TWI723837B - 電流驅動裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電流驅動裝置，適用於根據一亮度值驅動一發光元件，該電流驅動裝置包含一開關、一電流產生器，及一亮度分配器，該開關根據一脈衝信號在導通與不導通間切換，該電流產生器根據一幅值控制信號產生一驅動電流，且在開關導通時流經該發光元件，該亮度分配器根據該亮度值產生該脈衝信號與該幅值控制信號，該驅動電流在脈衝信號一個週期期間的平均幅值相關於該亮度值，該亮度分配器依據該亮度值即可產生該脈衝信號與該幅值控制信號，該驅動電流在當下的平均幅值相關於該亮度值，此外，本發明在不增加時脈頻率的條件下，還可增加亮度解析度。

Description

電流驅動裝置
本發明是有關於一種供電裝置，特別是指一種適用於發光二極體的電流驅動裝置。
現有用於控制顯示器的發光二極體陣列發光之電路架構，每一個發光單元驅動是由一固定電流源與一開關串接而成，其中開關接收脈波寬度調變(PWM：Pulse Width Modulation)訊號，產生一開一關使LED亮滅，而人眼因視覺暫留等效看到某一亮度值。然而若需要更高的亮度解析度或所謂的高動態範圍(HDR：High Dynamic Range)成像，往往需要提高PWM訊號的操作頻率來達成，另一種架構是將電流源設計成接收不同振幅的脈波以產生對應的電流，該架構需要輸入寬度與振幅兩種訊號並將它組合成所需的不同振幅的脈波，產生對應的電流，來控制發光二極體所需亮度。，也就是該電路架構是根據關於顯示器所提供調控發光亮度的控制信號而產生、調整供應至發光二極體陣列通道的電流，然而，現有技術存在有以下缺點：
一、當供應電流產生後，只能藉由控制供應電流的脈波寬度(duty rate)進而控制發光亮度，當所需脈波寬度極小時，將由於暫態現象造成調光線性度不佳，雜訊耦合嚴重。
二、承上述一，該控制信號還須利用寬度(pulse dimming signal)及振幅(magnitude dimming signal)的資訊組合而成。
三、若需要提高亮度解析度時，還必須提高電路時脈頻率。
四、供應電流的電流值必須一致，無法個別調整，也無法依據電路內部的時脈進行動態調整。
因此，現有控制顯示器的發光二極體陣列發光之電路架構有改善的必要。
因此，本發明的目的，即在提供一種能改善先前技術至少一個缺點的電流驅動裝置。
於是，本發明電流驅動裝置適用於根據一亮度值驅動一發光元件，該電流驅動裝置包含一開關、一電流產生器，及一亮度分配器。
該開關電連接該發光元件，接收一脈衝信號，並根據該脈衝信號在導通與不導通之間切換，該開關在該脈衝信號的每一脈 衝內導通，且在該脈衝信號的每一脈衝外不導通。
該電流產生器電連接該開關，接收一幅值控制信號，並根據該幅值控制信號產生一驅動電流，該驅動電流具有一相關於該幅值控制信號的幅值，且在該開關導通時流經該發光元件。
該亮度分配器電連接該開關與該電流產生器，接收該亮度值，並根據該亮度值產生該脈衝信號與該幅值控制信號分別供該開關與該電流產生器接收，使得該驅動電流在該脈衝信號一個週期期間的平均幅值相關於該亮度值，該脈衝信號的脈衝寬度是一預設單位時間的A倍，當
Figure 109111793-A0305-02-0004-1
時，
Figure 109111793-A0305-02-0004-3
，當Y≠0時，
Figure 109111793-A0305-02-0004-4
，此處，BV是該亮度值，N是一大於1的預設整數。
本發明的功效在於：該亮度分配器依據該亮度值以產生該脈衝信號與該幅值控制信號，當該開關根據該脈衝信號而切換於導通，該電流產生器根據該幅值控制信號而產生的驅動電流經發光元件，該驅動電流在當下的平均幅值相關於該亮度值，且不需增加電路時脈頻率，只需簡單的改變幅值控制信號，即可達到提高亮度解析度之功效。
1:發光元件
3:開關
4:電流產生器
5:亮度分配器
6:振盪器
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一電路圖，說明本發明電流驅動裝置的一第一實施例；圖2是一時序圖，輔助說明該第一實施例執行的一第一演算法；圖3是一時序圖，輔助說明該第一實施例的該第一演算法；圖4是一時序圖，輔助說明該第一實施例的該第一演算法；圖5是一時序圖，輔助說明該第一實施例的一第二演算法；圖6是一時序圖，輔助說明該第一實施例的該第二演算法；圖7是一時序圖，輔助說明該第一實施例的該第二演算法；及圖8是一電路圖，說明本發明電流驅動裝置的一第二實施例。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
第一實施例
參閱圖1，本發明電流驅動裝置的一第一實施例，適用於根據一亮度值驅動一發光元件1，該電流驅動裝置包含一開關2、一電流產生器3，及一亮度分配器4，須先說明的是，在本實施例中，該發光元件1具體為單一發光二極體，或多個相互電連接的發光二極體陣列，且發光二極體陣列可為RGBW任一種組合或單一顏色。
該開關2電連接該發光元件1，其接收一脈衝信號並根據 該脈衝信號在導通與不導通之間切換，該開關2在該脈衝信號的每一脈衝內導通，且在該脈衝信號的每一脈衝外不導通。
該電流產生器3電連接該開關2，接收一幅值控制信號，並根據該幅值控制信號產生一驅動電流，該驅動電流具有一相關於該幅值控制信號的幅值，且在該開關2導通時流經該發光元件1。
該亮度分配器4電連接該開關2與該電流產生器3，接收一指示該亮度值的亮度信號，並根據該亮度值產生該脈衝信號與該幅值控制信號以分別供該開關2與該電流產生器3接收，使得該驅動電流在該脈衝信號一個週期期間的平均幅值相關於該亮度值，更明確地說，流過該發光元件1的平均電流係根據該脈衝信號的脈衝寬度與該幅值控制信號的幅值的相乘積所決定，此外，該脈衝信號與該幅值控制信號各自可為類比形式或數位形式的信號。
以下分別以一第一、第二演算法配合說明該第一實施例根據該亮度值產生脈衝信號與該幅值控制信號時，更詳細的運作方式。
第一演算法
首先假設該脈衝信號的脈衝寬度是一預設單位時間T的A倍，在第一具體應用中，在該脈衝信號的每一脈衝內，當
Figure 109111793-A0305-02-0006-5
時，
Figure 109111793-A0305-02-0006-6
，該驅動電流的幅值在該脈衝內是一預設單位電流值的N倍，其中，BV是該亮度值，N是一大於1的 預設整數；此外，當Y≠0時，
Figure 109111793-A0305-02-0007-7
，每一脈衝的週期包含一第一時段，及一第二時段，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第一時段內是該預設單位電流值的N倍，在該脈衝的該第二時段內是該預設單位電流值的Y倍，該脈衝的該第一時段的寬度是該脈衝的該第二時段的寬度之A-1倍，該第一時段與該第二時段的總和為每一脈衝的週期長度，以下以實際數值配合舉例說明。
參閱圖2，其中，該時脈信號為由本發明電流驅動裝置中，一與該亮度分配器5電連接的振盪器6所產生，供該亮度分配器5根據該時脈信號的上升邊緣或下降邊緣其中之一產生該脈衝信號與該幅值控制信號。
在圖2的示例中，解析度為5bit，因此預設整數N為4，當亮度信號為3110(=0x1F16)，此時
Figure 109111793-A0305-02-0007-9
，因此該脈衝信號的脈衝寬度為單位時間T之
Figure 109111793-A0305-02-0007-29
，因此脈衝寬度=8T，也就是說，當解析度為5bit，亮度信號為31，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第一時段內(如圖2所繪示7T週期內)是該預設單位電流值的4倍，且該驅動電流的幅值在該脈衝的該第二時段內(如圖2所繪示1T週期內)是該預設單位電流值的3倍；當亮度信號為3010(=0x1E16)，此時
Figure 109111793-A0305-02-0007-11
，因此該脈衝信號的脈衝寬度為單位時間T之
Figure 109111793-A0305-02-0007-28
，因此脈衝寬度=8T，也就是說，當解析度不變，亮度信號降為30，該驅動電流的 幅值在該脈衝的該第一時段內(如圖2所繪示7T週期內)是該預設單位電流值的4倍，而此時該驅動電流的幅值在該脈衝的該第二時段內(如圖2所繪示1T週期內)下降為該預設單位電流值的2倍
Figure 109111793-A0305-02-0008-13
參閱圖3，在此示例中，解析度為5bit，因此預設整數N為4，當亮度信號為3110(=111112)，此時
Figure 109111793-A0305-02-0008-14
因此該脈衝信號的脈衝寬度為單位時間T之
Figure 109111793-A0305-02-0008-16
，因此脈衝寬度=8T，也就是說，當解析度為5bit，亮度信號為31，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第一時段內(如圖3所繪示7T週期內)是該預設單位電流值的4倍，且該驅動電流的幅值在該脈衝的該第二時段內(如圖3所繪示1T週期內)是該預設單位電流值的3倍；當亮度信號為2110(=101012)，此時
Figure 109111793-A0305-02-0008-17
，因此該脈衝信號的脈衝寬度為單位時間T之
Figure 109111793-A0305-02-0008-30
，因此脈衝寬度=6T，也就是說，當解析度不變，亮度信號降為21，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第一時段內(如圖3所繪示5T週期內)是該預設單位電流值的4倍，而此時該驅動電流的幅值在該脈衝的該第二時段內(如圖3所繪示1T週期內)下降為該預設單位電流值的1倍
Figure 109111793-A0305-02-0008-19
參閱圖4，在此示例中，解析度為5bit，因此預設整數N為4，當亮度信號為1810(=100102)，此時
Figure 109111793-A0305-02-0008-20
因此該脈衝信號的脈衝寬度為單位時間T之
Figure 109111793-A0305-02-0009-21
，因此脈衝寬度=5T，也就是說，當解析度為5bit，亮度信號為18，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第一時段內(如圖4所繪示4T週期內)是該預設單位電流值的4倍，且該驅動電流的幅值在該脈衝的該第二時段內(如圖4所繪示1T週期內)是該預設單位電流值的2倍；當亮度信號為810(=010002)，此時
Figure 109111793-A0305-02-0009-22
，因此該脈衝信號的脈衝寬度為單位時間T之
Figure 109111793-A0305-02-0009-23
，因此脈衝寬度=2T，也就是說，當解析度不變，亮度信號降為8，該驅動電流的幅值在該脈衝內(如圖4所繪示的驅動電流的第二個脈衝)是該預設單位電流值的4倍，而此時該驅動電流的幅值在該脈衝內(如圖4所繪示的驅動電流的第二個脈衝)為該預設單位電流值的2倍
Figure 109111793-A0305-02-0009-24
第二演算法
該亮度分配器5還根據一預設門檻值產生該脈衝信號及該幅值控制信號，其中，定義該亮度值為BV，該預設門檻值為TH，當該亮度值不小於該預設門檻值時，該脈衝信號的脈衝寬度是一預設單位時間的BV倍，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是一預設單位電流值的TH倍；當該亮度值小於該門檻值時，該脈衝信號的脈衝寬度是該預設單位時間的TH倍，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是該預設單位電流值的BV倍，以下 以實際數值配合舉例說明。
參閱圖5，在此示例中，假設預設門檻值為810(=0x0816)，亮度值為5410(=0x3616)，預設時間單位為T，預設單位電流值為1，此時，該脈衝信號的脈衝寬度為54T，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是該預設單位電流值的8倍。
參閱圖6，在此示例中，假設預設門檻值為810(=0x0816)，亮度值為810(=0x0816)，預設時間單位為T，預設單位電流值為1，此時，該脈衝信號的脈衝寬度為8T，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是該預設單位電流值的8倍。
參閱圖7，在此示例中，假設預設門檻值為810(=0x0816)，亮度值為210(=0x0216)，預設時間單位為T，預設單位電流值為1，此時，該脈衝信號的脈衝寬度為8T，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是該預設單位電流值的2倍。
在上述該第一實施例中，該亮度分配器5僅需根據該亮度值即可產生所需的脈衝信號與幅值控制信號，其中，該亮度分配器5係依據該第一演算法中，對亮度值與解析度進行比較之示例產生對應的脈衝信號、幅值控制信號，進而產生對應的驅動電流；或如第二演算法中，對亮度值與預設門檻值進行比較之示例產生對應的脈衝信號、幅值控制信號，進而產生對應的驅動電流，此外，對於 發光亮度的調控，可經由控制脈衝信號與幅值控制信號其中任一以調整驅動電流大小進而控制發光元件的發光亮度，再者，由於該亮度分配器5根據振盪器所提供的時脈信號的上升、下降邊緣其中之一皆可產生該脈衝信號與該幅值控制信號，因此，可對驅動電流依據內部電路的時脈進行動態調整，須再補充說明的是，該振盪器可設置於本發明電流驅動裝置內部，亦可以外接形式與本發明電流驅動裝置電連接。
第二實施例
參閱圖8，為本發明電流驅動裝置的一第二實施例，該第二實施例是基於該第一實施例所衍生的再另一種實施態樣，具體而言，包含多個分別電連接多個發光元件1的電流驅動裝置，且由每一電流驅動裝置的亮度分配器5各自根據該亮度值產生對應的驅動電流到各自電連接的發光元件1，進而可同時控制多個不同的發光元件1的發光亮度。
綜上所述，本發明電流驅動裝置可歸納出以下優點：
一、僅需根據所接收的亮度值即可產生所需的脈衝信號與幅值控制信號，無須得知其對應的振幅與脈波寬度相關資訊。
二、不需增加時脈頻率，只需簡單的變換幅值控制信號，即可達到提高亮度解析度。
三、可藉由控制脈衝信號、幅值控制信號其中任一，進 而調整驅動電流大小，以控制發光元件的發光亮度。
四、根據時脈信號之上升、下降邊緣其中之一，皆可動態產生脈衝信號與幅值控制信號，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:發光元件
3:開關
4:電流產生器
5:亮度分配器
6:振盪器

Claims (6)

  1. 一種電流驅動裝置，適用於根據一亮度值驅動一發光元件，該電流驅動裝置包含：一開關，電連接該發光元件，接收一脈衝信號，並根據該脈衝信號在導通與不導通之間切換，該開關在該脈衝信號的每一脈衝內導通，且在該脈衝信號的每一脈衝外不導通；一電流產生器，電連接該開關，接收一幅值控制信號，並根據該幅值控制信號產生一驅動電流，該驅動電流具有一相關於該幅值控制信號的幅值，且在該開關導通時流經該發光元件；及一亮度分配器，電連接該開關與該電流產生器，接收該亮度值，並根據該亮度值產生該脈衝信號與該幅值控制信號以分別供該開關與該電流產生器接收，使得該驅動電流在該脈衝信號一個週期期間的平均幅值相關於該亮度值，該脈衝信號的脈衝寬度是一預設單位時間的A倍，當
    Figure 109111793-A0305-02-0013-25
    時，
    Figure 109111793-A0305-02-0013-26
    ，當Y≠0時，
    Figure 109111793-A0305-02-0013-27
    此處，BV是該亮度值，N是一大於1的預設整數。
  2. 如請求項1所述的電流驅動裝置，其中，當Y=0時，在該脈衝信號的每一脈衝內，該驅動電流的幅值在該脈衝內是一預設單位電流值的N倍。
  3. 如請求項2所述的電流驅動裝置，其中，當Y≠0時，每一脈衝的週期包含一第一時段，及一第二時段，在該脈衝信 號的每一脈衝內，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第一時段內是該預設單位電流值的N倍，該驅動電流的幅值在該脈衝的該第二時段內是該預設單位電流值的Y倍，該脈衝的該第一時段的寬度是該脈衝的該第二時段的寬度之A-1倍。
  4. 如請求項1所述的電流驅動裝置，其中，該亮度分配器還根據一預設門檻值產生該脈衝信號及該幅值控制信號。
  5. 如請求項4所述的電流驅動裝置，其中，定義該亮度值為BV，該預設門檻值為TH，當該亮度值不小於該預設門檻值時，該脈衝信號的脈衝寬度是一預設單位時間的BV倍，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是一預設單位電流值的TH倍。
  6. 如請求項4所述的電流驅動裝置，其中，定義該亮度值為BV，該預設門檻值為TH，當該亮度值小於該門檻值時，該脈衝信號的脈衝寬度是一預設單位時間的TH倍，該驅動電流的幅值在該脈衝信號的每一脈衝內是一預設單位電流值的BV倍。
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