光源驅動電路及驅動方法

2023-05-07 15:38:01

專利名稱：光源驅動電路及驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種驅動電路和驅動方法，尤其涉及一種光源的驅動電路和驅動方法。
背景技術：
在顯示系統中，驅動電路驅動一個或多個光源來照亮顯示屏。比如，在使用發光二極體(Light Emitting Diode, LED)背光的液晶顯示(Liquid Crystal Display, IXD)系統中，LED陣列用於照亮液晶顯示屏。LED陣列通常包括一個或多個LED串，且每個LED串包括相互串聯的一組LED。圖I所示為現有技術中的驅動電路100的示意圖。驅動電路100驅動LED串106，其包括轉換器電路102、開關控制器104和開關調節器108。轉換器電路102接收輸入電壓Vin,並在電力線141上提供輸出電壓VQUT，以驅動LED串106。開關調節器108包括與LED串106串聯的電感LI。開關調節器108還包括開關SI和二極體D1，用來控制流經電感LI的電感電流。更具體地說，開關控制器104提供脈寬調製(Pulse Width Modulation，PWMMf號130，用以閉合和斷開開關SI。當開關SI閉合時，二極體Dl反向偏置，電感電流依次流經電力線141、LED串106、電感LI、開關SI和電阻Rsen。輸出電壓Vqut為LED串106供電，並為電感LI充電。當開關SI斷開時，二極體Dl正向偏置，電感電流依次流經電感LI、二極體D1、電力線141和LED串106。電感LI放電，從而為LED串106供電。因此，通過調節脈寬調製信號130的佔空比來調節電感電流的平均值，從而調節流經LED串106的電流。然而，當開關SI斷開時，二極體Dl的陽極電壓(如Vanqde)上升到大於Vqut，從而正向偏置二極體D1。於是，開關SI兩端的電壓(如Vamie-Vk)大致等於VOT。當開關SI閉合時，二極體Dl兩端的電壓大致等於VOTT。因此，開關部件(例如，開關SI和二極體Dl)的額定電壓必須大於VOTT。否則，當開關部件的工作電壓大致等於Vtot時，開關部件會被損壞。如果為了實現更高的亮度而增加LED串106中的LED數目，則輸出電壓Vtot增大。這種情況下，具有相對高的額定電壓的開關部件增加了驅動電路100的功耗和成本。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種光源驅動電路和驅動方法，用以降低開關部件的額定電壓，從而降低驅動電路的功耗和成本。為解決上述技術問題，本發明提供了一種光源驅動電路。該驅動電路包括轉換器電路，在第一電力線上提供第一輸出電壓以為所述光源供電，並在第二電力線上提供第二輸出電壓，其中，所述第二輸出電壓小於所述第一輸出電壓；儲能部件，通過為所述儲能部件充電和放電來調節所述光源的電流；以及開關部件，耦合至所述轉換器電路和所述儲能部件，當所述開關部件工作於第一狀態時，所述儲能部件充電；當所述開關部件工作於第二狀態時，所述儲能部件放電；其中，所述轉換器電路提供所述第二輸出電壓，以在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓。
本發明還提供了一種光源驅動電路，所述光源為多個。該驅動電路包括轉換器電路，用於在第一電力線上提供第一輸出電壓以為所述多個光源供電，並在第二電力線上提供第二輸出電壓，其中，所述第二輸出電壓小於所述第一輸出電壓；以及多個開關調節器，與所述轉換器電路耦合，分別用於調節所述多個光源的電流，每個所述開關調節器包括開關部件和儲能部件，其中，當所述開關部件工作於第一狀態時，所述儲能部件充電；當所述開關部件工作於第二狀態時，所述儲能部件放電；通過調節所述儲能部件充電和放電的持續時間來調節對應光源的電流，其中，所述轉換器電路提供所述第二輸出電壓，以在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓。本發明又提供了一種光源驅動方法，包括在第一電力線上提供第一輸出電壓，為所述光源供電；在第二電力線上提供小於所述第一輸出電壓的第二輸出電壓；開關部件工作於第一狀態，使得儲能部件充電；所述開關部件工作於第二狀態，使得所述儲能部件放電；以及，通過調節所述開關部件處於所述第一狀態和所述第二狀態的持續時間，來調節所述光源的電流；其中，提供的所述第二輸出電壓，使得在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓。
本發明的驅動電路在第一電力線上提供第一輸出電壓為光源供電，並在第二電力線上提供小於第一輸出電壓的第二輸出電壓，因此，當開關部件處於第一狀態和第二狀態時，開關部件兩端的工作電壓均保持小於第一輸出電壓。因此，可以選擇採用額定電壓相對較低的開關部件，以降低驅動電路的功耗和成本。


以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目的、具體結構特徵和優點。圖I所示為現有技術中的驅動電路的示意圖；圖2所示為根據本發明實施例的用於驅動負載的驅動電路的示意圖；圖3所示為根據本發明實施例的用於驅動負載的驅動電路的電路圖；圖4A和圖4B所示分別為根據本發明實施例的轉換器電路的電路圖；圖5所示為根據本發明實施例的轉換器電路的另一電路圖；圖6所不為根據本發明實施例的用於驅動負載的驅動電路的另一電路圖；圖7所示為根據本發明實施例的用於驅動負載的驅動電路的又一電路圖；圖8所示為根據本發明實施例的用於驅動多個負載的驅動電路的電路圖；及圖9所示為根據本發明實施例光源驅動方法的流程圖。
具體實施例方式以下將對本發明的實施例給出詳細的參考。儘管本發明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發明並不僅僅只局限於這些實施方式。相反，本發明涵蓋後附權利要求所定義的發明精神和發明範圍內的所有替代物、變體和等同物。另外，為了更好的說明本發明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對於大家熟知的方法、手續、部件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明的主旨。
圖2所不為根據本發明一個實施例的用於驅動負載,如光源206,的驅動電路200的示意圖。驅動電路200包括轉換器電路202、開關控制器204、開關調節器208和電流感應器210。轉換器電路202接收輸入電壓Vin，在第一電力線(例如電力線241)上產生第一輸出電壓(例如輸出電壓Vqutji),並在第二電力線(例如電力線242)上產生小於第一輸出電壓vOJTji的第二輸出電壓(例如輸出電壓VoUT—J。第一輸出電壓VoUT—H用於驅動光源206。第二輸出電壓Votiu用於降低開關調節器208中的一個或多個開關部件(例如開關部件222)的工作電壓。電流感應器210與光源206耦合，用於產生指示流經光源206的電流的感應信號234。在一個實施例中，開關控制器204根據感應信號234來產生開關控制信號230和反饋信號232。在一個實施例中，開關控制器204將感應信號234和指示期望電流值的參考信號REF進行比較，並根據比較結果來產生開關控制信號230。因此，開關控制信號230控制開關調節器208，從而將流經光源206的電流調節至期望電流值。反饋信號232指示光源206為產生期望電流值而所需的正向電壓，即在該正向電壓的驅動下，流經光源206的電流具有期望電流值。因此，轉換器電路202通過接收反饋信號232來調節輸出電壓Vtm H，以滿足光源206的供電需求。 在一個實施例中，光源206包括一個或多個LED串。每個LED串包括相互串聯的一個或多個LED。在一個實施例中，開關調節器208包括儲能部件220和開關部件222。儲能部件220與光源206耦合，流經儲能部件220的電流I22tl決定流經光源206的電流的電流值。在一個實施例中，開關部件222耦合至電力線241、電力線242和具有參考電壓Vkef的參考節點244 (例如，若參考節點244耦合至地，則參考電壓Vkef等於O伏)。由開關控制信號230對開關部件222進行控制，使得開關部件222在多個工作狀態下工作。在不同的工作狀態下，開關部件222將電力線241、電力線242和參考節點244選擇性地耦合至儲能部件220的一個或多個埠，從而導通儲能部件220的電流I22tl的不同的電流通路。更具體地說，開關部件222的工作狀態包括第一狀態(例如開關閉合狀態)和第二狀態(例如開關斷開狀態)。在開關閉合狀態下，開關部件222導通電流I22tl的第一電流通路，使得電流I22tl流經電力線241、電力線242和參考節點244之中的兩項。儲能部件220的工作電壓V22tl具有第一電壓值，使得電流I22tl增大，且儲能部件220充電。在開關斷開狀態下，開關部件222導通電流I22tl的第二電流通路，使得電流I22tl流經電力線241、電力線242和參考節點244之中的另外兩項。儲能部件220的工作電壓V22tl具有第二電壓值，使得電流I22tl減小，且儲能部件220放電。因此，通過調節開關部件222開關閉合狀態的持續時間和開關斷開狀態的持續時間之間的比值，來調節流經光源206的電流(如電流I22tl的平均值)。開關調節器208的操作將在圖3、圖6和圖7中進一步描述。有利的是，正如在圖3、圖6和圖7中將進一步描述的，由於電力線242上的輸出電壓1^，使得開關部件222兩端的工作電壓在開關閉合狀態和開關斷開狀態下都保持在小於Vqut H。因此，與現有技術中圖I的驅動電路100中的開關SI和二極體Dl相比，開關部件222可以採用額定電壓更低的部件。因此，降低了驅動電路200的功耗和成本。圖3所示為根據本發明實施例的用於驅動負載，如光源206，的驅動電路300的電路圖。圖3中與圖2編號相同的部件具有類似的功能。圖3將結合圖2進行描述。在圖3所示的實施例中，光源206包括LED串，該LED串具有多個串聯耦合的LED。驅動電路300包括轉換器電路202、開關控制器204、開關調節器208和電流感應器210。電流感應器210包括電阻R3，用於產生感應信號234，該感應信號234指示流經LED串206的電流。在一個實施例中，感應信號234為電阻R3兩端的電壓。開關控制器204根據感應信號234產生開關控制信號230 (如脈寬調製信號)和反饋信號232。在一個實施例中，轉換器電路202包括轉換控制器302和雙重轉換器304。轉換控制器302接收反饋信號232並相應地產生控制信號310，該反饋信號232指示LED串206為產生期望電流值所需的正向電壓。雙重轉換器304接收輸入電壓Vin，並根據控制信號310產生第一輸出電壓(例如輸出電壓Votjtji)和第二輸出電壓(例如輸出電壓VoUT—J。例如,轉換控制器302根據反饋信號232調節控制信號310，以升高或降低輸出電壓Vtot H，從而將LED串206的電流調節至期望電流值。在一個實施例中，雙重轉換器304接收輸入電壓Vin,並產生輸出電壓Vqutjj和輸出·電壓VQUT—H。由式(I)所不，輸出電壓Vqutji等於輸出電壓VQUT—L加上電壓Vdiff (Vdiff表不輸出電壓Votjtji和輸出電壓Votjtjj之間的差值)。V0UT_H-V0UT_L+VDIFF(I)如式(I)所示，若Vdiff為正值，則VQUTj小於Vqut H。雙重轉換器304的操作將在圖4A、圖4B和圖5中進一步描述。開關調節器208用於調節流經LED串206的電流。在圖3所示的實施例中，開關調節器208是降壓轉換器。開關調節器208中的儲能部件220包括與LED串206耦合的電感L3。開關調節器208中的開關部件222包括開關S3和二極體D3。例如，開關S3可為N型金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor, M0S)電晶體。二極體D3的陽極與開關S3的漏極一起耦合到公共節點，該公共節點通過電感L3和LED串206耦合至電力線241。二極體D3的陰極耦合至電力線242。開關S3的源極通過電阻R3耦合至參考節點244 (例如，地)。開關部件222根據開關控制信號230選擇性地將參考節點244 (例如，地)、電力線241和電力線242中的兩項耦合至電感L3的兩端。更具體地說，開關控制信號230可為脈寬調製信號。當開關控制信號230為邏輯高電位時，開關部件222工作於開關閉合狀態。在開關閉合狀態下，開關S3閉合，且二極體D3反向偏置。因此，電感L3的TA端與電力線241電耦合，電感L3的另一端TB與地電耦合。於是，電流Il流經電力線241、LED串206、電感L3、電阻R3和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電力線241。電感L3的工作電壓具有第一電壓值。此時，電感L3充電，其電流增大。當開關控制信號230為邏輯低電位時，開關部件222工作於開關斷開狀態。在開關斷開狀態下，開關S3斷開，且二極體D3正向偏置。電感L3的TA端與電力線241電耦合，TB端與電力線242電耦合。因此，電流12流經電力線241、LED串206、電感L3、二極體D3和電力線242，然後從電力線242經過雙重轉換器304流至電力線241。電感L3的工作電壓具有第二電壓值，該第二電壓值由輸出電壓VOTT—H和Vaiu決定。此時，電感L3放電，其電流減小。因此，在一個實施例中，當開關控制信號230為邏輯高電位時，電感電流增大；當開關控制信號230為邏輯低電位時，電感電流減小。在圖3所示的實施例中，流經LED光源206的電流大致等於流經電感L3的平均電流。結果，開關控制器204可以通過控制開關控制信號230的佔空比，將流經LED光源206的電流調節至期望電流值。有利的是，當開關部件222處於開關閉合狀態時，二極體D3兩端的電壓Vd3小於Vouo (如Vd3大致等於Votit J15當開關部件222處於開關斷開狀態時，開關S3兩端的電壓Vs3也小於Vtot H。也就是說，通過採用雙重轉換器304的輸出電壓Votit M無論在開關閉合狀態還是開關斷開狀態下，開關S3和二極體D3兩端的工作電壓都分別保持小於Vtot H。因此，可以採用額定電壓相對較低的開關部件，以降低驅動電路300的功耗和成本。圖4A和4B所示為根據本發明實施例的轉換器電路202的電路圖。圖4A和圖4B中與圖2和圖3編號相同的部件具有類似的功能。圖4A和圖4B將結合圖2和圖3進行描述。 在圖4A和圖4B所示的實施例中，雙重轉換器304包括電阻402、開關416、變壓器Tl、二極體410和二極體412以及電容408和電容414。變壓器Tl包括初級線圈404、磁芯 405和次級線圈406，其中，初級線圈404接收輸入電壓Vin，次級線圈406的第一埠 470提供所述第一輸出電壓(例如輸出電壓VTOT—H)，次級線圈406的第二埠 472提供所述第二輸出電壓(例如輸出電壓VOTT—J。雙重轉換器304產生輸出電壓Vtjuu和電壓VDIFF。更具體地說，如圖4A所示，變壓器Tl的初級線圈404、二極體412、電容414和開關416構成了開關模式的升壓轉換器452。轉換控制器302產生驅動信號460來控制開關416。在一個實施例中，驅動信號460是佔空比為Dduty的脈寬調製信號，用於交替閉合和斷開開關416。因此，開關模式的升壓轉換器452將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓如果忽略電阻402的阻值，電力線242上的輸出電壓Vqut L可由式(2)表示Voutl-Vin/ (I-Dduty)(2)此外，如圖4B所示，變壓器Tl (Tl包括初級線圈404、磁芯405和次級線圈406)、二極體410、電容408和開關416構成了開關模式的反激式(flyback)轉換器454。驅動信號460交替閉合和斷開開關416,由此,反激式轉換器454將輸入電壓Vin轉換成電壓VDIFF。電壓Vdiff可由式(3 )表不Vdiff-Vin* (隊。6/隊。4) *Dduty/(I-Dduty)(3)其中，N4Q6/N4Q4表示次級線圈406和初級線圈404的匝數比。在一個實施例中，由於次級線圈406的非極性端與電力線242耦合，輸出電壓Vqutη等於輸出電壓加上電壓Vdiff,如式(I)中所示。因此，由式(I)、(2)和(3)推導出式
(4)Vout—h_Vout—l* (I+Dduty* (N406/N404))(4)如式(4)中所不,只要佔空比Dduty大於O,則輸出電壓Votjtji大於輸出電壓Vn,且輸出電壓Vott H根據輸出電壓VOTTj而變化。另外，根據式(2)和(4)，通過調節驅動信號460的佔空比Dduty，Vout h和Vaiu均得到相應的調節。有利的是，圖4A所示的升壓轉換器452和圖4B所示的反激式轉換器454具有共同部件，例如初級線圈404和開關416，這樣減少了部件數。因此，減小了轉換器電路202的尺寸，並降低了驅動電路200的成本。電阻402提供電流感應信號462，該電流感應信號462指示流經初級線圈404的電流。轉換控制器302接收電流感應信號462，並判斷雙重轉換器304是否處於異常或非期望的狀態(如過流狀態)。轉換控制器302控制雙重轉換器304以防止其進入異常或非期望的狀態。例如，如果電流感應信號462指示雙重轉換器304正處於過流狀態，則轉換控制器302通過驅動信號460來斷開開關416，從而防止其進入異常或非期望的狀態。圖5所示為根據本發明實施例的轉換器電路202的另一電路圖。圖5中與圖2至圖4編號相同的部件具有類似的功能.圖5將結合圖2和圖3進行描述。在圖5所示的實施例中，雙重轉換器304包括變壓器T2、二極體510和二極體512、電容514和電容516、開關518以及電阻402。變壓器T2包括初級線圈504、磁芯505、次級線圈506和輔助線圈508，其中次級線圈506和輔助線圈508耦合至公共節點572，初級線圈504接收輸入電壓VIN，次級線圈506的第一埠 570提供所述第一輸出電壓，所述輔助線圈在所述公共節點572處提供所述第二輸出電壓。轉換控制器302產生驅動信號460 (如脈寬調製信號)，用於交替閉合和斷開開關518。初級線圈504、磁芯505、次級線圈506、開關518、二極體510和電容514構成了第一反激式(flyback)轉換器。第一反激式轉換器將
輸入電壓Vin轉換成電壓Vdiff』 ο電壓Vdiff』可由式(5 )表不Vdiff -V1N* (N506/N5(i4) *Dduty/(I-Dduty)(5)其中N5(i6/N5(i4表示次級線圈506和初級線圈504的匝數比。相似地，初級線圈504、磁芯505、輔助線圈508、開關518、二極體512和電容516構成了第二反激式轉換器。第二反激式轉換器將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓輸出電壓L可由式(6 )表不Vout—l_Vin* (N508/N504) *Dduty/(I-Dduty)(6)其中N5(i8/N5(i4表示輔助線圈508和初級線圈504的匝數比。由於次級線圈506的非極性端與電力線242耦合，如式(I衝所示，輸出電壓Vquth等於輸出電壓Vn加上電壓VDIFF。因此,根據式(I)、(5)和(6),輸出電壓Vmjtji可由式(7)表不:Vouth-Voutl* (I+N506/N508)(7)如式(7)中所不,輸出電壓Vmjtji大於輸出電壓Vn,且輸出電壓Vmjtji根據輸出電壓而變化。如式(6)和式(7)中所示，通過調節驅動信號460的佔空比Dduty，Vout h和VtotJ均得到相應的調節。有利的是，第一反激式轉換器和第二反激式轉換器共享一些共同部件，這樣減小了轉換器電路202的尺寸，並降低了驅動電路200的成本。如圖3的描述，當開關部件222處於開關閉合狀態時(如開關S3閉合)，電流Il從地經過雙重轉換器304流至電力線241。當開關部件222處於開關斷開狀態時(如開關S3斷開)，電流12從電力線242經過雙重轉換器304流至電力線241。如果採用圖4A和圖4B中所示的雙重轉換器304，當開關部件222處於開關閉合狀態時，電流Il從地流經電容414和次級線圈406並流至電力線241。當開關部件222處於開關斷開狀態時，電流12從電力線242流經次級線圈406並流至電力線241。如果採用如圖5中所示的雙重轉換器304，當開關部件222處於開關閉合狀態時，電流Il從地流經電容516和次級線圈506並流至電力線241。當開關部件222處於開關斷開狀態時，電流12從電力線242流經次級線圈506並流至電力線241。雙重轉換器304可具有其他結構，且不限於圖4A、圖4B和圖5中的實施例。圖6所示為根據本發明實施例的用於驅動負載，如LED串206，的驅動電路600的另一電路圖。圖6中與圖2、圖3編號相同的部件具有類似的功能。圖6將結合圖2至圖5進行描述。在圖6所示的實施例中，電流感應器210包括電阻R6和誤差放大器602。誤差放大器602接收電阻R6兩端的電壓，並相應地產生感應信號234，該感應信號234指示流經LED串206的電流。在一個實施例中，耦合在電流感應器210和LED串206之間的開關調節器208是降壓轉換器。開關調節器208包括開關部件222和儲能部件220。在一個實施例中，儲能部件220包括與LED串206耦合的電感L6。開關部件222包括開關S6和二極體D6。在一個實施例中，開關S6可以是P型金屬氧化物半導體電晶體。二極體D6的陽極與電力線242耦合。二極體D6的陰極和開關S6的漏極一起耦合至公共節點，該公共節點通過電感L6和LED串206耦合至參考節點244 (例如，地)。開關S6的源極通過電流感應器210耦合至電力線241。 開關部件222根據開關控制信號230 (如脈寬調製信號)選擇性地將參考節點244(例如,地)、電力線241和電力線242中的兩項耦合至電感L6的兩端。更具體地說，當開關控制信號230為邏輯低電位時，開關部件222工作於開關閉合狀態。在開關閉合狀態下，開關S6閉合，且二極體D6反向偏置。因此，電感L6的TA端與電力線241電耦合，TB端與地電耦合。電流II』流經電力線241、電阻R6、開關S6、電感L6、LED串206和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電力線241。由於電感電流從TA端流至TB端，輸出電壓Vqut H為電感L6充電，因此電感電流II』增大。此外，當開關控制信號230為邏輯高電位時，開關部件222工作於開關斷開狀態。在開關斷開狀態下，開關S6斷開，且二極體D6正向偏置。因此，電感L6的TA端與電力線242電耦合，TB端與地電耦合。電流12』流經電力線242、二極體D6、電感L6、LED串206和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電力線242。電感L6放電，從而為LED串206供電，從TA端流至TB端的電感電流(如12』 )逐漸減小。與圖3所示的驅動電路300相似，開關控制器204可以通過控制開關控制信號230的佔空比，將LED光源206的電流調節至期望電流值。有利的是，當開關部件222處於開關閉合狀態時，二極體D6兩端的電壓Vd6小於Vouo與VtotJ的差值。當開關部件222處於開關斷開狀態時，開關S6兩端的電壓Vs6大致等於Vott H與Vrou的差值。也就是說，通過採用輸出電壓Votit M無論在開關閉合狀態還是開關斷開狀態下，開關S6和二極體D6兩端的工作電壓都分別保持小於Vtot H。因此，可以採用額定電壓相對較低的開關部件(例如，開關S6和二極體D6)，以降低驅動電路600的功耗和成本。驅動電路600也可採用圖4A、圖4B或圖5所示的實施例中的雙重轉換器304。如果採用圖4A和圖4B中所示的雙重轉換器304，在開關部件222處於開關閉合狀態下，電流II』從地流經電容414和次級線圈406並流至電力線241。在開關部件222處於開關斷開狀態下，電流12』從地流經電容414並流至電力線242。如果採用如圖5中所示的雙重轉換器304，在開關部件222處於開關閉合狀態下，電流II』從地流經電容516和次級線圈506並流至電力線241。在開關部件222處於開關斷開狀態下，電流12』從地流經電容516並流至電力線242。圖7所示為根據本發明實施例的用於驅動負載，如LED串206，的驅動電路700的電路圖。圖7中與圖2、圖3編號相同的部件具有類似的功能。圖7將結合圖2至圖5進行描述。在圖7所示的實施例中，與LED串206耦合的開關調節器208是升壓轉換器。儲能部件220包括與電力線241耦合的電感L7。開關部件222包括開關S7和二極體D7。在一個實施例中，開關S7可為N型金屬氧化物半導體電晶體。二極體D7的陽極和開關S7的漏極一起耦合至公共節點，該公共節點通過電感L7耦合到電力線241。開關S7的源極與電力線242耦合。二極體D7的陰極通過LED串206和電流感應器210耦合到參考節點244(例如,地)。開關部件222根據開關控制信號230 (如脈寬調製信號)選擇性地將參考節點244(例如，地)、電力線241和電力線242中的兩項耦合至電感L7的兩端。更具體地說，當開關控制信號230為邏輯高電位時，開關部件222工作於開關閉合狀態。在開關閉合狀態下，開·關S7閉合，且二極體D7反向偏置。因此，電感L7的TA端與電力線241電耦合，TB端與電力線242電耦合。電流II"流經電力線241、電感L7、開關S7和電力線242，然後從電力線242經過雙重轉換器304流至電力線241。電感電流從TA端流至TB端。電感L7充電，電流11〃增大。由於二極體D7反向偏置，電容C7為LED串206供電。此外，當開關控制信號230為邏輯低電位時，開關部件222工作於開關斷開狀態。在開關斷開狀態下，開關S7斷開，且二極體D7正向偏置。因此，電感L7的TA端與電力線241電耦合，TB端與地電耦合。電流12〃流經電力線241、電感L7、二極體D7、LED串206和地，然後從地經過雙重轉換器304流至電力線241。電感電流從TA端流至TB端。電流12〃減小，電感L7放電從而為LED串206供電，並為電容C7充電。因此，開關控制器204通過調節開關控制信號230的佔空比，來調節LED光源206的電流。有利的是，在開關部件222處於開關閉合狀態下，二極體D7兩端的電壓Vd7小於VOTT—H。在開關部件222處於開關斷開狀態下，開關S7兩端的電壓小於Vtot H。也就是說，通過採用輸出電壓無論在開關閉合狀態還是開關斷開狀態下，開關S7和二極體D7兩端的工作電壓都分別保持小於Vott H。因此，開關S7和二極體D7可以採用額定電壓相對較低的開關部件，以降低驅動電路700的功耗和成本。驅動電路700也可採用圖4A、圖4B和圖5所示實施例中的雙重轉換器304。如果採用圖4A和圖4B所示的雙重轉換器304，在開關部件222處於開關閉合狀態下，電流II"從電力線242流經次級線圈406並流至電力線241。在開關部件222處於開關斷開狀態下，電流12〃從地流經電容414和次級線圈406並流至電力線241。如果採用如圖5所示的雙重轉換器304，在開關部件222處於開關閉合狀態下，電流Il "從電力線242流經次級線圈506並流至電力線241。在開關部件222處於開關斷開狀態下，電流12〃從地流經電容516和次級線圈506並流至電力線241。在權利要求的保護範圍之內，開關調節器208還可以具有其他結構，並不限於圖3和圖6中的降壓轉換器結構和圖7中的升壓轉換器結構。圖8所示為根據本發明實施例的用於驅動多個負載，例如多個LED串806_1至806_，的驅動電路800的電路圖。圖8與圖2編號相同的部件具有類似的功能。圖8將結合圖2、圖3、圖6和圖7進行描述。
驅動電路800包括轉換器電路202，用於在第一電力線(例如電力線241)上產生第一輸出電壓(例如輸出電壓Vqutji),並在第二電力線(例如電力線242)上產生第二輸出電壓(例如輸出電壓Vmjtjj),其中第二輸出電壓小於第一輸出電壓。驅動電路800包括與轉換器電路202相耦合的多個開關調節器，分別用於調節多個光源(例如LED串806_1至806_3)的電流，每個開關調節器包括開關部件和儲能部件，其中，當每個開關調節器中的開關部件工作於第一狀態(例如開關閉合狀態)時，相應的儲能部件充電；當每個開關調節器中的開關部件工作於第二狀態(例如開關斷開狀態)時，相應的儲能部件放電；通過調節儲能部件充電和放電的持續時間來調節對應光源的電流。轉換器電路202提供第二輸出電壓(例如輸出電壓Votjtjj),從而在第一狀態和第二狀態時,開關部件兩端的工作電壓均保持小於第一輸出電壓(例如輸出電壓Votjtji)。更具體地說，在圖8所示的實施例中，驅動電路800用於驅動多個光源(例如多個LED串)。儘管圖8的實施例顯示了三個LED串806_1、806_2和806_3，但驅動電路800可包括其他數目的LED串。每個LED串806_1至806_3耦合至與圖3的驅動電路300相似的電路。例如，LED串806_1耦合至包括開關部件(二極體D8_l、開關S8_l)和儲能部件(電感 L8_l)的開關調節器；LED串806_2耦合至包括開關部件(二極體D8_2、開關S8_2)和儲能部件(電感L8_2)的開關調節器；LED串806_3耦合至包括開關部件(二極體D8_3、開關S8_3)和儲能部件(電感L8_3)的開關調節器。驅動電路800還包括多個開關控制器804_1、804_2和804_3，分別用於控制流經LED串806_1至806_3的電流。例如，開關控制器804_1至804_3分別接收多個感應信號ISEN_1至ISEN_3，其中多個感應信號ISEN_1至ISEN_3分別指示流經多個光源(例如LED串806_1至806_3)的電流值。開關控制器804_1至804_3分別將感應信號ISEN_1至ISEN_3和指示期望電流值的參考信號REF進行比較，並產生多個開關控制信號PWM_1至PWM_3。多個開關調節器分別接收該多個開關控制信號PWM_1至PWM_3從而將LED串806_1至806_3的電流調節至期望電流值。也就是說，開關控制器804_1至804_3可以對流經LED串806_1至806_3的電流進行均衡，使得多個LED串可以提供均勻的亮度。開關控制器804_1至804_3還產生誤差信號VEA_1、VEA_2和VEA_3，每個誤差信號分別指示對應的LED串806_1至806_3為產生期望電流值而所需的正向電壓，即在對應正向電壓的驅動下，流經發光二極體鏈806_1至806_3的每個電流具有期望電流值。驅動電路800還包括反饋選擇電路812，該反饋選擇電路812接收誤差信號VEA_1至VEA_3，並判斷LED串806_1至806_3之中哪個LED串具有最大的正向電壓。從而，反饋選擇電路812產生反饋信號810，該反饋信號810指示具有最大正向電壓的LED串的電流。因此，在一個實施例中，轉換器電路202根據反饋信號810調節輸出電壓Vqut H，以滿足具有最大正向電壓的LED串的供電需求。由於輸出電壓Vot h能夠滿足具有最大正向電壓的LED串的供電需求，那麼其他LED串的供電需求也能得到滿足。驅動電路800可以具有其他結構，例如，每個LED串806_1至806_3可以由圖6或圖7所示的電路進行驅動,驅動電路800也可採用圖4A、圖4B或圖5所示的實施例中的雙重轉換器304。在一個實施例中，當開關部件中的開關S8_l至S8_3處於第一狀態(例如開關閉合狀態)時，開關部件導通第一電流通路，以使電感L8_l至L8_3的電流流經電力線241和參考節點244 (例如，地)；當開關部件中的開關S8_l至S8_3處於所述第二狀態(例如開關斷開狀態)時，開關部件導通第二電流通路，以使電感L8_l至L8_3的電流流經電力線241和電力線242。在另一個實施例中，當開關部件中的開關S8_l至S8_3處於第一狀態(例如開關閉合狀態)時，開關部件導通第一電流通路，以使電感L8_l至L8_3的電流流經電力線241和參考節點244 (例如，地)；當開關部件中的開關S8_l至S8_3處於所述第二狀態(例如開關斷開狀態)時，開關部件導通第二電流通路，以使電感L8_l至L8_3的電流流經電力線242和參考節點244 (例如，地)。在又一個實施例中，當開關部件中的開關S8_l至S8_3處於第一狀態(例如開關閉合狀態)時，開關部件導通第一電流通路，以使電感L8_l至L8_3的電流流經電力線241和電力線242 ;當開關部件中的開關S8_l至S8_3處於所述第二狀態(例如開關斷開狀態)時，開關部件導通第二電流通路，以使電感L8_l至L8_3的電流流經電力線241和參考節點244 (例如，地)。有利的是，由於採用了電力線242上的輸出電壓VQUT y因此每個LED串對應的開關部件均可選擇額定電壓更低的開關部件，從而降低驅動電路800的功耗和成本。 圖9所示為根據本發明實施例光源驅動方法的流程圖900。本發明實施例以驅動電路200的結構為例，並將圖9結合圖2至圖8各圖進行描述。儘管圖9公開了某些特定的步驟，但這些步驟僅僅作為示例。本發明同樣適用於圖9所示步驟的變形或其他步驟。在步驟902中，在第一電力線上提供第一輸出電壓(如VQUT H)，從而為光源(如LED串206)供電。在步驟904中，在第二電力線上提供小於所述第一輸出電壓的第二輸出電壓(如
VoUT—L ^。在步驟906中，開關部件(如開關部件222)工作於第一狀態(如開關閉合狀態)，在該第一狀態下儲能部件(如儲能部件220)充電。在步驟908中，開關部件工作於第二狀態(如開關斷開狀態)，在該第二狀態下儲能部件放電。在步驟910中，通過調節儲能部件充電和放電的持續時間，即通過調節所述開關部件處於所述第一狀態和所述第二狀態的持續時間，來調節流經光源的電流。在一個實施例中，儲能部件包括電感。在一個實施例中，開關部件包括電晶體和二極體。在步驟912中，提供的第二輸出電壓，使得在開關部件處於第一狀態和第二狀態時，開關部件兩端的工作電壓均保持小於第一輸出電壓。在圖3所示的實施例中，導通儲能部件的第一電流通路，使得儲能部件的電流流經第一電力線和參考節點，從而為儲能部件充電。導通儲能部件的第二電流通路，使得儲能部件的電流流經第一電力線和第二電力線，從而為儲能部件放電。在圖6所示的實施例中，導通儲能部件的第一電流通路，使得儲能部件的電流流經第一電力線和參考節點，從而為儲能部件充電。導通儲能部件的第二電流通路，使得儲能部件的電流流經第二電力線和參考節點，從而為儲能部件放電。在圖7所示的實施例中，導通儲能部件的第一電流通路，使得儲能部件的電流流經第一電力線和第二電力線，從而為儲能部件充電。導通儲能部件的第二電流通路，使得儲能部件的電流流經第一電力線和參考節點，從而為儲能部件放電。如前所述，本發明披露了一種用於驅動負載的驅動電路及驅動方法。有利的是，由於第二電力線上的第二輸出電壓，在第一狀態和第二狀態期間，開關部件兩端的工作電壓保持小於第一輸出電壓。因此，可以選擇額定電壓更低的開關部件，從而降低驅動電路的功耗和成本。在此使用之措辭和表達都是用於說明而非限制，使用這些措辭和表達並不將在此圖示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在發明範圍之外，在權利要求的範圍內可能存在各種修改。其它的修改、變體和替換物也可能存在。因此，權利要求旨在涵蓋所 有此類等同物。
權利要求
1.一種光源驅動電路，其特徵在於，所述光源驅動電路包括 轉換器電路，在第一電力線上提供第一輸出電壓以為所述光源供電，並在第二電力線上提供第二輸出電壓，其中，所述第二輸出電壓小於所述第一輸出電壓； 儲能部件，通過為所述儲能部件充電和放電來調節流經所述光源的電流；以及開關部件，耦合至所述轉換器電路和所述儲能部件，當所述開關部件工作於第一狀態時，所述儲能部件充電；當所述開關部件工作於第二狀態時，所述儲能部件放電； 其中，所述轉換器電路提供所述第二輸出電壓，以在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓。
2.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，當所述開關部件處於所述第一狀態時，所述開關部件導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點；當所述開關部件處於所述第二狀態時，所述開關部件導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和所述第二電力線。
3.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，當所述開關部件處於所述第一狀態時，所述開關部件導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點；當所述開關部件處於所述第二狀態時，所述開關部件導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第二電力線和所述參考節點。
4.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，當所述開關部件處於所述第一狀態時，所述開關部件導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和所述第二電力線；當所述開關部件處於所述第二狀態時，所述開關部件導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點。
5.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述轉換器電路包括 具有初級線圈和次級線圈的變壓器，所述初級線圈接收輸入電壓，所述次級線圈的第一埠提供所述第一輸出電壓，所述次級線圈的第二埠提供所述第二輸出電壓。
6.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述轉換器電路包括 具有初級線圈、次級線圈和輔助線圈的變壓器，所述次級線圈和所述輔助線圈耦合至公共節點，所述初級線圈接收輸入電壓，所述次級線圈的第一埠提供所述第一輸出電壓，所述輔助線圈在所述公共節點處提供所述第二輸出電壓。
7.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述儲能部件包括電感，所述開關部件包括開關和二極體。
8.根據權利要求I所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述第二輸出電壓根據所述第一輸出電壓而變化。
9.一種光源驅動電路，所述光源為多個，其特徵在於，所述光源驅動電路包括 轉換器電路，用於在第一電力線上提供第一輸出電壓以為所述多個光源供電，並在第二電力線上提供第二輸出電壓，其中，所述第二輸出電壓小於所述第一輸出電壓；以及多個開關調節器，與所述轉換器電路耦合，分別用於調節流經所述多個光源的電流，每個所述開關調節器包括開關部件和儲能部件，其中，當所述開關部件工作於第一狀態時，所述儲能部件充電；當所述開關部件工作於第二狀態時，所述儲能部件放電；通過調節所述儲能部件充電和放電的持續時間來調節流經對應光源的電流； 其中，所述轉換器電路提供所述第二輸出電壓，以在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓。
10.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述光源驅動電路還包括 分別與所述多個開關調節器耦合的多個開關控制器，所述多個開關控制器分別接收多個感應信號，其中，所述多個感應信號分別指示流經所述多個光源的電流值，所述多個開關控制器分別將所述多個感應信號和指示期望電流值的參考信號進行比較，並根據所述比較結果分別產生多個開關控制信號，從而控制所述多個開關調節器，以將流經所述多個光源的電流分別調節至所述期望電流值。
11.根據權利要求10所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述光源驅動電路還包括 與所述多個開關控制器耦合的反饋選擇電路，所述反饋選擇電路接收分別由所述多個開關控制器產生的多個誤差信號，其中，所述多個誤差信號分別指示所述多個光源為產生期望電流值而所需的正向電壓，所述反饋選擇電路根據所述多個誤差信號產生反饋信號，所述反饋信號指示具有最大正向電壓的光源的電流，從而控制所述轉換器電路的所述第一輸出電壓。
12.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，當所述開關部件處於所述第一狀態時，所述開關部件導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點；當所述開關部件處於所述第二狀態時，所述開關部件導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和所述第二電力線。
13.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，當所述開關部件處於所述第一狀態時，所述開關部件導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點；當所述開關部件處於所述第二狀態時，所述開關部件導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第二電力線和所述參考節點。
14.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，當所述開關部件處於所述第一狀態時，所述開關部件導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和所述第二電力線；當所述開關部件處於所述第二狀態時，所述開關部件導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點。
15.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述轉換器電路包括 具有初級線圈和次級線圈的變壓器，所述初級線圈接收輸入電壓，所述次級線圈的第一埠提供所述第一輸出電壓，所述次級線圈的第二埠提供所述第二輸出電壓。
16.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述轉換器電路包括 具有初級線圈、次級線圈和輔助線圈的變壓器，所述次級線圈和所述輔助線圈耦合至公共節點，所述初級線圈接收輸入電壓，所述次級線圈的第一埠提供所述第一輸出電壓，所述輔助線圈在所述公共節點處提供所述第二輸出電壓。
17.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述儲能部件包括電感，所述開關部件包括開關和二極體。
18.根據權利要求9所述的光源驅動電路，其特徵在於，所述第二輸出電壓根據所述第一輸出電壓而變化。
19.一種光源驅動方法，其特徵在於，所述方法包括 在第一電力線上提供第一輸出電壓，為所述光源供電； 在第二電力線上提供小於所述第一輸出電壓的第二輸出電壓；開關部件工作於第一狀態，使得儲能部件充電； 所述開關部件工作於第二狀態，使得所述儲能部件放電；以及 通過調節所述開關部件處於所述第一狀態和所述第二狀態的持續時間，來調節所述光源的電流； 其中，提供所述的第二輸出電壓，使得在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓。
20.根據權利要求19所述的光源驅動方法，其特徵在於，所述方法還包括 導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點，從而對所述儲能部件充電 '及 導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和所述第二電力線，從而對所述儲能部件放電。
21.根據權利要求19所述的光源驅動方法，其特徵在於，所述方法還包括 導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點，從而對所述儲能部件充電 '及 導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第二電力線和所述參考節點，從而對所述儲能部件放電。
22.根據權利要求19所述的光源驅動方法，其特徵在於，所述方法還包括 導通第一電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和所述第二電力線，從而對所述儲能部件充電 '及 導通第二電流通路，以使所述儲能部件的電流流經所述第一電力線和參考節點，從而對所述儲能部件放電。
23.根據權利要求19所述的光源驅動方法，其特徵在於，所述儲能部件包括電感，所述開關部件包括電晶體和二極體。
全文摘要
本發明公開了一種光源驅動電路和驅動方法。該驅動電路包括轉換器電路，在第一電力線上提供第一輸出電壓以為光源供電，並在第二電力線上提供第二輸出電壓，其中，所述第二輸出電壓小於所述第一輸出電壓；儲能部件，通過為所述儲能部件充電和放電來調節所述光源的電流；以及開關部件，耦合至所述轉換器電路和所述儲能部件，當所述開關部件工作在第一狀態時，所述儲能部件充電；當所述開關部件工作在第二狀態時，所述儲能部件放電；其中，所述轉換器電路提供所述第二輸出電壓，以在所述第一狀態和所述第二狀態時，所述開關部件兩端的工作電壓均保持小於所述第一輸出電壓，因此，可以採用額定電壓相對較低的開關部件，以降低驅動電路的功耗和成本。
文檔編號H05B37/02GK102905416SQ201210156029
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月18日 優先權日2011年10月17日
發明者柳達, 林永霖 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司