TWI429320B - 回授穩壓電路 - Google Patents

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TWI429320B TW099136632A TW99136632A TWI429320B TW I429320 B TWI429320 B TW I429320B TW 099136632 A TW099136632 A TW 099136632A TW 99136632 A TW99136632 A TW 99136632A TW I429320 B TWI429320 B TW I429320B
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Description

回授穩壓電路
本發明係有關一種監控(monitor)電路，特別是關於一種發光二極體驅動系統的效率最佳化(efficiency optimization)與錯誤偵測(fault detection)電路。
鑑於發光二極體(LED)的諸多優點，例如體積小、反應時間短、消耗功率低、可靠度高、大量生產可行性高，因此發光二極體普遍使用於電子裝置中作為光源使用。例如，以發光二極體作為液晶顯示器(LCD)的背光源，以取代傳統的螢光燈管。
第一圖之示意圖顯示傳統發光二極體驅動系統，其主要包含複數發光二極體串(LED string)10、升壓(boost)控制器14及升壓功率級(boost power stage)電路16。
對於第一圖所示的傳統發光二極體驅動系統，即使各發光二極體串10使用相同的電壓源VDC及相同數目的發光二極體100，然而，由於各發光二極體100之間無法完全匹配，因而使得各輸入墊(input pad)11的電壓不相同。為了減少發光二極體串10的功率消耗， 因此在電路設計上，會饋入升壓控制器14一預訂的電壓值，例如，1伏特電壓，作為控制電壓源VDC的基準，再以升壓控制器14及升壓功率級電路16之回授電路設計來控制電壓源VDC，使得輸入墊11的電壓能夠穩定於該預定電壓值1伏特。
然而，上述之設計無法達到所要求的精確度。因此，往往無法達到發光二極體驅動系統之效率最佳化。此外，傳統發光二極體驅動系統缺乏一機制以監控發光二極體串10的失效(fault)，例如發光二極體100的失效短路或開路。因此，當發生較嚴重的發光二極體100失效時，傳統發光二極體驅動系統之升壓控制器14及升壓功率級電路16更是無法達到發光二極體100的效率最佳化。
因此，亟需提出一種新穎的效率最佳化與錯誤偵測機制，以有效地監控發光二極體驅動系統，並提升其發光效率。
鑑於上述，本發明實施例揭露一種回授穩壓電路，可適用於發光二極體驅動系統，除了能夠減小發光二極體驅動系統的功率消耗外，還能監控其失效異常。
根據本發明實施例，回授穩壓電路提供穩壓於一多電壓輸出電路，其輸出複數個輸出電壓。回授穩壓電路包含電壓控制單元及參考電壓產生器。其中，電壓控制單元耦接於該等輸出電壓，根據該等輸出電壓產生一第一電壓並據以輸出一電壓控制訊號。參考電壓產生器耦接於電壓控制單元，接收電壓控制訊號並藉以產生一參考電壓，用 於回授至多電壓輸出電路。
10‧‧‧發光二極體串
100‧‧‧發光二極體
11‧‧‧輸入墊
14‧‧‧升壓控制器
16‧‧‧升壓功率級電路
2‧‧‧積體電路
20‧‧‧多電壓輸出電路
21‧‧‧類比至數位電壓轉換器(ADC)
210‧‧‧多工器
212‧‧‧類比至數位電壓轉換(ADC)單元
22‧‧‧電壓控制單元
220‧‧‧邏輯單元
23‧‧‧參考電壓產生器
232‧‧‧訊號產生器
234‧‧‧低通濾波器(LPF)
24‧‧‧升壓控制器
26‧‧‧升壓功率級電路
VDC‧‧‧電壓源
IS‧‧‧電流源
R1/R2‧‧‧分壓電阻
RLPF‧‧‧電阻
CLPF‧‧‧電容
L‧‧‧電感
C‧‧‧電容
SW‧‧‧切換電晶體
第一圖之示意圖顯示傳統發光二極體驅動系統。
第二圖之示意圖顯示本發明實施例之回授穩壓電路。
第三圖顯示第二圖之類比至數位電壓轉換器(ADC)的細部電路圖。
第四圖顯示本發明實施例之低通濾波器的細部電路圖。
第五圖顯示本發明實施例之升壓控制器以及升壓功率級電路的細部電路圖。
第二圖之示意圖顯示本發明實施例之回授穩壓電路，其可提供穩壓於多電壓輸出電路20，其可輸出複數個輸出電壓。在本實施例中，多電壓輸出電路20包含複數發光二極體串(LED string)10，其亮度分別受控於複數電流源IS。每一發光二極體串10包含串聯之複數個發光二極體100，發光二極體串10最外端發光二極體100的陽極連接至電壓源VDC，而發光二極體串10最外端發光二極體100的陰極則連接至積體電路2的輸入墊(pad)11。多電壓輸出電路20可適用於發光二極體驅動系統，例如液晶顯示器的背光模組，但不以此為限。
在本實施例中，回授穩壓電路主要包含電壓控制單元22及 參考電壓產生器23。其中，電壓控制單元22耦接於該等輸出電壓，根據該等輸出電壓以產生第一電壓並據以輸出電壓控制訊號。此外，參考電壓產生器23耦接於電壓控制單元22，接收電壓控制訊號並藉以產生參考電壓，用於回授至多電壓輸出電路20。上述之電壓控制單元22一般可整合製作於積體電路2內，而參考電壓產生器23則製作於積體電路2外。然而，上述各組成方塊是否製作於同一積體電路內，可視各種應用場合而定。
此外，本實施例之回授穩壓電路還可包含類比至數位電壓轉換器(ADC)21，連接於多電壓輸出電路20並轉換該等(類比)輸出電壓為複數數位電壓。該等複數電壓饋至電壓控制單元22，其選擇該等數位電壓其中之一作為上述之第一電壓。第三圖顯示本發明實施例之類比至數位電壓轉換器(ADC)21的細部電路圖。在本實施例中，類比至數位電壓轉換器(ADC)21包含多工器210及類比至數位電壓轉換(ADC)單元212。其中，多工器210接收複數輸入墊11的輸出電壓，並於每一時間選擇(或取樣)其中之一以饋至ADC單元212。ADC單元212則將多工器210所選擇之輸出電壓轉換為數位電壓。
在本實施例中，電壓控制單元22包含邏輯單元220。其中，邏輯單元220根據一預設規則選出該等數位電壓其中之一作為上述之第一電壓，並輸出相應之一電壓控制訊號。在不同的實施例中，根據不同需求，可能採用不同的預設規則。例如，本實施例中，為提升多電壓輸出電路20的效率，電路可設計為取最小的輸出電壓以使多電壓輸出電路所消耗功率最小化。因此，邏輯單元220係選擇該等數位電壓之最小電壓作為第一電壓。邏輯單元220的實施一般可以使用硬體技術、軟 體技術或其組合。
參考電壓產生器23連接於邏輯單元220。參考電壓產生器23包含訊號產生器232，其根據第一電壓所產生之電壓控制訊號而產生一波形。在本實施例中，訊號產生器232係為脈波寬度調變訊號產生器，其根據電壓控制訊號而產生不同脈波寬度。在一實施例中，邏輯單元220係將第一電壓與一目標電壓相比較，再以兩者的差值產生電壓控制訊號以使訊號產生器232調整脈波寬度。詳而言之，訊號產生器232可依照該差值與目標電壓的比值等比例調整脈波寬度。當回授系統達到穩態時，目標電壓會被調整至逼近第一電壓。而本發明一實施例藉由電壓控制單元22調整第一電壓之值，並進而由參考電壓產生器23產生一參考電壓，讓目標電壓跟隨著第一電壓的改變而調整。藉此讓多輸出電路所連接之電壓源也跟著調整以達到系統預設或是理想值。
本實施例之參考電壓產生器23還包含一低通濾波器(LPF)234，供用於自訊號產生器232所輸出的調變波形擷取出直流電壓的部分，以作為參考電壓。第四圖顯示本發明實施例之低通濾波器(LPF)234的細部電路圖，其主要包含電阻RLPF以及電容CLPF。其中，電阻RLPF連接於訊號產生器232的輸出端，而電容CLPF則連接於電阻RLPF與地之間。
參考電壓產生器23受控於電壓控制訊號，藉由工作週期的調整，使得輸出之參考電壓也跟著作調整，進而使得多電壓輸出電路的電壓源受調整，因而讓複數輸出電壓當中的最小電壓能夠穩定於目標電壓。
本發明一實施例之回授穩壓電路更可包含升壓控制器24以及升壓功率級電路26。第五圖顯示本發明實施例之升壓控制器24以及升壓功率級電路26的細部電路圖。升壓控制器24供比較來自參考電壓產生器23輸出之參考電壓以及多電壓輸出電路之可調整電壓源VDC之一分壓點的電壓，並據以輸出一回授控制訊號至升壓功率級電路26。升壓功率級電路26根據回授控制訊號而使電壓源VDC的分壓點的電壓逼近於參考電壓，進而調整此可調整電壓源VDC的電壓值。本實施例之升壓功率級電路26為包含切換式電源供器(switching power supply)，其主要包含一N型金屬氧化半導體(NMOS)切換電晶體SW，以及由電感L及/或電容C所組成的儲能電路。NMOS切換電晶體SW受控於電壓控制訊號以進行電源的切換。
除了可達到回授穩壓的目的外，本實施例還可用以進行錯誤的偵測。例如，當某一發光二極體串10的一或多個發光二極體100發生失效短路時，其相應輸入墊11的輸出電壓的某一電壓即會發生異常升高。邏輯單元220可藉由監控各發光二極體串10所相應的輸入墊11電壓而偵測出某一發光二極體串10的短路。在另一例子中，當某一發光二極體串10的一或多個發光二極體100發生失效開路時，其相應輸入墊11的電壓即會發生異常降低，邏輯單元220可藉由監視發光二極體串10所相應的輸入墊11電壓而偵測出發光二極體串10的失效開路。所偵測出的失效短路或開路可進一步提供給系統其他單元作進一步的處置。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效 改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
10‧‧‧發光二極體串
100‧‧‧發光二極體
11‧‧‧輸入墊
2‧‧‧積體電路
20‧‧‧多電壓輸出電路
21‧‧‧類比至數位電壓轉換器(ADC)
22‧‧‧電壓控制單元
220‧‧‧邏輯單元
23‧‧‧參考電壓產生器
232‧‧‧訊號產生器
234‧‧‧低通濾波器(LPF)
24‧‧‧升壓控制器
26‧‧‧升壓功率級電路
VDC‧‧‧電壓源
IS‧‧‧電流源

Claims (9)

  1. 一種回授穩壓電路，提供穩壓於一多電壓輸出電路，該多電壓輸出電路輸出複數個輸出電壓，該回授穩壓電路包含：一類比至數位電壓轉換器，連接於該多電壓輸出電路並轉換該等輸出電壓為複數個數位電壓；一電壓控制單元，係包含一邏輯單元，該邏輯單元根據一預設規則選出該等數位電壓其一作為該第一電壓並根據該第一電壓產生一電壓控制訊號，該邏輯單元並監控該等數位電壓，以偵測出該多電壓輸出電路的狀態；以及一參考電壓產生器，耦接於該電壓控制單元，接收該電壓控制訊號並藉以產生一參考電壓，用於回授至該多電壓輸出電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之回授穩壓電路，其中該參考電壓產生器包括一訊號產生器，接收該電壓控制訊號並產生一對應之輸出訊號，其中該訊號產生器係為一脈波寬度調變訊號產生器，根據該電壓控制訊號調整該輸出訊號之一脈波寬度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之回授穩壓電路，其中該邏輯單元係將該第一電壓與一目標電壓相比較而產生該電壓控制訊號，該訊號產生器據以調整該脈波寬度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之回授穩壓電路，其中該邏輯單元係根據該第一電壓與該目標電壓的一差值產生該電壓控制訊號，供該訊號產生器調整該脈波寬度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之回授穩壓電路，其中該邏輯單元係選 擇該等數位電壓中之一最小電壓作為該第一電壓。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之回授穩壓電路，其中，該邏輯單元依照該差值與該目標電壓的比值等比例產生該電壓控制訊號，該訊號產生器據以調整該脈波寬度。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之回授穩壓電路，其中上述之參考電壓產生器更包含：一低通濾波器，自該輸出訊號擷取一直流電壓之部分作為該參考電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之回授穩壓電路，其中上述之類比至數位電壓轉換器包含：一多工器，其接收該些輸出電壓，並於每一時間選擇其中之一；及一類比至數位電壓轉換(ADC)單元，將該選擇之輸出電壓轉換為相應之該數位電壓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之回授穩壓電路，更包含：一升壓控制器，比較該參考電壓以及該多電壓輸出電路之一可調整電壓源之一分壓，並產生一回授控制訊號；以及一升壓功率級電路，接收該回授控制訊號使該分壓點之電壓逼近於該參考電壓，以提供相應之該可調整電壓源。
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