CN103517501B

CN103517501B - 发光单元驱动器及驱动方法、以及发光装置

Info

Publication number: CN103517501B
Application number: CN201210224403.5A
Authority: CN
Inventors: 杨明盛
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: CN103517501A

Abstract

提供了一种发光单元驱动器及驱动方法、以及发光装置。所述发光单元驱动器包括：电流检测模块，被配置为与所述发光单元串联连接以检测流过所述发光单元的电流，并且提供具有多级不同电阻值的电阻；电流控制模块，被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值，并且控制所述电流检测模块提供具有所确定的电阻值的电阻；以及电压控制模块，被配置为根据所述电流检测模块所提供的电阻上的电压来控制施加在所述发光单元与所述电阻的串联连接两端的电压。本发明线性地调节发光单元的发光亮度，降低了整个电路的能量损耗，最大限度地提高线性调光的级数，也降低了对包括例如电压比较器在内的其它电路组件的分辨精度的要求。

Description

发光单元驱动器及驱动方法、以及发光装置

技术领域

本发明涉及发光单元的驱动，并具体地涉及一种发光单元驱动器及驱动方法、以及一种具有该发光单元驱动器的发光装置。

背景技术

目前，在手机上大多采用发光二极管（LED）作为背光源，并且在LED背光源的驱动电路中都需要使用一个电流检测电路，以便控制流过LED的背光电流。

已经存在两种不同的电流检测和控制方案，其中一种电流检测和控制方案通常被称为PWM调光方案，而另一种电流检测和控制方案通常被称为线性调光方案。

图1中示出了PWM调光方案的示意图。LED串与检测电阻R_set相串联，通过检测该检测电阻R_set上的电压来检测流过LED串的电流，并进而实现对流过LED串的电流以及LED发光亮度的控制。在该电路中，在PWM调光脉冲为高电平时，控制模块操作以检测该检测电阻R_set上的电压并据此控制施加在LED串和该电测电阻R_set的串联连接两端的电压，即，控制对与所述串联连接相并联的电容C_out的充电。在图1中，V_IN为输入电压，在PWM脉冲为高电平时，控制模块的SW端子输出一系列的小脉冲来对电容C_out充电，OVP为过压保护端子。控制模块如何根据所检测的电压来控制对电容C_out的充电是本领域技术人员可以根据实际需要设计的，在此不再进行赘述。

在图1所示的PWM调光方案中，该检测电阻R_set上的电压通常较小，比较常见的是0.1V，因此在该检测电阻R_set上的能量损耗较小。然而，由于该检测电阻R_set上的电阻较小，也相应地无法实现线性调光。此外，在图1所示的PWM调光方案中，LED串仅在PWM脉冲为高电平时才发光，因此在PWM脉冲的占空比为50％的情况下、以及在期望亮度为LED串持续通过10mA电流时产生的亮度的情况下，则需要在PWM脉冲为高电平时流过LED串的电流大约为20mA才能实现所述期望亮度，这是因为在PWM调光方案中LED串仅在PWM脉冲为高电平时才发光而在PWM脉冲为低电平时不发光。也就是说，在期望亮度一定的情况下，在PWM调光方案中流过LED串的电流大于所需要的持续流过LED串的电流，相应地LED串的能量损耗较大。

图2A中示出了线性调光方案的示意图。同样，LED串与检测电阻R_set相串联，通过检测该检测电阻R_set上的电压来检测流过LED串的电流，并进而实现对流过LED串的电流以及LED发光亮度的控制。在图2B中示出了图2A中的控制模块内部结构的示意图。在该线性调光方案中，控制模块接收I²C控制输入以及PWM控制输入，与图1所示的PWM调光方案不同，图2A和图2B中的控制模块不是仅在PWM脉冲为高电平时才控制LED串发光，而是提取/计算PWM脉冲信号的占空比并且利用该占空比来调节所述I²C控制输入并最终产生电压参考信号，如图2B中的Vref所示。电压比较器将电压参考信号Vref与该检测电阻R_set上的电压进行比较，并产生比较信号以便进行进一步的控制，即控制SW端子处的小脉冲的产生。在图2A和图2B的线性调光方案中，在LED串上持续流过电流，根据不同的期望亮度（即I²C控制输入和PWM脉冲输入）产生不同的电压参考信号并且继而调整出不同的电流。

在该线性调光方案中，为了实现多级（例如，128级或256级）的线性调光，检测电阻Rset上的电压通常较大，比较常见的在0.4V~0.6V左右，这增大了整个线性调光方案的能量损耗。同时为了实现多级（例如，128级或256级）的线性调光，还需要电压比较器能够精确地分辨出每一级，例如在以0.1V来实现128级调光的情况下，每级对应的电压就是0.78mv。

因此，上述两种电流检测和控制方案（调光方案）均不能很好地满足实际应用需要，因此需要一种新型的电流检测和控制方案，其既能够实现线性调光又能够具有很低的能量损耗。

发明内容

考虑到上述问题而作出了本发明，本发明的目的是提供一种发光单元驱动器及驱动方法，其通过根据期望发光亮度确定与发光单元串联的电阻的电阻值并且将具有所选择的电阻值的电阻与发光单元串联，利用所述电阻检测并控制流过所述发光单元的电流，从而根据需要线性地调节发光单元的发光亮度。

根据本发明的一个方面，提供了一种发光单元驱动器，包括：电流检测模块，被配置为与所述发光单元串联连接以检测流过所述发光单元的电流，并且提供具有多级不同电阻值的电阻；电流控制模块，被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值，并且控制所述电流检测模块提供具有所确定的电阻值的电阻；以及电压控制模块，被配置为根据所述电流检测模块所提供的电阻上的电压来控制施加在所述发光单元与所述电阻的串联连接两端的电压。

优选地，在所述发光单元驱动器中，所述电流控制模块包括：电阻值计算模块，被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值；以及电阻控制模块，被配置为控制所述电流检测模块提供具有所确定的电阻值的电阻。

优选地，在所述发光单元驱动器中，所述电流检测模块包括由多个电阻组成的电阻网络，并且通过所述电阻网络来提供具有所确定的电阻值的电阻；以及所述电阻控制模块包括多个开关，所述多个开关中的每一个分别与所述电阻网络中的对应电阻串联连接。

优选地，在所述发光单元驱动器中，所述电流检测模块包括数字电位器。

优选地，在所述发光单元驱动器中，所述电压控制模块包括：电压比较器，被配置为将所述电流检测模块所提供的电阻上的电压与电压参考值进行比较，并输出比较信号；电容，被配置为与所述发光单元和所述电阻的串联连接并联；电源模块，被配置在电源控制器的控制下对所述电容充电；以及电源控制器，被配置为根据所述比较信号控制所述电源模块对所述电容的充电。

根据本发明的另一方面，提供了一种发光装置，包括：发光单元；以及发光单元驱动器，其包括：电流检测模块，被配置为与所述发光单元串联连接以检测流过所述发光单元的电流，并且提供具有多级不同电阻值的电阻；电流控制模块，被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值，并且控制所述电流检测模块提供具有所确定的电阻值的电阻；以及电压控制模块，被配置为根据所述电流检测模块所提供的电阻上的电压来控制施加在所述发光单元与所述电阻的串联连接两端的电压。

根据本发明的再一方面，提供了一种发光单元驱动方法，包括：根据所设定的发光亮度值来确定与所述发光单元串联连接的电阻的电阻值；将具有所确定的电阻值的电阻与所述发光单元串联连接；检测具有所确定的电阻值的电阻两端的电压；以及根据所检测的电压控制施加在所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻两端的电压。

优选地，在所述发光单元驱动方法中，所设定的发光亮度值是根据所设定的线性调光值、或者所设定的线性调光值和所设定的PWM调光值两者而确定的。

优选地，在所述发光单元驱动方法中，所述具有所确定的电阻值的电阻是通过由多个电阻组成的电阻网络或数字电位器来提供的。

优选地，在所述发光单元驱动方法中，根据所检测的电压控制施加在所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻两端的电压包括：将所检测的电压与电压参考值进行比较，并输出比较信号；以及根据所述比较信号来控制电源模块对与所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻的串联组合相并联的电容进行充电。

根据本发明实施例的发光单元驱动器和驱动方法通过根据期望发光亮度确定与发光单元串联的电阻的电阻值并且将具有所选择的电阻值的电阻与发光单元串联，检测所述电阻两端的电压并且根据所述电压来控制施加在所述电阻与发光单元的串联连接两端的电压，从而线性地调节发光单元的发光亮度，降低了整个电路的能量损耗，并且也降低了对包括例如电压比较器在内的其它电路组件的分辨精度的要求。

附图说明

通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出PWM调光方案的示意图；

图2A和图2B是示出线性调光方案的示意图；

图3是示出根据本发明实施例的发光单元驱动器的示意图；

图4是示出根据本发明实施例的发光单元驱动器中的电流检测模块和电流控制模块的一部分的示意图；

图5是示出根据本发明实施例的发光单元驱动器中的电流控制模块的示意性框图；

图6是示出根据本发明实施例的发光单元驱动器中的电压控制模块的示意性框图；以及

图7是示出根据本发明实施例的发光单元驱动方法的流程图。

具体实现方式

下面将参照附图来描述根据本发明实施例的发光单元驱动器和发光单元驱动方法、以及具有该发光单元驱动器的发光装置。应当理解：这里描述的实施例仅仅是说明性的，而不应被解释为限制本发明的范围。

首先，将参考图3来说明根据本发明实施例的发光单元驱动器300。图3中示出了发光单元为LED串的情况，然而，本发明不限于此并且可以应用于其它的发光单元。

根据本发明实施例的发光单元驱动器300包括：电流检测模块310、电流控制模块320、以及电压控制模块330。

电流检测模块310被配置为与所述发光单元串联连接以检测流过所述发光单元的电流，并且提供具有多级不同电阻值的电阻。例如，所述电流检测模块310可以被配置为提供128级或256级不同电阻值的电阻。例如，所述电流检测模块310可以包括由多个电阻组成的电阻网络，并且通过所述电阻网络来提供具有所确定的电阻值的电阻。另外，例如，所述电流检测模块310可以包括数字电位器。

电流控制模块320被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值，并且控制所述电流检测模块310提供具有所确定的电阻值的电阻。

电压控制模块330被配置为根据所述电流检测模块310所提供的电阻上的电压来控制施加在所述发光单元与所述电阻的串联连接两端的电压。

在图4中示出了电流检测模块310的一个示例。如图4所示，所述电流检测模块310包括多个电阻，所述多个电阻的第一端均连接在一起。每个电阻的第二端与相应的开关相连接。图4中所示的开关构成电流控制模块320的一部分。

在图5中示出了电流控制模块320的示意图。电流控制模块320根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值，并且控制所述电流检测模块310提供具有所确定的电阻值的电阻。

如图5所示，电流控制模块320可以包括电阻值计算模块3210、以及电阻控制模块3220。

电阻值计算模块3210被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值。所设定的发光亮度值可以根据所设定的线性调光值来确定，或者还可以根据所设定的线性调光值和所设定的PWM脉冲信号两者来确定。在同时存在所设定的线性调光值（I²C控制输入）和PWM脉冲信号（PWM脉冲输入）的情况下，首先提取/计算PWM脉冲信号的占空比，然后将所设定的线性调光值与所述占空比相乘以得到所设定的发光亮度值。

可以根据经验或试验设置发光亮度值与电阻值的对应关系的表格，并且根据所设定的发光亮度值在所述表格中查找对应的电阻值，以便将其确定为由所述电流检测模块310提供的电阻值。

另外，也可以建立公式来反映发光亮度值与电阻值之间的关系，并且根据所设定的发光亮度值利用所述公式来计算对应的电阻值，以便将其确定为由所述电流检测模块310提供的电阻值。

电阻控制模块3220被配置为控制所述电流检测模块310提供具有所确定的电阻值的电阻。

继续结合图4来说明电阻控制模块3220。图4中的所述电流检测模块310包括多个电阻，所述多个电阻的第一端均连接在一起。每个电阻的第二端与相应的开关相连接。图4中所示的开关构成了电阻控制模块3220的一部分。电阻控制模块3220控制图4中所述的开关的导通/断开，以便将相应的电阻接入电路。例如，图4中最左侧的开关导通并且其余开关断开，图4中最左侧的开关与所述发光单元串联连接。例如，图4中的从左到右方向中的第二和第四开关导通并且其余开关断开，图4中的从左到右方向中的第二和第四电阻并联连接并且该并联连接与所述发光单元串联连接。

应了解，所述电流检测模块310不限于图4所示的形式，可以采用其它更复杂形式的电阻网络，并且相应地所述电阻控制模块3220中的开关也不限于图4所示的形式，只要所述开关与所述电阻网络相配合可以提供所述多级不同电阻值即可。

此外，所述电流检测模块310也可以包括数字电位器。本领域技术人员很容易获得数字电位器的相关介绍，在此不再进行赘述。

在图6中示出了电压控制模块330的一个示例。

如图6所示，电压控制模块330包括电压比较器3310、电容Cout、电源控制器3320和电源模块3330。

电容Cout与所述发光单元和电流检测模块310提供的电阻的串联连接相并联。

电压比较器3310被配置为将所述电流检测模块310提供的电阻上的电压V_FB与电压参考值Vref进行比较，并输出比较信号。

电源控制器3320被配置为根据所述比较信号控制所述电源模块330的输出。电源模块3330被配置在所述电源控制器3320的控制下对所述电容Cout充电。例如，所述电源模块3330可以为DC/DC升压（Boost）模块。

例如，在所述比较信号为高时，表示所述检测电压V_FB小于所述电压参考值Vref，此时电源控制器3320控制所述电源模块3330给所述电容Cout充电，并且直至所述比较信号由高变低为止，即，直至所述检测电压V_FB大于等于所述电压参考值Vref为止。

根据本发明实施例，所述电压参考值Vref可以恒定，即对于所述多级不同的电阻值保持恒定。

在此情况下，在根据所设定的发光亮度值确定的电阻值为第一级电阻值R1并且流过发光单元的电流为I1时，在稳定发光状态下存在如下关系：

R1×I1=Vref。

类似地，对于在根据所设定的发光亮度值确定的电阻值为第n级电阻值Rn并且流过发光单元的电流为In时，在稳定发光状态下存在如下关系：

Rn×In=Vref。

因此，施加在所述电流检测模块310上的电压最大不超过Vref，可以有效地降低电阻上的能量损耗，并且也无需电压比较器3310具有非常高的分辨率，例如如前所述的0.78mv。

然而，本发明不限于此。所述电压参考值Vref也可以不恒定，而根据所设定的发光亮度值被划分为几个等级，例如，5级、10级等。当然，等级的数量远小于所述多级不同的电阻值的级数。

在此情况下，例如第一等级的电压参考值为Vref1，在此范围内，在根据所设定的发光亮度值确定的电阻值为第一级电阻值R1并且流过发光单元的电流为I1时，在稳定发光状态下存在如下关系：

R1×I1=Vref1。

类似地，对于第m等级的电压参考值为Vrefm，在此范围内，在根据所设定的发光亮度值确定的电阻值为第n级电阻值Rn并且流过发光单元的电流为In时，在稳定发光状态下存在如下关系：

Rn×In=Vrefm。

因此，通过如此设置，不仅可以有效地降低电阻上的能量损耗，而且也可以最大限度地提高线性调光的级数，同时也无需电压比较器3310具有非常高的分辨率。

接下来，参考图7来说明根据本发明实施例的发光单元驱动方法700。

首先，根据本发明实施例的发光单元驱动方法700在步骤S701开始。

接下来，在步骤S710，根据所设定的发光亮度值来确定与所述发光单元串联连接的电阻的电阻值。

如前所述，所设定的发光亮度值是根据所设定的线性调光值而确定的，或者是根据所设定的线性调光值和所设定的PWM调光值两者而确定的。在同时存在所设定的线性调光值（I²C控制输入）和PWM脉冲信号（PWM脉冲输入）的情况下，首先提取/计算PWM脉冲信号的占空比，然后将所设定的线性调光值与所述占空比相乘以得到所设定的发光亮度值。

在步骤S720，将具有所确定的电阻值的电阻与所述发光单元串联连接。

例如，所述具有所确定的电阻值的电阻是通过由多个电阻组成的电阻网络或数字电位器来提供的。

在所述具有所确定的电阻值的电阻是通过由多个电阻组成的电阻网络来提供的情况下，通过相应的开关将所述电阻网络中的相应电阻接入电路中来产生所述具有所确定的电阻值的电阻。所述具有所确定的电阻值的电阻可以由所述电阻网络中的若干电阻的串并联来提供。

在此情况下，将具有所确定的电阻值的电阻与所述发光单元串联连接包括：控制所述电阻网络中的相应开关导通以产生一个等效电阻，该等效电阻具有所确定的电阻值，并且将所述等效电阻与所述发光单元串联连接

然后，在步骤S730，检测具有所确定的电阻值的电阻两端的电压。

在步骤S740，根据所检测的电压控制施加在所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻两端的电压。

例如，可以将所检测的电压与电压参考值进行比较，并输出比较信号；然后，根据所述比较信号来控制电源模块对与所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻的串联组合相并联的电容进行充电。

如前所述，可以利用电压比较器来将所检测的电压V_FB与电压参考值Vref进行比较，并输出比较信号。在所述比较信号为高时，表示所述检测电压V_FB小于所述电压参考值Vref，控制电源模块给电容Cout充电，并且直至所述比较信号由高变低为止，即，直至所述检测电压V_FB大于等于所述电压参考值Vref为止。

根据本发明实施例，所述电压参考值Vref可以恒定，即对于所述多级不同的电阻值保持恒定。替代地，所述电压参考值Vref也可以不恒定，而根据所设定的发光亮度值被划分为几个等级，例如，5级、10级等。当然，等级的数量远小于所述多级不同的电阻值的级数。

最后，根据本发明实施例的发光单元驱动方法700在步骤S799结束。

再次参考图3，其中也示出了包括根据本发明实施例的发光单元驱动器的发光装置。该发光装置包括发光单元以及根据本发明实施例的发光单元驱动器，即该发光装置包括发光单元、与发光单元串联连接的电流检测模块310、电流控制模块320、以及电压控制模块330。

根据本发明实施例的发光单元驱动器和驱动方法通过根据期望发光亮度确定与发光单元串联的电阻的电阻值并且将具有所选择的电阻值的电阻与发光单元串联，检测所述电阻两端的电压并且根据所述电压来控制施加在所述电阻与发光单元的串联连接两端的电压，从而线性地调节发光单元的发光亮度，降低了整个电路的能量损耗，可以最大限度地提高线性调光的级数，并且也降低了对包括例如电压比较器在内的其它电路组件的分辨精度的要求。

尽管在本发明的附图中以LED为例来示出发光单元，然而本发明不限于此，根据本发明实施例的发光单元驱动器和驱动方法也可以应用于其它的发光单元。

此外，尽管在本发明的附图中仅给出了电流控制模块、电压控制模块的框图，然而本领域技术人员根据实际需要可以实现具体的电流控制模块和电压控制模块。

例如，所述电阻值计算模块可以由专用数字信号处理器（DSP）来实现，所述电阻控制模块可以由专用的开关控制集成电路以及开关来实现，或者所述电阻值计算模块和所述电阻控制模块的一部分可以集成在专用数字信号处理器（DSP）中。

类似地，所述电源控制器可以由单独的专用数字信号处理器（DSP）来实现，所述电源模块可以由分离组件构成。替代地，所述电压比较器、所述电源控制器和所述电源模块可以集成在一个开关电源中。

给出这里的描述，相关领域的普通技术人员将能够想到本发明的这些和类似的实现或配置。

尽管在这里参照附图描述了本发明的一些实施例，但是应当理解，所述实施例仅是示例性的，而非限制性的。本领域技术人员应当理解，在不背离权利要求及其等价物中限定的本发明的范围和精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出各种形式和细节上的变化。

Claims

1.一种线性调光的发光单元驱动器，包括：

电流检测模块，被配置为与发光单元串联连接以检测流过所述发光单元的电流，并且提供具有多级不同电阻值的电阻；

电流控制模块，被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值，并且控制所述电流检测模块提供具有所确定的电阻值的电阻；以及

电压控制模块，被配置为根据所述电流检测模块所提供的电阻上的电压来控制施加在所述发光单元与所述电阻的串联连接两端的电压。

2.如权利要求1所述的发光单元驱动器，其中，所述电流控制模块包括：

电阻值计算模块，被配置为根据所设定的发光亮度值来确定由所述电流检测模块提供的电阻值；以及

电阻控制模块，被配置为控制所述电流检测模块提供具有所确定的电阻值的电阻。

3.如权利要求2所述的发光单元驱动器，其中：

所述电流检测模块包括由多个电阻组成的电阻网络，并且通过所述电阻网络来提供具有所确定的电阻值的电阻。

4.如权利要求3所述的发光单元驱动器，其中：

所述电阻控制模块包括多个开关，所述多个开关中的每一个分别与所述电阻网络中的对应电阻串联连接。

5.如权利要求2所述的发光单元驱动器，其中：

所述电流检测模块包括数字电位器。

6.如权利要求1所述的发光单元驱动器，其中，所述电压控制模块包括：

电压比较器，被配置为将所述电流检测模块所提供的电阻上的电压与电压参考值进行比较，并输出比较信号；

电容，被配置为与所述发光单元和所述电阻的串联连接并联；

电源模块，被配置在电源控制器的控制下对所述电容充电；以及

电源控制器，被配置为根据所述比较信号控制所述电源模块对所述电容的充电。

7.一种线性调光的发光装置，包括：

发光单元；以及

发光单元驱动器，其包括：

电流检测模块，被配置为与所述发光单元串联连接以检测流过所述发光单元的电流，并且提供具有多级不同电阻值的电阻；

8.一种线性调光的发光单元驱动方法，包括：

根据所设定的发光亮度值来确定与发光单元串联连接的电阻的电阻值；

将具有所确定的电阻值的电阻与所述发光单元串联连接；

检测具有所确定的电阻值的电阻两端的电压；以及

根据所检测的电压控制施加在所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻两端的电压。

9.如权利要求8所述的发光单元驱动方法，其中，所设定的发光亮度值是根据所设定的线性调光值、或者根据所设定的线性调光值和所设定的PWM调光值两者而确定的。

10.如权利要求8所述的发光单元驱动方法，其中，所述具有所确定的电阻值的电阻是通过由多个电阻组成的电阻网络或数字电位器来提供的。

11.如权利要求8所述的发光单元驱动方法，其中，根据所检测的电压控制施加在所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻两端的电压包括：

将所检测的电压与电压参考值进行比较，并输出比较信号；以及

根据所述比较信号来控制电源模块对与所述发光单元和所述具有所确定的电阻值的电阻的串联组合相并联的电容进行充电。