CN101950535B

CN101950535B - 发光装置与相关驱动方法

Info

Publication number: CN101950535B
Application number: CN2010102540951A
Authority: CN
Inventors: 王景弘; 陈静怡; 许胜凯
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: CN101950535A

Abstract

本发明有关于发光装置包含多组发光模块及多个可各自独立控制的电压控制电路。每一电压控制电路包含动态电压控制模块、电流控制模块、及亮度控制模块。动态电压控制模块用来比较发光模块的第二端的电位与参考电压源，以输出第一电压。电流控制模块用来根据第一电压调整流经发光模块的偏压电流。亮度控制模块用来比较第一电压与时钟信号，并根据比较结果产生脉冲宽度调变信号，以动态地控制发光模块的工作周期。

Description

发光装置与相关驱动方法

技术领域

本发明涉及一种发光装置与相关驱动方法，特别是涉及一种通过动态改变驱动发光单元的驱动电流强度以减少不必要耗电的发光装置与该发光装置的驱动方法。

背景技术

请参阅图1，其为一般发光装置100的简略示意图。如图1所示，发光装置100包含多组发光模块LED1、LED2、LED3、LED4、及发光驱动电路110。每一发光模块各自包含多个串联的发光单元Pcs，并耦接于一电压源VLED以获取所需的驱动电源。这些发光单元Pcs一般是以发光二极管来实施。发光驱动电路110上具有多个驱动端CH1、CH2、CH3、CH4，各自通过发光模块LED1、LED2、LED3、LED4接收电压VFB1、VFB2、VFB3、VFB4，以产生对应的驱动电流来驱动发光模块LED1、LED2、LED3、LED4，其中位于驱动端CH1、CH2、CH3、CH4的电压为VFB1、VFB2、VFB3、VFB4。

由于制程上的差异，发光模块LED1-LED4各自所包含的发光单元Pcs在运作时会产生偏压差大小的差异，如此一来会造成某些总偏压差较小发光模块对应的驱动端上会产生较高的电位，并连带使得发光驱动电路110产生了多余的功率消耗。以图1举例来说，假设电压源VLED的电位为14.1伏特，发光模块LED1包含的每一发光单元Pcs的偏压差为3.1伏特，发光模块LED2包含的每一发光单元Pcs的偏压差为3.2伏特，发光模块LED3包含的每一发光单元Pcs的偏压差为3.3伏特，发光模块LED4包含的每一发光单元Pcs的偏压差为3.4伏特，则电位VFB1会是14.1-3.1x4＝1.7伏特，电位VFB2会是14.1-3.2x4＝1.3伏特，电位VFB3会是14.1-3.3x4＝0.9伏特，电位VFB4会是14.1-3.4x4＝0.5伏特；在发光模块LED1-LED4的驱动电流强度皆相同，且发光驱动电路110仅需0.5伏特便可正确运作的前提下，发光驱动电路110在驱动端CH1、CH2、CH3会浪费多余的功率。

若要改进上述浪费功率的缺点，一般来说会在发光模块所包含的多个发光单元上另外设置接脚耦接至发光驱动电路110，以维持电位VFB1-VFB4都约略处于0.5伏特的状况；然而，这样的做法除了会使发光驱动电路110需要另外增加接脚而增加各发光模块与发光驱动电路的制造成本以外，且亦无法以动态的方式应对于发光模块之间不同的偏压差来设计这些接脚的位置，故设计也会较为繁复。

发明内容

本发明是一种发光装置，耦接于电压源。发光装置包含多组发光模块及多个可各自独立控制的电压控制电路。每一电压控制电路耦接于多组发光模块的一组对应的发光模块。发光模块的第一端耦接于该电压源。电压控制电路包含动态电压控制模块、电流控制模块、及亮度控制模块。动态电压控制模块包含第一输入端耦接于对应的发光模块的第二端。动态电压控制模块的第二输入端用以接收参考电压源。动态电压控制模块用来比较发光模块的该第二端的电位与参考电压源，以输出第一电压。电流控制模块耦接于动态电压控制模块，用来根据第一电压调整流经对应的发光模块的偏压电流。亮度控制模块耦接于动态电压控制模块，用来比较第一电压与时钟信号，并根据比较结果产生脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号，以动态地控制对应的发光模块的工作周期。

所述的发光装置，其中，该动态电压控制模块包含：

一第一运算放大器，其一第一输入端耦接于该组对应的发光模块的该第二端，该第一运算放大器的一第二输入端用以接收该参考电压，且该第一运算放大器的一输出端用以输出该第一电压。

所述的发光装置，其中，该电流控制模块包含：

一第一晶体管，其一第一端耦接于该组对应的发光模块的该第二端，且该第一晶体管的一第二端接地；及

一第二运算放大器，其一第一输入端耦接于该第一晶体管的该第二端，该第二运算放大器的一第二输入端耦接于该第一运算放大器的该输出端以接收该第一电压，且该第二运算放大器的一输出端耦接于该第一晶体管的一控制端以控制该第一晶体管的偏压，以调整流经该组对应的发光模块的该偏压电流。

所述的发光装置，其中，该亮度控制模块包含：

一第二晶体管，其一第一端耦接于该组对应的发光模块的该第二端，且该第二晶体管的一第二端耦接于该第一晶体管的该第一端；及

一第三运算放大器，其一第一输入端耦接于该第一运算放大器的该输出端，以接收该第一电压，该第三运算放大器的一第二输入端用以接收该时钟信号，且该第三运算放大器的一输出端耦接于该第二晶体管的一控制端，用以输出该脉冲宽度调变信号，以通过该脉冲宽度调变信号控制该第二晶体管的该工作周期。

所述的发光装置，其中，该组对应的发光模块包含至少一发光单元。

所述的发光装置，其中，该发光单元为一发光二极管。

所述的发光装置，其中，该至少一个发光单元以串联的方式耦接。

所述的发光装置，其中，该至少一个发光单元以并联的方式耦接。

本发明另提供一种驱动上述的发光装置的驱动方法。驱动方法包含将电压源输入对应的发光模块；比较对应的发光模块的第二端的电位与参考电压源，并据以输出第一电压；根据第一电压调整流经对应的发光模块的偏压电流；及比较第一电压与时钟信号，并据以产生脉冲宽度调变信号，以动态地控制对应的发光模块的工作周期。

附图说明

图1为一般发光装置的简略示意图。

图2、4为本发明所提供发光装置的简略示意图。

图3为图2所示电压控制电路的详细示意图。

图5为根据图2-3的叙述所提供用来驱动图2所示发光装置的驱动方法的流程图。

其中，附图标记：

100、200 发光装置

110 发光驱动电路

210 电压控制电路

220 动态电压控制模块

230 电流控制模块

240 亮度控制模块

502、504、506、508 步骤

VLED 电压源

LED1、LED2、LED3、LED4、发光模块

LEDN1、LEDN2、...、LEDNN

Pcs 发光单元

CH1、CH2、CH3、CH4 驱动端

OP01、OP02、COMP01 运算放大器

Q1、Q2 晶体管

VCOM02 参考电压

CLK 时钟信号

VFB1、VFB2、VFB3、VFB4、电压

VFBB1、VFBB2、...、VFBBN、

VFB01、VCOM01

PWMOUT01 脉冲宽度调变信号

具体实施方式

为了解决上述一般发光装置在发光驱动电路上浪费较多功率的缺点，本发明提供一种通过改变驱动发光模块的驱动电流强度来降低发光驱动电路上的偏压以减少功率浪费的发光装置。

请参阅图2，其为本发明所提供发光装置200的简略示意图。如图2所示，发光装置200包含多个发光模块LEDN1、LEDN2、...、LEDNN，每一发光模块LEDN1-LEDNN皆包含多个串联的发光单元Pcs，且每一发光模块LEDN1-LEDNN的第一端皆耦接于电压源VLED，每一发光模块LEDN1-LEDNN的第二端皆耦接于可各自独立控制的电压控制电路210，且这些第二端的电压为VFBB1、VFBB2、...、VFBBN。

请再参阅图3，其为图2所示的电压控制电路210的详细示意图，且为了说明上的简洁，在此仅图标耦接于发光模块LEDN2的电压控制电路210，然图2中其它电压控制电路210的构成与图3所示相同。如图2所示，电压控制电路210包含动态电压控制模块220、电流控制模块230、及亮度控制模块240。

动态电压控制模块220包含运算放大器OP02。动态电压控制模块220用来通过发光模块LEDN2接收电压源VLED所提供的电压(亦即接收图3所示的电压VFBB2)。其中运算放大器OP02的第一输入端耦接于发光模块LEDN2其中之一发光单元Pcs的一端，以接收电压VFBB2；运算放大器OP02的第二输入端耦接于参考电压VCOM02；运算放大器OP02用来将电压VFBB2与参考电压VCOM02进行比较，以输出电压VCOM01。

电流控制模块230包含运算放大器OP01及晶体管Q2，并耦接于动态电压控制模块220。电流控制模块230用来根据动态电压控制模块220所产生的电压VCOM02调整流经发光模块LEDN2的偏压电流强度。晶体管Q2的第一端耦接于发光模块LEDN2，且晶体管Q2的第二端接地，其中位于晶体管Q2的电压为VFB01。运算放大器OP01的第一输入端耦接于晶体管Q2的第二端以接收电压VFB01。运算放大器OP01的第二输入端耦接于运算放大器OP02的输出端以接收电压VCOM01。运算放大器OP02的输出端耦接于晶体管Q2的控制端以控制晶体管Q2的偏压，使得晶体管Q2可根据其偏压调整流经发光模块LEDN2的偏压电流强度。

亮度控制模块240包含运算放大器COMP01与晶体管Q1。亮度控制模块240耦接于电流控制模块230，用来比较电压VCOM01与具有三角波形的时钟信号CLK，并根据两者的比较结果产生脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号PWMOUT01，并将脉冲宽度调变信号PWMOUT01输出于动态电压控制模块220，以使动态电压控制模块220根据脉冲宽度调变信号PWMOUT01动态的控制发光模块LEDN2的工作周期。晶体管Q1的第一端耦接于发光模块LEDN2以接收电压源VLED对应的电压VFBB2，且晶体管Q1的第二端耦接于晶体管Q2的第一端。运算放大器COMP01的第一输入端耦接于动态电压控制模块220以接收电压VCOM01。运算放大器COMP01的第二输入端用以接收时钟信号CLK。运算放大器COMP01的输出端耦接于晶体管Q1的控制端以输出脉冲宽度调变信号PWMOUT01，以通过脉冲宽度调变信号PWMOUT01控制晶体管Q1的工作周期而动态的控制发光模块LEDN2的工作周期及发光亮度。

图3所示的电压控制电路210的运作方式详述如下。当电压控制电路210通过发光模块LEDN2接收到电压VFBB2时，动态电压控制模块220会将电压VFBB2与参考电压源VCOM02进行比较。参考电压VCOM02一般为液晶.面板上所使用的共模电压，因此电压VCOM01对应了目前用来驱动发光模块LEDN2的电压VFBB2与液晶面板上的共模电压的压差。

运算放大器OP01与晶体管Q2会形成一个闭循环，以将电压VFB01的电位逐渐拉近于电压VCOM01的电位，并据此在使晶体管Q2操作于饱和区的前提下，控制晶体管Q2的栅极与源极间电位差(亦即晶体管Q2的偏压)，并根据该电位差控制晶体管Q2的偏压电流强度；换言之，晶体管Q2的偏压电流强度会持续的对应于电压VCOM01来做调整，以达成稳定偏压电流强度的功效。观察图3可知，晶体管Q2的偏压电流亦会同时流经发光模块LEDN2，因此使晶体管Q2的偏压电流强度保持稳定亦等同于使发光模块LEDN2的偏压电流保持稳定，而使得发光模块LEDN2所包含的各发光单元Pcs不易因为较大的偏压电流强度变化而损坏。

在亮度控制模块240中，运算放大器COMP01会根据电压VCOM01与时钟信号CLK产生对应的脉冲宽度调变信号PWMOUT01；换言之，脉冲宽度调变信号PWMOUT01的工作周期(Duty Cycle)会随着电压VCOM01的电位高低而被动态调整。如此一来，晶体管Q1的工作周期也会随着脉冲宽度调变信号PWMOUT01的工作周期而被动态调整；由于发光模块LEDN2所包含的各发光单元Pcs的发光亮度与晶体管Q1的工作时间有关，因此各发光单元Pcs的亮度也会对应的得到调节，而不会出现过亮或过暗的情况。除此以外，电压VFBB2的电位也会因为晶体管Q1的工作周期受到脉冲宽度调变信号PWMOUT01的动态控制而被调整，因此动态电压控制模块220在此等同于通过亮度控制模块240得到了电压VFBB2的反馈调整电压，而达成其动态控制电压VFBB2的电位高低的目的，而不致使电压VFBB2的电位会产生如图1所示电压VFB 1、VFB2、VFB3的电位过高而造成多余功率消耗的现象。

请参阅图4，其为图2所示发光装置200的另一实施例的简略示意图。图4所示的发光装置200与图2所示的发光装置200仅在于各自耦接的多组发光模块LEDN1-LEDNN内含的发光单元Pcs是以并联的方式彼此耦接，而图2所示多组发光模块LEDN1-LEDNN内含的发光单元Pcs是以串联的方式彼此耦接。

请参阅图5，其为根据图2-3的叙述所提供用来驱动图2所示发光装置的驱动方法的流程图。如图5所示，该驱动方法包含步骤如下：

步骤502：将电压源输入一组对应的发光模块；

步骤504：比较该组对应的发光模块的该第二端的电位与参考电压源的电位，并据以输出第一电压；

步骤506：根据该第一电压调整流经该组对应的发光模块的偏压电流；及

步骤508：比较该第一电压与该时钟信号，并据以产生脉冲宽度调变信号，以动态地控制该组对应的发光模块的工作周期。

步骤502描述图3中发光模块LEDN2接收电压源VLED的电源并对应产生电压VFBB2的情况。步骤504描述动态电压控制模块220包含的运算放大器OP02比较电压VFBB2与参考电压VCOM02并据以产生电压VCOM01的过程。步骤506描述电流控制模块230根据电压VCOM01调整晶体管Q2的偏压，以调整发光模块LEDN2的偏压电流强度的过程。步骤508描述亮度控制模块240包含的运算放大器COMP01比较时钟信号CLK与电压VCOM01之后产生脉冲宽度调变信号PWMCOM01，并据以控制晶体管Q1的工作周期而动态地控制发光模块LEDN2的工作周期及发光亮度的过程。

请注意，以图5所提供的步骤加以合理的排列组合或加上上述已提供的各条件所衍生的不同实施例，仍应视为本发明的实施例。

本发明提供一种可动态改变流经发光模块的驱动电流的发光装置与相关驱动方法。通过将发光装置中流经各发光模块的驱动电流动态的改变其强度并使其稳定，可以使各发光模块与各自独立运作的电压控制电路间的电压具有相近的电位，并据此减少一般发光装置中因为各发光模块的偏压差不同所浪费的功率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种发光装置，耦接于一电压源，其特征在于，包含：

多组发光模块；及

多个可各自独立控制的电压控制电路，每一电压控制电路耦接于该多组发光模块的一组对应的发光模块，该组发光模块的一第一端耦接于该电压源，该电压控制电路包含：

一动态电压控制模块，包含一第一输入端耦接于该组对应的发光模块的一第二端，及一第二输入端，用以接收一参考电压源，该动态电压控制模块用来比较该组发光模块的该第二端的电位与该参考电压源，以输出一第一电压，其中，该动态电压控制模块包含：一第一运算放大器，其一第一输入端耦接于该组对应的发光模块的该第二端，该第一运算放大器的一第二输入端用以接收该参考电压，且该第一运算放大器的一输出端用以输出该第一电压；

一电流控制模块，耦接于该动态电压控制模块，用来根据该第一电压调整流经该组对应的发光模块的一偏压电流，其中，该电流控制模块包含：一第一晶体管，其一第一端耦接于该组对应的发光模块的该第二端，且该第一晶体管的一第二端接地；及一第二运算放大器，其一第一输入端耦接于该第一晶体管的该第二端，该第二运算放大器的一第二输入端耦接于该第一运算放大器的该输出端以接收该第一电压，且该第二运算放大器的一输出端耦接于该第一晶体管的一控制端以控制该第一晶体管的偏压，以调整流经该组对应的发光模块的该偏压电流；及

一亮度控制模块，耦接于该动态电压控制模块，用来比较该第一电压与一时钟信号，并根据比较结果产生一脉冲宽度调变信号，以动态地控制该组对应的发光模块的一工作周期，其中，该亮度控制模块包含：一第二晶体管，其一第一端耦接于该组对应的发光模块的该第二端，且该第二晶体管的一第二端耦接于该第一晶体管的该第一端；及一第三运算放大器，其一第一输入端耦接于该第一运算放大器的该输出端，以接收该第一电压，该第三运算放大器的一第二输入端用以接收该时钟信号，且该第三运算放大器的一输出端耦接于该第二晶体管的一控制端，用以输出该脉冲宽度调变信号，以通过该脉冲宽度调变信号控制该第二晶体管的该工作周期。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该组对应的发光模块包含至少一发光单元。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该发光单元为一发光二极管。

4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该至少一个发光单元以串联的方式耦接。

5.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该至少一个发光单元以并联的方式耦接。

6.一种驱动权利要求1所述的发光装置的驱动方法，其特征在于，包含：

将该电压源输入该组对应的发光模块；

比较该组对应的发光模块的该第二端的电位与该参考电压源，并据以输出该第一电压；

根据该第一电压调整流经该组对应的发光模块的该偏压电流；及

比较该第一电压与该时钟信号，并据以产生该脉冲宽度调变信号，以动态地控制该组对应的发光模块的该工作周期。