TWI442828B - 發光二極體驅動電路 - Google Patents

Description

發光二極體驅動電路

本發明有關於一種發光二極體驅動電路，尤指一種具有短路保護功能的發光二極體驅動電路。

現今的液晶顯示產品已逐漸開始使用由發光二極體所組成之光源作為背光光源。請參閱第1圖，第1圖為一種現有的發光二極體驅動電路10的電路圖。發光二極體驅動電路10係用以驅動複數個發光二極體燈串22，其中每一發光二極體燈串22均包含複數個串聯耦接的發光二極體26。複數個發光二極體燈串22所組成之光源可應用於作為液晶顯示產品的背光光源。每一發光二極體燈串22分別具有一輸入端221以及一輸出端223，所有發光二極體燈串22的輸入端221均耦接一直流至直流(DC/DC)轉換器24輸出的一直流電壓。發光二極體驅動電路10可偵測複數個發光二極體燈串22是否有短路，並在偵測到任一發光二極體燈串22發生短路時關閉所有發光二極體燈串22，以保護發光二極體驅動電路10及發生過短路的發光二極體燈串22內部電子元件不被繼續損壞，以減少液晶顯示產品安全隱患問題。

發光二極體驅動電路10包含一開關控制電路13、複數個定電流電路14與一短路保護電路15。每一定電流電路14耦接於一相對應發光二極體燈串22的輸出端223與一地端16之間，短路保護電路15耦接於每一發光二極體燈串22的輸出端223，開關控制電路13耦接於每一定電流電路14與短路保護電路15之間。開關控制電路13還耦接於一主板電路12以接收一調光控制信號Dim和一開關控制信號On/Off，調光控制信號Dim用於控制全部發光二極體燈串22的亮度，開關控制信號On/Off用於控制全部發光二極體燈串22的開啟與關閉。

每一定電流電路14包含一電晶體141、一檢測電阻143及一回饋電路145。電晶體141與檢測電阻143串聯耦接於相對應發光二極體燈串22的輸出端223與地端16之間，回饋電路145用以在定電流電路14正常工作時根據流過相對應發光二極體燈串22的電流於檢測電阻143上所產生的檢測電壓Vdet輸出一信號來控制流過電晶體141的電流(在本例中為汲-源極電流)大小，以達到相對應發光二極體燈串22的定電流控制。短路保護電路15包含複數個二極體151、一穩壓二極體152與一短路信號產生電路153，其中穩壓二極體152又稱為齊納(Zener)二極體。每一二極體151分別耦接於一相對應發光二極體燈串22之輸出端223，複數個二極體151用以避免複數個發光二極體燈串22的輸出端223之電壓彼此干擾。穩壓二極體152耦接於每一二極體151與短路信號產生電路153之間。

當複數個發光二極體燈串22有至少一個發光二極體26短路時，發生短路的相對應發光二極體燈串22之輸出端223電壓就會升高，當輸出端223電壓超過一預定電壓時，穩壓二極體152就會崩潰，且當短路信號產生電路153輸入端電壓達到一預設電壓時，短路信號產生電路153內部電晶體導通，此時短路信號產生電路153輸出端將輸出一低準位信號(相當於輸出一短路信號)將從主板電路12輸出的開關控制信號On/Off拉為低準位，低準位的開關控制信號On/Off通過開關控制電路13輸出一信號控制開關11截止，使得直流電壓Vcc不再供電到所有定電流電路14，因此所有定電流電路14不工作，進而關閉所有發光二極體燈串22，此時液晶顯示產品將無法顯示畫面。

這樣的液晶顯示產品可能會產生如下問題：第一，當人們在使用液晶彩電觀看精彩節目時或在使用多媒體液晶顯示器開會或學習時，突然因液晶面板中發光二極體燈串中的發光二極體短路而造成短路保護電路動作而使整個液晶面板畫面不亮，可能會導致使用者對這樣的液晶顯示產品產生較大的抱怨。第二，由於液晶面板出現故障通常無法在液晶顯示產品設計廠家做維修，而通常要送到液晶面板原廠去做維修，而有些液晶面板產地在國外，因而就會造成維修週期很長，若超過保修期則使用者需要花費較高的維修費，這些讓使用者無法接受。

本發明的目的在於提出一種發光二極體驅動電路，用來偵測複數個發光二極體燈串各自是否有短路，且可依據偵測結果僅關閉發生短路的發光二極體燈串，因此液晶顯示產品仍可顯示畫面(雖然其畫面亮度可能有所下降或不是很均勻)。

本發明提出一種用於驅動複數個發光二極體燈串的發光二極體驅動電路，其包含複數個定電流電路與複數個短路保護電路。每個定電流電路之一電晶體與一檢測電阻串聯耦接於一相對應發光二極體燈串之一輸出端與一地端之間，且在定電流電路正常工作時每個定電流電路之一回饋電路通過比較一參考電壓與該檢測電阻上產生的一檢測電壓以輸出一信號控制流過該電晶體的電流大小，以達到相對應發光二極體燈串的定電流控制。此外，每個短路保護電路耦接於一相對應發光二極體燈串之一輸出端與一相對應定電流電路，用以於該相對應發光二極體燈串有至少一發光二極體發生短路導致其輸出端電壓達到一預定電壓且當短路保護電路內部的短路信號產生電路輸入端電壓達到一預設電壓時，輸出一短路信號使該相對應定電流電路之該電晶體截止，以關閉該相對應發光二極體燈串，且同時可保持其他未發生短路之發光二極體燈串正常工作。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參閱第2圖，第2圖為本發明之發光二極體驅動電路20的較佳實施例的電路圖。一般來說，發光二極體驅動電路20可應用於使用由發光二極體所組成之光源作為背光光源的液晶顯示產品。發光二極體驅動電路20用以驅動由複數個發光二極體燈串22所組成之光源，其中每一發光二極體燈串22均包含複數個串聯耦接的發光二極體26。每個發光二極體燈串22分別具有一輸入端221以及一輸出端223，所有發光二極體燈串22的輸入端221均耦接一直流至直流(DC/DC)轉換器24輸出的一直流電壓。

發光二極體驅動電路20包含有複數個定電流電路28，其中每個定電流電路28包含一電晶體30、一檢測電阻32及一回饋電路34。電晶體30與檢測電阻32串聯耦接於一相對應發光二極體燈串22之輸出端223與一地端之間，且在定電流電路28正常工作時回饋電路34通過比較一參考電壓(Vref，將於第3圖有進一步描述)與檢測電阻32上產生的一檢測電壓Vdet輸出一信號，藉以控制流過電晶體30的電流(在本例中為汲-源極電流)大小，以達到相對應發光二極體燈串22的定電流控制。發光二極體驅動電路20另包含有複數個短路保護電路36，每個短路保護電路36包含有一穩壓二極體38及一短路信號產生電路40。穩壓二極體38耦接於相對應發光二極體燈串22之輸出端223與短路信號產生電路40之間，且短路信號產生電路40耦接於穩壓二極體38與相對應定電流電路28之間。短路保護電路36用以於相對應發光二極體燈串22之輸出端223之電壓達到一預定電壓時，藉由其穩壓二極體38的崩潰且當短路保護電路36內部的短路信號產生電路40輸入端電壓達到一預設電壓時，經由短路信號產生電路40輸出一短路信號，藉以使相對應定電流電路28之電晶體30截止，進而關閉相對應發光二極體燈串22以達到保護作用。

請參閱第3圖，第3圖為進一步說明第2圖所示定電流電路28及短路保護電路36的電路圖。首先，針對定電流電路28進一步說明，定電流電路28之電晶體30具有一第一端301、一第二端302及一控制端303。檢測電阻32具有一第一端321及一第二端322。回饋電路34可包含一並聯穩壓器42，其具有一陽極端421、一陰極端422及一參考端423。並聯穩壓器42例如是TL431積體電路，其內部電路示意圖如圖所示包含一誤差放大器58、一參考電壓源60及一電晶體62，其中誤差放大器58具有一正輸入端581、一負輸入端582及一輸出端583，電晶體62具有一第一端621、一第二端622及一控制端623。其耦接關係如下，電晶體30之第一端301耦接於相對應發光二極體燈串22之輸出端223，電晶體30之第二端302耦接於檢測電阻32之第一端321與並聯穩壓器42之參考端423，檢測電阻32之第二端322耦接於該地端，並聯穩壓器42之陰極端422耦接於電晶體30之控制端303，且並聯穩壓器42之陽極端421耦接於該地端。其中電晶體30係可為一N型金氧半場效電晶體。誤差放大器58的正輸入端581耦接於並聯穩壓器42的參考端423，誤差放大器58的負輸入端582耦接於參考電壓源60輸出的參考電壓Vref，誤差放大器58的輸出端583耦接於電晶體62的控制端623，電晶體62的第一端621耦接於並聯穩壓器42的陰極端422，電晶體62的第二端622耦接於並聯穩壓器42的陽極端421。在定電流電路28正常工作時，誤差放大器58通過並聯穩壓器42的參考端423接收檢測電阻32上產生的檢測電壓Vdet，再藉由比較其內部提供的參考電壓Vref與接收的檢測電壓Vdet兩者差異以輸出信號控制流過電晶體62的電流(在本例中為集-射極電流)大小，進而達到控制電晶體30的控制端303電壓大小來控制流過電晶體30的電流(在本例中為汲-源極電流)大小，以達到相對應發光二極體燈串22的定電流控制。

再者，針對短路保護電路36進一步說明，短路保護電路36之短路信號產生電路40包含有一第一電阻44、一第二電阻46、一電容48及一開關50。穩壓二極體38具有一陽極端381及一陰極端382。第一電阻44具有一第一端441及一第二端442。第二電阻46具有一第一端461及一第二端462。電容48具有一第一端481及一第二端482。開關50具有一第一端501、一第二端502及一控制端503。其中開關50係可為一半導體開關，例如一NPN型雙載子接面電晶體。其耦接關係如下，穩壓二極體38之陰極端382耦接於相對應發光二極體燈串22之輸出端223，穩壓二極體38之陽極端381耦接於第一電阻44之第一端441，且第一電阻44之第二端442耦接於開關50之控制端503、電容48之第一端481與第二電阻46之第一端461。此外，開關50之第二端502耦接於電容48之第二端482、第二電阻46之第二端462與該地端，且開關50之第一端501耦接於相對應定電流電路28之電晶體30之控制端303。

除此之外，發光二極體驅動電路20另可包含一開關控制電路52。開關控制電路52耦接於一開關56之控制端563，開關56之第一端561耦接於一直流電壓Vcc，開關56之第二端562通過一電阻64耦接於複數個定電流電路28的422端和303端，且開關控制電路52還耦接於一主板電路54，其中開關56係可為一PNP型雙載子接面電晶體。當開關控制電路52控制開關56導通時，直流電壓Vcc通過一電阻64提供偏壓通過422端給並聯穩壓器42及通過303端給電晶體30，使得定電流電路28得以正常工作。主板電路54輸出一開關控制信號On/Off和用於突發模式(burst mode)調光的一調光控制信號Dim給開關控制電路52，其中開關控制信號On/Off和調光控制信號Dim的關係及作用是：第一，當從主板電路54輸出的開關控制信號On/Off為高準位信號輸入到開關控制電路52時且當從主板電路54輸出的調光控制信號Dim輸入到開關控制電路52時，開關控制電路52根據調光控制信號Dim的責任週期(duty cycle)來控制開關56的導通時間與關斷時間的比例，以控制相對應發光二極體燈串22正常工作時間與關閉時間的比例，進而控制相對應發光二極體燈串22提供液晶面板畫面的平均亮度。第二，當從主板電路54輸出的開關控制信號On/Off為低準位信號輸入到開關控制電路52時，無論是否有無調光控制信號Dim輸入到開關控制電路52，開關56都將關斷。

需要說明的是，假設每一燈串22由n個發光二極體26按順序串聯組成(n為大於1的整數)，每一發光二極體26正向導通電壓為Vf，因此每一燈串22的輸入端221電壓V221和輸出端223電壓V223關係為：V223=V221-n×Vf。此外，在電晶體30導通正常工作時，相對應燈串22中的每一發光二極體26導通電壓例如約為Vf=3.0V~3.2V，而在電晶體30截止時，相對應燈串22中的每一發光二極體26存在例如約為Vf=2.0V~2.4V的臨界崩潰導通電壓。當這些燈串22當中的第i個燈串有m個發光二極體出現短路時(m為大於或等於1的整數)，第i個燈串輸出端電壓為V223=V221-(n-m)×Vf，即第i個燈串輸出端電壓上升且上升的電壓為m×Vf，短路保護電路36偵測的是燈串輸出端223最大值電壓，而由於電晶體30截止時其對應的發光二極體正向電壓Vf(=2.0V~2.4V)較電晶體30導通時其對應的發光二極體正向電壓Vf(=3.0V~3.2V)小，使得電晶體30在截止時燈串輸出端223的電壓較電晶體導通時大得多，故通常保護電路36偵測的是電晶體30截止時電壓，當上升的電壓達到某一值時，穩壓二極體38導通，此時有一電流流過電阻44及46，且在電阻46第一端產生一分壓，當此電壓大於電晶體50的臨界電壓時，電晶體50導通，因電晶體50的第一端501與並聯穩壓器42陰極端422及電晶體30的控制端303相連接，故並聯穩壓器42陰極端422及電晶體30的控制端303被接為低準位致使定電流電路28被停止工作，進而控制相對應燈串22被保護而不工作，而其它燈串22未受其相對應短路保護電路36保護仍可正常工作。因此，短路保護電路36可設置為相對應燈串22有m個發光二極體短路時，相對應短路保護電路36開始做保護動作，而此燈串22只有m-1個發光二極體短路時，此燈串22仍可正常工作。

綜上所述，本發明之發光二極體驅動電路20係可用以偵測各發光二極體燈串22的輸出端223電壓是否達到一預定電壓，並依據偵測結果執行相對應的短路保護功能。當其中一發光二極體燈串22的輸出端223電壓未超過該預定電壓時，發光二極體驅動電路20驅動前述發光二極體燈串22正常工作；反之當其中一發光二極體燈串22的輸出端223電壓超過該預定電壓時，其會造成相對應短路保護電路36之穩壓二極體38發生崩潰，且當短路保護電路36內部的短路信號產生電路40輸入端電壓達到一預設電壓時導致前述短路保護電路36之短路信號產生電路40輸出短路信號使相對應定電流電路28之電晶體30截止，藉以關閉前述發光二極體燈串22以執行短路保護功能，此時其他發光二極體燈串22仍不受影響而可繼續正常工作。

相較於先前技術，本發明之發光二極體驅動電路係分別偵測複數個發光二極體燈串之輸出端電壓是否達到該預定電壓，以決定是否要停止相對應定電流電路之工作來關閉具有短路發光二極體之該發光二極體燈串。因此本發明之發光二極體驅動電路只會於其中一個發光二極體燈串短路時停止其相對應定電流電路之工作，藉以關閉該個發光二極體燈串以達到保護作用。雖然此時液晶顯示產品會因用來作為背光光源的發光二極體燈串的數量減少而使得其畫面亮度有所下降或畫面亮度不是很均勻，但使用者仍可繼續使用該液晶顯示產品，這樣的液晶顯示產品更符合終端客戶的利益並可減少客戶的抱怨，而不會有先前技術中因其中一發光二極體燈串短路而造成所有發光二極體燈串皆同時被強迫關閉的缺點。

雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，均可依本發明之實施例所揭露的內容，對本發明之形狀、結構或特徵做些許之變更。因此，本發明所主張之保護範圍，須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．驅動電路

11．．．開關

12．．．主板電路

13．．．開關控制電路

14．．．定電流電路

141．．．電晶體

143．．．檢測電阻

145．．．回饋電路

15．．．短路保護電路

151．．．二極體

152．．．穩壓二極體

153．．．短路信號產生電路

16．．．地端

20．．．發光二極體驅動電路

22．．．發光二極體燈串

221．．．輸入端

223．．．輸出端

24．．．DC/DC轉換器

26．．．發光二極體

28．．．定電流電路

30．．．電晶體

301．．．第一端

302．．．第二端

303．．．控制端

32．．．檢測電阻

321．．．第一端

322．．．第二端

34．．．回饋電路

36．．．短路保護電路

38．．．穩壓二極體

381．．．陽極端

382．．．陰極端

40．．．短路信號產生電路

42．．．並聯穩壓器

421．．．陽極端

422．．．陰極端

423．．．參考端

44．．．第一電阻

441．．．第一端

442．．．第二端

46．．．第二電阻

461．．．第一端

461．．．第二端

48．．．電容

481．．．第一端

482．．．第二端

50．．．開關

501．．．第一端

502．．．第二端

503．．．控制端

52．．．開關控制電路

54．．．主板電路

56．．．開關

561．．．第一端

562．．．第二端

563．．．控制端

58．．．誤差放大器

581．．．正輸入端

582．．．負輸入端

583．．．輸出端

60．．．參考電壓源

62．．．電晶體

621．．．第一端

622．．．第二端

623．．．控制端

64．．．電阻

Vcc．．．直流電壓

Vdet．．．檢測電壓

Vref．．．參考電壓

Dim．．．調光控制信號

On/Off．．．開關控制信號

第1圖為一種現有的發光二極體驅動電路的電路圖。

第2圖為本發明之發光二極體驅動電路的較佳實施例的電路圖。

第3圖為進一步說明第2圖所示定電流電路及短路保護電路的電路圖。

20．．．發光二極體驅動電路

22．．．發光二極體燈串

221．．．輸入端

223．．．輸出端

24．．．DC/DC轉換器

26．．．發光二極體

28．．．定電流電路

30．．．電晶體

32．．．檢測電阻

34．．．回饋電路

36．．．短路保護電路

38．．．穩壓二極體

40．．．短路信號產生電路

44．．．第一電阻

46．．．第二電阻

48．．．電容

50．．．開關

52．．．開關控制電路

54．．．主板電路

56．．．開關

64．．．電阻

Vcc．．．直流電壓

Vdet．．．檢測電壓

Dim．．．調光控制信號

On/Off．．．開關控制信號

Claims (6)

1. 一種發光二極體驅動電路，用於驅動複數個發光二極體燈串，每個發光二極體燈串均包含複數個串聯耦接的發光二極體，每個發光二極體燈串均具有一輸入端與一輸出端，該複數個發光二極體燈串的輸入端均耦接一直流電壓，該發光二極體驅動電路包含有：複數個定電流電路，其中每個定電流電路均包含一電晶體、一檢測電阻及一回饋電路，該電晶體與該檢測電阻串聯耦接於一相對應發光二極體燈串之輸出端與一地端之間，且該回饋電路通過比較一參考電壓與該檢測電阻上產生的一檢測電壓以輸出一信號控制流過該電晶體的電流大小以達到該相對應發光二極體燈串的定電流控制；複數個短路保護電路，其中每個短路保護電路耦接於一相對應發光二極體燈串之輸出端與一相對應定電流電路，用以於該相對應發光二極體燈串之輸出端電壓達到一預定電壓時且當該短路保護電路內部的一短路信號產生電路的輸入端電壓達到一預設電壓時輸出一短路信號使該相對應定電流電路之該電晶體截止，以關閉該相對應發光二極體燈串；以及一開關控制電路，耦接於一主板電路，用以根據從該主板電路輸出的一開關控制信號通過該複數個定電流電路來開啟或關閉尚未被短路保護電路所關閉的發光二極體燈串，及根據從該主板電路輸出的用於突發模式調光的一調光控制信號通過該複數個定電流電路來調整尚未被短路保護電路所關閉的發光二極體燈串的亮度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中在每 個定電流電路中，該電晶體具有一第一端、一第二端及一控制端，該檢測電阻具有一第一端及一第二端，該回饋電路包含一並聯穩壓器，該並聯穩壓器具有一陽極端、一陰極端及一參考端，該電晶體之第一端耦接於該相對應發光二極體燈串之輸出端，該電晶體之第二端耦接於該檢測電阻之第一端與該並聯穩壓器之參考端，該檢測電阻之第二端耦接於該地端，該並聯穩壓器之陰極端耦接於該電晶體之控制端，且該並聯穩壓器之陽極端耦接於該地端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該電晶體為N型金氧半場效電晶體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中每個短路保護電路均還包含有一穩壓二極體，該穩壓二極體耦接於該相對應發光二極體燈串之輸出端與該短路信號產生電路，用以於該相對應發光二極體燈串之輸出端電壓達到該預定電壓時經由該短路信號產生電路輸出該短路信號使該相對應定電流電路之該電晶體截止。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動電路，其中在每個短路保護電路中，該短路信號產生電路包含有一第一電阻、一第二電阻、一電容及一開關，該穩壓二極體具有一陽極端及一陰極端，該第一電阻具有一第一端及一第二端，該第二電阻具有一第一端及一第二端，該電容具有一第一端及一第二端，該開關具有一第一端、一第二端及一控制端，該穩壓二極體之陰極端耦接於該相對應發光二極體燈串之輸出端，該穩壓二極體之陽極端耦接於該第一電阻之第一端，該第一電阻之第二端耦接於該開關之控制端、該電容之第一端與該第二電阻之第一端，該開關之第二端耦接於該電容之第二端、該第二電阻之第 二端與該地端，且該開關之第一端耦接於該相對應定電流電路之該電晶體之控制端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動電路，其中該開關為NPN型雙載子接面電晶體。