TWI473531B - 用於高效率、快速暫態多通道發光二極體驅動器之方法和系統 - Google Patents

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Description

用於高效率、快速暫態多通道發光二極體驅動器之方法和系統
本發明係關於與發光二極體(LED)以及合併其之系統有關的方法與系統。更特別地，本發明係關於用於LED驅動器以及合併其之系統的方法與系統。
高亮度發光二極體(LEDs)的出現已經導致習知發光世界進入固體狀態發光的新紀元。高光學效率、長操作壽命、寬操作溫度範圍與環境親和性，其係為在白熾或螢光辦法上有利於LED技術的一些關鍵特徵。當被均勻控制的LEDs在高性能LCD背光中佔主宰地位時，在動態LCD背光與LED顯示器中逐漸發現大型陣列個別調變LEDs的新應用。由於在順向電壓降、光通量輸出與峰值波長的製造變化，無論如何，這些應用都需要具有低產量與高成本之損失的篩選策略(binning strategy)，或者除了以簡單電阻器為主之辦法以外的較佳電路改善技術。
由於藉由個別調變複數個通道驅動器所啟動，LEDs大型陣列可被分成複數個通道，其係在每一通道中具有一或更多個串聯連接的LEDs。每一通道需要個別點校正電流調整與個別灰階脈衝寬度調變(PWM)調光。點校正電流調整校準通道之間的亮度偏差，且灰階PWM調光則會在沒有任何顏色偏移之下控制亮度。
為了得到較佳的性能，PWM調光信號會被同步化為相 同頻率，而在上升邊緣之間則沒有任何相位移位。除了這些基本功能以外，兩測量，亦即系統效率與最小的LED開啟時間，其目的在於進一步評估此一個別調變多通道LED驅動器的性能。該系統效率以全LED輸出功率除以全輸入功率來定義。穿過LED驅動器之較低位準的功率耗損因此會增加系統效率。最小的LED開啟時間可依據從PWM上升邊緣開始到LED電流達到調整位準之時間的時間間隔來測量。因此，較短的最小LED開啟時間會對應更快的反應時間與更高的對照比率，其係在高性能顯示器應用中令人希望。
可研發以切換調整器為主的各種電路，以取得具有高效率的單一通道串聯LEDs。圖1(先前技術)顯示被施加到複數個通道LEDs之此些技術的施加情形。電路100包含欲被供應到複數個通道110、130、…、150的輸入電壓105。每一通道包括單一通道切換LED驅動器，例如120、140、…、160以及相關元件，譬如串聯連接發光二極體(115-a至115-b、135-a至135-b、以及155-a至155-b)與電容器(125、145、…、165)。
由於每一通道的專用切換電路與被動元件(亦即，電感器與電容器)，圖1所示的此種個別架構並非總是獲得保證。同時，切換調整器所固有的緩慢暫態反應，其係由迴轉電感器電流、充電電容器電壓與有限切換頻率所造成，會加諸範圍從數個到數十微秒的較長最小LED開啟時間。
此些問題已經被盡力處理了。圖2與圖3(先前技術)顯示依據平行架構的兩種此種辦法，其中單一個功率轉換器會合併複數個線性電流槽。此一平行架構會刪除每一通道之精細複雜切換電路與外部被動元件的需求，並且以簡化的線性電路來取代它們。呈以電感器、電容器或變壓器為主之電壓調整器形式的單一功率轉換器，其係會將寬範圍的輸入電壓轉換成單一LED匯流排電壓，該電壓則會被供應到所有通道。每一電流槽將其電流調整與調變為希望的電流調整以及PWM調光設定。同時，電流槽會吸收額外的電壓降，其係等於LED匯流排電壓減去實際的LED順向電壓降。
如圖2所示(先前技術)的第一平行辦法會採取獨立的功率轉換器205。輸出LED匯流排電壓255會被調整成與所有LED通道之動態無關的預設固定值。此先前技術電路200包含獨立功率轉換器205、電阻分配器網路210、大輸出電容器225以及複數個平行通道。每一平行通道包括相應的線性電流槽(230、250、…、270)，其係經由串聯連接發光二極體而連接到輸出LED匯流排電壓(電流槽230經由發光二極體235到240、電流槽250經由發光二極體265到260、…、且電流槽270經由發光二極體285到280)。
依據經過溫度、電流與製造變化之最糟情況的LED順向電壓降，輸出LED匯流排電壓會經由反饋電阻器215與220而被程式化為預設固定值。因為在每一PWM信號的上升邊緣，LED匯流排電壓被設定為足夠高，所以將電流注 入電感器與將電容器電壓充電的反應時間則不再必要。因此，最小的LED開啟時間僅僅受限於線性電流槽的暫態反應，其係通常更快，範圍從數十到數百奈秒。此一較短的最小LED開啟時間會導致更快的反應時間與更高的對比率。不過，結合不成熟製造技術的強溫度係數與電流依賴性，其係會造成LED順向電壓降的大變化，而導致更高的功率耗損與更低的系統效率。雖然LED篩選策略可藉由降低LED順向電壓變化來改善系統效率，但是這會使成本升高。
如圖3(先前技術)所示的第二平行辦法採用可適性功率轉換器305。在此先前技術電路300中，替代預設固定值，輸出LED匯流排電壓355會被追蹤到維持所有主動LED通道在進行中被調整所必需的最小值。先前技術電路300亦包含複數個通道，其中每一個皆具有相對應的電流槽(330、350、…、370)，其係經由串聯連接發光二極體而被連接到輸出LED匯流排電壓355(電流槽330經由發光二極體335到340、電流槽350經由發光二極體365到360、…、以及電流槽370經由發光二極體385到380)。此外，電路300亦包括檢測器310，其係檢測在LED電壓VLED1至VLEDn之間的最小LED電壓並將此檢測結果發送到可適性功率轉換器305。
在每一PWM調光循環開始時，大多數的LED通道，假如不是全部的話，會被開啟，而且因此LED匯流排電壓會被調整到其最高值。當後來最糟情形的LED通道被逐漸 關閉時，檢測器310會追蹤最小的LED電壓並且將該檢測結果發送到功率轉換器305，其係會將LED匯流排電壓轉換到較低值，並仍使剩餘的主動LED通道維持穩定而沒有浪費任何額外的不必要功率。此可適性追蹤LED匯流排電壓會藉由將穿過電流槽的不必要功率消耗移除來改善系統效率。不過，恰巧在大部分LED通道將再度被開啟以前，LED匯流排電壓會在恰巧下一PWM調光循環以前達到其最低值。當這發生時，LED匯流排電壓無法高到足以將所有主動LED通道維持穩定，且最小的LED開啟時間會大幅增加，以容納切換功率轉換器的慢暫態反應，而將輸出電容器充電到其最高值。
本發明係關於用於發光二極體(LED)驅動器的方法與設備，該驅動器將LED匯流排電壓供應到以複數個通道所組成的LEDs大型陣列，在每一通道中則有一或更多個LEDs串聯連接。本發明亦關於結合如在此所揭露之LED驅動器或方法的方法與系統。
在本發明的一個態樣中，LED驅動器的設備會被揭露，以便將LED匯流排電壓供應到以複數個通道所組成之LEDs大型陣列，在每一通道中則具有一或更多的LEDs串聯連接。根據在此所揭露的本發明，示範性LED驅動器包括功率轉換器，其係被設計用於依據電壓控制信號將LED匯流排電壓提供到複數個LED通道。LED驅動器也包括反 饋產生電路，其係被架構用於依據供應到複數個LED通道的LED匯流排電壓而產生反饋信號。再者，LED驅動器包括以相位分離為主的控制器，其係被提供用於產生依據來自複數個LED通道的反饋信號與資訊來產生電壓控制信號。以相位分離為主的控制器會將有關於每一通道的每一脈衝寬度調變(PWM)調光循環分成追蹤相位與事先充電相位，以致於被供應到複數個通道的LED匯流排電壓能夠在追蹤相位與事先充電相位之間改變。
在本發明的另一態樣，其係揭露如在此所討論之一種用於LED驅動器的方法。根據本發明，LED匯流排電壓會依據電壓控制信號被供應到複數個LED通道，其係依據來自複數個通道的反饋信號與資訊所產生。反饋信號依據被供應到複數個通道的LED匯流排電壓來產生。被提供到複數個通道的LED匯流排電壓會在追蹤相位與事先充電相位之間產生不同值，其係關於與每一通道有關的每一脈衝寬度調變(PWM)調光循環來區分。
在本發明的仍另一態樣中，具有被揭露出由LED驅動器所驅動之LED顯示器的溝通裝置，其係供應LED匯流排電壓，其係依據電壓控制信號被供應到複數個LED通道。所供應的LED匯流排電壓會被使用來產生反饋信號，且電壓控制信號會依據該反饋信號與來自複數個通道的其他資訊而產生。被提供到複數個通道的LED匯流排電壓會在追蹤相位與事先充電相位之間產生不同值，其係藉由將與每一通道有關的每一脈衝寬度調變(PWM)調光循環區分所 取得。
本發明一般係關於發光二極體(LED)驅動器電路。更特別地，本發明係關於高效率、快速暫態個別調變多通道LED驅動器，其係並且可應用在LCD動態LED背光或單、多、全色LED顯示器應用。
本發明在此揭露具有高效率與快速暫態反應的多通道LED驅動器，其係適用於具有寬範圍順向電壓變化的LEDs。在圖4中，其係顯示依據平行架構所建構的示範性電路400。示範性電路400包含功率轉換器405、以相位分離為主的控制器410、反饋產生電路415、大輸出電容器420以及複數個個別LED通道。每一平行通道均包含獨立電流槽(430、450、…、470)，其係經由串聯連接的發光二極體被連接到輸出LED匯流排電壓455(電流槽430經由發光二極體435到440、電流槽450經由發光二極體465到460、…、且電流槽470經由發光二極體485到480)。反饋產生電路415包含兩個串聯連接電阻器425與427，以產生反饋信號VFB。反饋信號VFB以及來自每一電流槽的LED電壓信號VLED1至VLEDn，其係均會被饋送到以相位分離為主的控制器410。
當操作時，以相位分離為主的控制器410會將任一PWM調光循環分成兩相位，亦即追蹤相位與事先充電相位。在追蹤相位期間內，LED匯流排電壓455會被可適性 地調整到使所有主動LED通道維持穩定所需要的最小值，從而得到高系統效率。在事先充電相位內，其係通常對應小分數/部分的PWM調光循環，LED匯流排電壓455會朝向由反饋產生電路415所程式化的一預設固定值來調整。以相位分離為主的控制器410會藉由預設或慣例設定來產生兩個不同相位，並且相應地反應，以控制功率轉換器，以得到此些目標。藉由將事先充電的相位時間間隔設定成比切換功率轉換器405的慢暫態反應時間更大，電路400的操作可確保短最小LED開啟時間。電路400如何產生改善性能的細節係參考後來的圖式解釋如下。
圖5描述結合圖4電路400的更詳細示範性多通道LED驅動器電路500。特別地，在圖5所示的實施例中，功率轉換器405(在圖4)依據切換控制器502、振盪器507、驅動器505與功率級510來實施。在圖4中以相位分離為主的控制器410可被實施，以包括雙迴路放大器515、參考電壓產生器535與相位產生器540。在圖4中的反饋產生電路415可以類似的方式被實施，以包括兩串聯連接的電阻器512與517。
在更詳細的示範性多通道LED驅動器電路500中，它亦包括其他庶務型態的額外電路。例如，一串移位暫存器575、被該串暫存器575所程式化的內部點校正暫存器(REG DC1至REG DCn)與灰階暫存器(REG GS1至REG GSn)以及相應的數位至類比轉換器(DACs)560、565…、570。此外，庶務電路亦可包括熱檢測器545、開路/短路LED檢 測器543與狀態檢測器547。這些功能性方塊，連同功率轉換器405與以相位分離為主的控制器410，其係可在與其他方塊相同的單一經片中被實施，以增進多通道LED驅動器500的多元性。
在操作時，電路500能夠將寬範圍的輸入電壓VIN轉換成單一LED匯流排電壓VOUT，其係經由以電感器、電容器或轉換器為主的功率級510，其選擇係依據不同參數來決定，包括但不限於例如輸入/輸出電壓比率、電壓極性、負載情況、電路複雜度、效率考慮條件、隔離必要條件等等。LED匯流排電壓VOUT，其係被供應到複數個平行LED通道(520、522、550、525、527、552、…、530、532、535)，其係具有到LED匯流排電壓VOUT的公共陽極連接。在不同通道中的個別陰極會被連接到它們相應的個別電流槽。例如，電流槽550連接到發光二極體522的陰極，其係串聯耦合到發光二極體520，該發光二極體的陽極則連接到LED匯流排電壓VOUT。同樣地，電流槽552連接到發光二極體527的陰極，其係串聯耦合到發光二極體525，該發光二極體的陽極則連接到LED匯流排電壓VOUT。電流槽555連接到發光二極體532的陰極，其係串聯耦合到發光二極體530，該發光二極體的陽極則連接到LED匯流排電壓VOUT。
LED匯流排電壓VOUT與接地之間的大輸出電容器COUT 521會過濾功率級切換活動所引起的輸出電壓漣波。電容器521也提供暫時的能量以滿足負載瞬態並且穩定內部控制迴路操作。複數個信號，包括反饋信號VFB與所有LED電 壓信號VLED1至VLEDn，其係會被反饋到雙迴路放大器515。在此示範性實施例500中，反饋信號VFB係藉由公共使用的電阻分配器網路(RFB1與RFB2)來產生。
該串移位暫存器575接受經由六配線高速串聯資料介面的一封包資料，其係顯示為SCKI、SDI、LDI、SCKO、SDO與LDO。該串暫存器575被使用來程式化內部點校正暫存器(REG DC1至REG DCn)與灰階暫存器(REG GS1至REG GSn)。所有此些取得的數位位元隨後會被相應的數位至類比轉換器(DACs)560、565、…、570轉換為點校正電流信號(ILED1至ILEDn)與灰階PWM調光信號(PWM1至PWMn)。複數個電流槽會將相應的LED電流調整為點校正電流值(ILED1至ILEDn)並且依據灰階PWM調光信號(PWM1至PWMn)來調變它們相應的LED開啟/關閉時間。在一些實施例中，只要電壓高於最小的必要調整值之參考電壓VREF2，每一電流槽(550、552、555)就無需依賴LED電壓VLED1至VLEDn來調整其本身的電流。
在圖5中的相位產生器540會發出數位信號PRECHG，其係將每一PWM調光循環分為兩相位：追蹤相位(PRECHG=0)與事先充電相位(PRECHG=1)。在一些實施例中，追蹤相位的持續時間大約是PWM調光循環或TPWM持續時間的90%。事先充電相位的持續時間大約是PWM調光循環或TPWM持續時間的10%。為了調整LED匯流排電壓VOUT，雙迴路放大器515會被應用在電路500中。雙迴路放大器515接收反饋信號VFB、LED電壓VLED1至VLEDn、 以及參考電壓VREF1與參考電壓VREF2兩參考電壓，以當作輸入。反饋信號VFB依據電阻器512對電阻器517的比率來產生。LED電壓VLED1至VLEDn則分別對應在每一通道之順向電壓降以後的電壓位準。參考電壓產生器535係為任何與供應、溫度、噪音與製程無關的電壓參考電路，像能帶間隙參考。參考電壓產生器535將兩參考電壓VREF1與VREF2提供到雙迴路放大器515。參考電壓VREF2係為使複數個LED通道維持穩定所需的最小電壓，其係並且由電流槽(550、552、555)所決定。當其LED電壓VLED1至VLEDn比參考電壓VREF2更低時，電流槽無法調整其電流。參考電壓VREF1可以是接地與LED匯流排電壓VOUT之間的任何適當值。
依據此些輸入信號，雙迴路放大器515產生電壓控制(VC)信號，並將它發送到切換控制器502。雙迴路放大器515在當PRECHG=1時(在事先充電相位內)將參考電壓VREF1與反饋信號VFB之間的輸入誤差信號乘以高增益因子K1，並且在當PRECHG=0時(在追蹤相位內)將參考電壓VREF2與LED電壓VLED1至VLEDn之中最小LED電壓之間的輸入誤差信號乘以另一高增益因子K2，以產生VC信號。當整個系統呈閉迴路時，反饋信號VFB會在當PRECHG=1時(在事先充電相位內)被調整到參考電壓VREF1，且LED電壓VLED1至VLEDn之中的最小LED電壓會在當PRECHG=0時(在追蹤相位內)被調整到參考電壓VREF2。
圖6-8描述雙迴路放大器515的示範性實施情形。在圖6中，雙迴路放大器515的一種示範性實施情形包含兩誤差互導放大器(GM1 620與GM2 630)、固定電流源Is 610與補償網路640。放大器620與630以及電流源610形成雙迴路類比〝或〞控制。連接到VC節點650的補償網路640之目的係為穩定雙迴路控制。放大器GM1620具有連接到圖5之電阻分配器反饋節點的反饋信號VFB的其反轉輸入端、連接到來自參考電壓產生器535之參考電壓VREF1(例如，1.25伏特)的其非反轉輸入端，以及到VC節點650的其輸出端，從而將LED匯流排電壓調整到預設固定值。被調整LED匯流排電壓的預設固定值係計算如下：VOUT(預設)=VREF1‧【1+RFB2/RRB1】
放大器GM2 630具有連接到所有LED電壓VLED1至VLEDn的其反轉輸入端、連接到來自參考電壓產生器535之參考電壓VREF2的(例如，0.5V)其非反轉輸入端、以及到VC節點650的其輸出端，從而將最小主動LED電壓調整到參考電壓VREF2並且產生可適性LED匯流排電壓。用於被調整LED匯流排電壓的可適性值係計算如下：VOUT(可適性)=VREF2+max(VF(主動))，在此，VF(主動)對應於主動LED順向電壓降。來自相位產生器的PRECHG信號可賦能放大器GM2630以及使其失能。
放大器GM1620與GM2630兩者僅僅可滲入來自VC節點650的電流。此外，因為額外的電流源Is會將VC節點 650充電，連同它一起形成雙迴路類比〝或〞控制。LED匯流排電壓VOUT會當PRECHG=1時被調整到VOUT(預設)或者當PRECHG=0時被調整到VOUT(可適性)。在節點650上的電壓資訊VC，反射LED匯流排電壓與希望調整目標之間的偏差，其係會被反饋到切換控制器502(圖5)，該形式係為但不限於電壓模式、電流模式、滯後模式或滑動模式控制器。由於與振盪器507合作，切換控制器502產生切換開啟/關閉信號，並且將該切換開啟/關閉信號發送到驅動器505。驅動器505將該切換開啟/關閉信號緩衝，以驅動在功率級510內的功率切換，從而產生完整的閉迴路系統。
雙迴路放大器515的另一示範性實施例係描述於圖7中。在本示範性實施例中，雙迴路放大器包含兩誤差互導放大器GM1710與GM2720以及一補償網路730。放大器GM1710與GM2720兩者可發出並且滲入電流來回於VC節點740之間。PRECHG信號在當PRECHG=1時使放大器GM1710賦能並且當PRECHG=0時使放大器GM2 720賦能。
雙迴路放大器515的仍另一示範性實施例係描述於圖8。在本示範性實施例中，雙迴路放大器包含單一加法放大器G加法810與補償網路820。加法放大器G加法810所產生的輸出可表示如下：VC=K1‧(VREF1-VFB)+K2‧(VREF2-min(VLED1、VLED2、…、VLEDn))
在此，K1與K2分別對應每一誤差信號的增益因子。PRECHG信號主動地改變增益因子K1與K2以實施雙迴路 放大器515的功能。
為了最佳解釋描述於圖5中示範性實施例的操作，其係呈現如圖9所示之具有三通道LED陣列的應用系統900。要理解的是，它僅僅用於說明與討論，並且不打算限制本發明的範圍。其他平行架構也可在沒有偏離本發明精神下被應用。示範性架構900包含三通道LED陣列，其係具有相同點校正電流與不同灰階PWM調光。每一通道係由發光二極體代表，通道1以發光二極體930、通道2以發光二極體940且通道3以發光二極體950。LED匯流排電壓910對應VOUT。有一電容器COUT 920。在本示範性結構中，其係假定用於通道1、2與3的LED順向電壓降分別為3.1伏特、3.5伏特與3.9伏特。
如圖10所示的內部產生PWM調光信號PWM1、PWM2與PWM3，其係被同步化為具有不同工作循環的相同PWM時鐘信號。同時，具有相同時期TPWM的PRECHG信號亦會被產生，以將每一PWM調光循環分成當PRECHG=0時的追蹤相位以及當PRECHG=1時的事先充電相位。就等於0.5V的已知參考電壓VREF2而言，可適性LED匯流排電壓VOUT(可適性)會在4.4伏特與3.6伏特之間移動，且預設LED匯流排電壓VOUT(預設)則至少被設定在4.4伏特。
在每一PWM循環開始時，所有三個LED通道(930、940與950)會被開啟，且兩放大器GM1與GM2則會被賦能(當雙迴路放大器515如圖6所示地實施時)。雙迴路類比〝或〞控制會產生對放大器GM2的控制。當PRECHG=0 時，最小主動LED引腳電壓，亦即，LED電壓VLED3，會被調整為0.5伏特，以促使LED匯流排電壓VOUT為4.4伏特。隨後，在特定時間距離上(稱為t1)，假如第三通道950關閉的話，那麼最小主動LED引腳電壓會等於0.9伏特，其係為第二通道940的電壓降。相較於0.5伏特的調整目標，它緩慢地引導LED匯流排電壓VOUT向下到4.0伏特。同樣地，在下一時間瞬間(稱為t2)，LED匯流排電壓會下降到3.6伏特。以此方式，根據本發明所設計之電路的可適性特性，其係能夠追蹤每一通道的狀態，並且因此消除穿過LED驅動器的非必要功率耗損，並且產生較好的系統效率。
當在不同時間瞬間(稱為t3)PRECHG=1時，放大器GM2會被失能，以致於只有放大器GM1能夠將LED匯流排電壓朝預設最高值4.4伏特來調整。只要當PRECHG=1時的時間間隔比使LED匯流排電壓從3.6伏特充電到4.4伏特所需的時間更長，則可擔保用於下一PWM循環的極短最小LED開啟時間。
圖10提出先前技術電路的性能與依據本發明所提出電路的性能之間的比較情形。從圖10頂部，第一至第三曲線代表被使用來控制圖9三LED通道的PWM信號。第四曲線代表PRECHG信號。第五曲線代表具有鮮明上升與下降邊緣的理想方案。第六曲線代表圖5所提議示範性電路的性能，其係關於LED匯流排電壓VOUT來測量。剩下的兩曲線代表第2與3圖所描述之先前技術辦法的性能。可看到 的是，當相較於現有辦法時，根據本發明所設計之可適性追蹤加上事先充電技術，其係可在成本低效率高的平行架構中同時得到高效率與快暫態。此外，在此所討論之具有高效率與快暫態特性的示範性實施例，其係對應適合使用具有寬順向電壓變化之LEDs之單相半導體晶片的實施情形。
雖然本發明係關於特定說明的實施例來說明，但是在此所使用的字眼卻是說明性字眼，而非限制性字眼。在其態樣中，在不背離本發明範圍與精神之下，可在附加申請專利範圍的許可範圍內進行改變。雖然本發明係關於特定結構、動作與材料而說明在此，但是本發明不限於所揭露的特點，而是以多樣化的形式來實施，其中一些非常不同於所揭露的實施例，其係並且會擴大到在譬如附加申請專利範圍內的所有等同結構、動作與材料。
100‧‧‧電路
105‧‧‧輸入電壓
110‧‧‧通道
130‧‧‧通道
150‧‧‧通道
120‧‧‧單一通道切換LED驅動器
140‧‧‧單一通道切換LED驅動器
160‧‧‧單一通道切換LED驅動器
115-a、115-b、135-a、135-b、155-a、155-b‧‧‧串聯連接發光二極體
125、145、165‧‧‧電容器
200‧‧‧電路
205‧‧‧獨立的功率轉換器
210‧‧‧電阻分配器網路
215‧‧‧反饋電阻器
220‧‧‧反饋電阻器
225‧‧‧電容器
230、250、270‧‧‧電流槽
255‧‧‧輸出LED匯流排電壓
235~240‧‧‧串聯連接發光二極體
245‧‧‧輸入電壓
260~265‧‧‧串聯連接發光二極體
280~285‧‧‧串聯連接發光二極體
300‧‧‧電路
305‧‧‧可適性功率轉換器
310‧‧‧檢測器
320‧‧‧電容器
330、350、370‧‧‧電流槽
335~340‧‧‧串聯連接發光二極體
345‧‧‧輸入電壓
355‧‧‧輸出LED匯流排電壓
360~365‧‧‧串聯連接發光二極體
380~385‧‧‧串聯連接發光二極體
400‧‧‧電路
405‧‧‧功率轉換器
410‧‧‧以相位分離為主的控制器
415‧‧‧反饋產生電路
420‧‧‧電容器
425‧‧‧電阻器
427‧‧‧電阻器
430、450、470‧‧‧電流槽
435~440‧‧‧串聯連接發光二極體
445‧‧‧輸入電壓
455‧‧‧輸出LED匯流排電壓
460~465‧‧‧串聯連接發光二極體
480~485‧‧‧串聯連接發光二極體
500‧‧‧多通道LED驅動器電路
502‧‧‧切換控制器
505‧‧‧驅動器
507‧‧‧振盪器
510‧‧‧功率級
512、517‧‧‧電阻器
515‧‧‧雙迴路放大器
520、522、525、527、530、532、550、552、555‧‧‧複數個平行LED通道
521‧‧‧電容器
535‧‧‧參考電壓產生器
540‧‧‧相位產生器
543‧‧‧開路/短路LED檢測器
545‧‧‧熱檢測器
547‧‧‧狀態檢測器
560、565、570‧‧‧數位至類比轉換器(DACs)
575‧‧‧移位暫存器
580‧‧‧灰階暫存器
585‧‧‧點校正暫存器
610‧‧‧固定電流源
620、630‧‧‧誤差互導放大器
640‧‧‧補償網路
650‧‧‧節點
710、720‧‧‧誤差互導放大器
730‧‧‧補償網路
740‧‧‧節點
810‧‧‧加法放大器
820‧‧‧補償網路
830‧‧‧節點
900‧‧‧應用系統
910‧‧‧LED匯流排電壓
920‧‧‧電容器
930‧‧‧發光二極體
940‧‧‧發光二極體
950‧‧‧發光二極體
在此所申請與/或說明的發明，其係進一步依據示範性實施例來說明。這些示範性實施例係參考圖式來詳細說明。這些實施例係為非限制性的示範性實施例，其中在該圖式的全部數個附圖中，相同的參考數字代表相同的結構，且其中：圖1(先前技術)顯示具有個別切換調整器以驅動複數個通道LEDs的電路，；圖2(先前技術)顯示具有一獨立功率轉換器合併複數 個線性電流槽以驅動複數個通道LEDs的電路；圖3(先前技術)顯示具有一可適性功率轉換器合併複數個線性電流槽以驅動複數個通道LEDs的電路；圖4描述根據本發明實施例所設計的示範性系統，其係應用電路以實施追蹤與事先充電相位，以驅動LEDs的複數個通道；圖5描述根據本發明之實施例所設計之用於多通道LED驅動器的示範性電路；第6-8圖描述根據本發明實施例所設計之雙迴路放大器的不同示範性電路；圖9描述具有相同點修正電流與不同灰階PWM調光之三通道LED陣列的應用電路，其係解釋本發明實施例；以及圖10顯示說明本發明之性能改善的LED匯流排電壓VOUT波形。
400‧‧‧電路
405‧‧‧功率轉換器
410‧‧‧以相位分離為主的控制器
415‧‧‧反饋產生電路
420‧‧‧電容器
425‧‧‧電阻器
427‧‧‧電阻器
430、450、470‧‧‧電流槽
435~440‧‧‧串聯連接發光二極體
445‧‧‧輸入電壓
455‧‧‧輸出LED匯流排電壓
460~465‧‧‧串聯連接發光二極體
480~485‧‧‧串聯連接發光二極體

Claims (17)

  1. 一種發光二極體(LED)驅動器，其係用來將一LED匯流排電壓供應到以複數個通道組成的一LEDs大型陣列，在每一通道中則具有被串聯連接的一或更多個LEDs，其係包含：一功率轉換器，其係被架構用來依據一電壓控制信號將LED匯流排電壓提供到該複數個LED通道；一反饋產生電路，其係被架構用來依據被供應到該複數個LED通道的該LED匯流排電壓，來產生一反饋信號；以及一以相位分離為主的控制器，其係被架構用來依據該反饋信號與來自該複數個LED通道的資訊，來產生該電壓控制信號，其中該以相位分離為主的控制器，其係將相關於每一通道的每一脈衝寬度調變(PWM)調光循環分成一追蹤相位與一事先充電相位，以及該被供應到複數個通道的LED匯流排電壓，其係在該追蹤相位與該事先充電相位之間改變。
  2. 如申請專利範圍第1項之LED驅動器，其中：在該追蹤相位內，該以相位分離為主的控制器，其係會經由該電壓控制信號來控制該功率轉換器，以產生一LED匯流排電壓，該電壓係為使該複數個LED通道維持穩定所需要的一最小值；以及在該事先充電相位內，該以相位分離為主的控制器， 其係會經由該電壓控制信號來控制該功率轉換器，以產生朝一預設固定值來調整的一LED匯流排電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項之LED驅動器，其中該反饋產生電路包含被串聯連接的反饋電阻器。
  4. 如申請專利範圍第3項之LED驅動器，其中該LED匯流排電壓會在該事先充電相位內經由該反饋產生電路被程式化為一預設的固定值。
  5. 如申請專利範圍第4項之LED驅動器，其中該預設固定值係依據第一對第二反饋電阻器的一比率來決定。
  6. 如申請專利範圍第1項之LED驅動器，其中該功率轉換器包含：一切換控制器，其係被架構用來在一第一電壓位準與一第二電壓位準切換，並且依據該電壓控制信號產生一切換電壓位準；一驅動器，其係被架構用來產生一信號，該信號能夠驅動該功率轉換器，以依據該切換電壓位準來產生該LED匯流排電壓；以及一功率級，其係被架構用來依據來自該驅動器的該信號而產生該LED匯流排電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項之LED驅動器，該以相位分離為主的控制器包含：一相位產生器，其係被架構用來將一脈衝寬度調變(PWM)調光循環分為該追蹤相位與該事先充電相位，並且產生分別代表該追蹤相位與該事先充電相位的一相位信 號；一參考電壓產生電路，其係被架構用來產生一第一參考電壓與一第二參考電壓；以及一雙迴路放大器，其係被架構用來產生該電壓控制信號，其係依據該相位信號、該反饋信號、第一與第二參考電壓、以及來自該複數個通道之順向電壓降以後的電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項之LED驅動器，其中該雙迴路放大器包含：一第一誤差互導放大器，其係具有被連接到該反饋信號的其反轉輸入端、被連接到一第一參考電壓的其非反轉輸入端、與被耦合到該電壓控制信號的其輸出端，以產生一預設固定值的一LED匯流排電壓；一第二誤差互導放大器，其係具有被連接以接收在該複數個通道之順向壓降以後所測到電壓的其反轉輸入端、被連接到一第二參考電壓的其非反轉輸入端、以及到該電壓控制信號的其輸出端，以依據該相位信號產生一可適性LED匯流排電壓；一固定電流源，其係被架構以將該電壓控制信號充電；以及一補償網路，其係被耦合到該電壓控制信號，其中該第一與該第二誤差互導放大器連同該固定電流源，形成一雙迴路類比〝或〞控制，以及該補償網路可被操作來穩定該雙迴路類比〝或〞控制。
  9. 如申請專利範圍第7項之LED驅動器，其中該雙迴 路放大器包含：一第一誤差互導放大器，其係具有被連接到該反饋信號的其反轉輸入端、被連接到一第一參考電壓的其非反轉輸入端、以及被耦合到該電壓控制信號的其輸出端，以依據該相位信號產生一預設固定值的一LED匯流排電壓；一第二誤差互導放大器，其係具有被連接以接收在該複數個通道之順向壓降以後所測到電壓的其反轉輸入端、被連接到一第二參考電壓的其非反轉輸入端、以及到該電壓控制信號的其輸出端，以依據該相位信號產生一可適性LED匯流排電壓；以及一補償網路，其係被耦合到該電壓控制信號並且被架構用來穩定該雙迴路放大器。
  10. 如申請專利範圍第7項之LED驅動器，其中該雙迴路放大器包含：一加法放大器，其係被架構用來產生該電壓控制信號，其係依據該反饋信號、該相位信號、該第一與該第二參考電壓、以及在該複數個通道之順向壓降以後所測到的電壓；以及一補償網路，其係被架構用來穩定該雙迴路放大器。
  11. 一種用於一發光二極體(LED)驅動器的方法，該LED驅動器將一LED匯流排電壓供應到以複數個通道組成的一LEDs大型陣列，而在每一通道中則具有被串聯連接的一或更多個LEDs，其係包含以下步驟：依據一電壓控制信號，將該LED匯流排電壓提供到該 複數個LED通道；以及依據被供應到該複數個LED通道的該LED匯流排電壓，來產生一反饋信號，其中該電壓控制信號係依據該反饋信號與來自該複數個LED通道的資訊來產生，相關於每一通道的每一脈衝寬度調變(PWM)調光循環，其係被分為一追蹤相位與一事先充電相位，以及被供應到該複數個通道的該LED匯流排電壓，其係在該追蹤相位與該事先充電相位之間改變。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中：在該追蹤相位內，產生一LED匯流排電壓，其係在使該複數個LED通道維持穩定所需的最小值上；以及在該事先充電相位內，產生一LED匯流排電壓，其係朝一預設固定值被調整。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該反饋信號依據第一反饋電阻器對第二反饋電阻器的比率來產生，該些電阻器係被串聯連接到該LED匯流排電壓。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中在該事先充電相位內的該預設固定值係依據第一反饋電阻器對第二反饋電阻器的比率來決定，該第一反饋電阻器和該第二反饋電阻器係被串聯連接到該LED匯流排電壓。
  15. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該LED匯流排電壓係經由以下步驟產生：在一第一電壓位準與一第二電壓位準之間切換，以依 據該電壓控制信號來產生一切換電壓位準；產生一信號，其係依據該切換電壓位準來控制該LED匯流排電壓的產生；以及依據來自該LED驅動器的該信號來產生該LED匯流排電壓。
  16. 如申請專利範圍第11項之方法，其中產生該電壓控制信號包含以下步驟：將與每一通道有關的一脈衝寬度調變(PWM)調光循環分成該追蹤相位與該事先充電相位；產生一相位信號，其係具有分別代表該追蹤相位與該事先充電相位的值；產生一第一參考電壓與一第二參考電壓；以及產生該電壓控制信號，其係依據該相位信號、該反饋信號、第一與第二參考電壓、與從該複數個通道之順向電壓降以後的電壓。
  17. 一種具有由一發光二極體(LED)驅動器所驅動之一發光二極體顯示器的溝通裝置，其係包含：一LED顯示器，具有以複數個通道所組成的LEDs大型陣列，而在每一通道中則具有被串聯連接的一或更多個LEDs；以及一LED驅動器，其係耦合到該LED顯示器，以將一LED匯流排電壓供應到該複數個通道，其中該LED驅動器包含：一功率轉換器，其係被架構用來依據一電壓控制信號 將該LED匯流排電壓提供到該複數個LED通道；一反饋產生電路，其係被架構用來依據被供應到該複數個LED通道的該LED匯流排電壓以產生一反饋信號；以及一以相位分離為主的控制器，其係被架構用來依據該反饋信號與來自該複數個LED通道的資訊而來產生該電壓控制信號，其中該以相位分離為主的控制器會將相關於每一通道的每一脈衝寬度調變(PWM)調光循環分成一追蹤相位與一事先充電相位，以及該被供應到複數個通道的LED匯流排電壓，其係在該追蹤相位與該事先充電相位之間改變。
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