CN103634963B - 一种发光二极管背光系统及电流分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管背光系统和电流分配器。该电流分配器包括多个电流调整单元及一参考电压调整单元。该多个电流调整单元用以分配流过多组发光二极管的电流；该参考电压调整单元耦接于该多组电流调整单元，用以根据一参考电压控制该多组电流调整单元。本发明一个实施例提供的电流分配器，可平均分配流过多组发光二极管的电流，且减少晶体管的通道效应对电流分配的影响。本发明的另一个实施例提供的电流分配器，还可在多组发光二极管中任一组发光二极管发生开路情形时，自行调整并将电流分配到未发生开路情形的其它组发光二极管，避免在异常时失去电流分配的效果。

Description

一种发光二极管背光系统及电流分配器

技术领域

本发明是提供一种电流分配器，尤指一种适用于发光二极管背光系统的电流分配器。

背景技术

随着发光二极管背光系统的技术发展，越来越多的平面显示器已利用发光二极管背光系统作为背光的来源。不同尺寸大小以及不同应用需求的平面显示器便需要利用不同类型的多组串接的发光二极管作为背光源以适用不同的需求。

然而由于每一个发光二极管具有电气特性上的些微误差，因此当串接多个发光二极管时，就可能使得多组串接的发光二极管中流过每一组串接发光二极管的电流不同，造成平面显示器背光源的亮度不平均，影响显示效果。

此外，以往为了将平面显示器薄型化而将发光二极管背光系统中的电源供应器及电流源配置于主机板的作法，需要许多连接线以控制多组串接的发光二极管，因此连接方式较为复杂且较易被噪声干扰。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种发光二极管背光系统包括一主机板、一电源供应器、一电流源、一背光模块、一第一电源线及一第二电源线。该电源供应器安装于该主机板上用以供应电源。该背光模块包括多组发光二极管、多个电流调整单元及一参考电压调整单元。该多组发光二极管的每一组发光二极管包括多个串接的发光二极管；该多个电流调整单元耦接于该多组发光二极管，用以分配流过该多组发光二极管的电流；该参考电压调整单元耦接于该多个电流调整单元，用以根据一参考电压控制该多个电流调整单元。该第一电源线耦接于该电源供应器及该多组发光二极管，用以通过该电源供应器供应一高电位至该多组发光二极管。该第二电源线耦接于该电流源及该多个电流调整单元，用以将该多个电流调整单元输出的电流传输至该电流源。

本发明的另一个实施例提供一种电流分配器包括多个电流调整单元及一参考电压调整单元。该多个电流调整单元用以分配流过多组发光二极管的电流；该参考电压调整单元耦接于该多个电流调整单元，用以根据一参考电压控制该多个电流调整单元。该参考电压调整单元包括一第一放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第一二极管及一参考电压源。该第一放大器具有一正输入端、一负输入端及一输出端；该第一电阻具有一第一端用以接收一高电位及一第二端耦接于该第一放大器的负输入端；该第二电阻具有一第一端用以接收该高电位及一第二端耦接于该第一放大器的正输入端；该第一二极管具有一正端耦接于该第一放大器的负输入端及一负端；该参考电压源具有一正端耦接于该第一二极管的负端及一负端用以接收一低电位用以提供该参考电压。

本发明一个实施例提供的电流分配器，可平均分配流过多组发光二极管的电流，且减少晶体管的通道效应对电流分配的影响。本发明的另一个实施例提供的电流分配器，还可在多组发光二极管中任一组发光二极管发生开路情形时，自行调整并将电流分配到未发生开路情形的其它组发光二极管，避免在异常时失去电流分配的效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施例说明发光二极管背光系统的示意图。

图2是本发明的一个实施例说明图1的电流分配器的示意图。

图3是本发明的另一个实施例说明图1的电流分配器的示意图。

图4说明当图1的背光模块利用图3的电流分配器时，背光模块的多组发光二极管的其中一组发生开路情形的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100发光二极管背光系统

102主机板

104电源供应器

106电流源

108背光模块

110第一电源线

112第二电源线

114多组发光二极管

116发光二极管

118电流分配器

202参考电压调整单元

204、304多个电流调整单元

206第一放大器

208第二放大器

R1第一电阻

R2第二电阻

Rs第三电阻

R4第四电阻

D1第一二极管

D2第二二极管

Z1齐纳二极管

V1参考电压

T1晶体管

VDD高电位

VREF第二放大器正输入端的电压

IOUT、CH1、CH2、CH3、端

CH4

具体实施方式

请参考图1。图1是本发明一个实施例说明发光二极管背光系统100的示意图。发光二极管背光系统100包括一主机板102、一电源供应器104、一电流源106、一背光模块108、一第一电源线110及一第二电源线112。电源供应器104及电流源106安装于主机板102上且电流源106耦接于电源供应器104；背光模块108包括多组发光二极管114及一电流分配器118。多组发光二极管114中的每一组发光二极管114包括多个串接的发光二极管116；电流分配器118耦接于多组发光二极管114，用以分配流过多组发光二极管114的电流。第一电源线110耦接于电源供应器104及多组发光二极管114，将一高电位VDD由电源供应器104传输至多组发光二极管114；第二电源线112耦接于电流源106及电流分配器118的一IOUT端，将IOUT端输出的电流传输至电流源106。

在一个实施例中，图1中的主机板102、电源供应器104及电流源106可安装于一壳体内，背光模块108可安装于不同于壳体的一外壳内，壳体及外壳之间可用一种可改变壳体与外壳的相对位置的方式的连接装置连接壳体及外壳。在另一个实施例中，图1中的主机板102、电源供应器104、电流源106、背光模块108、第一电源线110及第二电源线112可安装于同一壳体内。

请参考图2。图2是本发明一个实施例说明图1的电流分配器118的示意图。电流分配器118包括一参考电压调整单元202及多个电流调整单元204。参考电压调整单元202耦接于多个电流调整单元204，用以根据一参考电压V1控制多个电流调整单元204；多个电流调整单元204耦接于多组发光二极管114，用以分配流过多组发光二极管114的电流。

参考电压调整单元202包括一第一放大器206、一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第一二极管D1及一参考电压源V1。第一放大器206具有一正输入端、一负输入端及一输出端；第一电阻R1具有一第一端用以接收高电位VDD及一第二端耦接于第一放大器206的负输入端；第二电阻R2具有一第一端用以接收高电位VDD及一第二端耦接于第一放大器206的正输入端；第一二极管D1具有一正端耦接于第一放大器206的负输入端及一负端；参考电压源V1用以提供参考电压V1，具有一正端耦接于第一二极管D1的负端及一负端耦接于第二电源线112，用以接收IOUT端上的一低电位VSS。为方便说明，本发明所有实施例均假设低电位VSS是0V。

多个电流调整单元204中的每一电流调整单元204包括一第二放大器208、一晶体管T1、一第三电阻Rs及一第二二极管D2。第二放大器208具有一正输入端耦接于第一放大器206的输出端、一负输入端及一输出端；晶体管T1具有一控制端耦接于第二放大器208的输出端、一第一端耦接于第二放大器208的负输入端及一第二端耦接于多组发光二极管114的一组对应的发光二极管；第三电阻Rs耦接于晶体管T1的第一端及参考电压源V1的负端之间；第二二极管D2具有一正端耦接于第一放大器206的正输入端及一负端耦接于晶体管T1的第二端。晶体管T1可以是N通道金属氧化物半导体场效应晶体管，晶体管T1的控制端可以是栅极，第一端可以是源极，第二端可以是漏极。

接着说明图2的电流分配器118如何分配流过多组发光二极管114的电流。请参考图1及图2，为方便说明，图1及图2以4个电流调整单元204及4组发光二极管114为例，但本发明不限于此，凡利用多个电流调整单元204分配流过多组发光二极管114的电流均属本发明的范围。图2中的4个电流调整单元204分别耦接至CH1端、CH2端、CH3端及CH4端，且CH1端、CH2端、CH3端及CH4端分别耦接于图1中对应的4组发光二极管114。每个电流调整单元204的第二二极管D2的顺向导通电压与第一二极管D1的顺向导通电压VF可以相等，且每个电流调整单元204的第三电阻Rs的阻值可以相等。由于每一组发光二极管114包括多个串接的发光二极管116且每个发光二极管116的顺向电压会随着流过发光二极管116的电流变大而增加，假使流过耦接于第一电源线110及CH1端之间的一组发光二极管114的电流大于流过耦接于CH2端、CH3端及CH4端的其它组发光二极管114的电流，则耦接于第一电源线110及CH1端之间的些组发光二极管114的电压降VD亦会大于其它组发光二极管114的电压降，使得耦接于CH1端的电流调整单元204在CH1端及IOUT端之间的电压降(VDD-VD)小于其它电流调整单元204。由于4个电流调整单元204的第二二极管D2的正端都耦接在一起，所以耦接于CH1端的电流调整单元204的第二二极管D2导通并箝位(clamp)4个电流调整单元204的第二二极管D2正端的电位，使其它第二二极管D2的顺向电压都不足以导通其它第二二极管D2。举例而言，若4个第二二极管D2及第一二极管D1的顺向导通电压VF都是0.6V，耦接于CH1端的电流调整单元204在CH1端及IOUT端之间的电压降(VDD-VD)是0.2V，而耦接于CH2端、CH3端及CH4端的电流调整单元204在CH2端及IOUT端、CH3端及IOUT端及CH4端及IOUT端之间的电压降都是0.3V，此时4个电流调整单元204的第二二极管D2正端的电压通过耦接于CH1端的电流调整单元204决定，是0.2V+0.6V＝0.8V，而其它第二二极管D2的顺向电压因为不足0.6V而不导通。例如耦接于CH2端的电流调整单元204的第二二极管D2的顺向电压只有0.8V-0.3V＝0.5V，小于VF，所以不导通。

此时，第一放大器206正输入端的电压通过耦接于CH1端的电流调整单元204决定，是0.8V。如参考电压V1是0.4V，则第一放大器206负输入端的电压是0.4V+VF(0.6V)＝1V，大于第一放大器206正输入端的电压。因此，第一放大器206输出端及4个电流调整单元204的第二放大器208正输入端的电压VREF都会下降，使4个电流调整单元204的第二放大器208输出端电位下降，使4个电流调整单元204的晶体管T1的栅极对源极的电压Vgs下降。因为本发明中所有的晶体管T1都工作在饱和区，所以理想上流过4个电流调整单元204的晶体管T1的漏极到源极的电流随Vgs下降而下降，不受晶体管T1的漏极到源极的电压降影响，使流过每个电流调整单元204的第三电阻Rs的电流下降，也就是流过每组发光二极管114的电流下降。当耦接于第一电源线110及CH1端之间的该组发光二极管114的电流下降时，该组发光二极管114的电压降VD也下降，使CH1端及IOUT端之间的电压降(VDD-VD)上升，由于第一放大器206是利用负回授的控制方式，所以第一放大器206正输入端的电压(VDD-VD)会上升至接近第一放大器206负输入端的电压(1V)，也就是每个电流调整单元204的第二二极管D2正端的电压会上升至接近1V，而耦接于CH1端的电流调整单元204在CH1端及IOUT端之间的电压降(VDD-VD)会上升至接近参考电压V1(0.4V)，如此可动态维持电压降(VDD-VD)在参考电压V1附近。同时，由于每个电流调整单元204的第二放大器208都是利用负回授的控制方式，所以每个第二放大器208负输入端的电位都会根据第二放大器208正输入端的电压VREF的变化，动态调整至接近第二放大器208正输入端的电压VREF，所以流过每组发光二极管114的电流，便动态维持在以平均分配流过每组发光二极管114的电流。本实施例是以多个电流调整单元204中晶体管T1的漏极至IOUT端电压降最小的一个电流调整单元204作为标准用以根据参考电压V1动态调整VREF，进而动态调整其它电流调整单元204，以平均分配流过每组发光二极管114的电流。

在另一个实施例中，当第一放大器206负输入端的电压小于第一放大器206正输入端的电压时，由于第一放大器206及每个第二放大器208都是利用负回授的控制方式，所以第一放大器206正输入端的电压会动态调整至接近第一放大器206负输入端的电压，而每个第二放大器208负输入端的电位都会根据第二放大器208正输入端的电压VREF的变化，动态调整至接近第二放大器208正输入端变化后的电压VREF。因此图2的电路架构亦会平均分配流过每组发光二极管114的电流并动态维持在其工作原理类似前述实施例，不再赘述。

此外，由于晶体管T1工作在饱和区时实际上可能会因为通道效应(channeleffect)，使得流过晶体管T1的漏极到源极的电流随着漏极到源极的电压降上升而小幅上升，进而使得流过每一组发光二极管114的电流随着每一组发光二极管114各别的电压降不同而改变，造成电流分配的效果不若理想状况。利用本发明图2的实施例，除了上述可平均分配流过每组发光二极管114的电流外，还可以减少通道效应对电流分配的影响。因为每个第二放大器208正输入端的电压VREF均耦接于同一点且每个电流调整单元204的第二放大器208都是利用负回授的控制方式，所以每个第二放大器208负输入端的电位都会动态调整至接近第二放大器208正输入端的电压VREF，使流过每组发光二极管114的电流都接近此时即使因为每个晶体管T1的漏极到源极的电压降不同而形成通道效应，每个第二放大器208均会以负回授的控制方式，动态调整流过每组发光二极管114的电流至接近所以可减少通道效应对电流分配的影响。

请参考图3。图3是本发明另一实施例说明图1的电流分配器118的示意图。电流分配器118包括参考电压调整单元202及多个电流调整单元304。参考电压调整单元202耦接于多个电流调整单元304，用以根据一参考电压V1控制多个电流调整单元304；多个电流调整单元304耦接于多组发光二极管114，用以分配流过多组发光二极管114的电流。图3的参考电压调整单元202的电路架构与图2相同，不再赘述。

多个电流调整单元304中的每个电流调整单元304包括一第二放大器208、一晶体管T1、一第三电阻Rs、第四电阻R4及一齐纳二极管Z1。其中第二放大器208、晶体管T1及第三电阻Rs的耦接方式与图2相同，不再赘述。齐纳二极管Z1具有一正端耦接于第一放大器206的正输入端及一负端；第四电阻R4耦接于齐纳二极管Z1的负端及晶体管T1的第二端之间，用以限制流过齐纳二极管Z1的电流。晶体管T1可以是N通道金属氧化物半导体场效应晶体管。

请参考图1及图3，为方便说明，图1及图3以4个电流调整单元304及4组发光二极管114为例，但本发明不限于此，凡利用多个电流调整单元304分配流过多组发光二极管114的电流均属本发明的范围。当电流调整单元304正常工作时，除了电流调整单元204的第二二极管D2以电流调整单元304中串接的第四电阻R4与齐纳二极管Z1取代，以及第一二极管D1的顺向导通电压VF可以等于齐纳二极管Z1的顺向导通电压VF1加上第四电阻R4的电压降以外，其余工作原理同图2实施例所述，不再赘述。

请参考图1、图3及图4。图4说明当图1的背光模块108利用图3的电流分配器118时，背光模块108的多组发光二极管114的其中一组发生开路情形的示意图。当耦接于CH4端的一组发光二极管114发生开路情形而造成工作异常时，会使得电流停止流过耦接于CH4端的电流调整单元304的晶体管T1的漏极到源极以及第三电阻Rs，造成CH4端及IOUT端之间的电压降接近VSS(0V)而小于耦接于CH1端、CH2端及CH3端的电流调整单元304在CH1端及IOUT端、CH2端及IOUT端及CH3端及IOUT端之间的电压降。此时，第一放大器206正输入端的电压通过耦接于CH4端的电流调整单元304决定，是为接近齐纳二极管Z1的顺向导通电压VF1，而第一放大器206负输入端的电压是1V，大于第一放大器206正输入端的电压。所以第一放大器206输出端及4个电流调整单元304的第二放大器208正输入端的电压VREF都会下降，且VREF会因第一放大器206正输入端及负输入端之间电压降过大而大幅下降，使4个电流调整单元304的第二放大器208输出端电位大幅下降，使4个电流调整单元304的晶体管T1的栅极对源极的电压Vgs下降，使流过每个电流调整单元304的第三电阻Rs的电流下降，也就是流过耦接于CH1端、CH2端及CH3端的发光二极管114的电流大幅下降，使CH1端及IOUT端、CH2端及IOUT端及CH3端及IOUT端之间的电压降大幅上升。当CH1端及IOUT端、CH2端及IOUT端、及CH3端及IOUT端之间的电压降当中最大者，超过耦接于对应于该端的电流调整单元304的齐纳二极管Z1的逆向导通电压VR以及CH4端的电流调整单元304的齐纳二极管Z1的顺向导通电压VF1的总和(第四电阻上的电压降忽略不计)，则对应于该端的齐纳二极管Z1逆向导通。本实施例中以CH1端及IOUT端之间的电压降为最大，当CH1端的齐纳二极管Z1逆向导通后，可形成如图4上虚线所示的一电流回路，该电流回路的电流由第一电源线110(具有高电位VDD)流过耦接于CH1端的一组发光二极管114，再流过耦接于CH1端的电流调整单元304的第四电阻R4及齐纳二极管Z1，再流过发生开路情形的耦接于CH4端的电流调整单元304的齐纳二极管Z1、第四电阻R4、晶体管T1及第三电阻Rs到IOUT端。如此一来，发生开路情形的耦接于CH4端的电流调整单元304的CH4端及IOUT端之间的电压便会因有电流流过而使电压降升高而不再是VSS(0V)，所以第一放大器206正输入端及负输入端之间电压降便可维持在正常负回授控制下可动态调整的电压范围内，而不会因为任一组发光二极管114发生开路情形造成工作异常使第一放大器206正输入端及负输入端之间电压降超出第一放大器206可动态调整的范围。如此未发生开路情形的耦接于CH1端、CH2端及CH3端的电流调整单元304仍可正常的分配电流，使耦接于CH1端、CH2端及CH3端的发光二极管114各自分配到的电流。

综上所述，本发明的电流分配器，可平均分配流过多组发光二极管的电流，且减少晶体管的通道效应对电流分配的影响。本发明的另一个实施例的电流分配器，还可在多组发光二极管中任一组发光二极管发生开路情形时，自行调整并将电流分配到未发生开路情形的其它组发光二极管，避免在异常时失去电流分配的效果。除此之外，本发明将电流分配器耦接至多组发光二极管的电路架构，主机板及背光模块之间，只需要连接第一电源线及第二电源线(共二条)，即可通过主机板控制背光模块，不需额外的控制线，可减少噪声干扰。

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 (15)

1.一种发光二极管背光系统，包括：

一主机板；

一电源供应器，安装于该主机板上，用以供应电源；

一电流源，安装于该主机板上，耦接于该电源供应器；

该发光二极管背光系统的特征在于还包括：

一背光模块，包括：

多组发光二极管，每一组发光二极管包括多个串接的发光二极管；

多个电流调整单元，耦接于该多组发光二极管，用以分配流过该多组发光二极管的电流；及

一参考电压调整单元，耦接于该多个电流调整单元，用以根据一参考电压及每一电流调整单元的一端电压控制该多个电流调整单元；

一第一电源线，耦接于该电源供应器及该多组发光二极管，用以通过该电源供应器供应一高电位至该多组发光二极管；及

一第二电源线，耦接于该电流源及该多个电流调整单元，用以将该多个电流调整单元输出的电流传输至该电流源。

2.如权利要求1所述的发光二极管背光系统，其特征在于，还包括：

一壳体，其中该主机板、该电源供应器及该电流源是安装于该壳体内；

一外壳，其中该背光模块是安装于该外壳内；及

一连接装置，以可改变该壳体与该外壳的相对位置的方式连接该壳体及该外壳。

3.如权利要求1所述的发光二极管背光系统，其特征在于，还包括：

一壳体，其中该主机板、该电源供应器、该电流源、该背光模块、该第一电源线及该第二电源线是安装于该壳体内。

4.如权利要求1所述的发光二极管背光系统，其特征在于，该参考电压调整单元包括：

一第一放大器，具有一正输入端、一负输入端及一输出端；

一第一电阻，耦接于该第一电源线及该第一放大器的负输入端之间；

一第二电阻，耦接于该第一电源线及该第一放大器的正输入端之间；

一第一二极管，具有一正端耦接于该第一放大器的负输入端及一负端；及

一参考电压源，耦接于该第一二极管的负端及该第二电源线之间，用以提供该参考电压。

5.如权利要求4所述的发光二极管背光系统，其特征在于，每一电流调整单元包括：

一第二放大器，具有一正输入端耦接于该第一放大器的输出端、一负输入端及一输出端；

一晶体管，具有一控制端耦接于该第二放大器的输出端、一第一端耦接于该第二放大器的负输入端及一第二端耦接于一组对应的发光二极管；及

一第三电阻，耦接于该第二电源线及该晶体管的第一端之间。

6.如权利要求5所述的发光二极管背光系统，其特征在于，该晶体管是为一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管且是工作在饱和区。

7.如权利要求5所述的发光二极管背光系统，其特征在于，该电流调整单元还包括：

一第二二极管，具有一正端耦接于该第一放大器的正输入端及一负端耦接于该晶体管的第二端。

8.如权利要求7所述的发光二极管背光系统，其特征在于，该第二二极管及该第一二极管的顺向导通电压相等。

9.如权利要求5所述的发光二极管背光系统，其特征在于，该电流调整单元还包括：

一齐纳二极管，具有一正端耦接于该第一放大器的正输入端及一负端；及

一第四电阻，耦接于该齐纳二极管的负端及该晶体管的第二端之间，用以限制流过该齐纳二极管的电流。

10.一种电流分配器，该电流分配器的特征在于包括：

多个电流调整单元，用以分配流过多组发光二极管的电流；及

一参考电压调整单元，耦接于该多个电流调整单元，用以根据一参考电压及每一电流调整单元的一端电压控制该多个电流调整单元，该参考电压调整单元包括：

一第一放大器，具有一正输入端、一负输入端及一输出端；

一第一电阻，具有一第一端用以接收一高电位及一第二端耦接于该第一放大器的负输入端；

一第二电阻，具有一第一端用以接收该高电位及一第二端耦接于该第一放大器的正输入端；

一第一二极管，具有一正端耦接于该第一放大器的负输入端及一负端；及

一参考电压源，具有一正端耦接于该第一二极管的负端及一负端用以接收一低电位，用以提供该参考电压。

11.如权利要求10所述的电流分配器，其特征在于，每一电流调整单元包括：

一第二放大器，具有一正输入端耦接于该第一放大器的输出端、一负输入端及一输出端；

一晶体管，具有一控制端耦接于该第二放大器的输出端、一第一端耦接于该第二放大器的负输入端及一第二端耦接于一组对应的发光二极管；及

一第三电阻，耦接于该晶体管的第一端及该参考电压源的负端之间。

12.如权利要求11所述的电流分配器，其特征在于，该晶体管是为一N通道金属氧化物半导体场效应晶体管且是工作在饱和区。

13.如权利要求11所述的电流分配器，其特征在于，该电流调整单元还包括：

一第二二极管，具有一正端耦接于该第一放大器的正输入端及一负端耦接于该晶体管的第二端。

14.如权利要求13所述的电流分配器，其特征在于，该第二二极管及该第一二极管的顺向导通电压相等。

15.如权利要求11所述的电流分配器，其特征在于，该电流调整单元还包括：

一齐纳二极管，具有一正端耦接于该第一放大器的正输入端及一负端；及

一第四电阻，耦接于该齐纳二极管的负端及该晶体管的第二端之间，用以限制流过该齐纳二极管的电流。