TWI397034B - 改善ｌｅｄ顯示系統效能的電流調節器及方法 - Google Patents

Description

改善LED顯示系統效能的電流調節器及方法

本發明係有關一種LED顯示系統，特別是關於一種改善LED顯示系統效能的電流調節器及方法。

圖1顯示傳統的LED顯示系統10，其包括電荷幫浦12將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT給多個LED D1至DN，每一個電流調節器16提供電流給多個LED D1至DN的其中之一，每一個電流調節器16各包含運算放大器18以及電晶體M1及M2，其中電晶體M1連接在節點N1及接地端GND之間，電晶體M2連接在節點N2及接地端GND之間，運算放大器18的反相輸入連接節點N1，運算放大器18的非反相輸入連接節點N2，運算放大器18的輸出連接電晶體M1及M2的閘極，運算放大器18使節點N1及N2上的電壓維持相同，故通過電晶體M1及M2的電流具有比例關係，模式偵測器14偵測多個電流調節器16的節點N2上的電壓VDS1至VDSN以決定電荷幫浦12的倍數模式。

圖2顯示LED顯示系統10中輸入電壓VIN與效能的關係。如圖2所示，LED顯示系統10操作在1倍模式時的效能最好，隨著輸入電壓VIN的下降，當模式偵測器14偵測到任一個電流調節器16的節點N2上的電壓低於一臨界值時，送出一信號使電荷幫浦12由1倍模式切換 至1.5倍模式，事實上，每一個LED D1至DN的順向偏壓不儘相同，當其中一個電流調節器16的節點N2上的電壓低於該臨界值時，其他電流調節器16的節點N2上的電壓可能還未低於該臨界值，換言之，有部分的電流調節器16在1倍模式時仍可以正常運作，因此在電荷幫浦12由1倍模式切換到1.5倍模式時，LED顯示系統將損失的部分效能。

因此，一種改善LED顯示系統效能的裝置，乃為所冀。

本發明的目的，在於提出一種改善LED顯示系統效能的電流調節器及方法。

根據本發明，一種改善LED顯示系統效能的電流調節器及方法，該LED顯示系統包含一電壓轉換器以及一LED連接在該電壓轉換器的輸入端及一節點之間，該電流調節器包括一第一電流源連接在該節點及一接地端之間，以及一第二電流源連接在該節點及該電壓轉換器的輸出端之間，當該節點上的電壓大於一臨界值時，致能該第一電流源並關閉該第二電流源，當該節點上的電壓小於該臨界值時，關閉該第一電流源並致能該第二電流源或致能該第一及第二電流源或輪流切換該第一及第二電流源，進而改善該LED顯示系統的效能。

根據本發明，一種改善LED顯示系統效能的電流調 節器及方法，該LED顯示系統包含一電壓轉換器以及一LED連接在一接地端及一節點之間，該電流調節器包括一第一電流源連接在該節點及該電壓轉換器的輸入端之間，以及一第二電流源連接在該節點及該電壓轉換器的輸出端之間，當該節點上的電壓大於一臨界值時，致能該第一電流源並關閉該第二電流源，當該節點上的電壓小於該臨界值時，關閉該第一電流源並致能該第二電流源或致能該第一及第二電流源或輪流切換該第一及第二電流源，進而改善該LED顯示系統的效能。

圖3顯示本發明的實施例，在LED顯示系統20中，電荷幫浦24將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT，電荷幫浦24可以操作在－0.5倍模式及－1倍模式，多個電流調節器22各自提供多個電流ILED1至ILEDN給多個LED D1至DN其中之一。在每一個電流調節器22中，電流源26連接在節點P1及接地端GND之間，電流源32連接在節點P1及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，模式偵測器30偵測節點P1上的電壓以決定是否致能電流源26及32。電流源26包括運算放大器28、電晶體M1及M2以及開關SW1，其中電晶體M1連接在運算放大器的反相輸入及接地端GND之間，電晶體M2連接在節點P1及接地端GND之間，運算放大器28的非反相輸入連接節點P1而其輸出連接電晶體M1及M2的閘極，開關SW1連接在運 算放大器28的輸出及接地端GND之間，受控於模式偵測器30。電流源32包括運算放大器34、電晶體M3及M4以及開關SW2，其中電晶體M3連接在節點P1及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，電晶體M4連接在運算放大器34的反相輸入及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，運算放大器34的非反相輸入連接節點P1而其輸出連接電晶體M3及M4的閘極，開關SW2連接在運算放大器34的輸出及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，受控於模式偵測器30。由於輸入電壓VIN直接提供給LED D1至DN，故電荷幫浦24無需1倍模式，因此可以減少元件的使用，例如電阻元件。

圖4及圖5顯示電流調節器22的第一種操作實施例。在電流調節器22中，模式偵測器30偵測節點P1上的電壓以判斷輸入電壓VIN的大小，當節點P1上的電壓未低於一臨界值時，模式偵測器30關閉(turn off)開關SW1以致能電流源26，並打開(turn on)開關SW2以關閉電流源32，如圖4所示，此時，由電流源26提供電流ILED1給LED D1。當節點P1上的電壓低於該臨界值時，表示輸入電壓VIN不足，模式偵測器30打開開關SW1以關閉電流源26，並關閉開關SW2以致能電流源32，如圖5所示，此時由電流源32提供電流ILED1給LED D1。圖6顯示LED顯示系統20與傳統LED顯示系統10的效能，其中曲線40為傳統LED顯示系統10的效能，曲線42為LED顯示系統20的效能。在傳統LED顯示系統10中，只要 其中一個電流調節器16進入1.5倍模式，則全部的電流調節器16都將進入1.5倍模式，故LED顯示系統10的效能很快地下降，如曲線40所示，但在LED顯示系統20中，每一個電流調節器22是否由1倍模式進入－0.5倍模式是由各個電流調節器22自行判斷，因此LED顯示系統20的效能緩慢地下降，如曲線42所示，故LED顯示系統20有較佳的效能。

圖7顯示電流調節器22的第二種操作實施例，其同樣包括電流源26及32以及模式偵測器30。在節點P1上的電壓大於一臨界值時，模式偵測器30關閉開關SW1以致能電流源26，並打開開關SW2以關閉電流源32，故此時由電流源26提供電流ILED1給LED D1。當節點P1上的電壓小於該臨界值時，模式偵測器30致能電流源26及32，其中電流源26提供電流I1，電流源32提供電流I2，而通過LED D1的電流ILED1等於(I1＋I2)，電流源26提供的電流I1將隨著輸入電壓VIN的下降而減少，電流源32提供的電流I2將隨著輸入電壓VIN的減小而增加，最後通過LED D1的電流ILED1將等於電流I2。

圖8顯示電流調節器22的第三種操作實施例，其同樣包括電流源26及32以及模式偵測器30。在節點P1上的電壓大於一臨界值時，模式偵測器30關閉開關SW1以致能電流源26，並打開開關SW2以關閉電流源32，故此時由電流源26提供電流給LED D1。當輸入電壓VIN小於該臨界值時，模式偵測器30提供一控制信號切換電流源 26及32。圖9顯示圖8中電流ILED1的波形，假設控制信號具有週期T，在控制信號的工作週期Ton期間電流源26致能，此時電流ILED1等於電流I1，而在控制信號的非工作週期Toff期間電流源32致能，故此時電流ILED1等於電流I2，又控制信號的工作週期Ton及非工作週期Toff各佔50%，因此電流ILED1的平均電流Iavg＝(I1/2)＋(I2/2) 公式1其中，控制信號的工作週期Ton及非工作週期Toff的比例將隨輸入電壓VIN改變。

圖10顯示電流調節器22的另一實施例，其中節點P1連接二極體D1的陽極，電流源26連接在電荷幫浦24的輸入端VIN及節點P1之間，電流源32連接在電荷幫浦24的輸出端VOUT及節點P1之間，模式偵測器30偵測節點P1上的電壓，據以致能電流源26及32。電流源26包括運算放大器28、電晶體M1及M2以及開關SW1，電晶體M1連接在電荷幫浦24的輸入端VIN及運算放大器28的非反相輸入之間，電晶體M2連接在電荷幫浦24的輸入端VIN及運算放大器28的反相輸入之間，運算放大器28的輸出連接電晶體M1及M2的閘極，開關SW1連接在運算放大器28的輸出及電荷幫浦24的輸入端VIN之間，受控於模式偵測器30。電流源32包括運算放大器34、電晶體M3及M4以及開關SW2，電晶體M3連接在電荷 幫浦24的輸出端VOUT及運算放大器34的反相輸入之間，電晶體M4連接在電荷幫浦24的輸出端VOUT及運算放大器34的非反相輸入之間，運算放大器34的輸出連接電晶體M3及M4的閘極，開關SW2連接在運算放大器34的輸出及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，受控於模式偵測器30。同樣的，在節點P1上的電壓大於一臨界值時，模式偵測器30致能電流源26並關閉電流源32，當節點P1上的電壓小於該臨界值時，模式偵測器30可以關閉電流源26並致能電流源32或致能電流源26及32或輪流切換電流源26及32。

圖11顯示電流調節器22的又一實施例，其中電流源50連接在節點P1及接地端GND之間，電流源54連接在節點P1及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，模式偵測器30偵測節點P1上的電壓，據以致能電流源50及54。電流源50包括運算放大器52、開關SW3、電晶體M5以及電阻R1及R2，開關SW3連接在節點N3及運算放大器52的非反相輸入之間，受控於模式偵測器30，電晶體M5連接在節點P1及運算放大器52的反相輸入之間，運算放大器52的輸出連接電晶體M5的閘極，電阻R1連接在運算放大器52的非反相輸入及接地端GND之間，電阻R2連在運算放大器52的反相輸入及接地端GND之間。電流源54包括運算放大器56、開關SW4、電晶體M6以及電阻R3及R4，開關SW4連接在節點N3及運算放大器56的非反相輸入之間，受控於模式偵測器30，電晶體M6連 接在節點P1及運算放大器56的反相輸入之間，運算放大器56的輸出連接電晶體M6的閘極，電阻R3連接在運算放大器56的反相輸入及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間，電阻R4連在運算放大器56的非反相輸入及電荷幫浦24的輸出端VOUT之間。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。

10‧‧‧LED顯示系統

12‧‧‧電荷幫浦

14‧‧‧模式偵測器

16‧‧‧電流調節器

18‧‧‧運算放大器

20‧‧‧LED顯示系統

22‧‧‧電流調節器

24‧‧‧電荷幫浦

26‧‧‧電流源

28‧‧‧運算放大器

30‧‧‧模式偵測器

32‧‧‧電流源

34‧‧‧運算放大器

40‧‧‧LED顯示系統10的效能

42‧‧‧LED顯示系統20的效能

50‧‧‧電流源

52‧‧‧運算放大器

54‧‧‧電流源

56‧‧‧運算放大器

圖1顯示傳統的LED顯示系統；圖2顯示圖1中LED顯示系統的輸入電壓VIN與效能的關係；圖3顯示本發明的實施例；圖4顯示圖3中電流調節器的操作；圖5顯示圖3中電流調節器的操作；圖6顯示圖1中LED顯示系統與圖3中LED顯示系統10的效能；圖7顯示圖3中電流調節器的操作；圖8顯示圖3中電流調節器的操作； 圖9顯示圖8中電流ILED1的波形；圖10顯示圖3中電流調節器的另一實施例；以及圖11顯示圖3中電流調節器的又一實施例。

20‧‧‧LED顯示系統

22‧‧‧電流調節器

24‧‧‧電荷幫浦

26‧‧‧電流源

28‧‧‧運算放大器

30‧‧‧模式偵測器

32‧‧‧電流源

34‧‧‧運算放大器

Claims (22)

1. 一種改善LED顯示系統效能的電流調節器，該LED顯示系統包含一電壓轉換器以及一LED連接在該電壓轉換器的輸入端及一節點之間，該電流調節器包括：一第一電流源，連接在該節點及一接地端之間；一第二電流源，連接在該節點及該電壓轉換器的輸出端之間；以及一偵測器，用以致能該第一及第二電流源其中至少一個。
2. 如請求項1之電流調節器，其中該偵測器偵測該節點上的電壓以致能該第一及第二電流源其中至少一個。
3. 如請求項1之電流調節器，其中該偵測器在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源，當該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第二電流源。
4. 如請求項1之電流調節器，其中該偵測器在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源，當該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第一及第二電流源。
5. 如請求項1之電流調節器，其中該偵測器在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源，在該節點上的電壓小於該臨界值時，該偵測器輸出一控制信號切換該第一及第二電流源。
6. 如請求項5之電流調節器，其中該第一電流源在該控制信號的工作週期期間被致能，該第二電流源在該控制信號的非工作週期期間被致能。
7. 一種改善LED顯示系統效能的電流調節器，該LED顯示系統包含一電壓轉換器以及一LED連接在一接地端及一節點之間，該電流調節器包括：一第一電流源，連接在該節點及該電壓轉換器的輸入端之間；一第二電流源，連接在該節點及該電壓轉換器的輸出端之間；以及一偵測器，用以致能該第一及第二電流源其中至少一個。
8. 如請求項7之電流調節器，其中該偵測器偵測該節點上的電壓以致能該第一及第二電流源其中至少一個。
9. 如請求項7之電流調節器，其中該偵測器在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源，當該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第二電流源。
10. 如請求項7之電流調節器，其中該偵測器在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源，當該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第一及第二電流源。
11. 如請求項7之電流調節器，其中該偵測器在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源，在該節點上的電壓小於該臨界值時，該偵測器輸出一控制信號切換該第一及第二電流源。
12. 如請求項11之電流調節器，其中該第一電流源在該控制信號的工作週期期間被致能，該第二電流源在該控制信號的非工作週期期間被致能。
13. 一種改善LED顯示系統效能的方法，該LED顯示系統包括一電壓轉換器以及一LED連接在該電壓轉換器的輸入端及一節點之間，該方法包括下列步驟：偵測該節點上的電壓；以及根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個，其中該第一電流源連接在該節點及一接地端之間，該第二電流源連接在該節點及該電壓轉換器的輸出端之間。
14. 如請求項13之方法，其中該根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個的步驟包括：在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源；以及當該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第二電流源。
15. 如請求項13之方法，其中該根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個的步驟包括：在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源；以及在該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第一及第二電流源。
16. 如請求項13之方法，其中該根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個的步驟包 括：在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源；以及在該節點上的電壓小於該臨界值時，提供一控制信號切換該第一及第二電流源。
17. 如請求項16之方法，其中該提供一控制信號切換該第一及第二電流源的步驟包括：在該控制信號的工作週期期間，致能該第一電流源；以及在該控制信號的非工作週期期間，致能該第二電流源。
18. 一種改善LED顯示系統效能的方法，該LED顯示系統包括一電壓轉換器以及一LED連接在一節點及一接地端之間，該方法包括下列步驟：偵測該節點上的電壓；以及根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個，其中該第一電流源連接在電壓轉換器的輸入端及該節點之間，該第二電流源連接在該電壓轉換器的輸出端及該節點之間。
19. 如請求項18之方法，其中該根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個的步驟包括：在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源；以及 當該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第二電流源。
20. 如請求項18之方法，其中該根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個的步驟包括：在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源；以及在該節點上的電壓小於該臨界值時致能該第一及第二電流源。
21. 如請求項18之方法，其中該根據該節點上的電壓致能一第一電流源及一第二電流源其中至少一個的步驟包括：在該節點上的電壓大於一臨界值時致能該第一電流源；以及在該節點上的電壓小於該臨界值時，提供一控制信號切換該第一及第二電流源。
22. 如請求項21之方法，其中該提供一控制信號切換該第一及第二電流源的步驟包括：在該控制信號的工作週期期間，致能該第一電流源；以及在該控制信號的非工作週期期間，致能該第二電流源。