TWI527496B - 發光二極體背光驅動裝置 - Google Patents

Description

發光二極體背光驅動裝置

本發明是一種背光驅動裝置，特別是一種具高線性調光的發光二極體背光驅動裝置。

請參閱第1圖，為習知發光二極體背光驅動系統之概要示意圖。於一般操作下，當調光訊號CN為高電位(邏輯“1”)時，發光二極體背光驅動系統1會正常操作，而當調光訊號CN為低電位(邏輯“0”)時，發光二極體背光驅動系統1會停止對發光二極體LED供電。其中，當調光訊號CN由低電位轉態為高電位時，發光二極體LED上的低電流會使回授訊號V_f之電位低下而與參考電壓V_r之電位差距過大，進而促使誤差放大器12產生過多的補償電流I_e，並使得控制電路11產生較大的工作週期。因此，於電感L上會感應出較高的突波電流，且突波電流流經發光二極體LED上而造成輸出電壓V_O產生非預期的大電壓。

此外，當調光訊號CN為低電位時，位於輸出端的穩壓電容C_O會對發光二極體LED放電，且當調光訊號CN的切換頻率變快時，位於輸出端的穩壓電容C_O對發光二極體LED放電所造成之影響便會加劇。此乃因為當調光訊號CN的切換頻率變快時亦代表穩壓電容C_O可放電之時間被縮短，而致使穩壓電容C_O上之殘餘電流於調光訊號CN的切 換時間內無完全流光(即，於調光訊號CN關閉時，穩壓電容C_O開始對發光二極體LED放電，但尚未放完電時調光訊號CN又被開啟)。因此，造成在調光訊號CN關閉時仍會有殘餘電流通過發光二極體LED，而影響到調光的線性度。

有鑑於此，本發明提出一種發光二極體背光驅動裝置，當調光訊號由低電位轉態至高電位時，藉由調整模組調整並減緩流經發光二極體的電流，以平衡當調光訊號為低電位時殘餘電流所造成的影響，且減少突波電流的產生，來提高調光的線性度。

本發明之其中之一概念為一種發光二極體背光驅動裝置，用以驅動發光二極體電路，此發光二極體背光驅動裝置包括控制模組、誤差放大器與調整模組。其中，控制模組接收第一調光訊號、誤差訊號與來自發光二極體電路的感測訊號，並根據所接收的第一調光訊號、誤差訊號與感測訊號來產生控制訊號至發光二極體電路。誤差放大器之負向端接收來自發光二極體電路的回授訊號，誤差放大器之正向端接收參考訊號，且誤差放大器根據所接收的回授訊號與參考訊號來輸出誤差訊號。調整模組接收第一調光訊號與回授訊號，並根據第一調光訊號與回授訊號輸出參考訊號，其中第一調光訊號之每一週期包括一導通期間和一截止期間，當第一調光訊號於導通期間時，參考訊號之電位隨時間提升至一參考電位，而當第一調光訊號於截止期間時，參考訊號之電位追隨回授訊號之電位。

綜上所述，根據本發明之發光二極體背光驅動裝置，藉由 調整模組來控制誤差放大器所接收的參考訊號，以減緩發光二極體於調光訊號由低電位轉態為高電位時所流經的電流，來平衡當調光訊號為低電位時穩壓電容對發光二極體放電所造成之殘餘電流影響，且於調光訊號切為低電位時，誤差放大器之二輸入端不會有大電壓差產生，因而可成功達到減少突波電流與增加調光電流之線性度。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

1‧‧‧發光二極體背光驅動系統

11‧‧‧控制電路

12‧‧‧誤差放大器

2‧‧‧發光二極體背光驅動裝置

21‧‧‧控制模組

211‧‧‧震盪器

212‧‧‧斜率補償器

2121‧‧‧電流感測電路

2122‧‧‧電流至電壓轉換器

213‧‧‧比較器

214‧‧‧閂鎖器

215‧‧‧驅動器

22‧‧‧誤差放大器

23‧‧‧調整模組

231‧‧‧運算放大器

3‧‧‧發光二極體電路

A‧‧‧殘餘電流

B‧‧‧部分電流

CN‧‧‧調光訊號

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

CO‧‧‧穩壓電容

D1‧‧‧二極體

DIM1‧‧‧第一調光訊號

DIM2‧‧‧第二調光訊號

inv‧‧‧反相器

Iavg‧‧‧平均電流

Ie‧‧‧補償電流

Ierr‧‧‧誤差訊號

ILED‧‧‧發光二極體電流

Is‧‧‧感測訊號

L‧‧‧電感

M1‧‧‧電晶體

N1‧‧‧第一節點

N2‧‧‧第二節點

N3‧‧‧第三節點

LED‧‧‧發光二極體

OFF‧‧‧截止期間

ON‧‧‧導通期間

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

S1‧‧‧第一開關

S2‧‧‧第二開關

S3‧‧‧第三開關

V1‧‧‧參考電位

V2‧‧‧電源電壓

Vf‧‧‧回授訊號

Vfb‧‧‧回授訊號

VO‧‧‧輸出電壓

Vr‧‧‧參考電壓

Vref‧‧‧參考訊號

Vs‧‧‧補償訊號

V_c‧‧‧控制訊號

[第1圖]為習知發光二極體背光驅動系統之概要示意圖。

[第2圖]為本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置之概要示意圖。

[第3圖]為本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置驅動一發光二極體電路之概要示意圖。

[第4圖]為本發明之斜率補償器之一實施例之概要示意圖。

[第5圖]為本發明之第一調光訊號、發光二極體電流與平均電流的關係概要示意圖。

[第6圖]為本發明另一實施例之發光二極體背光驅動裝置驅動一發光二極體電路之概要示意圖。

[第7圖]為依據本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置實施之 責任週期變化對發光二極體電流變化之關係圖。

請參閱第2圖，為本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置之概要示意圖，揭露用以驅動發光二極體電路3之一發光二極體背光驅動裝置2，包含控制模組21、誤差放大器22與調整模組23。

控制模組21的一控制端電性連接至前級電路(圖未示)，並接收來自前級電路的第一調光訊號DIM1。控制模組21的一感測端電性連接至發光二極體電路3，並接收來自發光二極體電路3的感測訊號I_S。控制模組21的一輸入端電性連接至誤差放大器22的輸出端，並接收來自誤差放大器22的誤差訊號I_err。控制模組21的一輸出端電性連接至發光二極體電路3，並輸出一控制訊號V_c至發光二極體電路3。

調整模組23的一控制端電性連接至前級電路(圖未示)，並接收來自前級電路的第一調光訊號DIM1。調整模組23的一輸入端電性連接至誤差放大器22的負向端與發光二極體電路3，並接收來自發光二極體電路32的回授訊號V_fb。誤差放大器22的正向端電性連接至調整模組23的一輸出端，並接收來自調整模組23的參考訊號V_ref。

在本實施例中，第一調光訊號DIM1用以控制控制模組21輸出控制訊號V_c與否，藉以控制發光二極體電路3之啟閉。其中，第一調光訊號DIM1為數位訊號，且第一調光訊號DIM1之每一週期皆包含導通期間ON和截止期間OFF，如第5圖所示。於此，以第一調光訊號DIM1於高電位之狀態作為導通期間ON，並以第一調光訊號DIM1於低電位之狀態作為截止期間OFF來進行以下的所有說明，然本發明並不以此為 限。此外，第一調光訊號DIM1之責任週期(Duty Cycle)等同於其導通期間ON佔其週期的百分比。於此，以第一調光訊號DIM1之責任週期寬度為50%，即以導通時間ON為1/2週期為例進行說明，然本發明並不以此為限，第一調光訊號DIM1之責任週期端視調光亮度之需求而定。

請搭配參閱第2圖與第5圖，當第一調光訊號DIM1於導通期間ON時，發光二極體電路3開啟並發光，且調整模組23輸出之參考訊號V_ref的電位會隨時間緩緩充電提升至一參考電位V1。而當第一調光訊號DIM1於截止期間OFF時，發光二極體電路3關閉而不發光，且參考訊號V_ref的電位將會追隨回授訊號V_fb的電位，即，此時參考訊號V_ref的電位將會隨回授訊號V_fb的電位變化而變化，以避免在第一調光訊號DIM1由截止期間OFF切換為導通期間ON時，誤差放大器之二輸入端的電位相差過大而輸出過大的誤差訊號I_err，造成發光二極體電路3產生突波電流而影響發光二極體電路3的發光品質。

請參閱第3圖，為本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置驅動一發光二極體電路之概要示意圖，茲一一詳述如下。

首先，介紹控制模組21。控制模組21包括震盪器211、斜率補償器212、比較器213、閂鎖器214與驅動器215。

其中，斜率補償器212的一輸入端電性連接至發光二極體電路3，並接收來自發光二極體電路3的感測訊號I_S。比較器213的正向端電性連接至斜率補償器212的輸出端，並接收來自斜率補償器212的補償訊號V_s。比較器213的負向端電性連接至誤差放大器22的輸出端，並接收來自誤差放大器22的誤差訊號I_err。閂鎖器214的設定端電性連接至 震盪器211的輸出端，並接收來自震盪器的時脈訊號。閂鎖器214的設定端電性連接至比較器213的輸出端，並接收來自比較器213的比較訊號。驅動器215的一輸入端電性連接至閂鎖器214的輸出端，並接收來自閂鎖器214的驅動訊號。驅動器215的一控制端電性連接至前級電路(圖未示)，並接收來自前級電路的第一調光訊號DIM1。驅動器215的輸出端電性連接至發光二極體電路3，並輸出控制訊號V_c至發光二極體電路3。

請參閱第4圖，為本發明之斜率補償器之一實施例之概要示意圖，揭露一斜率補償器212包含電流感測電路2121與電流至電壓轉換電路2122。其中，電流感測電路2121之一輸入端電性連接至發光二極體電路3，並接收來自發光二極體電路3的感測訊號I_S。電流至電壓轉換電路2122之一輸入端電性連接至電流感測電路2121之輸出端，並接收來自電流感測電路2121之感測電流，且電流至電壓轉換電路2122之輸出端電性連接至比較器213之正向端，並根據此感測電流輸出補償訊號V_s至比較器213之正向端。

此外，控制模組21更包含第五電阻R5與第三電容C3。其中，第五電阻R5之第一端電性連接至比較器213的負向端，第五電阻R5之第二端電性連接至第三電容C3之第一端，且第三電容C3之第二端電性連接至地。

復參閱第3圖，以介紹調整模組23。調整模組23包括反相器inv、第一電容C1、第一電阻R1、第一開關S1、第二電阻R2與第二開關S2。

其中，反相器inv的輸入端電性連接至前級電路(圖未示)， 並接收來自前級電路的第一調光訊號DIM1。第一開關S1之控制端電性連接至前級電路(圖未示)，並接收來自前級電路的第一調光訊號DIM1。第一開關S1之第二端電性連接至一參考電位V1。第一電阻R1之第二端電性連接至第一開關S1之第一端，且第一電阻R1之第一端電性連接至第一節點N1。第一電容C1之第一端電性連接至地，且第一電容C1之第二端電性連接至第一節點N1。第二電阻R2之第一端電性連接至第一節點N1，且第二電阻R2之第二端電性連接至第二開關S2之第一端。第二開關S2之控制端電性連接至反相器inv的輸出端，並接收來自反相器inv的第二調光訊號DIM2。

接續，誤差放大器22之正向端電性連接至第一節點N1，並接收來自第一節點N1的參考訊號V_ref。誤差放大器22之負向端電性連接至第二開關S2之第二端與發光二極體電路3之一輸出端，並接收來自發光二極體電路3的回授訊號V_fb。

於此，當第一開關S1導通且第二開關S2開路時，第一節點N1之電位可藉由第一電位V1經由第一電阻R1與第一電容C1慢慢充電至第一電位。而當第一開關S1開路且第二開關S2導通時，第一節點N1之電位將隨回授訊號V_fb變化。此外，第二電阻R2是用以防止雜訊，故其使用之電阻值較低。

最後，介紹發光二極體電路3。發光二極體電路3包括電感L、電晶體M1、第三電阻R3、第二電容C2、發光二極體LED與第四電阻R4。

其中，電感L之第一端電性連接至一電源電壓V2，且電感 L之第二端電性連接至電晶體M1之第一端。電晶體M1之控制端電性連接至驅動器215之輸出端，並接收來自驅動器215的控制訊號V_c。電晶體M1之第二端與第三電阻R3之第一端皆電性連接至一第二節點N2，且此第二節點N2亦電性連接至斜率補償器212的輸入端，以輸出感測訊號I_S至斜率補償器212。第三電阻R3之第二端與第二電容C2之第一端電性連接至地，且第二電容C2之第二端電性連接至電感L之第二端、電晶體M1之第一端與發光二極體LED之第一端。第四電阻R4之第一端電性連接至地，且第四電阻R4之第二端與發光二極體LED之第二端皆電性連接至第三節點N3，並自第三節點N3回授至誤差放大器22的負向端，以輸出回授訊號V_fb至誤差放大器22。

於此，第二電容C2可稱為穩壓電容。此外，感測訊號I_S為流經第三電阻R3之電流訊號，而第四電阻R4為發光二極體電流I_LED之感應電阻，因此，回授訊號V_fb為流經發光二極體LED之發光二極體電流I_LED於第四電阻R4上所形成的電壓訊號。

另，發光二極體電路3更包含二極體D1耦接於電晶體M1之第一端與第二電容C2之第二端間。於此，二極體D1之第一端電性連接至電晶體M1之第一端，且二極體D1之第二端電性連接至第二電容C2之第二端。

請參閱第5圖，為本發明之第一調光訊號、發光二極體電流與平均電流的關係概要示意圖。由於已知當第一調光訊號DIM1處於截止期間OFF時，第二電容C2會以RC方式對發光二極體LED放電，即產生殘餘電流A通過發光二極體LED，此殘餘電流A如第5圖左斜區域部 分所示。故本發明為了消除殘餘電流A對調光的線性度之影響，而利用一調整模組23來改變誤差放大器22所接收的參考訊號V_ref之電位，即於調整模組23中使參考訊號V_ref以RC充電方式充電至一參考的第一電位V1來平衡殘餘電流A的影響。

由於當第一調光訊號DIM1處於導通期間ON時，參考訊號V_ref之電位是以RC充電方式慢慢增加至第一電位V1，故發光二極體電流I_LED亦以RC充電方式慢慢增加，而與原先習知的固定參考訊號V_ref之方式相比，發光二極體電流I_LED有部分電流B被消除，如第5圖右斜部分所示。因此，藉由第一調光訊號DIM1處於導通期間ON時減少部分電流B來補償當第一調光訊號DIM1處於截止期間OFF時殘餘電流A的影響，即可使發光二極體LED上之平均電流I_avg維持於預設值，而達到高線性度的調光效果。

綜上，復參閱第3圖，此時參考訊號V_ref之電位會隨時間慢慢的以RC充電方式(於此，為利用第一電阻R1與第一電容C1)達到第一電位V1，故在穩定的情況下，此時發光二極體電流I_LED由參考訊號V_ref之電位除以第四電阻R4之值所決定。而當第一調光訊號DIM1開始切換為截止期間OFF時，第一開關S1與第三開關S3開路且第二開關S2導通，此時將會暫時切斷誤差放大器22並保留切換時的工作點，又，此時參考訊號V_ref之電位會隨著回授訊號V_fb之電位變化，故參考訊號V_ref可藉由感測回授訊號V_fb來得知發光二極體LED上之發光二極體電流I_LED，因此，當第一調光訊號DIM1再次由截止期間OFF切換至導通期間ON時，參考訊號V_ref之電位將會從回授訊號V_fb之電位處開始慢慢以RC 充電方式充電至第一電位V1，且發光二極體電流I_LED亦隨參考訊號V_ref之電位的增加方式慢慢增加至穩定電流，而可成功達到高線性度的調光效果。

請參閱第6圖，為本發明另一實施例之發光二極體背光驅動裝置驅動一發光二極體電路之概要示意圖。在本實施例中，發光二極體背光驅動裝置2更包含一由運算放大器231。其中，運算放大器231之正向端電性連接至誤差放大器22之負向端與二極體發光電路3之第三節點N3，並接收來自第三節點N3的回授訊號V_fb。運算放大器231之負向端與其輸出端皆電性連接至第二開關S2之第二端。

於此，運算放大器231之負向端直接連接至其輸出端以構成一單增益緩衝器(Unit-Gain Buffer，或稱電壓隨耦器，Voltage Follower)之結構，來增強所接收的回授訊號V_fb，並降低雜訊。

請參閱第7圖，為依據本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置實施之責任週期變化對發光二極體電流變化之關係圖。可明顯看出依據本發明一實施例之發光二極體背光驅動裝置實施的發光二極體背光驅動器在第一調光訊號之頻率越高(如1KHz)的狀態下時，其發光二極體電流的線性度明顯較習知的發光二極體背光驅動裝置之線性度更好。

綜上所述，根據本發明之發光二極體背光驅動裝置，藉由調整模組來控制誤差放大器所接收的參考訊號，以減緩發光二極體於調光訊號由截止期間轉態為導通期間時所流經的電流，來平衡當第一調光訊號於截止期間時第二電容對發光二極體放電所造成之殘餘電流影 響，且當第一調光訊號切換為截止期間時，誤差放大器之二輸入端不會有大電壓差產生，因而可成功達到減少突波電流與增加調光電流之線性度。

本發明之技術內容已以較佳實施例揭示如上述，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所做些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明之範疇內，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。

2····························· 發光二極體背光驅動裝置 211·························· 震盪器 212·························· 斜率補償器 213·························· 比較器 214·························· 閂鎖器 215·························· 驅動器 22··························· 誤差放大器 3····························· 發光二極體電路 C1··························· 第一電容 C2··························· 第二電容 C3··························· 第三電容 D1··························· 二極體 DIM1························ 第一調光訊號 DIM2························ 第二調光訊號 inv··························· 反相器 Ierr··························· 誤差訊號 ILED·························· 發光二極體電流 Is····························· 感測訊號 L····························· 電感 M1··························· 電晶體 N1··························· 第一節點 N2··························· 第二節點 N3··························· 第三節點 LED························· 發光二極體 R1··························· 第一電阻 R2··························· 第二電阻 R3··························· 第三電阻 R4··························· 第四電阻 R5··························· 第五電阻 S1··························· 第一開關 S2··························· 第二開關 S3··························· 第三開關 V1··························· 參考電位 V2··························· 電源電壓 Vfb··························· 回授訊號 Vref·························· 參考訊號 Vc······································ 控制訊號

Claims (10)

1. 一種發光二極體背光驅動裝置，用以驅動一發光二極體電路，該發光二極體背光驅動裝置包括： 一控制模組，接收一第一調光訊號、一誤差訊號與來自該發光二極體電路的一感測訊號，並根據該第一調光訊號、該誤差訊號與該感測訊號產生一控制訊號至該發光二極體電路； 一誤差放大器，該誤差放大器之負向端接收來自該發光二極體電路的一回授訊號，該誤差放大器之正向端接收一參考訊號，該誤差放大器根據該回授訊號與該參考訊號輸出該誤差訊號；及 一調整模組，接收該第一調光訊號與該回授訊號，並根據該第一調光訊號與該回授訊號輸出該參考訊號，其中該第一調光訊號之每一週期包括一導通期間和一截止期間，當該第一調光訊號於該導通期間時，該參考訊號之電位隨時間提升至一參考電位，而當該第一調光訊號於該截止期間時，該參考訊號之電位追隨該回授訊號之電位。
2. 如請求項1所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該控制模組包括： 一震盪器，產生一時脈訊號； 一斜率補償器，接收該感測訊號，並根據該感測訊號輸出一補償訊號； 一比較器，該比較器之負向端接收該誤差訊號，該比較器之正向端接收該補償訊號，該比較器比較該誤差訊號與補償訊號並輸出一比較訊號； 一閂鎖器，該閂鎖器之設定端接收該時脈訊號，該閂鎖器之重置端接收該比較訊號，該閂鎖器根據該時脈訊號與該比較訊號輸出一驅動訊號；及 一驅動器，接收該驅動訊號與該第一調光訊號，並根據該驅動訊號與該第一調光訊號輸出該控制訊號。
3. 如請求項1所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該調整模組包括： 一反相器，接收該第一調光訊號，並輸出一第二調光訊號，其中該第二調光訊號之相位與該第一調光訊號之相位相反； 一第一電容，該第一電容之第一端接地，且該第一電容之第二端連接至一第一節點； 一第一電阻，該第一電阻之第一端連接至該第一節點； 一第一開關，由該第一調光訊號控制，該第一開關之第一端連接該第一電阻之第二端，且該第一開關之第二端連接該參考電位； 一第二電阻，該第二電阻之第一端連接該第一節點，且該第一節點連接至該誤差放大器之正向端以輸出該參考訊號；及 一第二開關，由該第二調光訊號控制，該第二開關之第一端連接該第二電阻之第二端，該第二開關之第二端連接至該誤差放大器之負向端。
4. 如請求項3所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該調整模組更包括： 一第三開關，由該第一調光訊號控制，該第三開關之第一端連接該誤差放大器之輸出端，且該第三開關之第二端連接至該比較器之負向端。
5. 如請求項4所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該調整模組更包括： 一運算放大器，該運算放大器之正向端接收該回授訊號，該運算放大器之負向端與該運算放大器之輸出端連接該第二開關之第二端。
6. 如請求項2所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該斜率補償器包括： 一電流感測電路，接收該感測訊號，並根據該感測訊號輸出一感測電流；及 一電流至電壓轉換電路，接收該感測電流，並根據該感測電流輸出該補償訊號。
7. 如請求項2所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該發光二極體電路包括： 一電感，該電感之第一端連接至一電源電壓； 一電晶體，該電晶體之控制端接收該控制訊號，該電晶體之第一端連接至該電感之第二端，且該電晶體之第二端連接至一第二節點，該第二節點連接至該斜率補償器以輸出該感測訊號； 一第三電阻，該第三電阻之第一端連接至該第二節點，且該第三電阻之第二端接地； 一第二電容，該第二電容之第一端接地，且該第二電容之第二端連接至該電感之第二端與該電晶體之第一端； 一發光二極體，該發光二極體之第一端連接至該第二電容之第二端，且該發光二極體之第二端連接至一第三節點，該第三節點連接至該誤差放大器之負向端以輸出該回授訊號；及 一第四電阻，該第四電阻之第一端接地，且該第四電阻之第二端連接至該第三節點。
8. 如請求項7所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該感測訊號為流過該第三電阻上之電流。
9. 如請求項7所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該回授訊號為流經該發光二極體之電流於該第四電阻上形成之電壓。
10. 如請求項7所述的發光二極體背光驅動裝置，其中該發光二極體電路更包含一二極體耦接於該電晶體之第一端與該第二電容之第二端間。