TWI449463B - 背光系統及控制背光系統的方法 - Google Patents

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Description

背光系統及控制背光系統的方法
本發明係有關於以發光二極體為基礎之照明的領域，以及更特別地，係有關於一種用以驅動及控制具有一單可控制電源之複數個LED串的分散式結構。
發光二極體(LEDs)以及特別是高強度及中強度LED串正快速且廣泛地使用於照明應用。具有總高亮度之LED可用於包括但不限於以液晶顯示器(LCD)為基礎之監視器及電視(以下，總稱為監視器)的背光源之一些應用中。在一大LCD監視器中，該等LED通常以一串或多串之串接LED方式來供應，因而共用一共同電流。
為了供應該監視器用之白色背光，通常使用兩個基本技術中之一。在第一技術中，使用一串或多串「白光」LED，該等白光LED通常包括一具有磷光體之藍光LED，該磷光體吸收該藍光LED所發射之藍光及然後發射白光。在第二技術中，相鄰設置一個或多個個別串彩色LED，以便它們的光組合被視為白光。通常，使用兩串綠光LED，以平衡每一串紅光及藍光LED。
在該兩種技術之任何一技術中，該數串LED在一具體例中係位於該監視器之一端或一側上，光係由一擴散板來擴散，以呈現在該LCD後面。在另一具體例中，該等LED係直接位於該LCD後面，光係由一擴散板來擴散，以便避免熱點(hot spots)。在彩色LED之情況中，需要另一混合器(該混合器可以是該擴散板之部分)，以確保不會個別觀看該等彩色LED之光，而是將光混合，以提供白光。光之白點(white point)係一要控制之重要因素，以及在設計及製造上之許多努力係集中在一受控白點之需求。
通常藉由振幅調變(AM)及脈衝寬度調變(PWM)中之一控制該等LED串之每一者，以達成一總固定感知亮度，以及在彩色LED之情況中，達成色彩平衡。
該等LED串之每一者具有一與該等構成LED之順向電壓降及該LED串中之LED數目相關聯的電壓需求。當該等LED串老化時，它們的電壓降改變了，以及再者，該等LED串之電壓降係以溫度之函數來改變。為了適應這些需求，最初必須將用以供應電力至一連接LED串之電源的電壓輸出設定成足夠高，以便在考量操作溫度之範圍的該LED串之操作壽命期間供應充分的電壓。
理想上，供應個別電源給每一LED串，該等電源係設置成呈現一與橫跨該相關LED串之電壓降一致的電壓輸出。這樣大數目的電源有效地最小化過量電力消耗，但是大數目電源之需求係昂貴的。
一用以減少所需電源之數目的替代解決方式係供應一單電源給複數個LED串。不幸地，因為，如上所示，不同的LED串呈現不同的電壓降，所以這樣的解決方式進一步需要一與每一LED串串聯之主動元件，以補償該等不同電壓降，以便確保連接至該單電源之具有相同色彩的每一LED串皆有一實質均等電流。
使用一單固定電壓源於複數個LED串因而導致過量電力消耗，因為該電源係設置成在該等LED串之操作壽命期間供應一充分電壓給所有該等LED串，其必定因呈現較低電壓降之LED串而被消耗。
Korcharz等人之2007年8月23日被公開的美國專利申請案公開序號第2007/0195025A1號之名稱「電壓控制背光驅動器」(在此以提及方式併入它的整個內容)提出一種用以供電及控制一由從一單可控制電源接收電力的複數個LED串所構成之LED背光的系統。一控制電路係操作以控制該可控制電源之輸出電壓，以回應該複數個LED串中之至少一串的電氣特性。
上述解決方式提供複數個用以關閉在該複數個LED串中之至少一者的電氣特性(例如，電壓降)與一可控制電源間之迴路的選擇。當監視器之尺寸增加時，可快速預見越來越多LED串之需求。上述應用所提供之解決方式係最適合使用於一單控制電路之使用，以及因而，不適用於需要多個控制電路晶片之大佈局，該多個控制電路晶片之每一者控制複數個LED串，其中該多個控制電路晶片及它們的相關複數個LED串係配置成配合一單可控制電源來操作。
於是，本發明之一主要目的克服習知技藝之缺點。在本發明中提供藉由一呈現複數個驅動電路之背光系統，每一驅動電路與皆以並聯方式連接至一單可控制電源的至少兩個LED照明器具相關聯。提供一分散式結構，其中在一具體例中，該等驅動電路中之單一驅動電路充當一主動裝置，以及其它驅動電路充當從動裝置。該主動驅動電路不需要與一個或多個LED照明器具相關連，以及在一替代具體例中，所有該等LED照明器具受從動控制電路控制。
該等驅動電路之每一者係配置用以監測由該從動驅動電路所驅動之該等LED照明器具的至少一電氣特性、測定該等LED照明器具呈現可因該至少一電氣特性來控制該可控制電源及輸出關於該等已測定LED照明器具之該至少一電氣特性的資訊至該主動驅動電路。在一示範性具體例中，該輸出資訊係該等LED照明器具之電壓降的函數。在該等LED照明器具之下側提供一耗能元件以及該耗能元件係以FET來實施的特定具體例中，輸出與該驅動電路相關聯之呈現最大電壓降的LED照明器具之汲極電壓(亦即，最低汲極電壓)。
在一具體例中，該等驅動電路係串接的，以及該輸出資訊在與從一串接驅動電路所接收之輸入資訊相關下反應所要藉以驅動之該等LED照明器具且該可控制電源回應該最後驅動電路。在另一具體例中，該輸出資訊以並聯方式連接至該驅動電路。
獨立地，該背光系統包括：一可控制電源；複數個LED照明器具，配置用以以並聯方式從該可控制電源接收電力；複數個驅動電路，該複數個驅動電路之每一者配置用以控制該複數個LED照明器具之至少兩個LED照明器具的光輸出及進一步配置用以輸出關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的至少一者之電壓降的資訊，其中該可控制電源配置用以輸出一電壓，以回應該輸出資訊，以及其中該複數個驅動電路係：以串聯方式連接，每一驅動電路之輸出資訊在與從一前串接驅動電路所接收之輸出資訊相關下包括關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的至少一LED照明器具之電壓降的資訊；或來自該複數個驅動電路之輸出資訊係以並聯方式連接至該可控制電源。
在一具體例中，該複數個LED照明器具之每一者係由一LED串所構成。在另一具體例中，當該複數個驅動電路係以串聯方式連接時，該可控制電源回應該複數個串接驅動電路之最後驅動電路的輸出。
在一具體例中，該背光系統進一步包括複數個可控制耗能元件，該複數個可控制耗能元件之每一者以串聯方式配置在該複數個LED照明器具之一獨特LED照明器具中，以及其中該輸出資訊係在該個別可控制耗能元件之一端上的電壓之函數。在另一具體例中，該等驅動電路之每一者包括一監測及控制功能，其配置用以：偵測是否所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的任何一者係不活動的；以及防止該輸出資訊反映與所要藉以控制之該不活動LED照明器具串聯的該個別可控制耗能元件之電壓的函數。
在又另一具體例中，該監測及控制功能進一步操作以：比較所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的每一者在處於一活動狀態時之電氣特性與該LED照明器具處於一不活動狀態之電氣特性；以及在所要藉以控制之該等LED照明器具中之一的電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映與所要藉以控制之該不變LED照明器具串聯的該個別可控制耗能元件之電壓的函數。在又另一具體例中，該監測及控制功能進一步操作以：偵測是否所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的任何一者在一超出一預定值之工作週期(以一高工作週期來表示)下係活動的；中斷該高工作週期LED照明器具之操作，以造成該高工作週期LED照明器具處於一不活動狀態；比較該高工作週期LED照明器具在處於一活動狀態時之電氣特性與該高工作週期LED照明器具處於該所造成不活動狀態之電氣特性；以及在該高工作週期LED照明器具之電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映與所要藉以控制之該不變高工作週期LED照明器具串聯的該個別可控制耗能元件之電壓的函數。
在一具體例中，該背光系統進一步包括一單調光輸入信號，該複數個驅動電路之每一者配置用以控制該個別至少兩個LED照明器具，以回應該單調光輸入信號。在另一具體例中，該背光系統進一步包括複數個調光輸入信號，該複數個調光輸入信號之每一者係與該複數個LED照明器具之一特定LED照明器具相關聯，該複數個驅動電路之每一者回應與所要藉以控制之該等個別LED照明器具相關聯之該等調光輸入信號。
獨立地，提供一種控制一用於發光二極體(LEDs)之背光系統的方法，該方法包括：設置一可控制電源；設置複數個LED照明器具，每一LED照明器具配置用以以並聯方式從該設置可控制電源接收電力；設置複數個驅動電路，每一驅動電路配置用以控制該等設置LED照明器具的至少兩個LED照明器具；從該複數個設置驅動電路之每一者輸出關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具之至少一者之一電氣特性的資訊；以並聯方式連接來自該複數個設置驅動電路之輸出資訊至該可控制電源；以及控制該設置可控制電源之輸出電壓，以回應該並接輸出資訊。
在一具體例中，該複數個設置LED照明器具之每一者由一LED串所構成。在另一具體例中，該方法進一步包括：偵測是否該等LED照明器具之任何一者係不活動的；以及防止該輸出資訊反映該已偵測不活動LED照明器具之電氣特性。
在一具體例中，該方法進一步包括：比較該複數個LED照明器具之每一者在處於一活動狀態時之電氣特性與該LED照明器具處於一不活動狀態之電氣特性；以及在該等LED照明器具中之一的電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變LED照明器具之電氣特性。在另一具體例中，該方法進一步包括：偵測是否該等LED照明器具之任何一者在一超出一預定值之工作週期(以一高工作週期來表示)下係活動的；中斷該高工作週期LED照明器具之操作，以造成該高工作週期LED照明器具處於一不活動狀態；比較該高工作週期LED照明器具處於該所造成不活動狀態之電氣特性與該高工作週期LED照明器具處於該活動狀態之電氣特性；以及在該高工作週期LED照明器具之電氣特性在該活動狀態與該所造成不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變高工作週期LED照明器具之電氣特性。
在一具體例中，該方法進一步包括：控制該複數個設置LED照明器具，以回應一單調光輸入信號。在另一具體例中，該方法進一步包括：控制該等設置LED照明器具之每一者，以回應一個別獨特調光輸入信號。
獨立地，提供一種控制一用於發光二極體(LEDs)之背光系統的方法。該方法包括：設置一可控制電源；設置複數個LED照明器具，每一LED照明器具配置用以以並聯方式從該設置可控制電源接收電力；設置複數個驅動電路，每一驅動電路配置用以控制該等設置LED照明器具之至少兩個LED照明器具；從該複數個設置驅動電路之每一者輸出關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具中之至少一者的一電氣特性之資訊；以串聯方式連接來自該複數個設置驅動電路之輸出資訊，其中每一驅動電路之輸出資訊在與從一前串接驅動電路所接收之輸出資訊相關下包括關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的至少一者之電氣特性的資訊；以及控制該設置可控制電源之輸出電壓，以回應該串接輸出資訊。
在一具體例中，該設置可控制電源之輸出電壓的控制係回應該等複數個串接設置驅動電路之最後驅動電路的輸出資訊。在另一具體例中，該方法進一步包括：偵測是否該等LED照明器具之任何一者係不活動的；以及防止該輸出資訊反映該已偵測不活動LED照明器具之電氣特性。
在一具體例中，該方法進一步包括：比較該複數個LED照明器具之每一者在處於一活動狀態時之電氣特性與該LED照明器具處於一不活動狀態之電氣特性；以及在該等LED照明器具中之一的電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變LED照明器具之電氣特性。在另一具體例中，該方法進一步包括：偵測是否該等LED照明器具之任何一者在一超出一預定值之工作週期(以一高工作週期來表示)下係活動的；中斷該高工作週期LED照明器具之操作，以造成該高工作週期LED照明器具處於一不活動狀態；比較該高工作週期LED照明器具處於該所造成不活動狀態之電氣特性與該高工作週期LED照明器具處於該活動狀態之電氣特性；以及在該高工作週期LED照明器具之電氣特性在該活動狀態與該所造成不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變高工作週期LED照明器具之電氣特性。
從下面圖式及敘述將使本發明之額外特徵及優點變得明顯易知。
為了本發明之較佳了解及顯示如何可以實施本發明，現在將僅經由實施例來參考所附圖式，在所有圖式中相似符號表示對應元件或部分。
現在特別詳細參考該等圖式，強調特點係經由實施例來表示且只是為了本發明之較佳具體例的說明論述用，以及以提供相信是最有用且易於了解本發明之原理及概念態樣的敘述之目標來呈現。有鑑於此，沒有試圖要比對本發明之基本了解所需者更詳細來顯示本發明之結構細節，伴隨該等圖式之敘述使熟習該項技藝者明顯知道如何可以具體實施本發明之數個形式。
在詳細說明本發明之至少一具體例前，要了解到，本發明之應用並非侷限於下面敘述所提出或圖式所述之結構細節及組件的配置。本發明可應用至其它具體例或以不同方式來實施。又，要了解到，在此所使用之措辭及術語係描述用及不應該被視為限定用。
圖1描述一背光系統之示範性具體例的高層次方塊圖，其中該背光系統包括一可控制電源10；複數個LED照明器具40，其以LED串40來描述而不具限定；一電力控制驅動電路20，包括一電力控制模組25；複數個驅動電路30；一單調光輸入60，其以一PWM輸入來描述及表示而不具限定；複數個通信通道70；以及複數個感測電阻器RS。該可控制電源10包括一電感器80、一以NFET來描述而不具限定之電子受控開關90及一對電阻器R1及R2。該等LED照明器具40配置用以以並聯方式在其陽極端上接收該可控制電源10之一輸出(以VLED表示)。至少兩個LED照明器具40之陰極端連接至該電力控制驅動電路20，以及至少兩個LED照明器具40之陰極端連接至每一驅動電路30。每一LED照明器具40與一特定感測電阻器RS相關聯，每一感測電阻器RS被描述成提供該電力控制驅動電路20與一共同電位點及該驅動電路30與該共同電位點之個別間的連接。通信通道70係設置在每一驅動電路30之一輸出與該串接前驅動電路，亦即，一第二驅動電路30藉由一通信通道70連接至一第一驅動電路30，以及該第一驅動電路30經由一通信通道70連接至該電力控制驅動電路20。在一具體例中，該通信通道70係由一類比輸出所構成，以及在另一具體例中，該通信通道70係由一數位通信通道所構成。該第二驅動電路30之輸入藉由一電阻器連接至一預定電壓，該電壓以VCC表示。
該電力控制驅動電路20及每一驅動電路30被描述成在內部具有可控制耗能元件，其將在下面做進一步描述，其中每一可控制耗能元件與一特定LED照明器具40及個別相關感測電阻器RS相關聯，然而，這絕不表示限制，以及可以供應外部可控制耗能元件而不超出範圍。
一輸入電容器連接於一DC電源(以VIN表示)與一共同電位間，以及該DC電源VIN進一步連接至該電感器80之第一端。該電感器80之第二端經由一單向電子閥連接至該輸出VLED，該輸出VLED如上所述連接至該等LED照明器具40之每一者的陽極端。連接在該輸出VLED與該共同電位間更設置一輸出電容器。該電子控制開關90之汲極連接至該電感器80之第二端、該電子控制開關90之源極經由一電阻器連接至該共同電位以及該電子控制開關90之閘極連接至該電力控制驅動電路20之一輸出，特別是連接至電力控制模組25之一輸出。該電子控制開關90之源極進一步連接至主動驅動電路20之一輸入，特別是該電力控制模組25之一輸入。輸出VLED進一步經由一由電阻器R1及R2所構成之分壓器連接至該共同電位，該分壓連接至主動驅動電路20之一輸入，特別是連接至電力控制模組25之一輸入。
電力控制驅動電路20被描述成控制複數個LED照明器具40，然而，這絕不表示限制。在另一具體例中，該電力控制驅動電路20沒有設置相關LED照明器具40，以及該電力控制驅動電路20因而做為控制該可控制電源10之輸出，以回應經由該通道70所接收之通信。將上面描述於一具體例中，其中每一驅動電路30設置有複數個LED照明器具40，然而，這絕不表示限制，以及可以有下面之設置而不超出範圍：至少一驅動電路30只呈現一從可控制電源10接收電力之單LED照明器具。將上面描述於一具體例中，其中設置兩個驅動電路，然而，這絕不表示限制，以及可以設置任何數目之驅動電路30而不超出範圍。
在操作中，可控制電源10從輸入電壓VIN產生輸出電壓VLED，以回應電子受控開關90之交替打開及關閉，電子受控開關90之交替打開及關閉係回應電力控制驅動電路20之電力控制模組25。由電力控制模組25控制電子受控開關90之工作週期，以回應下面所要進一步描述之該等不同LED照明器具40的電氣特性及回應該調光輸入60。由電阻器R1及R2所構成之該分壓器進一步取樣可控制電源10之輸出，將該取樣分壓饋入作為對電力控制模組25之輸入。
每一驅動電路30操作以監測與其相關聯之複數個LED照明器具40的至少一電氣特性及從因被驅動、測定該複數個LED照明器具40之一特定LED照明器以呈現可因該至少一電氣特性來較佳地控制可控制電源10，及經由通道70輸出關於該等複數個LED照明器具40之該已測定特定LED照明器具的至少一電氣特性之資訊。如以上所述，該等驅動電路20及30係串接的，以及因而，第二驅動電路30之輸入連接至一預定電位。第二驅動電路30之輸出連接至該前驅動電路30之輸入，在該前驅動電路30處將該接收資訊與該已測定電氣特性做比較。在該等LED照明器具40之每一者下側設置一耗能元件及以FET實施該耗能元件的一所述特定具體例中，將關於與該複數個LED照明器具40相關聯及回應該複數個LED照明器具40之該耗能元件的最低汲極電壓之資訊經由通信通道70傳送輸出。在一下面所要進一步描述之示範性具體例中，進一步對關於該最低汲極電壓或其它電氣特性之資訊實施濾波處理，以便說明一失能或開路LED照明器具40。不需要傳送該特定LED照明器具40之識別，或直接識別該特定LED照明器具40。關於該電氣特性之資訊的傳送係充分的。在一示範性具體例中，將經由通信通道70所接收之輸入加入該比較。因此，如果以從該前驅動電路30經由通信通道70所接收之數值來表示該最低電壓，則經由該驅動電路30之輸出埠進一步輸出經由通信通道70所接收之該最低電壓。
電力控制驅動電路20配置用以監測與其相關聯之複數個LED照明器具40的至少一電氣特性及從而被驅動以及在特別相較於從通信通道70所接收之資訊下測定該等LED照明器具40之一特定LED照明器，以回應可因而較佳地控制可控制電源10之至少一電氣特性。因此，電力控制驅動電路20配置用以確定是否與其相關聯之LED照明器具40中之該已測定LED照明器具用以控制可控制電源10之輸出，或者是否一經由通信通道70所接收之數值用以控制可控制電源10之輸出，因此，有效地控制輸出VLED，以回應該等LED照明器具40中之任何一LED照明器具40的電氣特性而不具限定。
電力控制驅動電路20不需實際識別與其相關聯之呈現該控制電氣特性的該LED照明器具40，因為在一示範性具體例中，輸出VLED之控制係回應該電氣特性本身及不是一特定識別之函數。因此，在一非限定具體例中，不管是與該電力控制驅動電路20或驅動電路30相關聯，每一LED照明器具40之電氣特性連接至一配置用以朝電力控制模組25傳送該複數個輸入之最小值以便控制輸出VLED而不超出範圍之電路。
在一非限定實施例中，如上所述，電力控制驅動電路20配置用以控制可控制電源10之輸出VLED，以便最小化該複數個耗能元件(每一耗能元件與一特定LED照明器具40相關聯)之最低汲極電壓而不管是否該最低汲極電壓與電力控制驅動電路20或與該等不同驅動電路30中之一相關聯。較佳的是，確定一最小頂部空間(head room)，以便不允許該最低汲極電壓落在一預定值下面。該預定值可能與一下面所要進一步描述之誤差情況相關聯。
在一示範性具體例中，電力控制驅動電路20及驅動電路30之每一者進一步操作以測定該電氣特性係在一表示該個別LED照明器具40之適當操作的預定範圍內，以及如果該特性係在該預定範圍之外，則不使用該LED照明器具40之電氣特性來控制可控制電源10之輸出VLED。因此，在一LED照明器具40呈現一開路LED或者一個或多個短路LED之情況中，將不使用呈現該開路LED或該(等)短路LED之該LED照明器具40來控制可控制電源10而無關於該電氣特性，以及可能進一步使該LED照明器具40失能。
在一具體例中，在用以控制可控制電源10之輸出VLED的該電氣特性係在一預定範圍之外的情況中，較佳的是加速可控制電源10之響應率(response rate)。在一非限定實施例中，在一耗能元件之汲極電壓用以控制可控制電源10之輸出VLED的情況中、在與該等不同LED照明器具40相關聯之該最低汲極電壓超出一第一預定限制之情況中，較佳的是加速可控制電源10之響應率，以快速減少過量電力消耗，以及在與該等不同LED照明器具40相關聯之該最低汲極電壓小於一第二預定限制之情況中，較佳的是加速可控制電源10之響應率，以快速克服電流飢餓(current starvation)。
除了對每一LED照明器具40提供一獨特調光輸入，以取代一單調光輸入60之外，如上面圖1所述，圖2描述一呈現一可控制電源10及複數個串接驅動電路之背光系統的高層次方塊圖。在操作中，除了從一視頻控制器(未顯示)提供表示調光之複數條PWM線(每一PWM線與一特定LED照明器具40或一組LED照明器具40相關聯)之外，圖2在所有方面係相似於圖1。
要了解到，必須使該至少一電氣特性之測量與該個別PWM信號協調一致，以確保只在一主動期間測量或取樣該電氣特性，以及進一步了解到，所測量及取樣之電氣特性的任何比較在該比較期間一定是有效的。
較佳的是，藉由該等LED照明器具40之每一者的操作之適當錯調來回應該等個別PWM輸入之時序，以減少EMI及電壓漣波。在另一選擇中，提供錯調，以回應從該主動驅動電路所接收之指令。
圖3描述一在電力控制驅動電路20與驅動電路30兩者中所提供之與每一LED照明器具40相關聯的受控耗能元件110之高層次示意圖，該受控耗能元件110包括一差動放大器120及一電子受控開關130，該電子受控開關130係以一NMOSFET來描述而不具限定。如下面所要進一步描述，每一受控耗能元件係回應一單監測及控制功能140。為了清楚起見，進一步描述上面圖1及圖2所述之LED照明器具40及感測電阻器RS。
該LED照明器具40之陰極端連接至該電子受控開關130之汲極以及連接至監測及控制功能140之一輸入。該電子受控開關130之源極連接至差動放大器120之反相輸入及經由感測電阻器RS連接至該共同電位。差動放大器120之非反相輸入連接至一參考電壓信號(以REF表示)，差動放大器120之控制輸入連接至監測及控制功能140之一輸出，以及差動放大器120之輸出連接至電子受控開關130之閘極。一如上面圖2所述之用於每一LED照明器具40的PWM控制輸入或一如上面圖1所述之用於所有LED照明器具40的單PWM輸入60連接至監測及控制功能140作為一輸入。
在操作中，受控耗能元件110用以限制經過LED照明器具40之電流，以便不超過參考電壓REF所表示之數值。監測及控制功能140操作以交替地藉由將差動放大器120致能以使LED照明器具40處於一活動狀態及藉由將差動放大器120失能以使LED照明器具40處於一不活動狀態。當該個別LED照明器具40處於一活動狀態時，監測及控制功能 140進一步活動以輸入每一電子受控開關130之汲極電壓，以及比較該等各種電子受控開關130之不同輸入汲極電壓，以測定該LED照明器具40呈現最大電壓降。在一示範性具體例中，經由通信通道70傳遞該複數個電子受控開關130之最低汲極電壓至電力控制驅動電路20。在一特定具體例中，提供經由通信通道70所接收之輸入至監測及控制功能140作為一額外輸入。將電力控制驅動電路20之監測及控制功能140的輸出饋送至電力控制模組25作為一輸入，以回應該輸入來控制輸出電壓VLED。
監測及控制功能140進一步操作以比較在該相關LED照明器具40處於一活動狀態時該電子受控開關130之汲極上的電壓與在該相關LED照明器具40處於一不活動狀態時電子受控開關130之汲極上的電壓。在該電壓係不變或變小於一預定最小值之數量的情況(其表示LED照明器具40係開路的)中，在測定該最低汲極電極時不使用與該不變LED照明器具40相關聯之汲極電壓，因而防止該電力控制模組25回應該不變LED照明器具40來控制輸出VLED。
監測及控制功能140在一LED照明器具40呈現一大於一預定值之工作週期之情況(該LED照明器具40因而表示一高工作週期LED照明器具40)中進一步操作以中斷該工作週期，因而使該高工作週期LED照明器具40處於一不活動狀態。監測及控制功能140進一步操作以比較在該相關高工 作週期LED照明器具40處於一活動狀態時電子受控開關130之汲極上的電壓與在該相關高工作週期LED照明器具40處於一不活動狀態時電子受控開關130之汲極上的電壓。在該電壓係不變或變小於一預定最小值之數量的情況(其表示該高工作週期LED照明器具40係開路的)中，在測定該最低汲極電極時不使用與該不變高工作週期LED照明器具40相關聯之汲極電壓，因而防止電力控制驅動電路20回應該不變高工作週期LED照明器具40來控制輸出VLED。
監測及控制功能140進一步操作以確保當該相關LED照明器具40處於一活動狀態時，只對汲極電壓實施個別電壓之比較，以及因此，在一示範性具體例中，它包括一記憶體或取樣保持功能，因為所有LED串40不需要同時處於一活動狀態。
圖4描述複數個並聯驅動電路30之高層次示意圖，其包括電力控制模組25、電阻器R1及R2以及一連接電阻器RT。每一驅動電路30包括一差動放大器210及一電子受控開關220，該電子受控開關220以一NFET來描述而不具限定。每一差動放大器210之反相輸入連接至該個別監測及控制功能140之輸出識別電氣特性，其在此以VDMIN來表示，亦即，上面圖3所述之相關耗能元件(特別是電子受控開關130)的最小汲極電壓。每一差動放大器210之輸出連接至該個別電子受控開關220之閘極，該等電子受控開關 220之每一者的源極連接至該共同電位，以及每一電子受控開關220之汲極連接至該個別差動放大器210之非反相輸入及至連接電阻器RT之第一端，該電位以VT來表示。連接電阻器RT之第一端進一步藉由一電阻器連接至一正電位(以VCC來表示)及藉由一電容器連接至該共同電位。連接電阻器RT之第二端如上面圖1所述連接至電阻器R1及R2之共同點及至電力控制模組25的回授輸入。
在操作中，每一差動放大器210藉由控制該個別電子受控開關220之閘極電壓，同時允許電位VT減少至一比VDMIN低之數值而沒有反應，以操作驅動電位VT成為不大於在該差動放大器210之反相輸入上的個別VDMIN輸入。因此，電位VT反映在該個別差動放大器210之反相輸入上所經歷之各種VDMIN值的最小值。經由R1及R2所構成之電阻器分壓器的回授電壓受電位VT之影響，特別地，VLED受下面方程式之控制：VLED=Vref*(1+R1/R2)-R1/RT(VT-Vref)，其中Vref係該電力控制模組25之一誤差放大器的內部參考。
圖5描述一適用於圖4之背光系統的操作方法之示範性具體例的高層次流程圖。在步驟1000中，設置一可控制電源。在步驟1010中，設置複數個LED照明器具，每一LED照明器具配置用以以並聯方式從步驟1000之該設置可控制電源接收電力。在步驟1020中，設置複數個驅動電路，每一設置驅動電路控制步驟1010之該等設置LED照明器具的至少兩個LED照明器具。在步驟1030中，從每一驅動電路輸出關於該等LED照明器具之至少一者的一電氣特性之資訊，以回應該個別驅動電路。任選地，該電氣特性係橫跨該等LED照明器具之電壓降的函數，以回應該個別驅動電路。在如圖3所述，針對每一LED照明器具在該照明器具之下側供應一耗能元件的特定具體例中，該電氣特性係在一適當活動LED照明器具之耗能元件的汲極上之最低電壓。在步驟1040中，如上面圖4所述，來自該等各種驅動電路之輸出資訊以並聯方式連接至步驟1000之可控制電源。
在步驟1050中，控制步驟1000之該設置可控制電源的輸出電壓，以回應該輸出資訊。特別地，在一示範性具體例中，較佳地控制步驟1000之該設置可控制電源的輸出電壓，以回應呈現最大電壓降之該LED照明器具，而無關於與其相關聯之個別驅動電路。
在任選步驟1060中，實施該等LED照明器具之任一LED照明器具係處於不活動狀態之偵測，以及防止回應該不活動LED照明器具來控制步驟1050之可控制電源的輸出電壓，較佳的是，防止該資訊輸出反映該不活動LED照明器具。
在任選步驟1070中，將在活動狀態中之該等LED照明器具的每一者之電氣特性與在不活動狀態中之該LED照明器具的電氣特性作比較。如果電氣特性係不變的，則此表示一故障LED照明器具，以及防止回應該不變LED照明器具來控制步驟1050之可控制電源的輸出電壓，較佳的是，防止該資訊之輸出反映該不變LED照明器具。
在任選步驟1080中，偵測一呈現一超出一預定限制之工作週期的LED照明器具，以及其以一高工作週期LED照明器具來表示，其中測定該高工作週期，以回應該相關調光信號。中斷該高工作週期，以造成該高工作週期LED照明器具成為一不活動狀態。可能因下面原因而需要中斷：一100%工作週期；該高工作週期超出其它所需響應參數；或者其它需求而不具限定。將在活動狀態中之高工作週期LED照明器具的電氣特性與在不活動狀態中之高工作週期LED照明器具的電氣特性做比較。如果該電氣特性係不變的，則此表示一故障高工作週期LED照明器具，以及防止回應該不變高工作週期LED照明器具來控制步驟1050之可控制電源的輸出電壓，較佳的是，防止該資訊之輸出反映該不變高工作週期LED照明器具。
圖6描述一適用於圖1或圖2之背光系統的操作方法之示範性具體例的高層次流程圖。在步驟2000中，設置一可控制電源。在步驟2010中，設置複數個LED照明器具，每一LED照明器具配置用以以並聯方式從步驟2000之該設置可控制電源接收電力。在步驟2020中，設置複數個驅動電路，每一設置驅動電路控制步驟2010之該等設置LED照明器具的至少兩個LED照明器具。在步驟2030中，從每一驅動電路輸出關於該等LED照明器具之至少一者的一電氣特性之資訊，以回應該個別驅動電路。任選地，該電氣特性係橫跨該等LED照明器具之電壓降的函數，以回應該個別驅動電路。在如圖3所述，針對每一LED照明器具在該照明器具之下側供應一耗能元件的特定具體例中，該電氣特性係在一適當活動LED照明器具之耗能元件的汲極上之最低電壓。在步驟2040中，如上面圖1及圖2所述，來自該等各種驅動電路之輸出資訊以串聯方式連接至步驟2000之可控制電源。在一示範性具體例中，來自每一驅動電路之輸出資訊因而在與從該等串接驅動電路之前一驅動電路所接收之資訊相關下包括關於該等LED照明器具之電氣特性的資訊，以回應該驅動電路。在一具體例中，在傳遞一最小電壓之情況中，可以在該驅動電路30或電力控制驅動電路20內部使用圖3之電路且該等相關LED照明器具之個別汲極電壓連接成為VDMIN及該接收最小電壓連接成為一額外VDMIN。
在步驟2050中，控制步驟2000之該設置可控制電源的輸出電壓，以回應該輸出資訊。特別地，在一示範性具體例中，較佳地控制步驟2000之該設置可控制電源的輸出電壓，以回應呈現最大電壓降之該LED照明器具，而無關於與其相關聯之個別驅動電路。較佳的是，藉由該等串接驅動電路之最後驅動電路(例如，圖1或圖2之電力控制驅動電路20)來控制該可控制電源。
在任選步驟2060中，實施該等LED照明器具之任一LED照明器具係處於不活動狀態之偵測，以及防止回應該不活動LED照明器具來控制步驟2050之可控制電源的輸出電壓，較佳的是，防止該資訊之輸出反映該不活動LED照明器具。
在任選步驟2070中，將在活動狀態中之該等LED照明器具的每一者之電氣特性與在不活動狀態中之該LED照明器具的電氣特性作比較。如果該電氣特性係不變的，則此表示一故障LED照明器具，以及防止回應該不變LED照明器具來控制步驟2050之可控制電源的輸出電壓，較佳的是，防止該資訊之輸出反映該不變LED照明器具。
在任選步驟2080中，偵測一呈現一超出一預定限制之工作週期的LED照明器具，以及其以一高工作週期LED照明器具來表示，其中測定該高工作週期，以回應該相關調光信號。中斷該高工作週期，以造成該高工作週期LED照明器具成為一不活動狀態。可能因下面原因而需要中斷：一100%工作週期；該高工作週期超出其它所需響應參數；或者其它需求而不具限定。將在活動狀態中之高工作週期LED照明器具的電氣特性與在不活動狀態中之高工作週期LED照明器具的電氣特性做比較。如果該電氣特性係不變的，則此表示一故障高工作週期LED照明器具，以及防止回應該不變高工作週期LED照明器具來控制步驟2050之可控制電源的輸出電壓，較佳的是，防止該資訊之輸出反映該不變高工作週期LED照明器具。
察覺到在個別具體例之上下文中為了清楚所描述之本發明的某些特徵亦可以以組合方式提供於單一具體例中。相反地，亦可以個別地或以任何適當子組合方式提供在單一具體例之上下文中為了簡潔所描述之本發明的各種特徵。
除非另外界定，在此所使用之所有技術及科學術語具有相同於本發明所屬之一般技藝中之一所通常了解之意思。雖然可在本發明之實施或測試中使用相似或等同於在此所述之方法，但是在此描述合適方法。
以提及方式併入在此所提及之所有刊物、專利申請案、專利及其它參考資料之全部。在衝突之情況中，該專利說明書(包括定義)將占優勢。此外，材料、方法及實施例係描述用而不是意欲做為限定用。
熟習該項技藝者將察覺到本發明並非侷限於上面所特別顯示及描述者。更確切地說，本發明之範圍係以所附申請專利範圍來界定及包括上面所述之各種特徵之組合及子組合以及熟習該項技藝者在讀取先前敘述時可想到且不在該習知技藝中之它們的變更及修改。
10‧‧‧可控制電源
20‧‧‧電力控制驅動電路
25‧‧‧電力控制模組
30‧‧‧驅動電路
40‧‧‧LED照明器具
60‧‧‧單調光輸入
70‧‧‧通信通道
80‧‧‧電感器
90‧‧‧電子受控開關
110‧‧‧耗能元件
120‧‧‧差動放大器
130‧‧‧電子受控開關
140‧‧‧單監測及控制功能
210‧‧‧差動放大器
220‧‧‧電子受控開關
REF‧‧‧參考電壓信號
R1‧‧‧電阻器
R2‧‧‧電阻器
RS‧‧‧感測電阻器
RT‧‧‧連接電阻器
VCC‧‧‧正電位
VDMIN‧‧‧最小汲極電壓
VIN‧‧‧DC電源
VLED‧‧‧輸出
VT‧‧‧電位
圖1描述一呈現一可控制電源及複數個串接驅動電路之背光系統的高層次方塊圖，該第一驅動電路配置用以控制該 可控制電源之輸出及該等驅動電路之每一者接收一單共同調光輸入；圖2描述一呈現一可控制電源及複數個串接驅動電路之背光系統的高層次方塊圖，該第一驅動電路配置用以控制該可控制電源之輸出及該等驅動電路之每一者接收一用於每一LED照明器具之一調光輸入；圖3描述一與圖1或圖2之每一LED照明器具相關聯所較佳提供之受控耗能元件的高層次示意圖；圖4描述複數個並聯驅動電路之高層次示意圖；圖5描述一適用於圖4之背光系統的操作方法之示範性具體例的高層次流程圖；以及圖6描述一適用於圖1或圖2之驅動電路的操作方法之示範性具體例的高層次流程圖。
10．．．可控制電源
20．．．電力控制驅動電路
25．．．電力控制模組
30．．．驅動電路
40．．．LED照明器具
60．．．單調光輸入
70．．．通信通道
80．．．電感器
90．．．電子受控開關
R1．．．電阻器
R2．．．電阻器
RS．．．感測電阻器

Claims (15)

  1. 一種背光系統，用於發光二極體(LEDs)，該背光系統包括：一可控制電源；複數個LED照明器具，配置用以以並聯方式從該可控制電源接收電力；及複數個驅動電路，該複數個驅動電路之每一者配置用以控制該複數個LED照明器具之至少兩個LED照明器具的光輸出，及進一步配置用以比較受控制之該至少兩個LED照明器具之電壓降並輸出關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的至少一者之電壓降的資訊以回應上述之比較；及複數個可控制耗能元件，該複數個可控制耗能元件之每一者以串聯方式配置在該複數個LED照明器具之一獨特LED照明器具中，以及其中該輸出資訊係在該個別可控制耗能元件之一端上的電壓之函數，其中該可控制電源配置用以輸出一電壓，以回應該輸出資訊，以及其中：該複數個驅動電路以串聯方式連接，每一驅動電路之輸出資訊在與從一前串接驅動電路所接收之輸出資訊相關下，包括關於所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的至少一LED照明器具之電壓降的資訊；或來自該複數個驅動電路之輸出資訊係以並聯方式連接至 該可控制電源，其中該複數個LED照明器具之每一者係由一LED串所構成，其中該等驅動電路之每一者包括一監測及控制功能，其配置用以：偵測是否所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的任何一者係不活動的；以及防止該輸出資訊反映與所要藉以控制之該不活動LED照明器具串聯的該個別可控制耗能元件之電壓的函數。
  2. 如申請專利範圍第1項之背光系統，其中，當該複數個驅動電路係以串聯方式連接時，該可控制電源回應該複數個串聯連接驅動電路之最後驅動電路的輸出。
  3. 如申請專利範圍第1項之背光系統，其中，該監測及控制功能進一步配置以：比較所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的每一者在處於一活動狀態時之電氣特性，與該LED照明器具處於一不活動狀態之電氣特性；以及在所要藉以控制之該等LED照明器具中之一的電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映與所要藉以控制之該不變LED照明器具串聯的該個別可控制耗能元件之電壓的函數。
  4. 如申請專利範圍第1項之背光系統，其中，該監測及控 制功能進一步配置以：偵測是否所要藉以控制之該至少兩個LED照明器具的任何一者，在一超出一預定值之以一高工作週期來表示之工作週期下係活動的；中斷該高工作週期LED照明器具之操作，以造成該高工作週期LED照明器具處於一不活動狀態；比較該高工作週期LED照明器具在處於一活動狀態時之電氣特性，與該高工作週期LED照明器具處於該所造成不活動狀態之電氣特性；以及在該高工作週期LED照明器具之電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映與所要藉以控制之該不變高工作週期LED照明器具串聯的該個別可控制耗能元件之電壓的函數。
  5. 如申請專利範圍第1項之背光系統，進一步包括一與所設置之該複數個驅動電路的每一者通信之單調光輸入信號，該複數個驅動電路之每一者配置用以控制該個別至少兩個LED照明器具，以回應該單調光輸入信號。
  6. 如申請專利範圍第1項之背光系統，進一步包括複數個調光輸入信號，該複數個調光輸入信號之每一者係與該複數個LED照明器具之一特定LED照明器具相關聯，該複數個驅動電路之每一者回應與所要藉以控制之該等個別LED照明器具相關聯之該等調光輸入信號。
  7. 一種控制一用於發光二極體(LEDs)之背光系統的方法，該方法包括：設置一可控制電源；設置複數個LED照明器具，每一LED照明器具配置用以以並聯方式從該設置可控制電源接收電力；設置複數個驅動電路，每一驅動電路配置用以控制該等設置LED照明器具之至少兩個LED照明器具；對於該等驅動電路之每一者，比較該驅動電路所控制之該至少兩個LED照明器具的每一者之一電氣特性；回應於上述之比較，選擇該驅動電路所控制之該至少兩個LED照明器具中的一個；從該複數個設置驅動電路之每一者輸出關於所選擇之該一個LED照明器具之電氣特性的資訊；以並聯方式連接來自該複數個設置驅動電路之輸出資訊至該可控制電源；以及控制該設置可控制電源之輸出電壓，以回應該並聯連接輸出資訊，其中該複數個設置LED照明器具之每一者由一LED串所構成，並進一步包含：偵測是否該等LED照明器具之任何一者係不活動的；以及防止該輸出資訊反映該已偵測不活動LED照明器具之電 氣特性。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，進一步包括：比較該複數個LED照明器具之每一者在處於一活動狀態時之電氣特性，與該LED照明器具處於一不活動狀態之電氣特性；以及在該等LED照明器具中之一的電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變LED照明器具之電氣特性。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，進一步包括：偵測是否該等LED照明器具之任何一者在一超出一預定值之以一高工作週期來表示之工作週期下係活動的；中斷該高工作週期LED照明器具之操作，以造成該高工作週期LED照明器具處於一不活動狀態；比較該高工作週期LED照明器具處於該所造成不活動狀態之電氣特性，與該高工作週期LED照明器具處於該活動狀態之電氣特性；以及在該高工作週期LED照明器具之電氣特性在該活動狀態與該所造成不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變高工作週期LED照明器具之電氣特性。
  10. 如申請專利範圍第7項之方法，進一步包括：控制該複數個設置LED照明器具，以回應一與所設置之該複數個驅動電路的每一者通信之單調光輸入信號。
  11. 如申請專利範圍第7項之方法，進一步包括：控制該等設置LED照明器具之每一者，以回應一個別獨特調光輸入信號。
  12. 一種控制一用於發光二極體(LEDs)之背光系統的方法，該方法包括：設置一可控制電源；設置複數個LED照明器具，每一LED照明器具配置用以以並聯方式從該設置可控制電源接收電力；設置複數個驅動電路，每一驅動電路配置用以控制該等設置LED照明器具之至少兩個LED照明器具；對於該等驅動電路之每一者，比較該驅動電路所控制之該至少兩個LED照明器具的每一者之一電氣特性；回應於上述之比較，選擇該驅動電路所控制之該至少兩個LED照明器具中的一個；從該複數個設置驅動電路之每一者輸出關於所選擇之該一個LED照明器具的電氣特性之資訊；以串聯方式連接來自該複數個設置驅動電路之輸出資訊，其中每一驅動電路之輸出資訊在與從一前串接驅動電路所接收之輸出資訊相關下，包括關於所選擇之該一個LED照明器具之電氣特性的資訊；以及控制該設置可控制電源之輸出電壓，以回應該串聯連接輸出資訊， 其中該複數個設置LED照明器具之每一者由一LED串所構成，並進一步包含：偵測是否該等LED照明器具之任何一者係不活動的；以及防止該輸出資訊反映該已偵測不活動LED照明器具之電氣特性。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，該設置可控制電源之輸出電壓的控制係回應該等複數個串聯連接設置驅動電路之最後驅動電路的輸出資訊。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，進一步包括：比較該複數個LED照明器具之每一者在處於一活動狀態時之電氣特性，與該LED照明器具處於一不活動狀態之電氣特性；以及在該等LED照明器具中之一的電氣特性在該活動狀態與該不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變LED照明器具之電氣特性。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，進一步包括：偵測是否該等LED照明器具之任何一者在一超出一預定值之以一高工作週期來表示之工作週期下係活動的；中斷該高工作週期LED照明器具之操作，以造成該高工作週期LED照明器具處於一不活動狀態；比較該高工作週期LED照明器具處於該所造成不活動狀 態之電氣特性，與該高工作週期LED照明器具處於該活動狀態之電氣特性；以及在該高工作週期LED照明器具之電氣特性在該活動狀態與該所造成不活動狀態間係不變的情況中，防止該輸出資訊反映該不變高工作週期LED照明器具之電氣特性。
TW099133497A 2009-10-01 2010-10-01 背光系統及控制背光系統的方法 TWI449463B (zh)

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