CN102011945B - 可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法 - Google Patents

可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法 Download PDF

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可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法。该可动态调整输出电压的发光装置包含有多个发光二极管串、一电压转换器、一电流驱动单元及一回路控制单元。该回路控制单元耦接于该多个发光二极管串(chains)与该电压转换器，包含有一电压选择单元、一误差放大器及一转换控制器。该电压选择单元用来根据一临界电压与多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并据以选择出一反馈电压以提供回路控制单元控制电压转换器转换电压。

Description

可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法
技术领域
本发明涉及一种发光装置及其相关方法，尤其涉及一种通过一最佳电压选择装置来动态调整输出电压的发光装置及其相关方法。
背景技术
相较于传统所使用的光源，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)由于具有省电、元件寿命长、无汞、色域丰富、无须暖灯时间以及反应速度快等优势，因此，发光二极管已被广泛应用于显示与照明用的光源。例如，传统液晶显示面板的背光模块是以冷阴极荧光灯管(cold cathodefluorescent lamp，CCFL)作为光源。如今，随着发光二极管的发光效率不断提升且成本日益降低，发光二极管有逐渐取代冷阴极荧光灯管来作为背光模块光源的趋势。
由于制程上非理想因素或材料纯度的影响，使得每一发光二极管所需的顺向电压不尽然完全相同，如此一来，电流驱动元件的头部空间电压(Headroom voltage)，亦即在各发光二极管路径上，电流驱动元件可使用的电压值，将随之不同。请参考图1，图1为已知一发光二极管驱动电路10的示意图。发光二极管驱动电路10用来驱动m个并列的发光二极管串C1～Cm，而每一发光二极管串包含有n个串接的发光二极管。发光二极管驱动电路10包含有一电压转换器102、一电流驱动单元104及一控制单元106。电压转换器102用来提供一驱动电压VD至发光二极管串C1～Cm。电流驱动单元104用来提供驱动电流ID1～IDm至发光二极管串C1～Cm。一般而言，在各发光二极管串C1～Cm路径上会有其对应的头部空间电压VHR1～VHRm，表示各发光二极管串C1～Cm路径上，可供电流驱动单元104使用的电压值。在实际应用上，由于各个发光二极管的跨压并非完全相同，而造成头部空间电压VHR1～VHRm不尽相同。头部空间电压过高或过低，对于发光二极管驱动电路10皆有不佳的影响，举例来说，头部空间电压过高，则会耗费过多的电压在电流驱动单元104上；反之，头部空间电压过低，将会造成电流驱动单元104操作在不适当的状态，而无法稳定提供所需的驱动电流。
因此，在图1中，已知技术通过负反馈的控制单元106来控制电压转换器102改变驱动电压VD，以确保所有通道中的发光二极管皆有足够的驱动电压来维持电流驱动。如图1所示，控制单元106包含有一最小电压选择器108、一误差放大器110与一转换控制器112。最小电压选择器108耦接于各发光二极管串C1～Cm的负极，用来于头部空间电压VHR1～VHRm中选择出电压值最小者，当作一反馈电压VFB，并将反馈电压VFB及一参考电压VREF分别输入误差放大器110的负输入端与正输入端。误差放大器110根据反馈电压VFB及预设参考电压VREF的差异，产生一误差信号SE。转换控制器112会根据误差信号SE，产生一控制信号SC，来控制电压转换器102提高或降低驱动电压VD。也就是说，通过控制单元106反馈追踪程序来控制电压转换器102提供适当的驱动电压VD，将头部空间电压锁定在一个合理的电压值(即参考电压VREF)，以使发光二极管皆有足够的驱动电压来维持电流驱动。
请参考图2，图2为已知一最小电压选择器108的示意图。最小电压选择器108利用将对应于各发光二极管串的头部空间电压VHR1～VHRm两两比较后，选取电压值较小者送至下一级。同理，再针对前级的比较结果两两比较，最后会比较出头部空间电压VHR1～VHRm中电压值最小者。如图2所示，电压比较单元202于比较两电压值后，会输出控制信号R，进而控制多工器204输出电压值最小者的电压至下一级。如此经过各级的比较后，最终会得到电压值最小的反馈电压VFB。然而，在实际运作上，随着发光二极管串的数量愈多，便需愈多级的比较运作。如此一来，将会耗费过多运作时间与比较装置，才得到电压值的最小值。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法。
本发明公开一种可动态调整输出电压的发光装置。该发光装置包含有多个发光二极管串、一电压转换器、一电流驱动单元及一回路控制单元。该多个发光二极管串每一发光二极管串具有一正极及一负极。该电压转换器耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出电压。该电流驱动单元耦接于该多个发光二极管串的负极，用来提供多个驱动电流至该多个发光二极管串，以驱动该多个发光二极管串。该回路控制单元耦接于该多个发光二极管串与该电压转换器，包含有一电压选择单元、一误差放大器及一转换控制器。该电压选择单元，耦接于该多个发光二极管串的负极，用来根据一临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压。该误差放大器耦接于该电压选择单元，用来根据一参考电压及该反馈电压，产生一误差电压信号。该转换控制器耦接于该误差放大器及该电压转换器，用来根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。
本发明另公开一种用于一发光装置的控制方法。该发光装置包含有多个发光二极管串、一电流驱动单元、一电压转换器及一回路控制单元。该多个发光二极管串的每一发光二极管串具有一正极及一负极，该电压转换器耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出电压。该电流驱动单元耦接于该多个发光二极管串的负极，用来提供多个驱动电流至该多个发光二极管串。该回路控制单元包含有一电压选择单元、一误差放大器及一转换控制器。该电压选择单元耦接于该多个发光二极管串的负极，该误差放大器耦接于该电压选择单元，该转换控制器耦接于该误差放大器及该电压转换器，。该控制方法包含有利用该电压选择单元根据一临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压；利用该误差放大器根据一参考电压及该反馈电压，产生一误差电压信号；以及利用该转换控制器根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。
附图说明
图1为已知一发光二极管驱动电路的示意图。
图2为已知一最小电压选择器的示意图。
图3为本发明实施例可动态调整输出电压的一发光装置的示意图。
图4为图3中电压选择单元的一实施例示意图。
图5为本发明实施例一流程的示意图。
【主要元件符号说明】
10          发光二极管驱动电路
102、302    电压转换器
104、304    电流驱动单元
106         控制单元
108         最小电压选择器
110         误差放大器
112         转换控制器
114         误差放大器
202         电压比较器
30          发光装置
306         回路控制单元
308         电压选择单元
310         误差放大器
312         转换控制器
314         临界电压产生单元
316         电压检测单元
318         电压选择器
402         计数器
50          流程
502、504、506、508    步骤
C1～Cm      发光二极管串
IL1～ILm    负载电流
SC          电压控制信号
SE          误差电压信号
SW1～SWm    开关单元
VC1～VCx    候选反馈电压
VCU1～VCUm  电压比较单元
VD          输出电压
VFB         反馈电压
VHR1～VHRm   头部空间电压
VIN          输入电压
VREF         参考电压
VTH          临界电压
具体实施方式
请参考图3，图3为本发明实施例可动态调整输出电压的一发光装置30的示意图。发光装置30包含有发光二极管串C1～Cm、一电压转换器302、一电流驱动单元304及一回路控制单元306。其中，发光装置30可适用于任何种类的光源。在本实施例中，发光装置30包含有发光二极管串C1～Cm，但不以此为限，也可仅有一个发光二极管串。另一方面，由于发光二极管为一电流驱动元件，其发光亮度与驱动电流大小成正比，亦即，驱动电流越大，则发光二极管的发光亮度也就越大。一般而言，为求流经各发光二极管的电流相同来达到相同亮度的要求，因此，在本实施例中，每一发光二极管串包含有n个串联方式耦接的发光二极管，但发光二极管串C1～Cm并未局限于n个串接的发光二极管，换句话说，各发光二极管串也可仅包含单一发光二极管。
进一步说明，电压转换器302耦接于各发光二极管串C1～Cm的正极，用来根据一电压控制信号SC，将一输入电压VIN转换成一输出电压VD，以提供至发光二极管串C1～Cm。电流驱动单元304耦接于各发光二极管串C1～Cm的负极，用来提供流经各发光二极管串的负载电流ID1～IDm，以驱动发光二极管串C1～Cm。回路控制单元306用来根据对应于各发光二极管串C1～Cm的头部空间电压VHR1～VHRm控制电压转换器302提升或降低输出电压VD。回路控制单元306包含有一电压选择单元308、一误差放大器310及一转换控制器312。电压选择单元308耦接于发光二极管串C1～Cm的负极，用来根据一临界电压VTH与头部空间电压VHR1～VHRm，产生候选反馈电压VC1～VCx，并于候选反馈电压VC1～VCx中选择出一反馈电压VFB。其中，临界电压VTH是一预先设定的电压值。误差放大器310耦接于电压选择单元308，用来根据反馈电压VFB及一参考电压VREF，产生一误差电压信号SE。转换控制器312耦接于误差放大器310的一输出端与电压转换器302间，用来根据误差电压信号SE，产生电压控制信号SC，来通知电压转换器302调高或降低输出电压VD，以即时转换出适当的输出电压VD。
在图3中，电压选择单元308包含有一临界电压产生单元314、一电压检测单元316及一电压选择器318。临界电压产生单元314用来产生临界电压VTH。电压检测单元316耦接于发光二极管串C1～Cm的负极与临界电压产生单元314，用来比较临界电压VTH与头部空间电压VHR1～VHRm，并于头部空间电压VHR1～VHRm中选择出电压值小于临界电压VTH者为候选反馈电压VC1～VCx。电压选择器318耦接于电压检测单元316，用来根据候选反馈电压VC1～VCx，选择出反馈电压VFB。简言之，电压选择单元308由电压值小于临界电压VTH的头部空间电压中，选择出一组反馈电压VFB，进而使电压转换器302动态调整输出电压VD。
值得注意的是，电压选择单元308为本发明的一实施例，本领域技术人员当可据以做不同的修饰。举例来说，请参考图4，图4为图3中电压选择单元308的一实施例示意图。电压检测单元316包含有电压比较单元VCU1～VCUm，分别耦接于发光二极管串C1～Cm的负极，其中每一电压比较单元用来于所对应的头部空间电压小于临界电压VTH时，输出一控制信号SSW至其对应的开关单元。开关单元SW1～SWm分别耦接于发光二极管串C1～Cm的负极与电压比较单元VCU1～VCUm，每一开关单元用来根据控制信号SSW，输出所对应的头部空间电压作为一候选反馈电压。此外，电压检测单元316所产生的候选反馈电压数量并非定值，而随各发光二极管串的状态而变，因此，电压选择单元308可还包含一计数器402，其中计数器402耦接于电压选择器308，用来计算候选反馈电压的数量，并于仅有一组候选反馈电压时，产生一选择信号SSEL，以控制电压选择器308选择此候选反馈电压为反馈电压VFB。换句话说，电压选择器318于仅有一组候选反馈电压时，将可通过计数器402直接通知而输出反馈电压VFB，不用再进行选择的程序。
因此，相较于先前技术，本发明实施例除了不需执行多级比较程序，亦不需耗费过多的元件，只要一级的比较程序即可即时地动态调整输出电压VD至适当的电平来驱动光二极管串。关于发光装置30的详细操作方式，请继续参考以下说明。
请参考图5，图5为本发明实施例一流程50的示意图。流程50用来实现上述发光装置30通过反馈控制输出电压的一操作流程，其包含有下列步骤：
步骤500：开始。
步骤502：根据临界电压VTH与对应于发光二极管串C1～Cm的头部空间电压VHR1～VHRm，产生候选反馈电压VC1～VCx，并于候选反馈电压VC1～VCx中选择出反馈电压VFB。
步骤504：根据参考电压VREF及反馈电压VFB，产生一误差电压信号SE。
步骤506：根据误差电压信号SE，产生电压控制信号SC，以提供电压转换器302转换电压。
步骤508：结束。
根据流程50，电压检测单元316自对应于发光二极管串C1～Cm的头部空间电压VHR1～VHRm中，选取电压值小于临界电压VTH的候选反馈电压VC1～VCx，并提供至电压选择器318。电压选择器318再于候选反馈电压VC1～VCx中选择出反馈电压VFB。接着，误差放大器310根据参考电压VREF及反馈电压VFB，产生一误差电压信号SE。转换控制器312再根据误差电压信号SE，产生电压控制信号SC，以提供电压转换器302调高或降低所转换出的输出电压VD。
因此，本发明实施例在反馈控制输出电压VD时，不需使用已知技术的多级比较电压的方式，更不需等到取得最小头部空间电压后，才输出反馈电压VFB进行回路控制程序，如此一来，本发明实施例除了可即时动态地调整电压转换器所提供的输出电压，并节省实现多级比较程序所需的硬件装置。
另一方面，当电压检测单元316将所有头部空间电压VHR1～VHRm中电压值小于临界电压VTH者作为候选反馈电压VC1～VCx后，较佳地，电压选择器318可以随机方式或依据一预设优先顺序方式于候选反馈电压VC1～VCx中，选择出反馈电压VFB。前述的预设优先顺方式可以是依正常顺序或是依事先所定的优先顺序来选取反馈电压VFB。当然，循本发明实施例的方式选取反馈电压VFB后，可使电压转换器302调高所转换出的输出电压VD，来满足更多的发光二极管串路径上的电流驱动单元304具有足够的头部空间电压，来产生负载电流。也因此电压检测单元316所产生的候选反馈电压VC1～VCx的数量，将随反馈的次数增加而递减。
综上所述，相较于先前技术在反馈控制输出电压VD时必需执行多级比较电压程序且需等到取得最小头部空间电压后，才输出反馈电压VFB进行回路控制程序，本发明实施例仅需一级的比较程序，即可即时动态地调整电压转换器所提供的输出电压，并节省实现反馈控制程序所需的硬件装置。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种可动态调整输出电压的发光装置，包含有：
多个发光二极管串，每一发光二极管串具有一正极及一负极；
一电压转换器，耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出电压；
一电流驱动单元，耦接于该多个发光二极管串的负极，用来提供多个驱动电流至该多个发光二极管串，以驱动该多个发光二极管串；以及
一回路控制单元，耦接于该多个发光二极管串与该电压转换器，包含有：
一电压选择单元，耦接于该多个发光二极管串的负极，用来根据一临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压；
一误差放大器，耦接于该电压选择单元，用来根据一参考电压及该反馈电压，产生一误差电压信号；以及
一转换控制器，耦接于该误差放大器及该电压转换器，用来根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中该电压选择单元包含有：
一临界电压产生单元，用来产生该临界电压；
一电压检测单元，耦接于该多个发光二极管串的负极与该临界电压产生单元，用来比较该临界电压与该多个头部空间电压，以于该多个头部空间电压中选择出电压值小于该临界电压者为该多个候选反馈电压；以及
一电压选择器，耦接于该电压检测单元，用来根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电压。
3.如权利要求2所述的发光装置，其中该电压检测单元包含有：
多个电压比较单元，分别耦接于该多个发光二极管串的负极，其中每一电压比较单元用来于所对应的头部空间电压小于该临界电压时，输出一控制信号；以及
多个开关单元，耦接于该多个发光二极管串的负极与多个电压比较单元，其中每一开关单元用来根据该控制信号，输出所对应的头部空间电压。
4.如权利要求2所述的发光装置，其中该电压选择器以随机方式于该多个候选反馈电压中，选择出该反馈电压。
5.如权利要求2所述的发光装置，其中该电压选择器依据一预设优先顺序于该多个候选反馈电压中，选择出该反馈电压。
6.如权利要求2所述的发光装置，其中于该电压检测单元仅选取一候选反馈电压时，选择该候选反馈电压为该反馈电压。
7.如权利要求1所述的发光装置，还包含有：
一参考电压产生单元，耦接于误差放大器，用来产生该参考电压。
8.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个发光二极管串中的每一发光二极管串包含多个以串联形式连接的发光二极管。
9.一种用于一发光装置的控制方法，该发光装置包含有多个发光二极管串、一电流驱动单元、一电压转换器及一回路控制单元，该多个发光二极管串的每一发光二极管串具有一正极及一负极，该电压转换器耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出电压，该电流驱动单元耦接于该多个发光二极管串的负极，用来提供多个驱动电流至该多个发光二极管串，该回路控制单元包含有一电压选择单元、一误差放大器及一转换控制器，该电压选择单元耦接于该多个发光二极管串的负极，该误差放大器耦接于该电压选择单元，该转换控制器耦接于该误差放大器及该电压转换器，该控制方法包含有：
利用该电压选择单元根据一临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压；
利用该误差放大器根据一参考电压及该反馈电压，产生一误差电压信号；以及
利用该转换控制器根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中利用该电压选择单元根据该临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生该多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出该反馈电压的步骤，包含有：
产生该临界电压；
比较该临界电压与该多个头部空间电压，以于该多个头部空间电压中选择出电压值小于该临界电压者为该多个候选反馈电压；以及
根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电压。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中比较该临界电压与该多个头部空间电压，以于该多个头部空间电压中选择出电压值小于该临界电压者为该多个候选反馈电压的步骤，包含有：
在所对应的头部空间电压小于该临界电压时，输出一控制信号；以及
根据该控制信号，输出所对应的头部空间电压。
12.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电压的步骤，以随机方式于该多个候选反馈电压中，选择出该反馈电压。
13.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电压的步骤，是依据一预设优先顺序于该多个候选反馈电压中，选择出该反馈电压。
14.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电压的步骤，于仅有一组候选反馈电压时，选择该组候选反馈电压为该反馈电压。
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