CN102238768B - 发光二极管背光源驱动模块 - Google Patents

发光二极管背光源驱动模块 Download PDF

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Abstract

本发明关于一种发光二极管背光源驱动模块，利用多个第二隔离变压电路彼此串联及与第一隔离变压器的二次侧绕组并联的方式，以产生具有均匀电流的多个第二驱动信号，并施加于对应LED光条的一侧，以驱动多个LED光条产生均匀亮度。并可利用基底电压电路，提供具有负值电压电平的基底电压，施加于多个LED光条的另一侧，以降低第二隔离变压电路所需产生的第二驱动信号的正值电压电平。藉此，以提供更高的电源转换效率及降低设计成本的LED背光源驱动模块。

Description

发光二极管背光源驱动模块
技术领域
本发明是关于一种LED(发光二极管)背光源驱动模块，尤指一种具有均匀电流输出的LED背光源驱动模块。 
背景技术
目前，大尺寸LCD显示装置所使用的背光源已渐渐导入LED光源作为其背光源，且因LED光源不含汞等重金属，更为环保及省电。据统计，2009年全球大尺寸LCD显示装置所使用的背光源当中，LED背光源的渗透率约为3％，且2010年更是上看20％。 
目前LED背光源大致可分为直下式及侧光式。直下式的优点在于可配合视频作局部调光，以达最佳省电、极高的动态对比及良好的显示色域等，相对地，则需要使用较多的LED以及较为复杂的驱动模块。而侧光式的优点在于可以制作薄型化的LCD显示装置，以及较少的LED及较简单的驱动模块，因此成本较低，相对的，则无法做到二维局部调光，且其动态对比也较差。 
已知侧光式的LED背光源的驱动模块大致上区分为如图1所示的使用直流-直流转换电路来达到对多个LED光条(LED light bar)的均流驱动功能，或是如图2所示的使用线性稳流电路来达到对多个LED光条的均流驱动功能。 
如图1所示，已知的LED背光源的驱动模块10为利用一电源电路19的隔离变压电路12将主电源11的主电源信号进行一次的电压转换，再通过整流滤波电路13的整流及滤波，产生驱动电源信号。并将驱动电源信号分别通过多个直流-直流转换电路16进行二次的电压转换，以适合于驱动多个LED光条17发光，最后再通过脉宽调制调光暨反馈电流检测电路18以调整发光亮度及产生一反馈电流信号。借着反馈电路14及脉宽调制控制电路15进行反馈控制，以稳定电源电路19的驱动电源信号。 
使用直流-直流转换电路16来驱动多个LED光条(LED light bar)的驱动模块10，当增加LED光条17的数量，同时也需增加相同数量的直流-直流转换电路16，造成成本及电路板使用面积的增加。并且，若直流-直流转换电 路16的操作频率未与主电源11同步，则很容易产生干扰问题。另外，直流-直流转换电路16亦会产生额外的电磁波幅射干扰。 
如图2所示，已知的LED背光源的驱动模块20具有与图1所示的驱动模块10相似的架构，差异点在于：利用线性稳流暨脉宽调制调光电路21取代直流-直流转换电路16及脉宽调制调光暨反馈电流检测电路18。 
再者，该驱动模块20当LED光条17的个别差异较大时，采用线性稳流暨脉宽调制调光电路21的附加损耗会变高。若是LED光条17所串联的LED晶粒数增加时，每个线性稳流暨脉宽调制调光电路21所消耗的功率也随之增加，并产生大量的废热，需要额外的散热片以进行散热才能维持正常运作。因此，为了让散热片能有最佳的散热效率，LED光条17所串联的LED数量即有一上限，以避免线性稳流暨脉宽调制调光电路21因过热而烧毁或失效。 
发明内容
本发明提供一种LED背光源驱动模块，其利用将多个第二隔离变压电路的初级侧绕组相互串联的方式，以达到均流的目的。 
本发明提供一种LED背光源驱动模块，其利用一基底电压电路，提供一具有负值电压电平的基底电压，以降低第二隔离变压电路所需产生的第二驱动信号的正值电压电平。 
根据本发明实施例，提供一种LED背光源驱动模块，以驱动多个LED光条，其特征在于，该驱动模块包括：一主电源，产生一电源信号；一第一级隔离变压单元，与该主电源耦接，接收该电源信号，并据以输出一第一驱动信号；一第二级隔离变压单元，具有多个第二隔离变压电路，多个第二隔离变压电路各自的初级侧绕组为相互串联，且该第二级隔离变压单元与该第一级隔离变压单元的第一次级侧绕组并联，并根据该第一驱动信号，于多个第二隔离变压电路各自的次级侧绕组产生对应的一第二驱动信号；以及多个整流滤波电路，分别与对应的该第二隔离变压电路次级侧绕组耦接，以将对应的该第二驱动信号进行整流及滤波，并驱动各自对应耦接的该多个LED光条。 
根据本发明实施例，提供一种LED背光源驱动模块，以驱动多个LED光条，其特征在于，该驱动模块包括：一主电源，产生一电源信号；一第一级隔离变压单元，与该主电源耦接以接收该电源信号，并通过一第一次级侧绕组感应一第一驱动信号；一第二级隔离变压单元，具有多个第二隔离变压电 路，且该第二级隔离变压单元与该第一级隔离变压单元的第一次级侧绕组并联，根据该第一驱动信号，于多个第二隔离变压电路各自的次级侧绕组产生对应的一第二驱动信号；多个整流滤波电路，分别与对应的该第二隔离变压电路的次级侧绕组耦接，以将对应的该第二驱动信号进行整流及滤波，并施加于各自对应耦接的该多个LED光条的一侧；以及一基底电压电路，通过该第一级隔离变压单元的一第二次级侧绕组的一负电压端感应一基底电压信号，并耦接于该多个LED光条的另一侧，以与该第二驱动信号驱动该多个LED光条。 
根据本发明实施例，提供一种LED背光源驱动模块，以驱动多个LED光条，其特征在于，该驱动模块包括：一主电源，产生一电源信号；一第一级隔离变压单元，与该主电源耦接，接收该电源信号，并据以输出一第一驱动信号；一第二级隔离变压单元，具有多个第二隔离变压电路，多个第二隔离变压电路各自的初级侧绕组为相互串联，并与该第一级隔离变压单元的一第一次级侧绕组并联，并根据该第一驱动信号，于多个第二隔离变压电路各自的次级侧绕组产生对应的一第二驱动信号；多个整流滤波电路，分别与对应的该第二隔离变压电路的次级侧绕组耦接，以将对应的该第二驱动信号进行整流及滤波，并施加于各自对应耦接的该多个LED光条的一侧；以及一基底电压电路，通过该第一级隔离变压单元的一第二次级侧绕组的一负电压端感应一基底电压信号，并耦接于该多个LED光条的另一侧，以与该第二驱动信号驱动该多个LED光条。 
本发明提供一种LED背光源驱动模块，其主要优点： 
1、比已知电路架构有更高的电源转换效率。 
2、可降低电路的设计成本。 
3、由于采用变压电路做电流平衡，所以不会有额外的频率造成EMI辐射干扰的问题。 
4、不需使用额外的散热片。 
5、电路的复杂度与LED光条内的LED晶粒数无关。 
6、LED光条的均流能力极佳。 
以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及图式中加以阐述。 
附图说明
图1所示为利用直流-直流转换电路的LED背光源的驱动模块示意图。 
图2所示为利用线性稳流电路的LED背光源的驱动模块示意图。 
图3所示为根据本发明第一实施例的LED背光源的驱动模块示意图。 
图4所示为根据本发明第一实施例的LED背光源的驱动模块的电路图。 
图5所示为根据本发明第二实施例的LED背光源的驱动模块示意图。 
图6所示为根据本发明第二实施例的LED背光源的驱动模块的电路图。 
图7所示为根据本发明第三实施例的LED背光源的驱动模块示意图。 
图8所示为根据本发明第三实施例的LED背光源的驱动模块的电路图。 
图9所示为根据本发明第四实施例利用LLC谐振电源架构的LED背光源的驱动模块的电路图。 
[主要元件标号说明] 
10、20、30、50、70、90：驱动模块 
11：主电源 
12：隔离变压电路 
13、33、93：整流滤波电路 
14、36：反馈电路 
15：脉宽调制控制电路 
16：直流-直流转换电路 
17、34：LED光条 
18、35：脉宽调制调光暨反馈电流检测电路 
19、38：电源电路 
21：线性稳流暨脉宽调制调光电路 
31、51、91：第一隔离变压电路 
32：第二隔离变压电路 
52、92：基底电压电路 
具体实施方式
如图3所示，为本发明第一实施例的LED背光源的驱动模块30，具有主电源11、第一级隔离变压单元、第二级隔离变压单元、多个整流滤波电路33、 多个LED光条34、脉宽调制调光暨反馈电流检测电路35、一个反馈电路36及一个脉宽调制控制电路15。其中，第一级隔离变压单元为第一隔离变压电路31、第二级隔离变压单元为多个第二隔离变压电路32。电源电路38可包括主电源11、第一隔离变压电路31、反馈电路36及多个脉宽调制控制电路15，且主电源11可为产生或接收一高压直流的电源信号。本领域技术人员，电源电路38可利用如反驰式或是其它任何已知的电源电路架构设计以达成。 
电源电路38的主电源11产生一电源信号，通过一第一隔离变压电路31进行一次的电压转换，以产生第一驱动信号。通过多个第二隔离变压电路32对第一驱动信号进行二次的电压转换，再通过相对应的整流滤波电路33的整流及滤波，产生多个第二驱动信号及反馈电压信号。通过多个第二驱动信号驱动相对应的LED光条34发光，并通过多个脉宽调制调光暨反馈电流检测电路35以调整发光亮度及产生一反馈电流信号。最后，反馈电路36检测反馈电流信号及反馈电压信号，及脉宽调制控制电路15进行反馈控制，以稳定电源电路38的第一驱动信号的输出电压。 
其中，LED光条34可包含多个LED晶粒的串联或串并联，且各自连接于一相对应的第二隔离变压器32、整流滤波电路33以及脉宽调制调光暨反馈电流检测电路35。并且，多个第二隔离变压电路32是以相互串联的方式连接，且与第一隔离变压电路31的次级侧绕组并联。藉此，于多个第二隔离变压电路32即可感应相同电流值的多个第二驱动信号，以达到均匀电流的目的。 
主电源11的主电源信号，可通过第一隔离变压电路31进行一次的电压调整，以产生较低电压值的第一驱动信号。由于第一级隔离变压单元及第二级隔离变压单元可具备较高的电源转换效率，因此其电源转换的功率损耗较低。又第一驱动信号通过多个第二隔离变压电路32进行电压转换，即可产生具有适当电压与均匀电流的第二电压信号。由于，第一驱动信号已经过第一级隔离变压单元的电压转换，于此阶段，第二级隔离变压单元可使用较低耐压的变压绕组以降低成本，并且其电压转换的幅度较小，因此其电源转换的功率损耗也可降低。如上所述，驱动模块30可具有极佳的电源转换效率，可避免使用额外的散热片，以降低成本。 
另外，将多个第二隔离电压转换电路32彼此串联，即可使第二驱动信号达到均流的效果以驱动多个LED光条34具有均匀的发光亮度。并且，可应用 此驱动模块30，驱动更多的LED光条34或是具有更多LED晶粒的LED光条34，避免使用复杂的电路设计以降低成本。 
如图4所示，为图3的驱动模块30的实际应用的电路图。其中，第一隔离变压电路31及多个第二隔离变压电路32各自具有一绕组，多个第二隔离变压电路32各自的初级侧绕组相互串联，并且多个第二隔离变压电路32与第一隔离变压电路31的次级侧绕组并联。藉此，第一隔离变压电路31的次级侧绕组所感应的电流，即可依序流经多个第二隔离变压电路32的初级侧绕组，以于多个第二隔离变压电路32的次级侧绕组感应相同电流值的第二驱动信号，达到均流的目的，以驱动多个LED光条34具有均匀的发光亮度。 
另外，脉宽调制调光暨反馈电流检测电路35可通过一电流感测电路RS1检测反馈电流信号，并反馈至反馈电路36。同时，可于多个整流滤波电路33，分别取出对应的LED光条34的反馈电压信号，并反馈至反馈电路36，并藉脉宽调制电路15，以调整及稳定电源电路38产生的第一驱动信号。 
实际应用上，亦可任意地调整LED光条34的数量及其对应的第二隔离变压器32、整流滤波电路33，以扩充或减少所需的LED光条34数量。 
如图5所示，为根据本发明第二实施例LED背光源的具有基底电压(BaseVoltage)的驱动模块50。其中，与第一实施例的驱动模块30的差异点在于：第一级隔离变压单元的第一隔离变压电路51具有第一次级侧绕组以及第二次级侧绕组，且一基底电压电路52通过第一变压电路51的第二次级侧绕组，以产生一基底电压信号，并将该基底电压信号耦合至多个LED光条34，以使多个LED光条34产生足够的电压差。其中，基底电压信号为一具有负值电压电平的电压信号，因此可降低第二隔离变压电路32的正值的第二驱动信号施加于LED光条34的电压差，以降低第二隔离变压电路32的承载功率，藉以降低该第二隔离变压电路32的成本。 
由于LED光条34是由多个LED晶粒相互串联，且LED有基准的导通电压(一般白光LED在规格电流下的导通电压约为3.3V)，加上其导通电压的分布约为±10％，所以本发明加入了一迭加的基底电压概念，只要LED光条34的总电压扣除基底电压后的压差控制在1.5至2.5倍的LED导通电压误差值，即可达到均流的目的，且由于迭加的基底电压为负值电压电平，则第二级隔离变压单元输出的第二驱动信号的电压的正值电平得以降低，使得第二级隔离变压单元的承载功率大为下降，因此可大幅缩小第二级隔离变压单元的尺 寸大小，以降低成本及PCB电路板的使用面积。藉此，即可构成一具有良好电源转换效率及低成本的LED背光驱动模块。 
如图6所示，为图5的驱动模块50的实际应用电路图。其中，第一隔离变压电路51具有第一次级侧绕组以及第二次级侧绕组的变压电路。多个第二隔离变压电路32的初级侧绕组以串联方式连接，且多个第二隔离变压电路32与第一隔离变压电路51的第一次级侧绕组并联。 
并且，基底电压电路52利用第一隔离变压电路51的第二次级侧绕组的负压端感应一基底电压信号。并将此基底电压信号耦合至多个LED光条34，使施加于多个LED光条34的电压大部分由该基底电压信号提供。即是，当第二隔离变压电路32的第二驱动信号施加于LED光条34的一侧，且基底电压电路52的基底电压信号施加于LED光条34的另一侧，则可借着第二驱动信号及基底电压信号产生一适合驱动LED光条34的电压差，以降低第二驱动信号的正值电压电平。 
通过基底电压电路52，第二隔离变压电路32的承载功率可以大幅度下降，并减少其转换损失，因此可以降低第二变压电路32的成本及使驱动模块50具有极佳的电源转换效率。 
本领域技术人员，亦可将多个第二变压电路32的串联以及基底电压电路52分别实施于不同的实施例，以达到不同的目的及效果。 
如图7与图8所示，为本发明第三实施例的具有两个第一隔离变压电路51的驱动模块70与其实际应用电路示意图。依据本发明的第二实施例，可以调整第一级隔离变压单元的第一隔离变压电路51的数量，以配合对应数量的LED光条34。本实施例通过两个第一隔离变压电路51的初级侧绕组相互串联，且第一隔离变压电路51所对应的多个第二隔离变压电路32各自的初级侧绕组亦相互串联。通过两个第一隔离变压电路51的初级侧绕组的串联，则不同第一隔离变压电路51的第一次级侧绕组感应具有相同电流值的多个第一驱动信号，再借着第二隔离变压电路32的初级侧绕组的串联，亦可使得第二隔离变压电路32的次级侧绕组感应具有相同或相同电流值的多个第二驱动信号，以达到均流的目的，并驱动多个LED光条34产生均匀的亮度。 
于本实施例，两个基底电压电路52分别通过两个第一隔离变压电路51的第二次级侧绕组的负压端感应基底电压信号，以降低第二驱动信号的正值电压电平。藉此，即可构成一具有良好电源转换效率及低成本的LED背光驱 动装置。 
如图9所示，为本发明第四实施例，利用LLC谐振电源架构的驱动模块90，用以驱动LED光条34的具体实施方式。于本实施方式，仍采用如第二实施例的多个第二隔离变压电路32的初级侧绕组相互串联，以达到均流的目的。且基底电压电路92提供一基底电压信号，于LED光条34产生足够的电压差。亦利用基底电压电路92产生基底电压信号，以降低第二驱动信号的正值电压电平。因此，本发明实施例可利用任何一种已知的电源架构以构成，故可广泛其应用性。 
惟，以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及图式而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以上述的权利要求范围为准，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在上述本发明所界定的权利要求范围。 

Claims (11)

1.一种LED背光源驱动模块，以驱动多个LED光条，其特征在于，该驱动模块包括：
一主电源，产生一电源信号；
一第一级隔离变压单元，与该主电源耦接，接收该电源信号，并据以输出一第一驱动信号；
一第二级隔离变压单元，具有多个第二隔离变压电路，多个第二隔离变压电路各自的初级侧绕组为相互串联，且该第二级隔离变压单元与该第一级隔离变压单元的第一次级侧绕组并联，并根据该第一驱动信号，于多个第二隔离变压电路各自的次级侧绕组产生对应的一第二驱动信号；以及
多个整流滤波电路，分别与对应的该第二隔离变压电路次级侧绕组耦接，以将对应的该第二驱动信号进行整流及滤波，并驱动各自对应耦接的该多个LED光条。
2.根据权利要求1所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，多个第二驱动信号具有相同的电流值，驱动对应耦接的该多个LED光条产生均匀的亮度。
3.根据权利要求1所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，该第一隔离变压单元为多个第一隔离变压电路所组成，且各自的初级侧绕组相互串联，以于各自对应的次级侧绕组感应具有一相同电流值的各自对应的该第一驱动信号。
4.一种LED背光源驱动模块，以驱动多个LED光条，其特征在于，该驱动模块包括：
一主电源，产生一电源信号；
一第一级隔离变压单元，与该主电源耦接以接收该电源信号，并通过一第一次级侧绕组感应一第一驱动信号；
一第二级隔离变压单元，具有多个第二隔离变压电路，且该第二级隔离变压单元与该第一级隔离变压单元的第一次级侧绕组并联，根据该第一驱动信号，于多个第二隔离变压电路各自的次级侧绕组产生对应的一第二驱动信号；
多个整流滤波电路，分别与对应的该第二隔离变压电路的次级侧绕组耦接，以将对应的该第二驱动信号进行整流及滤波，并施加于各自对应耦接的该多个LED光条的一侧；以及
一基底电压电路，通过该第一级隔离变压单元的一第二次级侧绕组的一负电压端感应一基底电压信号，并耦接于该多个LED光条的另一侧，以与该第二驱动信号驱动该多个LED光条。
5.根据权利要求4所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，该多个LED光条各自具有一导通电压误差值，且该第二驱动信号与该基底电压信号的一电压差值为该导通电压误差值的1.5至2.5倍。
6.根据权利要求4所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，该基底电压信号具有一负值电压电平。
7.一种LED背光源驱动模块，以驱动多个LED光条，其特征在于，该驱动模块包括：
一主电源，产生一电源信号；
一第一级隔离变压单元，与该主电源耦接，接收该电源信号，并据以输出一第一驱动信号；
一第二级隔离变压单元，具有多个第二隔离变压电路，多个第二隔离变压电路各自的初级侧绕组为相互串联，并与该第一级隔离变压单元的一第一次级侧绕组并联，并根据该第一驱动信号，于多个第二隔离变压电路各自的次级侧绕组产生对应的一第二驱动信号；
多个整流滤波电路，分别与对应的该第二隔离变压电路的次级侧绕组耦接，以将对应的该第二驱动信号进行整流及滤波，并施加于各自对应耦接的该多个LED光条的一侧；以及
一基底电压电路，通过该第一级隔离变压单元的一第二次级侧绕组的一负电压端感应一基底电压信号，并耦接于该多个LED光条的另一侧，以与该第二驱动信号驱动该多个LED光条。
8.根据权利要求7所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，多个第二驱动信号具有相同的电流值，以驱动该多个LED光条产生均匀的亮度。
9.根据权利要求7所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，该第一隔离变压单元为多个第一隔离变压电路所组成，且各自的初级侧绕组相互串联，以于各自对应的第一次级侧绕组感应具有一相同电流值的各自对应的该第一驱动信号。
10.根据权利要求7所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，多个LED光条各自具有一导通电压误差值，且该第二驱动信号与该基底电压信号的一电压差值为该导通电压误差值的1.5至2.5倍。
11.根据权利要求7所述的LED背光源驱动模块，其特征在于，该基底电压信号具有一负值电压电平。
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