TWI415524B

TWI415524B - 避免軟開機閃爍之發光二極體裝置及方法

Info

Publication number: TWI415524B
Application number: TW098122743A
Authority: TW
Inventors: Kuo Ching Hsu; Chin Hsun Hsu; Tsung Hau Chang
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2013-11-11
Also published as: TW201103371A; US20110001434A1; US8610360B2

Description

避免軟開機閃爍之發光二極體裝置及方法

本發明係指一種可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)之發光二極體裝置及方法，尤指一種於軟開機期間藉由漸進改變負載電流方式進行調光之發光二極體裝置及方法。

以發光二極體(LED)作為發光源的應用越來越普遍。例如，傳統液晶顯示面板之背光模組是以冷陰極螢光燈管(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)來作為光源。如今，隨著發光二極體的發光效率不斷提升且成本日益降低，發光二極體有逐漸取代冷陰極螢光燈管來作為背光模組光源的趨勢。

在習知技術中，發光二極體驅動電路通常會利用脈衝寬度調變(Pulse width Modulation，PWM)機制來調整發光二極體之發光亮度。脈衝寬度調變調光(PWM dimming)主要係利用脈衝寬度調變訊號來控制電流源提供至發光二極體之平均電流，以實現調光程序。於脈衝寬度調變訊號處於邏輯高準位狀態時，導通電流源提供電流至發光二極體；相反地，於脈衝寬度調變訊號處於邏輯低準位狀態時，停止電流源提供電流至發光二極體。因此，若邏輯高準位狀態之時間越長，發光二極體之亮度越高。換句話說，經由變化該脈衝寬度調變訊號之責任週期(Duty Cycle)，即可控制發光二極體之發光亮度。

請參考第1圖，第1圖為習知一發光二極體驅動電路10之示意圖。發光二極體驅動電路10用來驅動一發光二極體模組11。如第1圖所示，發光二極體模組11包含有並聯之發光二極體串列C1～Cm，而每一發光二極體串列係由複數個串接之發光二極體組成。發光二極體驅動電路10包含有一電壓轉換器12、一電流負載13、一調光切換開關15及一迴路控制單元14。電壓轉換器12用來將一輸入電壓V1轉換成一輸出電壓V2，以驅動發光二極體模組11。電流負載13用來從發光二極體模組11汲取電流大小固定的驅動電流Id1～Idm。調光切換開關15用來根據一脈衝寬度調變訊號SD，導通或關閉電流負載13與發光二極體串列C1～Cm間之耦接關係，以控制發光二極體之平均電流。迴路控制單元14則根據發光二極體串列C1～Cm之回授電壓與一預設參考電壓間之差異，控制電壓轉換器12進行電壓轉換的操作，以穩定輸出電壓V2之準位。另外，迴路控制單元14另包含有一調光控制單元142，用來產生脈衝寬度調變訊號SD，以實現調光程序。

另一方面，由於發光二極體串列C1～Cm之回授電壓在系統電力開啟時會由零開始緩慢增加，而與迴路控制單元14中之預設參考電壓具有較大的差異，此種情況雖然可使低準位之輸出電壓V2在開機時快速地提升至所需的電壓準位，但亦會讓電壓轉換器12在開機瞬間產生相當大的突波電流及產生輸出電壓過衝(overshoot)的情形。在此情形下，迴路控制單元14一般會包含一軟開機(soft-start)單元144，用來降低發光二極體之回授電壓與預設參考電壓在開機期間的差值，以增加系統在開機時的穩定度。

然而，在同時要軟開機及脈衝寬度調變調光過程當中，由於發光二極體模組11與電流負載13間之電流路徑呈現不斷開關的現象，而電壓轉換器12僅會在電流路徑導通的時候才會進行電壓轉換的動作，導致軟開機的時間會過長。在某些習知技術中，軟開機和脈衝調變調光會分成兩階段動作，即在軟開機的時間內先不要進行調光(脈衝調變調光之責任週期為100%)，等到軟開機完再進行調光，則可避免增加軟開機的時間。但是從完全不調光到調光的過程當中，例如責任週期從100%至50%，發光二極體之平均電流會有瞬間的大電流變化，而形成所謂的軟開機閃鑠(soft-start flicker)現象。若從不調光到調光的責任週期變化越大，發光二極體之平均電流的變化越大，則此瞬間發生的發光二極體閃爍現象會更嚴重。

因此，本發明之目的在於提供一種可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)之發光二極體裝置及方法。

本發明揭露一種可避免軟開機閃爍之發光二極體裝置。該發光二極體裝置包含有一發光二極體模組、一電壓轉換器、一可變電流負載及一迴路控制單元。該電壓轉換器耦接於該發光二極體模組，用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極體模組。該可變電流負載耦接於該發光二極體模組，用來從該發光二極體模組汲取一負載電流。該迴路控制單元耦接於該電壓轉換器、該可變電流負載及該發光二極體模組，包含有一軟開機單元及一調光控制單元。該軟開機單元用來於電力開啟時，啟動該電壓轉換器之一軟開機機制。該調光控制單元用來控制該可變電流負載，將該負載電流之大小漸進增加至一目標值，並於該負載電流之大小達到該目標值時，維持該負載電流之大小，直到該軟開機機制完成為止。

本發明另揭露一種用來避免一發光二極體裝置發生軟開機閃爍(soft-start flicker)的方法。該發光二極體裝置包含有一電壓轉換器、一可變電流負載及一發光二極體模組。該電壓轉換器用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極體模組。該可變電流負載用來從該發光二極體模組汲取一負載電流。該方法包含有於電力開啟時，啟動該電壓轉換器之一軟開機機制；將該負載電流漸進增加至一目標值，以對該發光二極體模組進行調光；以及於該負載電流之大小達到該目標值時，維持該負載電流之大小，直到該軟開機機制完成為止。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)之一發光二極體裝置20之示意圖。發光二極體裝置20包含有一發光二極體模組21、一電壓轉換器22、一可變電流負載23及一迴路控制單元24。在本發明實施例中，發光二極體模組21包含有並聯之發光二極體串列C1～Cm，而每一發光二極體串列係由複數個串接之發光二極體組成，但不以此為限。換言之，發光二極體模組21亦可僅有一個發光二極體串列，而各發光二極體串列亦可僅包含單一發光二極體。由於發光二極體為一電流驅動元件，其發光亮度與驅動電流大小成正比，因此，為求流經各發光二極體之電流相同來達到相同亮度的要求，各發光二極體串列所包含之發光二極體數量一般需相同。

電壓轉換器22耦接於發光二極體模組21，用來將一第一電壓V1轉換成一第二電壓V2，以作為發光二極體模組21之穩定驅動電壓。可變電流負載23耦接於發光二極體模組21之另一端，用來從發光二極體模組21汲取負載電流Id1～Idm。迴路控制單元24耦接於電壓轉換器22、可變電流負載23及發光二極體模組21，用來根據發光二極體串列C1～Cm之回授電壓與一預設參考電壓間之差異，控制電壓轉換器22進行電壓轉換的操作，以穩定輸出電壓V2之準位。迴路控制單元24另包含有一軟開機單元242及一調光控制單元244。軟開機單元242用來於電力開啟時，啟動電壓轉換器22之一軟開機機制。調光控制單元244用來控制可變電流負載23，將負載電流Id1～Idm漸進增加至一目標值，並於負載電流Id1～Idm達到目標值時，維持負載電流Id1～Idm之大小，直到軟開機完成為止。

當軟開機完成時，調光控制單元244可進一步利用脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)機制，亦即產生一脈衝寬度調變訊號SD，來對發光二極體模組21進行調光。在此情形下，發光二極體裝置20包含有一調光切換開關25，用來根據調光控制單元244所產生之脈衝寬度調變訊號SD，導通或關閉可變電流負載23與發光二極體串列C1～Cm間之電流路徑，以控制流經發光二極體之平均電流，而實現調光程序。

因此，本發明發光二極體裝置20在軟開機過程中，係藉由漸進式增加負載電流的方式來進行調光，直到軟開機結束後，才轉換利用傳統脈衝寬度調變機制來進行發光二極體模組21之調光程序。如此一來，本發明實施例不但可改善軟開機期間不調光所導致的軟開機閃爍現象，亦可避免因脈衝調變調光導致軟開機時間過長的問題。關於發光二極體裝置20之詳細操作方式，請繼續參考以下說明。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例用來避免一發光二極體裝置發生軟開機閃爍之一流程30之示意圖。流程30用來實現上述發光二極體裝置20之一操作流程，其包含有下列步驟：

步驟300：開始。

步驟310：於電力開啟時，啟動電壓轉換器22之一軟開機機制。

步驟320：將負載電流Id1～Idm漸進增加至一目標值，以對發光二極體模組21進行調光。

步驟330：於負載電流Id1～Idm之大小達到目標值時，維持負載電流Id1～Idm之大小，直到軟開機機制完成而利用脈衝寬度調變機制對發光二極體模組21進行調光為止。

步驟340：結束。

根據流程30，發光二極體裝置20於電力開啟時，啟動電壓轉換器22之軟開機機制。接著，調光控制單元244控制可變電流負載23，將負載電流Id1～Idm之大小漸進增加至目標值，以對該發光二極體模組進行調光。於負載電流Id1～Idm之大小達到目標值時，調光控制單元244維持負載電流Id1～Idm之大小，直到偵測到軟開機完成，而利用脈衝寬度調變機制對發光二極體模組21進行調光為止。

因此，相較於先前技術，本發明實施例在軟開機的過程中改用漸進式增加負載電流的方式來代替脈衝寬度調變進行調光，以避免脈衝調變調光不斷打斷電壓轉換迴路(voltage convert loop)，而拉長軟開機所需的時間。

另一方面，由於負載電流Id1～Idm隨時間慢慢增加，軟開機期間所造成的瞬間突波電流可大幅地被降低，因而可改善發光二極體閃爍的現象。此外，即使在軟開機結束後轉換使用脈衝調變調光，發光二極體之平均電流亦不會有太大的變化，而可進一步避免習知技術中軟開機閃爍的問題。

較佳地，在本發明實施例中，流程30另包含有於啟動軟開機機制時，判斷發光二極體裝置20是否需於軟開機期間進行調光之步驟。若發光二極體裝置20需於軟開機期間進行調光，則依序執行步驟320至步驟330，直到軟開機完成而進入脈衝調變調光模式為止。相反地，若發光二極體裝置20不需於軟開機期間進行調光，則省略步驟320與步驟330，直接進入脈衝調變調光模式，並將脈衝調變調光之責任週期設為100%。

在本發明實施例中，可變電流負載23可以藉由下列兩種方式實現：(1)連續變化式負載(continuously changed load)，其負載電流變化為隨時間呈現連續性的變化，如第4圖所示；(2)分段離散變化式負載(segmented-discrete changed load)，其負載電流變化為隨時間呈現分段離散的變化，分段越多且每段變化越小，負載電流變化越不劇烈，就越能抑制發光二極體閃爍，如第5圖所示。

請繼續參考第6圖，第6圖為本發明一調光控制單元60之實施例示意圖。調光控制單元60係用來實現上述調光控制單元244，其包含有一偵測電路62、一計數器64及一數位至類比轉換器66。偵測電路62用來偵測軟開機機制是否啟動，並於軟開機機制啟動時，觸發啟動計數器64。數位至類比轉換器66則根據計數器64之數值，轉換輸出一類比訊號至可變電流負載23，用以漸進改變發光二極體模組之負載電流，直到負載電流之大小達到目標值為止。

總而言之，本發明實施例在軟開機過程中採用漸進式增加負載電流的方式來取代脈衝寬度調變調光，以改善軟開機時間過長的問題。此外，即使本發明實施例在軟開機結束後轉換使用脈衝調變調光，發光二極體之平均電流亦不會有太大的變化，而可進一步避免軟開機閃爍的問題。

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。

10．．．發光二極體驅動電路

11、21‧‧‧發光二極體模組

C1~Cm‧‧‧發光二極體串列

12、22‧‧‧電壓轉換器

13‧‧‧電流負載

14、25‧‧‧調光切換開關

15、24‧‧‧迴路控制單元

V1、V2‧‧‧電壓

Id1~Idm‧‧‧電流

SD‧‧‧脈衝寬度調變訊號

142、244、60‧‧‧調光控制單元

144、242‧‧‧軟開機單元

20‧‧‧發光二極體裝置

23‧‧‧可變電流負載

30‧‧‧流程

300~330‧‧‧步驟

62‧‧‧偵測電路

64‧‧‧計數器

66‧‧‧數位至類比轉換器

第1圖為一習知發光二極體驅動電路之示意圖。

第2圖為本發明實施例可避免軟開機閃爍之一發光二極體裝置之示意圖。

第3圖為本發明實施例用來避免一發光二極體裝置發生軟開機閃爍之一流程之示意圖。

第4圖說明一連續變化式電流負載，其負載電流隨時間呈現連續性的變化。

第5圖說明一分段離散變化式負載，其負載電流隨時間呈現分段離散的變化。

第6圖為本發明一調光控制單元之實施例示意圖。

20．．．發光二極體裝置

21．．．發光二極體模組

C1～Cm．．．發光二極體串列

22．．．電壓轉換器

25．．．調光切換開關

24．．．迴路控制單元

V1、V2．．．電壓

Id1～Idm．．．電流

SD．．．脈衝寬度調變訊號

244．．．調光控制單元

242．．．軟開機單元

23．．．可變電流負載

Claims

一種可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)之發光二極體裝置，該發光二極體裝置包含有：一發光二極體模組；一電壓轉換器，耦接於該發光二極體模組，用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極體模組；一可變電流負載，耦接於該發光二極體模組，用來從該發光二極體模組汲取一負載電流；以及一迴路控制單元，耦接於該電壓轉換器、該可變電流負載及該發光二極體模組，包含有：一軟開機單元，用來於電力開啟時，啟動該電壓轉換器之一軟開機機制；以及一調光控制單元，用來控制該可變電流負載之負載，以將該負載電流之大小漸進增加至一目標值，並於該負載電流之大小達到該目標值時，維持該負載電流之大小，直到該軟開機機制完成為止；其中，該第二電壓為固定。
如請求項1所述之發光二極體裝置，另包含有：一調光切換開關，耦接於該發光二極體模組、該可變電流負載及該調光控制單元，用來根據該調光控制單元所產生之一脈衝寬度調變訊號，導通或關閉該可變電流負載與該發光二極體模組間之電流路徑。
如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該調光控制單元於該軟開機機制完成時，利用一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)機制來對該發光二極體模組進行調光。
如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該調光控制單元另於該軟開機機制啟動時，判斷該發光二極體裝置是否需於該軟開機機制中進行調光。
如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該可變電流負載係以連續變化方式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該可變電流負載係以分段離散變化方式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該發光二極體模組之亮度係對應於該負載電流之大小。
如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該發光二極體模組包含有複數個發光二極體串列。
一種用來避免一發光二極體裝置發生軟開機閃爍(soft-start flicker)的方法，該發光二極體裝置包含有一電壓轉換器、一可變電流負載及一發光二極體模組，該電壓轉換器用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極體模組，該可變電流負載用來從該發光二極體模組汲取一負載電流，該方法包含有：於電力開啟時，啟動該電壓轉換器之一軟開機機制；控制該可變電流負載之負載以將該負載電流漸進增加至一目標值，以對該發光二極體模組進行調光；以及於該負載電流之大小達到該目標值時，維持該負載電流之大小，直到該軟開機機制完成為止；其中，該第二電壓為固定。
如請求項9所述之方法，其另包含：於該軟開機機制完成時，利用一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)機制對該發光二極體模組進行調光。
如請求項9所述之方法，其另包含：於啟動該軟開機機制時，判斷該發光二極體裝置是否需於該軟開機機制中進行調光。
如請求項9所述之方法，其中將該負載電流漸進增加至該目標值的步驟，包含有：以連續變化方式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
如請求項9所述之方法，其中將該負載電流漸進增加至該目標值的步驟，包含有：以分段離散變化方式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
如請求項9所述之方法，其中該發光二極體模組之亮度係對應於該負載電流之大小。
如請求項9所述之方法，其中該發光二極體模組包含有複數個發光二極體串列。