CN101730330A - 背光单元的驱动电路与方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管背光单元的驱动电路与方法，上述驱动电路包括电压转换电路、驱动单元与数字调光单元，其中驱动单元会根据数字调光单元所输出的数字信号对应使能发光二极管串，并根据发光二极管串的使能比例调整背光单元的亮度。

Description

背光单元的驱动电路与方法

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)的驱动电路，且特别是有关于一种以数字信号来驱动LED的驱动电路与其驱动方法。

背景技术

如图1所示，图1为根据公知技术的LED背光驱动电路图。对于背光驱动电路部分，主要由电压转换电路110与驱动单元120所构成，背光单元130由复数个发光二极管串(简称LED串)所组成(未绘示)，每一LED串均包括复数个LED。背光单元130的亮度可经由通过LED串的电流大小来调整。图1中所示的电阻R_EXT即是用来设定通过LED串的定电流值，而调光控制信号V_CTRL则是用来控制背光单元130的亮度。目前主要的LED驱动电路的调光方式主要分为两种，分别为模拟方式与频率脉波调变(PWM)方式。模拟方式主要是藉由外部电压V_CTRL来控制通过LED的电流以控制LED的亮度，如上述图1所示。但此种调光方式会因个别LED产生不同的驱动电流值不同，造成整体的光学品位(例如色温、色度等)不易控制。

另外，以频率脉波调变(PWM)信号来进行LED调光(dimming)的方式为常用的公知技术，主要是利用PWM信号的占空比(duty cycle)来调整驱动电流通过LED串行的时间长度，藉由控制LED串行的发光时间来进行调光。图2为根据公知技术的频率脉波调变方式的LED背光驱动电路图。图2与图1主要的差别在于驱动单元120会根据所接收到的PWM信号来控制LED串的发光时间(此调光方式通常称为LED DimmingControl)。如图3所示，图3为根据公知技术的PWM信号与LED使能对照图，PWM信号的周期T可分为期间T1与期间T2，当PWM信号使能时(期间T1)，LED使能(亮)，以ON表示；当PWM失能时(期间T2)，LED失能(暗)，以OFF表示。由于LED需要不断的进行亮暗的切换来形成所需的平均亮度，所以此种驱动方式会让LED的等效负载较不稳定，进而影响到电压转换电路110的转换效率。图4为根据公知技术的电压转换电路的电流波形图。如图4所示，当PWM信号进行电位切换时，电压转换电路便会进入非连续传导状态(Discontinuous Conduction Mode，简称DCM模式)而造成电压转换电路的功率消耗。

发明内容

本发明提出一种驱动电路，以数字信号取代模拟信号或PWM信号来达到调光目的，本发明根据数字信号来决定LED串的使能比例与其对应位置以取得所需的亮度变化。由于本发明的LED串不须持续的进行亮暗的切换，其等效负载较为稳定，因此可降低电压转换电路的功率消耗。

本发明另提出一种LED背光单元的驱动方法，可利用数字信号来进行背光单元的调光，同时也可切换不同的驱动模式来设定个别LED的导通电流值，进而增加背光单元在调光功能上的便利性。

承上述，本发明提出一种驱动电路，适用于驱动一背光单元，该背光单元包括复数个LED串，该驱动电路包括电压转换电路、驱动单元以及数字调光单元。电压转换电路用以提供一驱动电压至背光单元，驱动单元耦接于背光单元的另一端，用以控制LED串的导通电流。数字调光单元输出一数字信号至驱动电路，其中该驱动电路根据该数字信号对应使能该些LED串，并根据该些LED串的使能比例调整该背光单元的亮度。

在本发明一实施例中，上述电压转换电路为升压电路。

在本发明一实施例中，上述驱动单元更包括一缓存器，用以暂存上述数字信号。

在本发明一实施例中，上述数字调光单元更输出一位移频率信号与一拴锁信号至驱动单元，上述驱动单元根据位移频率信号暂存数字信号，并根据拴锁信号拴锁所接收的数字信号。

在本发明一实施例中，上述数字调光单元更输出一控制信号至上述驱动单元，当控制信号使能时，驱动单元根据数字信号分别调整LED串的导通电流值。

从另一个观点来看，本发明更提出一种背光单元的驱动方法，上述背光单元包括复数个LED串，本驱动方法包括下列步骤：首先，根据一位移频率信号暂存一数字信号；然后，根据一拴锁信号拴锁所接收的数字信号；以及根据数字信号对应使能上述LED串，并根据该些LED串的使能比率调整背光单元的亮度。

在本发明一实施例中，上述驱动方法，更包括下列步骤：当一控制信号使能时，根据数字信号分别调整LED串的导通电流值。

本发明因采用数字方式来进行LED背光单元的调光，并利用LED串的使能比例来调整背光单元整体的平均亮度。因此，背光单元中的LED不需依据PWM信号进行持续的亮暗切换，使得LED的等效负载较为稳定，避免电压转换电路进DCM模式，以降低电压转换电路的功率消耗。同时，本发明可配合驱动模式的切换，以数字信号来设定个别LED串的驱动电流，使得背光单元的调光功能更具弹性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为根据公知技术的LED背光驱动电路图；

图2为根据公知技术的频率脉波调变方式的LED背光驱动电路图；

图3为根据公知技术的PWM信号与LED使能对照图；

图4为根据公知技术的电压转换电路的电流波形图；

图5A为根据本发明一实施例的LED驱动电路图；

图5B为根据本实施例的电压转换电路的输出波形图；

图6为根据本发明另一实施例的驱动电路图；

图7为根据本实施例的信号波形图；

图8为根据本实施例的资料暂存时序示意图；

图9为根据本实施例的位数据bit(0)-bit(n)与LED串L₁～L_n对照图；

图10为根据本发明另一实施例的驱动方法流程图。

【主要组件符号说明】

110：电压转换电路

130：背光单元            120：驱动单元

500：驱动电路            510：电压转换电路

520：驱动单元            530：数字调光单元

540：背光单元            R_EXT：电阻

V_CTRL：调光控制信号      T：PWM信号的周期

T1、T2：期间             ON：LED使能

OFF：LED失能               V_IN：输入电压

SIN：数字信号              SCLK：位移频率信号

XLAT：拴锁信               MODE：控制信号

L₁～L_n：LED串              bit(0)-bit(n)：位数据

MSB：最高有效位            LSB：最低有效位

1～n：位移频率信号SCLK的频率索引值   GND：接地

S101～S103：步骤

具体实施方式

图5A为根据本发明一实施例的LED驱动电路图。驱动电路500是用来驱动背光单元540，其包括电压转换电路510、驱动单元520以及数字调光单元530。背光单元540包括复数个LED串(未绘示)，每一LED串中包括至少一个LED。电压转换单元510耦接于背光单元540，主要用来转换直流电压的位准，例如升压电路(Boost Circuit)或降压电路(Buck Circuit)等直流对直流电压转换器(DC-DC converter)，将输入电压V_IN转换背光单元540所需的驱动电压。驱动单元520耦接于背光单元540的另一端与数字调光单元530之间。一般而言，驱动单元520主要用来调整LED的导通电流以及进行调光等功能，例如Dimming，目前皆可由驱动芯片所取代，因此其内部架构不在此累述。

在本实施例中，数字调光单元530会根据所需的背光亮度输出数字信号至驱动单元520。驱动单元520会将所接收到的数字信号暂存于缓存器(未绘示)中，然后根据数字信号分别控制LED串的使能与否以调整背光单元的亮度，背光单元540的亮度则对应于LED串的使能比例。驱动单元520通常藉由控制LED串的电流导通路径来使能LED串，当LED串的电流路径导通时，LED串的亮度则随其导通的电流值而定。在本实施例中，则利用LED串的使能比例来调整背光单元540的亮度。换言之，当需要的亮度为最大亮度的50％时，则轮流使能一半的LED串，使能的LED串数越多，则背光单元540的亮度愈强。

为求背光单元540的亮度均匀，可根据LED串的设置位置，以位置间隔方式使能LED串，例如先使能奇数串后再使能偶数串或者先使能前半部份的LED串，然后再使能后半部份的LED串。除了依照LED串的设置位置来设定使能的依序以外，同时也可以时间间隔的方式来调整背光单元540的亮度，使其更为均匀(例如每间隔一预设时间即改变所使能的LED串，且被使能的LED串可平均分布于整个背光单元540)。除上述的调整方式以外，本技术领域具有通常知识者在经由本发明的揭露后，应可轻易推知其余的使能方式，在此不加累述。

当背光单元540的亮度不需改变时，LED串也就不需改变其亮暗的状态，因此比较公知技术中以PWM信号作为调光的方式，本发明的LED串的等效负载可较为稳定。因此，电压转换电路510的输出波形比较不会受到LED串负载变化的影响而进入DCM模式。图5B为根据本实施例的电压转换电路的输出波形图。由图5B可知，本实施例的电压转换电路510的输出波形可落于连续传导状态(Continuous ConductionMode，简称CCM模式)，有效达到节省功率消耗。

图6为根据本发明另一实施例的驱动电路图。图6为进一步绘示图5实施例的电路细节。其中背光单元540包括LED串L₁～L_n，数字调光单元530分别输出数字信号SIN、位移频率信号SCLK、拴锁信号XLAT以及控制信号MODE至驱动单元520。数字信号SIN会配合位移频率信号SCLK传送至驱动单元520，如图7所示，图7为根据本实施例的信号波形图。数字信号SIN会随着位移频率信号SCLK的频率1～n将位数据bit(0)-bit(n)传送到驱动单元520中的缓存器中。其中，bit(0)为最高有效位(most significant bit，MSB)，bit(n)为最低有效位(Least significantbit，LSB)，n为正整数，用来表示LED串的总数大小，同时可作为LED串、频率以及位数据的索引值。

请同时参照图8，图8为根据本实施例的资料暂存时序示意图。如图8所示，数字信号SIN的位数据bit(0)-bit(n)会随着位移频率信号SCLK的频率1～n逐一暂存于驱动单元520中的缓存器。当所有位数据传送完毕后，拴锁信号XLAT会使能(逻辑高电位)，驱动单元520便会拴锁所有位数据bit(0)-bit(n)，并依照位数据bit(0)-bit(n)的『0』与『1』的信号选择性使能相对应的LED串L₁～L_n。

例如位数据bit(0)-bit(n)分别对应于LED串L₁～L_n，当对应的位数据bit(0)-bit(n)为『1』时，对应的LED串L₁～L_n便会使能(亮)，当位数据bit(0)-bit(n)为『0』时，对应的LED串L₁～L_n便会失能(暗)。接下来，则以50％亮度为例加以说明，请参照图9，图9为根据本实施例的位数据bit(0)-bit(n)与LED串L₁～L_n对照图。图9列举四种位数据bit(0)-bit(n)的数据型态以表示四种不同的调光排列方式，均表示有半数的LED串L₁～L_n为亮，半数的LED串L₁～L_n为暗，差别仅在于所使能的LED串L₁～L_n的位置不同。第1种为前半数LED串L₁～L_n为亮，后半数LED串L₁～L_n为暗，第2种反之。第3种为亮暗交错的方式，第4种反之。在本技术领域具有通常知识者，应可推知其余可行的位数据bit(0)-bit(n)，在此不加累述。

此外，值得注意的是，在本实施例中，驱动单元520不仅可根据数字信号SIN来个别使能LED串L₁～L_n，也可以个别调整流经LED串的电流大小，其模式的切换则由控制信号MODE所控制。请参照图7，当控制信号MODE为逻辑高电位时，驱动单元520会根据数字信号SIN分别控制LED串L₁～L_n的使能与否。当控制信号MODE使能(本实施例中为逻辑低电位)时，驱动单元520会根据数字信号SIN分别调整流经LED串L₁～L_n的大小。据此，本实施例不仅可利用LED串L₁～L_n的使能串数来进行调光，更可藉由调整个别LED串L₁～L_n的导通电流来进行细部调光，使本实施例的调光功能更具有弹性。

以数字信号SIN调整LED串L₁～L_n的导通电流的方式则例如下述，在本实施例中，以6位的位数据将每一LED串的电流分为64种等级(0-63)，其控制方式如下：

$I_{\mathrm{OUTn}}=I_{\mathrm{MAX}}\×\frac{{\mathrm{DC}}_n}{63}$

$I_{\mathrm{MAX}}=\frac{V_{R-\mathrm{EXT}}}{R_{\mathrm{EXT}}}\×\mathrm{Factor}$

其中，I_OUT为LED串的导通电流，I_MAX为驱动单元520所设定的最大电流，DC_n为选择模式(对应于电流等级0～63)，由对应的位数据所决定，n表示对应的LED串(或称为LED channel数)。关于I_MAX，可由电阻R_EXT与LED驱动芯片的参数来决定，电阻R_EXT耦接于驱动单元520与接地GND之间，通常是驱动芯片用来调整LED串的定电流的调整电阻。由于I_MAX与流经电阻R_EXT的电流相关，因此I_MAX可表示如上，其中V_R-EXT表示电阻R_EXT两端的电压差，Factor(参数)则由驱动单元520所决定，而不同的驱动芯片会有不同的设定值。

经由控制信号MODE的切换，本实施例的数字信号SIN不仅可用来分别控制LED串的使能与否，也可以用来分别调整LED串所导通的导通电流值。配合上述两种驱动模式，本实施例可更方便调整所需的背光亮度，并有效降低电压转换电路的功率消耗。

从另一个观点来看，上述实施例可归纳为一种背光单元的驱动方法，请参照图10，图10为根据本发明另一实施例的驱动方法流程图。此背光单元包括复数个LED串，上述驱动方法包括下列步骤：首先，根据一位移频率信号暂存一数字信号(步骤S101)；然后，根据一拴锁信号拴锁所接收的数字信号(步骤S102)；接着根据数字信号，分别控制LED串的使能与否以调整背光单元的亮度(步骤S103)。

在本发明另一实施例中，上述驱动方法更包括下列步骤：当一控制信号使能时，根据数字信号分别调整LED串的导通电流值。在本技术领域具有通常知识者，经由上述实施例的说明应可轻易推知本实施例驱动方法的其余细节，在此不加累述。

综合上述，本发明以数字方式来取代公知LED背光的调光方式，避免电压转换电路的输出波形进入DCM模式，进而降低其功率消耗。此外，本发明利用LED串的使能比率来进行调光，减少LED串因亮暗切换所导致的电流变化，使其色温、色度更为稳定。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种驱动电路，适用于驱动一背光单元，其特征在于，该背光单元包括复数个发光二极管串，该驱动电路包括：

一电压转换电路，用以提供一驱动电压至该背光单元；

一驱动单元，耦接于该背光单元的另一端，用以控制该些发光二极管串的导通电流；以及

一数字调光单元，输出一数字信号至该驱动电路；

其中，该驱动电路根据该数字信号对应使能该些发光二极管串，并根据该些发光二极管串的使能比例调整该背光单元的亮度。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该电压转换电路为升压电路。

3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该驱动单元还包括一缓存器，用以暂存该数字信号。

4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，数字调光单元还输出一位移频率信号与一拴锁信号至该驱动单元，该驱动单元根据该位移频率信号暂存该数字信号，并根据该拴锁信号拴锁所接收的该数字信号。

5.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该数字调光单元还输出一控制信号至该驱动单元，当该控制信号使能时，该驱动单元根据该数字信号分别调整该些发光二极管串的导通电流值。

6.一种背光单元的驱动方法，其特征在于，该背光单元包括复数个发光二极管串，该驱动方法包括：

根据一位移频率信号暂存一数字信号；

根据一拴锁信号拴锁所接收的该数字信号；以及

根据该数字信号，对应使能该些发光二极管串，并根据该些发光二极管串的使能比例调整该背光单元的亮度。

7.如权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，还包括：

当一控制信号使能时，根据该数字信号分别调整该些发光二极管串的导通电流值。

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