TWI437912B - Ｌｅｄ點燈裝置 - Google Patents

Description

LED點燈裝置

本發明，係有關一種使作為例如液晶顯示器之背光之LED(發光二極體)點燈之LED點燈裝置。

習知，揭示有一種LED點燈裝置，例如在日本待審專利申請案公開第2003-332624號中之示例。該習知技術使用無論串聯的燈組個數都可設定為始終低於電源電壓的電壓，來點燈串聯的LED燈組，從而實現低耐電壓IC的使用並且降低電力損耗。

圖1係說明上述習知之LED點燈裝置。該裝置包含驅動器12～14，回應分時訊號S1～S3以進行導通/斷開。驅動器12～14的第一端連接到與LED 21～26連接之端子P23～P25。驅動器12～14，係與當驅動器12～14斷開時使電流通過的旁路單元15～17並聯，該流經旁路單元15～17的電流係處在不會使LED 21～26點燈的位準。選擇器18選擇驅動器12～14的汲極-源極電壓的其中之一，或是流經LED 21～26之線路的電流的其中之一。

在使LED 21～26點燈之期間，驅動器12～14使必要的電流流過LED 21～26，並且在使LED 21～26斷開之期間，驅動器12～14停止電流，並且旁路單元15～17流過微小的電流，從而防止來自轉換器27的輸出電壓跳變(jumping)。

近年來，對於背光之薄型(low-profile)化的需求日益增長。為了滿足此種需求，用以將作為背光的LED點燈的裝置通常使用薄片構件(chip part)。通常在液晶面板的背面設置LED點燈裝置，因此使用薄型片狀陶瓷電容。電解電容或薄膜電容也可以提供與薄片陶瓷電容相同的電氣特性。

然而，電解電容會增大板厚度而薄膜電容會增加成本，因此較佳使用薄片陶瓷電容。

在圖1所示之習知技術中可使用薄片陶瓷電容作為轉換器27中的電容C27。如圖2(a)所示之分時訊號S1～S3係用以使驅動器12～14導通/斷開並且執行使得電流如圖2(b)所示流過並且停止流過LED 21～26的PWM(脈寬調變)調光(dimming)動作。

此時，轉換器27的輸出電壓會變動(降低)，並且當LED 21～26導通時，轉換器27產生電壓降如圖2(c)所示。藉由快速充電電容C27來補償該電壓降。然而，如此會導致電容C27產生雜訊。

藉由LED 21～26的IF-VF特性以決定在LED 21～26的斷開期間、即驅動器12～14的斷開期間轉換器27的輸出電壓。如果偏壓電流很小，則在PWM調光動作的斷開期間轉換器27的輸出電壓會低於其導通期間轉換器27的輸出電壓，因此PWM調光動作會使得轉換器27的輸出電壓發生變動。結果，電容C27產生雜訊。

如果圖1所示之裝置不具有旁路單元15～17，則由於無負載條件而導致在LED 21～26的斷開期間、即驅動器12～14的斷開期間轉換器27的輸出電壓出現如圖3(c)所示發生跳變。上述PWM調光動作的斷開期間轉換器27的高電壓輸出會增加損壞裝置的危險。

本發明提供一種LED點燈裝置，在PWM調光動作期間不會產生雜訊，且係薄型並能以低成本加以製造。

根據本發明之第一態樣，一種LED點燈裝置，包含：具有複數個LED的LED群組負載；轉換器，用以產生施加於該LED群組負載的電壓；電流控制器，用以控制流經該LED群組負載的電流；電壓控制器，用以控制由該轉換器提供的輸出電壓；分時電路，用以向該LED群組負載間歇地提供電流；以及選擇器。該選擇器，在該分時電路使電流流經該LED群組負載期間，選擇該電流控制器以控制流經該LED群組負載的電流，從而控制由該轉換器提供的輸出電壓，而在該分時電路不使電流流經該LED群組負載期間，選擇該電壓控制器以控制由該轉換器提供的輸出電壓。

根據本發明之第二態樣，該電流控制器根據流經該LED群組負載的電流來產生電流回授訊號；該電壓控制器根據該轉換器的輸出電壓來產生電壓回授訊號。該選擇器，在該分時電路使電流流經該LED群組負載期間，選擇該電流回授訊號以PWM控制由該轉換器提供的輸出電壓，而在該分時電路不使電流流經該LED群組負載期間，選擇該電壓回授訊號以PWM控制由該轉換器提供的輸出電壓。

以下，說明根據本發明之實施例之LED點燈裝置。

圖4係說明根據實施例之LED點燈裝置之方塊圖。該LED點燈裝置，包含LED群組負載1、轉換器2、控制器3、以及用以設定閘極電壓的電阻R1。

LED群組負載1包含形成背光1的複數個LED 7。該複數個LED 7被分成複數個LED群組，每個LED群組都具有複數個串聯的LED。複數個LED群組係彼此並聯。在圖4中，存在彼此並聯的三個LED群組。並聯之LED群組的個數係可選擇的。在轉換器2的輸出端與設於控制器3之下沉式驅動器(sink driver)之間連接有LED群組負載1。

轉換器2，例如係升壓斬波器(boost chopper)並且包含步升電抗器(step-up reactor)L1、MOSFET構成的開關元件Q1、二極體D1、以及電容C1。回應控制器3的PWM控制訊號，開關元件Q1導通/斷開以提供輸出電壓。轉換器2的輸出電壓施加於LED群組負載1的陽極。

控制器3，包含分時電路31、延遲電路32、單觸發電路(one-shot circuit)33、選擇器34、閘極電壓設定器35、電壓控制器36、下沉式驅動器37、電流控制器38、PWM控制比較器41、以及鋸齒波訊號產生器43。

分時電路31，產生按照由外部DC PWM調光訊號所決定的占空比而導通/斷開的分時訊號。分時電路31包含三角波訊號產生器71與PWM調光比較器72。三角波訊號產生器71產生三角波訊號並且將該訊號傳送至PWM調光比較器72。PWM調光比較器72具有用以接收外部PWM調光訊號的正相輸入端(以“＋”表示)與用以從三角波訊號產生器71接收三角波訊號的反相輸入端(以“-”表示)。比較器72比較所接收到的訊號並且提供矩形波分時訊號。分時訊號被傳送至延遲電路32、單觸發電路33、選擇器34、以及閘極電壓設定器35，以導通/斷開從閘極電壓設定器35向下沉式驅動器37提供的閘極訊號。

延遲電路32，使來自分時電路31的分時訊號延遲預定時間並且將該延遲後之分時訊號提供給電壓控制器36。

單觸發電路33，響應來自分時電路31的分時訊號的上升而產生具有預定寬度的脈衝訊號。該脈衝訊號被作為釋放訊號傳送至電壓控制器36。

閘極電壓設定器35，根據來自分時電路31的分時訊號與由用以設定閘極電壓的電阻R1設定的電壓來產生閘極訊號。該閘極訊號傳送至下沉式驅動器37。

下沉式驅動器37例如包含複數個MOSFET。MOSFET的個數等於LED線路的個數，即串聯之LED群組的個數。MOSFET的閘極與閘極電壓設定器35相連，MOSFET的汲極與LED群組負載1的陰極相連，並且MOSFET的源極接地。

在分時訊號導通期間內，下沉式驅動器37中的MOSFET響應來自閘極電壓設定器35的閘極訊號而導通以使對應於閘極訊號的電流流過LED群組負載1並且使LED點燈。在分時訊號的斷開期間內，下沉式驅動器37中的MOSFET響應來自閘極電壓設定器35的閘極訊號而斷開以使流經LED群組負載1的電流停止並且關閉LED。

以上述方式，根據占空比來調節LED群組負載1的亮度，亦即根據分時電路31的導通/斷開比例或外部DC PWM調光訊號來調節LED群組負載1的亮度。

由於LED具有不同的VF特性並且下沉式驅動器37的MOSFET顯示出厄力效應(Early effect)，因此分時訊號導通期間內流經LED群組負載1的三條線路的電流或是LED群組負載1的三條線路的電壓彼此並不完全相同。

電流控制器38檢測流經LED群組負載1與下沉式驅動器37的三條線路的每個電流，並且產生代表三條線路的電流之電流檢測訊號。電流選擇器61接收三個電流檢測訊號，選擇該等訊號之一，並且將所選擇的訊號傳送至誤差放大器63。

電流選擇器61可選擇三個電流檢測訊號中最大或最小者。

可選擇地，電流控制器38可檢測下沉式驅動器37之MOSFET的汲極電壓，產生對應於汲極電壓的間接電流檢測訊號，並且選擇該間接電流檢測訊號中之一者。

誤差放大器63具有用以接收電流選擇器61的電壓的反相輸入端(以“-”表示)與用以接收參考電壓的正相端(以“＋”表示)。誤差放大器63將所接收的電壓之間的誤差加以放大並且將放大後的電壓作為電流回授訊號傳送至選擇器34。

以電阻R2與R3來分壓轉換器2的輸出電壓並且將分壓後的電壓提供給電壓控制器36。電壓控制器36亦接收來自延遲電路32之延遲後之分時訊號與來自單觸發電路33的釋放訊號。根據上述訊號，電壓控制器36產生電壓回授訊號並且將其傳送至選擇器34。下面將會說明電壓控制器36的細節。

根據來自分時電路31的分時訊號，選擇器34選擇來自電流控制器38的電流回授訊號與來自電壓控制器36的電壓回授訊號中之一者，並且將所選擇的訊號傳送至PWM控制比較器41。

鋸齒波訊號產生器43產生鋸齒波訊號並且將其傳送至PWM控制比較器41。PWM控制比較器41比較來自選擇器34的電流回授訊號或電壓回授訊號與來自鋸齒波訊號產生器43的鋸齒波訊號，產生矩形波PWM控制訊號，並且將PWM控制訊號傳送至轉換器2之開關元件Q1的閘極。

下面將會詳細地說明電壓控制器36。電壓控制器36，包含單觸發電路51、電壓保持電路52、以及電壓控制放大器55。

單觸發電路51響應來自延遲電路32之延遲後之分時訊號的上升而產生具有預定寬度的脈衝訊號，並且將脈衝訊號作為保持訊號傳送至電壓保持電路52。

當電流流經LED群組負載1時，電壓保持電路52發揮保持來自轉換器2的電壓之功能。回應來自單觸發電路51的保持訊號，電壓保持電路52保持轉換器2的輸出電壓，並且回應來自單觸發電路33的釋放訊號而停止保持輸出電壓。由電壓保持電路52保持的電壓被傳送至電壓控制放大器55。

電壓控制放大器55具有用以接收來自電壓保持電路52的電壓的正相輸入端(以“＋”表示)與用以接收來自轉換器2的電壓的反相輸入端(以“-”表示)。電壓控制放大器55將所接收的電壓之間的差加以放大並且將放大後的差作為電壓回授訊號傳送至選擇器34。

下面參考圖5所示之時序圖來說明根據實施例的LED點燈裝置的動作。

當接收到外部PWM調光訊號時，分時電路31產生根據PWM調光訊號的大小(電壓位準)而導通/斷開之如圖5(a)所示之分時訊號，並且將該分時訊號傳送至延遲電路32、單觸發電路33、選擇器34、以及閘極電壓設定器35。

閘極電壓設定器35，根據分時訊號與用以設定閘極電壓的電阻R1產生的電壓來產生閘極訊號，並且將該閘極訊號傳送至下沉式驅動器37。根據閘極訊號，下沉式驅動器37中的MOSFET導通/斷開，以使如圖5(c)所示之LED電流從LED群組負載1流到下沉式驅動器37。

電流控制器38中的電流選擇器61檢測流經LED群組負載1與下沉式驅動器37的電流，並且誤差放大器63產生在沒有LED電流流過期間為高位準之如圖5(d)所示之電流回授訊號。電流回授訊號被傳送至選擇器34。

延遲電路32將來自分時電路31的分時訊號延遲預定時間，以向電壓控制器36提供如圖5(b)所示之延遲後之分時訊號。

單觸發電路33響應來自分時電路31的分時訊號的上升而產生如圖5(e)所示之釋放訊號。該釋放訊號具有預定脈衝寬度並且被傳送至電壓控制器36。

在電壓控制器36，單觸發電路51響應來自延遲電路32之延遲後之分時訊號的上升而產生如圖5(f)所示之保持訊號。該保持訊號具有預定脈衝寬度並且被傳送至電壓保持電路52。

電壓保持電路52回應來自單觸發電路51的保持訊號來保持轉換器2的輸出電壓，並且將該保持輸出電壓傳送至電壓控制放大器55。

電壓控制放大器55具有用以接收來自電壓保持電路52的電壓的正相輸入端(以“+”表示)與用以接收來自轉換器2的電壓的反相輸入端(以“-”表示)。電壓控制放大器55將所接收的電壓之間的差加以放大，以產生在沒有LED電流流過期間為低位準之如圖5(g)所示之電壓回授訊號。電壓回授訊號被傳送至選擇器34。

在圖5所示之期間“A”，亦即在來自分時電路31的分時訊號為高並且電流流經LED群組負載1期間，選擇器34選擇來自電流控制器38之期間“A”的電流回授訊號，並且將所選擇的訊號傳送至PWM控制比較器41。

在圖5所示之期間“B”，亦即在來自分時電路31的分時訊號為低位準並且沒有電流流經LED群組負載1期間，選擇器34選擇在電流流經LED群組負載1期間由轉換器2的輸出電壓產生之期間“A”的電壓回授訊號。所選擇的訊號被傳送至PWM控制比較器41。

結果，向轉換器2之開關元件Q1傳送無論是否有電流流經LED群組負載1都始終處在既定位準的PWM控制訊號，以使轉換器2的輸出電壓維持在如圖5(h)所示之恒值。

根據上述實施例的LED點燈裝置，即使在執行PWM調光動作時仍可使轉換器2的輸出電壓維持恒定。因此，轉換器2可使用薄片陶瓷電容作為電容C1而不會產生雜訊。使用薄片陶瓷電容可降低裝置的高度與成本。

根據上述實施例，選擇器34根據分時訊號選擇來自電流控制器38的電流回授訊號與來自電壓控制器36的電壓回授訊號中之一者。相反地，選擇器34可以根據是否存在來自電流控制器38的電流回授訊號，來選擇電流回授訊號與電壓回授訊號中之一者。此構成提供與上述實施例相同的效果。

上述實施例之裝置亦可使用停止電路(shutdown circuit)，如果有電流流經下沉式驅動器37中之任何線路，則該停止電路將會使到開關元件Q1的訊號停止。上述裝置亦可使用軟啟動器，該軟啟動器與電壓/電流回授訊號無關，皆從控制器3之啟動開始的預定期間內從零逐漸加寬到開關元件Q1的訊號之導通寬度。

如上所述，根據實施例之LED點燈裝置，使用電流控制器38來控制流經LED群組負載1的電流，以在電流流經LED群組負載期間控制由轉換器2提供的輸出電壓。在沒有電流流經LED群組負載1期間，該裝置使用電壓控制器36來控制由轉換器2提供的輸出電壓，從而使轉換器2的輸出電壓始終維持恒定。

上述構成允許在轉換器2使用薄片陶瓷電容而不會產生雜訊。使用薄片陶瓷電容而降低LED點燈裝置的高度與成本。

本發明可應用在個人電腦與電視機的液晶顯示器之背光。

本案根據35USC 119主張2008年9月1日提出的日本專利申請No.2008-223373的優先權，其全部內容結合於此作為參考。本發明，雖已參考特定的實施例加以說明，惟，本發明不限於上述實施例。對於熟悉此技藝人士而言根據教導可對上述實施例進行修改與變更。本發明之範圍係由申請專利範圍而定義之。

1．．．LED群組負載

2．．．轉換器

7．．．LED

31．．．分時電路

32．．．延遲電路

33、51．．．單觸發電路

34．．．選擇器

35．．．閘極電壓設定器

36．．．電壓控制器

37．．．下沉式驅動器

38．．．電流控制器

41．．．PWM控制比較器

43．．．鋸齒波訊號產生器

52．．．電壓保持電路

55．．．電壓控制放大器

61．．．電流選擇器

圖1係說明習知之LED點燈裝置之方塊圖。

圖2(a)～(c)係說明圖1所示之LED點燈裝置的動作之時序圖。

圖3(a)～(c)係說明另一習知之LED點燈裝置的動作之時序圖。

圖4係說明本發明之實施例之LED點燈裝置之方塊圖。

圖5(a)～(h)係說明圖4所示之LED點燈裝置的動作之時序圖。

1．．．LED群組負載

2．．．轉換器

3．．．控制器

7．．．LED

31．．．分時電路

32．．．延遲電路

33、51．．．單觸發電路

34．．．選擇器

35．．．閘極電壓設定器

36．．．電壓控制器

37．．．下沉式驅動器

38．．．電流控制器

41．．．PWM控制比較器

43．．．鋸齒波訊號產生器

52．．．電壓保持電路

55．．．電壓控制放大器

61．．．電流選擇器

63．．．誤差放大器

71．．．三角波訊號產生器

72．．．PWM調光比較器

Claims (3)

1. 一種LED點燈裝置，包含：具有複數個LED的LED群組負載；轉換器電路，用以產生施加於該LED群組負載的電壓；控制電路，根據流經該LED群組負載的電流來控制該轉換器電路；該控制電路具備：電流控制電路，根據流經該LED群組負載的電流來產生電流回授訊號，以控制流經該LED群組負載的電流；電壓控制電路，根據該轉換器電路的輸出電壓來產生電壓回授訊號，以控制該轉換器電路的輸出電壓；分時電路，用以向該LED群組負載間歇地提供電流；選擇電路，在該分時電路使電流流經該LED群組負載期間，選擇該電流回授訊號，並根據所選擇之電流回授訊號以PWM控制該轉換器電路的輸出電壓，並且，在該分時電路不使電流流經該LED群組負載期間，選擇該電壓回授訊號，並根據所選擇之電壓回授訊號以PWM控制該轉換器電路的輸出電壓；延遲電路，使來自該分時電路的訊號延遲預定時間而輸出；以及單觸發電路，輸出該分時電路的訊號的上升訊號；該電壓控制電路，具備：電壓保持電路，藉由來自該延遲電路的訊號保持該轉換器電路的輸出電壓，且藉由來自該單觸發電路的訊號解除該轉換器電路的輸出電壓的保 持；以及電壓控制放大器，由被保持的輸出電壓產生電壓回授訊號，藉由放大在電流流經該LED群組負載期間被保持的該轉換器電路的輸出電壓與在沒有電流流經該LED群組負載期間之該轉換器電路的輸出電壓之間的差，而獲得在沒有電流流經該LED群組負載期間之該電壓回授訊號；該控制電路根據該選擇電路的輸出訊號控制該轉換器電路。
2. 如申請專利範圍第1項之LED點燈裝置，其中，該選擇電路根據該分時電路產生的分時訊號，來選擇來自該電流控制電路的電流回授訊號或來自該電壓控制電路的電壓回授訊號之任一者。
3. 如申請專利範圍第1項之LED點燈裝置，其中，該選擇電路根據是否存在來自該電流控制電路的電流回授訊號，來選擇來自該電流控制電路的電流回授訊號或來自該電壓控制電路的電壓回授訊號之任一者。