CN103165075A - 发光二极管的驱动电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管的驱动电路及其方法，发光二极管的驱动电路，其包含一供电控制单元、一脉宽调变控制单元、一控制单元及一电流驱动单元。供电控制单元根据控制单元的控制和一数据信号，将一基准电流调变为多个电流设定信号。脉宽调变控制单元根据控制单元的控制和数据信号，输出一脉冲信号。电流驱动单元根据由供电控制单元所提供的电流设定信号和脉冲信号，输出一在一预设工作时间中具有一连续导通时间的驱动电流，来驱动一发光二极管。

Description

发光二极管的驱动电路及其方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种发光二极管的驱动电路及其方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，LED)基本上具有亮度对应电流而变化的特性，已逐渐普遍被使用。
目前LED元件的发光是根据脉宽调变(pulse wide modulation，PWM)的方式进行。切换LED运作的切换电路分别连接于LED、基准电流源和PWM电路。若从PWM电路输出的脉冲信号为高电位，切换电路呈现ON，即开启状态时，基准电流源所供应的基准电流将驱动LED元件，使LED元件发光。若脉冲信号的高电位的期间变长，则LED元件的发光量也会跟着增加。
为着呈现影像的灰度(grayscale level)和亮度(brightness level)，设计者会利用PWM电路的设计，来改变PWM的有效周期，也即整个PWM工作周期中的单位导通时间的比例，以控制LED元件的运作。一般来说，为着避免人类的眼睛看见屏幕闪烁，通常PWM的周期不能太长，例如大于16.6微秒，而为着得到宽的动态范围，有效周期则为越小越好，例如约0.001。然而，有效周期却受限于电路本身的限制。
另一方面，设计者也使用脉冲信号(CLK)时间来计算有效周期，藉此产生PWM计时周期。为着扩大灰度的动态范围，亮度信号将被转换成二进位数据，并且使用多个单位时间长度TCLK来设计，其以二的N次方表示。假设N设定为16，则系统称为16位的PWM系统。然而，这样的系统N的数字越大，则PWM计数周期也会跟着变大，使得视觉更新率(visual refresh rate)也将变慢，在人类的视觉上将产生抖动的情形。并且在每一次ON和OFF之间转换时，会在数字阶段和输出电流之间产生不协调的情况，也即转换误差。当ON和OFF的频率越高，所产生的转换误差也越大。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管的驱动电路及其方法，藉以解决视觉更新率低、影像抖动和转换误差的问题。
本发明所揭露的驱动电路(driving circuit)，其包含一供电控制单元、一脉宽调变控制单元、一控制单元及电流驱动单元。控制单元输出一第一控制信号至供电控制单元，输出一第二控制信号至脉宽调变控制单元，使电流驱动单元根据供电控制单元和脉宽调变控制单元的控制驱动发光二极管。
本发明所揭露的驱动方法，首先，输入一数据信号至供电控制单元和脉宽调变控制单元。接着，根据第一控制信号和数据信号，供电控制单元将基准电流转换成多个分别具有不同位阶值的电流设定信号，以及根据该第二控制信号和数据信号，脉宽调变控制单元输出一脉冲信号。然后，根据脉冲信号和相对应的至少一个电流设定信号，产生一相对应的驱动电流，以驱动一相对应的发光二极管。其中驱动电流在一预设工作时间(predetermined operation period)中具有一连续导通时间。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为根据本发明第一实施例的驱动电路的结构示意图；
图1B为根据本发明第二实施例的驱动电路的结构示意图；
图2A为根据本发明一实施例的驱动电流的时序图；
图2B为根据本发明一实施例的驱动电流的时序图。
其中，附图标记
100、200    发光二极管驱动电路
110、210    控制单元
120、220    供电控制单元
121、221    电流设定模块
122、222    选择模块
123、223    信号总线
130    暂存器
131    暂存空间
140、240脉宽调变控制单元
141    计时器
241    计时和暂存单元
150、250电流驱动单元
SD    数据信号
T1    预设工作时间
T2    连续导通时间
I1、I2位阶值
D1-D8 导通区间
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图1A，图1A为根据本发明第一实施例的驱动电路的结构示意图。驱动电路100包含一控制单元110、一供电控制单元120、一暂存器(register)130、一脉冲宽度调变控制单元140和多个电流驱动单元150。数据信号SD是为一序列信号，具有N个位(bit)的亮度数据，N为常数。亮度数据是由二进制的位码A(h)表示，h是为0至(N-1)的常数，A(h)为0或1。
控制单元110连接于供电控制单元120、暂存器130和脉宽调变控制单元140，用以供应一第一控制信号至供电控制单元120，供应一第二控制信号至脉宽调变控制单元140，以及供应一第三控制信号至暂存器130，以控制供电控制单元120、暂存器130和脉宽调变控制单元140的运作，其中第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号是为具有高位阶和低位阶的周期性脉冲信号，用以计数。
暂存器130连接于控制单元110、供电控制单元120和脉宽调变控制单元140，其提供多个暂存空间131，用以串行接收并储存多个数据信号SD，并根据控制单元110传送的第三控制信号，将已储存在每个暂存空间131的数据信号SD串行地传送至供电控制单元120和脉宽调变控制单元140，其中每一该数据信号SD对应于其中一个发光二极管(未绘示)。
供电控制单元120连接于控制单元110和电流驱动单元150，用以接收一基准电流、第一控制信号和每一个数据信号SD，其包含一电流设定模块121和选择模块122。电流设定模块121根据数据信号和第一控制信号，设定驱动电路100目前所需要的电流的位阶值种类，使选择模块122进一步根据设定，将基准电流转换形成多个分别具有不同位阶值的电流设定信号，如信号总线123所示，以进一步选择地输出所需要的电流设定信号至每一个电流驱动单元150，以进一步形成每一个对应于每一个发光二极管的驱动电流。
脉冲调变控制单元140连接于控制单元110、暂存器130和每一个电流驱动单元150，并且与控制单元110、供电控制单元120同步运作，用以接收由控制单元110传送的第二控制信号，接收由每一个暂存空间131传送的每一个数据信号SD，以进一步根据第二控制信号的控制，计数每一个接收到的数据信号SD中的数据，以产生一相对应的脉冲信号至其中一个相对应的电流驱动单元150。其中，脉冲调变控制单元140包含多个计时器141，每一个计时器141各别对应于一个暂存空间131、一个电流驱动单元150和一个发光二极管，用以计数数据信号SD中的数据。
最后，电流驱动单元150根据所接收到的每一个脉冲信号和电流设定信号，形成每一个相对应的驱动电流。由于数据信号是为一二进制码，因此每一个驱动电流在其预设工作时间内，具有多个对应于由最高有效位至最低有效位的时间区间，并且预设工作时间中包含一连续导通时间。
另一方面，本发明还提供一第二实施例，如图1B所示，其为根据本发明第二实施例的驱动电路的结构示意图。第二实施例中驱动电路200与第一实施例的不同点在于，脉冲调变控制单元240整并了计数和暂存数据的功能，如每一个计时和暂存单元241所示，因此数据信号SD可以直接暂存于计时和暂存单元241中，并且计数暂存于计时和暂存单元241内的数据。
为了更进一步地说明如何形成一在预设工作时间中具有一连续导通时间的驱动电流，以进一步驱动每一个发光二极管，请同时参照图1B、图2A和图2B所示，其中图2A和图2B为根据本发明一实施例的驱动电流的时序图。在本发明的一实施例中，假设数据信号SD是为串行信号，包含8个位的亮度数据，其中亮度数据的二进制码为10101101，也即最高有效位码A(7)为1，有效位码A(6)为0，有效位码A(5)为1，以此类推，由左至右，直到最低有效位码A(0)为1。
进一步来说，具有高位阶(即有效位码为1)表示在相对应的时间区间内供应电流设定信号至电流驱动单元250，使电流驱动单元250根据计时和暂存单元241所提供的脉冲信号，以产生相对应的驱动电流，来驱动地驱动发光二极管，其中，此类时间区间是为导通区间。具有低位阶(即有效位码为0)则表示在相对应的时间区间内，不提供电流设定信号至电流驱动单元250，使发光二极管无法被驱动，此类时间区间为非导通区间。
当供电控制单元220接收到数据信号SD时，电流设定模块221根据数据信号SD中每一个位的亮度数据和第一控制信号，设定驱动电路200所需要的电流设定信号的位阶值，使选择模块222根据设定将基准电流转换成多个分别具有不同位阶值的电流设定信号，如信号总线223所示，并输出至少一个选择的电流设定信号至每一个电流驱动单元250。
每一个计时和暂存单元241在暂存所接收到的数据信号SD的同时，也开始计数此数据信号SD的每一笔亮度数据，使所输出的脉冲信号形成由最高有效位至最低有效位所对应的多个时间区间，如图2A、图2B的D1至D8所示，其中最高有效位A(7)对应于时间区间D2，有效位A(6)对应于时间区间D1，有效位A(5)对应于时间区间D3，以此类推。每个时间区间的长度与其相对应的有效位二的幂次方有关，预设工作时间T1则为每个时间区间的总合。
接着，供电控制单元220根据驱动电路200所提供的一电流调变的机制，选择模块222根据每一个时间区间所需要的不同的电流的位阶值，选择地输出相对应的电流设定信号至相对应的电流驱动单元250。此电流驱动单元250根据此电流调变的机制，使所接收到的脉冲信号对应于所接收到的电流设定信号，以输出驱动电流。此电流调变的机制由这些时间区间中选择至少一个具有较长的周期时间的时间区间，使选择单元222在此时间区间中输出具有较高位阶值的电流设定信号至一个相对应的电流驱动单元250，使周期时间的长度得以减少。若所选择对应的电流设定信号的位阶值为其他导通区间的二倍，则时间区间的周期时间将变为原来的二分之一倍。在本发明的一实施例中，预设地选择最高有效位和其相邻的有效位所对应的时间区间D1和D2内，利用电流调变的机制，使所选择的时间区间D2的驱动电流为原来的二倍，其他有效位所对应的时间区间D3至D8则维持在位阶值I2，如图2B所示。
然后，再利用控制单元210所提供的一选择与合并机制，选择并合并具有高位阶的导通区间，如时间区间D2、D4、D6和D8，使被合并的导通区间将产生一连续导通时间T2，使被驱动的发光二极管能在预设工作时间T1中，维持连续导通的状态。由于在此连续导通时间T2内，因着导通区间的导通时间和位阶值不同，使发光二极管得以发出不同的亮度的光。
根据本发明所提供的每个实施例中，虽然数据信号是以二进制码作为范例，然而本发明不受限于此，因此数据信号也可以是其他形式的数字信号，如八进制或十六进制等的位码。此外，每个导通区间内所对应的电流的位阶值间的倍数，或是导通时间的长度的倍数，并不受实施例的限制，因此这些倍数可以是为整数或非整数的常数。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种驱动电路，用电流调变来驱动一发光二极管，其特征在于，包括：
一控制单元，提供一第一控制信号和一第二控制信号；
一供电控制单元，连接于该控制单元，用以根据一数据信号和该第一控制信号，将一基准电流转换成多个电流设定信号；
一脉宽调变控制单元，连接于该控制单元，用以根据该数据信号和该第二控制信号，进一步输出一脉冲信号；以及
一电流驱动单元，连接于该脉宽调变控制单元，用以根据一驱动电流，来驱动该发光二极管，其中该控制单元根据该脉冲信号和该电流设定信号，使该驱动电流在一预设工作时间中具有一连续导通时间。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该脉冲调变控制单元包括一计时和暂存单元，用以暂存该数据信号，并根据该数据信号中的数据计数，以输出该脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该数据信号为一二进制码或其他进制的数字信号。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，该供电控制单元根据该二进制码，将该基准电流转换成该些电流设定信号，而每一该电流设定信号具有一相对应的位阶值。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，该供电控制单元包含一电流设定模块和一选择模块，该电流设定模块根据该数据信号的数据，使该选择模块产生该些电流设定信号，并选择地提供其中一个相对应的电流设定信号至该电流驱动单元。
6.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，还进一步包括：
一电流调变的机制，用以根据每一该脉冲信号和每一该相对应的电流设定信号，使每一该驱动电流从最高有效位至最低有效位分成多个时间区间，每一该时间区间为一导通区间或一非导通区间。
7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，该电流调变的机制由该些时间区间中选择至少一个导通区间，使该选择的导通区间的一位阶值以一倍数值增加。
8.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，该电流调变的机制由该些导通区间中选择至少一个导通区间，使该选择的导通区间的一导通时间以一倍数值减少。
9.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，在每一该导通区间中，该电流调变的机制使该供电控制单元的一选择模块选择地分配其中一个相对应的电流设定信号至该电流驱动单元。
10.一种驱动方法，根据一具有多个位码的数据信号，从最高有效位至最低有效位，使一驱动电流形成多个导通区间和多个非导通区间，在一预设工作时间中驱动一相对应的发光二极管，其方法包括：
输入该数据信号；
由一控制单元传送一第一控制信号至一供电控制单元，以及传送一第二控制信号至一脉宽调变控制单元；
根据该第一控制信号和该数据信号调变一基准电流，使该基准电流转换成多个电流设定信号；
根据该第二控制信号和该数据信号，产生一脉冲信号；
根据该脉冲信号及该些电流设定信号，使该驱动电流在该预设工作时间中产生一连续导通时间；以及
在该连续导通时间内，驱动该发光二极管。
11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，还进一步包括：
选择每一该导通区间，在该预设工作周期中合并成该连续导通区间。
12.根据权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，还进一步包括：
由该些导通区间中选择至少一个导通区间，使该选择的导通区间的一位阶值以一倍数值增加。
13.根据权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，还进一步包括：
由该些导通区间中选择至少一个导通区间，使该选择的导通区间的一导通时间以一倍数值减少。
14.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，该脉冲信号是由该脉冲调变控制单元计时该数据信号中的数据所产生。
15.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，该数据信号为一二进制码或其他进制的数字信号。
16.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，还进一步包括：
在每一该导通区间中，根据该数据信号，选择其中一个电流设定信号，以形成该驱动电流，其中该些电流设定信号分别具有不同的位阶值。
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