專利名稱：Led驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及使發光二極管(LED)周期性閃爍以降低由LED消耗的功率的LED驅動電路。
背景技術：
如圖15的電路圖所示的常規LED驅動電路是公知的。即，電壓VDD[V]的電源連接到電源端子10，恒定電流產生電路15按照以下方式工作參考電壓電路11的輸出電壓Vref[V]和電阻器13的電壓Va[V]之間的電壓差被誤差放大器12放大，以便控制晶體管14的柵壓Verr，從而Vref-Va＝0。
在這個驅動電路中，LEDs19和20分別連接到兩個輸出端子1和2。
如果電阻器13的電阻值為R13[Ω]，電流I＝Va/R13[A]流過電阻器13。與流過電阻器13相同的電流也流過晶體管14和16。如果所有晶體管16-18的特性相同，則電流鏡像電路21使與流過晶體管16的電流相同的電流流過每個晶體管17和18，由此使LEDs19和20發光。
就是說，流過LEDs19和20的電流Iout1和Iout2由下列等式(1)給出Iout1＝Iout2＝Va/R13[A]…(1)因此，通過調節電阻器13的值或參考電壓電路11的輸出電壓值可將流過LEDs19和20的電流設定為所希望的電流值。
如果與由LEDs消耗的功率相比由參考電壓電路11和誤差放大器電路12消耗的功率小到可以忽略不計，則由圖15中所示的LED驅動電路消耗的功率Pd由下列等式(2)給出Pd＝VDD×Va/R13×3[A]…(2)然而，為降低常規LED驅動電路中的功耗，必須減少LED電流。如果減少LED電流，則將出現LED亮度降低的問題。

發明內容
鑒于常規技術的問題，本發明的目的是提供被設計成減少功耗同時保持由肉眼觀看到的與由常規LED驅動電路得到的相同的LEDs亮度的LED驅動電路。
為實現上述目的，本發明提供一種LED驅動電路，該電路被設置成以不同于連續發光方式的時間分割方式使LEDs發光，以便減少LED驅動電路中的功耗。


在附圖中圖1是表示本發明的實施例1的LED驅動電路的示意圖；圖2是表示本發明的實施例1中的開關驅動電壓的示意圖；圖3是表示本發明實施例1中的另一LED驅動電路的示意圖；圖4是表示本發明的實施例2的LED驅動電路的示意圖；圖5A和5B是表示本發明實施例2中的開關驅動電壓的例子的示意圖；圖6A和6B是表示本發明實施例2中的開關驅動電壓的另一例子的示意圖；圖7是表示本發明實施例2中的開關控制電路的例子的示意圖；圖8A和8B是表示本發明實施例2中的開關驅動電壓的另一例子的示意圖；圖9A和9B是表示本發明的實施例3中的開關驅動電壓的例子的示意圖；圖10是表示本發明的實施例4的LED驅動電路的示意圖；圖11是表示本發明的實施例5的LED驅動電路的示意圖；圖12是表示本發明實施例5中的另一LED驅動電路的示意圖；圖13是表示本發明實施例5中的又一LED驅動電路的示意圖；圖14是表示本發明的實施例6的LED驅動電路的示意圖；圖15是表示常規LED驅動電路的示意圖。
實施例詳細說明(實施例1)下面將參照附圖介紹本發明的實施例。圖1表示本發明的實施例1的LED驅動電路。圖1中示出的恒定電流產生電路15、電流鏡像電路21和LEDs19和20與常規布置中的那些電路一樣。
開關4和5分別插入電流鏡像電路中的晶體管17和18與連接到LEDs的端子1和2之間。借助來自開關控制電路3的信號電壓V1和V2進行開關4和5的ON/OFF控制。
圖2表示來自開關控制電路3的信號電壓V1和V2的例子。橫軸代表時間，縱軸包括分別表示電壓V1和V2的兩個成分。在圖2所示的例子中，電壓V1和V2以互相補償的關系改變。當V1處于高電平(以下稱為H)時，V2處于低電平(以下稱為L)。如果當V1和V2處于H時接通開關4和5，則LEDs19和20通過交替發光而重復閃爍。
如果與由LEDs消耗的功率相比，在工作期間由參考電壓電路11和誤差放大器電路12消耗的功率和由開關控制電路3消耗的功率小到可忽略不計，則由圖1中所示的LED驅動電路消耗的功率Pd由下列等式(3)給出Pd＝VDD×Va/R13×(1+2×1/2)[W]…(3)給每個LED供應電流的總時間周期是常規布置中的1/2，因而本例中的功耗可以被限制到常規布置的2/3(LED部分中的功耗只是常規布置的1/2)。
例如，在LEDs用做液晶顯示面板的背底照明的情況下，可采用按照與本例中相同的時間分割方式代替常規方式中的連續發光方式發光的LEDs，由此降低功耗，同時保證與基于視覺暫留的常規技術相同的顯示性能。
當LEDs19和20按照圖2所示方法中的閃爍方式交替發光時，可設定LEDs19和20都發光的周期或LEDs19和20都不發光的周期。如果只設定LED19或20不發光的周期，從常規連續發光的情況可相應量地降低功耗。
在LEDs作為液晶面板的背底照明發光的情況下，必須以閃爍的視覺感受性足夠低的周期使LEDs發光，用于時間分割發光。即，必須使以時間分割發光方式接通每個LED的頻率設定為5Hz或更高。
而在圖1所示的電路中，在從晶體管17和18的輸出線中插入開關4和5，用以下方式也可實現相同效果如圖3所示，在來自開關控制電路3的信號的基礎上通過開關電路40和50改變施加于晶體管17和18的柵電壓。就是說，當來自開關電路3的信號V1是H時，晶體管17的柵連接到晶體管16的柵上，以便產生電流流過LED19。當信號V1是L時，晶體管17的柵連接到VDD以截止LED19的電流。而且，當來自開關電路3的信號V2是H時，晶體管18的柵連接到晶體管16的柵，以便產生電流流過LED20。當信號V2是L時，晶體管18的柵連接到VDD以截止LED20的電流。
白光LED可用做液晶面板的背底照明。需要產生5-30mA的電流流過LED，通過考慮LED的發光效率選擇該電流。如果LEDs按照時間分割方式發光，則可以瞬時饋送比普通連續供能中使用的額定電流大的電流。這樣，也可以實現增加亮度的效果。
(實施例2)圖4表示本發明的實施例2的LED驅動電路。采用了與常規布置中相同的恒定電流產生電路15、電流鏡像電路21、和LEDs19和20。開關4和5分別插入電流鏡像電路中的晶體管17和18與連接LEDs的端子1和2之間。借助來自開關控制電路6的信號電壓V1和V2進行開關4和5的ON/OFF控制。從外部給其輸送信號的控制端7連接到開關控制電路6。在通過控制端7輸送的信號V7的基礎上控制V1和V2改變的周期或發光時間。
圖5A和5B表示周期改變的例子。圖5A表示在控制端7上的電壓V7為低的情況，圖5B表示控制端7上的電壓V7為高的情況。通過控制端7上的電壓V7改變開關控制電路6的內部振蕩電路的頻率。當減少控制端7上的電壓V7時，開關控制電路6的內部振蕩電路的頻率降低，并且LED閃爍周期增加。相反，當控制端7上的電壓V7增加時，LED閃爍周期減小。
在實施例2中，可以根據液晶面板的尺寸和特性調整LEDs的閃爍周期。
圖6A和6B表示在圖4所示的布置中輸送到控制端7的信號的基礎上控制LED ON/OFF時間的例子。圖6A表示控制端7上的電壓V7為低的情況，圖6B表示控制端7上的電壓V7為高的情況。按照以下方式控制開關控制電路6的單穩態多諧振蕩器的時間當控制端7上的電壓V7為低時，LEDs19和20的接通時間的比為平均比50∶50，當控制端7上的電壓V7為高時，LED19接通時間減少，同時LED20的接通時間增加。
當LEDs19和20以圖6A和6B中所示的方法中的互相補償關系發光時，可以設定LEDs19和20發光的周期或LEDs19和20都不發光的周期。
圖7表示在LEDs19和20以一定周期閃爍情況下圖4中所示的控制電路6的例子。振蕩電路51以一定的周期振蕩。振蕩電路的輸出OSC1通過第一單穩態多諧振蕩器53和反相器52連接到第二單穩態多諧振蕩器54。通過OSC1的電壓升高觸發單穩態多諧振蕩器53，以便輸出具有由控制端7上的電壓確定的持續時間的脈沖，并作為電壓V1，而通過反相器52的電壓的升高觸發單穩態多諧振蕩器54，以便輸出具有由控制端7上的電壓確定的持續時間的脈沖，并作為電壓V2。
圖8A和8B表示通過控制端7上的電壓的選擇產生的來自單穩態多諧振蕩器53和54的輸出V1和V2的改變的例子。
圖8A表示當控制端7上的電壓V7為低時的電壓V1和V2，圖8B表示當控制端7上的電壓V7為高時的電壓V1和V2。圖8A和8B表示當控制端7上的電壓V7為低時由每個單穩態多諧振蕩器產生的脈沖的寬度很小和在控制端7上的電壓V7為高時所述脈沖寬度很長的情況。
在實施例2中，可根據液晶面板的尺寸、溫度和特性如液晶面板的顯示速度等調整LEDs的on/off時間比和閃爍周期。
(實施例3)圖9A和9B表示本發明的實施例3，其中選擇LED作為通過輸送到圖3所示的電路中的控制端7上的信號控制的閃爍目標。
圖9A表示當控制端7上的電壓V7為低時的電壓V1和V2，圖9B表示當控制端7上的電壓V7為高時的電壓V1和V2。當控制端7上的電壓V7為低時，通過保持V1在H使LED19連續發光，并進行LED20的閃爍控制。另一方面，當控制端7上的電壓V7為高時，通過將V2保持在H，使LED20連續發光，并進行LED19的閃爍控制。
在實施例3中，多個LEDs中的一個連續發光，同時控制其它LEDs的至少一個以便閃爍，由此在低功耗的要求下根據液晶面板的使用，驅動LED用于背底照明。
(實施例4)圖10表示本發明的實施例4的LED驅動電路。圖10中所示的電路不同于圖1中所示的電路的地方在于在恒定電流產生電路31中采用可變電阻器30代替電阻器13。可變電阻器30根據來自外部端子15的信號電壓改變。從等式(1)明顯看出，通過改變可變電阻器30的值，可以改變流過LEDs19和20的每個電流。
而在圖10所示的布置中，由外部信號改變可變電阻器30，從等式(1)可明顯看出，通過改變參考電壓電路11的輸出電壓Vref[V]的值，也可改變流過LEDs19和20的每個電流。
圖10中所示的電路可以按以下方式修改不通過來自外部端子31的信號而是通過來自以集成方式設置在LED驅動電路中的溫度傳感器的輸出控制可變電阻器30的值，由此，根據隨著溫度變化的液晶的特性可調整流過每個LED的電流。
已經介紹了被控制的LEDs的數量為兩個的實施例，但是很顯然，可采用相同或更復雜的LED驅動方法控制三個或更多個LEDs。而且，可用很容易用做開關的晶體管代替開關4和5。
(實施例5)圖11表示本發明的實施例5的LED驅動電路。采用與常規布置中相同的恒定電流產生電路15。通過與之連接的電源端子10給恒定電流產生電路15輸送電源。升壓電路101將施加于電源端子10的電壓VDD[V]升高到通過端子100獲得的更高電壓VDDU[V]。如果可進行升壓功能，升壓電路101可被實現作為任何類型的電路，例如采用電容的電荷泵型或采用線圈的開關調節器型。比較器60的輸出連接到升壓電路101。在比較器60的輸出電壓基礎上進行升壓電路101的ON/OFF操作控制。恒定電流產生電路15中的誤差放大器電路13的正端輸入電壓Vref[V]施加于比較器60的正端，誤差放大器電路13的負端輸入電壓Va[V]施加于比較器60的負端。
參見圖11，當比較器60的輸出電壓為高時，即當Vref[V]＞Va[V]時，升壓電路101進行升壓，當比較器60的輸出電壓為低時，即當Vref[V]＜Va[V]時，停止升壓。這個控制可以在流過電阻器13的電流為I＝Vref/R13[V]的最佳升高電壓VDDU[V]驅動LED。
由恒定電流源63驅動源跟隨器電路中的晶體管61，在其源產生比連接LED19的端子1上的電壓低約閾值電壓的電壓。也在源跟隨器電路中的晶體管62在其源即晶體管16的柵和漏產生比晶體管61的源電壓高約閾值電壓的電壓。如果晶體管61和62的閾值電壓的絕對值彼此相等，則在晶體管16的柵和漏產生約等于端子1上的電壓，因此，可精確操作由晶體管16和17形成的電流鏡像電路。
例如，可采用鋰離子二次電池以在端子10獲得電源電壓VDD[V]。其電壓約為3.6V。另一方面，白光LED的正向ON電壓的最大值約為4.0V。需要將鋰離子二次電池的電壓升高到可使LED發光的電壓。
一般說來，如果在用于通過升壓電路升壓的階段之后加上恒定電流電路，進行控制，以便使被升壓電路升高的電壓具有某個恒定值，如5V。因此，在晶體管17的漏和源之間施加非常高的電壓，從而產生損耗或產生熱量。如果控制被升高的電壓以便恒定地保持LED電流，如實施例5中那樣，晶體管17的漏-源電壓可被限制到較低值，以便在損耗和產生熱量方面提高特性。
圖12中所示的布局與圖11中所示的布局的不同之處在于在到比較器60的負向輸入端的線中插入偏置電源64。在圖11所示的電路中，存在不能正常工作的可能性，這取決于比較器60的偏置電壓。如圖12所示插入偏置電源64以穩定操作。如果偏置電源的電壓值為Vof1[V]，則升壓電路101的ON/OFF控制是這樣的當Vref＞VA+Vof1時，比較器60的輸出增加，并且升壓電路101進行升壓，當Vref＜VA+Vof1時，比較器60的輸出減少，升壓電路101停止升壓。由此控制流過電阻器13的電流，以便I＝(Vref-Vof1)/R13[A]在這種情況下，Vof1[V]被設定為比比較器60的偏置電壓更高的值。
圖13表示另一布局，其不同于圖11中所示布局的地方在于進行升壓電路101的ON/OFF控制的比較器70在其正端輸送來自誤差放大器12的輸出電壓Verr[V]，在其負端輸送通過從被升高的電壓VDDU[V]減去偏置電源71的電壓Vof2得到的電壓。在這種情況下，升壓電路101的ON/OFF控制是如下進行的當Verr＞VDDU-Vof2時，比較器70的輸出增加，并且電路101進行升壓，當Verr＜VDDU-Vof2時，比較器70的輸出減少，升壓電路101停止升壓。當流過電阻器13的電流I比Vref/R13小時，誤差放大器12的輸出Verr增加。相反，當流過電阻器13的電流I大于Vref/R13時，誤差放大器12的輸出Verr減少。因而，當流過電阻器R13的電流I小于Vref/R13時，誤差放大器12的輸出Verr增加到與VDDU相同的電平。此時，比較器70的輸出為高，升壓電路101進行升壓。然后，當電壓VDDU增加到足以使恒定電流電路15產生流動電流的高電平時，誤差放大器12的輸出電壓Verr逐漸降低。當Verr＜VDDU-Vof2時，比較器70的輸出減少以停止升壓電路101的升壓操作。這個控制可防止被升高電壓過分增加，由此在損耗和熱量產生方面提高特性，如上所述。
圖11或12所示的比較器70和圖13中所示的比較器70可設置成具有一定滯后量以提高電路的穩定性。
(實施例6)圖14表示本發明的實施例6。與圖12中所示的電路相比，圖14中所示的電路是通過添加開關控制電路3、開關4和5、和LED 20形成的。所有這些部件與圖1中所示的相同。開關74和75是另外增加的。開關4和74互相同步工作，開關5和75也互相同步工作。當開關4關閉時，開關74也關閉。當開關4打開時，開關74也打開。開關5和75也處于相同的關系。
由于通過開關控制電路3控制LEDs19和20的閃爍，因此通過采用發光的LED的陽極電壓進行升壓電路101的ON/OFF控制。
但是，開關74和75是以這樣的邏輯被控制的，即它們中之一優先于另一個操作，由此防止當LEDs19和20處于ON時它們彼此同時被接通。
為消除當兩個LEDs19和20處于OFF時產生不穩定工作，這種布局可以是這樣的OR輸出是從來自開關控制電路3的輸出V1和V2獲得的，當該輸出為低(L)時停止升壓電路101的升壓操作。
此外，可以控制LEFs19和20的發光，使它們以互相補償關系發光，以便使包括升壓電路的LED驅動電路最佳化，這是因為與連續發光的情況相比升壓電路101的升壓能力可以減小一半。
不總是需要使LEDs19和20以互補關系發光。可以考慮各種驅動方法，包括實施例1-4中的那些方法，并且可采用等于或大于2的任何數量的LEDs。
本發明的LED驅動電路的優點在于通過使LEDs以用于液晶特性的最穩定方式發光，可減少LEDs驅動期間的功耗。
權利要求
1.一種形成的LED驅動電路，包括具有恒定電流電路的驅動器，驅動多個發光二極管(LEDs)和連接到每個LED的多個開關，以某一時間間隔周期性地接通和截止至少一個LEDs。
2.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，周期性地接通和截止LED的頻率為5Hz或更高。
3.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，用于驅動LED的恒定電流值為5-30mA。
4.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，可通過外部信號控制LED接通/截止周期或時間。
5.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，可通過外部信號選擇LED以產生閃爍。
6.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，可通過外部信號選擇用于驅動LED的恒定電流值。
7.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，可根據溫度調整用于驅動LED的恒定電流值。
8.一種LED驅動電路，包括具有升壓電路和恒定電流電路以驅動LED的驅動器電路；和控制電路，當用于驅動LED的電流比恒定電流值小時，增加被升壓電路升高的電壓，在用于驅動LED的電流具有恒定電流值時，減小由升壓電路升高的電壓。
9.一種形成的LED驅動電路，包括通過恒定電流和通過采用升壓電路和由升壓電路升高的電壓用于驅動至少兩個LEDs中的的每個的裝置；和用于當用于驅動LED的電流比恒定電流值小時，用于增加被升壓電路升高的電壓，在用于驅動LED的電流具有恒定電流值時，用于減小由升壓電路升高的電壓，和用于以某一時間間隔周期性地接通和截止至少一個LEDs的裝置。
全文摘要
提供一種LED驅動電路,該電路被設計成減少功耗。該LED驅動電路以某一時間間隔使多個LEDs中的至少一個發光。
文檔編號H01L33/00GK1370035SQ02107078
公開日2002年9月18日 申請日期2002年2月8日 優先權日2001年2月8日
發明者須藤稔 申請人:精工電子有限公司