[发明专利]发光二极管驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(light-emitting diode，LED)驱动电路，尤其涉及一种利用电压箝制结构的发光二极管驱动电路。

背景技术

用于电视(TV)与个人电脑(personal computer，PC)的液晶显示器(LCDdisplay)的发光二极管(LED)背光技术逐渐受到欢迎，因为以LED作为背光光源能做出更轻薄、更省电的显示器。利用LED背光模组的驱动电路通常驱动许多的发光元件串。每一串发光元件串包括多个LED串联。

举例而言，图1为现有的恒定电流的LED驱动电路100的示意图。预先调节的启动阶段(未示出)将输入电压(未示出)提供至总线电压VBUS。LED驱动电路100驱动8个发光元件串111～118。LED驱动电路100包括8个段落(section)，而每一段落驱动一串发光元件串111～118。举例而言，驱动发光元件串118的段落包括运算放大器(operational amplifier，简称OPA)138、N型通道金属氧化物半导体场效晶体管(N型晶体管，简称N型晶体管)128以及电阻148。LED驱动电路100的每一个段落均具备相同的功能与电路结构。

LED的亮度与流经LED的电流成正比。为了一致地亮度与显示品质，电流与发光元件串的匹配是相当重要的。由于诸如制造变异等因素，这些发光元件串于导通时难以确切具有同样的正向电压。因此，必须要有一个控制机制来实现电流与发光元件串的匹配。

以发光元件串118为例。N型晶体管128、运算放大器138与电阻148构成一个负反馈的控制回路，其可将流经电阻148与发光元件串118的电流调节至一预设值I118。I118＝Vref/R148。只要参考电压Vref稳定，并且电阻141～148具有匹配良好的阻抗，则流经发光元件串111～118的电流就会大致上相同。在此请注意，N型晶体管128与运算放大器138的操作像是低压降(low-drop-out，LDO)线性稳压器。

再者，LED驱动电路100提供了LED多层阶调光的功能。LED的调光层阶受控于调光信号PWMD。图2为图1的LED驱动电路100内一些信号的波形图，具体的图2为LED驱动电路100内的调光信号PWMD、每个LED串驱动段落中的运算放大器OPA的输出、与流经每个发光元件串的电流的波形图。在时间点T1～T2与T3～T4的期间(亦即导通期间Ton)中，调光信号PWMD位于高准位。输出至相应N型晶体管的栅极的运算放大器OPA将会导通。相应的N型晶体管亦随之导通。运算放大器OPA将流经相应N型晶体管与发光元件串的电流调节至预设值。而在时间点T2～T3与T4～T5的期间(亦即截止期间Toff)中，调光信号PWMD位于低准位。输出至相应N型半导体的栅极的运算放大器OPA将会截止。相应的N型半导体亦随之截止。流经发光元件串的电流将降至零。LED的平均电流正比于调光信号PWMD的工作周期。也就是说，Iave＝D×Ion。Iave是LED的平均电流，而Ion则是当相应N型晶体管121～128导通时充分稳定的LED电流。工作周期则定义为，D＝Ton/(Ton+Toff)＝(T2-T1)/(T3-T1)。因此，通过调光信号PWMD的工作周期的变化，便可以控制LED的平均电流Iave，进而控制发光元件串111～118的有效亮度。

目前而言，大部分应用于背光技术的LED均使用20mA的设备。操作于20mA的LED的正向电压VF与其制造容忍度的范围为3.0V到3.8V之间，其温度范围则在-20℃至80℃之间。目前已有多家的IC供应商提供许多6通道至8通道LED背光驱动器。举例而言，美信集成(Maxim)的MAX8790A芯片、德州仪器(Texas Instrument)的TPS61181芯片以及英特硅尔半导体(Intersil)有限公司的ISL97636A芯片均为6通道驱动器。MAX17061芯片与凌特科技(Linear Technology)的LT3760芯片则为8通道驱动器。大部分这些6通道或8通道驱动器拥有内建的N型晶体管，而其N型晶体管具有40V至45V的Vdss等级。一般而言，每个通道能够驱动每一串最多10个LED串联的发光元件串。因此，8通道的LED背光驱动器能够驱动最多80个LED。

用于42时LCD电视的背光系统通常使用800至1200个LED。因此将会需要10至15个上述的8通道驱动器。