CN101064467A - 电源装置、led驱动装置、照明装置和显示装置 - Google Patents

Abstract

一种电源装置，包括：调节器，以使根据输出电压的反馈电压与预定的基准电压相等的方式，来执行输出晶体管的传导率控制；电荷泵，通过把从所述调节器输入的电压进行升压而产生输出电压；检测器，检测所述输出晶体管的控制电压是否已经达到预定的阈值电压；以及状态控制器，基于所述检测器的比较结果而改变电荷泵的升压因子。利用这个配置，尽管具有小规模的电路配置，所述电源装置还是能够适当地执行电荷泵的状态控制。

Description

电源装置、LED驱动装置、照明装置和显示装置

技术领域

本发明涉及从输入电压中产生期望的输出电压的电源装置，还涉及合并有所述电源装置的LED(发光二极管)驱动装置、照明装置和显示装置。例如，本发明涉及一种用于液晶显示器的LED背光系统。

背景技术

图3是示出了常规LED驱动装置示例的方框图。

如这幅图所示，一般使用的常规LED驱动装置按照如下方式配置。为了从输入电压Vin中获得期望的输出电压Vout，调节器101从输入电压Vin中产生将被输入到电荷泵102的输入电压Vin’，其中输出电压Vout反馈到这个调节器101，而且第1至第n检测器103-1至103-n单独地检测输入电压Vin与输出电压Vout之间的比率，由此根据所获得的检测结果而执行电荷泵102的状态(升压因子)控制。

在下文中采用如下情形作为示例：使用第一和第二检测器103-1和103-2在三个等级上(升压因子为1、1.5和2)按顺序改变电荷泵102的状态，将会对上文描述的常规状态控制进行详细描述。

首先，第一检测器103-1检测输入电压Vin与输出电压Vout之间的比率，并检查是否能够保持电荷泵102的升压因子为1以获得期望的输出电压Vout。就是说，第一检测器103-1检查输入电压Vin与输出电压Vout的比率是否大于α(考虑到调节器101和电荷泵102的转换效率，α＞1)。如果输入电压Vin与输出电压Vout的比率大于α，则电荷泵102的升压因子保持为1。另一方面，如果输入电压Vin与输出电压Vout的比率小于α，则把电荷泵102的升压因子改变为1.5。

在把电荷泵102的升压因子改变为1.5之后，第二检测器103-2检测输入电压Vin与输出电压Vout之间的比率，并检查是否能够保持电荷泵102的升压因子为1.5以获得期望的输出电压Vout。就是说，第二检测器103-2检查输入电压Vin与输出电压Vout的比率是否大于β(＞1/1.5)。如果输入电压Vin与输出电压Vout的比率大于β，则保持电荷泵102的升压因子为1.5。另一方面，如果输入电压Vin与输出电压Vout的比率小于β，则把电荷泵102的升压因子改变为2。

作为与LED驱动装置有关的另一种常规技术，JP-A-2004-022929(下文称作“专利文献1”)公开并提出了一种DC/DC升压系统，该系统通过把LED的阴极电压反馈到输出电压调整电路而获得期望的输出电压。

可选择地，JP-A-2005-039215(下文称作“专利文献2”)公开并提出了一种发光二极管驱动方法，该方法利用电流镜来驱动多个发光二极管，所述发光二极管并联排列并与电流镜的输出端相连，其中所述发光二极管驱动方法包括步骤：使用电流镜控制端处的电压作为基准电压；把电流镜输入端处的电压进行提升，使用多个发光二极管的输入端作为电压反馈点而固定电流镜的输入和输出端处的电压差，并保持电压差不变；以及使用电流镜输出端处的电压来驱动多个发光二极管。

当然，使用图3所示的常规LED驱动装置，即使在例如输入电压Vin下降时(由于电池的耗尽等原因)，也能够从输入电压Vin中产生期望的输出电压Vout。

然而，由于上文描述的常规LED驱动装置被配置为基于输入电压Vin与输出电压Vout之间的比率而执行电荷泵102的状态控制，所以电荷泵102的状态发生改变的等级数越多，所需的第1至第n检测器103-1至103-n的个数就越多。这导致了电路规模过大。

另外，上文描述的常规LED驱动装置在向输出电压Vout提供足够富余(margin)的情况下来执行调节器101的反馈控制和电荷泵102的状态控制，从而即使在LED的正向电压降Vf稍微过高时，该驱动装置也能够对与其相连的LED进行平滑的驱动。结果，上文描述的常规LED驱动装置由于向输出电压提供的富余而提供了高于所需电压的输出电压Vout。这不期望地导致了效率降低。

顺便提及，专利文献1的常规技术通过执行基于LED阴极电压的升压电路反馈控制，消除了提供给输出电压Vout的不必要的富余，由此提高了效率。然而，这个文献没有描述该升压电路是电荷泵，因而很自然地没有建议或提及在尝试实现电荷泵的状态控制时所伴随的上述问题(较大的电路规模和效率降低)以及这些问题的解决方案。

专利文献2的常规技术使用电流镜替代电荷泵来产生LED的驱动电压，因而在根本上与本发明的配置不同。

发明内容

考虑到上文所述的问题，本发明的目的是提供尽管具有小规模电路配置但是能够适当地执行电荷泵状态控制的电源装置，并提供具有所述电源装置的LED驱动装置、照明装置和显示装置。

为了实现上述目的，根据本发明一方面，一种电源装置包括：调节器，它包括从施加有输入电压的端子至输出输出电压的端子的路径中串联的输出晶体管，并以使根据输出电压的反馈电压与预定的基准电压相等的方式，来执行输出晶体管的传导率控制；电荷泵，通过把从调节器输入的电压进行升压而产生输出电压；检测器，检测输出晶体管的控制电压是否已经达到预定的阈值电压；以及状态控制器，基于检测器的比较结果而改变电荷泵的升压因子。

根据下文参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的其它特征、元件、步骤、优点和性质将会变得更为明显。

附图说明

图1是示出了根据本发明的显示装置实施例的方框图；

图2是示出了这个实施例的状态控制操作的时序图；以及

图3是示出了常规LED驱动装置示例的方框图。

具体实施方式

图1是示出了根据本发明的显示装置实施例的方框图。如这幅图所示，这个实施例的显示装置是透射式液晶显示器，包括装置电源1、LED驱动装置IC 2、发光部分3、光导路径4和液晶显示面板5(下文称作“LCD(液晶显示器)面板5”)。

装置电源1向LED驱动装置2和显示装置中的其它部件供电，该电源可以是从商用AC(交流)电压中产生DC(直流)电压的AC/DC转换器，或是例如可充电电池的电池。

由来自装置电源1的输入电压Vin供电的LED驱动装置IC 2对形成发光部分3的LED 31至3n进行驱动和控制。下文将会详细描述LED驱动装置IC的配置和操作。

发光部分3由多个并联的LED 31至3n组成。发光部分3产生了用作背光的照明光，所述照明光经过光导路径4从背部对LCD面板5进行照明。与把荧光灯等用作背光的配置相比，这种把LED用作背光的配置能够提供例如如下益处：低功耗、长寿命、低发热和空间的节省。

形成发光部分3的LED 31至3n中每一个LED都分别由发射红、绿、蓝光的三个LED元件组成。通过把这三个LED元件发出的光混合在一起，LED产生了具有期望颜色(在这个实施例中为白)的照明光。与把荧光灯等用作背光的配置相比，把这种白色LED用作背光的配置能够扩展LCD面板5的色彩再现范围。

光导路径4允许发光部分3所产生的光以如下方式从该路径中通过，即为LCD面板5的整个表面提供均匀照明。光导路径4由反射板和光导板(具有特殊处理表面的透明板)形成。

LCD面板5由之间密封有液晶的两个玻璃板形成。通过向液晶施加电压，液晶分子的定向发生改变，从而增大/减小从发光部分3经过光导路径4而辐射到LCD面板5背面上的光的透射率。这样，LCD面板5产生了图像。注意，LCD面板5受未示出的LCD控制器的控制而产生图像。

接下来，将会详细描述LED驱动装置IC 2的配置和操作。

如图1所示，LED驱动装置IC 2由调节器21、电荷泵22、检测器23、状态控制器24和驱动电流发生器25组成。

调节器21包括输出晶体管Tr(在这个实施例中为P沟道场效应晶体管)和放大器AMP。晶体管Tr的源极与施加有输入电压Vin的端子相连。晶体管Tr的漏极经过电荷泵22与用于输出输出电压Vout的端子相连。晶体管Tr的栅极与放大器AMP的输出端相连。放大器AMP的反相输入端(-)与施加有基准电压Vref的端子相连。另一方面，放大器AMP的多个正相输入端(+)分别与相应的一个反馈端相连，其中LED 31至3n的阴极电压Vc1至Vcn施加到所述反馈端。

通过使用电荷转移开关和电荷转移电容器(未示出)对从调节器21馈给的输入电压Vin’进行升压，电荷泵22产生了将要提供给LED 31至3n阳极的期望的输出电压Vout。这个实施例中的电荷泵22按照如下方式配置：根据来自状态控制器24的指令，电荷泵22的状态(升压因子)在多个等级(例如升压因子为1、1.5和2)上变化。

通过使用比较器CMP，检测器23检测输出晶体管Tr的栅极电压Sa(放大器AMP的输出电压)是否已经达到预定的阈值电压Vth。比较器CMP的正相输入端(+)与输出晶体管Tr的栅极(放大器AMP的输出端)相连。比较器CMP的反相输入端(-)与施加有阈值电压Vth的端子相连。比较器CMP的输出端与被输入比较结果信号的状态控制器24的端子相连。

状态控制器24基于来自检测器23的比较结果信号Sb而改变电荷泵22的状态。

驱动电流发生器25使用恒流源I1至In来单独调整LED 31至3n的驱动电流。就是说，为了控制LED 31至3n中每一个LED的发光量，仅需要调整由恒流源I1至In中相应的一个恒流源所提供的电流值。

现在，参考图2和图1对如上文所述进行配置的LED驱动装置IC如何控制电荷泵22的状态进行详细说明。

图2是示出了这个实施例的状态控制操作的时序图。

在如上文所述进行配置的LED驱动装置IC 2中，调节器21中包括的放大器AMP从LED 31至3n的阴极电压Vc1至Vcn中选择具有最小电压值的阴极电压作为反馈电压Vfb，然后以如下方式产生输出晶体管Tr的栅极电压Sa，即使反馈电压Vfb等于预定基准电压Vref。

更详细地，当反馈电压Vfb变得大于基准电压Vref时，放大器AMP增大栅极电压Sa以减小输出晶体管Tr的传导率；当反馈电压Vfb变得小于基准电压Vref时，放大器AMP减小栅极电压Sa以增大输出晶体管Tr的传导率。

如上所述，在这个实施例的LED驱动装置IC 2中，使用调节器21来产生电荷泵22所需的、用于获得期望的输出电压Vout的输入电压Vin’，其中LED 31至3n的阴极电压Vc1至Vcn被反馈到调节器21。

假定把电荷泵22的状态固定为给定状态。这样，随着输入电压Vin的减小(由于电池耗尽等原因)，输出晶体管Tr的栅极电压Sa逐渐减小，以增大输出晶体管Tr的传导率。

当栅极电压Sa变得小于预定的阈值电压Vth时，检测器23所产生的比较结果信号Sb的逻辑(即比较器CMP的输出逻辑)从高电平变为低电平。

对比较结果信号Sb进行监测的状态控制器24基于作为触发信号的比较结果信号Sb的下降沿，判断输出晶体管Tr已经达到了最大传导率(或几乎是最大传导率)，而且利用电荷泵22的当前状态(升压因子)不能获得期望的输出电压Vout。因此，状态控制器24向电荷泵22发出指令以把当前状态改变为下一状态(例如把升压因子从1改变为1.5)。

在电荷泵22的状态响应所述指令而发生改变后，输出电压Vout增大，因而LED 31至3n的阴极电压Vc1至Vcn增大。结果，晶体管Tr的栅极电压Sa再次变得大于阈值电压Vth，因而把来自检测器23的比较结果信号Sb从低电平恢复为高电平。

之后，通过保持与上述方式相同的操作，基于反馈电压Vfb和基准电压Vref之间的比较结果，以协作的方式来执行电荷泵22的状态控制和调节器21对输出晶体管Tr的传导率控制，以便从输入电压Vin中获得期望的输出电压Vout。

然而需要注意的是，在图2中对状态转变周期—从一个状态转变至另一个状态—的长度进行了夸大，以便能够容易地观察到比较结果信号Sb的逻辑改变(触发沿)，实际的状态转变是在瞬间发生的。

如上所述，这个实施例的LED驱动装置IC 2包括：作为向LED 31至3n提供驱动功率的电源装置的调节器21，它包括在从施加有输入电压Vin的端子至输出输出电压Vout的端子的路径中串联的输出晶体管Tr，并以如下方式执行输出晶体管Tr的传导率控制，即使根据输出电压Vout的反馈电压Vfb(这个实施例中为阴极电压Vc1至Vcn中的最小电压)与预定的基准电压Vref相等；电荷泵22，通过把从调节器21输入的电压Vin’进行升压而产生输出电压Vouot；检测器23，检测输出晶体管Tr的栅极电压Sa是否已经减小到预定的阈值电压Vth；以及状态控制器24，基于检测器23的比较结果信号Sb而改变电荷泵22的升压因子。

与常规配置(参见图3)—即使用根据状态个数而提供的第1至第n检测器103-1至103-n基于输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率执行电荷泵102的状态控制—不同，利用这个配置能够使用单一的检测器23正确地执行—尽管具有小规模的电路配置—电荷泵22的状态控制。另外，由于本发明中额外提供的状态控制器24可以由简单的逻辑电路形成，所以能够减小总电路规模以及LED驱动装置IC 2的成本。

在这个实施例的LED驱动装置IC 2中，把LED 31至3n的阴极电压Vc1至Vcn的最小电压值而不是输出电压Vout反馈到放大器AMP作为反馈电压Vfb。利用这个配置，能够产生最佳输出电压Vout，用于对与装置实际相连的LED 31至3n中具有最大正向电压降Vf的LED进行可靠的驱动。这有助于减小向输出电压Vout提供的不必要的富余，因而提高了效率，有助于减小具有LED驱动装置IC 2的照明装置和显示装置的功耗。

具体地，通过把本发明应用于合并在电子装置—例如PDA(个人数字/数据助理)和便携式电话终端—的照明装置之中、并使用电池作为装置电源1，不仅能够延长电子装置的电池寿命，而且还能够使电子装置变得更薄和更小。

上述实施例涉及把本发明应用于透射式液晶显示装置的示例。然而，这并不意味着限制了本发明的应用；本发明可以在电源装置、照明装置或任意其它类型的显示装置中获得广泛应用。

本发明能够以除了上文详细描述的方式之外的任意其它方式而实践，可以在本发明的精神内做出任意的修改或变化。

例如，上述实施例涉及如下示例：使用通过把红、绿和蓝光混合在一起而产生白光的LED。然而不必说的是，本发明还可以应用于如下配置：使用通过把除了上文特别描述之外的任意其它颜色的光混合在一起而产生具有期望颜色的光的LED，或使用发射单色光的LED。

本发明提供了如下优点：本发明有助于实现尽管具有小规模电路配置但是能够适当地执行电荷泵状态控制的电源装置；因此，本发明有助于实现具有该电源装置的LED驱动装置、照明装置和显示装置。

就工业适用性而言，本发明有助于制造具有电荷泵的、更小且更有效的电源装置。这使具有该电源装置的LED驱动装置、照明装置和显示装置能够变得更小，并允许这些装置以更低的功耗操作。根据本发明的LED驱动装置和照明装置可以用于构建例如液晶显示器的背光系统，具有这种背光系统的显示装置的一些示例包括：液晶电视接收机、PDA的液晶显示屏以及便携式电话的液晶显示屏。

虽然已经关于优选实施例对本发明进行了描述，本领域的技术人员可以看出，可以以多种方式对所公开的本发明进行修改，并且可以设想除了上文详细所示的实施例的多个实施例。因此，所附权利要求将会覆盖落入本发明真实精神和范围内的本发明的所有修改。

Claims (7)

1.一种电源装置，包括：

调节器，它包括从施加有输入电压的端子至输出输出电压的端子的路径中串联的输出晶体管，并以使根据输出电压的反馈电压与预定的基准电压相等的方式，来执行所述输出晶体管的传导率控制；

电荷泵，通过把从所述调节器输入的电压进行升压而产生所述输出电压；

检测器，检测所述输出晶体管的控制电压是否已经达到预定的阈值电压；以及

状态控制器，基于所述检测器的比较结果而改变所述电荷泵的升压因子。

2.一种LED驱动装置，包括：

向至少一个发光二极管提供驱动功率的电源装置，其中所述电源装置包括：

调节器，它包括从施加有输入电压的端子至输出输出电压的端子的路径中串联的输出晶体管，并以使根据输出电压的反馈电压与预定的基准电压相等的方式，来执行所述输出晶体管的传导率控制；

电荷泵，通过把从所述调节器输入的电压进行升压而产生所述输出电压；

检测器，检测所述输出晶体管的控制电压是否已经达到预定的阈值电压；以及

状态控制器，基于所述检测器的比较结果而改变所述电荷泵的升压因子，

其中所述电源装置向所述至少一个发光二极管提供所述输出电压。

3.根据权利要求2所述的LED驱动装置，其中

所述反馈电压是所述至少一个发光二极管的阴极电压。

4.根据权利要求3所述的LED驱动装置，其中

所述至少一个发光二极管包括并行排列的多个发光二极管，而且

所述反馈电压是所述发光二极管的阴极电压中具有最小电压值的阴极电压。

5.一种照明装置，包括：

发光二极管；

对所述发光二极管进行驱动和控制的LED驱动装置；以及

向所述LED驱动装置供电的装置电源，

其中所述LED驱动装置包括：

向所述发光二极管提供驱动功率的电源装置，

其中所述电源装置包括：

调节器，它包括从施加有所述装置电压提供的输入电压的端子至输出输出电压的端子的路径中串联的输出晶体管，并以使根据输出电压的反馈电压与预定的基准电压相等的方式，来执行所述输出晶体管的传导率控制；

电荷泵，通过把从所述调节器输入的电压进行升压而产生所述输出电压；

检测器，检测所述输出晶体管的控制电压是否已经达到预定的阈值电压；以及

状态控制器，基于所述检测器的比较结果而改变所述电荷泵的升压因子，

其中所述电源装置向所述发光二极管提供所述输出电压。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其中

所述装置电源是电池。

7.一种显示装置，包括：

显示面板；和

对所述显示面板进行照明的照明装置，

其中所述照明装置包括：

发光二极管；

对所述发光二极管进行驱动和控制的LED驱动装置；以及

向所述LED驱动装置供电的装置电源，

其中所述LED驱动装置包括：

向所述发光二极管提供驱动功率的电源装置，

其中所述电源装置包括：

调节器，它包括从施加有所述装置电压提供的输入电压的端子至输出输出电压的端子的路径中串联的输出晶体管，并以使根据输出电压的反馈电压与预定的基准电压相等的方式，来执行所述输出晶体管的传导率控制；

电荷泵，通过把从所述调节器输入的电压进行升压而产生所述输出电压；

检测器，检测所述输出晶体管的控制电压是否已经达到预定的阈值电压；以及

状态控制器，基于所述检测器的比较结果而改变所述电荷泵的升压因子，

其中所述电源装置向所述发光二极管提供所述输出电压。

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