CN101909378A - 发光二极管驱动装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管驱动装置以及方法。发光二极管驱动装置包括电压供应器、电路以及补偿电路。其中电压供应器用以提供正电压与负电压，电路耦接至正电压与负电压之间。在此，电路具有负载以及发光二极管，发光二极管与负载互相串接。补偿电路用以感测负载的两端的电压，藉以产生补偿信号，并且由补偿信号调整正电压或负电压。因此，藉由提供正电压与负电压可减少发光二极管驱动装置的电压应力。

Description

发光二极管驱动装置及方法

技术领域

本发明是有关于一种背光驱动技术，且特别是有关于一种发光二极管驱动装置与方法。

背景技术

对于平面显示器(flat panel display)的领域而言，这个领域包含液晶显示器(liquid crystal display，简称LCD)、场发射显示器(fieldemission display，简称FED)、有机发光二极管(organic light emittingdiode，简称OLED)、以及等离子体显示器面板(plasma display panel，简称PDP)。其中以液晶显示器因具有低电压操作、无辐射线散射等优点，成为市面上显示器产品的主流。

一般而言，液晶显示器包括一个液晶显示面板以及一个发光二极管(light emitting diode，简称LED)驱动装置。LED驱动装置的显示方式包括透射显示以及反射显示。透射显示的液晶显示器由液晶显示面板背后的发光二极管提供背光源，而观看则在液晶显示面板另一侧。详细来说，由于液晶显示面板并不具备自发光的特性，因此必须在液晶显示面板的下方放置发光二极管驱动装置，以提供透射显示的液晶显示器所需要的背光源。透过背光源的提供，背光源经过液晶显示面板的偏光，使得人眼能感受到液晶显示面板上的色彩。

而这种类型的液晶显示器多用在需高亮度显示的应用中，例如计算机显示器、个人数字助理和手机中。但随着液晶显示面板的尺寸变大，用于照亮液晶显示面板的发光二极管驱动装置的功率消耗越来越高，且以高电压驱动发光二极管驱动装置时，装置中的组件所承受的电压应力也会产生安规认列的问题。为了要方便说明公知技术利用发光二极管驱动装置所衍生出的缺点，以下将搭配相关图式来做解释。

图1绘示公知的一种发光二极管驱动装置。参照图1，发光二极管驱动装置100由电压供应器110、发光二极管串行130以及电阻120组成，发光二极管串行130包括以串联方式组成的多颗发光二极管。在操作此发光二极管驱动装置100时，电压供应器110接收一个输入电压，并将此电压转换成一个直流电压V_x从端点V11输出，而经过端点V11的直流电压V_x由发光二极管串行130接收。此发光二极管串行130具有一个工作电压V_eff1，工作电压V_eff1为在端点V11与端点V12之间的电压差值。此发光二极管串行130经过端点V12耦接电阻120，且电阻120电性连接至接地面GND。

继续参照图1，电压供应器110、电阻120、发光二极管串行130与接地面GND形成一个电流路径。因此，当液晶显示面板的尺寸变大，表示发光二极管串行130中的发光二极管个数也随面板尺寸增加，将会使得发光二极管串行130的工作电压V_eff1也随之增大。换句话说，会对电压供应器110产生较高的电压应力，并且在此电压应力之下会有安规认列的疑虑。

为了减少上述电压应力的问题，图2绘示另一种公知的发光二极管驱动装置，参照图2，发光二极管驱动装置200包括电压供应器210、发光二极管并联组230以及电阻220，发光二极管并联组230包括以并联方式组成的多个发光二极管串行231、232。其中发光二极管驱动装置200，电压供应器210从接收一个输入电压并将此电压转换成一个直流电压V_x，而经过端点V21的直流电压V_x由发光二极管并联组230接收，此发光二极管并联组230具有一个工作电压V_eff2，工作电压V_eff2为端点V21与端点V22的电压差值。此发光二极管并联组230经过端点V22耦接电阻220，且电阻220电性连接至接地面GND。同时比较图1与图2，以发光二极管串行130与发光二极管并联组230包含相同数量的发光二极管而言，图2中以并联方式组成的多个发光二极管串行231、232可减少每个串行中所包含的发光二极管的数量，也就是说，图1的发光二极管串行130的工作电压V_eff1大于图2的发光二极管并联组230的工作电压V_eff2，藉此，图2的发光二极管并联组230可减低电压应力并避免安规认列的疑虑，但会因为每个发光二极管串行231、232的等效电阻不匹配，而使得流经每个发光二极管串行231、232的电流不相等，造成亮度不均的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种发光二极管驱动装置，可以降低发光二极管驱动装置的电压应力，并可以改善安规认列的问题。

本发明提供一种发光二极管驱动方法，可以改善安规认列的问题。

本发明提出一种发光二极管驱动装置，包括电压供应器、电路及补偿电路，其中电压供应器提供正电压与负电压，而电路包括负载及发光二极管，且电路耦接于正电压与该电压之间，补偿电路感测负载的两端的电压，藉以产生补偿信号，此补偿信号用以调整正电压或负电压。

在本发明的一实施例中，上述的补偿电路包括比较单元及控制单元。比较单元感测负载的两端的电压差值，藉以产生回授信号。控制单元耦接比较单元及电压供应器，参考回授信号提供补偿信号。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元包括回授信号端、调光信号端及逻辑组件。其中回授信号端耦接比较单元，用以接收回授信号。调光信号端耦接脉宽调变单元，接收调光信号。逻辑组件参考回授信号及调光信号，用以产生可以稳定发光二极管驱动装置的补偿信号。

在本发明的一实施例中，上述的电压供应器包括正电压电路及负电压电路。正电压电路提供正电压，并依据补偿信号调整正电压。负电压电路依据正电压产生负电压。此外，负电压可为负电压。

在本发明的一实施例中，上述的电压供应器包括一个开关可依据补偿信号，以调整正电压。其中开关可为金氧半晶体管，藉由补偿信号调整金氧半晶体管的导通比，据以调整正电压。

本发明提出一种发光二极管驱动方法，提供正电压与负电压耦接至电路。接着，感测电路中串接负载的两端的电压差值产生补偿信号，藉此补偿信号以调整正电压或负电压。

在本发明的一实施例中，上述的补偿信号由回授信号与调光信号组成，可总合上述的信号调整电压供应器输出的正电压，而负电压可藉由正电压调整。

基于上述，本发明使用电压供应器提供正电压与负电压，可降低发光二极管驱动装置的电压应力，并可以改善安规认列的问题。

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绘示公知的一种发光二极管驱动装置。

图2绘示公知的另一种发光二极管驱动装置。

图3A绘示本发明一实施例的发光二极管驱动装置。

图3B绘示本发明另一实施例的发光二极管驱动装置。

图4绘示本发明的一实施例的一种发光二极管驱动方法的流程图。

具体实施方式

在公知的发光二极管驱动装置中，利用正电压到接地面的电压差值以驱动发光二极管串行。然而，此作法当串行之中的发光二极管的数量增加时，电压供应器所需提供电压会随之提高，不但会使电压应力增大，装置中的组件也需要较高规格，并且会产生安规认列上的问题。

有鉴于此，在本发明的实施例中，使用可提供正电压与负电压的电压供应器，使得发光二极管驱动装置可在正电压与负电压之间形成一个电流路径。相对的，公知技术只在正电压到接地面之间形成一个电流路径。也就是说，在驱动相同数量的发光二极管时，公知技术会需要较高的正电压。本发明的实施例因为提供了负电压，可以降低驱动相同数量的发光二极管的正电压，也就是说，可以降低因为高电压所产生的电压应力。

另外，可以选用两个提供较小电压的电压供应器，分别供应正电压与负电压，取代使用一个输出较高电压的电压供应器。换句话说，可以选用耐压性较低的组件，使得发光二极管驱动装置成本降低。下面将参考附图详细阐述本发明的实施例，附图举例说明了本发明的示范实施例。

在以下说明中，为呈现对本发明的说明的一贯性，故在不同的实施例中，若有功能与结构相同或相似的组件会用相同的组件符号与名称。

[第一实施例]

请参照图3A，图3A绘示本发明一实施例的发光二极管驱动装置。发光二极管驱动装置300包括电压供应器310、补偿电路320以及电路330。电路330包括发光二极管串行331以及负载332，发光二极管串行331可由多个发光二极管组成。

此外，电压供应器310经过端点V31耦接电路330以提供正电压，此正电压用以表示大于零的电压。电压供应器310经过端点V33耦接电路330以提供负电压，此负电压用以表示小于零的电压，形成一个电流回路。电路330之中，发光二极管串行331以及负载332互相耦接。在此，端点V31至端点V33之间的电压差值，可分为端点V31至端点V32之间的电压差值表示为工作电压V_eff3以及端点V32至端点V33之间的电压差值表示为工作电压V_eff4。并且补偿电路320耦接于电压供应器310及负载332的两端，感测工作电压V_eff4。

发光二极管驱动装置300之中，电压供应器310耦接在电路330的两端，并提供正电压与负电压，用以提供在电路330的两端的电压差值。在此，电路330之中包括发光二极管串行331以及负载332，并且发光二极管串行331以及负载332互相串接。发光二极管串行331可提供光源，而负载332因串接发光二极管串行331，根据克希何夫电压定律(Kirchhoff′s voltage law，简称KVL)，可将电压供应器310提供的电压差值分配给发光二极管串行331与负载332，进而减少发光二极管串行331的电压变化量，可稳定电路330的电流。

补偿电路320藉由感测负载332两端的电压差值，可产生补偿信号，进而回授给电压供应器310以调整正电压或负电压。以下配合流程图作更详细的说明。

图4绘示本发明的一实施例的一种发光二极管驱动方法的流程图。可由步骤S401，电压供应器310输出的正电压与负电压，在此正电压与负电压之间存在一个电压差值，用以提供发光二极管串行331的工作电压V_eff3以及负载332的工作电压V_eff4。也就是说，工作电压V_eff3以及负载的工作电压V_eff4的总和，等于电压供应器310输出的正电压与负电压的电压差值。根据克希何夫电压定律，可藉由调整负载332的阻抗，改变工作电压V_eff3与工作电压V_eff4之间的比例关系。在此实施例中，改变工作电压V_eff4也能够同时改变由电压供应器310所提供的电流。

值得一提的是，所属技术领域中具有通常知识者应当知道，可用于调整负载332的阻抗的设计方式很多，因此本发明的应用当不限制于此种可能的型态。

继续步骤S401，电压供应器310输出的电流由正电压流向负电压。在此，电流方向也就是从电压供应器310经电路330连接回到电压供应器310的方向。经过电路330的电流路径通过发光二极管串行331以及负载332。补偿电路320耦接于负载332的两端，可由步骤S402，以感测工作电压V_eff4。

步骤S402中，补偿电路320由耦接于负载332的两端，可以取得端点V32至端点V33之间的电压差值，取得所要感测的工作电压V_eff4。在此，所属技术领域中具有通常知识者应当知道，补偿电路320感测于负载332的两端的电压，可用以取差值，或者其它运算，本发明的补偿电路320的精神在于回授一个信号给电压供应器310，用以调整电压供应器310输出的正电压或负电压。因此本发明的应用当不限制于此种可能的型态。

接着，可由步骤S403，补偿电路320依据工作电压V_eff4产生一个补偿信号，此补偿信号用以调整发光二极管串行331的亮度。换句话说，调整亮度时，需要调整正电压与负电压的输出，以连动调整通过发光二极管串行331的电流。

详细来说，步骤S403之中，此补偿信号由补偿电路320输出至电压供应器310。接着，可由步骤S404，补偿信号用以调整电压供应器310的正电压输出，进而调整电压供应器310输出的正电压与负电压的电压差值。也就是说，补偿信号用以调整工作电压V_eff3以及负载的工作电压V_eff4的总和，也就是间接调整负载332的工作电压V_eff4。换句话说，由电压供应器310输出的电流也会随着正电压与负电压的差值一起被调整。

请同时参照图1与图3A，当图1的电阻120两端的电压差值等于负载332的两端的工作电压V_eff4时，并且发光二极管串行130的工作电压V_eff1与发光二极管串行331的工作电压V_eff3相同，此时端点V11与接地面GND的电压差值等于端点V31与端点V33的电压差值。换句话说，图1的电压供应器110输出一个直流电压V_x，此直流电压V_x与接地面GND之间的电压差值等于图3的电压供应器310输出的正电压与负电压的电压差值。

因此，假设图1的电压供应器110输出的直流电压表示为V_x，则直流电压V_x与接地面GND之间的电压差值可表示为V_x，若电压供应器310输出的正电压与负电压分别假设为V_a与-V_b，这里定义V_a与V_b都大于零，由于V_x等于V_a与-V_b的差值，也就是V_x等于V_a与V_b的总和，可得V_a小于V_x。可以说明电压供应器310同时输出正电压与负电压时，可以使得最大电压降低。进而使发光二极管驱动装置300之中，可以使用耐压性较低的组件，减少安规认列的问题。值得一提的是，当V_a与V_b相等时，且V_x等于V_a与V_b的总和，也就是说，V_a可达到V_x的一半。

相对于公知技术，当发光二极管驱动装置需要发出相同的亮度时，虽然可用发光二极管并联组的方式，但是会造成每个发光二极管串行之间亮度不均的问题。由上述可知，在本实施例可减少最高电压，并且不会有亮度不均的问题。

[第二实施例]

请参照图3A，图3A绘示本发明一实施例的发光二极管驱动装置。在第一实施例的步骤S404中，补偿信号是用以调整电压供应器310的「正电压输出」，但本发明并不以此为限。在其它实施例中补偿信号也可以用以调整电压供应器310的「负电压输出」。

具体言之，在第二实施例中，补偿信号可用以调整电压供应器310的负电压输出，进而调整电压供应器310输出的正电压与负电压的电压差值，换句话说，补偿信号用以调整工作电压V_eff3以及负载的工作电压V_eff4的总和，也就是间接调整发光二极管串行331的工作电压V_eff3。

其余发光二极管驱动装置300的细部工作原理，已包含在上述实施例中，故在此不予赘述。

[第三实施例]

第三实施例与第一实施例的主要差异在于电压供应器、脉宽调变单元与补偿电路。

具体言之，请参照图3B，图3B绘示本发明另一实施例的发光二极管驱动装置。在本实施例中，发光二极管驱动装置400包括电压供应器410、比较单元421、控制单元422、电路330以及脉宽调变单元440，其中，电路330包括发光二极管串行331以及负载332，发光二极管串行331可由多个发光二极管组成。

承接上述，电压供应器410包括正电压电路411与负电压电路412，正电压电路411经过端点V41耦接电路330以提供正电压，负电压电路412经过端点V43耦接电路330以提供负电压。正电压电路411与负电压电路412分别为一直流电源转换器，在此直流电源转换器可为增压转换器(boost converter)、降压转换器(buck converter)、返驰式转换器(flyback converter)、顺向型电源交换器(forward converter)等类型的直流电源转换器。

在此，本发明所包括的直流电源转换器，其精神在于提供一个直流电压给发光二极管串行，使发光二极管串行能够产生发光的功能。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，可替换成其它直流电源转换器。

此外，而电路330之中，发光二极管串行331以及负载332互相耦接，在此，端点V41至端点V43之间的电压差值，可分为端点V41至端点V42之间的电压差值表示为工作电压V_eff5以及端点V42至端点V43之间的电压差值表示为工作电压V_eff6。

补偿电路420包括比较单元421与控制单元422，其中，控制单元422包括一个与控制单元422耦接的逻辑组件450，且控制单元422耦接电压供应器410。

控制单元422具有回授信号端V45与调光信号端V44，分别耦接比较单元421与脉宽调变单元440。另丨方面，比较单元421耦接于负载332的两端，感测工作电压V_eff6，据以向回授信号端V45输出一个回授信号，脉宽调变单元440感测发光二极管串行331的亮度的需求，据以向调光信号端V44输出一个调光信号，由逻辑组件450参考回授信号与调光信号以调整补偿信号。

承接上述，此补偿信号由控制单元422输出至电压供应器410，藉以调整电压供应器410的正电压输出。以下配合流程图作更详细的说明。

图4绘示本发明的一实施例的一种发光二极管驱动方法的流程图。可由步骤S401，电压供应器410包括正电压电路411与负电压电路412。正电压电路411提供正电压，负电压电路412提供负电压。在此正电压与负电压之间存在一个电压差值，用以提供发光二极管串行331的工作电压V_eff5以及负载332的工作电压V_eff6。

也就是说，工作电压V_eff5以及负载的工作电压V_eff6的总和，等于正电压电路411输出的正电压与负电压电路412输出的负电压的电压差值。根据克希何夫电压定律，可藉由调整负载332的阻抗，改变工作电压V_eff5与工作电压V_eff6之间的比例关系。在此实施例中，改变工作电压V_eff6也能够同时改变由电压供应器410所提供的电流。

继续步骤S 401，从正电压电路411输出的电流，经过电路330流向负电压电路412。经过电路330的电流路径通过发光二极管串行331以及负载332。补偿电路420耦接于负载332的两端，可由步骤S402，以感测工作电压V_eff6。

详细来说，在本实施例中，补偿电路420包括比较单元421与控制单元422。在步骤S402之中，使用比较单元421感测端点V42与端点V43之间的电压差值，向回授信号端V45发送一个回授信号给控制单元422。

接着，可由步骤S403，补偿电路420中的控制单元422，依据脉宽调变单元440向调光信号端V44输出一个调光信号，以及上述的回授信号，由控制单元422之中的逻辑组件450参考回授信号与调光信号以调整补偿信号。

此补偿信号由控制单元422输出至电压供应器410。可由步骤S404，由控制单元422输出的补偿信号用以调整电压供应器410的正电压输出。

进一步来说，步骤S404之中，补偿信号用以调整电压供应器410所包含的金氧半晶体管，其中，金氧半晶体管耦接一个短路电流路径到接地面，藉由控制金氧半晶体管的短路电流路径的导通比(Duty-Cycle)，将正电压转换成一个脉波电压，以此调整发光二极管串行331的亮度。

可由步骤S404，负电压电路412参考正电压转换的脉波电压，产生一个负电压。其余发光二极管驱动装置400的细部工作原理，已包含在上述实施例中，故在此不予赘述。

[第四实施例]

第四实施例与第三实施例的主要差异在于电压供应器410以及步骤S404。

具体言之，请参照图3B，图3B绘示本发明一实施例的发光二极管驱动装置。在本实施例中，可由步骤S404，补偿信号用以调整电压供应器410所包含的金氧半晶体管，其中，金氧半晶体管耦接一个短路电流路径到接地面，藉由控制金氧半晶体管的短路电流路径的导通比(duty-cycle)，将负电压转换成一个脉波电压，以此调整发光二极管串行331的亮度。

并且由步骤S404，正电压电路412参考负电压转换的脉波电压，产生一个正电压。其余发光二极管驱动装置400的细部工作原理，已包含在上述实施例中，故在此不予赘述。

综上所述，本发明可降低发光二极管驱动装置所需的最大电压，电压供应器同时输出正电压与负电压时，可以使得最大电压降低，相对的电压应力较小。此外，本发明的实施例还可具有下列功效：

1.可使用两个低电压供应器，其中一个输出正电压与另一个输出负电压，取代一个高电压供应器，可以降低电路组件的规格。

2.可使用耐压性较低的组件，进而降低发光二极管驱动装置的成本。

3.因为发光二极管驱动装置的最大电压降低，较无安规认列上的问题。

4.可适用于发光二极管串行实现降低最大电压的目的，如此可解决公知的发光二极管并联组所具有的亮度不均的问题。

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上述的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管驱动装置，包括：

一电压供应器，提供一正电压与一负电压；

一电路，耦接于该正电压与该负电压之间，该电路包括：

一负载；以及

一发光二极管，串接该负载；以及

一补偿电路，感测该负载的两端的电压，藉以产生一补偿信号，该补偿信号调整该正电压或该负电压。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中该补偿电路包括：

一比较单元，感测该负载的两端的一电压差值，藉以产生一回授信号；以及

一控制单元，耦接该比较单元及该电压供应器，参考该回授信号提供该补偿信号。

3.如权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该控制单元包括：

一回授信号端，耦接该比较单元，接收该回授信号；

一调光信号端，耦接一脉宽调变单元，接收丨调光信号；以及

一逻辑组件，耦接于该控制单元，参考该回授信号及该调光信号，产生该补偿信号。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该补偿电路感测该负载的两端的一电压差值，藉以产生一补偿信号，该补偿信号调整该正电压或该负电压。

5.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，该电压供应器包括：

一正电压电路，提供该正电压，并依据该补偿信号调整该正电压；以及一负电压电路，依据该正电压产生该负电压，或

一负电压电路，提供该负电压，并依据该补偿信号调整该负电压；以及一正电压电路，依据该负电压产生该正电压。

6.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，该电压供应器包括一金氧半晶体管，由该补偿信号调整该金氧半晶体管的导通比，据以调整该正电压。

7.一种发光二极管驱动方法，包括：

提供一正电压与一负电压至一电路，以形成通过该电路的一电流路径；

感测该电流路径之中的一负载的两端的电压，其中该负载串接在电路之中；

依据该负载的两端的电压，产生一补偿信号；以及

依据该补偿信号调整该正电压或该负电压。

8.如权利要求7所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，感测该电流路径之中的一负载的两端的电压的步骤，为感测该电路中一负载的两端的一电压差值。

9.如权利要求7所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，依据该负载的两端的电压，产生一补偿信号的步骤中，该补偿信号包括一回授信号与一调光信号，该回授信号参考该串接负载的两端的电压。

10.如权利要求7所述的发光二极管驱动方法，其中依据该补偿信号调整该正电压或该负电压的步骤中，

该补偿信号用以调整该正电压，且以该正电压调整该负电压，或

该补偿信号用以调整该负电压，且以该负电压调整该正电压。

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