201228452 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及發光二極體的驅動,尤其是一種驅動多串 發光二極體的裝置、方法以及包含該裝置的液晶顯示設備 【先前技術】 隨著科技的不斷發展,WLED ( white light-emitting diode ’白色發光二極體)由於其體積小、驅動簡單且節 能環保,正逐漸取代 CCFL ( cold cathode fluorescent lamp,冷陰極螢光燈)在 LCD ( liquid crystal display, 液晶顯示)背光中的應用。多個WLED可串聯在一起形成 WLED串。通常,WLED驅動裝置可同時驅動多串 WLED ’其包括爲各WLED串提供直流驅動電壓的電壓變換電路 以及調節流過各W L E D串電流的均流電路。 現有的WLED專用晶片將電壓變換電路的內部控制電 路’例如PWM控制電路,與均流電路等積集在一起,以 方便用戶使用。圖1示出現有的驅動2n串WLED的裝置 (其中η爲正整數),包含兩個升壓電路101-1、101-2以 及兩個專用晶片 102-1和 102-2。每個升壓電路爲 η串 WLED提供直流驅動電壓Vde,每個專用晶片分別控制一 個升壓電路並調節流過相應η串W L E D的電流。圖1所示 的驅動裝置若要驅動3η串WLED,需要相應地增加一個 電壓變換電路和一個專用晶片。該裝置所需器件多、體積 -5- 201228452 大、成本高且效率低,不便於wLED串的擴展,因而不適 於大型LCD應用場合。 【發明內容】 本發明要解決的技術問題是提供一種體積小、成本低 且高效率、易於發光二極體串擴展的驅動多串發光二極體 的裝置及方法,以及包含該裝置的液晶顯示設備。 爲了解決上述問題,本發明提供了一種驅動多串發光 二極體的裝置,包括:多個電流調節電路,分別電耦接至 所述多串發光二極體,調節流過所述多串發光二極體的電 流;至少兩個控制電路,每個控制電路分別電耦接至所述 多個電流調節電路中的一部分,根據相應電流調節電路的 端電壓產生控制信號:以及電壓變換電路,電耦接至所述 多串發光二極體和所述至少兩個控制電路,爲所述多串發 光二極體提供直流驅動電壓,並根據所述至少兩個控制信 號調節所述直流驅動電壓。 本發明還提供了一種液晶顯示設備,包含液晶螢幕、 多串發光二極體以及如前所述的驅動多串發光二極體的裝 置。 爲了解決上述技術問題,本發明進一步提供了 一種驅 動多串發光二極體的方法,包括:爲所述多串發光二極體 提供直流驅動電壓;藉由多個電流調節電路調節流過所述 多串發光二極體的電流;藉由至少兩個控制電路分別根據 一部分電流調節電路的端電壓產生控制信號;以及根據所 -6- 201228452 述至少兩個控制信號調節所述直流驅動電壓。 本發明中的電壓調節電路可根據多個控制信號調節直 流驅動電壓’從而僅需要一個電壓調節電路即可實現發光 二極體串的靈活擴展,體積小、成本低且效率高。 【實施方式】 下面將詳細描述本發明的具體實施例,應當注意,這 裏描述的實施例只用於舉例說明,並不用於限制本發明。 本發明的實施例提供一種驅動多串發光二極體的裝置 ,包括一個電壓變換電路、多個電流調節電路以及至少兩 個控制電路,每個控制電路均根據相應一部分電流調節電 路的端電壓產生控制信號,該電壓變換電路根據該多個控 制信號調節直流驅動電壓v d。。當需要增加發光二極體串 時,該驅動裝置無需增加電壓變換電路,僅需增加控制電 路即可,因而可以很方便地實現發光二極體串的擴展。以 下均以驅動2η串WLED爲例,其中包括兩個控制電路, 每個控制電路分別對應η個電流調節電路,但本領域技術 人員可知,WLED串的數目不限於2η串,並且WLED驅 動裝置可採用三個或以上控制電路,其中每個控制電路對 應的電流調節電路的數目也可不同。 本發明的實施例還提供一種液晶顯示設備,包含液晶 顯示螢幕、多串發光二極體以及如前所述的驅動多串發光 二極體的裝置。 圖2爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的第一實施 201228452 電流 入電 I vdc 或交 電路 製( PFM, 式可 調節 調節 > 3… uctor 晶體 1 Rsk 的同 輸入 電連 也可 tor ' 需値 算放 方式的電路圖,該裝置包括電壓變換電路201、2η個 調節電路以及控制電路203- 1和203-2。 電壓變換電路201電耦接至各WLED串,接收輸 壓Vin&將其轉換爲各WLED串需要的直流驅動電厘 。該電壓變換電路201可爲任何直流/直流變換電路 流/直流變換電路,例如升壓電路、降壓電路、反激 等。電壓變換電路20 1的控制方法可以爲脈衝寬度調 PWM, pulse width modulation)、脈衝頻率調製( pulse frequency modulation)等,控制方法的實現方 爲峰値電流控制、平均電流控制、滞環電流控制等。 每串WLED均有電流調節電路與之相連,該電流 電路包括開關Qk、運算放大器OPk和採樣電阻Rsk, 流過相應WLED串的電流至所需値^·,其中k=l,2
Rsk …,2n。開關 Qk 爲 MOS ( metal oxide semi cond field effect transistor,金屬氧化物半導體場效應電 ),其汲極電連接至相應WLED串的陰極。採樣電Pi 電連接在開關Qk的源極和地之間。運算放大器OPk 相輸入端接收代表所需亮度的電流參考値Vrefk,反相 端電連接至採樣電阻Rsk和開關Qk的源極,輸出端 接至開關Qk的閘極。各電流參考値Vrefk既可相同, 不同。開關 Qk 也可爲 BJT( bipolar junction transis 雙極接面電晶體)。若流過WLED串的電流大於所 ^,使得採樣電阻Rsk兩端的電壓大於Vrefk,則運
Rsk 大器OPk的輸出電壓減小,使得開關Qk的導通電阻增大 201228452 ,從而減小流過該w L E D串的電流,反之亦然。 控制電路2 0 3 - 1和2 0 3 - 2分別電連接η個電流調節電 路,根據相應電流調節電路的端電壓產生控制信號,電壓 變換電路20 1根據這兩個控制信號調節直流驅動電壓Vde 〇 電流調節電路若要正常工作,開關Qk需工作在飽和 區(對MOSFET來說),使流過其上的電流與其閘源電壓 成正比。由於每個WLED的出廠特性有差別,其點亮時的 壓降也會有所不同。爲了確保流過擁有最高壓降的WLED 串的電流也能被正常調節,需根據電流調節電路的端電壓 中的最小電壓調節直流驅動電壓Vde。最小電壓越小,直 流驅動電壓Vdc越大。 控制電路203-1和203-2均包括電壓選擇電路和誤差 放大電路。電壓選擇電路電連接至相應η個電流調節電路 ,選擇輸出相應η個電流調節電路端電壓中的最小電壓 Vminj,j = l,2。誤差放大電路電稱接至電壓選擇電路,對 參考電壓Vref與最小電壓Vminj的差値進行放大,產生控 制信號。該控制信號爲誤差放大電路向外輸出(source ) 或向內抽取(sink )的電流。 圖2所示驅動裝置還包括補償網路204- 1、204-2以及 補償信號選擇電路2 0 5。補償網路2 0 4 - 1和2 0 4 - 2分別電 連接在相應誤差放大電路的輸出端和地之間,根據控制信 號產生補償信號COMP 1和C0MP2。補償信號選擇電路 205電連接至補償網路204- 1和204-2,選擇補償信號 -9- 201228452 COMP1和COMP2中的一個,作爲補償信號COMP。該補 償信號COMP被送至電壓變換電路201以調節直流驅動電 壓Vd<:,使該直流驅動電壓Vde隨2η個電流調節電路端電 壓中的最小値變化而變化,確保流過2η串WLED的電流 均能被正常調節。 圖2中,電壓選擇電路由η個二極體構成。該η個二 極體的陰極分別電連接至相應的電流調節電路,而陽極電 連接在一起,輸出相應η個電流調節電路端電壓中的最小 電壓Vminj。誤差放大電路包括誤差放大器AMPj。誤差放 大器AMP j的同相輸入端接收參考電壓Vref,反相輸入端 電連接至電壓選擇電路以接收最小電壓Vminj,輸出端輸 出控制信號。該控制信號爲誤差放大器向外輸出或向內抽 取的電流。當最小電壓Vminj小於參考電壓Vref時誤差放 大器AMPj輸出電流,當最小電壓Vminj大於參考電壓Vref 時誤差放大器AMPj抽取電流(或稱之爲被輸入電流)。參 考電壓Vref的値取決於開關Qk的開啓電壓、電流參考値 Vrefk以及採樣電阻Rsk· 補償網路204-1和204-2分別包括補償電容Citg|和 Citg2,該補償電容兩端的端電壓即爲補償信號COMP1和 COMP2。補償信號選擇電路205包括二極體D1和D2。二 極體D1的陽極電連接至補償電容Citgi和誤差放大器 AMP 1的輸出端,二極體D2的陽極電連接至補償電容 Citg2和誤差放大器AMP2的輸出端。二極體D1和D2的 陰極電連接在一起,以輸出補償信號COMP 1和COMP 2中 -10- 201228452 的最大値COMP至電壓變換電路201以調節直流驅動電壓 Vdc。 圖3爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的第二實施 方式的電路圖,其與圖2所示裝置不同之處在於其中兩個 誤差放大電路的輸出端直接電連接在一起,並電連接至電 壓變換電路301以調節直流驅動電壓Vd。,補償網路3〇4 電連接在該輸出端和地之間。兩誤差放大電路的增益可變 ,在最小電壓Vminj大於參考電壓Vref時的增益gni2與最 小電壓Vminj小於參考電壓Vref時的增益gml不同。在一 個實施方式中,增益gml大於增益gm2,增益g„n爲增益 gm2的兩倍以上。 圖3中,誤差放大電路爲誤差放大器AMP3和AMP4 ,控制信號爲由誤差放大器AMP3和AMP4的輸出或抽取 電流。藉由設置誤差放大器AMP3和AMP4的最大輸出電 流大於最大抽取電流,使得增益gml大於增益gm2。 補償網路304包括補償電容citg,該補償電容citg兩 端的端電壓即爲補償信號 C Ο M P。若 V m i η! < V r e f而 Vmin2>Vref,則誤差放大器AMP3輸出電流,而誤差放大 器AMP4抽取電流。由於誤差放大器AMP3和AMP4的最 大輸出電流大於最大抽取電流,則補償電容Citg兩端的端 電壓,即補償信號COMP主要由誤差放大器AMP3的輸出 電流決定。因而補償信號COMP增大,導致直流驅動電壓 vdc增大,從而Vminl增大,以確保所有開關工作在飽和區 ,使流過所有WLED串的電流均能被正常調節。 -11 - 201228452 圖4爲圖3所示的誤差放大器的內部電路圖。開關 MP1、MP2和MP3構成電流鏡,開關MN3和MN4構成電 流鏡。流過開關MP1的電流爲IS()uree,流過開關MP2的 電流等於流過開關MP 5和MP6的電流之和。流過開關 MP6與開關MN4的電流之差流入開關MN5的閘極《開關 MP5和MP6的閘極分別作爲誤差放大器的反相和同相輸 入端接收最小電壓Vminj和參考電壓Vref,開關MP3的源 極和開關MN5的汲極電連接在一起構成輸出端。 通常,在誤差放大器外部還設有負回授網路,例如誤 差放大器的輸出端和反相輸入端被直接電連接在一起。藉 由設置開關MP3和MN5的寬長比,可控制流過開關MP3 和MN5的最大電流,即誤差放大器的最大輸出電流和最 大抽取電流。在一個實施方式中,最大輸出電流爲 2000uA,最大抽取電流爲5 00uA。 在本發明驅動多串發光二極體的裝置的另一個實施方 式中,誤差放大電路還包括對控制信號的大小進行限制的 限制電路。該限制電路在控制信號大於一閾値時將其限制 至該閾値,其中在最小電壓大於參考電壓Vref時的 閩値Ith2與最小電壓Vminj小於參考電壓Vref時的閾値Ithl 不同。閾値Ithl可大於閾値Ith2,例如爲其兩倍以上。在 —個實施方式中,閾値Ithi爲400uA,閾値Ith2爲l〇〇uA 。若Vminl<Vref而Vmin2>Vref,則誤差放大器AMP3輸出 電流,而誤差放大器AMP4抽取電流,該輸出電流和抽取 電流均被限制至相應閩値Ithl和Ith2。由於誤差放大器 -12- 201228452 AMP3和AMP4的閾値Ithi大於閾値Ith2,則補償電容Citg 兩端的端電壓,即補償信號COMP主要由誤差放大器 AMP3的輸出電流Ithl決定,因而補償信號COMP增大, 導致直流驅動電壓Vd。增大,從而vminl增大,以確保所 有開關工作在飽和區,使流過所有WLED串的電流均能被 正常調節。 圖5爲圖3所示的電壓變換電路301的一個實施方式 的電路圖,爲採用峰値電流控制的升壓電路。電壓變換電 路301包括輸入電容Cin、電感L、開關S1、二極體D、 輸出電容CQut、採樣電阻Rsense、比較器COM以及RS正 反器FF。輸入電容Cin並聯至電壓變換電路301的輸入端 ’電感L 一端電連接至輸入電容Cin,接收輸入電壓Vin, 另一端電連接至開關s 1的汲極和二極體D的陽極。二極 體D的陰極電連接至輸出電容C^t,輸出直流驅動電壓 vdC。採樣電阻Rsense電連接在開關S1的源極和地之間, 採樣流過開關S 1的電流,並產生代表該電流的電流採樣 信號Isense。比較器COM的反相輸入端接收補償信號 COMP,正相輸入端電連接至採樣電阻Rsense以接收電流 採樣信號Isense。RS正反器FF的設定位元端接收時鐘信 號CLK ’重設端電連接至比較器COM的輸出端。RS正反 器FF的輸出端電耦接至開關S 1的閘極,控制開關S 1的 導通與關斷。 爲了在開關S1的占空比大於〇.5時,保證系統的穩 定性,在採樣電阻Rsense和比較器COM之間電耦接一加 -13- 201228452 法器SUM,加法器SUM的一輸入端電連接至採樣電阻 R s e n s e以接收電流採樣信號I s e n s e,另一輸入端接收斜率補 償信號(通常爲與時鐘信號CLK同步的鋸齒波信號), 加法器SUM的輸出端電連接至比較器COM的正相輸入端 〇 圖6爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的第三實施 方式的電路圖’其基本工作原理與圖2所示裝置相同,並 採用類似圖1所示的專用晶片來實現。其中的電壓選擇電 路與構成均流電路的η個電流調節電路如前所述,電壓變 換電路601爲升壓電路。晶片602-1電連接至第1〜η串 WLED,藉由η個電流調節電路構成的均流電路來調節流 過各串WLED的電流。電壓選擇電路接收各電流調節電路 的端電壓,並選擇輸出其中的最小値至誤差放大器。誤差 放大器根據該最小値與參考電壓Vref產生第一控制信號, 補償網路6〇4-1將該第一控制信號轉換爲補償信號COMP 1 。晶片602-2電連接至第n+l〜2n串WLED,調節流過各 串WLED的電流並產生第二控制信號,該第二控制信號通 過補償網路604-2被轉換爲補償信號COMP2。補償信號選 擇電路605接收補償信號COMP1和COMP2,選擇輸出其 中的最大値作爲補償信號COMP送入晶片602- 1。晶片 6〇2-1作爲主(master)晶片,其中的PWM控制電路根據 補償信號COMP控制其電壓變換電路601中開關的導通與 關斷,從而調節直流驅動電壓Vd(:»晶片602-2作爲從( slave)晶片,其中的PWM控制電路閒置,未使用。通常 -14- 201228452 ,晶片602- 1和602-2中還積集有過壓保護電路、致能電 路、調光及電流設置電路等。與圖1所示現有技術相比’ 圖6所示裝置僅需要一個電壓變換電路,從而減小了體積 ,降低了成本並提高了效率。 圖7爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的第四實施 方式的電路圖,其與圖6所示裝置不同之處在於,晶片 7 02-2中未積集PWM控制電路,從而進一步降低了成本。 當然,晶片702-1也可與702-2 —樣不積集PWM控制器 ’ PWM控制器被積集在另一獨立晶片中。 圖8爲根據本發明驅動多串發光二極體的方法的流程 圖,包括步驟A〜D。 步驟A,爲多串發光二極體提供直流驅動電壓Vdc。 步驟B,藉由多個電流調節電路調節流過該多串發光 二極體的電流。 步驟C,分別根據一部分電流調節電路的端電壓產生 至少兩個控制信號。在一個實施方式中,根據相應電流調 節電路端電壓中的最小電壓和參考電壓產生控制信號。選 擇輸出相應電流調節電路端電壓中的最小電壓,並藉由誤 差放大電路對所述最小電壓與參考電壓的誤差進行放大, 以產生控制信號。 步驟D ’根據該至少兩個控制信號調節直流驅動電壓
Vdc。 在一個實施方式中,該驅動多串發光二極體的方法還 包括:分別根據至少兩個控制信號產生補償信號;以及選 -15- 201228452 擇該至少兩個補償信號中的一個,例如最大値, 所述直流驅動電壓。 在另一個實施方式中,誤差放大電路在最小 參考電壓時的增益gni2和最小電壓小於參考電壓 g„n不同。增益gmi可大於增益gm2,例如爲其兩 在又一個實施方式中,誤差放大電路對控制 小進行限制,在控制信號大於一閾値時將其限制 ,其中在最小電壓大於參考電壓時的閾値Ith2與 小於參考電壓時的閾値ItiH不同。閾値Ithl可 Ith2,例如爲其兩倍以上。 雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明, 解,所用的術語是說明和示例性、而非限制性的 於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明 實質,所以應當理解,上述實施例不限於任何前 ,而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍 解釋,因此落入權利要求或其等效範圍內的全部 型都應爲隨附申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1爲現有的驅動2n串WLED裝置的電路11 圖2爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的 方式的電路圖; 圖3爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的 方式的電路圖; 用作調節 電壓大於 時的增益 倍以上。 信號的大 至該閾値 最小電壓 大於閩値 但應當理 術語。由 的精神或 述的細節 內廣泛地 變化和改 第一實施 第二實施 -16- 201228452 圖4爲圖3所示的誤差放大器的內部電路圖; 圖5爲圖3所示的電壓變換電路的一個實施方式的電 路圖: 圖6爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的第三實^ 方式的電路圖; 圖7爲本發明驅動多串發光二極體的裝置的第四實施 方式的電路圖; 圖8爲根據本發明驅動多串發光二極體的方法的流程 圖。 【主要元件符號說明】 1 01 - 1〜1 0 1 - 2 :升壓電路 102-1〜102-2 :專用晶片 201 :電壓變換電路 203 - 1〜20 3 -2 :控制電路 204- 1〜204-2 :補償電路 2〇5 :補償信號選擇電路 3 0 1 :電壓變換電路 3 04 :補償電路 601 :電壓變換電路 602-1〜602-2:晶片 6〇4_1 :補償網路 6〇5 :補償信號選擇電路 7 0 2 - 1 〜7 0 2 - 2 ·•晶片 -17-