LED元件構(gòu)成的LED鏈；連接至所述LED鏈并且執(zhí)行開關(guān) 操作的電流控制開關(guān)；以及包括運算放大器的LED驅(qū)動器，該運算放大器根據(jù)脈沖寬度調(diào) 制信號控制電流控制開關(guān)的開關(guān)操作，其中，該方法包括當所述脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時對所述運算放大器的輸出電壓采樣的步驟；以及當所述脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時根據(jù)所述采樣電壓保持所述運算放大器的輸 出電壓的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法，還包括當所述脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，所述采樣電壓對電容器充電的步驟；并且， 所述對運算放大器的輸出電壓采樣的步驟包括 將預定參考電壓輸入所述運算放大器的第一輸入端的步驟；將取決于所述鏈電流的預定檢測電壓輸入所述運算放大器的第二輸入端的步驟；以及 將所述電容器連接至所述運算放大器的輸出端的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED發(fā)光裝置的驅(qū)動方法，其中， 所述根據(jù)采樣電壓保持所述運算放大器的輸出電壓的步驟包括 將所述電容器連接至所述運算放大器的第一輸入端的步驟；將所述運算放大器的第二輸入端連接至所述運算放大器的輸出端的步驟；以及 截止所述電流控制開關(guān)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED發(fā)光裝置以及驅(qū)動方法，并且公開了一種當采用脈沖寬度調(diào)制方法驅(qū)動時可以提高通過LED鏈的鏈電流的壓擺率的技術(shù)。為此，本發(fā)明包括由多個連續(xù)且串聯(lián)地連接的LED元件構(gòu)成的LED鏈，連接至所述LED鏈的端部并且執(zhí)行開關(guān)操作的電流控制開關(guān)，以及根據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號控制所述電流控制開關(guān)的開關(guān)操作的運算放大器。當脈沖寬度調(diào)制信號在接通狀態(tài)時，LED驅(qū)動器對運算放大器的輸出電壓采樣，而當脈沖寬度調(diào)制信號在截止狀態(tài)時，保持運算放大器的輸出電壓。
文檔編號F21Y101/02GK101929632SQ201010211788
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者孫燦, 鄭振和, 鄭日龍, 金載運 申請人:快捷韓國半導體有限公司