CN103260323A - 电源控制电路、短路侦测电路以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源控制电路、短路侦测电路以及控制方法。该短路侦测电路包括有一定电流源、一整流器、以及一侦测器。该定电流源提供一设定电流。该整流器耦接于一回馈端以及该定电流源之间。该回馈端耦接至该发光二极管的一端。当该回馈端上的一回馈电压超过一短路参考电压时，该整流器使该设定电流汲取该回馈端。该侦测器侦测该回馈端的一回馈电压，当该回馈电压高过一默认值时，触发一短路保护，以使该发光二极管串不发光。因此，本发明可不需要有耐受高压组件，所以成本有机会可以比较便宜，且本发明可以独立地侦测发生于不同发光二极管串之短路事件。

Description

电源控制电路、短路侦测电路以及控制方法

技术领域

本发明是关于针对发光二极管串(LED chain)的电源控制电路，尤其是关于侦测发光二极管串中是否有短路事件发生的电源控制电路。

背景技术

对于讲究节能减碳的这个时代而言，发光二极管(light-emitting diode，LED)已经是广为使用的一种光源，因为其具有相当优良的发光效率以及精巧的组件体积。举例来说，现代的液晶屏幕(LCD panel)，大都以LED来取代以往的CCFL，来当作背光。

图1为一种用于液晶屏幕的背光模块的LED电源供应器8，主要是控制发光二极管串L₁-L_N的发光，每一发光二极管串具有多个串接的发光二极管。升压电路(booster)4中，脉波宽度控制器23控制功率开关，使电感组件从输入端IN汲取能量，而对输出端OUT释放能量，以在输出端OUT上建立适当的输出电压V_OUT来驱动发光二极管串。电流平衡控制器13主要控制使流经每一个发光二极管串(LED chain)的电流都大致相等，以达到均匀发光的目的。

电路12具有多个二极管，全部连接到最小电压端MIN，用来侦测在阴极端D₁-D_N上的最小电压。最小电压端MIN上的电压V_MIN大致会对应阴极端D₁-D_N上的最小电压。电流平衡控制器13能够通过控制端CTRL，来影响升压电路4的传输功率，以使电压V_MIN维持在一默认值。如此，可以确保NMOS晶体管N₁-N_N操作于一比较有效率的状态，可以降低不必要的电能损耗。

随着使用时间的增加，发光二极管串L₁-L_N中的发光二极管可能老化，变成短路或是开路。这样的异常状态发生，电流平衡控制器13应该要做出相对应的动作，预防危险的发生。

电路14提供短路侦测。电路14具有多个二极管，全部连接到最大电压端MAX。最大电压端MAX上的电压V_MAX大致会对应阴极端D₁-D_N上的最大电压。举例来说，如果发光二极管串L_n中有许多个LED短路了，当发光二极管串L₁-L_N发光时，阴极端D_n上的阴极电压V_Dn就会比其它的阴极电压V_D1-V_Dn-1、V_D1-V_Dn-1来的高很多，所以也导致了最大电压端MAX上的电压V_MAX高升。电流平衡控制器13可以通过侦测端SD来侦测电压V_MAX。一旦电压V_MAX超过一临界值，电流平衡控制器13可以认定有LED短路事件发生，进而使所有发光二极管串L₁-L_N都不发光。

但是，图1中的LED电源供应器8有几个缺点。第一，电流平衡控制器13无法个别判断发光二极管串L₁-L_N中哪一个发生了LED短路事件。也就是说，只要有一个发光二极管串L_n发生LED短路事件发生了，将会导致所有的发光二极管串全部不发光。第二，LED电源供应器8的整体成本将会相当可观。LED电源供应器8需要有一个耐高压开关，耦接于最大电压端MAX以及侦测端SD之间，以使调光不亮(dimming off)时，高压的阴极电压V_D1-V_DN不至于进入电流平衡控制器13。相对的，电流平衡控制器13也多了一只接脚(pin)DT来控制此耐高压开关。

发明内容

本发明的实施例揭示一种控制方法，适用于一发光二极管串的短路侦测，包括有：提供一回馈端，耦接至该发光二极管串的一端；从该回馈端汲取一参考电流，大致使该回馈电压不高于一短路参考电压，其中，该参考电流有一预设的最大值；于该发光二极管串发光时，比较一回馈电流以及该参考电流，其中，该回馈电流是由该发光二极管串的该端流入该回馈端；以及，当该回馈电流高于该参考电流时，触发一短路保护，以使该发光二极管串不发光。

本发明的实施例揭示一种短路侦测电路，适用于一发光二极管串的短路侦测。该短路侦测电路包括有一定电流源、一整流器、以及一侦测器。该定电流源提供一设定电流。该整流器耦接于一回馈端以及该定电流源之间。该回馈端耦接至该发光二极管的一端。当该回馈端上的一回馈电压超过一短路参考电压时，该整流器使该设定电流汲取该回馈端。该侦测器侦测该回馈端的一回馈电压，当该回馈电压高过一默认值时，触发一短路保护，以使该发光二极管串不发光。

附图说明

图1为一种用于液晶屏幕的背光模块的LED电源供应器。

图2为依据本发明所实施的电源控制电路。

图3显示图2中的背光控制器。

图4显示图3中的一驱动模块以及相关的外接电路。

图5显示另一驱动模块。

图6A以及图6B显示二LED短路侦测器。

其中，附图标记说明如下：

4               升压电路

8               LED电源供应器

12、14          电路

13              电流平衡控制器

18              电源控制电路

20              背光控制器

22₁、22A₁、22B₁ LED短路侦测器

23、30          脉波宽度控制器

24₁             LED串驱动器

25              纪录器

26              最小电压选择器

28₁-28_N、28A₁  驱动模块

64₁            运算放大器

C₁             比较器

CC₁            定电流源

CS₁-CS_N        电流侦测端

CTRL           控制端

D₁-D_N          阴极端

DRV            驱动端

FB₁-FB_N        回馈端

FB-MIN         最小回馈端

G₁-G_N          闸端

IN             输入端

I_REF           参考电流

I_SET           设定电流

L₁-L_N          发光二极管串

MAX            最大电压端

MIN            最小电压端

N₁-N_N          NMOS晶体管

OUT            输出端

R₁-R_N          电阻

RS₁-RS_N        侦测电阻

SD、SE₁        侦测端

SH₁            信号

SW₁            开关

V_REF-SH        短路参考电压

V_ISET          设定电压

VSF    定电压源

具体实施方式

图2为依据本发明所实施的电源控制电路18，用来控制发光二极管串L₁-L_N的发光。发光二极管串L₁-L_N具有阴极端D₁-D_N，通过电阻R₁-R_N分别耦接到背光控制器20的回馈端FB₁-FB_N。背光控制器20通过闸端G₁-G_N，控制NMOS晶体管N₁-N_N，从电流侦测端CS₁-CS_N，大致侦测流经NMOS晶体管N₁-N_N的电流。背光控制器20也从驱动端DRV，控制升压电路(booster)4中的功率开关，以增能或是释能其中的电感。在一实施例中，背光控制器20为一单晶集成电路。

图3显示图2中的背光控制器20，其包括有脉波宽度控制器30、最小电压选择器26、以及多个驱动模块28₁-28_N。

最小电压选择器26依据回馈端FB₁-FB_N上的回馈电压V_FB1-V_FBN中的最小值，在最小回馈端FB-MIN上，产生最小回馈电压V_FB-MIN。从驱动端DRV，脉波宽度控制器30控制升压电路4中的功率开关，以使输出端OUT的电压V_OUT增加或是减少，目的是使最小回馈电压V_FB-MIN大致维持在一默认值。如此，可以使NMOS晶体管N₁-N_N工作的比较有效率。举例来说，脉波宽度控制器30将最小回馈电压V_FB-MIN控制在约1V，相对地回馈电压V_FB1-V_FBN中的最小值也可能约是1V。

驱动模块28₁-28_N分别对应到发光二极管串L₁-L_N。驱动模块28₁-28_N其中的电路、架构、或是功能可以是相同或是类似。以下将以驱动模块28₁作为一例子来解说。业界具有普通能力者可以依据驱动模块28₁的说明，简单的推知或是实现其它驱动模块28₂-28_N的内部结构、连接关系、以及功能。

图4显示驱动模块28₁以及相关的电路，其中有LED短路侦测器22₁以及LED串驱动器24₁。

要使发光二极管串L₁发光时，LED串驱动器24₁通过闸端G₁以及电流侦测端CS₁，大致上使流经发光二极管串L₁的电流为一预定值。因为运算放大器64₁所提供的负回馈(negative feedback)机制，流经发光二极管串L₁的电流大约会等于固定的设定电压V_ISET除以侦测电阻RS₁的电阻值。设定电压V_ISET在驱动模块28₁-28_N都一样。只要侦测电阻RS₁-RS_N都一样，那流经每个LED的电流就都差不多，可以达到发光亮度大约一致的目的。

LED短路侦测器22₁耦接到回馈端FB₁，在发光二极管串L₁发光时，据以判断是否发光二极管串L₁发生有LED短路事件。如果LED短路侦测器22₁认定发光二极管串L₁发生有LED短路事件，就通过信号SH₁，强制禁能(disable)LED串驱动器24₁。此时，纪录器25会固定禁能运算放大器64₁，使NMOS晶体管N₁维持在关闭，呈现开路状态，大致使发光二极管串_L1不发光。

LED短路侦测器22₁中，比较器C₁比较了回馈端FB₁上的回馈电压V_FB1以及短路参考电压V_REF-SH。定电流源CC₁通过侦测端SE₁耦接到开关SW₁以及缓冲器BU。一旦回馈电压V_FB1高于短路参考电压V_REF-SH，开关SW₁会被开启，定电流源CC₁所提供设定电流I_SET中，至少有一部分会成为参考电流I_REF，流经开关SW₁，从回馈端FB₁汲取电流，尝试降低回馈电压V_FB1。参考电流I_REF的最大值就是设定电流I_SET。换言之，只要从电阻R₁流到回馈端FB₁的电流I_FB1不大于设定电流I_SET，回馈电压V_FB1大致会被维持在不大于短路参考电压V_REF-SH的范围内。只要电流I_FB1小于设定电流I_SET，侦测端SE₁的电压就会维持在一低位准(譬如说0V)，可以视为逻辑上的0。此时，缓冲器BU维持信号SH₁为逻辑上的0，LED串驱动器24₁驱使发光二极管串L₁发光。

从另一个角度来看，当回馈电压V_FB1低于短路参考电压V_REF-SH时，电流I_FB1大约是0，所以回馈电压V_FB1大约等于阴极电压V_D1。如此，图3中的脉波宽度控制器30与最小电压选择器26可以正常的工作。

一旦电流I_FB1大于设定电流I_SET，回馈电压V_FB1就会开始超过短路参考电压V_REF-SH。此时，因为开关SW₁的全开(fully-ON)，侦测端SE₁的电压会大约等于回馈电压V_FB1。缓冲器BU等同一侦测器，侦测侦测端SE₁的电压，也等同于侦测回馈电压V_FB1。如果侦测端SE₁的电压高达一定临界值V_TH，譬如说3V，则缓冲器BU会视其为逻辑上的1，缓冲器BU将输出逻辑上为1的信号SH₁，发光二极管串L₁被认为有发生LED短路事件。此时，LED串驱动器24₁会被强制禁能，大致使发光二极管串L₁不发光。

在一实施例中，短路参考电压V_REF-SH高于缓冲器BU所用于辨认逻辑的临界值V_TH。如此，被认定发生LED短路事件时，设定电流I_SET、短路参考电压V_RES-SH、触发阴极电压V_D1-TH、以及电阻R₁彼此将会有以下公式I的关系。

I_SET＝I_FB1＝(V_D1-TH-V_REF-SH)/R₁    I

公式I整理后，可以得到以下公式II。

R₁＝(V_D1-TH-V_REF-SH)/I_SET          II

可以依据公式II，通过选取一个适当的电阻R₁，来设定发生LED短路时，触发阴极电压V_D1-TH的值。假定，举例来说，当脉波宽度控制器30正常操作时，回馈电压V_FB1-V_FBN中的最小值，也等同于阴极电压V_D1-V_DN的最小值，大约会维持在1V；每个发光二极管串中的LED数目一样多；每个发光二极管正常操作时，跨压约3.5V；设定电流I_SET为20微安培(uA)；短路参考电压V_RES-SH为4V；临界值V_TH为3V；当至少有三个LED短路时，就应该视为发生LED短路。那么，触发阴极电压V_D1-TH就应该等于11.5(＝3.5*3+1)V，电阻R₁应该选定为(11.5-4)/20百万奥姆。

在另一个实施例中，短路参考电压V_REF-SH低于缓冲器BU所用于辨认逻辑的临界值V_TH。如此，只要把公式I与II中的短路参考电压V_REF-SH取代为临界值V_TH，一样可以得到选取适当的电阻R₁的公式。

图4中的驱动模块28₁可以辨识出是否发光二极管串L₁发生有LED短路事件。而且，当LED短路侦测器22₁禁能LED串驱动器24₁后，并不会影响其它驱动模块中LED短路侦测器的操作。

图5显示驱动模块28A₁，可以用以取代图3中的驱动模块28₁。与驱动模块28₁的固定短路参考电压V_REF-SH不同的，在图5中的驱动模块28A₁中，短路参考电压V_REF-SH是关联于最小回馈电压V_FB-MIN，其关联于阴极电压V_D1-V_DN中的最小值。在图5中，定电压源VSF把最小回馈端FB-MIN上的最小回馈电压V_FB-MIN增加一预定值后，作为短路参考电压V_REF-SH。

图4与图5中，比较器C₁以及开关SW₁的组合，可以等同视为一整流器。当回馈端FB₁上的回馈电压V_FB1超过短路参考电压V_REF-SH时，整流器导通，设定电流I_SET汲取回馈端FB₁；否则，整流器关闭，设定电流I_SET无法汲取回馈端FB₁。所以，整流器的临界电压就是短路参考电压V_REF-SH。

图6A以及图6B显示LED短路侦测器22A₁与22B₁，在实施例中，每一个都可以取代图4中的LED短路侦测器22₁。在图6A中，回馈端FB₁到侦测端SE₁之间串接有多个二极管。串接的二极管，其等效的临界电压将会是其个别临界电压的总和。这个临界电压，可以作为一短路参考电压。譬如说，假定图6A中的二极管串的等效临界电压为3V，那只有在回馈端FB₁上的回馈电压V_FB1超过3V时，设定电流I_SET才会汲取回馈端FB₁。比较图6A中的LED短路侦测器22A₁以及图4的LED短路侦测器22₁，可以发现他们彼此的操作原理是雷同的，可以达到类似的目的。图6B中的LED短路侦测器22B₁，是以一基纳二极管来取代图6A中的二极管串。基纳二极管的崩溃临界电压，也可以作为一短路参考电压。业界具有一般能力者，将能够依据以上的解说，理解图6B的操作与原理，故不再累述。

在一实施例中，图4中的回馈端FB₁到地之间连接有一基纳二极管，用以箝制(clamp)回馈端FB₁的最大电压，预防其它组件遭受高压应力毁损。如此，背光控制器20可以用一低电压制程，形成于一单晶集成电路上，可以节省成本。

相较于图1中的LED电源供应器8，图2中的电源控制电路18可以不需要有耐受高压组件，所以成本有机会可以比较便宜。而且，图2中的背光控制器20可以独立地侦测发生于不同LED串的短路事件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种控制方法，适用于一发光二极管串的短路侦测，包括：

提供一回馈端，耦接至该发光二极管串的一端；

该控制方法的特征在于还包括：

从该回馈端汲取一参考电流，大致使该回馈电压不高于一短路参考电压，其中，该参考电流有一预设的最大值；

于该发光二极管串发光时，比较一回馈电流以及该参考电流，其中，该回馈电流是由该发光二极管串的该端流入该回馈端；以及

当该回馈电流高于该参考电流时，触发一短路保护，以使该发光二极管串不发光。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，另包括：

提供多个回馈端，耦接至对应的多个发光二极管串；

侦测该等回馈端上的一最低回馈电压；以及

依据该最低回馈电压，控制一开关式电源供应器。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，该短路参考电压是相关于该最低回馈电压。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，另包括：

当该回馈电压低于该短路参考电压时，使该参考电流大致为0。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，另包括：

提供一设定电阻，耦接于该发光二极管串的该端以及该回馈端之间。

6.一种短路侦测电路，适用于一发光二极管串的短路侦测，包括：

一定电流源，提供一设定电流；

该短路侦测电路的特征在于还包括：

一整流器，耦接于一回馈端以及该定电流源之间，其中，该回馈端耦接至该发光二极管的一端，当该回馈端上的一回馈电压超过一短路参考电压时，使该设定电流汲取该回馈端；以及

一侦测器，侦测该回馈端的一回馈电压，当该回馈电压高过一默认值时，触发一短路保护，以使该发光二极管串不发光。

7.如权利要求6所述的短路侦测电路，其特征在于，该整流器包括：

一比较器，具有一二输入端，分别耦接至该短路参考电压以及该回馈端；以及

一开关，耦接至该回馈端以及一监测端之间，具有一控制端，耦接至该比较器的一输出；

其中，该定电流源耦接至该监测端。

8.如权利要求6所述的短路侦测电路，其特征在于，该侦测器耦接至该监测端，通过该开关，监测该回馈电压。

9.如权利要求6所述的短路侦测电路，其特征在于，该整流器包括：

一二极管串或是一基纳二极管，其具有一临界电压，大约等于该短路参考电压。

10.一电源控制电路，适用于控制多个发光二极管串的发光，该电源控制电路的特征在于包括：

多个如申请专利范围第6项所述的短路侦测电路，通过多个回馈端耦接至该等发光二极管串；

一最小值侦测器，耦接至该等回馈端，以提供一最低回馈电压；以及

一转换控制器，依据该最低回馈电压，来控制一电源转换器的电能转换。

11.如权利要求10所述的电源控制电路，其特征在于，另包括有一参考电压产生器，依据该最低回馈电压，提供每一短路侦测电路中的该短路参考电压。

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