TWI419604B - 調光控制方法及相關發光裝置 - Google Patents

Description

調光控制方法及相關發光裝置

本發明係指一種調光控制方法及其相關發光裝置，尤指一種可於高頻時提供穩定驅動電流之調光控制方法及其相關發光裝置。

以發光二極體(Light Emitting Diode，LED)作為發光源的應用越來越普遍，例如液晶顯示器、行動電話、可攜式電腦與個人數位助理等的螢幕背光模組。背光模組是顯示器中驅動光源的關鍵零組件，其不但決定了顯示器之可靠度及穩定度，更直接影響到顯示器的顯像品質。

一般來說，為了讓使用者能依照喜好來調整光源亮度或是於環境亮度之允許下能節省更多電力，必須擁有良好的調光功能。以發光二極體之物理特性來看，通過發光二極體之電流與發光二極體之順向偏壓呈指數關係，而發光二極體之發光程度則與通過其本身之電流成正比。換句話說，當通過的電流越大，發光二極體發光的亮度也隨之越高。常見的調光方式有類比調光方式與數位調光方式。類比調光方式是藉由調整流過發光二極體的順向電流大小，來達到亮度變化。數位調光方式是對發光二極體進行明滅的控制，並利用人眼視覺暫留的現象，經由改變發光二極體明滅的工作週期(Duty Cycle)，來進行平均亮度的控制。採用類比調光方式，雖然實現簡單，卻必須增加外部電路，而增添了系統的成本。因此，目前的發展趨勢便以數位方式調光為主。

請參考第1圖，第1圖為習知一數位調光控制裝置10之示意圖。數位調光控制裝置10用來對一發光元件100進行調光程序，其包含有一電壓轉換器102、一回授單元104、一脈波調變控制單元106，運作方式如下。脈波調變控制單元106根據一調光控制訊號S_DIM 、一參考電壓V_REF 與取自於回授單元104之一回授電壓V_FB ，產生一脈波控制訊號S_PWM ，以控制電壓轉換器102將一輸入電壓V_IN 轉換成一輸出驅動電壓V_D 。如此一來，透過脈波控制訊號S_PWM 控制輸出驅動電壓V_D ，進而控制流經發光元件100之輸出驅動電流I_LED 的平均量，以達調光的目的。

然而，為了避免啟始時的大電流效應，數位調光控制裝置10通常會輔以實施軟啟動(soft start)功能來解決大電流效應。如此一來，雖可大幅降低大電流效應，但仍會產生突波電流(inrush current)現象而影響調光程序。第2圖及第3圖分別為習知調光控制訊號S_DIM 在低頻與高頻時，理想輸出驅動電流I_ideal 與實際輸出驅動電流I_LED 之示意圖，其中陰影處表示平均輸出驅動電流大小。如第2圖所示，調光控制訊號S_DIM 為低頻且工作週期為50%，實際的輸出驅動電流I_LED 導通時會有一上升時間t1及一下降時間t2。由於軟啟動程序的進行，使得上升時間t1期間會有一短暫的電流突波效應。在此情況下，由於低頻時，導通時間較長，因此於上升時間t1與下降時間t2期間所存在之誤差，相對之下較無影響，也就是說，理想與實際之平均輸出驅動電流大小(第2圖中之陰影處)相差不遠。反觀第3圖中，當調光控制訊號S_DIM 為高頻且工作週期為50%時，導通時間相對較短，因此於上升時間t1與下降時間t2期間所存在之誤差，便變得非常重要。如第3圖所示，理想與實際之平均輸出驅動電流大小，將會因軟啟動程序而影響更大比例的導通時間，使得發光元件100平均亮度的變化不如預期。請繼續參考第4圖及第5圖。第4圖及第5圖為習知調光控制訊號S_DIM 在高頻且工作週期分別為5%及95%時，理想輸出驅動電流I_ideal 與實際輸出驅動電流I_LED 之示意圖。其中陰影處表示平均輸出驅動電流大小。如第4圖所示，於上升時間t1期間，電流尚未達到理想值時即已結束，而進入下降時間t2期間。而如第5圖所示，於前一週期之下降時間t2期間內，電流尚未降至理想值時即已結束，而進入下一個週期之上升時間t1。在此情形下，將造成流經發光元件100之驅動電流的線性度不佳以及亮度不均，並且會產生音頻雜訊。

因此，本發明之主要在於提供一種調光控制方法及其相關發光裝置，以解決上述問題。

本發明揭露一種用於一發光裝置之調光控制方法，包含有偵測一控制訊號，並檢測該控制訊號之頻率；根據該控制訊號之頻率，產生一致能訊號並輸出該控制訊號之一工作週期；以及於該控制訊號之頻率大於或等於一檢測頻率時，根據該控制訊號之工作週期及一參考電壓，產生一調光控制電壓，以進行調光程序。

本發明另揭露一種具調光控制之發光裝置，包含有一電壓轉換器、一發光光源模組、一回授單元、一脈波調變控制單元、一調光檢測單元以及一訊號合成單元。該電壓轉換器，用來根據一脈波控制訊號，將一輸入電壓轉換成一輸出驅動電壓。該發光光源模組，耦接於該電壓轉換器。該回授單元，耦接於該發光光源模組，用來產生一回授電壓。該脈波調變控制單元，耦接於該發光光源模組、該回授單元與該電壓轉換器，用來根據該回授電壓及一調光控制電壓，產生該脈波控制訊號至該電壓轉換器，以控制該電壓轉換器轉換出該輸出驅動電壓。該調光檢測單元，耦接於該脈波調變控制單元，用來偵測一控制訊號，並檢測該控制訊號之頻率，以產生一致能訊號與輸出該控制訊號之一工作週期。該訊號合成單元，耦接於該調光檢測單元與該脈波調變控制單元，用來根據該控制訊號之工作週期及一參考電壓，產生該調光控制電壓，以供脈波調變控制單元據以控制該電壓轉換器轉換出對應之該輸出驅動電壓，進而達調光之目的。

請參考第6圖，第6圖為本發明實施例具調光控制之發光裝置60之示意圖。發光裝置60包含有一電壓轉換器602、一發光光源模組604、一回授單元606、一脈波調變控制單元608、一調光檢測單元610及一訊號合成單元612。電壓轉換器602用來根據一脈波控制訊號S_PWM ，將一輸入電壓V_IN 轉換成一輸出驅動電壓V_D ，並將輸出驅動電壓V_D 提供至發光光源模組604。回授單元606耦接於發光光源模組604，用來產生一回授電壓V_FB 。脈波調變控制單元608耦接於發光光源模組604、回授單元606與電壓轉換器602，用來根據回授電壓V_FB 及一調光控制電壓V_DIM ，產生脈波控制訊號S_PWM 至電壓轉換器602，以控制電壓轉換器602轉換出適當之輸出驅動電壓V_D 。調光檢測單元610耦接於脈波調變控制單元608，用來偵測一控制訊號S_C ，並檢測控制訊號S_C 之頻率，以產生一致能訊號S_EN 與輸出控制訊號S_C 之一工作週期D。訊號合成單元612耦接於調光檢測單元610與脈波調變控制單元608，用來根據控制訊號S_C 之工作週期D及一參考電壓V_REF ，產生調光控制電壓V_DIM ，以供脈波調變控制單元608據以控制電壓轉換器602轉換出對應之輸出驅動電壓V_D ，進而控制流經發光光源模組604之輸出驅動電流I_LED ，以達調光之目的。

簡單來說，本發明係透過調光檢測單元610來判斷是否進行調光程序。當調光檢測單元610偵測到控制訊號S_C ，並檢測出控制訊號S_C 之頻率大於或等於一檢測頻率f_det 時，調光檢測單元610進一步產生致能訊號S_EN 至脈波調變控制單元608，以控制脈波調變控制單元608停止執行一軟啟動程序，並輸出控制訊號S_C 之工作週期D至訊號合成單元612，以產生調光控制電壓V_DIM 。此外，當調光檢測單元610檢測出控制訊號S_C 之頻率小於一檢測頻率f_det 時，調光檢測單元610產生致能訊號S_EN 至脈波調變控制單元608，以控制脈波調變控制單元608停止發光裝置60之運作。換言之，於調光檢測單元610檢測出控制訊號S_C 之頻率大於或等於一檢測頻率f_det 時，發光裝置60即進入調光模式運作。

進一步說明，當發光裝置60進入調光模式時，調光檢測單元610會將控制訊號S_C 之工作週期D的資訊傳送至訊號合成單元612。請參考第7圖，第7圖為第6圖中訊號合成單元612之示意圖。訊號合成單元612包含有一訊號產生單元702及一低通濾波單元704。訊號產生單元702耦接於調光檢測單元610，用來根據控制訊號S_C 之工作週期D及參考電壓V_REF ，產生一調光訊號S。低通濾波單元704耦接於訊號產生單元702，用來濾除調光訊號S之高頻部分，以產生低頻直流部份之調光控制電壓V_DIM 。較佳地，訊號產生單元702可將控制訊號S_C 之工作週期D與參考電壓相乘V_REF ，來產生調光訊號S。在此情況下，若控制訊號S_C 之頻率為低頻時，調光訊號S經過低通濾波單元704後，所產生之調光控制電壓V_DIM 為數位形式，保有控制訊號S_C 之低頻成分。同理，若控制訊號S_C 之頻率為高頻時，調光訊號S經過低通濾波單元704後，會濾除調光訊號S之高頻部分，而產生低頻直流部份之調光控制電壓V_DIM 。換句話說，若控制訊號S_C 之頻率為低頻時，仍以數位形式之調光控制電壓V_DIM ，進行調光控制。若控制訊號S_C 之頻率為高頻時，調光訊號S通過低通濾波單元704後，會變成類比直流形式之調光控制電壓V_DIM ，來進行調光控制。第8圖及第9圖分別為本發明實施例控制訊號S_C 在低頻與高頻時，理想輸出驅動電流I_ideal 與實際輸出驅動電流I_LED 之示意圖。由第8圖及第9圖可以看出，不管是低頻或是高頻時，實際通過發光光源模組604之輸出驅動電流I_LED 幾乎符合理想值。

因此，本發明透過調光檢測單元610檢測控制訊號S_C ，判斷出調光模式後，利用訊號合成單元612產生調光控制電壓V_DIM ，使脈波調變控制單元608據以控制電壓轉換器602產生輸出驅動電壓V_D ，以改變平均流過發光光源模組604之輸出驅動電流I_LED 大小，進而達到發光光源模組604的平均亮度控制。如此一來，相較於習知技術，本發明不但可於高頻或低頻時產生精準且穩定的驅動電流來進行調光程序，亦可有效抑制音頻雜訊的產生。

關於發光裝置60的詳細操作方式，請繼續參考以下說明。第10圖為本發明實施例一流程1000之流程圖。流程1000用以實現發光裝置60之調光程序。流程1000包含下列步驟：

步驟1002：開始。

步驟1004：偵測控制訊號S_C ，並檢測控制訊號S_C 之頻率。

步驟1006：根據控制訊號S_C 之頻率，產生致能訊號S_EN 並輸出控制訊號S_C 之工作週期D。

步驟1008：於控制訊號S_C 之頻率大於或等於一檢測頻率f_det 時，根據控制訊號S_C 之工作週期D及參考電壓V_REF ，產生調光控制電壓V_DIM ，以進行調光程序。

步驟1010：結束。

流程1000係用以說明發光裝置60的運作方式，詳細說明及相關變化可參考前述說明，在此不贅述。

要注意的是，發光裝置60係為本發明之一實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之變化，而不限於此。舉例來說，發光光源模組204可包含複數個並聯之發光二極體串列，但不以此為限，亦可僅有一個發光二極體串列。另一方面，由於發光二極體係為一電流驅動元件，其發光亮度與驅動電流大小成正比，亦即，驅動電流越大，則發光二極體的發光亮度也就越大。一般而言，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，因此，在本實施例中，每一發光二極體串列包含有相同數量並以串聯方式耦接之發光二極體，但發光二極體串列並未侷限於複數個串接的發光二極體，換言之，各發光二極體串列亦可僅包含單一發光二極體。此外，由於人類肉眼無法察覺的頻率極限約介於60至100Hz之間，因此，檢測頻率f_det 較佳地可設定為介於60至100Hz之任何一個值，也就是說，可確保依據控制訊號S_C 所進行的調光程序，在控制發光二極體開啟關閉之時的明暗變化，不會被眼睛察覺出來。

綜上所述，相較於先前技術，本發明實施例在各頻率範圍內實現調光程序時，不會因突波效應而產生非理想之驅動電流I_LED ，導致調光效果不佳。本發明透過調光檢測單元610，判斷出調光模式後，再利用訊號合成單元612產生調光控制電壓V_DIM ，使脈波調變控制單元608據以控制電壓轉換器602產生輸出驅動電壓V_D ，以改變平均流過發光光源模組604之輸出驅動電流I_LED 大小，進而達到發光光源模組604的平均亮度控制。如此一來，本發明於高頻或是低頻時，皆可產生精準且穩定的驅動電流來進行調光程序，亦可有效抑制音頻雜訊的產生。

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．．．數位調光控制裝置

10．．．發光元件

102、602．．．電壓轉換器

104、606．．．回授單元

106、608．．．脈波調變控制單元

60．．．發光裝置

604．．．發光光源模組

610．．．調光檢測單元

612．．．訊號合成單元

702．．．訊號產生單元

704．．．低通濾波單元

1000．．．流程

1002、1004、1006、1008、1010．．．步驟

D．．．工作週期

I_ideal ．．．理想輸出驅動電流

I_LED ．．．輸出驅動電流

f_det ．．．檢測頻率

S．．．調光訊號

S_C ．．．控制訊號

S_DIM ．．．調光控制訊號

S_EN ．．．致能訊號

S_PWM ．．．脈波控制訊號

t1．．．上升時間

t2．．．下降時間

V_D ．．．輸出驅動電壓

V_FB ．．．回授電壓

V_IN ．．．輸入電壓

V_DIM ．．．調光控制電壓

V_REF ．．．參考電壓

第1圖為習知一數位調光控制裝置之示意圖。

第2圖為習知調光控制訊號在低頻時，理想輸出驅動電流與實際輸出驅動電流之示意圖。

第3圖為習知調光控制訊號在高頻時，理想輸出驅動電流與實際輸出驅動電流之示意圖。

第4圖為習知調光控制訊號在高頻且工作週期為5%時，理想輸出驅動電流與實際輸出驅動電流之示意圖。

第5圖為習知調光控制訊號在高頻且工作週期為95%時，理想輸出驅動電流與實際輸出驅動電流之示意圖。

第6圖為本發明實施例具調光控制之發光裝置之示意圖。

第7圖為第6圖中訊號合成單元之示意圖。

第8圖為本發明實施例控制訊號在低頻時，理想輸出驅動電流與實際輸出驅動電流之示意圖。

第9圖為本發明實施例控制訊號在高頻時，理想輸出驅動電流與實際輸出驅動電流之示意圖。

第10圖為本發明實施例一流程之流程圖。

60．．．發光裝置

602．．．電壓轉換器

604．．．發光光源模組

606．．．回授單元

608．．．脈波調變控制單元

610．．．調光檢測單元

612．．．訊號合成單元

D．．．工作週期

I_LED ．．．輸出驅動電流

S．．．調光訊號

S_C ．．．控制訊號

S_EN ．．．致能訊號

S_PWM ．．．脈波控制訊號

V_D ．．．輸出驅動電壓

V_FB ．．．回授電壓

V_IN ．．．輸入電壓

V_DIM ．．．調光控制電壓

V_REF ．．．參考電壓

Claims (12)

1. 一種用於一發光裝置之調光控制方法，包含有：偵測一控制訊號，並檢測該控制訊號之頻率；根據該控制訊號之頻率，產生一致能訊號並輸出該控制訊號之一工作週期；以及於該控制訊號之頻率大於或等於一檢測頻率時，根據該控制訊號之工作週期及一參考電壓，產生一調光控制電壓，以進行調光程序。
2. 如請求項1所述之調光控制方法，其中根據該控制訊號之頻率，產生該致能訊號之步驟，係於該控制訊號之頻率大於或等於一檢測頻率時，產生該致能訊號至該發光裝置之一脈波調變控制單元，以控制該脈波調變控制單元停止執行一軟啟動程序。
3. 如請求項1所述之調光控制方法，其中根據該控制訊號之頻率，產生該致能訊號之步驟，係於該控制訊號之頻率小於一檢測頻率時，產生該致能訊號至該發光裝置之一脈波調變控制單元，以控制該脈波調變控制單元停止該發光裝置之運作。
4. 如請求項1所述之調光控制方法，其中根據該控制訊號之工作週期及該參考電壓，產生該調光控制電壓之步驟，包含有：根據該控制訊號之該工作週期及該參考電壓，產生一調光訊 號；以及濾除該調光訊號之高頻部分，以產生該調光控制電壓。
5. 如請求項4所述之調光控制方法，其中根據該控制訊號之該工作週期及該參考電壓，產生該調光訊號之步驟係將該控制訊號之工作週期與該參考電壓相乘，以產生該調光訊號。
6. 一種具調光控制之發光裝置，包含有：一電壓轉換器，用來根據一脈波控制訊號，將一輸入電壓轉換成一輸出驅動電壓；一發光光源模組，耦接於該電壓轉換器；一回授單元，耦接於該發光光源模組，用來產生一回授電壓；一脈波調變控制單元，耦接於該發光光源模組、該回授單元與該電壓轉換器，用來根據該回授電壓及一調光控制電壓，產生該脈波控制訊號至該電壓轉換器，以控制該電壓轉換器轉換出該輸出驅動電壓；一調光檢測單元，耦接於該脈波調變控制單元，用來偵測一控制訊號，並檢測該控制訊號之頻率，以產生一致能訊號與輸出該控制訊號之一工作週期；以及一訊號合成單元，耦接於該調光檢測單元與該脈波調變控制單元，用來於該控制訊號之頻率大於或等於一檢測頻率時，根據該控制訊號之工作週期及一參考電壓，產生該調光控制電壓，以供脈波調變控制單元據以控制該電壓轉換器轉 換出對應之該輸出驅動電壓，進而達調光之目的。
7. 如請求項6所述之發光裝置，其中於該控制訊號之頻率大於或等於一檢測頻率時，於該調光檢測單元進一步產生該致能訊號至該脈波調變控制單元，以控制該脈波調變控制單元停止執行一軟啟動程序，並輸出該控制訊號之工作週期至訊號合成單元。
8. 如請求項6所述之發光裝置，其中於該控制訊號之頻率小於一檢測頻率時，該調光檢測單元產生該致能訊號至該脈波調變控制單元，以控制該脈波調變控制單元停止該發光裝置之運作。
9. 如請求項6所述之發光裝置，其中該訊號合成單元包含有：一訊號產生單元，耦接於該調光檢測單元，用來根據該控制訊號之該工作週期及該參考電壓，產生一調光訊號；以及一低通濾波單元，耦接於該訊號產生單元，用來濾除該調光訊號之高頻部分，以產生該調光控制電壓。
10. 如請求項9所述之發光裝置，其中該訊號產生單元係將該控制訊號之該工作週期與該參考電壓相乘，以產生該調光訊號。
11. 如請求項6所述之發光裝置，其中該發光光源模組包含有複數個並聯之發光二極體串列，其中每一發光二極體串列係包含有 複數個以串聯形式連接之發光二極體。
12. 如請求項6所述之發光裝置，其中該回授單元係於對應於該複數個發光二極體串列之複數個回授電壓中，選擇該複數個回授電壓之其中一個為該回授電壓。