CN101222800A

CN101222800A - 控制电路

Info

Publication number: CN101222800A
Application number: CNA2007100021794A
Authority: CN
Inventors: 王家伟; 黄世中
Original assignee: SHUOJIE TECH Co Ltd
Current assignee: SHUOJIE TECH Co Ltd; Beyond Innovation Technology Co Ltd
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-16

Abstract

本发明提供一种控制电路，用以控制流经一负载的电流，其包括一电源转换器、一控制器以及一电流控制电路。电源转换器依据一控制信号，将一第一电压信号转换成一第二电压信号。控制器与电源转换器耦接，依据第二电压信号，调整控制信号，使得该第二电压信号维持在一预定值。电流控制电路则耦接至负载，并依据一调光信号，控制流经负载的电流。

Description

控制电路

技术领域

本发明涉及一种控制电路，特别是涉及一种发光二极管的控制电路。

背景技术

调光电路被广泛应用在各种显示装置例如液晶显示面板或发光二极管的亮度控制中，是一常见的控制电路，其利用一外部的调光信号来控制流经负载的电流或电压大小，以产生不同的亮度。一种常见的发光二极管控制电路是利用提供发光二极管固定的电流以决定亮度。这类的控制电路通常包括有一电源转换器、一控制器以及一电流检测电路，其中，电源转换器中至少包括有一开关元件、一二极管、一电感以及一输出电容，控制器则至少包括由至少一电容所组成的一电阻-电容式(RC)电路。控制器产生一控制信号，并且利用比较电流检测电路检测到的流经发光二极管的电流与一参考电压来调整控制信号。此外，电源转换器中的开关元件依据控制信号，使其开或关，并经由电源转换器中的二极管、电感及电容，将输入的供应电压转换成一输出信号，以驱动发光二极管，并藉由调整控制信号以维持此电流的稳定。接着，调光信号，例如脉冲宽度调制信号，则输入到控制器中，使控制器依据此调光信号调整发光二极管的供应电流，以达到调光的目的。

在这类的电路中，由于调光信号将经由控制器以及电源转换器中的延迟元件(例如开关元件以及电容器)所造成的时间延迟影响，使得调光信号与其反应到发光二极管的供应电流将变为非线性。举例来说，由于电容器的充放电特性，将使得输出到发光二极管的电流信号产生一上升斜率以及一下降斜率，因此即使当开关因控制信号而关闭时，电容器中残存的电荷仍会提供电流至发光二极管，使得发光二极管将经过一段时间后才会关闭，此将造成使用上的混淆。因此，无法如预期般的呈现调光的效果，也降低了调光电路的效能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一即在于提供一种控制电路，用以控制负载的供应电流，以使得流经负载的电流可随着调光信号的变化立即改变，而不会产生时间上的延迟，达到较佳的调光效果。

基于上述目的，本发明提供一种控制电路，用以控制流经一负载的电流，包括一电源转换器、一控制器以及一电流控制电路。电源转换器依据一控制信号，将一第一电压信号转换成一第二电压信号。控制器与电源转换器以及负载耦接，且依据第二电压信号，调整控制信号，使第二电压信号维持在一预定值。电流控制电路则耦接至负载，并依据一调光信号，控制流经负载的电流

本发明另提供一种控制电路，用以控制至少一第一负载以及一第二负载的电流。控制电路包括一电源转换器、一控制器、一第一电流控制电路、一第二电流控制电路以及一相移电路。其中，电源转换器依据一控制信号，将一第一电压信号转换成一第二电压信号，控制器与电源转换器耦接，且依据第二电压信号，调整控制信号，使第二电压信号维持一预定值。第一电流控制电路耦接至第一负载，用以控制流经第一负载的电流，第二电流控制电路耦接至第二负载，用以控制流经第二负载的电流，以及相移电路用以依据一调光信号，产生具有不同相位的一第一控制信号以及一第二控制信号，其中，第一控制信号用以控制第一电流控制电路，第二控制信号用以控制第二电流控制电路，以分别控制流经第一负载以及第二负载的电流。

再者，本发明再提供一种控制电路，用以控制流经至少一第一负载以及一第二负载的电流。控制电路包括一电源转换器、一控制器、一第一电流控制电路、一第二电流控制电路以及一相移电路。其中，电源转换器依据一控制信号，将一第一电压信号转换成一第二电压信号，控制器与电源转换器耦接，且依据第二电压信号，调整控制信号，使第二电压信号维持一预定值。第一以及一第二电流控制电路分别耦接至第一以及该第二负载，用以控制流经第一以及第二负载的电流以及相移电路用以依据一调光信号，产生与调光信号具有不同相位的至少一控制信号，其中，第一电流控制电路是依据调光信号，第二电流控制电路是依据控制信号，以分别控制流经第一负载以及第二负载的电流。

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是显示一负载控制电路的实施例。

图2是显示一依据本发明实施例的负载控制电路的区块示意图。

图3是显示一依据本发明实施例的负载控制电路的详细电路图。

图4是显示另一依据本发明实施例的负载控制电路示意图。

图5是显示另一依据本发明实施例的负载控制电路的区块示意图。

图6是显示又一依据本发明实施例的负载控制电路的区块示意图。

图7是显示一依据本发明实施例的调光信号示意图。

图8是显示再一依据本发明实施例的负载控制电路的区块示意图。

附图符号说明

100-负载控制电路；SW-开关元件；VDD-输入电压信号；L-电感；

C-输出电容；D-整流二极管；200-示意图；210-电源转换器；

220-控制器；230-电流控制电路；240-负载；OUT-输出电压信号；

S1-调光信号；S2-控制信号；300-负载控制电路；

310、310’-电源转换器；320-控制器；330-电流控制电路；

340-发光二极管模块；V_REF-参考电压；322-误差放大器；324-比较器

326-电阻-电容式(RC)电路；328-三角波产生单元；329-驱动电路；

M1、M2-开关元件；500、600-示意图；610-电源转换；620-控制器；

630-相移电路；640、650-电流控制电路；660、670-负载；t1、t2-时间；

S11、S12-控制信号。

具体实施方式

本发明是一控制电路，用以控制如发光二极管的负载的供应电流，并且接收一调光信号以使得流经负载的电流可随着调光信号的变化立即改变，而不会产生时间上的延迟，达到较佳的调光效果。为达此目的，本发明利用反馈(feedback)负载的电压当作主要的反馈信号，以维持供应电压的稳定，调光信号则直接输入到如电流镜电路所组成的一电流控制电路，以直接控制流经负载的电流而达到调光的目的，而且电流控制电路所控制的电流不会反馈到包括有前述延迟元件(例：开关元件、电容器等)的电路中。依据本发明，由于调光信号未经由前述的延迟元件，因此不受其时间延迟的影响，使得其反应到发光二极管的供应电流的线性度较佳。特别是，当调光信号为低电平时，可以迅速的将负载的供应电流降为零，使负载可随着调光信号的低电平而立刻关闭，达到较佳的控制效果。

此外，本发明更提供包括有一相移电路的控制电路，可用于具有两个负载以上的多负载电路，使其可利用调光信号分别产生多个不同相位的控制信号，以控制每个电流控制电路来驱动每个负载。

请参考图1，其显示一控制电路的较佳实施例。此处的控制电路100为如图1所示的电路扣除掉负载，也就是说控制电路100不包含负载。由图1中可知，图中的负载(本实施例为一发光二极管)的电流是被控制电路100检测，并与一参考电压进行比较，以调整一控制信号，经由驱动电路控制开关元件SW，以使得输入供应电压VDD经由整流二极管、电感L以及输出电容C转换成一输出电压信号，以提供一电流给负载使用。其中，一RC电路用以进行反馈补偿控制，并通过比较器与一三角波比较而调整控制信号的脉冲宽度，以维持稳定的供应电流给负载。调光信号则与负载的检测电流耦接，用以控制流经负载的电流大小以达到调光的目的。

然而，在控制电路100中，由于调光信号至少经由RC电路、开关元件SW以及输出电容C等的回路才可反应出输出信号，而RC电路中的电容器、开关元件SW以及输出电容C所造成的延迟特性，使得给负载的输出信号无法随着调光信号而立即改变。举例来说，若调光信号为高电平时，虽然开关元件SW被关闭，但由于输出电容C仍保有残存的电荷提供给负载，因此，负载并不会立刻随着调光信号而关闭，必须经过一段时间后，等输出电容C放电到一定程度后才会关闭。如此的延迟现象，将使得调光效果不佳。

请参考图2显示一依据本发明实施例的控制电路的区块示意图200。如图所示，本实施例的控制电路包括一电源转换器210、一控制器220、一电流控制电路230，用以控制一负载240。请注意，本发明的控制电路为如图所示的虚线区域，亦即由电源转换器210、控制器220以及电流控制电路230所组成，并不包含负载240。图中的负载仅用以辅助说明控制电路的运作以及与负载的关系，为简化图示，以下各图中的负载部分都不包含在本发明的控制电路中。

其中，控制器220产生一控制信号S2，此控制信号S2可以为一脉冲宽度调制信号。电源转换器210耦接控制器220以及负载240，依据控制器220所产生的控制信号S2，将输入供应电压VDD转换成一输出电压信号OUT给负载240，并依据输出电压信号OUT产生一反馈信号给控制器220。因此，控制器220可依据反馈信号来调整控制信号S2的脉冲宽度，以使电源转换器210可产生稳定的电压输出。

本实施例中，电流控制电路230耦接至负载240，依据接收到的一调光信号S1的电平，控制流经负载240的电流大小。当调光信号S1为高电平时，电流控制电路230可输出一电流以驱动负载240。此时，输出电压信号OUT在控制器220的控制下保持一预定值。当调光信号S1为低电平时，电流控制电路230则不输出电流给负载240，亦即流经负载240的电流为零，使负载240立即结束动作。此时，由于控制器220是以反馈输出电压信号OUT作主要的反馈控制来源，虽然流经负载的电流为零，也不会影响控制器220以及输出电压信号OUT，因此输出电压信号OUT仍保持一预定值。也就是说，藉由这样的电路配置，使得负载240可以得到一固定的供应电压，不会受调光信号S1而影响。上述实施例的调光信号S1是一脉冲宽度调制信号，然本发明亦可使用直流调光信号来实施。

图3显示一依据本发明实施例的控制电路300的详细电路图。控制电路300中包括了一电源转换器310、一控制器320、一电流控制电路330，用以控制一发光二极管模块340。其中，电源转换器310耦接控制器320以及发光二极管模块340，电流控制电路330则耦接至发光二极管模块340。此外，调光信号S1输入至电流控制电路330中。请注意，虽然在此实施例中，电源转换器310为一降压式电源转换器(buck converter)，负载为一发光二极管模块340，调光信号S1为一脉冲宽度调制信号，这些仅用以说明，并非用以限定本发明仅限于此。

电源转换器310中至少包括了一整流元件(例如整流二极管D)、一电感L、一输出电容C以及一开关元件SW。其中，开关元件SW其具有一第一输入端、一第二输入端以及一控制端，第一输入端接收一输入电压信号VDD。整流二极管D的阴极端耦接开关元件SW的第二输入端，整流二极管的阳极端接地，电感的一端与整流元件的阴极端耦接，及电容的一端与电感的一另一端耦接。在运作时，开关元件SW接收控制器320产生的一控制信号S2，将输入电压信号VDD切换成一方波，并经由整流二极管D、电感L和电容C，将输入电压信号VDD转换成一输出信号OUT。

本实施例中，控制器320中包括了一参考电压V_REF、一误差放大器(erroramplifier)322、一比较器324、一反馈补偿电路(例如电阻-电容式(RC)电路326)、一信号产生单元(例如三角波产生单元328)以及一驱动电路329。误差放大器322具有一正向端以及一反向端，其反向端接收一反馈信号，此反馈信号依据电源转换器310输出的电压输出信号OUT而产生，其正向端与参考电压V_REF耦接。误差放大器322利用比较反向端所接收的反馈信号与正向端的参考电压V_REF，并经由RC电路326进行信号补偿及反馈控制，以输出一调节信号。

比较器324具有一正向端以及一反向端，其正向端接收误差放大器322送出的调节信号，其反向端接收三角波产生单元328所产生的一三角波信号。比较器324藉由比较调节信号与三角波信号，以调整控制信号S2的脉冲宽度。驱动电路329依据控制信号S2，控制电源转换器310中的开关元件SW的开启或关闭，以使电源转换器310产生输出电压信号OUT。其中，信号产生单元亦可为一锯齿波产生单元(未绘示)，用以产生一锯齿波信号的比较信号。

电流控制电路330至少包括两开关元件M1以及M2，其与调光信号S1耦接，亦即调光信号S1是输入至此电流控制电路330中。在此实施例中，电流控制电路330是一电流镜电路，值得注意的是，除了电流镜电路之外，电流控制电路330亦可为任何可用于调节电流的电流调节电路。

请参考图3，由于调光信号S1耦接至电流控制电路330，因此，当调光信号S1为高电平时，电流控制电路330中的开关元件M1以及M2将被导通，开关元件M1端的电流将使得开关元件M2端产生等比例的电流，因此可控制流经发光二极管模块340的电流，以驱动发光二极管模块340，使其随着调光信号S1的高电平而发光。当调光信号S1为低电平时，电流控制电路330中的开关元件M1以及M2将同时被关闭，使得发光二极管模块340的负端呈现开路(open)的状态，虽然电源转换器310中的输出电容C仍有电荷，但由于发光二极管模块340的负端为开路，因此没有放电的路径，所以不会输出电流给发光二极管模块340，造成没有电流输出至发光二极管模块340，使得发光二极管模块340随着调光信号S1的低电平立刻被关闭。

举例来说，假设调光信号S1为一高电平为2V以及低电平为0V的脉冲宽度调制信号，则当调光信号S1为2V时，发光二极管模块340将接收到，例如：一20mA，的电流而发光，当调光信号S1为0伏时，流经发光二极管模块340的电流将立刻为零而使发光二极管模块340关闭。因此，流经发光二极管模块340的电流可随着调光信号S1的变化而改变，不会受到延迟元件的延迟效应影响，使得流经发光二极管模块340的电流与调光信号S1间有较佳的线性度。值得注意的是，控制电路中除了电源转换器310中的电容C所造成的延迟效应外，还有包括控制器320中的RC电路326以及电源转换器310中的开关元件SW所可能造成的延迟效应，其中，以电容C的延迟效应远大于其它的延迟效应。不论上述何元件造成的延迟，本发明均可避免其延迟影响。

此外，当发光二极管模块340所需的工作电压大于输入电压时，上述的电源转换器310也可使用一升压式电源转换器(boost converter)310’来代替，如图4所示。图4显示另一依据本发明实施例的控制电路示意图。其中，电源转换器310’是一升压式电源转换器。本发明的电流控制电路是用以控制负载的电流的导通与否，与电源转换器是升压式或降压式无关。因此，可参考前述的控制电路300的说明得知，此实施例中的电路配置亦将使得流经发光二极管模块340的电流与调光信号S1间有较佳的线性度。

图5显示另一依据本发明实施例的控制电路的区块示意图500。请同时参考图2以及图5，图5的区块示意图500与图2的区块示意图200不同之处在于调光信号S1以及电流控制电路是耦接于负载的高压端，而非低压端，其余的配置则相同，其工作原理亦雷同。只要适当地选择电流控制电路的结构，就可同样利用电流控制电路来使得流经负载的电流可不受电源转换器中的延迟元件(输出电容C)影响而产生延迟，并可随着调光信号S1的变化而改变。因此，本发明的电流控制电路可摆放于负载的任一端(高压端或低压端)。

此外，对于有多个负载的电路，由于每个负载电流的同时导通、开路会造成电流上的极大涟波。本发明为了减少上述的电流涟波，使用一相移电路来产生不同相位的控制信号给每个电流控制电路，进而驱动每个负载使其导通、开路的动作具有时间差而减少涟波的大小。

图6显示又一依据本发明实施例的控制电路的区块示意图600。如图6所示，本实施例的控制电路包括了一电源转换器610、一控制器620、一相移电路630、电流控制电路640以及电流控制电路650。控制器620产生一控制信号，电流控制电路640以及650分别用以控制流经负载660以及670的电流，以驱动或关闭负载660以及670。电源转换器610是耦接至控制器620以及负载660以及670，并且依据控制信号将一输入电压VDD转换成一输出电压信号。控制器620与电源转换器610耦接，依据输出电压信号，调整控制信号，使输出电压信号维持一预定值。请注意，区块示意图600中的电源转换器610、控制器620以及电流控制电路640以及650的详细电路是如同控制电路300中的电源转换器310、控制器320以及电流控制电路330的结构与配置方式，请参考控制电路300的相关说明，细节不再此赘述。

相移电路630耦接至电流控制电路640以及650，用以依据一调光信号S1，产生具有不同相位的一第一控制信号S11以及一第二控制信号S12，其中第一控制信号S11是用以控制电流控制电路640，第二控制信号S12是用以控制电流控制电路650，以分别控制流经负载660以及负载670的电流。图7显示一个依据本发明实施例的调光信号示意图。如图所示，相移电路630依据原始调光信号S1以在时间t1时产生一第一控制信号S11，其后在时间t2时产生一第二控制信号S12。因此，第一控制信号S11具有与第二控制信号S12不同的相位。第一控制信号S11用以控制电流控制电路640产生相应电流以驱动负载660，第二控制信号S12则用以控制电流控制电路650产生相应电流以驱动负载670。由于负载660以及负载670是在不同相位下工作，可降低电源转换器输出的输出电流涟波(ripple)，也可提高电源转换器的效能。值得注意的是，在此实施例中，原始调光信号S1虽与第一控制信号S11不同相位，然而在其它实施例中，原始调光信号S1也可与第一控制信号S11具相同的相位。再者，当所欲控制的负载变多时，依据本发明，可利用相移电路产生相对应的不同相位的控制信号以驱动每个负载，达到调光的目的。

此外，调光信号S1也可直接输入至其中一电流控制电路，而由相移电路产生控制信号以控制其它的电流控制电路。图8显示再一依据本发明实施例的控制电路的区块示意图。此控制电路中具有一第一负载以及一第二负载。如图所示，控制器产生一控制信号，电源转换器用以将一输入电压VDD转换成一输出电压信号，控制器与电源转换器耦接，依据输出电压信号，调整一控制信号，以调整输出电压信号的电平，使输出电压信号维持在一预定值。电流控制电路用以控制流经一第二负载的电流。相移电路用以依据一调光信号S1产生与调光信号具有不同相位的一控制信号，其中第一电流控制电路由调光信号直接控制，第二电流控制电路是由控制信号所控制，以分别控制流经第一负载以及第二负载的电流。其中，第一以及第二电流控制电路可为电流镜电路，而电源转换器可为一降压式电源转换器或一升压式电源转换器。电源转换器、控制器以及第一及第二电流控制电路的详细电路如同负载控制电路300中的电源转换器310、控制器320以及电流控制电路330的结构与配置方式，请参考负载控制电路300的相关说明，细节不再此赘述。

上述的多相位调光控制电路应用于液晶的背光模块时，可配合扫描式背光(Scan Backlight)等技术(即背光模块中多个发光模块在不同时间点依序发光，藉此改善残影现象)，也就是相移电路接收液晶面板的垂直扫瞄信号Hsync，并产生同步的多个不同相位的信号分别给各个电流控制电路，以达到减少液晶残影的功能。

上述说明提供数种不同实施例或应用本发明的不同方法。实例中的特定装置以及方法是用以帮助阐释本发明的主要精神及目的，当然本发明不限于此。

因此，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种控制电路，用以控制流经一负载的电流，包括：

一电源转换器，依据一控制信号，将一第一电压信号转换成一第二电压信号；

一控制器，与该电源转换器耦接，且依据该第二电压信号，调整该控制信号，使得该第二电压信号维持在一预定值；以及

一电流控制电路，耦接至该负载，并依据一调光信号，控制流经该负载的电流。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中，该电源转换器包括：

一开关，其具有一第一输入端、一第二输入端以及一控制端，该第一输入端接收该第一电压信号；

一整流元件，其一端耦接该开关的该第二输入端；

一电感，其一端与该整流元件的该端耦接；以及

一电容，其一端与该电感的一另一端耦接，其中，该开关的该控制端接收该控制信号，并经由该整流元件、该电感和该电容，将该第一电压信号转换成该第二电压信号。

3.如权利要求1所述的控制电路，其中，该控制器包括：

一反馈补偿电路，其具有至少一电容；

一误差放大器，其具有一正向端以及一反向端，该反向端接收该第二电压信号，该正向端与一参考电压耦接，其中，该误差放大器利用比较该反向端所接收的该第二电压信号与该正向端的该参考电压，并经由该反馈补偿电路的反馈控制，以输出一调节信号；

一信号产生单元，用以产生一比较信号；

一比较器，具有一正向端以及一反向端，该比较器的该正向端接收该调节信号，该反向端接收该比较信号，用以产生该控制信号；以及

一驱动电路，耦接该比较器，利用该控制信号以控制该电源转换器的该开关。

4.如权利要求1所述的控制电路，其中，该比较信号是一三角波信号或一锯齿波信号。

5.如权利要求1所述的控制电路，其中，该电源转换器是一降压式电源转换器或一升压式电源转换器。

6.如权利要求1所述的控制电路，其中，当该调光信号为一低电平信号时，该电流控制电路使流经该负载的电流立刻为零。

7.如权利要求1所述的控制电路，其中，该电流控制电路是一电流镜电路。

8.如权利要求1所述的控制电路，其中，该调光信号是一脉冲宽度调制信号或一直流信号。

9.如权利要求1所述的控制电路，其中，该负载是发光二极管。

10.一种控制电路，用以控制流经至少一第一负载以及一第二负载的电流，包括：

一控制器，与该电源转换器耦接，且依据该第二电压信号，调整该控制信号，使该第二电压信号维持一预定值；

一第一电流控制电路，耦接至该第一负载，用以控制流经该第一负载的电流；

一第二电流控制电路，耦接至该第二负载，用以控制流经该第二负载的电流；以及

一相移电路，用以依据一调光信号，产生具有不同相位的一第一控制信号以及一第二控制信号，

其中，该第一控制信号用以控制该第一电流控制电路，该第二控制信号用以控制该第二电流控制电路，以分别控制流经该第一负载以及该第二负载的电流。

11.如权利要求10所述的控制电路，其中，当该调光信号为一低电平信号时，该第一电流控制电路以及该第二电流控制电路使流经该第一负载以及该第二负载的电流立刻为零。

12.如权利要求10所述的控制电路，其中，该第一负载以及该第二负载是一液晶面板的背光模块中的发光模块，该相移电路所产生的该第一控制信号与该液晶面板的一垂直扫瞄信号同步。

13.如权利要求10所述的控制电路，其中，流经该第一负载与第二负载的电流分别由该第一电流控制电路与第二电流控制电路所控制，而不反馈至该电源转换器与该控制器。

14.一种控制电路，用以控制流经至少一第一负载以及一第二负载的电流，包括：

一第一以及一第二电流控制电路，分别耦接至该第一以及该第二负载，用以控制流经该第一以及该第二负载的电流；以及

一相移电路，用以依据一调光信号，产生与该调光信号具有不同相位的至少一控制信号，

其中，该第一电流控制电路依据该调光信号，该第二电流控制电路依据该控制信号，以分别控制流经该第一负载以及该第二负载的电流。