CN101854769A - 光源亮度控制电路及亮度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种光源亮度控制电路及亮度控制方法，本发明的光源亮度控制电路包含一换流器(inverter)电路及一驱动电路，上述换流器电路是电性耦合连结至待控光源，用以将所输入的直流电并转换为交流电，上述换流器电路包含一变压器、一与变压器并联的电容器、位于电容器两端的复数个开关元件及一与变压器两端电性连结的振荡电路。上述驱动电路是电性连结至上述换流器电路，用以控制交流电压以调整光源的导通时间。当直流电压停止输入至变压器时，此驱动电路将打开换流器电路的复数个开关元件，使换流器电路的电容器与上述变压器形成电性隔绝，以避免电压振荡并将能量储存于电容器中。

Description

光源亮度控制电路及亮度控制方法

技术领域

本发明是与光源控制电路有关，特别是关于一种光源亮度控制电路及亮度控制方法。

背景技术

随着科技发展与进步，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)在电脑、通讯与消费性3C电子产业中已经大规模地取代了一般传统的阴极射线管显示器(cathode ray tube，CRT)。LCD显示器与传统CRT显示器相较之下具有厚度较薄、重量较轻以及低辐射的优点，故液晶显示面板可适用于时下热门的电子产品，如笔记型电脑、掌上电脑(personal digital assistant，PDA)、移动电话、数字相机、平面电视、投影机、数字摄影机、以及数字相框等。

在LCD显示器中，它是利用背光模组而提供显示器的背光源。一般而言，为了让使用者能在各种环境下清晰观看液晶显示面板所显示的画面，背光源的亮度必须是可调整的。在室外强光环境下，背光源的亮度必须较背景光线还亮，而若是在较黑暗的环境中，则须减弱背光源的亮度以提供柔和的光线并降低眼睛的疲劳。液晶显示面板通常是藉由调整(regulate)背光源开关的时间的比例或调整通过背光源的电流而控制其亮度。液晶显示面板的背光模组通常包含光源以及用以驱动光源的换流器电路。上述换流器电路将输入端的直流电压转换为交流电压，并以交流电压驱动光源。如熟悉此领域的技艺者所知，电路设计者可利用LC振荡原理而将直流电转换为交流电。

另外，为控制光源的亮度，一常见的方法是利用一脉波宽度调变器(pulse width modulator，PWM)所提供的信号而调整供应至灯管的交流电压的脉宽(时间的长度)。当上述交流电压的脉宽越宽时，灯管的亮度越高，反之，当交流电压的脉宽越窄时，则灯管的亮度越低。然而，采用上述LC振荡原理及脉波宽度调变器的灯管亮度控制电路却在关闭灯管时(即PWM信号为0时)因LC振荡而使灯管亮度难以降低的缺点。参照图1，其为公知灯管亮度控制电路的脉波宽度调变器的输出电压vs.时间图与换流器的输出电压vs.时间图(时间单位为毫秒)。如图所示，当脉波宽度调变器的信号为1时，换流器将把交流电压输出至灯管，并藉由PWM信号的时间长度W(脉宽)而控制灯管的亮度。然而，当PWM信号切换为0时，换流器的输出电压却仍需经过一段时间的电压振荡方可回归于0伏特，使得灯管亮度难以降低。

参照图2，其为公知灯管亮度控制电路的脉波宽度调变器的输出电压vs.时间图与换流器的输出电压vs.时间图。其时间单位为微秒，由图可明显观察到PWM信号由1切换为0时，换流器所经历的电压振荡。

美国专利第5,939,830号公开了一种调整LCD显示器的背光模组灯管亮度的方法与装置，用以缩短上述电压振荡的时间。参照图3，其为公知技术(美国专利第5,939,830号)的灯管亮度控制电路图。当灯管亮度控制电路300的开关S1为关闭时(导通状态)，直流电源+V将透过电感器L1施加于变压器340的中间接点346。由于电容器C1与变压器的一次侧绕组(primary winding)342并联，搭配开关控制器330所控制的开关元件S2与S3的交错关闭将使一次侧绕组342与电容器C1之间产生LC振荡。如此一来，直流电源+V将转换为交流电源，并透过变压器340的二次侧绕组(secondary winding)344而施加于待控装置310上。为了控制待控装置310的亮度，灯管亮度控制电路300利用脉波宽度调变器320控制开关元件S1关闭及打开的时间长度，以调整待控装置310的通电时间。

为了改善上述PWM信号由1切换至0时所产生的LC振荡问题，其于电感器L1与中间接点346间加入了一由脉波宽度调变器320的输出信号324所控制的开关元件S4。当开关元件S1打开时(输出信号322为0时)，输出信号324将由0切换为1，以使开关元件S4关闭(导通)。如此一来，储存于一次侧绕组342的能量将被导入地面，因而大幅缩短待控装置310的电压振荡时间。

然而，由于上述解决方案是主要利用一次侧绕组342接地来改善LC效应的影响，但也因而导致能量浪费，当待控装置310亮度越低时，背光模组的电器效率也就越差。另外，即使开关元件S4适时关闭，但由于电容器C1与变压器的一次侧绕组342仍具有电性连结，故依然会产生LC振荡。因此，待控装置310上的电压仍需经过一段时间方可回归至0伏特。因而当待控装置310亮度越低时，待控装置310的亮度仍然难以降低。

上述先前技术亦提及可将开关元件S4设置于变压器340的二次侧绕组344上，以于开关元件S1打开的际将储存于变压器340的能量导引至地面。如此依然会导致能量耗损情形，因此待控装置310亮度越低时，背光模组的电器效率越差。如此，开关元件S4必须能承受极大的电压，进而提高灯管亮度控制电路的成本。

有鉴于上述，本发明提出一种光源亮度控制电路及亮度控制方法，其具有在低亮度时提高背光模组的电器效率的效果，并可以较低成本达到更容易降低灯管亮度的目的，且亦可减少能量的损耗。

发明内容

本发明的一目的是在于提供一种光源亮度控制电路，以使灯管在较低亮度的情况下，仍可轻易调降其亮度。

本发明的另一目的是在于提供一种光源亮度控制电路，以在灯管亮度较低的情况下提高背光模组效率。

本发明的又一目的是在于提供一种光源亮度控制电路，以使电路中的电容器与电感器之间形成电性隔绝，避免LC振荡的发生，进而使灯管上的电压迅速降低至接近0伏特的准位，且将能量储存于电容器中，以渐少能量的损耗。

本发明提供一种光源亮度控制电路，用以控制一待控装置的亮度，其包含一换流器电路及一驱动电路，上述换流器电路是电性耦合至待控装置，用以将输入的直流电转换成交流电，并输出交流电至待控装置。上述换流器电路包含一变压器、一与变压器并联的电容器及位于电容器两端的复数开关元件。上述驱动电路是电性连结至上述换流器电路，用以控制直流电的供给，并于直流电停止输入至变压器时控制复数开关元件，使电容器与变压器形成电性隔绝。

本发明提供一种光源亮度控制电路，其包含：一光源、一直流电源供应器、一电源开关元件、一换流器电路及一脉波宽度调变器。上述直流电源供应器是用以提供直流电，而电源开关元件是电性连结至直流电源供应器。上述换流器电路是与光源电性连结，用以将直流电转换为交流电，其包含：一具有一次侧绕组及二次侧绕组的变压器；一与变压器的一次侧绕组并联的电容器；与变压器的一次侧绕组电性连结的第一组开关元件；与第一组开关元件电性连结的开关控制器，用以控制第一组开关元件的交错关闭，使电容器与一次侧绕组产生LC振荡；及设置于电容器两侧的第二组开关元件。上述脉波宽度调变器与电源开关元件及第二组开关元件电性连结，用以控制电源开关元件的输出信号，并于直流电停止输出时，控制第二组开关元件，使电容器与变压器电性隔绝。

本发明提供一种光源亮度控制方法，该方法包含下列步骤。首先，提供直流电源至换流器，使换流器输出交流电源至待控光源。接着，于直流电源停止输入至换流器时，绝缘换流器内的电容器与变压器，并控制换流器与地面电性隔绝，以使能量储存于换流器的电容器中。

附图说明

本发明可藉由说明书中若干较佳实施例及详细叙述以及后附图式得以了解。然而，此领域的技艺者应得以领会所有本发明的较佳实施例是用以说明而非用以限制本发明的申请专利范围，其中：

图1为一公知灯管亮度控制电路的脉波宽度调变器的输出电压vs.时间图及换流器的输出电压vs.时间图(时间单位为毫秒)；

图2为一公知灯管亮度控制电路的脉波宽度调变器的输出电压vs.时间图及换流器的输出电压vs.时间图(时间单位为微秒)；

图3为一公知技术的灯管亮度控制电路图；

图4是本发明的光源亮度控制电路的示意图；

图5是本发明的灯管亮度控制电路的较佳实施例的电路示意图；

图6为公知技术与本发明的灯管亮度控制电路的脉波宽度调变器的输出电压vs.时间图及换流器的输出电压vs.时间图(时间单位为微秒)

【主要元件符号说明】

300    灯管亮度控制电路    310    待控装置

320    脉波宽度调变器      322    输出信号

324    输出信号            330    开关控制器

340    变压器              342    一次侧绕组

344    二次侧绕组          346    中间接点

400    光源亮度控制电路    410    直流电源

420    驱动电路            430    换流器电路

432    振荡电路            434    变压器

436    一次侧绕组          438    中间接点

440    光源                500    灯管亮度控制电路

510    待控装置            520    脉波宽度调变器

522    输出信号            526    输出信号

530    开关控制器          540    变压器

542    一次侧绕组          544    二次侧绕组

546    中间接点

具体实施方式

本发明将配合其较佳实施例与随附的图示详述于下。应可理解者为本发明中所有的较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制。因此除文中的较佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其他实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以权利要求书及其同等领域而定。

参照图4，它是本发明的光源亮度控制电路的示意图。如图所示，光源亮度控制电路400耦合至一直流电源410，驱动电路420是电性耦合至换流器电路430及开关元件S3。在一实施例中，换流器电路430包含一振荡电路432、一变压器434、一电容器C1及开关元件S1与S2。一待控制装置耦合于上述的换流器电路430，于本例中所述待控装置可为一光源440，例如灯管。电容器C1是与变压器434的一次侧绕组436并联，而开关元件S1与S2则连结于电容器C1的两端。开关元件S1及S2的开关透过驱动电路420控制。当直流电源410透过开关元件S3(由驱动电路420所控制)施加于变压器434的中间接点438时，由于电容器C1与变压器434的一次侧绕组436并联，搭配振荡电路432将使电容器C1与一次侧绕组436之间产生LC振荡，进而将直流电源转换为交流电源。

在若干实施例中，当直流电源410停止输入至变压器434时，可透过驱动电路420将开关元件S1与S2打开(断路)，使电容器C1与变压器434形成电性隔绝，如此将可避免电压振荡并可将能量储存于电容器C1中。驱动电路420可透过开关元件S3控制电源的供应，藉控制光源440的导通时间而调整光源440的亮度。

参照图5，它是本发明的灯管亮度控制电路的较佳实施例的电路示意图。当灯管亮度控制电路500中的开关元件S1为关闭(导通状态)，且开关元件S4、S5亦为关闭(导通)时，直流电源+V将透过电感器L1而施加于变压器540的中间接点546。由于电容器C1是与变压器540的一次侧绕组542并联，透过开关控制器530使得开关元件S2、S3交错关闭，使一次侧绕组542及电容器C1之间产生LC振荡。因此，直流电源+V将转换为交流电源，此交流电源将经由变压器540的二次侧绕组544及安定器(ballast)L2而施加于待控装置(本实例中待控装置为灯管510)上。安定器L2可避免过大的电流进入灯管510而造成损坏。

在此实施例中，开关元件S4、S5是分别设置于电容器C1的两侧，并利用脉波宽度调变器520的输出信号526控制其开关(导通或断路)。在驱动待控装置发光时，脉冲宽度调变器520的输出信号526为1，故开关元件S4、S5是处于关闭(导通)状态。而欲调整待控装置510的亮度时，输出信号522将由1变为0，以调整时间长度W，进而控制待控装置的亮度。输出信号522由1变为0的同一时间，脉波宽度调变器520的另一输出信号526亦将同时由1变为0。如此，开关元件S4、S5均处于打开的状态(断路)，使电容器C1完全与变压器540的一次侧绕组542电性隔绝。此外，透过开关控制器530将开关元件S2、S3打开(断路)。如此一来，由于电容器C1与变压器540的一次侧绕组542完全电性隔绝，LC振荡的现象将不会发生。因此施加于待控装置510的电压将于输出信号522由1变为0之后迅速掉回至0伏特附近，亦不会再有电压振荡的现象发生。在若干实施例中，上述待控装置510可为一光源，例如冷阴极萤光灯、发光二极体、白炽灯或卤素灯。

图6为公知技术与本发明的灯管亮度控制电路的脉波宽度调变器的输出电压vs.时间图及换流器的输出电压vs.时间图。如图所示，电压波形A与B分别为公知技术的脉波宽度调变器320的输出信号322的电压波形及待控装置310于理论上的电压波形，而电压波形C与D则分别为本发明的脉波宽度调变器520的输出信号522的电压波形及待控装置510于理论上的电压波形。比较电压波形B与D的后可明显看出依据本发明而施加于待控装置510的电压未有任何电压振荡。由于输出信号522从1变为0的后未有电压振荡的现象，因此对待控装置510发光的贡献将绝大部分来自于时间长度W内的电压波形。换言之，相较于公知技术，本发明中的待控装置510在较低亮度的情况下，其亮度将可更容易被调降，因此亮度下降的余裕度将更大。

另外，由于开关元件S4、S5均已打开(断路)，且开关元件S2、S3亦为断路状态，因此能量将被储存于电容器C1中。由于本发明所提供的灯管亮度控制电路可储存能量，因此在背光模组亮度较低时将更为省电，并将具有较佳的电器效率。此外，由于开关元件S5及S6毋需承受极大的电压，因此可采用一般晶体管的开关元件，进而降低灯管亮度控制的成本。

根据本发明的观点，本发明进一步提供了一种控制灯管亮度的方法。其所需的步骤如下所述。

本发明首先将提供一直流电源至一换流器(包括电容器与变压器)，以使换流器输出一交流电源。接着，输出交流电源至一灯管的两端，以使灯管发光。然后，利用一脉波宽度调变器控制直流电源输入至换流器的时间长度W。于直流电源停止输入至换流器的期间，控制换流器内的电容器与变压器电性隔绝，并控制换流器与地面电性隔绝，以使能量储存于换流器的电容器中。

上述叙述是本发明的较佳实施例。此领域的技艺者应得以领会其是用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视上述的权利要求及其等同领域而定。凡熟悉此领域的技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的变动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在上述的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种光源亮度控制电路，用以控制一待控装置的亮度，其特征为，包含：

一换流器电路，电性耦合至该待控装置，用以将输入的直流电转换成交流电，并输出该交流电至该待控装置，其中该换流器电路包含：

一变压器；

一电容器，与该变压器并联；

复数开关元件，位于该电容器两端；及

一驱动电路，电性连结至该换流器电路，用以控制该直流电的供给，并于该直流电停止输入至该变压器时控制该复数开关元件，使该电容器与该变压器形成电性隔绝。

2.如权利要求1所述的光源亮度控制电路，其特征在于，还包含振荡电路电性连接至该变压器的两端，使该变压器与该电容器产生LC振荡。

3.如权利要求2所述的光源亮度控制电路，其特征在于，该振荡电路包含一开关控制器及二个接地的开关元件。

4.如权利要求1所述的光源亮度控制电路，其特征在于，该驱动电路包含一脉波宽度调变器。

5.如权利要求1所述的光源亮度控制电路，其特征在于，还包含一安定器设置于该光源及该换流器电路之间。

6.一种光源亮度控制电路，其特征在于，包含：

一直流电源供应器，用以提供直流电；

一电源开关元件，与该直流电源供应器电性连结；

一换流器电路，与该光源电性连结，用以将该直流电转换为交流电，该换流器电路包含：

一变压器，具有一次侧绕组及二次侧绕组；

一电容器，与该变压器的该一次侧绕组并联；

第一组开关元件，与该变压器的该一次侧绕组电性连结；

开关控制器，与该第一组开关元件电性连结，用以控制该第一组开关元件的交错关闭，使该电容器与该一次侧绕组产生LC振荡；

第二组开关元件，设置于该电容器的两侧；及

一脉波宽度调变器，与该电源开关元件及该第二组开关元件电性连结，用以控制该电源开关元件的输出信号，并于该直流电停止输出时，控制该第二组开关元件，使该电容器与该变压器电性隔绝。

7.如权利要求6所述的光源亮度控制电路，其特征在于，还包含一安定器设置于该光源及该变压器的二次侧绕组之间。

8.一种光源亮度控制方法，其特征在于，该方法包含：

提供直流电源至换流器，使该换流器输出交流电源至待控光源；

于该直流电源停止输入至该换流器时，绝缘该换流器内的电容器与变压器，并控制该换流器与地面电性隔绝，以使能量储存于该换流器的该电容器。

9.如权利要求8所述的光源亮度控制方法，其特征在于，还包含利用一脉波宽度调变器控制该直流电输入至该换流器的时间。

10.如权利要求9所述的光源亮度控制方法，其特征在于，还包含：

提供一振荡电路电性连结至该变压器的两端，使该变压器与该电容器产生LC振荡；

提供一组开关位于该电容器的两端，以利于控制该电容状态。

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