TWI558262B - 發光二極體驅動器 - Google Patents

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TWI558262B
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陳冠丞
林勇旭
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Description

發光二極體驅動器
本發明係關於一種發光二極體驅動器，尤指一種具有邏輯單元以產生頻率控制訊號之發光二極體驅動器。
先前技術調整液晶顯示器之背光(backlight)亮度時，係分析使用者指令、影像資料及環境光源以產生亮度訊號，並將亮度訊號傳送至發光二極體驅動器(LED driver)以調整背光。其中，分析環境光源係例如採用日光可讀性增強技術(sunlight readability enhancement；SRE)，以使偵測到環境較亮時可提高亮度；分析影像資料係例如採用內容調變亮度控制技術(content adaptive brightness control；CABC)，以根據欲顯示之影像資料進行亮度與對比的最佳化調整。發光二極體驅動器可採用脈頻調變(PFM)技術或脈寬調變(PWM)技術控制亮度。脈頻調變技術係將發光二極體顯示器之開關的控制訊號的佔空比(duty cycle)固定，僅調整控制訊號之頻率；脈寬調變技術係將控制訊號之頻率固定，僅調整控制訊號之佔空比。脈頻調變技術之重載效率差、雜訊抑制差、輸出漣波中等，僅輕載效率良好；而脈寬調變技術之重載效率佳、輸出漣波小、雜訊抑制良好，但輕載效率差。故本領域實欠缺兼顧發光二極體驅動器之重載效率、輕載效率、雜訊抑制及輸出漣波的解決方案。
本發明之一實施例揭露一種發光二極體驅動器，包含一功率開 關、一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器。該功率開關，用以控制一發光二極體電壓端點之充電位準，該功率開關之導通或截止係由一脈寬調變訊號控制；該邏輯單元，耦接於該功率開關之一控制端，用以根據該脈寬調變訊號之佔空比產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器，耦接於該邏輯單元，用以根據該頻率控制訊號產生一操作脈波，及根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。其中當該脈寬調變訊號之佔空比小於一脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該脈寬調變訊號之佔空比大於該脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；且該第一頻率小於該第二頻率。
本發明之另一實施例揭露一種發光二極體驅動器，包含一功率開關、一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器。該功率開關，用以控制一發光二極體電壓端點之充電位準，該功率開關之導通或截止係由一脈寬調變訊號控制；該邏輯單元，用以根據一亮度訊號產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器，耦接於該邏輯單元，用以根據該頻率控制訊號產生一操作脈波，及根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。其中當該亮度訊號對應的一負載值小於一亮度門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該負載值大於該亮度門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；且該第一頻率小於該第二頻率。
本發明之另一實施例揭露一種發光二極體驅動器，包含一功率開關、一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器。該功率開關，用以控制一發光二極體電壓端點之充電位準，該功率開關之導通或截止係由一脈寬調變訊號控制；該邏輯單元，耦接於該功率開關之一控制端，用以根據該脈寬調變訊號之佔空比及一亮度訊號產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器，耦接於該邏輯單元，用以根據該頻率控制訊號產生一操作脈波，及根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。其中當該脈寬調變訊號之佔空比小於一脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該脈寬調變訊號之佔空比大於該脈寬 調變門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；且該第一頻率小於該第二頻率。
本發明之另一實施例揭露一種發光二極體驅動器之控制方法，該發光二極體驅動器包含一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器，該方法包含該脈波調整訊號產生器輸出一脈寬調變訊號以控制一功率開關；該邏輯單元根據該脈寬調變訊號之一佔空比產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器接收該頻率控制訊號，且該脈波調整訊號產生器內之一振盪器根據該頻率控制訊號輸出一操作脈波；及該脈波調整訊號產生器根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。
本發明之另一實施例揭露一種發光二極體驅動器之控制方法，該發光二極體驅動器包含一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器，該方法包含該脈波調整訊號產生器輸出一脈寬調變訊號以控制一功率開關；該邏輯單元根據該脈寬調變訊號之一佔空比及一亮度訊號產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器接收該頻率控制訊號，且該脈波調整訊號產生器內之一振盪器根據該頻率控制訊號輸出一操作脈波；及該脈波調整訊號產生器根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。
本發明之另一實施例揭露一種發光二極體驅動器之控制方法，該發光二極體驅動器包含一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器，該方法包含該脈波調整訊號產生器輸出一脈寬調變訊號以控制一功率開關；該邏輯單元根據一亮度訊號產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器接收該頻率控制訊號，且該脈波調整訊號產生器內之一振盪器根據該頻率控制訊號輸出一操作脈波；及該脈波調整訊號產生器根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。
100、500、800、1100‧‧‧發光二極體驅動器
BL1‧‧‧發光二極體單元
SW1‧‧‧功率開關
L1、L2、L3‧‧‧邏輯單元
DD1、DD2‧‧‧脈波調整訊號產生器
VLED‧‧‧發光二極體電壓端點
Ix‧‧‧電流源
W1‧‧‧操作脈波
Osc1‧‧‧振盪器
Comp1‧‧‧比較器
Lch1‧‧‧鎖存器
Dr1、Dr2‧‧‧驅動單元
Vfb‧‧‧回授訊號
Vfb’‧‧‧處理後回授訊號
VPWM‧‧‧脈寬調變訊號
VBR‧‧‧亮度訊號
BUF1‧‧‧緩衝器
Fx、Fx2‧‧‧處理單元
CS1‧‧‧電流抽取器
Vsink‧‧‧控制訊號
Vsinka‧‧‧類比控制訊號
Icontrol‧‧‧調整訊號
Vx‧‧‧操作電壓
T1‧‧‧時脈產生器
Cnt1‧‧‧脈寬調變計數器
Cnt2‧‧‧計數脈波計數器
Cnt3‧‧‧亮度訊號計數器
Cal1、Cal2、Cal3‧‧‧運算單元
PWM1‧‧‧脈寬調變計數值
BR1‧‧‧亮度訊號計數值
Wc1‧‧‧計數脈波計數值
Wc‧‧‧計數脈波
Hys‧‧‧磁滯單元
Div1、Div2‧‧‧除法單元
Cpt1、Cpt2‧‧‧比較單元
Fs1、Fs2、Fs3‧‧‧頻率設定單元
Vfreq‧‧‧頻率控制訊號
Vfreq’‧‧‧輸出之頻率控制訊號
S1‧‧‧系統
U1‧‧‧使用者接收單元
I1‧‧‧影像資料單元
D1‧‧‧環境光源偵測器
A1‧‧‧分析單元
i1‧‧‧使用者指令訊號
i2‧‧‧影像資料訊號
i3‧‧‧環境光源訊號
I2C‧‧‧內部整合電路介面
M1‧‧‧記憶單元
R1至Rn‧‧‧暫存器
EC‧‧‧誤差放大器
SW2‧‧‧同步開關
Da‧‧‧二極體
Ca‧‧‧電容
DAC‧‧‧數位轉類比轉換器
Vref‧‧‧參考位準
1200、1400‧‧‧控制方法
1210至1280、1410至1494‧‧‧步驟
VIN‧‧‧輸入電壓
ta、tb、t1、t2、t3‧‧‧時段
1710、1720‧‧‧曲線
VIN‧‧‧輸入電壓
Lx‧‧‧電感
第1圖係本案一實施例之發光二極體驅動器、電感及發光二極體單元的示意圖。
第2圖係第1圖之發光二極體單元、電感及發光二極體驅動器的內部之示意圖。
第3圖係第1圖及第2圖之邏輯單元的內部示意圖。
第4圖係本案另一實施例之發光二極體驅動器、電感及發光二極體單元的示意圖。
第5圖係第4圖之發光二極體單元、電感及發光二極體驅動器的內部之示意圖。
第6圖係第4圖之邏輯單元的內部示意圖。
第7圖係本案另一實施例之發光二極體驅動器、電感及發光二極體單元的示意圖。
第8圖係第7圖之電感、發光二極體單元及發光二極體驅動器的內部之示意圖。
第9圖係第7圖及第8圖之邏輯單元的內部示意圖。
第10圖係第7圖及第8圖之發光二極體驅動器設置於系統之示意圖。
第11圖本案另一實施例之發光二極體單元、電感及發光二極體驅動器的內部之示意圖。
第12圖係本案一實施例中發光二極體驅動器之控制方法之流程圖。
第13圖係對應於第12圖之控制方法的訊號波形示意圖。
第14圖係本案另一實施例中發光二極體驅動器之控制方法之流程圖。
第15圖係對應於第14圖之控制方法的脈寬調變訊號的頻率規劃圖。
第16圖係對應於第14圖之控制方法的訊號波形示意圖。
第17圖係本案一實施例之負載及消耗功率對照曲線示意圖。
第1圖係本案一實施例之發光二極體驅動器100、電感Lx及發光二極體單元BL1之示意圖。電感Lx耦接於輸入電壓VIN及發光二極體電壓端點VLED。發光二極體驅動器100包含功率開關SW1、邏輯單元L1及脈波調整訊號產生器DD1，用以控制發光二極體單元BL1的顯示亮度。功率開關SW1用以控制發光二極體電壓端點VLED之充電位準，功率開關SW1之導通或截止係由脈寬調變訊號VPWM控制，功率開關SW1可耦接於電流源Ix。邏輯單元L1耦接於功率開關SW1之控制端，用以根據脈寬調變訊號VPWM之佔空比(duty cycle)產生頻率控制訊號Vfreq。脈波調整訊號產生器DD1係耦接於邏輯單元L1，用以根據頻率控制訊號Vfreq產生操作脈波W1，及根據操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。其中當脈寬調變訊號VPWM之佔空比小於脈寬調變門檻時，操作脈波W1具有第一頻率；當脈寬調變訊號VPWM之佔空比大於脈寬調變門檻時，操作脈波W1具有第二頻率；且第一頻率小於第二頻率。根據本案實施例，第1圖所示之輸入電壓VIN可例如為(但不限於)電池供電之4.5伏特、或變壓器供電之21伏特。電感Lx係用以儲能，其電感值可根據設計需求採用適宜之電感值，例如(但不限於)4.7微亨利(uH)或10微亨利等。
第2圖係第1圖之發光二極體單元BL1、電感Lx及發光二極體驅動器100的內部之示意圖。電感Lx耦接於輸入電壓VIN及發光二極體電壓端點VLED。第2圖中，脈波調整訊號產生器DD1更包含振盪器Osc1、比較器Comp1、鎖存器Lch1、及驅動單元Dr1。振盪器Osc1用以根據頻率控制訊號Vfreq輸出操作脈波W1。比較器Comp1係耦接於振盪器Osc1，用以根據操作脈波W1及回授訊號Vfb產生脈寬調變訊號VPWM。鎖存器Lch1係耦接於振盪器Osc1及比較器Comp1，用以根據操作脈波W1控制脈寬調變訊號VPWM之輸出。驅動單元Dr1耦接於鎖存器Lch1，用以輸出脈寬調變訊號VPWM 至功率開關SW1。舉例而言，振盪器Osc1可根據頻率控制訊號Vfreq將操作脈波W1的頻率設定為1.2百萬赫茲(MHz)、600仟赫茲(KHz)或450仟赫茲，以使脈寬調變訊號VPWM相對應地具有1.2百萬赫茲(MHz)、600仟赫茲(KHz)或450仟赫茲之頻率。比較器Comp1則可根據操作脈波W1及回授訊號Vfb以將脈寬調變訊號VPWM之佔空比設為例如85%、80%或25%等不同數值之佔空比。上述之操作脈波W1的頻率及脈寬調變訊號VPWM的佔空比僅為舉例，而非用以限制本案產生的波形其特性之範圍。脈寬調變訊號VPWM的佔空比係可對應於輸入電壓，舉例而言，當脈寬調變訊號VPWM的佔空比為85%(大於50%)，可對應至輸入電壓為4.5伏特(電池供電)；當脈寬調變訊號VPWM的佔空比為33%(小於50%)，可對應至輸入電壓為21伏特(變壓器供電)。
由第2圖可見，驅動單元Dr1可包含緩衝器BUF1及處理單元Fx，其中緩衝器BUF1可接收脈寬調變訊號VPWM再將之輸出至功率開關SW1之控制端，處理單元Fx可根據脈寬調變訊號VPWM產生控制訊號Vsink。驅動單元Dr1可更包含電流抽取器(current sink)CS1，控制訊號Vsink可例如為電流抽取訊號。電流抽取器CS1之節點具有操作電壓Vx，電流抽取器CS1可根據控制訊號Vsink產生調整訊號Icontrol以控制背光面板之發光二極體單元BL1的顯示亮度，及根據操作電壓Vx產生上述之回授訊號Vfb，第2圖之實施例之操作電壓Vx及回授訊號Vfb係取於同一節點(node)，然而第2圖僅為示意圖，使用者亦可另將操作電壓Vx經處理後求得回授訊號Vfb。舉例而言，背光面板之發光二極體單元BL1可為發光二極體串，調整訊號Icontrol可為流經發光二極體單元BL1之電流，電流值越高則亮度越亮，故調整訊號Icontrol可控制顯示亮度。
第3圖係第1圖及第2圖之邏輯單元L1的內部示意圖。由第3 圖可見，邏輯單元L1可包含時脈產生器T1、脈寬調變計數器Cnt1、計數脈波計數器Cnt2及運算單元Cal1。時脈產生器T1用以產生計數脈波Wc。脈寬調變計數器Cnt1可計數(count)脈寬調變訊號VPWM之脈衝(pulse)以產生脈寬調變計數值PWM1。計數脈波計數器Cnt2可計數計數脈波Wc之脈衝以產生計數脈波計數值Wc1。運算單元Cal1可根據脈寬調變計數值PWM1及計數脈波計數值Wc1產生頻率控制訊號Vfreq。其中計數脈波Wc可為具有固定頻率之脈波。運算單元Cal1可具有磁滯(hysteresis)單元Hys、除法單元Div1、比較單元Cpt1及頻率設定單元Fs1。磁滯單元Hys可用以消除雜訊；除法單元Div1可將脈寬調變計數值PWM1及計數脈波計數值Wc1相除；比較單元Cpt1可判斷除法單元Div1之運算結果；及頻率設定單元Fs1可根據比較單元Cpt1之比較結果產生頻率控制訊號Vfreq。頻率設定單元Fs1可例如具有預設之查詢表(lookup table)或設定程式以根據比較單元Cpt1之比較結果產生頻率控制訊號Vfreq。第3圖所示之邏輯單元L1的內部架構僅為舉例，用以舉例說明邏輯單元L1根據脈寬調變訊號VPWM之佔空比產生頻率控制訊號Vfreq的一種實施樣態，並非用以限制本案之邏輯單元L1的內部架構。
第4圖係本案另一實施例之發光二極體驅動器500、電感Lx及發光二極體單元BL1之示意圖。電感Lx耦接於輸入電壓VIN。發光二極體驅動器500包含功率開關SW1、邏輯單元L2及脈波調整訊號產生器DD1。功率開關SW1可用以控制發光二極體電壓端點VLED之充電位準，功率開關SW1之導通或截止係由脈寬調變訊號VPWM控制，功率開關SW1可耦接於電流源Ix。邏輯單元L2可根據亮度訊號VBR產生頻率控制訊號Vfreq。脈波調整訊號產生器DD1係耦接於該邏輯單元L2且可根據頻率控制訊號Vfreq產生操作脈波W1，及根據操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。其中當亮度訊號VBR對應的負載值小於亮度門檻時，操作脈波W1具有第三頻率；當負載值大 於亮度門檻時，操作脈波W1具有第四頻率；且第三頻率小於第二頻率。舉例而言，第三頻率F3可例如為800仟赫茲，且第四頻率可例如為1.2百萬赫茲。根據本案實施例，第4圖所示之輸入電壓VIN可例如為(但不限於)電池供電之4.5伏特、或變壓器供電之21伏特。電感Lx係用以儲能，其電感值可根據設計需求採用適宜之電感值，例如(但不限於)4.7微亨利(uH)或10微亨利等。
第5圖係第4圖之電感Lx、發光二極體單元BL1及發光二極體驅動器500的內部之示意圖。脈波調整訊號產生器DD1及其包含之振盪器Osc1、比較器Comp1、鎖存器Lch1及驅動單元Dr1的操作原理同於第2圖之敘述，故不贅述。第5圖之邏輯單元L2與第2圖之邏輯單元L1相異在於邏輯單元L2並非根據脈寬調變訊號VPWM之佔空比、而係根據亮度訊號VBR產生頻率控制訊號Vfreq。
第6圖係第4圖之邏輯單元L1的內部示意圖。由第6圖可見，邏輯單元L1可包含時脈產生器T1、亮度訊號計數器Cnt3、計數脈波計數器Cnt2及運算單元Cal2。時脈產生器T1用以產生計數脈波Wc。亮度訊號計數器Cnt3可計數亮度訊號VBR之脈衝以產生亮度訊號計數值BR1。計數脈波計數器Cnt2可計數計數脈波Wc之脈衝以產生計數脈波計數值Wc1。運算單元Cal2可根據亮度訊號計數值BR1及計數脈波計數值Wc1產生頻率控制訊號Vfreq。其中計數脈波Wc可為具有固定頻率之脈波。運算單元Cal2可具有磁滯(hysteresis)單元Hys、除法單元Div2、比較單元Cpt2及頻率設定單元Fs2。磁滯單元Hys可用以消除雜訊；除法單元Div2可將亮度訊號計數值BR1及計數脈波計數值Wc1相除；比較單元Cpt2可判斷除法單元Div2之運算結果；及頻率設定單元Fs2可根據比較單元Cpt2之比較結果產生頻率控制訊號Vfreq。頻率設定單元Fs2可例如具有預設之查詢表或設定程式以根據比較結 果產生頻率控制訊號Vfreq。第6圖所示之邏輯單元L2的內部架構僅為舉例，用以舉例說明邏輯單元L2根據亮度訊號VBR產生頻率控制訊號Vfreq的一種實施樣態，並非用以限制本案之邏輯單元L2的內部架構。
第7圖係本案另一實施例之發光二極體驅動器800、電感Lx及發光二極體單元BL1的示意圖。電感Lx耦接於輸入電壓VIN及發光二極體電壓端點VLED。發光二極體驅動器800包含功率開關SW1、邏輯單元L3及脈波調整訊號產生器DD2。功率開關SW1可控制發光二極體電壓端點VLED之充電位準，功率開關SW1的導通或截止係由脈寬調變訊號VPWM控制，可耦接於電流源Ix。邏輯單元L3可耦接於功率開關SW1之控制端，用以根據脈寬調變訊號VPWM之佔空比及亮度訊號VBR產生頻率控制訊號Vfreq。脈波調整訊號產生器D1可耦接於邏輯單元L3，可根據頻率控制訊號Vfreq產生操作脈波W1，及根據操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。其中當脈寬調變訊號VPWM之佔空比小於脈寬調變門檻時，操作脈波W1具有第一頻率；當脈寬調變訊號VPWM之佔空比大於脈寬調變門檻時，操作脈波W1具有第二頻率；且第一頻率小於第二頻率。根據本案實施例，第7圖所示之輸入電壓VIN可例如為(但不限於)電池供電之4.5伏特、或變壓器供電之21伏特。電感Lx係用以儲能，其電感值可根據設計需求採用適宜之電感值，例如(但不限於)4.7微亨利(uH)或10微亨利等。
第8圖係第7圖之電感Lx、發光二極體單元BL1及發光二極體驅動器800的內部之示意圖。電感Lx耦接於輸入電壓VIN及發光二極體電壓端點VLED。脈波調整訊號產生器DD2及其包含之振盪器Osc1、比較器Comp1、鎖存器Lch1的操作原理同於第2圖之敘述，故不贅述。驅動單元Dr2包含之處理單元Fx2則可根據脈寬調變訊號VPWM及亮度訊號VBR產生控制訊號Vsink。第8圖之邏輯單元L3與第2圖之邏輯單元L1相異在於邏輯 單元L3係可根據脈寬調變訊號VPWM之佔空比及亮度訊號VBR產生頻率控制訊號Vfreq。
第9圖係第7圖及第8圖之邏輯單元L3的內部示意圖。由第9圖可見，邏輯單元L3可包含時脈產生器T1、亮度訊號計數器Cnt3、計數脈波計數器Cnt2、脈寬調變計數器Cnt1及運算單元Cal3。運算單元Cal3包含磁滯單元Hys、除法單元Div1、除法單元Div2、比較單元Cpt1、比較單元Cpt2及頻率設定單元Fs3。其中時脈產生器T1、亮度訊號計數器Cnt3、計數脈波計數器Cnt2、脈寬調變計數器Cnt1及運算單元Cal3。運算單元Cal3包含磁滯單元Hys、除法單元Div1、除法單元Div2、比較單元Cpt1及比較單元Cpt2之操作原理係同於第3圖及第6圖之敘述，故不再重述。頻率設定單元Fs3可根據比較單元Cpt1及比較單元Cpt2之比較結果產生頻率控制訊號Vfreq。頻率設定單元Fs3可例如具有預設之查詢表或設定程式以根據比較結果產生頻率控制訊號Vfreq。因此，邏輯單元L3可根據亮度訊號VBR及脈寬調變訊號VPWM之佔空比產生頻率控制訊號Vfreq。
第10圖係第7圖及第8圖之發光二極體驅動器800設置於系統S1之示意圖。系統S1包含使用者接收單元U1、影像資料單元I1、環境光源偵測器D1、分析單元A1、發光二極體驅動器800及背光模組BL。使用者接收單元U1可根據接收使用者指令產生使用者指令訊號i1，影像資料單元I1可根據欲顯示之影像資料產生影像資料訊號i2，環境光源偵測器D1可根據其偵測之環境光源產生環境光源訊號i3，分析單元A1可分析使用者指令訊號i1、影像資料訊號i2及環境光源訊號i3以產生亮度訊號VBR，並將亮度訊號VBR傳至發光二極體驅動器800。發光二極體驅動器800包含邏輯單元L1、脈波調整訊號產生器DD2、電流抽取器CS1及功率開關SW1，其中邏輯單元L1可根據亮度訊號VBR及脈寬調變訊號VPWM之佔空比產生頻率控制訊號 Vfreq。脈波調整訊號產生器DD2可根據回授訊號Vfb決定脈寬調變訊號VPWM之佔空比，及根據頻率控制訊號Vfreq決定脈寬調變訊號VPWM之頻率。電流抽取器CS1可根據可根據控制訊號Vsink產生調整訊號Icontrol以控制背光面板之發光二極體單元BL1的顯示亮度，及根據操作電壓Vx產生回授訊號Vfb以傳送至脈波調整訊號產生器DD2。
第11圖本案另一實施例之發光二極體單元BL1、電感Lx及發光二極體驅動器1100之內部示意圖。電感Lx係耦接於輸入電壓VIN及發光二極體電壓端點VLED。發光二極體驅動器1100的操作原理同於第8圖之發光二極體驅動器800，然較之發光二極體驅動器800，發光二極體驅動器1100更包含內部整合電路介面(Inter-Integrated Circuit；I2C)I2C、記憶單元M1、一組暫存器R1至Rn、誤差放大器(error amplifier)EC、同步開關SW2、數位轉類比轉換器DAC、二極體Da及電容Ca。第11圖中，頻率控制訊號Vfreq可先透過內部整合電路介面(Inter-Integrated Circuit；I2C)I2C傳送至記憶單元M1及一組暫存器R1至Rn，以使輸出之頻率控制訊號Vfreq’具有n位元(b-bit)之訊息，經處理單元Fx處理後，產生之控制訊號Vsink可對應地具有n位元之訊息，例如控制訊號Vsink可為10位元(10-bit)之數位訊號，當控制訊號Vsink傳至電流抽取器CS1之前，可先以數位轉類比轉換器DAC將控制訊號Vsink轉換為類比控制訊號Vsinka，用以控制電流抽取器CS1。此外，前述之回授訊號Vfb傳送至比較器Comp1之前，可採用誤差放大器EC將回授訊號Vfb與參考位準Vref比較，藉此放大回授訊號Vfb以產生處理後回授訊號Vfb’，用以輸入比較器Comp1以設定脈寬調變訊號VPWM之佔空比。二極體Da係用以防止電流倒流。電容Ca可充電及穩壓。同步開關SW2係可由脈寬調變訊號VPWM控制傳送處理後回授訊號Vfb’至脈波調整訊號產生器DD2的時點。
第12圖係本案一實施例中發光二極體驅動器之控制方法1200之流程圖。控制方法1200可例如搭配第2圖所示之發光二極體驅動器100，控制方法1200包含：步驟1210：脈波調整訊號產生器DD1輸出脈寬調變訊號VPWM以控制功率開關SW1；步驟1220：脈寬調變訊號VPWM之佔空比是否小於脈寬調變門檻？若是，進入步驟1230；若否，進入步驟1260；步驟1230：邏輯單元L1產生對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq；步驟1240：脈波調整訊號產生器DD1接收對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq，脈波調整訊號產生器DD1內之振盪器Osc1根據對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq輸出具有第一頻率之操作脈波W1。
步驟1250：脈波調整訊號產生器DD1根據具有第一頻率之操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。
步驟1260：邏輯單元L1產生對應於第二頻率之頻率控制訊號Vfreq；步驟1270：脈波調整訊號產生器DD1接收對應於第二頻率之頻率控制訊號Vfreq，脈波調整訊號產生器DD1內之振盪器Osc1根據對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq輸出具有第二頻率之操作脈波W1；步驟1280：脈波調整訊號產生器DD1根據具有第二頻率之操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。
控制方法1200所述之脈寬調變門檻可例如為50%，第一頻率係小於第二頻率，例如第一頻率可為450仟赫茲、第二頻率可為1.2百萬赫茲。
第13圖係對應於第12圖之控制方法的訊號波形示意圖。由第13 圖可見，當亮度訊號VBR之佔空比係保持為50%不變，若從時段ta進入時段tb，亦即脈寬調變訊號VPWM之佔空比由85%(高於脈寬調變門檻，即50%)下降至33%(低於脈寬調變門檻)，則脈寬調變訊號VPWM之頻率從1.2百萬赫茲被調降為450仟赫茲。脈寬調變訊號VPWM的佔空高於脈寬調變門檻，可對應至輸入電壓VIN為4.5伏特(電池供電)；當脈寬調變訊號VPWM低於脈寬調變門檻，可對應至輸入電壓VIN為21伏特(變壓器供電)。
第14圖係本案另一實施例中發光二極體驅動器之控制方法1400之流程圖。控制方法1400可例如搭配第8圖所示之發光二極體驅動器800，控制方法1400包含：步驟1410：脈波調整訊號產生器DD2輸出脈寬調變訊號VPWM以控制功率開關SW1；步驟1420：脈寬調變訊號VPWM之佔空比是否小於脈寬調變門檻？若是，進入步驟1430；若否，進入步驟1460；步驟1430：邏輯單元L3產生對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq；步驟1432：脈波調整訊號產生器DD2接收對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq，脈波調整訊號產生器DD2內之振盪器Osc1根據對應於第一頻率之頻率控制訊號Vfreq輸出具有第一頻率之操作脈波W1。
步驟1434：脈波調整訊號產生器DD2根據具有第一頻率之操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。
步驟1460：亮度訊號VBR對應之負載值是否大於第一亮度門檻？若否，進入步驟1470；若是，進入步驟1490；步驟1470：亮度訊號VBR對應之負載值是否大於第二亮度門檻？若否，進入步驟1472；若是，進入步驟1480；步驟1472：邏輯單元L3產生對應於第二頻率之頻率控制訊號 Vfreq；步驟1474：脈波調整訊號產生器DD2接收對應於第二頻率之頻率控制訊號Vfreq，脈波調整訊號產生器DD2內之振盪器Osc1根據對應於第二頻率之頻率控制訊號Vfreq輸出具有第二頻率之操作脈波W1。
步驟1476：脈波調整訊號產生器DD2根據具有第三頻率之操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。
步驟1480：邏輯單元L3產生對應於第三頻率之頻率控制訊號Vfreq；步驟1482：脈波調整訊號產生器DD2接收對應於第三頻率之頻率控制訊號Vfreq，脈波調整訊號產生器DD2內之振盪器Osc1根據對應於第三頻率之頻率控制訊號Vfreq輸出具有第三頻率之操作脈波W1。
步驟1484：脈波調整訊號產生器DD2根據具有第三頻率之操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。
步驟1490：邏輯單元L3產生對應於第四頻率之頻率控制訊號Vfreq；步驟1492：脈波調整訊號產生器DD2接收對應於第四頻率之頻率控制訊號Vfreq，脈波調整訊號產生器DD2內之振盪器Osc1根據對應於第四頻率之頻率控制訊號Vfreq輸出具有第四頻率之操作脈波W1；步驟1494：脈波調整訊號產生器DD2根據具有第四頻率之操作脈波W1更新脈寬調變訊號VPWM。
控制方法1400所述的第一頻率至第四頻率可例如為450仟赫茲、600仟赫茲、800仟赫茲、及1.2百萬赫茲。其中脈寬調變門檻可例如為50%、第一亮度門檻可例如對應至70%之亮度訊號佔空比、第二亮度門檻可例如對應至40%之亮度訊號佔空比。亮度訊號VBR可對應於發光二極體驅動器之負載，步驟1420中，若脈寬調變訊號VPWM之佔空比小於脈寬調變門檻，係為 輕載；步驟1460中，若亮度訊號VBR對應之負載值大於第一亮度門檻，則為極重載；步驟1470中，若亮度訊號VBR對應之負載值不大於第二亮度門檻，則為中載、若亮度訊號VBR對應之負載值大於第二亮度門檻，則為重載。
第15圖係對應於第14圖之控制方法1400的脈寬調變訊號VPWM的頻率規劃圖。由第15圖可知，根據本案實施例，可根據脈寬調變訊號VPWM之佔空比、及亮度訊號對應的負載值，調整脈寬調變訊號VPWM之頻率，其係階梯狀之四段頻率。上述第14圖及第15圖所示的階梯狀之四段頻率僅為舉例，研發人員可根據需求，設定脈寬調變門檻及亮度門檻之數值、個數及先後順序(例如亦可先判斷亮度訊號VBR對應之負載值是否大於亮度門檻)，以達成多段頻率之調整。
第16圖係對應於第14圖之控制方法1400的訊號波形示意圖。第16圖中，時段t1中，因脈寬調變訊號VPWM之佔空比係85%，大於脈寬調變門檻(例如為50%)，故輸入電壓VIN係4.5伏特(電池供電)，然而亮度訊號VBR之佔空比係85%，大於第一亮度門檻(例如為70%)，對應於極重載，故調整脈寬調變訊號VPWM之頻率為1.2百萬赫茲；時段t2中，因脈寬調變訊號VPWM之佔空比係80%，大於脈寬調變門檻(例如為50%)，故輸入電壓VIN係4.5伏特(電池供電)，然而亮度訊號VBR之佔空比係30%，小於第二亮度門檻(例如為40%)，對應於中載，故調整脈寬調變訊號VPWM之頻率為600仟赫茲；時段t3中，因脈寬調變訊號VPWM之佔空比係25%，小於脈寬調變門檻(例如為50%)，故輸入電壓VIN係21伏特(變壓器供電)，亮度訊號VBR之佔空比係30%，小於第二亮度門檻(例如為40%)，對應於輕載，故調整脈寬調變訊號VPWM之頻率為450仟赫茲。
第17圖係本案一實施例之負載及消耗功率對照曲線示意圖。第 17圖之橫軸係負載，其可對應於上述之亮度訊號，縱軸係量測所得之消耗功率。第17圖所示的實施例係輸入電壓VIN為21伏特(變壓器供電)。曲線1710係先前技術之消耗功率曲線，曲線1720係採用本案實施例之發光二極體驅動器量得之消耗功率曲線。先前技術中，當採用脈寬調變(PWM)技術，控制訊號之頻率係固定(例如為1.2百萬赫茲)、無法調整。然經採用本案實施例之發光二極體驅動器，當負載並非極重載時，頻率可自動調整，例如曲線1720係工作於450仟赫茲。第17圖中，當負載為90毫安培(mA)時，功率消耗可由264.86毫瓦(mW)降至223.29毫瓦，減少41.57毫瓦，達15.69%。
本案實施例之發光二極體驅動器及控制方法，相較於先前技術，不僅可調整控制訊號如脈寬調變訊號VPWM之佔空比，亦可根據負載及輸入電壓調整其頻率，因此輕載效率、重載效率、輸出漣波、雜訊抑制之表現可均為良好，消耗功率可有效降低，對先前技術之脈頻調變技術及脈寬調變技術難以克服之問題已提供解決方案，對於本領域實有助益。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
800‧‧‧發光二極體驅動器
BL1‧‧‧發光二極體單元
SW1‧‧‧功率開關
L3‧‧‧邏輯單元
DD2‧‧‧脈波調整訊號產生器
VLED‧‧‧發光二極體電壓端點
Ix‧‧‧電流源
W1‧‧‧操作脈波
Osc1‧‧‧振盪器
Comp1‧‧‧比較器
Lch1‧‧‧鎖存器
Dr2‧‧‧驅動單元
Vfb‧‧‧回授訊號
VPWM‧‧‧脈寬調變訊號
VBR‧‧‧亮度訊號
BUF1‧‧‧緩衝器
Fx2‧‧‧處理單元
CS1‧‧‧電流抽取器
Vsink‧‧‧控制訊號
Icontrol‧‧‧調整訊號
Vx‧‧‧操作電壓
Vfreq‧‧‧頻率控制訊號
VIN‧‧‧輸入電壓
Lx‧‧‧電感

Claims (11)

  1. 一種發光二極體驅動器，包含：一功率開關，用以控制一發光二極體電壓端點之充電位準，該功率開關之導通或截止係由一脈寬調變訊號控制；一邏輯單元，耦接於該功率開關之一控制端，用以根據該脈寬調變訊號之佔空比產生一頻率控制訊號，該邏輯單元包含：一時脈產生器，用以產生一計數脈波；一脈寬調變計數器，用以根據該脈寬調變訊號產生一脈寬調變計數值；及一運算單元，用以根據該計數脈波及該脈寬調變計數值產生該頻率控制訊號；及一脈波調整訊號產生器，耦接於該邏輯單元，用以根據該頻率控制訊號產生一操作脈波，及根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號；其中當該脈寬調變訊號之佔空比小於一脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該脈寬調變訊號之佔空比大於該脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；且該第一頻率小於該第二頻率。
  2. 如請求項1所述之發光二極體驅動器，其中：該脈波調整訊號產生器另用以根據一回授訊號調整該脈寬調變訊號之佔空比，及根據該脈寬調變訊號及一亮度訊號產生一控制訊號；該發光二極體驅動器另包含一電流抽取器，具有一操作電壓，該電流抽取器用以根據該控制訊號產生一調整訊號以控制一背光面板的顯示亮度，及根據該操作電壓產生該回授訊號。
  3. 一種發光二極體驅動器，包含： 一功率開關，用以控制一發光二極體電壓端點之充電位準，該功率開關之導通或截止係由一脈寬調變訊號控制；一邏輯單元，用以根據一亮度訊號產生一頻率控制訊號，包含一時脈產生器，用以產生一計數脈波；一亮度訊號計數器，用以根據該亮度訊號產生一亮度訊號計數值；及一運算單元，用以根據該計數脈波及該亮度訊號計數值產生該頻率控制訊號；及一脈波調整訊號產生器，耦接於該邏輯單元，用以根據該頻率控制訊號產生一操作脈波，及根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號；其中當該亮度訊號對應的一負載值小於一亮度門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該負載值大於該亮度門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；且該第一頻率小於該第二頻率。
  4. 一種發光二極體驅動器，包含：一功率開關，用以控制一發光二極體電壓端點之充電位準，該功率開關之導通或截止係由一脈寬調變訊號控制；一邏輯單元，耦接於該功率開關之一控制端，用以根據該脈寬調變訊號之佔空比及一亮度訊號產生一頻率控制訊號，包含一時脈產生器，用以產生一計數脈波；一脈寬調變計數器，用以根據該脈寬調變訊號產生一脈寬調變計數值；一亮度訊號計數器，用以根據該亮度訊號產生一亮度訊號計數值；及一運算單元，用以根據該計數脈波、該脈寬調變計數值及該亮度訊號計數值產生該頻率控制訊號；及 一脈波調整訊號產生器，耦接於該邏輯單元，用以根據該頻率控制訊號產生一操作脈波，及根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號；其中當該脈寬調變訊號之佔空比小於一脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該脈寬調變訊號之佔空比大於該脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；且該第一頻率小於該第二頻率。
  5. 如請求項3或4所述之發光二極體驅動器，其中：該脈波調整訊號產生器另用以根據一回授訊號更新該脈寬調變訊號之佔空比，及根據該脈寬調變訊號及該亮度訊號產生一控制訊號；該發光二極體驅動器另包含一電流抽取器，具有一操作電壓，該電流抽取器用以根據該控制訊號產生一調整訊號以控制一背光面板的顯示亮度，及根據該操作電壓產生該回授訊號。
  6. 如請求項1、3及4中任一項所述之發光二極體驅動器，其中該脈波調整訊號產生器包含：一振盪器，用以根據該頻率控制訊號輸出該操作脈波；一比較器，耦接於該振盪器，用以根據該操作脈波及一回授訊號產生該脈寬調變訊號；一鎖存器，耦接於該振盪器及該比較器，用以根據該操作脈波控制該脈寬調變訊號之輸出；及一驅動單元，耦接於該鎖存器，用以輸出該脈寬調變訊號至該功率開關。
  7. 一種發光二極體驅動器之控制方法，該發光二極體驅動器包含一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器，該方法包含：該脈波調整訊號產生器輸出一脈寬調變訊號以控制一功率開關；該邏輯單元產生一計數脈波，根據該脈寬調變訊號之一佔空比產生一脈寬 調變計數值，及根據該計數脈波及該脈寬調變計數值產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器接收該頻率控制訊號，且該脈波調整訊號產生器內之一振盪器根據該頻率控制訊號輸出一操作脈波；及該脈波調整訊號產生器根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。
  8. 一種發光二極體驅動器之控制方法，該發光二極體驅動器包含一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器，該方法包含：該脈波調整訊號產生器輸出一脈寬調變訊號以控制一功率開關；該邏輯單元產生一計數脈波，根據一亮度訊號產生一亮度訊號計數值，根據該脈寬調變訊號之一佔空比產生一脈寬調變計數值，及根據該計數脈波、該脈寬調變計數值及該亮度訊號計數值產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器接收該頻率控制訊號，且該脈波調整訊號產生器內之一振盪器根據該頻率控制訊號輸出一操作脈波；及該脈波調整訊號產生器根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。
  9. 如請求項7或8所述之方法，其中當該佔空比小於一脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該佔空比大於該脈寬調變門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；其中該第一頻率小於該第二頻率。
  10. 一種發光二極體驅動器之控制方法，該發光二極體驅動器包含一邏輯單元及一脈波調整訊號產生器，該方法包含：該脈波調整訊號產生器輸出一脈寬調變訊號以控制一功率開關；該邏輯單元產生一計數脈波，根據一亮度訊號產生一亮度訊號計數值，及根據該計數脈波及亮度訊號計數值產生一頻率控制訊號；該脈波調整訊號產生器接收該頻率控制訊號，且該脈波調整訊號產生器內 之一振盪器根據該頻率控制訊號輸出一操作脈波；及該脈波調整訊號產生器根據該操作脈波更新該脈寬調變訊號。
  11. 如請求項10所述之方法，其中當該亮度訊號對應的一負載值小於一亮度門檻時，該操作脈波具有一第一頻率；當該負載值大於該亮度門檻時，該操作脈波具有一第二頻率；其中該第一頻率小於該第二頻率。
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