TWI492661B - 發光二極體驅動裝置 - Google Patents

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    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix

Description

發光二極體驅動裝置
本發明係關於發光二極體驅動裝置，更係包括用以抑制亮度誤差的發光二極體驅動裝置。
在發光二極體(LED)顯示器中，不同模組之間常會因為LED上的驅動電流變動(variation)而出現亮度誤差。除此之外，對全色彩顯示器而言，當驅動電流不精確時，顯示畫面極易出現色塊，對顯示品質影響可謂相當明顯。
亮度誤差可分為輸出通道間電流誤差以及IC間的電流誤差。其中，IC間的電流誤差主要是因為不同製造批次IC間之製程飄移所導致。雖然製程飄移是難以避免的，但習知技術多半仍針對IC間電流誤差進行改進。IC間電流誤差的成因較為複雜，而既有技術所能改善的效果也已趨近極限。
一般而言，人眼可以區分超過6%的亮度差異，而就低亮度的畫面而言，人眼甚至可分辨1%的亮度差異。因此，僅只改進IC間的電流誤差已不足以符合現今高畫質顯示器的要求。有鑑於此，本發明從通道間電流差異著手，提供一種新式的LED驅動器，藉以進一步抑制LED顯示器的亮度誤差。
本發明提供一種發光二極體驅動裝置。該驅動裝置包括：一輸出電晶體，其以一汲極耦接至發光二極體；一節點，耦接至該輸出電晶體之一源極；一接地電晶體，其以一汲極耦接至該節點，並以一源極接地；一操作放大器，包括：一第一輸入端以及一第二輸入端，分別用以接收一驅動訊號與一負回授訊號；以及一輸出端，用以輸出該驅動訊號至該輸出電晶體之閘極；一補償電容，包括一第一端與一第二端；以及一切換單元，用以切換於第一連接模式與第二連接模式之間，其中，在該第一連接模式下，該補償電容儲存該操作放大器該正輸入端與該負輸入端之間之一偏壓誤差；而在該第二連接模式下，該補償電容將所儲存之該偏壓誤差補償至該節點。
100‧‧‧LED驅動裝置
110‧‧‧輸出電晶體
120‧‧‧接地電晶體
130‧‧‧操作放大器
200‧‧‧LED驅動裝置
210‧‧‧輸出電晶體
220‧‧‧接地電晶體
230‧‧‧操作放大器
240‧‧‧補償電路
250‧‧‧切換單元
251~253‧‧‧開關
260‧‧‧控制器
Out‧‧‧輸出端
P‧‧‧節點
V_G‧‧‧定電源
S‧‧‧驅動訊號
第1圖為一發光二極體(LED)之驅動裝置之電路結構圖。
第2A圖為本發明一實施例中之LED驅動裝置示意圖。
第2B圖為第2A圖中之LED驅動裝置200在第一連接模式下之電路示意圖。
第2C圖為第2A圖中之LED驅動裝置200在第二連接模式下之電路示意圖。
下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說 明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。
第1圖為一發光二極體(LED)之驅動裝置之電路結構圖。在此圖中，LED驅動裝置100包括一輸出電晶體NMOS 110、一接地電晶體NMOS 120、以及一操作放大器130。其中，輸出電晶體NMOS 110以一汲極連接至輸出端Out，並以一源極串聯至接地電晶體NMOS 120之汲極，其中，該輸出端Out進一步連接至LED(圖未示)。接地電晶體NMOS 120以一閘極接收一定電壓V_G，並以一源極接地。操作放大器130可接收一驅動訊號S，並輸出偏壓至電晶體NMOS 110之閘極。而在此負回授狀態下，操作放大器130輸出電壓給NMOS 110的閘極，藉以使NMOS 120的源極維持與節點S一樣的定電壓。操作放大器130使得接地電晶體NMOS 120操作於線性區的固定偏壓下，並透過輸出端Out使LED上的驅動電流導入接地端。
值得注意的是，產生通道間電流誤差的原因可析分為兩類：其一，來自於前述電晶體NMOS 120本身；其二，來自於操作放大器130的偏壓誤差。欲減低電晶體NMOS 120本身的誤差通常必須透過增加電晶體面積的方式始得以達成。為了避免前述做法造成晶片尺寸的增加，本發明所提供之LED驅動裝置旨在降低操作放大器之偏壓誤差所造成的影響。
第2A圖為本發明一實施例中之LED驅動裝置示意圖。在此實施例中，LED驅動裝置200包括：一輸出電晶體210、一接地電晶體220、一操作放大器230、一補償電容240、一切換單元250以及一控制器260。下文將配合圖示說明本發明LED驅 動裝置中的各個元件。
在此實施例中，輸出電晶體210與接地電晶體220皆為NMOS電晶體。其中，輸出電晶體210以一汲極耦接至輸出端Out並接至發光二極體(圖未示)，並以一源極耦接至一節點P；而接地電晶體以一汲極耦接至該節點P、以一源級接地，並以一閘極耦接至一定電源V_G，如第2圖所示。
本發明之操作放大器230包括兩輸入端(標示為“+”及“-”)，分別用以接收一驅動訊號S及節點P所回饋的一負回授訊號，此外，另包括一輸出端以提供一輸出電壓至該輸出電晶體210之閘極。值得注意的是，操作放大器230之兩輸入端之間的電壓會因為製程飄移的關係而無法保持相等，此即導致節點P上發生偏壓誤差、進而影響輸出電流精確度的一大原因。
為抑制前述偏壓誤差，本發明增設了補償電容240及切換單元250。在本發明中，切換單元250可切換於「第一連接模式」與「第二連接模式」之間，目的在改變補償電容240與LED驅動裝置200中其他元件之間的連接關係。其中，在「第一連接模式」下，該補償電容240可儲存操作放大器230之正輸入端(“+”)與負輸入端(“-”)之間之一偏壓誤差；而在「該第二模式」下，該補償電容240則將第一連接模式下所儲存之該偏壓誤差補償至節點P。如此一來，導致電流不穩定的偏壓誤差即可藉由切換單元250之切換獲得補償。在本發明一實施例中，切換單元250係由三個開關251、252及253所組成，而下文將以此實施例說明本發明的第一連接模式以及第二連接模式。然而，值得注意的是，本發明之切換單元250之組成不必以此為限，熟悉本技 藝人士當可依據本發明之精神採用各種數量、型式之開關元件，並以適當的配置方式達到本發明切換單元250之目的。
第2B圖為第2A圖中之LED驅動裝置200在第一連接模式下之電路示意圖。請一併參照第2A圖。在第一連接模式下，切換單元250之開關251及252閉合，而開關253斷開。此時，補償電容240以其第一端(在此實施例中為正端，如圖所示)耦接該驅動訊號S以及操作放大器230之正輸入端(標示為“+”)，並以其第二端(在此實施例中為負端，如圖所示)連接至該操作放大器230之負輸入端(標示為“-”)以及節點P。第一連接模式之目的在儲存操作放大器230之正輸入端(“+”)與負輸入端(“-”)之間之偏壓誤差。
第2C圖為第2A圖中之LED驅動裝置200在第二連接模式下之電路示意圖。請一併參照第2A圖。與第一連接模式相反，在第二連接模式下，切換單元250之開關251及252斷開，而開關253閉合。此時，補償電容240以其第一端(正端)耦接節點P，並以其第二端(負端)連接至該操作放大器230之負輸入端(標示為“-”)。第二連接模式之目的係將第一連接模式下所儲存之該偏壓誤差補償至節點P。藉由不斷的切換於上述兩種模式，即可使操作放大器230所造成的偏壓誤差獲得補償。
為了使切換單元250中各個開關正確地運作，本發明之LED驅動裝置更包括控制器260。本發明之控制器260不僅可協調切換單元250中各開關之閉合與斷開，亦可用以控制切換單元250之切換頻率與切換周期之比例。熟悉本技藝人士當可依據LED驅動裝置200中各個元件的規格(例如補償電容240之電容值) 而設定最佳切換頻率，本文將不再贅述。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此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。
200‧‧‧LED驅動裝置
210‧‧‧輸出電晶體
220‧‧‧接地電晶體
230‧‧‧操作放大器
240‧‧‧補償電路
250‧‧‧切換單元
251~253‧‧‧開關
260‧‧‧控制器
Out‧‧‧輸出端
P‧‧‧節點
V_G‧‧‧定電源
S‧‧‧驅動訊號

Claims (5)

  1. 一種發光二極體驅動裝置，包括：一輸出電晶體，其以一汲極耦接至發光二極體；一節點，耦接至該輸出電晶體之一源極；一接地電晶體，其以一汲極耦接至該節點，並以一源極接地；一操作放大器，包括：一第一輸入端以及一第二輸入端，分別用以接收一驅動訊號與一負回授訊號；以及一輸出端，用以提供該操作放大器之一輸出電壓至該輸出電晶體之閘極；一補償電容，包括一第一端與一第二端；以及一切換單元，用以切換於第一連接模式與第二連接模式之間，其中，在該第一連接模式下，該補償電容儲存該操作放大器該正輸入端與該負輸入端之間之一偏壓誤差；而在該第二連接模式下，該補償電容將所儲存之該偏壓誤差補償至該節點，其中在該第一連接模式下，該切換單元將該補償電容之該第一端電性連接至該驅動訊號以及該操作放大器之該正輸入端，並將該補償電容之該第二端電性連接至該操作放大器之該負輸入端以及該節點；以及其中在該第二連接模式下，該切換單元將該補償電容之該第一端電性連接至該節點，並將該補償電容之該第二端電性連接至該操作放大器之該負輸入端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置， 更包括一控制器，用以控制該切換單元之切換頻率與切換周期之比例。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該輸出電晶體為N通道金屬氧化物半導體(N channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOS)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該接地電晶體為N通道金屬氧化物半導體(N channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOS)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該接地電晶體之一閘極耦接至一電源。
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