TWI388960B - 電源系統、顯示系統及對負載供電之方法 - Google Patents

Description

電源系統、顯示系統及對負載供電之方法

本發明係關於一種電源系統，特別是一種具有電流調整功能的電源系統。

在現有技術中，諸如發光二極體的光源可廣泛地應用在交通號誌、液晶電視的背光源、電腦顯示器等等設備中。在傳統的發光二極體驅動系統中，可利用線性調整器驅動發光二極體。然而，這些線性調整器消耗的功率量不容忽視，進而降低了調整器的效率。此外，這些傳統的調整器無法足夠準確地將輸出電流調整至期望的電流位準。

本發明要解決的技術問題在於提供一種電源系統、顯示系統及對負載供電之方法，以提高電源系統之工作效率且使電源系統能足夠準確地將輸出電流調整至期望的電流位準。

為解決上述技術問題，本發明提供一電源系統，包括：一電流調整器，耦接至一負載並產生具有一實質固定漣波振幅的一輸出電流，並且根據指示該輸出電流的一感應信號調整該輸出電流；一濾波元件，並聯耦接至該負載並傳遞該輸出電流的一交流分量；以及一電流感應器，耦接於地與該並聯耦接的濾波元件和該負載之間，並且提供該感應信號。

本發明還提供一種對一負載供電之方法，包括：產生具有一實質固定漣波振幅的一輸出電流；藉由與該負載並聯耦接的一濾波元件傳遞該輸出電流的一交流分量；藉由耦接於地與並聯耦接的該濾波元件和該負載之間的一電流感應器提供指示該輸出電流的一感應信號；以及根據該感應信號調整該輸出電流。

本發明還提供一種顯示系統，包括：多個光源，以發出一混色光；一強度控制器，耦接至該多個光源並根據多個強度控制信號產生一調整信號，並且根據該調整信號控制該混色光的一色調；以及一電流調整器，耦接至該強度控制器和該多個光源並產生具有一實質固定漣波振幅的一輸出電流，並且根據該調整信號調整該輸出電流。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

本發明提供一種對一負載供電的電源系統。由於本發明的電源系統利用一開關調整器，進而減小了系統功耗。在本實施例中，電源系統可產生一具有實質固定漣波振幅的輸出電流，並且將輸出電流的直流分量調整至適當位準以對負載供電。控制器透過比較一感應信號與一參考信號以控制或調整輸出電流。在一實施例中，感應信號指示輸出電流的交流位準和直流位準，且感應信號回授到控制器以控制輸出電流。因此，輸出電流(例如：輸出電流的直流位準和/或交流位準)可由相對比較準確的方式控制。此外，感應信號可為一以地作為參考的電壓信號，並且感應信號的電位相對較低，進而減少電源系統的功耗。

本發明還提供一種示例性的顯示系統。在本實施例中，上述電源系統可對顯示系統中的多個光源(例如：紅色發光二極體、綠色發光二極體和藍色發光二極體)供電。此外，一強度控制器可控制每一光源之發射光的強度，進而控制多個光源之發射光混合所得的色調。

圖1所示為根據本發明一實施例電源系統100的示例性方塊圖。在一實施例中，電源系統100包括一耦接至一負載104的電流調整器102(如：一開關調整器)。電流調整器102接收一輸入電壓V_IN，並產生一具有實質固定漣波振幅的輸出電流I₀，並且根據指示輸出電流I₀的一感應信號V_CS(例如：圖1中所示之電壓信號)調整輸出電流I₀。更具體地說，電流調整器102透過比較一預設參考信號(例如：圖1中所示之參考電壓V_PRE)與感應信號V_CS以調整輸出電流I₀。電源系統100還包括一與負載104並聯耦接的 濾波元件106(例如：一電容)，傳遞輸出電流I₀的一交流分量，並且阻隔輸出電流I₀的直流分量。此外，電源系統100還包括一耦接於地與濾波元件106和負載104之間的電流感應器108，以提供感應信號V_CS。

更具體地說，電流調整器102包括一比較器118，比較感應信號V_CS與預設參考信號V_PRE，並根據比較結果產生一控制信號122。電流調整器102還包括耦接至比較器118的一控制器120(例如：固定漣波電流控制器)，根據控制信號122產生一脈波寬度調變信號112以控制輸出電流I₀。例如，控制器120可產生在一時間週期T_ON具有一第一狀態(例如，高電位)且在時間週期T_OFF具有一第二狀態(例如，低電位)之脈波寬度調變信號112。時間週期T_ON與電流調整器102的輸入電壓V_IN和電流調整器102的輸出電壓V_OUT之間的差值成反比。時間週期T_OFF與電流調整器102的輸出電壓V_OUT成反比。在另一實施例中，比較器118可包含在控制器120之內。

在一實施例中，脈波寬度調變信號112控制耦接於輸入電壓V_IN和一電感110之間的一高側開關114，並且控制耦接於電感110和地之間的一低側開關116。

在圖1所示的實施例中，耦接至電流感應器108之比較器用以接收感應信號V_CS以及預設參考信號V_PRE。在一實施例中，電流感應器108可為一電阻，傳遞輸出電流I₀並且產生指示輸出電流I₀的感應信號V_CS(例如：V_CS等於電流I₀乘以電流感應器108的阻值R_CS，V_CS=I₀*R_CS)。比較器118根據感應信號V_CS和預設參考信號V_PRE的比較結果產生 控制信號122。

如上所述，控制器120可為一固定漣波電流(Constant Ripple Current,CRC)控制器。舉例說明，當感應信號V_CS減少至預設參考信號V_PRE時，控制信號122使控制器120產生高電位的脈波寬度調變信號112以導通高側開關114並且斷開低側開關116，進而增加輸出電流I₀。此外，當脈波寬度調變信號112為高電位時，時間週期T_ON可受控於控制器120，且控制器120可在時間週期T_ON結束時產生低電位之脈波寬度調變信號112。在時間週期T_OFF期間，當脈波寬度調變信號112為低電位時，高側開關114被斷開並且低側開關116被導通，進而減小輸出電流I₀和感應信號V_CS。因此，控制器120調整脈波寬度調變信號112的責任週期(例如：透過控制時間週期T_ON)使得輸出電流I₀不小於V_PRE/R_CS並且具有漣波振幅△I₀。在一實施例中，控制器120可控制脈波寬度調變信號112的責任週期以保持漣波振幅△I₀基本恆定不變。漣波振幅△I₀可在一範圍內變化，如此輸出電流I₀的等效電流位準I_EQV可相對比較穩定。

圖2所示為根據本發明一實施例輸出電流I₀的波形200示意圖。圖2將結合圖1進行描述。如圖2所示的實施例中，當輸出電流I₀減小至V_PRE/R_CS之電流位準時，脈波寬度調變信號112被觸發為高電位。漣波振幅△I₀基本為恆定。此外，如圖2所示，輸出電流I₀的波形為鋸齒狀。因此，電流I₀的等效電流位準I_EQV由下列方程式給出：I_EQV=V_PRE/R_CS+△I₀/2---(1)

圖1所示的負載104可包括一或多個發光二極體，例 如：一發光二極體串。圖1所示之濾波元件106為一電容。輸出電流I₀包括流經濾波元件106的交流分量I_AC以及流經負載104的直流分量I_DC。如圖2所示，如果輸出電流I₀的波形為鋸齒狀，輸出電流I₀的交流分量I_AC也為鋸齒狀。此外，在一實施例中，流經負載104的直流分量I_DC等於輸出電流I₀的等效電流水準I_EQV，由下列方程式給出：I_DC=I_EQV=V_PRE/R_CS+△I₀/2---(2)

由於漣波振幅△I₀基本上為恆定，直流分量I_DC相對較穩定地驅動發光二極體，使其具有期望之光強度。在一實施例中，直流分量I_DC可由預設參考信號V_PRE決定。

有利的是，透過比較預設參考信號V_PRE與指示輸出電流I₀的交流分量和直流分量兩者電位的感應信號V_CS以調整輸出電流I₀，輸出電流I₀的調整可相對較準確。此外，由於圖1中所示之耦接於地以及濾波元件106和負載104之間之電流感應器108具有相對較小的阻值R_CS，感應信號V_CS和預設參考信號V_PRE之電位相對比較低。因此，在一實施例中，可降低功耗，並且提升系統的效率。

圖3所示為根據本發明一實施例顯示系統300的示例性方塊圖。圖3中與圖1具有相同元件符號之元件具有相似的功能，在此不再贅述。如圖3所示的實施例中，顯示系統300包括多個光源304以發射混色光。此外，顯示系統300包括一電流調整器102，以產生一具有實質固定漣波振幅的電流I₀，並且根據一調整信號324調整電流I₀。

此外，顯示系統300還包括一耦接至電流調整器102的強度控制器330，接收多個強度控制信號336以及多個 選擇信號338。強度控制器330根據強度控制信號336和選擇信號338產生調整信號324，並且根據調整信號324控制混色光的色調。

在圖3所示的實施例中，多個光源304包括一第一發光二極體304_1以發出紅光、一第二發光二極體304_2以發出綠光、以及第三發光二極體304_3以發出藍光。對應地，多個強度控制信號336包括控制流經第一發光二極體304_1的電流的強度控制信號336_1、控制流經第二發光二極體304_2的電流的強度控制信號336_2、以及控制流經第三發光二極體304_3的電流的強度控制信號336_3。每一強度控制信號336_1-336_3指示相對應的發光二極體304_1-304_3的預設期望光強度。光源304可包括任何數目的發光二極體。在另一實施例中，光源304可包括其它類型的光源。

此外，在一實施例中，多個開關328_1-328_3分別耦接至發光二極體304_1-304_3，根據選擇信號338_1-338_3允許電流I₀的直流分量I_DC流經對應的發光二極體304_1-304_3。舉例說明，如圖3所示，選擇信號338_1導通耦接至第一發光二極體304_1的開關328_1，同時選擇信號338_2-338_3斷開開關328_2-328_3，進而允許直流分量I_DC流經第一發光二極體304_1。第二發光二極體304_2和第三發光二極體304_3分別由同樣的模式控制。

除此之外，選擇信號338_1-338_3選擇一對應的強度控制信號336_1-336_3以控制流經對應發光二極體304_1-304_3的直流分量I_DC。更具體地說，強度控制器330 包括一多工器334，接收強度控制信號336_1-336_3和選擇信號338_1-338_3，並且根據選擇信號338_1-338_3輸出強度控制信號336_1-336_3中一所選之強度控制信號。每一選擇信號338_1-338_3可為一脈衝信號。此外，選擇信號338_1-338_3之間具有相位移。舉例說明，當一選擇信號為高電位且其他選擇信號為低電位時，多工器334輸出相對應所選的強度控制信號336_1-336_3，而且相對應的開關328_1-328_3被導通。因此，在對應的強度控制信號336_1-336_3被選中的期間△T’，所選的強度控制信號336_1-336_3控制流經相對應發光二極體304_1-304_3的直流分量I_DC。

在圖3所示的實施例中，強度控制信號336_1-336_3可為一數位信號，並且調整信號324可為一類比信號。一數位/類比轉換器332耦接至多工器334，並且將所選的強度控制信號336_1-336_3轉換成調整信號324。在一實施例中，在數位/類比轉換器332之輸出端的調整信號324具有一電位V_DAC。如圖3所示，數位/類比轉換器332的輸出端透過一電阻342在節點326上與電流調整器102耦接。節點326還透過一電阻344耦接至電流感應器108。電流感應器108提供感應信號V_CS。因此，在一實施例中，節點326上的一回授信號(例如：圖3所示的電壓信號V_F)可由指示對應發光二極體304_1-304_3之預設光強度的調整信號324和指示電流I₀的感應信號V_CS決定。比較器118比較回授信號V_F與預設參考信號V_PRE，進而控制控制器120以調整電流I₀。

在一實施例中，根據重疊定理(superposition theory)，回授信號V_F由下列方程式給出：V_F=V’_F+V"_F---(3)

其中，V’_F是假設電壓V_DAC為零電位時，節點326上的電位，V"_F是假設電壓V_CS為零電位時，節點326上的電位。如果電壓V_DAC為零，V’_F由下列方程式給出：

其中，R₁是電阻342的阻值，R₂是電阻344的阻值。如果電壓V_CS為零電位，則V"_F由下列方程式給出：

因此，回授信號V_F由下列方程式給出：

在一實施例中，當回授信號V_F等於預設參考信號V_PRE，得到下列方程式：

方程式(7)可重寫為：

因此，當等於回授信號V_F等於預設參考信號V_PRE時，流經電流感應器108的電流I_CS由下列方程式給出：

在圖3所示之實施例中，回授信號V_F不小於預設參考信號V_PRE，例如：輸出電流I₀被控制為不小於電流I_CS。另 外，電流I₀的漣波振幅△I₀基本上保持恆定。在一實施例中，電流I₀的波形為一鋸齒波。因此，電流I₀的等效電流位準I’_EQV可由下列方程式給出：

根據圖1和圖2的描述，電流I₀的直流分量I_DC實質等於電流I₀的等效電流I’_EQV，於是直流分量I_DC由下列方程式給出：

因此，在一實施例中，當調整信號324增加時，直流分量I_DC減小。於是，直流分量IDC所流經的對應發光二極體304_1-304_3所發射出的光強度可由調整信號324調整。

選擇信號338_1-338_3之間具有相位移，使得電流I₀的直流分量I_DC週期地並且順序地流過每一發光二極體304_1-304_3。此外，流經每一發光二極體304_1-304_3的直流分量I_DC受控於對應的強度控制信號336_1-336_3。由於電流調整器102可為一固定漣波電流控制器，電流I₀的直流分量I_DC由相對較準確和有效的模式調整至期望電流位準。因此，發光二極體304_1-304_3可分別發射具有預設/期望強度的不同顏色，而且這些不同顏色混合所得的混色光的色調可由強度控制信號336_1-336_3決定且具有預設/期望顏色。

圖4所示為根據本發明一實施例電源系統操作流程400。圖4將結合圖1和圖3進行描述。

在步驟402中，一電流調整器102產生具有一實質固定漣波振幅△I₀的一電流I₀。

在步驟404和步驟406中，與負載104並聯耦接的濾波元件106傳遞電流I₀的交流分量I_AC，並且阻隔電流I₀的直流分量I_DC。濾波元件106可為一電容，但不以此為限。電流I₀的直流分量I_DC以對負載104供電。

在步驟408中，耦接於地與濾波元件106和負載104之間的一電流感應器108提供指示電流I₀的一感應信號V_CS(和/或一回授信號V_F)。

在步驟410中，電流調整器102透過比較感應信號V_CS(或回授信號V_F)與一預設參考信號V_PRE調整電流I₀。舉例說明，一比較器118比較感應信號V_CS(或回授信號V_F)與預設參考信號V_PRE，並且根據比較結果產生一控制信號122。此外，控制器120根據控制信號122產生一脈波寬度調變信號112。脈波寬度調變信號112進一步控制高側開關114和低側開關116，進而調整電流I₀。

因此，在一實施例中，本發明提供了一種具有固定漣波電流調整功能的電源系統。電源系統中的電流調整器可根據電流回授(例如：指示輸出電流之直流分量和交流分量的感應信號/回授信號)產生一具有實質固定漣波振幅的輸出電流，且輸出電流的直流分量對一負載供電(例如：一或多個發光二極體)。電源系統可應用顯示系統中對多個光源(例如：紅色發光二極體、綠色發光二極體和藍色發光二極體)供電，使得顯示系統可顯示具有預設/期望色調的混色光。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定，而不限於此前之描述。

100‧‧‧電源系統

102‧‧‧電流調整器

104‧‧‧負載

106‧‧‧濾波元件

108‧‧‧電流感應器

110‧‧‧電感

112‧‧‧脈波寬度調變信號

114‧‧‧高側開關

116‧‧‧低側開關

118‧‧‧比較器

120‧‧‧控制器

122‧‧‧控制信號

200‧‧‧波形

300‧‧‧顯示系統

304‧‧‧光源

304_1‧‧‧第一發光二極體

304_2‧‧‧第二發光二極體

304_3‧‧‧第三發光二極體

324‧‧‧調整信號

3264‧‧‧節點

328_1、328_2、328_3‧‧‧開關

330‧‧‧強度控制器

332‧‧‧數位/類比轉換器

334‧‧‧多工器

336‧‧‧強度控制信號

336_1、336_2、336_3‧‧‧強度控制信號

338‧‧‧選擇信號

338_1、338_2、338_3‧‧‧選擇信號

342‧‧‧電阻

344‧‧‧電阻

400‧‧‧流程

402、404、406、408、410‧‧‧步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：

圖1所示為根據本發明一實施例電源系統的示例性方塊圖。

圖2所示根據本發明一實施例電源系統的輸出電流波形示意圖。

圖3所示為根據本發明一實施例顯示系統的示例性方塊圖。

圖4所示根據本發明一實施例電源系統操作流程。

100‧‧‧電源系統

102‧‧‧電流調整器

104‧‧‧負載

106‧‧‧濾波元件

108‧‧‧電流感應器

110‧‧‧電感

112‧‧‧脈波寬度調變信號

114‧‧‧高側開關

116‧‧‧低側開關

118‧‧‧比較器

120‧‧‧控制器

122‧‧‧控制信號

Claims (28)

1. 一種顯示系統，包括：多個光源，發出一混色光；一強度控制器，耦接至該多個光源、接收多個強度控制信號和多個選擇信號、根據該多個選擇信號從該多個強度控制信號中選擇一所選強度控制信號、並且根據該多個強度控制信號控制該混色光的一色調；以及一電流調整器，耦接至該強度控制器和該多個光源、產生具有一實質固定漣波振幅的一輸出電流至該多個光源、並且根據該所選強度控制信號調整該輸出電流。
2. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，每一選擇信號包括一脈衝信號。
3. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該多個選擇信號具有一相位移。
4. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，還包括：多個開關，分別耦接至該多個光源，根據該多個選擇信號允許該輸出電流的一直流分量流經該多個光源其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該強度控制器包括一多工器，接收該多個強度控制信號及該多個選擇信號，並且根據該多個選擇信號輸出該 所選強度控制信號。
6. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該強度控制器還包括一數位/類比轉換器，轉換該所選強度控制信號為一調整信號以控制該輸出電流。
7. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，每一強度控制信號包括一數位信號。
8. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該所選強度控制信號轉換為一類比信號以控制該輸出電流。
9. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該電流調整器包括一比較器，比較一回授信號與一參考信號，其中，該回授信號由該所選強度控制信號和指示該輸出電流的一感應信號決定。
10. 如申請專利範圍第9項的顯示系統，其中，該電流調整器還包括耦接至該比較器的一控制器，根據該比較器的一比較結果產生一脈波寬度調變信號以控制該輸出電流。
11. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，還包括：一電容，並聯耦接該多個光源且傳遞該輸出電流的一交流分量，並且阻隔該輸出電流的該直流分量；以及一電流感應器，耦接於地及該電容和該多個光源之間，提供指示該輸出電流的該感應信號。
12. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該多個光源包括一第一發光二極體發出一紅光、一第二發光二極體發出一綠光、以及一第三發光二極體發出一藍光。
13. 如申請專利範圍第1項的顯示系統，其中，該電流調整器透過控制一時間週期控制該輸出電流具有該實質固定漣波振幅，其中，該時間週期與該電流調整器之一輸入電壓及該電流調整器之一輸出電壓之差成反比。
14. 一種電源系統，包括：多個終端，提供多個選擇信號，以從多個光源中選擇一所選光源；以及一控制電路，耦接至該多個終端，根據該多個選擇信號從多個強度控制信號中選擇一所選強度控制信號、產生具有一實質固定漣波振幅的一輸出電流至該多個光源、並根據該所選強度控制信號控制該輸出電流。
15. 如申請專利範圍第14項的電源系統，其中，該控制電路透過控制一時間週期控制該輸出電流具有該實質固定漣波振幅，其中，該時間週期與該控制電路之一輸入電壓及該控制電路之一輸出電壓之差成反比。
16. 如申請專利範圍第14項的電源系統，其中，該多 個選擇信號具有一相位移。
17. 如申請專利範圍第14項的電源系統，還包括：多個開關，分別耦接至該多個光源，允許該輸出電流的一直流分量流經該多個光源。
18. 如申請專利範圍第14項的電源系統，其中，該控制電路包括一數位/類比轉換器，轉換該所選強度控制信號為一調整信號以控制該輸出電流。
19. 如申請專利範圍第14項的電源系統，其中，該多個光源發出一混色光之一色調由該多個強度控制信號決定。
20. 如申請專利範圍第14項的電源系統，還包括：一比較器，比較一回授信號與一參考信號，其中，該回授信號由該所選強度控制信號和指示該輸出電流的一感應信號決定。
21. 如申請專利範圍第20項的電源系統，還包括：一控制器，耦接至該比較器，根據該比較器的一比較結果產生一脈波寬度調變信號以控制該輸出電流。
22. 如申請專利範圍第14項的電源系統，還包括：一電容，並聯耦接該多個光源且傳遞該輸出電流的一交流分量，並且阻隔該輸出電流的該直流分量；以及一電流感應器，耦接於地及該電容和該多個光源之 間，提供指示該輸出電流的該感應信號。
23. 一種對多個光源供電之方法，包括：基於多個選擇信號從該多個光源中選擇一所選光源；根據該多個選擇信號從多個強度控制信號中選擇一所選強度控制信號；產生具有一實質固定漣波振幅的一輸出電流至該多個光源；以及根據該所選強度控制信號控制該輸出電流。
24. 如申請專利範圍第23項的方法，其中，產生該輸出電流的該步驟包括：控制一時間週期，其中，該時間週期與一輸入電壓及一輸出電壓之差成反比。
25. 如申請專利範圍第23項的方法，其中，控制該輸出電流的該步驟包括：根據該多個強度控制信號控制該多個光源發出一混色光之一色調。
26. 如申請專利範圍第23項的方法，其中，控制該輸出電流的該步驟還包括：比較一回授信號與一參考信號，其中，該回授信號由該所選強度控制信號和指示該輸出電流的一感應信號決定。
27. 如申請專利範圍第26項的方法，其中，控制該輸 出電流的該步驟還包括：根據比較該回授信號與該參考信號之一比較結果產生一脈波寬度調變信號以控制該輸出電流。
28. 如申請專利範圍第23項的方法，還包括：利用並聯耦接該多個光源的一電容傳遞該輸出電流的一交流分量；利用該電容阻隔該輸出電流的一直流分量；以及利用耦接於地及該電容和該多個光源之間的一電流感應器提供指示該輸出電流的該感應信號。