CN102573205A - 集成电路、控制方法、与光源提供系统 - Google Patents

集成电路、控制方法、与光源提供系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了集成电路与相关的控制方法。依照本发明实施的一集成电路可控制多个发光二极管串的电流。每个发光二极管串具有多个发光二极管，顺向串接于一主阳极与一主阴极之间。每一主阳极连接至一电源端。该集成电路包含多个驱动电路、一检测端、一比较器、以及一逻辑控制器。所述驱动电路可分别控制所述发光二极管串的发光。该检测端的检测电压可对应所述主阴极其中的一电压。当该检测电压高于一参考电压时，该比较器使能一备妥信号。该逻辑控制器接收一调光信号以及该备妥信号，当该调光信号被使能后，若该备妥信号被使能时，则使能所述驱动电路，使所述发光二极管串发光。

Description

集成电路、控制方法、与光源提供系统
技术领域
本发明涉及集成电路与控制方法，以及相关的LED光源提供系统。
背景技术
因为发光二极管(light emitting diode，LED)的电光转换效率相当的好，高于日光灯、冷阴极管(CCFL)或是灯泡等，所以当前的趋势为以LED来取代上述这些发光源。举例来说，LED已经渐渐地取代CCFL，成液晶面板(LCD panel)的背光光源。
以LED当作LCD面板的背光光源时，因为LCD面板的面积相当的大，所以需要非常多颗的LED，而这些LED往往连接成多串，每一串由一个可控制的电流源来驱动。譬如说，流经每一LED串的电流都控制成一样，以使每个LED的发光亮度大致相同。只要把每个LED所发出的光线给予适当的传导，LCD面板就得以获得大致均匀的背光亮度。
如果，在所有的LED当中，不论是哪一颗LED短路或是开路，都会影响到LCD面板的亮度均匀度。因此，一个良好的LED串驱动电路，应当要有适当的检测电路，来检测LED是否短路或是开路，以进行相对应的防护措施。
在LED串驱动电路刚刚接上电源时，很可能因为驱动电源还没有备妥，而导致LED串驱动电路认定LED串都无法驱动，因而误判开路或短路的事件。这也是应该预防的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是检测LED是否短路或是开路，以进行相对应的防护措施；避免电压不足就驱动LED串时，可能误判LED串有开路的情形发生。
本发明的一实施例提供一集成电路，用以控制多个发光二极管串的电流。每个发光二极管串具有多个发光二极管，顺向串接于一主阳极与一主阴极之间。每一主阳极连接至一电源端。该集成电路包含多个驱动电路、一检测端、一比较器、以及一逻辑控制器。所述驱动电路可分别控制所述发光二极管串的发光。该检测端的检测电压可对应所述主阴极其中的一电压。当该检测电压高于一参考电压时，该比较器使能一备妥信号。该逻辑控制器接收一调光信号以及该备妥信号，当该调光信号被使能后，若该备妥信号被使能时，则使能所述驱动电路，使所述发光二极管串发光。
本发明的一实施例提供一控制方法，可适用于控制多个发光二极管串的电流。每个发光二极管串具有多个发光二极管，顺向串接于一主阳极与一主阴极之间。每一主阳极连接至一电源端。该控制方法包含：接收一检测电压，该检测电压可对应所述主阴极其中的一电压；接收一调光信号；比较该检测电压与一参考电压；当该检测电压高于该参考电压时，使能一备妥信号；以及，当该调光信号为使能后，若该备妥信号没被使能，使所述发光二极管串不发光。
本发明可以检测LED是否短路或是开路，以进行相对应的防护措施；避免电压不足就驱动LED串时，可能误判LED串有开路的情形发生。
附图说明
图1是一LED光源提供系统。
图2显示运用于图1的集成电路IC1中的一控制方法。
图3示例图1的集成电路IC1。
图4显示图3的一可能的信号波形。
其中，附图标记说明如下：
10    光源提供系统
12    电源供应器
14    电阻
22              电流源
24              逻辑控制器
26              SR正反器
28              输出反馈电路
30              短路/开路防护电路
32              驱动电路
34              与门
60、62、64、66、68、70、72      步骤
A1…AN          主阴极
CLED1…CLEDN    LED串
CM              比较器
CTRL            控制端
D1…DN          驱动电路
EA              误差放大器
FB              反馈端
GATE1…GATEN    门端
IC1             集成电路
ICLEDn          流经LED串CLEDn的电流
                流经LED串CLED1…CLEDN其中
ILED            之一的电流
ICTRL           控制电流
ISET            定电流
LEDSP           LED短路保护端
M1…MN          功率晶体管
MAX             共同端
OUT             电源端
R1、R2           分压电阻
SDIMMING         调光信号
SDIMMING-LED     发光信号
SRDY             备妥信号
t1、t2、t3、t4   时间
VFB              电压
VLEDSP           检测电压
VOUT             电压
VTH-SH           参考电压
ZD1              齐纳二极管
具体实施方式
图1为一LED光源提供系统10，可以作为LCD面板的背光光源。
电源供应器12可以是一稳压电路，提供一电源端OUT以及一地端。电源端OUT的电压VOUT可能可以高达100伏特。电压VOUT经过分压电阻R1与R2分压后，送给误差放大器EA的控制端。电源供应器12中其他未显示的电路，大致可以把误差放大器EA的控制端的电压稳定在一特定值，譬如说2.5V，以此控制电压VOUT。
当作光源的LED分成N个LED串CLED1…CLEDN。如图所示，每一LED串有顺向串接的多个LED。由上到下，每一LED串中的第一个LED的阳极定义为主阳极，最后一个LED的阴极定义为主阴极。以下，以每一LED串中的LED数目相同作为一例子，但是，在其他例子中，LED串的LED数目可以不同。
主阳极全部都连接到电源端OUT。主阴极A1…AN各自连接至功率晶体管M1…MN。集成电路IC1从门端GATE1…GATEN分别控制对应的功率晶体管M1…MN，以控制流经LED串CLED1…CLEDN的电流。举例来说，大致在LED发光时，流经每一LED串的电流被控制都一样为100mA；大致在LED不发光时，流经每一LED串的电流都一样为0mA。举例来说，集成电路IC1中有一调光信号SDIMMING，来大致决定LED串是否应该发光或是不发光。
集成电路IC1检测反馈端FB的电压，其可以对应主阴极A1…AN中的最低阴极电压VA-MIN。从FB端到主阴极A1…AN之间的电路连接可以推知，反馈端FB的电压VFB会符合以下公式(1)。
VFB＝VA-MIN+VTH-DIODE·       ……(1)
其中，而VTH-DIODE为一二极管顺向跨压。依据电压VFB，集成电路IC1可以通过控制端CTRL提供控制电流ICTRL给电源供应器12，进而调整电源端OUT的电压VOUT，使最低阴极电压VA-MIN大致维持在目标值VTAR。这个目标值VTAR可以是一固定值，譬如说是1V；也可以是一周期性改变的值。譬如说，集成电路IC1中有一输出反馈电路，使目标值VTAR，视电压VFB的变化，切换于两个电压之间。
集成电路IC1检测LED短路保护端LEDSP的检测电压VLEDSP，其可以对应主阴极A1…AN中的最高阴极电压VA-MAX。N个二极管的阴极连接到共同端MAX，其阳极分别连接到主阴极A1…AN。齐纳二极管ZD1与电阻14串接于LED短路保护端LEDSP与共同端MAX之间。从LED短路保护端LEDSP到主阴极A1…AN之间的电路连接可以推知，LED短路保护端LEDSP的检测电压VLEDSP大约可以由以下公式(2)与(3)推导得知。
VMAX＝VA-MAX-VTH-DIODE，               …(2)
VLEDSP＝VMAX-VBD-ZD1-ILEDSP*R14·      …(3)
其中，VMAX为共同端MAX的电压，VBD-ZD1为齐纳二极管ZD1的击穿电压，ILEDSP为从LED短路保护端LEDSP流入集成电路IC1的电流值，R14为电阻14的电阻值。
通过LED短路保护端LEDSP、反馈端FB以及门端GATE1…GATEN，集成电路IC1可以进行适当的LED短路或是开路的防护机制。举例来说，一个开路防护机制，是当门端GATE1…GATEN的其中的一电压VGATEn已经高达一定程度，且反馈端FB的电压却一直低于目标值VTAR时，就判定相对应的LED串CLEDn应该是开路，所以把功率晶体管Mn关闭，停止对LED串CLEDn提供驱动电流。
但是，上述的开路防护机制，却可能在LED光源提供系统10刚刚接上电源时，发生误判的情形。举例来说，在LED光源提供系统10刚刚接上电源时，电源端OUT的电压VOUT可能还没有到足以驱动LED串CLED1…CLEDN的电压，而集成电路IC1就开始驱动LED串CLED1…CLEDN，尝试使他们发光。此时，尽管电压VGATE1…VGATEN都不断的被拉高，但是因为电压VOUT不够高的原因，反馈端FB的电压会一直低于目标值VTAR，因而误触发了开路防护机制。
因此，集成电路IC1的防护机制，有一定的程序来使能。请参阅图2，其显示运用于图1的集成电路IC1中的控制方法。步骤60确认集成电路IC1的电源正常供应。步骤62检查调光信号SDIMMING为使能或是禁止。在调光信号SDIMMING为禁止时，步骤68使控制端CTRL为高输入阻抗，控制电流ICTRL为0A。步骤70禁止了LED驱动电路、短路/开路防护电路、以及输出反馈电路。因此，LED串CLED1…CLEDN都不发光，短路/开路防护电路不会动作，而输出反馈电路不会对电压VFB的变化做出反应。
在调光信号SDIMMING为使能时，步骤64检查LED短路保护端LEDSP的检测电压VLEDSP是否到达一定标准。如果步骤64的结果为“否”，则代表电压VOUT还没有备妥。因此，进入步骤72，使ICTRL为一负值，强制使电源供应器12提高电压VOUT。如果步骤64的结果为“是”，步骤66使能LED驱动电路、短路/开路防护电路、以及输出反馈电路。如此，LED串CLED1…CLEDN才开始发光；短路/开路防护电路可以随着电压VFB、检测电压VLEDSP等动作；输出反馈电路依据电压VFB的变化，改变目标值VTAR，使电压VFB变化于一迟滞区间。
图3示例图1的集成电路IC1。先假定LED串CLED1…CLEDN还没有发光，此时电流源22提供定电流ISET。这个定电流ISET，在共同端MAX的电压VMAX不够高之前，会使检测电压VLEDSP一直维持在0V，低于参考电压VTH-SH，所以备妥信号SRDY维持在禁止状态。只有在电压VMAX高过齐纳二极管ZD1的击穿电压VBD-ZD1，检测电压VLEDSP才会开始上升。只要善加选择电流ISET、击穿电压VBD-ZD1、以及电阻14的电阻值R14，就可以依据公式(2)与(3)，来推知当检测电压VLEDSP超过参考电压VTH-SH时，电压VMAX与最高阴极电压VA-MAX的值，其可以用来认定电压VOUT已经备妥。所以，当检测电压VLEDSP超过参考电压VTH-SH时，比较器CM就使能备妥信号SRDY。备妥信号SRDY与发光信号SDIMMING-LED都是禁止时，输出反馈电路28使控制电流ICTR为一负值(流入集成电路IC1)，使电压VOUT上升。
逻辑控制器24具有SR正反器26以及与门34。从逻辑控制器24的电路可以推知，当调光信号SDIMMING为禁止时，发光信号SDIMMING-LED也是禁止，所以禁止了驱动电路32、短路/开路防护电路30、以及输出反馈电路28。当调光信号SDIMMING为使能时，逻辑控制器24需要确认备妥信号SRDY被使能，才会使能发光信号SDIMMING-LED，使驱动电路32开始驱动LED串CLED1…CLEDN发光；短路/开路防护电路30开始检测电压VFB、电压VLEDSP、以与门端GATE1…GATEN的电压反应；输出反馈电路28开始依据电压VFB来控制控制电流ICTRL。
图4显示图3的一可能的信号波形，由上到下，分别是电源端OUT的电压VOUT、反馈端FB的电压VFB、调光信号SDIMMING、控制端CTRL的控制电流ICTRL、检测电压VLEDSP、备妥信号SRDY、发光信号SDIMMING-LED、以及流经LED串CLED1…CLEDN其中之一的电流ILED。在时间t1之前，电压VOUT还没有备妥，集成电路IC1也没驱动LED串CLED1…CLEDN，所以电流ILED为0。
在时间t1，调光信号SDIMMING转态为使能，此时，因为检测电压VLEDSP低于参考电压VTH-SH，所以备妥信号SRDY与发光信号SDIMMING-LED都维持为禁止，所以驱动电路32、短路/开路防护电路30以及输出反馈电路28都被禁止。禁止的备妥信号SRDY与发光信号SDIMMING-LED强迫控制电流ICTR为负值，使得误差放大器EA的控制端偏低，所以电压VOUT开始上升。电压VFB虽然会随着电压VOUT上升而上升，但是因为接在反馈端FB的二极管逆偏压的原因，所以顶多只会上升到电压VCC。电压VOUT上升达一定程度时，检测电压VLEDSP也会开始上升。
当检测电压VLEDSP升达参考电压VTH-SH时(如同图4中的时间t2所示)，备妥信号SRDY转态为使能，也进而使发光信号SDIMMING-LED转态为使能，所以驱动电路32、短路/开路防护电路30以及输出反馈电路28都被使能。使能的驱动电路32开始使LED串CLED1…CLEDN发光，电流ILED朝一定电流值接近，所以电压VFB与检测电压VLEDSP都会下降。下降的检测电压VLEDSP会使备妥信号SRDY转态为禁止。此时，SR正反器26的二输入都为0，所以不影响SR正反器26的输出以及发光信号SDIMMING-LED。
如图4所示，在时间t2到t3之间，被使能的输出反馈电路28周期的切换控制电流ICTRL于一正值与一负值，也使得电压VOUT与电压VFB产生周期性的变化。举例来说，电压VFB周期地变化于1V到1.5V之间，变化频率可以低到20Hz。
在时间t3，SDIMMING转态为禁止，使发光信号SDIMMING-LED转态为禁止，同时禁止了驱动电路32、短路/开路防护电路30以及输出反馈电路28。控制电流ICTR与电流ILED，此时都为0。禁止的驱动电路32使电压VFB与检测电压VLEDSP都上升，因此，备妥信号SRDY转态为使能。电压VOUT则视电源供应器12的反应速度，可能逐渐降低。
在时间t4，SDIMMING转态为使能。此时，因为备妥信号SRDY已经就是使能了，所以，发光信号SDIMMING-LED立即转态为使能，开始使LED串CLED1…CLEDN发光。
图1中LED光源提供系统10可以有一种变化，其中的齐纳二极管ZD1与电阻14只出现了其中之一。
另一个实施例中，输出反馈电路依据电压VFB的变化，控制目标值VTAR，使电压VFB大约固定在一预设值。
从图3与图4可知，就算是SDIMMING为使能，集成电路IC1一定会等到备妥信号SRDY为使能，也就是电压VOUT高达一定程度下，才会开始驱动LED串CLED1…CLEDN。如此，可以避免电压VOUT不足就驱动LED串CLED1…CLEDN时，可能误判LED串CLED1…CLEDN有开路的情形发生。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种集成电路，用以控制多个发光二极管串的电流，每个发光二极管串具有多个发光二极管，顺向串接于一主阳极与一主阴极之间，每一主阳极连接至一电源端，其特征是，该集成电路包含：
多个驱动电路，分别控制所述发光二极管串的发光；
一检测端，该检测端的检测电压可对应所述主阴极其中的一电压；
一比较器，当该检测电压高于一参考电压时，使能一备妥信号；以及
一逻辑控制器，接收一调光信号以及该备妥信号，当该调光信号被使能后，若该备妥信号被使能，则使能所述驱动电路，使所述发光二极管串发光。
2.如权利要求1的集成电路，其特征是，当该调光信号被使能后，若该备妥信号被禁止，则使能一输出电压控制信号，使该电源端的电压开始上升。
3.如权利要求1的集成电路，其特征是，该检测电压对应所述主阴极其中的最高电压。
4.如权利要求1的集成电路，其特征是，另包含：
一保护电路，提供所述发光二极管串的开路或短路的保护机制；
其中，当该调光信号被使能后，若该备妥信号被使能，则该逻辑控制器使能该保护电路。
5.如权利要求1的集成电路，其特征是，另包含：
一输出反馈电路，周期性地使能或禁止一输出电压控制信号，分别使该电源端的电压上升或下降；
其中，当该调光信号被使能后，若该备妥信号被使能，则该逻辑控制器使能该输出反馈电路。
6.一种控制方法，适用于控制多个发光二极管串的电流，每个发光二极管串具有多个发光二极管，顺向串接于一主阳极与一主阴极之间，每一主阳极连接至一电源端，其特征是，该控制方法包含：
接收一检测电压，该检测电压对应所述主阴极其中的一电压；
接收一调光信号；
比较该检测电压与一参考电压；
当该检测电压高于该参考电压时，使能一备妥信号；以及
当该调光信号为使能后，若该备妥信号没被使能，使所述发光二极管串不发光。
7.如权利要求6的控制方法，其特征是，另包含：
当该调光信号为禁止时，使所述发光二极管串不发光。
8.如权利要求6的控制方法，其特征是，另包含：
当该调光信号被使能后，若该备妥信号没被使能时，使能一输出电压控制信号，使该电源端的电压开始上升。
9.如权利要求6的控制方法，其特征是，该检测电压对应所述主阴极其中的最高电压。
10.如权利要求6的控制方法，其特征是，另包含：
当该调光信号被使能后，若该备妥信号没被使能时，禁止所述发光二极管串的开路或短路的保护机制；以及
当该调光信号被使能后，若该备妥信号被使能，周期性地使该电源端的电压上升或下降。
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