CN101990337A

CN101990337A - 可动态维持定电流驱动的光源驱动装置及其相关方法

Info

Publication number: CN101990337A
Application number: CN2009101618161A
Authority: CN
Inventors: 徐国庆; 张淙豪; 许庆勋
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2029-08-03
Also published as: CN101990337B

Abstract

光源驱动装置，用来驱动一发光元件，包含有一电压转换器，耦接于该发光元件，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出驱动电压；一调光单元，耦接于该发光元件，用来根据一调光信号，执行一调光程序；一电流源，耦接于该调光单元，用来提供一驱动电流，以驱动该发光元件；以及一控制单元，耦接于该调光单元与该电压转换器，用来检测一调光状态，以产生一调光检测信号，并根据该调光检测信号，产生一参考电压；其中，该控制单元根据该参考电压，控制该电压转换器产生该输出驱动电压，以驱动该发光元件。

Description

可动态维持定电流驱动的光源驱动装置及其相关方法

技术领域

本发明是指一种光源驱动装置及其相关方法，尤指一种通过动态检测调光程序来维持定电流驱动的光源驱动装置及其相关方法。

背景技术

随着能源危机的来临与环保意识的抬头，节能与环保的需求成为现今全球普遍关注的议题。相较于传统所使用的光源，发光二极管(Light EmittingDiode，LED)由于具有省电、元件寿命长、无汞、色域丰富、无须暖灯时间以及反应速度快等优势，因此，发光二极管已被广泛应用于显示与照明用的光源。除此之外，由于发光二极管的体积小、重量轻、耐碰撞、适合量产、容易配合应用需求等特性而可制成极小或阵列式的元件，因此发光二极管除了应用于户外各种显示器及交通号志灯外，还可应用于各式电子产品或可携式产品上，例如液晶显示器、移动电话、可携式计算机与个人数字助理等的屏幕背光源。

在发光二极管的物理特性中，通过发光二极管的电流与发光二极管的顺向偏压呈指数关系，而发光二极管的发光程度则与通过其的电流成正比，也就是说，当通过的电流越大，二极管发光的强度也越高。因此，在已知技术中，通常会使用一脉冲宽度调制(Pulse width Modulation，PWM)调光装置来调整发光二极管的发光亮度，其主要是利用脉冲宽度调制信号来控制电流源提供至发光二极管的平均电流，以实现调光程序。于脉冲宽度调制信号处于逻辑高电平状态时，导通电流源提供电流至发光二极管。同样地，于脉冲宽度调制信号之处于逻辑低电平状态时，停止电流源提供电流至发光二极管。若逻辑高电平状态的时间越长，发光二极管的亮度即越高，同理，反之亦然。换句话说，经由变化该脉冲宽度调制信号的工作周期，即可控制发光二极管的发光亮度。

然而，使用上述方式执行调光程序时，由于电流源持续且反复地进行导通与关闭运作，而对于用来驱动发光二极管的输出驱动电压进行极大的抽载变化，输出驱动电压会产生过大的链波(ripple)，如此一来，电流源的头部空间电压(headroom voltage)，亦即在发光二极管路径上，电流源可使用的电压值，会因输出驱动电压的变化而随着改变。在此情况下，头部空间电压可能发生过高或过低的情况，而产生不佳的影响，举例来说，头部空间电压过高，则会增加电流源的功率消耗，导致电源转换效率变差，并使电流源的寿命减少；反之，头部空间电压过低，将会造成电流源操作在不适当的状态，而无法稳定维持定电流驱动发光二极管，甚至无法提供所需的驱动电流而造成发光二极管无法导通的情况。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可动态维持定电流驱动的光源驱动装置及其相关方法。

本发明揭露一种可动态维持定电流驱动的光源驱动装置，用来驱动一发光元件，包含有一电压转换器，耦接于该发光元件，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出驱动电压；一调光单元，耦接于该发光元件，用来根据一调光信号，执行一调光程序；一电流源，耦接于该调光单元，用来提供一驱动电流，以驱动该发光元件；以及一控制单元，耦接于该调光单元与该电压转换器，用来检测一调光状态，以产生一调光检测信号，并根据该调光检测信号，产生一参考电压；其中，该控制单元根据该参考电压，控制该电压转换器产生该输出驱动电压，以驱动该发光元件。

本发明还揭露一种可动态维持定电流驱动的方法，用于一发光元件，该方法包含有检测一调光状态，以产生一调光检测信号；根据该调光检测信号，产生一参考电压；以及根据该参考电压，控制一电压转换器产生一输出驱动电压，以驱动该发光元件。

附图说明

图1为本发明实施例可动态维持定电流驱动的一光源驱动装置的示意图。

图2为图1中的参考电压产生器的一实施例示意图。

图3为图1中的参考电压产生器的一实施例示意图。

图4为本发明实施例一流程的示意图。

[主要元件标号说明]

10 光源驱动装置 102 发光元件

104 电压转换器 106 电流源

108 调光单元 110 控制单元

112 电压选择器 114 调光检测器

116 参考电压产生器 118 误差放大器

120 转换控制器 202、302 参考电压产生单元

204、306 多工器 304 电压电平转换器

40 流程

400、402、404、406、408 步骤

C₁～C_m 发光二极管串列 I_L1～I_Lm 负载电流

S_C 电压控制信号 S_D 调光信号

S_DS 调光检测信号 V_D 输出驱动电压

V_HR1～V_HRm 头部空间电压 V_IN 输入电压

V_FB 反馈电压 V_REF 参考电压

V_{REF_P} 预设参考电压 V_{REF_D} 调光参考电压

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例可动态维持定电流驱动的一光源驱动装置10的示意图。光源驱动装置10用来驱动一发光元件102。光源驱动装置10包含有一电压转换器104、一电流源106、一调光单元108及一控制单元110。其中，光源驱动装置10可适用于任何种类的光源。要注意的是，在本实施例中，发光元件102包含有发光二极管串列C₁～C_m，但不以此为限，亦可仅有一个发光二极管串列。另一方面，由于发光二极管为一电流驱动元件，其发光亮度与驱动电流大小成正比。一般而言，为求流经各发光二极管的电流相同来达到相同亮度的要求，因此，在本实施例中，每一发光二极管群组包含有n个串联方式耦接的发光二极管，但发光二极管串列C₁～C_m并未局限于n个串接的发光二极管，换言之，各发光二极管串列亦可仅包含单一发光二极管。电压转换器104耦接于发光元件102，用来根据一电压控制信号S_C，将一输入电压V_IN转换成一输出驱动电压V_D，以提供至发光元件102。调光单元108耦接于发光元件102与电流源106，用来根据一调光信号S_D，执行一调光程序。电流源106耦接于调光单元108，用来提供流经各发光二极管串列的负载电流I_L1～I_Lm，以驱动发光元件102。控制单元110耦接于调光单元108与电压转换器104，用来检测一调光状态D，以产生一调光检测信号S_DS，并根据调光检测信号S_DS，产生一参考电压V_REF。接着，控制单元110根据参考电压V_REF，控制电压转换器104产生一输出驱动电压V_D，来驱动发光元件102。进一步地，若调光检测信号S_DS指示进行调光程序，控制单元110会产生大于一预设参考电压V_{REF_P}的参考电压V_REF，其中，预设参考电压V_{REF_P}是基于未执行调光程序时，所设定的一理想头部空间电压值。若调光检测信号S_DS指示不进行调光程序，控制单元110会产生同于预设参考电压V_{REF_P}的参考电压V_REF。

较佳地，调光单元108可为一脉冲宽度调制调光单元，且调光信号S_D为一脉冲宽度调制信号。如此一来，依据调光信号S_D的逻辑电平状态，调光单元108可于调光信号S_D为高逻辑电平时，导通发光元件102与电压转换器104间的耦接关系，使负载电流I_L1～I_Lm提供至发光元件102；同理，调光单元108可于调光信号S_D为低逻辑电平时，关闭发光元件102与电压转换器104间的耦接关系，使负载电流I_L1～I_Lm停止提供至发光元件102。在此情况下，可通过调整调光信号S_D的工作周期，来变化负载电流I_L1～I_Lm的平均电流大小。换句话说，即通过调整脉冲宽度调制信号的工作周期，来实现调光功能。

进一步说明控制单元110，请继续参考图1。控制单元110包含有一电压选择器112、一调光检测器114、一参考电压产生器116、一误差放大器118及一转换控制器120。电压选择器112耦接于发光元件102，用来于对应于各个发光二极管串列C₁～C_m的头部空间电压V_HR1～V_HRm中，选择出反馈电压V_FB。调光检测器114耦接于调光单元108，用来检测调光状态D，以产生调光检测信号S_DS。其中，调光状态D包含调光单元108是否正进行调光程序或是调光信号S_D的指示内容。换句话说，调光检测器114可直接检测调光单元108的运作情况或是调光信号S_D的指示，来产生调光检测信号S_DS。参考电压产生器116耦接于调光检测器114，用来根据调光检测信号S_DS，产生参考电压V_REF。进一步地，误差放大器118的一正输入端及一负输入端分别耦接于电压选择器112与参考电压产生器116，用来根据参考电压V_REF及反馈电压V_FB，产生一误差电压信号S_E。转换控制器120耦接于误差放大器118的一输出端与电压转换器104间，用来根据误差电压信号S_E，产生电压控制信号S_C，以提供至电压转换器104。在此情况下，于反馈电压V_FB大于或小于参考电压V_REF时，误差放大器118会根据两者间的差异，产生误差电压信号S_E来通知转换控制器120，转换控制器120再据以产生电压控制信号S_C，以调高或降低输出电压V_D。简言之，控制单元110将可实时地检测是否进行调光程序，进而动态调整输入误差放大器218的参考电压V_REF，以达实时且有效地完成反馈追踪至适当输出电压V_D，如此一来，本发明将可避免因调光程序所造成电流源106的头部空间电压不足或过多的问题，而能稳定维持定电流驱动发光元件、提高电源转换效率与延长发光元件的使用时间。

另一方面，参考电压产生器116用来依据需求提供各种电压值，因此，可以任何形式来产生所需的各种电压值。举例来说，如参考图2所示，参考电压产生器116包含有一参考电压产生单元202及一多工器204。参考电压产生单元202耦接于调光检测器114，用来根据调光检测信号S_DS，产生一预设参考电压V_{REF_P}及一调光参考电压V_{REF_D}。多工器204耦接于参考电压产生单元202、调光检测器114及误差放大器118，用来根据调光检测信号S_DS，由预设参考电压V_{REF_P}及调光参考电压V_{REF_D}中切换选择出参考电压V_REF，以提供至误差放大器118。此外，如图3所示，参考电压产生器116亦可包含有一参考电压产生单元302、一电压电平转换器304及一多工器306。参考电压产生单元302用来产生预设参考电压V_{REF_P}。电压电平转换器304耦接于调光检测器114及参考电压产生单元302，用来根据调光检测信号S_DS，将预设参考电压V_{REF_P}，调整为调光参考电压V_{REF_D}。多工器306耦接于参考电压产生单元302、电压电平转换器304、调光检测器114及误差放大器118，用来根据调光检测信号S_DS，由预设参考电压V_{REF_P}及调光参考电压V_{REF_D}中切换选择出参考电压V_REF，以提供至误差放大器118。值得注意的是，参考电压产生器116可根据调光检测信号S_DS，产生一适当的调光参考电压V_{REF_D}，以对调光单元108于调光程序中可能造成的输出驱动电压变化量作补偿，举例来说，针对使用脉冲宽度调制的调光单元108，调光参考电压V_{REF_D}的大小可为预设参考电压V_{REF_P}与脉冲宽度调制信号的振幅量的总和。在此情况下，于调光检测信号S_DS指示为进行调光程序时，多工器204选择调光参考电压V_{REF_D}为参考电压V_REF；于调光检测信号S_DS指示为不进行调光程序时，多工器204选择预设参考电压V_{REF_P}为参考电压V_REF。

值得注意的是，上述实施例仅为本发明的一举例说明，本领域技术人员当可根据实际需求做适当地修改。举例来说，电压选择器112可依任何规则于头部空间电压V_HR1～V_HRm中选取出反馈电压V_FB。举例来说，电压选择器112可自头部空间电压V_HR1～V_HRm中，选择出最小的头部空间电压为反馈电压V_FB。

因此，本发明可实时检测是否正进行调光程序，进而动态调整参考电压V_REF，以控制电压转换器104输出适当的输出驱动电压V_D，如此一来，本发明将可避免因调光程序所造成电流源106的头部空间电压不足或过多的问题，而能稳定维持定电流驱动发光元件、提高电源转换效率与延长发光元件的使用时间。

关于光源驱动装置10的运作方式，请参考图4，图4为本发明实施例一流程40的示意图。流程40包含下列步骤：

步骤400：开始。

步骤402：检测调光状态D，以产生调光检测信号S_DS。

步骤404：根据调光检测信号S_DS，产生参考电压V_REF。

步骤406：根据参考电压V_REF，控制电压转换器104产生输出驱动电压V_D，以驱动发光元件102。

步骤408：结束。

流程40是用以说明光源驱动装置10的运作方式，详细说明及相关变化可参考前述说明，在此不赘述。

综上所述，本发明可实时检测是否正进行调光程序，进而动态调整参考电压V_REF，以控制电压转换器104输出适当的输出驱动电压V_D，如此一来，本发明将可避免因调光程序所造成电流源106的头部空间电压不足或过多的问题，而能稳定维持定电流驱动发光元件、提高电源转换效率与延长发光元件的使用时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种动态维持定电流驱动的光源驱动装置，用来驱动一发光元件，包含有：

一电压转换器，耦接于该发光元件，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出驱动电压；

一调光单元，耦接于该发光元件，用来根据一调光信号，执行一调光程序；

一电流源，耦接于该调光单元，用来提供一驱动电流，以驱动该发光元件；以及

一控制单元，耦接于该调光单元与该电压转换器，用来检测一调光状态，以产生一调光检测信号，并根据该调光检测信号，产生一参考电压；

其中，该控制单元根据该参考电压，控制该电压转换器产生该输出驱动电压，以驱动该发光元件。

2.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其中该发光元件包含有多个发光二极管串列。

3.根据权利要求2所述的光源驱动装置，其中该多个发光二极管串列中的每一发光二极管串列包含多个以串联形式连接的发光二极管。

4.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其中该调光单元根据该调光信号，控制导通或关闭该发光元件与该电流源调光间的耦接关系，以执行该调光程序。

5.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其中该控制单元包含有：

一电压选择器，耦接于该发光元件，用来于对应于该发光元件的至少一个头部空间电压中，选择出该反馈电压；

一调光检测器，耦接于该调光单元，用来检测该调光状态，以产生一调光检测信号；

一参考电压产生器，耦接于该调光检测器，用来根据该调光检测信号，产生一参考电压；

一误差放大器，耦接于该电压选择器与该参考电压产生器，用来根据该反馈电压及该参考电压，产生一误差电压信号；以及

一转换控制器，耦接于该误差放大器及该电压转换器，用来根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供至电压转换器。

6.根据权利要求5所述的光源驱动装置，其中该电压选择器自该至少一个头部空间电压中，选择出最小的头部空间电压为该反馈电压。

7.根据权利要求5所述的光源驱动装置，其中该参考电压产生器包含有：

一参考电压产生单元，耦接于该调光检测器，用来根据该调光检测信号，产生一预设参考电压及一调光参考电压；以及

一多工器，耦接于该参考电压产生单元、该调光检测器及该误差放大器，用来根据该调光检测信号，由该预设参考电压及该调光参考电压中切换选择出该参考电压，以提供至误差放大器。

8.根据权利要求5所述的光源驱动装置，其中该参考电压产生器包含有：

一参考电压产生单元，用来产生一预设参考电压；

一电压电平转换器，耦接于该调光检测器及该参考电压产生单元，用来根据该调光检测信号，将该预设参考电压，调整为一调光参考电压；以及

一多工器，耦接于该参考电压产生单元、电压电平转换器、该调光检测器及该误差放大器，用来根据该调光检测信号，由该预设参考电压及该调光参考电压中切换选择出该参考电压，以提供至误差放大器。

9.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其中该控制单元于该调光检测信号指示开始进行调光时，产生大于一预设参考电压的该参考电压。

10.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其中该控制单元于该调光检测信号指示不进行调光时，产生同于一预设参考电压的该参考电压。

11.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其中该控制单元检测该调光信号，以产生该调光检测信号。

12.一种动态维持定电流驱动的方法，用于发光元件，该方法包含有：

检测一调光状态，以产生一调光检测信号；

根据该调光检测信号，产生一参考电压；以及

根据该参考电压，控制一电压转换器产生一输出驱动电压，以驱动该发光元件。

13.根据权利要求12所述的方法，其中该发光元件包含有多个发光二极管串列。

14.根据权利要求13所述的方法，其中该多个发光二极管串列中的每一发光二极管串列包含多个以串联形式连接的发光二极管。

15.根据权利要求12所述的方法，其中检测该调光状态，以产生该调光检测信号的步骤，是检测一调光信号，以产生该调光检测信号。

16.根据权利要求12所述的方法，其中根据该调光检测信号，产生该参考电压的步骤，是于该调光检测信号指示开始进行调光时，产生大于一预设参考电压的该参考电压。

17.根据权利要求12所述的方法，其中根据该调光检测信号，产生该参考电压的步骤，是于该调光检测信号指示不进行调光时，产生同于一预设参考电压的该参考电压。

18.根据权利要求12所述的方法，其中根据该参考电压，控制该电压转换器产生该输出驱动电压，以驱动该发光元件的步骤，包含有：

自该发光元件，取得一反馈电压；

根据该反馈电压及该参考电压，产生一电压控制信号；以及

根据该电压控制信号，产生该输出驱动电压，以驱动该发光二极管电路。

19.根据权利要求18所述的方法，其中自该发光二极管电路，取得该反馈电压的步骤，是自对应于该多个发光二极管串列的该至少一个头部空间电压中，选择出最小头部空间电压为该反馈电压。