TWI410180B - 背光模組之驅動電路及其方法 - Google Patents

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Description

背光模組之驅動電路及其方法
本發明係有關於一種背光模組的驅動機制，尤指一種熱陰極管背光模組的調光驅動電路及方法。
一般需要背光源之顯示裝置，例如液晶顯示器等，會因為使用者的喜好以及背景亮度而需要適當的調光機制，以便能夠調整背光源強弱來達到所需亮度。
以熱陰極螢光燈管(Hot Cathode Fluorescent Lamp，HCFL)作為背光源時，其驅動電路的調光控制方式有很多種，其中較常用的為調頻(frequency modulation)控制、調幅(amplitude modulation)控制以及脈波寬度調變(pulse width modulation)控制，其中調頻控制可以有效達到調光目的，其控制電路也相當簡單；然而，因為頻率的變動，使得前級的濾波電路的設計也會因為電磁干擾(Electro－Magnetic Interference，EMI)而變得困難，且也無法將磁性元件作最佳的應用；調幅控制則是藉著改變共振電路的直流電源來達到調光的目的，其電路架構設計較為困難；脈波寬度調變控制則是改變開關元件的導通時間來達到調光的目的，一般而言，脈波寬度調變控制會使用對稱脈波寬度調變控制的方式，但是會造成開關元件上高的切換損失而無法達到省電的目的，且該電路架構也較調頻控制電路複雜。
請參考第1圖，第1圖所示係為習知準半橋變頻式驅動電路100的示意圖。驅動電路100包含有一直流電壓源Vdc；一訊號產生電路110，用來產生一可變頻率之一交流訊號；一諧振電路120，耦接於訊號產生電路110，用來依據該可變頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源130；一電容140，耦接於諧振電路120及背光源130，用來提供一阻抗，以調整背光源130之一電流值；以及兩電容160以及170，耦接於訊號產生電路110與背光源130，用來產生一直流電壓準位。此外，訊號產生電路110另包含兩電晶體112以及114，而經由調整切換電晶體112以及114的頻率，可以決定輸出交流訊號的頻率；諧振電路120另包含有一電感122以及一電容124，用來將訊號產生電路110所輸出之交流訊號轉成一弦波訊號以驅動背光源130。
如第1圖所示，電容140係並聯於背光源130。當依據訊號產生電路110產生之交流訊號的頻率為ω，則電容140之阻抗即為1/ωCf ，其中Cf 係為電容140的電容值。再依據電容140與背光源130阻抗的比例，可以決定出流經背光源130的電流大小，因此，當電容140的阻抗大於背光源130的阻抗時，主要電流路徑為背光源130，亦即點亮燈管；而當電容140的阻抗小於背光源130的阻抗時，主要電流路徑為電容140，亦即燈管亮度降低甚至熄滅。
上述依據頻率變動來達到調光的方式具有簡單的電路架構，然 而因為頻率的變動會使得前級的濾波電路受到電磁干擾而無法將磁性元件作最佳的應用。
本發明的目的在於提供一種定頻的調光驅動電路及方法，以解決上述的問題。
本發明實施例揭露一種背光模組的驅動電路，其包含有：一訊號產生電路，用來產生一固定頻率之一交流訊號；一諧振電路，耦接於該訊號產生電路，用來依據該固定頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源；一控制電路，用來提供一控制訊號；以及一調整電路，耦接於該控制電路、該諧振電路及該背光源，用來依據該控制訊號提供一阻抗，以調整該背光源之一電流值。
本發明實施例揭露一種背光模組的驅動方法，其包含有：產生一固定頻率之一交流訊號；依據該固定頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源；提供一控制訊號；以及提供一調整電路，並將該調整電路耦接於該背光源；以及依據該控制訊號來控制該調整電路提供一阻抗，以調整該背光源之一電流值。
請參考第2圖，第2圖所示為本發明第一實施例之準半橋定頻式驅動電路200的示意圖。本實施例中，驅動電路200包含有 一直流電壓源Vdc；一訊號產生電路210，用來產生一固定頻率之一交流訊號；一諧振電路220，耦接於訊號產生電路210，用來依據該固定頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源230；一控制電路240，用來提供一控制訊號；一調整電路250，耦接於控制電路240、諧振電路220以及背光源230，用來依據該控制訊號提供一阻抗，以調整背光源230之一電流值；以及兩電容260以及270，耦接於訊號產生電路210與背光源230，用來產生一直流電壓準位。此外，訊號產生電路210另包含兩電晶體212以及214，其中切換電晶體212以及214可以產生上述之固定頻率的交流訊號；諧振電路220另包含有一電感222以及一電容224，用來將訊號產生電路210所輸出之交流訊號轉成一弦波訊號以驅動背光源230；調整電路250另包含有作為一雙向開關256與一電容258，其中雙向開關256係由兩電晶體252以及254所構成。
如第2圖所示，電容258係串聯於雙向開關256，而電容258與雙向開關256則並聯於背光源230。當訊號產生電路210產生之交流訊號的頻率為ω1 ，在雙向開關256是開啟(switched on)的情況下，電容258之阻抗即為1/ω1 Cf ，其中Cf 係為電容258的電容值。在本實施例中，電容258的阻抗1/ω1 Cf 係經由精心設計而會遠小於背光源230的阻抗，因此在雙向開關256是開啟的情形下，主要電流路徑為調整電路250，亦即背光源230的亮度為此驅動電路下的最小亮度；當雙向開關256是關閉(switched off)時，主要電流路徑則是背光源230，此時背光源230的亮度為此驅動電路下的最 大亮度。
在第1圖所示的習知變頻式驅動電路中，是直接調整流經背光源的電流來達到調光的目的，而相較於習知技術，在本實施例中，因為流經背光源230的電流大小只有兩個固定的電流值，分別表示背光源230的最大亮度與最小亮度，因此，本案所揭露之調光方式是利用控制電路240來控制雙向開關256關閉與開啟的時間比例，此比例亦為背光源230最大亮度與最小亮度的時間比例，如此一來便可達到調整背光源230亮度的目的。舉例來說，假設所需的背光源亮度為最大亮度的一半，則控制電路240控制雙向開關256關閉與開啟的時間比例為1：1，亦即背光源230最大亮度與最小亮度的時間比例也為1：1，而在視覺疲勞的影響下，人眼便會感受到該所需的亮度。
本實施例的驅動電路架構與第1圖所示之變頻式驅動電路的電路架構類似，係隸屬於具有簡單電路架構的驅動電路。此外，因為訊號產生電路200產生的交流訊號頻率係為固定的，因此沒有電磁干擾的影響，使得磁性元件的設計與應用能更有效率。而在調光範圍方面，因為訊號產生電路所產生的頻率範圍有限制，因此變頻式驅動電路100中電容140的阻抗也會被限制在一範圍內，導致僅能提供一個有限度的調光範圍；然而在本實施例之定頻式驅動電路200中，因為係利用控制電路240來控制雙向開關256關閉與開啟的時間比例，因此可以具有較大的調光範圍。
請參考第3圖，第3圖所示為本發明第二實施例之準半橋定頻式驅動電路300的示意圖。於本實施例中，驅動電路300包含有一直流電壓源Vdc；一訊號產生電路310，用來產生一固定頻率之一交流訊號；一諧振電路320，耦接於訊號產生電路310，用來依據該固定頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源330；一控制電路340，用來提供一控制訊號；一調整電路350，耦接於控制電路340、諧振電路320以及背光源330，用來依據該控制訊號提供一阻抗，以調整背光源330之一電流值；以及兩電容360以及370，耦接於訊號產生電路310與背光源330，用來產生一直流電壓準位。此外，訊號產生電路310另包含兩電晶體312以及314，其中切換電晶體312以及314可以產生上述之固定頻率的交流訊號；諧振電路320另包含有一電感322以及一電容324，用來將訊號產生電路310所輸出之交流訊號轉成一弦波訊號以驅動背光源330；調整電路350另包含有兩電晶體352以及354以作為一雙向開關。
如第3圖所示，調整電路350係為一雙向開關，其中該雙向開關中有一顆電晶體係設計成可變電阻的型態。請參考第4圖，第4圖為第3圖所示之電晶體352的等效電路圖。在不影響本發明之技術揭露之下，在此僅以電晶體352為例來說明，然而，本發明並不以此為限。如第4圖所示，電晶體352的等效電路包含有三節點閘極(Gate)G、汲極(Drain)D以及源極(Source)S；一閘極 電阻Rg、一二極體Dg、一閘極汲極間電阻Rgd、一閘極汲極間電容Cgd、一閘極源極間電容Cgs以及一電阻Rs，其中電晶體352的操作特性如第5圖所示，於第5圖，由上而下分別為閘極源極間電壓Vgs、汲極源極間電壓Vds以及汲極源極間電流In對時間的關係。首先當電晶體之閘極電壓從關閉到開始啟動，亦即操作在區域(a)，此時閘極源極間電壓Vgs尚未超過其臨界電壓(Threshold voltage)Vth，因此沒有電流產生，汲極源極間電壓也維持不變。隨著閘極源極間電壓Vgs持續升高至超過臨界值，如第5圖中區域(b)所示，汲極源極間電流In開始產生。之後，隨著時間的增加，汲極源極間電流In持續由汲極D對源極S充電，因此汲極源極間電壓Vds會繼續降低直到汲極和源極達到相同電壓準位為止，如區域(c)所示，因為汲極源極間電阻係為汲極源極間電壓Vds與汲極源極間電流In的比值，因此在區域(c)中，汲極源極間電阻係為一可變電阻。若進入區域(d)，則汲極源極間電壓Vds與汲極源極間電流In均不再變動。
因此，於第3圖所示之定頻式驅動電路300中，當控制電路340關閉電晶體352以及354時，亦即調整電路350具有極大的電阻，因此主要電流路徑為背光源330，此時背光源330會達到該驅動電路下的最大亮度；反之，當控制電路340開啟電晶體352以及354時，亦即調整電路350具有很小的電阻，此時主要電流路徑為調整電路350，而背光源330會達到該驅動電路下的最小亮度。本實施例中，當控制電路340將電晶體352或354操作在可 變電阻時，電流路徑便可以由調整電路350的可變電阻阻值與背光源阻值的比例來決定，如此一來便可以達到控制背光源亮度的目的。
本實施例的驅動電路架構(亦即驅動電路300)與第1圖所示之變頻式驅動電路100以及第2圖所示之定頻式驅動電路200的電路架構類似，均隸屬於具有簡單電路架構的驅動電路。此外，如同之前第2圖所示之實施例所述，本實施例之定頻式驅動電路300由於沒有電磁干擾的影響，因而能使得磁性元件的設計與應用能更有效率。同樣地，在調光範圍方面，本實施例之定頻式驅動電路300係利用控制電路340來控制雙向開關的電阻值，而該雙向開關電阻值的範圍可為一定值(例如10毫歐姆)至趨近無限大，因此便可以具有較大的調光範圍。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧準半橋變頻式驅動電路
200、300‧‧‧準半橋定頻式驅動電路
110、210、310‧‧‧訊號產生電路
112、114、212、214、252、254、312、314、352、354‧‧‧ 電晶體
120、220、320‧‧‧諧振電路
122、222、322‧‧‧電感
124、140、160、170、224、258、260、270、324、360、370‧‧‧ 電容
130、230、330‧‧‧背光源
240、340‧‧‧控制電路
250、350‧‧‧調整電路
256‧‧‧雙向開關
Vdc‧‧‧直流電壓源
G‧‧‧閘極
D‧‧‧汲極
S‧‧‧源極
Dg‧‧‧二極體
Rg‧‧‧閘極電阻
Rgd‧‧‧閘極汲極間電阻
Cgd‧‧‧閘極汲極間電容
Cgs‧‧‧閘極源極間電容
Rs‧‧‧電阻
Vgs‧‧‧閘極源極間電壓
Vds‧‧‧汲極源極間電壓
In‧‧‧汲極源極間電流
Vth‧‧‧臨界電壓
第1圖為習知準半橋變頻式驅動電路的示意圖。
第2圖為本發明第一實施例之準半橋定頻式驅動電路的示意圖。
第3圖為本發明第二實施例之準半橋定頻式驅動電路的示意圖。
第4圖為可作為可變電阻使用之電晶體的等效電路圖。
第5圖為第4圖所示之電晶體的操作特性圖。
200‧‧‧準半橋定頻式驅動電路
210‧‧‧訊號產生電路
212、214、252、254‧‧‧電晶體
220‧‧‧諧振電路
222‧‧‧電感
224、258、260、270‧‧‧電容
230‧‧‧背光源
240‧‧‧控制電路
250‧‧‧調整電路
256‧‧‧雙向開關
Vdc‧‧‧直流電壓源

Claims (14)

  1. 一種背光模組的驅動電路，其包含有：一訊號產生電路，以產生一固定頻率之一交流訊號；一諧振電路，耦接於該訊號產生電路，以依據該固定頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源；一控制電路，以提供一控制訊號；以及一調整電路，耦接於該控制電路、該諧振電路及該背光源，以依據該控制訊號提供一阻抗，以調整該背光源之一電流值；其中該調整電路包含一雙向開關，以及該控制電路係輸出該控制訊號來調整該雙向開關導通與關閉的時間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該調整電路係並聯於該背光源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該控制訊號更用以調整該雙向開關導通時之阻抗。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該調整電路更包含：一電容，串聯於該雙向開關。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路，其中該雙向開關導通 時之阻抗係為一定值。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路，其中該電容之阻抗係小於該背光源之阻抗。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該背光源係為一熱陰極螢光燈管。
  8. 一種背光模組的驅動方法，其包含有：產生一固定頻率之一交流訊號；依據該固定頻率之該交流訊號產生一振盪訊號來驅動一背光源；提供一控制訊號；提供一調整電路，並將該調整電路耦接於該背光源；以及依據該控制訊號來控制該調整電路提供一阻抗，以調整該背光源之一電流值；其中提供該調整電路之步驟包含有：設置一雙向開關於該調整電路中；以及提供該控制訊號之步驟更包含有：設定該控制訊號來調整該雙向開關導通與關閉的時間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之驅動方法，其中將該調整電路耦接於該背光源之步驟包含有： 將該調整電路並聯於該背光源。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之驅動方法，其中提供該控制訊號之步驟更包含有：設定該控制訊號來調整該雙向開關導通時之阻抗。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之驅動方法，其中提供該調整電路之步驟包含有：將一電容串聯於該雙向開關。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，其中提供該控制訊號之步驟包含有：設定該控制訊號以使該雙向開關導通時之阻抗係為一定值。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，其中提供該調整電路之步驟包含有：設定該電容之阻抗係小於該背光源之阻抗。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之驅動方法，其中該背光源係為一熱陰極螢光燈管。
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