CN101895194B - 电压转换器、背光模块控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种背光模块控制系统，包含有复数个背光源次模块、一控制信号输出单元、一电压转换器以及复数个电流控制单元。该控制信号输出单元用来提供一电压控制信号、一电流控制信号以及复数个脉冲宽度调变信号；该电压转换器用来依据该电压控制信号以输出一输出电压至该复数个背光源次模块；每一个电流控制单元依据该电流控制信号来决定一相对应背光源次模块的电流，以及依据一相对应脉冲宽度调变信号来决定该相对应背光源次模块是否致能，此外，该复数个背光源次模块在同一时间中仅会有一背光源次模块被致能。

Description

电压转换器、背光模块控制系统及其控制方法

技术领域

本发明是有关于电压转换器以及背光模块控制系统，尤其涉及一种直流对直流电压转换器以及使用此电压转换器且利用色序法(color sequentialmethod)来驱动液晶显示器面板的背光模块控制系统。

背景技术

由于不同颜色的发光二极管在制程上以及材料上的差异，发光二极管接面的导通电压也会不一样，因此，当不同颜色的发光二极管建构在同一个背光模块上时，不同颜色的发光二极管所需要的操作电压也不同，因此背光模块控制系统会需要多个电压转换器以提供不同颜色的发光二极管所需的操作电压。请参考图1，图1为现有背光模块控制系统100的示意图。如图1所示，背光模块控制系统100包括一电源供应器110、复数个电压转换器120_1～120_N、复数个背光源次模块130_1～130_N以及复数个电阻R₁～R_N，其中每一个背光源次模块130_1～130_N包括复数个发光二极管。

在现有背光模块控制系统100的操作上，电压转换器120_1～120_N是将电源供应器110所提供的一输入电压转换为相对应背光源次模块130_1～130_N所需的操作电压，以驱动相对应的背光源次模块130_1～130_N。然而，因为需要多个电压转换器，因此会增加背光模块控制系统的制造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种只需要一个电压转换器的背光模块控制系统及其控制方法，以解决上述的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种电压转换器，包括一比较器、一锯齿波产生器、一转导放大器、一脉冲宽度调变信号产生器、一电感、一电流限制电路以及一输出端电路。该比较器用来比较一参考电压以及一回授电压以产生一第一电流，该锯齿波产生器用来依据该参考电压以产生一锯齿波电流，该转导放大器用来依据一输入电压以产生一第二电流，该脉冲宽度调变信号产生器用来依据该第一电流、该锯齿波电流以及该第二电流以产生一脉冲宽度调变信号，该电流限制电路用来限制该电感上的电流，以及该输出端电路用来依据来自该电感上的电流以产生一输出电压以及该回授电压。

一种背光模块控制系统，包括复数个背光源次模块、一控制信号输出单元、一电压转换器以及复数个电流控制单元。该控制信号输出单元用来提供一电压控制信号、一电流控制信号以及复数个脉冲宽度调变信号；该电压转换器耦接于该控制信号输出单元以及该复数个背光源次模块，且用来依据该电压控制信号以输出一输出电压至该复数个背光源次模块；该复数个电流控制单元分别耦接至该复数个背光源次模块，且每一个电流控制单元依据该电流控制信号来决定一相对应背光源次模块的电流，以及依据一相对应脉冲宽度调变信号来决定该相对应背光源次模块是否致能，此外，该复数个背光源次模块在同一时间中仅会有一背光源次模块被致能。

一种背光模块控制系统的控制方法，包括：提供一电压控制信号、一电流控制信号以及复数个脉冲宽度调变信号；依据该电压控制信号以输出一输出电压至复数个背光源次模块；依据该电流控制信号来决定一相对应背光源次模块的电流；以及依据该复数个脉冲宽度调变信号中的一相对应脉冲宽度调变信号来决定该相对应背光源次模块是否致能，其中该复数个背光源次模块在同一时间中仅会有一背光源次模块被致能。

本发明所提供的背光模块控制系统及其控制方法利用控制信号输出单元所输出的控制信号，便可以在仅使用一个电压转换器的情形下提供该复数个背光源次模块所需的操作电压，以循序驱动该复数个背光源次模块。因为本发明的背光模块控制系统仅需一个电压转换器，因此相较于需要多个电压转换器的习知背光模块控制系统，本发明确实能够大幅地降低制造成本。此外，因为本发明中的该复数个背光源次模块循序驱动，本发明所提供的电压转换器能够提供快速的电压转换，以输出正确的电压。

附图说明

图1是现有技术背光模块控制系统的示意图；

图2是本发明背光模块控制系统一实施例的示意图；

图3是图2所示背光模块控制系统的控制信号的时序图；

图4是图2所示第一、第二数字模拟转换器以及电压转换器的输入输出信号的电压准位示意图；

图5是图2所示的电压转换器的示意图；

图6是图5所示的电压转换器在各阶段的信号的时序图。

具体实施方式

请参考图2，图2是本发明背光模块控制系统200一实施例的示意图。

如图2所示，背光模块控制系统200包括一电源供应器210、一电压转换器220、一控制信号输出单元270、复数个背光源次模块(本实施例以3个背光源次模块230_1～230_3来作为范例说明)以及复数个电流控制单元(本实施例以3个电流控制单元260_1～260_3来作为范例说明)，其中控制信号输出单元270包括一处理器240、一第一数字模拟转换器250_1以及一第二数字模拟转换器250_2，且背光源次模块230_1为包括复数个绿色发光二极管的一绿色背光源次模块，背光源次模块230_2为包含有复数个红色发光二极管的一红色背光源次模块，以及背光源次模块230_3为包括复数个蓝色发光二极管的一蓝色背光源次模块。此外，背光模块控制系统200是应用于以色序法来驱动的液晶显示器面板，也就是复数个背光源次模块230_1～230_3在同一时间中仅会有一背光源次模块被致能。

请同时参考图2、图3以及图4，图3是图2所示背光模块控制系统200的控制信号的时序图，图4是图2所示第一、第二数字模拟转换器250_1、250_2以及电压转换器220的输入输出信号的电压准位示意图。在背光模块控制系统200的操作上，首先，在时间T₁中，第一数字模拟转换器250_1接收处理器240所输出的一第一数字信号D_a0，以产生一电压控制信号V_{ref_1}，之后，电压转换器依据电压控制信号V_{ref_1}以及电源供应器210所提供的一输入电压V_in以产生一输出电压V_out，在此时，第一数字信号D_a0为低准位(也就是数字信号“0”)、电压控制信号V_{ref_1}的电压准位为V_refH且输出电压V_out的电压准位为V₀₁，其中V₀₁为绿色背光源次模块230_1所需的一操作电压；此外，第二数字模拟转换器250_2接收处理器240所输出的两个第二数字信号D_r0、D_r1以产生一电流控制信号V_{ref_2}，之后电流控制单元260_1依据电流控制信号V_{ref_2}使得相对应的绿色背光源次模块230_1具有电流I_G，在此时，第二数字信号D_r0、D_r1均为低准位(也就是均为数字信号“0”)，且电流控制信号V_{ref_2}的电压准位为V₂₁；此外，电流控制单元260_1～260_3也分别接收处理器240所提供的复数个脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号(在本实施例为三个脉冲宽度调变信号V_dmG、V_dmR、V_dmB)以决定相对应的背光源次模块是否致能，在时间T₁中，因为只有绿色背光源次模块230_1需要被致能，因此脉冲宽度调变信号V_dmR、V_dmB为低电压准位(也就是背光源次模块230_2、230_3未致能)，而脉冲宽度调变信号V_dmG除了致能绿色背光源次模块230_1之外，也有调光的功能。

在时间T2中，第一数字信号D_a0为高准位(也就是数字信号“1”)，因此电压控制信号V_{ref_1}的电压准位为V_refL，且输出电压V_out的电压准位为V₀₂，其中V₀₂为红色背光源次模块230_2所需的一操作电压；此外，第二数字信号D_r0、D_r1分别为低、高准位(也就是分别为数字信号“0”、“1”)，且电流控制信号V_{ref_2}的电压准位为V₂₂，因此，电流控制单元260_2依据电流控制信号V_{ref_2}使得相对应的红色背光源次模块230_2具有电流I_R；此外，在时间T₂中，因为只有红色背光源次模块230_2需要被致能，因此脉冲宽度调变信号V_dmG、V_dmB是为低电压准位(也就是说背光源次模块230_1、230_3未致能)，而脉冲宽度调变信号V_dmR除了致能绿色背光源次模块230_2之外，也有调光的功能。

同样地，在时间T₃中，第一数字信号D_a0为低准位(也就是数字信号“0”)，因此电压控制信号V_{ref_1}的电压准位为V_refH，且输出电压V_out的电压准位为V₀₁，其中V₀₁为蓝色背光源次模块230_3所需的一操作电压；此外，第二数字信号D_r0、D_r1分别为高、低准位(也就是说分别为数字信号“1”、“0”)，且电流控制信号V_{ref_2}的电压准位为V₂₃，因此，电流控制单元260_3依据电流控制信号V_{ref_2}使得相对应的蓝色背光源次模块230_3具有电流I_B；此外，在时间T₃中，因为只有蓝色背光源次模块230_3需要被致能，因此脉冲宽度调变信号V_dmG、V_dmR为低电压准位(也就是说背光源次模块230_1、230_2未致能)。

此外，时间T₁至T₃是一图框时间(frame time)，也就是说绿色背光源次模块230_1、红色背光源次模块230_2以及蓝色背光源次模块230_3是在一图框时间内循环被致能。

此外，图4所示的第一数字信号D_a0、电压控制信号V_{ref_1}以及输出电压V_out之间的转换关仅为一范例说明，在实作上，只要输出电压V_out符合所需驱动的背光源次模块的一操作电压，数字信号D_a0以及电压控制信号V_{ref_1}可以依设计者的考虑来设定；同理，只要背光源次模块230_1～230_3的电流为I_G、I_R、I_B，第二数字信号D_r0、D_r1以及电流控制信号V_{ref_2}也可依据设计者的考虑来加以设定。

需注意的是，在本实施例中，因为绿色背光源次模块230_1以及蓝色背光源次模块230_3的操作电压相同，因此处理器240仅输出一个第一数字信号D_a0，然而，若是绿色背光源次模块230_1以及蓝色背光源次模块230_3需要不同的操作电压，处理器也可输出两个或多个第一数字信号，以使得电压控制信号V_{ref_1}以及输出电压V_out具有至少三个电压准位，以驱动背光源次模块230_1～230_3，而这些设计上的变化也属于本发明的范畴。

此外，在本发明中，电压控制信号V_{ref_1}以及电流控制信号V_{ref_2}分别由处理器240所输出的第一数字信号D_a0、第二数字信号D_r0、D_r1经由数字模拟转换器所产生，然而，处理器240也可直接输出电压控制信号V_{ref_1}以及电流控制信号V_{ref_2}，此外，第一数字模拟转换器250_1也可整合至电压转换器220中，而这些设计上的变化也属于本发明的范畴。

此外，因为本发明的背光模块控制系统是应用于色序法驱动的液晶显示器面板，因此电压转换器需要很快的转换速度，然而，现有技术的直流/直流电压转换器因为受限于系统的低频宽，因此当电压控制信号V_{ref_1}发生变化时，现有技术的电压转换器无法立即反应以输出正确的输出电压，因此本发明另外提出一种电压转换器以能够快速地切换至所需的输出电压。

请参考图5，图5是图2所示的电压转换器220的示意图。如图5所示，电压转换器220包括一比较器510、一锯齿波产生器520、一转导放大器530、一分压电路532、一脉冲宽度调变信号产生器540、一电感L、一电流限制电路550以及一输出端电路560，其中电流限制电路550包括一比较器552、一正反器554、一与门(AND gate)556、一驱动电路558、一晶体管MN₁以及一电阻R_L1，且输出端电路560包括一萧基二极管(Schottky diode)562、一电容C_load以及一分压电路564，其中分压电路564包括两电阻R_F1以及R_F2。

请同时参考图5以及图6，图6是图5所示的电压转换器220在各阶段的信号的时序图。在第一阶段S1，系统的输出电压V_out等于图3所示的V₀₂且已经维持在一稳态，而脉冲宽度调变信号V_PWM的责任周期(Duty cycle)也在稳定状态，此时，电压控制信号V_{ref_1}是V_refL，且回授电压V_fb也等于(或很接近)V_refL；在第二阶段S2中，电压控制信号V_{ref_1}瞬间变成较高的电压值V_refH，此时，比较器510比较电压控制信号V_{ref_1}以及回授电压V_fb以产生一第一电流I_c，且锯齿波产生器520也依据电压控制信号V_{ref_1}以产生具有较大上下边界的锯齿波电流I_a，此外，转导放大器530依据来自分压电路532的电压b*V_in以产生一第二电流I_ad(在本例中，b＝R_F1/(R_F1+R_F2))；之后，脉冲宽度调变信号产生器540依据第一电流I_c、锯齿波电流I_a以及第二电流I_ad来产生脉冲宽度调变信号V_PWM；由上述可知当电压控制信号V_{ref_1}改变至较高参考值时，I_c+I_ad快速变成较小电流而I_a也快速形成较高电流，将I_c+I_ad与I_a进行比较，可以使得脉冲宽度调变信号V_PWM快速转换并维持在最高准位，而由于V_PWM在最高准位，使得晶体管MN1完全导通。

当晶体管MN1完全导通时，节点Node1的电压准位会降至接近接地电压，而使得电感L两侧瞬间具有较大的电压差而导致电感电流I_L快速上升，为了防止电感电流I_L过高而烧坏整个电路，因此当电感电流I_L接近所设定的一预定值(也就是最高电流)时，电流限制电路550会强制关闭晶体管MN1，当晶体管MN1关闭时，电感电流I_L的能量也因此藉由萧基二极管562将能量传送至外部电容C_load，此时电流限制电路550中的比较器552的输入正端会回到零，而在本例中，比较器552的输入负端的一参考电压V_refCL设定为0.2V，因此比较器552所输出的比较后电压V_clo经过正反器554、与门556以及驱动电路558以控制晶体管MN1的关闭或是开启，等下一个周期会使得晶体管MN1再度打开，而形成一个电流限制电路回路，而整个电压转换器220改由电流限制电路所控制。在此时，电感电流I_L会维持在最高的输出电流(也就是该预定值)，而可以使得输出电压V_out可以迅速的达到所需的电压准位。

在第三阶段S₃中，当输出电压V_out接近背光源次模块所需要的驱动电压值时(在本例中为图3所示V₀₁)，则输出电压V_out经由分压电路564所产生的回授电压V_fb会渐渐接近电压控制信号V_{ref_1}(V_refH)，而此时第一电流I_c会快速降至0，使得脉冲宽度调变信号V_PWM可以快速地切换回正确的周期。

在第四阶段S₄中，电压控制信号V_{ref_1}瞬间变成较低的电压值V_refL，此时，I_c+I_ad快速变成较大电流而I_a也快速形成较低电流，将I_c+I_ad与I_a进行比较，可以使得脉冲宽度调变信号V_PWM快速转换并维持在最低准位，而由于脉冲宽度调变信号V_PWM在最低准位，会使得晶体管MN₁关闭，而此时输出电压V_out会下降。

在第五阶段S₅中，当输出电压V_out接近背光源次模块所需要的驱动电压值时(在本例中为图3所示的V₀₂)，则输出电压V_out经由分压电路564所产生的回授电压V_fb会渐渐接近电压控制信号V_{ref_1}(V_refL)，而此时第一电流I_c会快速的降至0，使得脉冲宽度调变信号V_PWM可以快速地切换回正确的周期。

综上所述，本发明背光模块控制系统是应用于以色序法来驱动的液晶显示器面板，相较于现有技术的背光模块控制系统，本发明仅需要一个电压转换器，且该电压转换器具有较快的电压转换速率，因此可以在不降低显示质量情况下确实降低背光模块的制造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种电压转换器，其特征在于，包括：

一比较器，用来比较一参考电压以及一回授电压以产生一第一电流；

一锯齿波产生器，用来依据该参考电压以产生一锯齿波电流；

一转导放大器，用来依据一输入电压以产生一第二电流；

一脉冲宽度调变信号产生器，耦接于该比较器、该锯齿波产生器以及该转导放大器，用来依据该第一电流、该锯齿波电流以及该第二电流以产生一脉冲宽度调变信号；

一电感，耦接于一电压输入端点；

一电流限制电路，耦接于该脉冲宽度调变信号产生器以及该电感，用来限制该电感上的电流；以及

一输出端电路，耦接于该电感、该比较器以及一电压输出端点，用来依据来自该电感上的电流以产生一输出电压以及该回授电压；

其中，该电流限制电路包括：

一晶体管，其耦接于该电感；

一比较器，其输入正端耦接于该晶体管的输出端，其输入负端输入一参考电压；

一正反器，耦接于该比较器输出端；

一与门，其一输入端耦接于该正反器的输出端，其另一输入端耦接于该脉冲宽度调变信号产生器的输出端；以及

一驱动电路，其输入端耦接于该与门的输出端，其输出端耦接于该晶体管。

2.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，还包括：

一分压电路，耦接于该电压输入端点以及该转导放大器，用来依据该输入电压以产生一分压后输入电压，且该转导放大器是依据该分压后输入电压以产生该第二电流。

3.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述输出端电路包括：

一萧基二极管；

一电容，耦接于该萧基二极管以及该电压输出端点；以及

一分压电路，耦接于该电压输出端点，用来依据该输出电压以产生该回授电压。

4.一种背光模块控制系统，其特征在于，包括：

复数个背光源次模块，其中每一个背光源次模块包括至少一背光源；

一控制信号输出单元，用来提供一电压控制信号、一电流控制信号以及复数个第一脉冲宽度调变信号；

一电压转换器，耦接于该控制信号输出单元以及该复数个背光源次模块，用来依据该电压控制信号以输出一输出电压至该复数个背光源次模块；以及

复数个电流控制单元，分别耦接至该复数个背光源次模块，每一个电流控制单元耦接于该控制信号输出单元，并依据该电流控制信号来决定一相对应背光源次模块的电流，以及依据该复数个第一脉冲宽度调变信号中的一相对应第一脉冲宽度调变信号来决定该相对应背光源次模块是否致能；

其中该复数个背光源次模块在同一时间中仅会有一背光源次模块被致能；

其中，所述电压转换器进一步包括：

一比较器，用来比较该电压控制信号以及一回授电压以产生一第一电流；

一锯齿波产生器，用来依据该电压控制信号以产生一锯齿波电流；

一转导放大器，用来依据一输入电压以产生一第二电流；

一脉冲宽度调变信号产生器，耦接于该比较器、该锯齿波产生器以及该转导放大器，用来依据该第一电流、该锯齿波电流以及该第二电流以产生一脉冲宽度调变信号；

一电感，耦接于一电压输入端点；

一电流限制电路，耦接于该脉冲宽度调变信号产生器以及该电感，用来限制该电感上的电流；所述电流限制电路包括：

一晶体管，其耦接于该电感；

一比较器，其输入正端耦接于该晶体管的输出端，其输入负端输入一参考电压；

一正反器，耦接于该比较器输出端；

一与门，一输入端耦接于该正反器的输出端，另一输入端耦接于该脉冲宽度调变信号产生器的输出端；以及

一驱动电路，其输入端耦接于该与门的输出端，其输出端耦接于该晶体管；以及

一输出端电路，耦接于该电感、该比较器以及一电压输出端点，用来依据来自该电感上的电流以产生一输出电压以及该回授电压。

5.如权利要求4所述的背光模块控制系统，其特征在于，所述复数个背光源次模块分别为一红色背光源次模块、一绿色背光源次模块以及一蓝色背光源次模块，且该红色背光源次模块包含至少一红色发光二极管、该绿色背光源次模块包含至少一绿色发光二极管以及该蓝色背光源次模块包含至少一蓝色发光二极管。

6.如权利要求4所述的背光模块控制系统，其特征在于，所述控制信号输出单元包括：

一处理器，用来提供至少一第一数字信号以及至少一第二数字信号；

一第一数字模拟转换器，耦接于该处理器以及该电压转换器，用来依据该第一数字信号以输出该电压控制信号；以及

一第二数字模拟转换器，耦接于该处理器以及该复数个电流控制单元，用来依据该第二数字信号以输出该电流控制信号。

7.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，还包括：

一分压电路，耦接于该电压输入端点以及该转导放大器，用来依据该输入电压以产生一分压后输入电压，且该转导放大器依据该分压后输入电压以产生该第二电流。

8.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述输出端电路包括：

一萧基二极管；

一电容，耦接于该萧基二极管以及该电压输出端点；以及

一分压电路，耦接于该电压输出端点，用来依据该输出电压以产生该回授电压。

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