TWI440392B - 背光模組及過溫度保護電路 - Google Patents

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Description

背光模組及過溫度保護電路
本發明是有關於一種背光模組、過溫度保護電路及其過溫度保護方法，且特別是有關於以發光二極體為背光源的一種背光模組、過溫度保護電路及其過溫度保護方法。
隨著電子產業日益發達，平面顯示器已逐漸取代陰極射線管顯示器，成為目前顯示器中的主流。而在平面顯示器中，又以液晶顯示器的技術最為純熟且普及化。然而，由於液晶顯示器的液晶顯示面板本身無法發光，故在液晶顯示面板下方必須配置背光模組以提供光源，進而達到顯示的功能。並且，由於發光二極體(Light Emitting Diode，LED)具有壽命長、效率高以及對環境汙染較低等特性，因此液晶顯示器的背光模組多採用發光二極體作為其背光源。
一般而言，發光二極體的驅動電路是由直流對直流轉換器(DC-DC converter)產生驅動電壓來驅動發光二極體發光，而驅動的發光二極體同時會發光及發熱而致使其溫度上升，並且發光二極體的順向電壓及順向電流會隨著其溫度的上升而降低。在驅動電路無法感知發光二極體的溫度的情況下，發光二極體的驅動電路無法因應溫度的改變而作對應的調整，以致於在發光二極體的溫度上升時，驅動電壓及流經發光二極體的電流仍會維持於原始值。因 此，在發光二極體的溫度過高時，易容造成發光二極體電氣特性的劣化以及減短其使用壽命。為了抑制發光二極體電氣特性的劣化以及減短其使用壽命，逐有人在背光模組中加入過溫度保護電路。
圖1為一傳統背光模組的系統示意圖。請參照圖1，在背光模組100中，直流對直流轉換器110產生驅動電壓VD來驅動發光二極體Da~Dc，其中電流ID為流經發光二極體Da~Dc的電流。而電晶體TR1、TR2及熱敏電阻RPTC構成過溫度保護電路，其中熱敏電阻RPTC用以量測發光二極體Da~Dc的溫度，且熱敏電阻RPTC為正溫度係數的熱敏電阻。當發光二極體Da~Dc的溫度於容許的溫度範圍內時，電壓Va會受熱敏電阻RPTC的電阻值的變動而變動，並藉此調整電流ID，但電壓Va仍會設定為小於電晶體TR2之基極與射極的順向偏壓VBE(例如為0.5V~0.69V)，以避免電晶體TR2導通(turn on)。
當發光二極體Da~Dc的溫度超出容許的溫度範圍時，熱敏電阻RPTC的電阻值會過大，以致於電壓Va會大於或等於電晶體TR2之順向偏壓VBE，而使電晶體TR2導通。此時，電晶體TR1之基極的電壓Vb會耦接接地電壓，而控制電晶體TR1之脈寬調變(pulse width modulation,PWM)信號SPWM會藉由導通的電晶體TR2而形同接地，以致於電晶體TR1會關閉(turn off)，連帶的電流ID無法流經發光二極體Da~Dc而使發光二極體Da~Dc無法發光。
接著，待發光二極體Da~Dc的溫度回到容許的溫度範圍內時，熱敏電阻RPTC的電阻值會回復到適當值，致使發光二極體Da~Dc可正常發光。而上述過溫度保護電路雖可達到過溫度保護之效果，但因其架構設計關係，熱敏電阻RPTC所產生功耗會影響直流對直流轉換器110的轉換效率。並且，上述過溫度保護電路為透過關閉電晶體TR1來保護發光二極體Da~Dc，致使發光二極體Da~Dc可能會於發光與不發光之間切換，因此可能產生背光閃爍的現象，影響使用者的視覺觀感。
本發明提供一種背光模組、過溫度保護電路及其過溫度保護方法，其光源驅動器依據設定電流調整流經發光元件的電流大小，而本發明實施例於發光元件的溫度過高時降低設定電流的大小以降低發光元件的溫度，藉此保護發光元件的溫度不會過高。
本發明提出一種過溫度保護電路，適用於耦接發光元件的光源驅動器，光源驅動器具有接收設定電流的電流設定端，並且依據設定電流控制流經發光元件的電流大小。過溫度保護電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、熱敏電阻及二極體。第一電阻的第一端耦接電流設定端，以提供設定電流。第二電阻耦接於第一電阻的第二端與接地電壓之間。熱敏電阻的第一端耦接參考電壓，並且用以量測發光元件的溫度。第三電阻耦接於熱敏電阻的第二端與 接地電壓之間。二極體的陽極耦接熱敏電阻的第二端，二極體的陰極耦接第一電阻的第二端。
本發明亦提出一種背光模組，包括光源驅動器、發光元件及過溫度保護電路。光源驅動器具有電流設定端及光源驅動端，其中電流設定端接收設定電流，並且光源驅動器依據設定電流控制光源驅動端的電流。發光元件耦接於驅動電壓與光源驅動器的光源驅動端之間。過溫度保護電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、熱敏電阻及二極體。第一電阻的第一端耦接電流設定端，以提供設定電流。第二電阻耦接於第一電阻的第二端與接地電壓之間。熱敏電阻的第一端耦接參考電壓，並且用以量測發光元件的溫度。第三電阻耦接於熱敏電阻的第二端與接地電壓之間。二極體的陽極耦接熱敏電阻的第二端，二極體的陰極耦接第一電阻的第二端。
在本發明之一實施例中，上述之二極體為蕭特基二極體。
在本發明之一實施例中，上述之熱敏電阻為負溫度係數的熱敏電阻。
在本發明之一實施例中，上述之第三電阻的電阻值等於RTTP/((VDD/V1)-1)，其中RTTP為熱敏電阻對應臨界溫度的電阻值，VDD為參考電壓，V1為第一電阻的第二端的電壓，且VDD大於V1。
在本發明之一實施例中，上述之熱敏電阻配置於發光元件旁。
在本發明之一實施例中，上述之發光元件包括至少一發光二極體。
本發明另提出一種過溫度保護方法，適用於具有發光元件及光源驅動器的背光模組，光源驅動器具有接收一設定電流的電流設定端，光源驅動器耦接發光元件，以依據設定電流控制流經發光元件的電流大小。過溫度保護方法包括下列步驟。量測發光元件的溫度。當發光元件的溫度大於臨界溫度時，降低設定電流。當發光元件的溫度小於等於臨界溫度時，使設定電流為預設值。
在本發明之一實施例中，上述之發光元件的溫度經由熱敏電阻來量測。
基於上述，本發明實施例的背光模組、過溫度保護電路及其過溫度保護方法，利用二極體判斷光敏電阻與第三電阻的分壓是否大於第一電阻與第二電阻的分壓，以此判斷發光元件的溫度是否過高。在發光元件的溫度過高時，光敏電阻與第三電阻的分壓會大於第一電阻與第二電阻的分壓，並且會拉高第一電阻的第二端的電壓，以此降低設定電流的電流大小，進而降低流經發光元件的電流，以降低發光元件的溫度。藉此，可透過簡單的電路保護發光元件的溫度不會過高，並且不會造成畫面閃爍。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖2為依據本發明之一實施例的背光模組的系統示意圖。請參照圖2，在本實施例中，背光模組200至少包括光源驅動器210、發光元件220及過溫度保護電路230。光源驅動器210具有電壓輸入端VIN、電壓輸出端VOUT、接地端GND、電流設定端SET及至少一光源驅動端(如LDT1及LDT2)，其中光源驅動端的數量決定於發光元件220的電路結構。
在光源驅動器210中，電壓輸入端VIN接收系統電壓VCC，電壓輸出端VOUT輸出驅動電壓VDR至發光元件220，電流設定端SET接收設定電流ISET，接地端GND耦接接地電壓，光源驅動端(如LDT1及LDT2)耦接發光元件220以控制流經發光元件220的電流。光源驅動器210依據設定電流ISET控制光源驅動端(如LDT1及LDT2)的電流(如ID1及ID2)大小(即流經發光元件220的電流大小)，並且光源驅動端(如LDT1及LDT2)的電流大小會正比於設定電流ISET的電流大小。
過溫度保護電路230耦接光源驅動器210的電流設定端SET以提供設定電流ISET，並且過溫度保護電路230會依據發光元件220的溫度調整設定電流ISET的電流大小。換言之，當發光元件220的溫度未過高(即小於等於臨界溫度)時，過溫度保護電路230提供的設定電流ISET會為預設值；當發光元件220的溫度過高(即大於臨界溫度)時，過溫度保護電路230會降低設定電流ISET，以透過光源驅動器210降低流經發光元件220的電流大小，藉此降 低發光元件220的溫度，進而保護發光元件220不會因為溫度過高而加速老化及造成毀損。
在本實施例中，過溫度保護電路230包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、熱敏電阻RNTC及二極體D1，其中熱敏電阻RNTC在此以負溫度係數的熱敏電阻為例，二極體D1在此以蕭特基二極體(Schottky Diode)為例。第一電阻R1的第一端a耦接光源驅動器210的電流設定端SET以提供設定電流ISET。第二電阻R2耦接於第一電阻R1的第二端b與接地電壓之間。熱敏電阻RNTC的第一端c耦接參考電壓VDD，並且熱敏電阻RNTC可配置於發光元件220旁以便於量測發光元件220的溫度。第三電阻R3耦接於熱敏電阻RNTC的第二端d與接地電壓之間。二極體D1的陽極耦接熱敏電阻熱敏電阻RNTC的第二端d，二極體D1的陰極耦接第一電阻R1的第二端b。
當發光元件220的溫度小於等於臨界溫度時，則熱敏電阻RNTC的電阻值會較高，以致於熱敏電阻RNTC與第三電阻R3的分壓V2會小於等於第一電阻R1與第二電阻R2的分壓V1(即第一電阻R1的第二端b的電壓)。此時，二極體D1會由於逆向偏壓或偏壓不足而不導通，而設定電流ISET會等於電流設定端SET的電壓除以第一電阻R1與第二電阻R2的電阻值(即預設值)。
當發光元件220的溫度大於臨界溫度時，則熱敏電阻RNTC的電阻值會較低，以致於分壓V2會大於分壓V1。此時，二極體D1會由於順向偏壓而導通，致使分壓V1會受 分壓V2的影響而被拉高。由於分壓V1被拉高，因此第一電阻R1的跨壓會降低，以致於設定電流ISET被降低，此時設定電流ISET等於電流設定端SET的電壓減去分壓V1後除以第一電阻R1的電阻值。以光源驅動器210的電流設定端SET而言，等同於等效電阻變大。
此外，由於熱敏電阻RNTC的電阻值會隨發光元件220的溫度而變，因此第三電阻R3的電阻值須經過設計，以使在發光元件220的溫度大於臨界溫度時，分壓V2大於分壓V1，在發光元件220的溫度小於等於臨界溫度時，分壓V2小於等於分壓V1。依據上述，第三電阻R3的電阻值等於RTTP/((VDD/V1)-1)，其中RTTP為熱敏電阻RNTC對應臨界溫度的電阻值，並且參考電壓VDD會遠大於分壓V1。舉例來說，假設熱敏電阻RNTC對應臨界溫度(例如為70度C)的電阻值為12kΩ，參考電壓VDD為3V，分壓V1為0.6V，則第三電阻R3的電阻值等於12kΩ/((3/0.6)-1)=3kΩ。
在本實施例中，發光元件220包括發光二極體串列L1及L2，其中發光二極體串列L1及L2中發光二極體的數目大致上會相同，但不以此為限。並且，由於發光元件220包括兩個發光二極體串列L1及L2，因此光源驅動器210會對應的具有兩個光源驅動端LDT1及LDT2，以分別耦接發光二極體串列L1及L2，但在其他實施例中，光源驅動端的數目可依據發光二極體串列的數目對應的作調整。並且，在本實施例中，發光元件220所接收驅動電壓VDR 為光源驅動器210所提供，但在其他實施例中，驅動電壓VDR可以由其他元件或電路提供的電壓，且本發明實施例不以此為限。
再者，在本實施例中，背光模組200可更包括電感L及二極體D2，用以濾除驅動電壓VDR的雜訊，以使驅動電壓VDR的電壓更加穩定。其中，電感L耦接於光源驅動器210的電壓輸入端VIN與電壓輸出端VOUT之間，二極體D2順向耦接於光源驅動器210的電壓輸出端VOUT與發光元件220之間。
依據上述，可彙整為一過溫度保護方法，以應用於背光模組200。圖3為依據本發明之一實施例的過溫度保護方法的流程圖。請參照圖3，在本實施例中，首先會量測發光元件的溫度(步驟S310)。接著，判斷發光元件的溫度是否大於臨界溫度(步驟S320)。當發光元件的溫度大於臨界溫度時(亦即判斷結果為“是”)，則降低設定電流的電流大小(步驟S330)；反之，當發光元件的溫度小於等於(亦即不大於)臨界溫度時(亦即判斷結果為“否”)，則使設定電流為預設值。其中，上述步驟的細節可參照背光模組200的說明，在此則不再贅述。
綜上所述，本發明實施例的背光模組、過溫度保護電路及其過溫度保護方法，利用二極體判斷光敏電阻與第三電阻的分壓是否大於第一電阻與第二電阻的分壓，以此判斷發光元件的溫度是否過高。在發光元件的溫度過高時，光敏電阻與第三電阻的分壓會大於第一電阻與第二電阻的 分壓，並且會拉高第一電阻的第二端的電壓，以此降低設定電流的電流大小，進而降低流經發光元件的電流，以降低發光元件的溫度。藉此，可透過簡單的電路保護發光元件的溫度不會過高，並且不會造成畫面閃爍。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200‧‧‧背光模組
110‧‧‧直流對直流轉換器
210‧‧‧光源驅動器
220‧‧‧發光元件
230‧‧‧過溫度保護電路
a~d‧‧‧端點
D1、D2‧‧‧二極體
Da~Dc‧‧‧發光二極體
GND‧‧‧接地端
ID、ID1、ID2‧‧‧電流
ISET‧‧‧設定電流
L‧‧‧電感
L1、L2‧‧‧發光二極體串列
LDT1、LDT2‧‧‧光源驅動端
R1~R3‧‧‧電阻
RPTC、RNTC‧‧‧熱敏電阻
SET‧‧‧電流設定端
SPWM‧‧‧脈寬調變信號
TR1、TR2‧‧‧電晶體
Va、Vb、V1、V2‧‧‧電壓
VBE‧‧‧偏壓
VCC‧‧‧系統電壓
VD、VDR‧‧‧驅動電壓
VDD‧‧‧參考電壓
VIN‧‧‧電壓輸入端
VOUT‧‧‧電壓輸出端
S310、S320、S330、S340‧‧‧步驟
圖1為一傳統背光模組的系統示意圖。
圖2為依據本發明之一實施例的背光模組的系統示意圖。
圖3為依據本發明之一實施例的過溫度保護方法的流程圖。
200‧‧‧背光模組
210‧‧‧光源驅動器
220‧‧‧發光元件
230‧‧‧過溫度保護電路
a~d‧‧‧端點
GND‧‧‧接地端
ID1、ID2‧‧‧電流
ISET‧‧‧設定電流
L‧‧‧電感
L1、L2‧‧‧發光二極體串列
LDT1、LDT2‧‧‧光源驅動端
R1~R3‧‧‧電阻
RNTC‧‧‧熱敏電阻
SET‧‧‧電流設定端
V1、V2‧‧‧電壓
VCC‧‧‧系統電壓
VDD‧‧‧參考電壓
VDR‧‧‧驅動電壓
VIN‧‧‧電壓輸入端
VOUT‧‧‧電壓輸出端

Claims (11)

  1. 一種過溫度保護電路，適用於耦接一發光元件的一光源驅動器，該光源驅動器具有接收一設定電流的一電流設定端且依據該設定電流控制流經該發光元件的電流大小，該過溫度保護電路包括：一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接該電流設定端，以提供該設定電流；一第二電阻，耦接於該第一電阻的第二端與一接地電壓之間；一熱敏電阻，該熱敏電阻的第一端耦接一參考電壓，並且該熱敏電阻用以量測該發光元件的溫度；一第三電阻，耦接於該熱敏電阻的第二端與該接地電壓之間；以及一二極體，該二極體的陽極耦接該熱敏電阻的第二端，該二極體的陰極耦接該第一電阻的第二端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之過溫度保護電路，其中該二極體為一蕭特基二極體(Schottky Diode)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之過溫度保護電路，其中該熱敏電阻為一負溫度係數的熱敏電阻。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之過溫度保護電路，其中該第三電阻的電阻值等於RTTP/((VDD/V1)-1)，其中RTTP為該熱敏電阻對應一臨界溫度的電阻值，VDD為該參考電壓，V1為該第一電阻的第二端的電壓，且VDD大於V1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之過溫度保護電路，其 中該熱敏電阻配置於該發光元件旁。
  6. 一種背光模組，包括：一光源驅動器，具有一電流設定端及一光源驅動端，該電流設定端接收一設定電流，該光源驅動器依據該設定電流控制該光源驅動端的一電流的大小；一發光元件，耦接於一驅動電壓與該光源驅動器的該光源驅動端之間；以及一過溫度保護電路，包括：一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接該電流設定端，以提供該設定電流；一第二電阻，耦接於該第一電阻的第二端與一接地電壓之間；一熱敏電阻，該熱敏電阻的第一端耦接一參考電壓，並且該熱敏電阻用以量測該發光元件的溫度；一第三電阻，耦接於該熱敏電阻的第二端與該接地電壓之間；以及一二極體，該二極體的陽極耦接該熱敏電阻的第二端，該二極體的陰極耦接該第一電阻的第二端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該二極體為一蕭特基二極體。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該熱敏電阻為一負溫度係數的熱敏電阻。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之背光模組，其中該第三電阻的電阻值等於RTTP/((VDD/V1)-1)，其中RTTP為該熱 敏電阻對應一臨界溫度的電阻值，VDD為該參考電壓，V1為該第一電阻的第二端的電壓，且VDD大於V1。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該熱敏電阻配置於該發光元件旁。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該發光元件包括至少一發光二極體。
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