CN105282907A - 发光二极管背光驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管背光驱动装置，用以驱动发光二极管电路，包括控制模块、误差放大器与调整模块。控制模块接收第一调光信号、误差信号与来自发光二极管电路的感测信号，并产生控制信号至发光二极管电路。误差放大器接收参考信号与来自发光二极管电路的反馈信号，并输出误差信号。调整模块接收第一调光信号与反馈信号，并输出参考信号。其中，第一调光信号的每一周期包括导通期间与截止期间。当第一调光信号于导通期间时，参考信号的电位随时间提升至一参考电位，而当第一调光信号于截止期间时，参考信号的电位追随反馈信号的电位。本发明能减少突波电流，增加调光电流的线性度。

Description

发光二极管背光驱动装置

技术领域

本发明涉及一种背光驱动装置，特别涉及一种具高线性调光的发光二极管背光驱动装置。

背景技术

请参阅图1，为公知发光二极管背光驱动系统的概要示意图。于一般操作下，当调光信号CN为高电位(逻辑“1”)时，发光二极管背光驱动系统1会正常操作，而当调光信号CN为低电位(逻辑“0”)时，发光二极管背光驱动系统1会停止对发光二极管LED供电。其中，当调光信号CN由低电位转态为高电位时，发光二极管LED上的低电流会使反馈信号Vf的电位低下而与参考电压Vr的电位差距过大，进而促使误差放大器12产生过多的补偿电流I_e，并使得控制电路11产生较大的工作周期。因此，于电感L上会感应出较高的突波电流，且突波电流流经发光二极管LED上而造成输出电压V_O产生非预期的大电压。

此外，当调光信号CN为低电位时，位于输出端的稳压电容C_O会对发光二极管LED放电，且当调光信号CN的切换频率变快时，位于输出端的稳压电容C_O对发光二极管LED放电所造成的影响便会加剧。此乃因为当调光信号CN的切换频率变快时亦代表稳压电容C_O可放电的时间被缩短，而致使稳压电容C_O上的残余电流于调光信号CN的切换时间内无完全流光(即，于调光信号CN关闭时，稳压电容C_O开始对发光二极管LED放电，但尚未放完电时调光信号CN又被开启)。因此，造成在调光信号CN关闭时仍会有残余电流通过发光二极管LED，而影响到调光的线性度。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种发光二极管背光驱动装置，当调光信号由低电位转态至高电位时，通过调整模块调整并减缓流经发光二极管的电流，以平衡当调光信号为低电位时残余电流所造成的影响，且减少突波电流的产生，来提高调光的线性度。

本发明的其中之一概念为一种发光二极管背光驱动装置，用以驱动发光二极管电路，此发光二极管背光驱动装置包括控制模块、误差放大器与调整模块。其中，控制模块接收第一调光信号、误差信号与来自发光二极管电路的感测信号，并根据所接收的第一调光信号、误差信号与感测信号来产生控制信号至发光二极管电路。误差放大器的负向端接收来自发光二极管电路的反馈信号，误差放大器的正向端接收参考信号，且误差放大器根据所接收的反馈信号与参考信号来输出误差信号。调整模块接收第一调光信号与反馈信号，并根据第一调光信号与反馈信号输出参考信号，其中第一调光信号的每一周期包括一导通期间和一截止期间，当第一调光信号于导通期间时，参考信号的电位随时间提升至一参考电位，而当第一调光信号于截止期间时，参考信号的电位追随反馈信号的电位。

综上所述，根据本发明的发光二极管背光驱动装置，通过调整模块来控制误差放大器所接收的参考信号，以减缓发光二极管于调光信号由低电位转态为高电位时所流经的电流，来平衡当调光信号为低电位时稳压电容对发光二极管放电所造成的残余电流影响，且于调光信号切为低电位时，误差放大器的二输入端不会有大电压差产生，因而可成功达到减少突波电流与增加调光电流的线性度。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

附图说明

图1为公知发光二极管背光驱动系统的概要示意图。

图2为本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置的概要示意图。

图3为本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置驱动一发光二极管电路的概要示意图。

图4为本发明的斜率补偿器的一实施例的概要示意图。

图5为本发明的第一调光信号、发光二极管电流与平均电流的关系概要示意图。

图6为本发明另一实施例的发光二极管背光驱动装置驱动一发光二极管电路的概要示意图。

图7为依据本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置实施的责任周期变化对发光二极管电流变化的关系图。

其中，附图标记说明如下:

1发光二极管背光驱动系统

11控制电路

12误差放大器

2发光二极管背光驱动装置

21控制模块

211振荡器

212斜率补偿器

2121电流感测电路

2122电流至电压转换器

213比较器

214闩锁器

215驱动器

22误差放大器

23调整模块

231运算放大器

3发光二极管电路

A残余电流

B部分电流

CN调光信号

C1第一电容

C2第二电容

C3第三电容

C_O稳压电容

D1二极管

DIM1第一调光信号

DIM2第二调光信号

inv反相器

I_avg平均电流

I_e补偿电流

I_err误差信号

I_LED发光二极管电流

I_s感测信号

L电感

M1晶体管

N1第一节点

N2第二节点

N3第三节点

LED发光二极管

OFF截止期间

ON导通期间

R1第一电阻

R2第二电阻

R3第三电阻

R4第四电阻

R5第五电阻

S1第一开关

S2第二开关

S3第三开关

V1参考电位

V2电源电压

V_f反馈信号

V_fb反馈信号

V_O输出电压

V_r参考电压

V_ref参考信号

V_s补偿信号

具体实施方式

请参阅图2，为本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置的概要示意图，揭露用以驱动发光二极管电路3的一发光二极管背光驱动装置2，包含控制模块21、误差放大器22与调整模块23。

控制模块21的一控制端电性连接至前级电路(图未示)，并接收来自前级电路的第一调光信号DIM1。控制模块21的一感测端电性连接至发光二极管电路3，并接收来自发光二极管电路3的感测信号I_S。控制模块21的一输入端电性连接至误差放大器22的输出端，并接收来自误差放大器22的误差信号I_err。控制模块21的一输出端电性连接至发光二极管电路3，并输出一控制信号V_c至发光二极管电路3。

调整模块23的一控制端电性连接至前级电路(图未示)，并接收来自前级电路的第一调光信号DIM1。调整模块23的一输入端电性连接至误差放大器22的负向端与发光二极管电路3，并接收来自发光二极管电路3的反馈信号V_fb。误差放大器22的正向端电性连接至调整模块23的一输出端，并接收来自调整模块23的参考信号V_ref。

在本实施例中，第一调光信号DIM1用以控制控制模块21输出控制信号V_c与否，藉以控制发光二极管电路3的启闭。其中，第一调光信号DIM1为数字信号，且第一调光信号DIM1的每一周期皆包含导通期间ON和截止期间OFF，如图5所示。于此，以第一调光信号DIM1于高电位的状态作为导通期间ON，并以第一调光信号DIM1于低电位的状态作为截止期间OFF来进行以下的所有说明，然本发明并不以此为限。此外，第一调光信号DIM1的责任周期(DutyCycle)等同于其导通期间ON占其周期的百分比。于此，以第一调光信号DIM1的责任周期宽度为50％，即以导通时间ON为1/2周期为例进行说明，然本发明并不以此为限，第一调光信号DIM1的责任周期端视调光亮度的需求而定。

请搭配参阅图2与图5，当第一调光信号DIM1于导通期间ON时，发光二极管电路3开启并发光，且调整模块23输出的参考信号V_ref的电位会随时间缓缓充电提升至一参考电位V1。而当第一调光信号DIM1于截止期间OFF时，发光二极管电路3关闭而不发光，且参考信号V_ref的电位将会追随反馈信号V_fb的电位，即，此时参考信号V_ref的电位将会随反馈信号V_fb的电位变化而变化，以避免在第一调光信号DIM1由截止期间OFF切换为导通期间ON时，误差放大器的二输入端的电位相差过大而输出过大的误差信号I_err，造成发光二极管电路3产生突波电流而影响发光二极管电路3的发光品质。

请参阅图3，为本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置驱动一发光二极管电路的概要示意图，兹一一详述如下。

首先，介绍控制模块21。控制模块21包括振荡器211、斜率补偿器212、比较器213、闩锁器214与驱动器215。

其中，斜率补偿器212的一输入端电性连接至发光二极管电路3，并接收来自发光二极管电路3的感测信号I_S。比较器213的正向端电性连接至斜率补偿器212的输出端，并接收来自斜率补偿器212的补偿信号V_s。比较器213的负向端电性连接至误差放大器22的输出端，并接收来自误差放大器22的误差信号I_err。闩锁器214的设定端电性连接至振荡器211的输出端，并接收来自振荡器的时钟脉冲信号。闩锁器214的设定端电性连接至比较器213的输出端，并接收来自比较器213的比较信号。驱动器215的一输入端电性连接至闩锁器214的输出端，并接收来自闩锁器214的驱动信号。驱动器215的一控制端电性连接至前级电路(图未示)，并接收来自前级电路的第一调光信号DIM1。驱动器215的输出端电性连接至发光二极管电路3，并输出控制信号V_c至发光二极管电路3。

请参阅图4，为本发明的斜率补偿器的一实施例的概要示意图，揭露一斜率补偿器212包含电流感测电路2121与电流至电压转换电路2122。其中，电流感测电路2121的一输入端电性连接至发光二极管电路3，并接收来自发光二极管电路3的感测信号I_S。电流至电压转换电路2122的一输入端电性连接至电流感测电路2121的输出端，并接收来自电流感测电路2121的感测电流，且电流至电压转换电路2122的输出端电性连接至比较器213的正向端，并根据此感测电流输出补偿信号V_s至比较器213的正向端。

此外，控制模块21还包含第五电阻R5与第三电容C3。其中，第五电阻R5的第一端电性连接至比较器213的负向端，第五电阻R5的第二端电性连接至第三电容C3的第一端，且第三电容C3的第二端电性连接至地。

复参阅图3，以介绍调整模块23。调整模块23包括反相器inv、第一电容C1、第一电阻R1、第一开关S1、第二电阻R2与第二开关S2。

其中，反相器inv的输入端电性连接至前级电路(图未示)，并接收来自前级电路的第一调光信号DIM1。第一开关S1的控制端电性连接至前级电路(图未示)，并接收来自前级电路的第一调光信号DIM1。第一开关S1的第二端电性连接至一参考电位V1。第一电阻R1的第二端电性连接至第一开关S1的第一端，且第一电阻R1的第一端电性连接至第一节点N1。第一电容C1的第一端电性连接至地，且第一电容C1的第二端电性连接至第一节点N1。第二电阻R2的第一端电性连接至第一节点N1，且第二电阻R2的第二端电性连接至第二开关S2的第一端。第二开关S2的控制端电性连接至反相器inv的输出端，并接收来自反相器inv的第二调光信号DIM2。

接续，误差放大器22的正向端电性连接至第一节点N1，并接收来自第一节点N1的参考信号V_ref。误差放大器22的负向端电性连接至第二开关S2的第二端与发光二极管电路3的一输出端，并接收来自发光二极管电路3的反馈信号V_fb。

于此，当第一开关S1导通且第二开关S2开路时，第一节点N1的电位可通过第一电位V1经由第一电阻R1与第一电容C1慢慢充电至第一电位。而当第一开关S1开路且第二开关S2导通时，第一节点N1的电位将随反馈信号V_fb变化。此外，第二电阻R2是用以防止噪声，故其使用的电阻值较低。

最后，介绍发光二极管电路3。发光二极管电路3包括电感L、晶体管M1、第三电阻R3、第二电容C2、发光二极管LED与第四电阻R4。

其中，电感L的第一端电性连接至一电源电压V2，且电感L的第二端电性连接至晶体管M1的第一端。晶体管M1的控制端电性连接至驱动器215的输出端，并接收来自驱动器215的控制信号V_c。晶体管M1的第二端与第三电阻R3的第一端皆电性连接至一第二节点N2，且此第二节点N2亦电性连接至斜率补偿器212的输入端，以输出感测信号I_S至斜率补偿器212。第三电阻R3的第二端与第二电容C2的第一端电性连接至地，且第二电容C2的第二端电性连接至电感L的第二端、晶体管M1的第一端与发光二极管LED的第一端。第四电阻R4的第一端电性连接至地，且第四电阻R4的第二端与发光二极管LED的第二端皆电性连接至第三节点N3，并自第三节点N3反馈至误差放大器22的负向端，以输出反馈信号V_fb至误差放大器22。

于此，第二电容C2可称为稳压电容。此外，感测信号IS为流经第三电阻R3的电流信号，而第四电阻R4为发光二极管电流I_LED的感应电阻，因此，反馈信号V_fb为流经发光二极管LED的发光二极管电流I_LED于第四电阻R4上所形成的电压信号。

另，发光二极管电路3还包含二极管D1耦接于晶体管M1的第一端与第二电容C2的第二端间。于此，二极管D1的第一端电性连接至晶体管M1的第一端，且二极管D1的第二端电性连接至第二电容C2的第二端。

请参阅图5，为本发明的第一调光信号、发光二极管电流与平均电流的关系概要示意图。由于已知当第一调光信号DIM1处于截止期间OFF时，第二电容C2会以RC方式对发光二极管LED放电，即产生残余电流A通过发光二极管LED，此残余电流A如图5左斜区域部分所示。故本发明为了消除残余电流A对调光的线性度的影响，而利用一调整模块23来改变误差放大器22所接收的参考信号V_ref的电位，即于调整模块23中使参考信号V_ref以RC充电方式充电至一参考的第一电位V1来平衡残余电流A的影响。

由于当第一调光信号DIM1处于导通期间ON时，参考信号V_ref的电位是以RC充电方式慢慢增加至第一电位V1，故发光二极管电流I_LED亦以RC充电方式慢慢增加，而与原先公知的固定参考信号V_ref的方式相比，发光二极管电流I_LED有部分电流B被消除，如图5右斜部分所示。因此，因此通过第一调光信号DIM1处于导通期间ON时减少部分电流B来补偿当第一调光信号DIM1处于截止期间OFF时残余电流A的影响，即可使发光二极管LED上的平均电流I_avg维持于预设值，而达到高线性度的调光效果。

综上，复参阅图3，当第一调光信号DIM1处于导通期间ON时，第一开关S1与第三开关S3导通，且由于第二调光信号DIM2的相位相反于第一调光信号DIM1，故由第二调光信号DIM2控制的第二开关S2开路，因此，此时参考信号V_ref的电位会随时间慢慢的以RC充电方式(于此，为利用第一电阻R1与第一电容C1)达到第一电位V1，故在稳定的情况下，此时发光二极管电流I_LED由参考信号V_ref的电位除以第四电阻R4的值所决定。而当第一调光信号DIM1开始切换为截止期间OFF时，第一开关S1与第三开关S3开路且第二开关S2导通，此时将会暂时切断误差放大器22并保留切换时的工作点，又，此时参考信号V_ref的电位会随着反馈信号V_fb的电位变化，故参考信号V_ref可通过感测反馈信号V_fb来得知发光二极管LED上的发光二极管电流I_LED，因此，当第一调光信号DIM1再次由截止期间OFF切换至导通期间ON时，参考信号V_ref的电位将会从反馈信号V_fb的电位处开始慢慢以RC充电方式充电至第一电位V1，且发光二极管电流I_LED亦随参考信号V_ref的电位的增加方式慢慢增加至稳定电流，而可成功达到高线性度的调光效果。

请参阅图6，为本发明另一实施例的发光二极管背光驱动装置驱动一发光二极管电路的概要示意图。在本实施例中，发光二极管背光驱动装置2还包含一运算放大器231。其中，运算放大器231的正向端电性连接至误差放大器22的负向端与二极管发光电路3的第三节点N3，并接收来自第三节点N3的反馈信号V_fb。运算放大器231的负向端与其输出端皆电性连接至第二开关S2的第二端。

于此，运算放大器231的负向端直接连接至其输出端以构成一单增益缓冲器(Unit-GainBuffer，或称电压跟随器，VoltageFollower)的结构，来增强所接收的反馈信号V_fb，并降低噪声。

请参阅图7，为依据本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置实施的责任周期变化对发光二极管电流变化的关系图。可明显看出依据本发明一实施例的发光二极管背光驱动装置实施的发光二极管背光驱动器在第一调光信号的频率越高(如1KHz)的状态下时，其发光二极管电流的线性度明显较公知的发光二极管背光驱动装置的线性度更好。

综上所述，根据本发明的发光二极管背光驱动装置，通过调整模块来控制误差放大器所接收的参考信号，以减缓发光二极管于调光信号由截止期间转态为导通期间时所流经的电流，来平衡当第一调光信号于截止期间时第二电容对发光二极管放电所造成的残余电流影响，且当第一调光信号切换为截止期间时，误差放大器的二输入端不会有大电压差产生，因而可成功达到减少突波电流与增加调光电流的线性度。

本发明的技术内容已以较佳实施例揭示如上述，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本创作的精神所做些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管背光驱动装置，用以驱动一发光二极管电路，该发光二极管背光驱动装置包括：

一控制模块，接收一第一调光信号、一误差信号与来自该发光二极管电路的一感测信号，并根据该第一调光信号、该误差信号与该感测信号产生一控制信号至该发光二极管电路；

一误差放大器，该误差放大器的负向端接收来自该发光二极管电路的一反馈信号，该误差放大器的正向端接收一参考信号，该误差放大器根据该反馈信号与该参考信号输出该误差信号；及

一调整模块，接收该第一调光信号与该反馈信号，并根据该第一调光信号与该反馈信号输出该参考信号，其中该第一调光信号的每一周期包括一导通期间和一截止期间，当该第一调光信号于该导通期间时，该参考信号的电位随时间提升至一参考电位，而当该第一调光信号于该截止期间时，该参考信号的电位追随该反馈信号的电位。

2.如权利要求1所述的发光二极管背光驱动装置，其中该控制模块包括：

一振荡器，产生一时钟脉冲信号；

一斜率补偿器，接收该感测信号，并根据该感测信号输出一补偿信号；

一比较器，该比较器的负向端接收该误差信号，该比较器的正向端接收该补偿信号，该比较器比较该误差信号与补偿信号并输出一比较信号；

一闩锁器，该闩锁器的设定端接收该时钟脉冲信号，该闩锁器的重置端接收该比较信号，该闩锁器根据该时钟脉冲信号与该比较信号输出一驱动信号；及

一驱动器，接收该驱动信号与该第一调光信号，并根据该驱动信号与该第一调光信号输出该控制信号。

3.如权利要求1所述的发光二极管背光驱动装置，其中该调整模块包括：

一反相器，接收该第一调光信号，并输出一第二调光信号，其中该第二调光信号的相位与该第一调光信号的相位相反；

一第一电容，该第一电容的第一端接地，且该第一电容的第二端连接至一第一节点；

一第一电阻，该第一电阻的第一端连接至该第一节点；

一第一开关，由该第一调光信号控制，该第一开关的第一端连接该第一电阻的第二端，且该第一开关的第二端连接该参考电位；

一第二电阻，该第二电阻的第一端连接该第一节点，且该第一节点连接至该误差放大器的正向端以输出该参考信号；及

一第二开关，由该第二调光信号控制，该第二开关的第一端连接该第二电阻的第二端，该第二开关的第二端连接至该误差放大器的负向端。

4.如权利要求3所述的发光二极管背光驱动装置，其中该调整模块还包括：

一第三开关，由该第一调光信号控制，该第三开关的第一端连接该误差放大器的输出端，且该第三开关的第二端连接至该比较器的负向端。

5.如权利要求4所述的发光二极管背光驱动装置，其中该调整模块还包括：

一运算放大器，该运算放大器的正向端接收该反馈信号，该运算放大器的负向端与该运算放大器的输出端连接该第二开关的第二端。

6.如权利要求2所述的发光二极管背光驱动装置，其中该斜率补偿器包括：

一电流感测电路，接收该感测信号，并根据该感测信号输出一感测电流；及

一电流至电压转换电路，接收该感测电流，并根据该感测电流输出该补偿信号。

7.如权利要求2所述的发光二极管背光驱动装置，其中该发光二极管电路包括：

一电感，该电感的第一端连接至一电源电压；

一晶体管，该晶体管的控制端接收该控制信号，该晶体管的第一端连接至该电感的第二端，且该晶体管的第二端连接至一第二节点，该第二节点连接至该斜率补偿器以输出该感测信号；

一第三电阻，该第三电阻的第一端连接至该第二节点，且该第三电阻的第二端接地；

一第二电容，该第二电容的第一端接地，且该第二电容的第二端连接至该电感的第二端与该晶体管的第一端；

一发光二极管，该发光二极管的第一端连接至该第二电容的第二端，且该发光二极管的第二端连接至一第三节点，该第三节点连接至该误差放大器的负向端以输出该反馈信号；及

一第四电阻，该第四电阻的第一端接地，且该第四电阻的第二端连接至该第三节点。

8.如权利要求7所述的发光二极管背光驱动装置，其中该感测信号为流过该第三电阻上的电流。

9.如权利要求7所述的发光二极管背光驱动装置，其中该反馈信号为流经该发光二极管的电流于该第四电阻上形成的电压。

10.如权利要求7所述的发光二极管背光驱动装置，其中该发光二极管电路还包含一二极管耦接于该晶体管的第一端与该第二电容的第二端间。