光源装置及其光源驱动电路 【技术领域】
本发明是有关于一种驱动电路，且特别是有关于一种可以使光源的驱动电流的增加及减少速度相同的光源装置及其光源驱动电路。
背景技术
近年来，由于光电技术的不断突破，使得具备成本便宜与操作简单等优点的发光二极管(light emitting diode，LED)被广泛应用。其中，单色的应用有交通号志、手持式照明与仪表指示灯等，而彩色的应用则有广告广告牌与超大型显示器等。
以显示器而言，一般发光二极管的驱动电路为了开关驱动电流时，常常需要改变运算放大器的输入参考电压或是关闭运算放大器，而造成内部芯片操作电流的大幅变动。
图1为已知的光源装置的电路示意图。请参照图1，在光源装置100中，发光二极管串行D1～Dn耦接于系统电压Vdd与晶体管M1的漏极之间，电流I则为发光二极管串行D1～Dn的驱动电流。依据运算放大器101的电气特性(亦即，在只有一端输入电压时，正输入端的电压会与负输入端的电压相等)来说，驱动电流I的电流值为Vin/R(亦即驱动电压Vin的电压值除以电阻R的电阻值)。因此，驱动电流I的大小可以由驱动电压Vin的电压所决定，亦即可透过调整驱动电压Vin的电压来开关驱动电流I。另外，要关闭驱动电流I的话，也可以藉由关闭运算放大器101，以将晶体管M1的栅极端的电压降低到低电压电平则可。而上述的开关的操作方式，都会造成内部芯片操作电流大幅的变动。并且，以透过调整驱动电压Vin的电压来开关驱动电流I来说，前一级(亦即光源控制器102)的电压控制必须非常精准，不然的话，驱动电流I的增加及减少的速度会不一样。
【发明内容】
本发明提供一种光源装置，可以降低内部芯片的操作电流的变动幅度。
本发明另提供一种光源驱动电路，可以使光源的驱动电流的增加及减少速度相同。
本发明提供一种光源驱动电路，其包括运算放大器、晶体管、切换单元及第一电阻。运算放大器具有第一输入端、第二输入端及输出端，其第一端耦接预设电压。晶体管具有第一端、第二端及控制端，其第一端耦接光源，控制端耦接运算放大器的输出端。切换单元具有第一信号端、第二信号端、第三信号端及致能端，其第一信号端接收大于预设电压的第一电压，其第二信号端耦接运算放大器的第二输入端，其第三信号端耦接晶体管的第二端，其致能端接收一驱动电压。当驱动电压为致能时，切换单元将第三信号端的电压传递给第二信号端。当驱动电压为失能时，切换单元将第一信号端的电压传递给第二信号端。第一电阻耦接于晶体管的第二端与第二电压之间。
本发明另提供一种光源装置，其包括光源驱动电路。光源的第一端耦接第三电压。光源驱动电路包括运算放大器、晶体管、切换单元及第一电阻。运算放大器具有第一输入端、第二输入端及输出端，其第一端耦接预设电压。晶体管具有第一端、第二端及控制端，其第一端耦接光源的第二端，控制端耦接运算放大器的输出端。切换单元具有第一信号端、第二信号端、第三信号端及致能端，其第一信号端接收大于预设电压的第一电压，其第二信号端耦接运算放大器的第二输入端，其第三信号端耦接晶体管的第二端，其致能端接收一驱动电压。当驱动电压为致能时，切换单元将第三信号端的电压传递给第二信号端。当驱动电压为失能时，切换单元将第一信号端的电压传递给第二信号端。第一电阻耦接于晶体管的第二端与第二电压之间。
基于上述，本发明的光源装置及其光源驱动电路，藉由切换单元依据驱动电压进行信号端间电压传送的切换，使得运算放大器的电路运作功能会在比较器与电压随耦器进行切换。并且，在运算放大器视同比较器时，使得其输出的电压让晶体管呈现不导通；在运算放大器视同电压随耦器时，让晶体管呈现导通以驱动光源。藉此，可降低内部芯片的操作电流的变动幅度，同时由于运算放大器的电气特性稳定，所以光源的驱动电流地增加及减少速度会相同。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【附图说明】
图1为已知的光源装置的电路示意图。
图2为根据本发明第一实施例的光源装置的电路示意图。
图3为根据本发明第二实施例的光源装置的电路示意图。
图4为根据本发明第三实施例的光源装置的电路示意图。
图5为根据本发明第四实施例的光源装置的电路示意图。
图6为根据本发明第五实施例的光源装置的电路示意图。
图7为根据本发明第六实施例的光源装置的电路示意图。
【主要组件符号说明】
100、200、300、400、500、600、700：光源装置
101、211：运算放大器
210、310、410、510、610、710：驱动电路
212、311、411、511、611、711：切换单元
220：光源
D1～Dn、L1～Ln：发光二极管
M1、N1、P1：晶体管
S1、S2：开关
R、R1、R2：电阻
I、I1、I2：电流
Vdd、Vcc：系统电压
V1：第一电压
Vpre：预设电压
Vin、VDR：驱动电压
【具体实施方式】
[第一实施例]
图2为根据本发明第一实施例的光源装置的电路示意图。请参照图2，在本实施例中，光源装置200包括驱动电路210、光源220及光源控制器230，其中光源220在此以发光二极管串行L1～Ln为例。光源220耦接于系统电压Vcc(亦即第三电压)与驱动电路210之间。驱动电路210耦接光源控制器230以接收驱动电压VDR，驱动电路210包括运算放大器211、切换单元212、晶体管N1、第一电阻R1，其中晶体管N1在此以NMOS晶体管为例。而切换单元212包括第一开关S1及第二开关S2。
运算放大器211的正输入端(亦即第一输入端)接收预设电压Vpre，其负输入端(亦即第二输入端)耦接第一开关S1的第二端，其输出端耦接晶体管N1的栅极端(亦即控制端)。第一开关S1的第一端耦接第一电压V1，其中第一电压V1大于预设电压Vpre，并且第一电压V1及预设电压Vpre皆为固定值。第二开关S2的第一端耦接第一开关S1的第二端，第二开关S2的第二端耦接晶体管N1的源极端(亦即第二端)。晶体管N1的漏极端(亦即第一端)耦接光源210。第一电阻R1耦接于晶体管N1的源极端与接地电压(亦即第二电压)之间。
在本实施例中，开关S1及S2皆会依据驱动电压VDR而动作。当驱动电压VDR为致能(例如为逻辑高电压电平)时，开关S1为不导通，开关S2为导通。此时运算放大器211依照电路运作，可视为电压随耦器。并且，晶体管N1的栅极端的电压会被运算放大器211输出端的电压拉高，使得晶体管N1呈现导通，在电路运作后使得电阻R1的压降会等于预设电压Vpre的电压值，并传递到负输入端。同时，由于晶体管N1呈现导通，所以驱动电路210可以提供驱动电流I1给光源220。而驱动电流I1会约略等于预设电压Vpre的电压值除以电阻R1的电阻值。
当驱动电压VDR为失能(例如为逻辑低电压准位)时，开关S1为导通，开关S2为不导通，使得第一电压V1传递到负输入端。此时运算放大器211依照其电路运作，可视为比较器。由于第一电压V1大于预设电压Vpre，亦即负输入端的电压高于正输入端的电压，亦即由于运算放大器211的正负输入端压差过大而形成开回路状态，而正负输入端造成的负压差(亦即负输入端的电压高于正输入端的电压)会被放大，所以运算放大器211的输出端会输出低电压电平(例如为接地电压)，使得晶体管N1呈现不导通，以关闭驱动电流I1。
以光源亮度的控制技术而言，可以通过脉冲宽度调制的技术来调整光源220的亮度，亦即可以通过对驱动电压VDR的脉冲宽度进行调制，即可控制光源220的亮度(亦即驱动电流I1的大小)。由于上述的控制方式为利用运算放大器211的电路运作来实现，由于运算放大器211在开回路时其输出的回转率是与运算放大器211本身输入端的尾电流(tail)相关，因此不管是增加或是减少其回转率也相同，因此驱动电流I1的增加或是减少速度都是相同的。并且，上述方式的驱动电压VDR的电压电平的要求可以低于已知，亦即其前级(亦即光源控制器230)所使用的芯片等级可以较低，藉此可降低其前级构建的成本。
[第二实施例]
图3为根据本发明第二实施例的光源装置的电路示意图。请参照图2及图3，其最大的差异在于驱动电路310的切换单元311。在切换单元312中，其利用一第二电阻R2取代开关S2，其中第一电阻R2的电阻值会大于开关S1导通时的电阻值。当驱动电压VDR为致能时，开关S1为不导通。此时运算放大器211在电路运作后使得电阻R1的压降会等于预设电压Vpre的电压值，并且由于负输入端的电流几乎为零，所以电阻R2的压降也几乎为零(亦即电阻R2可视为短路)。因此，电阻R1上的压降(约等于预设电压Vpre)会传递到运算放大器211的负输入端，使得运算放大器211的电路运作如同电压随耦器一般。
并且，晶体管N1的栅极端的电压会被运算放大器211输出端的电压拉高，使得晶体管N1呈现导通，以提供驱动电流I1给光源220。而驱动电流I1会约略等于预设电压Vpre的电压值除以电阻R1的电阻值。当驱动电压VDR为失能时，开关S1为导通。而电阻R2的电阻值由于远大于开关S1导通时的电阻值，所以开关S1的导通不会造成压降，使得第一电压V1会传递到负输入端(亦即电阻R2可视同开路)。此时运算放大器211的负输入端的电压会约等于第一电压V1，使得运算放大器211形成开回路状态，同样正负输入端间的负压差会被放大，所以运算放大器211的输出端会输出低电压电平，使得晶体管N1呈现不导通，以关闭驱动电流I1。
[第三实施例]
图4为根据本发明第三实施例的光源装置的电路示意图。请参照图2及图4，其最大的差异在于驱动电路410的切换单元411。在切换单元411中，其利用一第二的电阻R2取代开关S1，其中第一电阻R2的电阻值会大于开关S2导通时的电阻值。当驱动电压VDR为致能时，开关S2为导通。此时运算放大器211在电路运作后使得电阻R1的压降会等于预设电压Vpre的电压值，亦即负输入端的电压会等于预设电压Vpre的电压值。并且，电阻R2的电阻值远大于开关S2导通时的电阻值，而电压V1与预设电压Vpre的压差会被电阻R2吸收(亦即电阻R2可视为开路)，致使运算放大器211的电路运作如同电压随耦器一般。而驱动电流I1会约略等于预设电压Vpre的电压值除以电阻R1的电阻值。
当驱动电压VDR为失能时，开关S2为不导通。此时，由于负输入端不会产生电流，所以电阻R2不会产生压降(亦即电阻R2可视为短路)，使得第一电压V1会传递到运算放大器211的负输入端。而此时运算放大器211的运作会与比较器一样，并且负输入端的电压高于正输入端，所以运算放大器211的输出端会输出低电压电平，使得晶体管N1呈现不导通，以关闭驱动电流I1。
[第四实施例]
图5为根据本发明第四实施例的光源装置的电路示意图。请参照图5，在本实施例中，光源装置500包括驱动电路510、光源520及光源控制器230，其中与第一实施例相似功能的组件使用相似的标号。光源520耦接于接地电压(亦即第三电压)与驱动电路510之间，并且光源520同样以发光二极管串行L1～Ln为例。驱动电路510耦接光源控制器230以接收驱动电压VDR，驱动电路510包括运算放大器211、切换单元511、晶体管P1、电阻R1，其中晶体管P1在此以PMOS晶体管为例。而切换单元511包括开关S1及S2。
运算放大器211的负输入端(亦即第一输入端)接收预设电压Vpre，其正输入端(亦即第二输入端)耦接开关S1的第二端，其输出端耦接晶体管P1的栅极端(亦即控制端)。开关S1的第一端耦接第一电压V1。开关S2的第一端耦接开关S1的第二端，开关S2的第二端耦接晶体管P1的源极端(亦即第二端)。晶体管P1的漏极端(亦即第一端)耦接光源210。电阻R1耦接于晶体管N1的源极端与系统电压Vcc(亦即第二电压)之间。
而切换单元511的运作方式会与图2实施例的切换单元211相似，故不在此赘述。当驱动电压VDR为致能时，晶体管P1会导通，以提供驱动电流I2给光源520，其中驱动电流I2会约略等于系统电压Vcc的电压减去预设电压Vpre再除以电阻R1的电阻值。当驱动电压VDR为失能时，由于运算放大器211间的正负输入端会呈现正压差(亦即正输入端的电压大于负输入端的电压)，使得于运算放大器211输出端会输出高电压电平(例如为系统电压Vcc)。因此，晶体管P1会呈现不导通，而关闭驱动电流I2。
[第五实施例]
图6为根据本发明第五实施例的光源装置的电路示意图。请参照图5及图6，其最大的差异于驱动电路610的切换单元611。在切换单元611中，其利用一第二的电阻R2取代开关S2。而切换单元611的运作方式会与图3实施例的切换单元311相似，故不在此赘述。当驱动电压VDR为致能时，晶体管P1会导通，以提供驱动电流I2给光源520，其中驱动电流I2会约略等于系统电压Vcc的电压值减去预设电压Vpre的电压值再除以电阻R1的电阻值。当驱动电压VDR为失能时，由于运算放大器211间的正负输入端会呈现正压差，使得于运算放大器211输出端会输出高电压电平。因此，晶体管P1会呈现不导通，而关闭驱动电流I2。
[第六实施例]
图7为根据本发明第六实施例的光源装置的电路示意图。请参照图5及图7，其最大的差异于驱动电路710的切换单元711。在切换单元711中，其利用一第二的电阻R2取代开关S1。而切换单元711的运作方式会与图4实施例的切换单元411相同，故不在此赘述。当驱动电压VDR为致能时，晶体管P1会导通，以提供驱动电流I2给光源520，其中驱动电流I2会约略等于系统电压Vcc的电压值减去预设电压Vpre的电压值再除以电阻R1的电阻值。当驱动电压VDR为失能时，由于运算放大器211间的正负输入端会呈现正压差，使得于运算放大器211输出端会输出高电压电平。因此，晶体管P1会呈现不导通，而关闭驱动电流I2。
值得一提的是，上述第一、第二及第三实施例中的晶体管N1可以NPN结型晶体管来替代，其基极耦接运算放大器的输出端，其集电极耦接光源，以及其发射极耦接电阻及切换单元，同样可以实现第一、第二及第三实施例的电路运作。并且，上述第四、第五及第六实施例中的晶体管P1可以PNP结型晶体管来替代，其基极耦接运算放大器的输出端，其集电极耦接光源，以及其发射极耦接电阻及切换单元，同样可以实现第四、第五及第六实施例的电路运作。
综上所述，本发明诸实施例的光源装置及其光源驱动电路，藉由切换单元依据驱动电压进行信号端间电压传递的切换，使得运算放大器的运作功能会在比较器与电压随耦器进行切换。并且，在运算放大器视同比较器时，使得其输出的电压让晶体管呈现不导通；在运算放大器视同电压随耦器时，让晶体管呈现导通以驱动光源。藉此，可降低内部芯片的操作电流的变动幅度，同时由于运算放大器的电气特性稳定，所以光源的驱动电流的增加及减少速度会相同。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。