CN102003688B - 发光二极管模组及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管模组及其驱动方法，该发光二极管模组具有多个发光二极管串，包括电压产生回路、调光器、电压选择器以及电压保存比较电路。电压产生回路依据脉波调变控制信号来产生***电压。调光器接收调光信号并依据调光信号点亮或关闭发光二极管串。电压选择器选择发光二极管串耦接调光器的端点上的多个端电压的其中之一以产生选择电压。电压保存比较电路则比较选择电压及参考电压以产生误差电压，并依据调光信号来暂存误差电压及提供暂存的误差电压为脉波调变控制信号。

Description

发光二极管模组及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管模组，且尤其涉及一种发光二极管模组及其驱动方法。 

背景技术

近年来，由于发光二极管模组的制造技术的精进，使得发光二极管的应用层面获得了大规模的扩展。除了过去用来作为指示灯外，发光二极管也常被应用在显示面板、背光板以及照明灯具上，且其具备有环保概念的题材，更使得发光二极管成为现今最受欢迎的电子产品之一。 

而在发光二极管模组中，在其***端的应用考虑下，都具备有调光器来达到调节发光二极管模组的发光亮度的功能。以下请参照图1，图1为现有的发光二极管模组100的示意图，发光二极管模组100包括电压转换器110、脉波信号调变器120、误差放大器130、电压选择器140、调光器150、电流驱动元件160以及多个发光二极管串171、172～173。其中，电压转换器110接收输入电压VIN并依据脉波信号PWS来产生驱动发光二极管串171～173的***电压VOUT。而脉波信号PWS则是脉波信号调变器120依据误差信号ERR来产生。误差信号ERR则是误差放大器130根据比较选择电压SEL及参考电压VREF来获得。 

调光器150由多个开关SW1、SW2～SWN来建构，开关SW1、SW2～SWN的导通或关闭则由调光信号TUN来控制。 

接着请同时参照图1及图2，图2为发光二极管模组100进行调光的波形图。其中的调光信号TUN是一个脉冲信号，当调光信号TUN为高准位期间T1，开关SW1～SWN被导通而使发光二极管串171～173被点亮。此时*** 电压VOUT由于其负载由无载(no load)瞬间改变为满载(full load)，***电压VOUT由于频宽来不及反应而产生了向下的电压差Vripplel(under shoot)。相反的，当调光信号TUN为低准位期间T2，开关SW1～SWN被关闭而使发光二极管串171～173同时被关闭。***电压VOUT由满载瞬间改变为无载而产生了向上的电压差Vripple2(over shoot)。而在调光动作持续的作用下，这些向下或向上的电压差将会持续的产生，使得***电压VOUT的品质降低。 

发明内容

本发明分别提供两种发光二极管模组，用以降低发光二极管模组在进行调光时所产生的***电压的涟波(ripple)。 

本发明分别提供两种发光二极管模组的驱动方法，用以降低发光二极管模组在进行调光时所产生的***电压的涟波。 

本发明提出一种发光二极管模组，该发光二极管模组具有多个发光二极管串，该发光二极管模组包括电压产生回路、调光器、电压选择器以及电压保存比较电路。电压产生回路耦接发光二极管串，并依据脉波调变控制信号来产生***电压。调光器耦接发光二极管串，用以接收调光信号并依据调光信号点亮或关闭发光二极管串。电压选择器与调光器及发光二极管串共同耦接，用以选择发光二极管串耦接调光器的端点上的多个端电压的其中之一以产生选择电压。电压保存比较电路则耦接在电压选择器及电压产生回路间，用以比较选择电压及参考电压以产生误差电压。并依据调光信号来暂存误差电压及提供暂存的误差电压为脉波调变控制信号。 

在本发明一实施例中，当上述调光器依据调光信号关闭发光二极管串时，电压保存比较电路储存选择电压。 

在本发明一实施例中，上述电压保存比较电路包括误差放大器以及取样保持电路。误差放大器耦接电压选择器以接收选择电压，并比较选择电压与参考电压以产生误差电压。取样保持电路耦接误差放大器及电压产生回路间， 依据调光信号来暂存误差电压并由此产生脉波调变控制信号。 

在本发明一实施例中，上述电压选择器选择发光二极管串耦接调光器的端点上的端电压最小的以产生选择电压。 

在本发明一实施例中，上述调光器包括多个开关以及电流驱动元件。各开关分别耦接各发光二极管串，开关依据脉波调变控制信号来导通或关闭。电流驱动元件耦接上述开关，并依据开关的导通或关闭状态来决定提供开关所对应连接的发光二极管串驱动电流与否。 

在本发明一实施例中，上述电压产生回路包括电压转换器以及脉波信号调变器。电压转换器接收输入电压及脉波信号，依据脉波信号并利用输入电压来产生***电压。脉波信号调变器耦接电压转换器，依据脉波调变控制信号来产生脉波信号。 

在本发明一实施例中，上述各发光二极管串包括至少一个发光二极管，其阳极耦接***电压，其阴极耦接调光器。 

本发明还提出一种发光二极管模组，该发光二极管模组具有多个发光二极管串，该发光二极管模组包括电压产生回路、调光器、电压选择器以及电压保存比较电路。电压产生回路耦接发光二极管串，依据脉波调变控制信号来产生***电压。调光器耦接发光二极管串，用以接收调光信号并依据调光信号点亮或关闭发光二极管串。电压选择器与调光器及发光二极管串共同耦接，选择发光二极管串耦接调光器的端点上的多个端电压的其中之一以产生选择电压。电压保存比较电路耦接在电压选择器及电压产生回路间，依据调光信号来暂存选择电压，并依据比较暂存的选择电压及参考电压来产生脉波调变控制信号。 

在本发明一实施例中，上述电压保存比较电路包括取样保持电路以及误差放大器。取样保持电路耦接电压选择器以接收选择电压，依据调光信号来暂存误差电压。误差放大器耦接取样保持电路及电压产生回路间，并比较暂存的误差电压与参考电压以产生脉波调变控制信号。 

本发明提出一种发光二极管模组的驱动方法，其中的发光二极管模组包括电压产生回路、电压选择器及电压保存比较电路，而电压产生回路用以产生***电压用以驱动发光二极管模组。驱动方法的步骤包括：首先，判断该发光二极管模组的调光状态，当调光状态为启动调光时，则依据调光信号来判断发光二极管模组为调光前或调光后。若是当调光状态为启动调光且发光二极管模组在调光前，电压保存比较电路暂存通过比较电压选择器产生的选择电压及参考电压所产生的误差电压。然后，当调光状态为启动调光且发光二极管模组在调光后，电压保存比较电路则提供暂存的误差电压至电压产生回路。 

在本发明一实施例中，上述步骤还包括电压产生回路依据暂存的误差电压来产生***电压。 

在本发明一实施例中，其中在判断发光二极管模组的该调光状态之前还包括：使电压产生回路产生稳定的***电压。 

本发明还提出一种发光二极管模组的驱动方法，其中的发光二极管模组包括电压产生回路、电压选择器及电压保存比较电路，而电压产生回路用以产生***电压用以驱动发光二极管模组。驱动方法的步骤包括：首先，判断发光二极管模组的调光状态，当调光状态为启动调光时，依据调光信号来判断发光二极管模组为调光前或调光后。当调光状态为启动调光且发光二极管模组为调光前，电压保存比较电路暂存电压选择器产生的选择电压。接着，当调光状态为启动调光时且发光二极管模组在调光后，电压保存比较电路通过比较暂存的选择电压及参考电压来产生误差电压。 

基于上述，本发明通过发光二极管模组在调光状态为启动调光时，发光二极管模组在调光前通过暂存选择电压或误差电压来记录发光二极管模组的状态，并在发光二极管模组调光后恢复上述所储存的发光二极管模组的状态。如此一来，便可以有效降低发光二极管模组在调光的过程中因为发光二极管串的持续点亮及关闭的动作造成***电压的涟波现象。 

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

附图说明

图1为现有的发光二极管模组100的示意图。 

图2为发光二极管模组100进行调光的波形图。 

图3为本发明一实施例的发光二极管模组300的示意图。 

图4为本发明实施例的发光二极管模组300的动作波形图。 

图5为本发明另一实施例的发光二极管模组500的示意图。 

图6为本发明一实施例的发光二极管模组的驱动方法的流程图。 

图7为本发明另一实施例的发光二极管模组的驱动方法的流程图。 

主要附图标记说明： 

100、300、500：发光二极管模组； 310、510：电压产生回路； 

320、520：电压保存比较电路；    110、311、511：电压转换器； 

120、312、512：脉波信号调变器； 130、322、522：误差放大器； 

140、330、530：电压选择器；     150、340、540：调光器； 

160、360、560：电流驱动元件；   321、521：取样保持电路； 

171～173、351～35N、551～55N：发光二极管串； 

SW1～SWN：开关；                PWCTL：脉波调变控制信号； 

PWS：脉波信号；VOUT：***电压； 

VIN：输入电压；ERR：误差信号； 

SEL：选择电压；VREF：参考电压； 

TUN：调光信号；T1、T2、TDIM：期间； 

PP、STB：时间点； 

Vripple、Vripple1、Vripple2、Vdrop：电压差； 

S610～S660、S710～S760：驱动的步骤。 

具体实施方式

首先请参照图3，图3为本发明一实施例的发光二极管模组300的示意图。发光二极管模组300包括电压产生回路310、电压保存比较电路320、电压选择器330、调光器340、发光二极管串351、352～35N以及电流驱动元件360。电压产生回路310耦接发光二极管串351～35N，调光器340同样耦接发光二极管串351～35N，电压保存比较电路320耦接在电压产生回路310及电压选择器330间，电压选择器330则耦接调光器340及发光二极管串351～35N，电流驱动元件360则耦接调光器340。 

在本实施例中，电压产生回路310接收输入电压VIN及脉波调变控制信号PWCTL，并依据脉波调变控制信号PWCTL产生***电压VOUT。其中，电压产生回路310包括电压转换器311以及脉波信号调变器312。输入电压VIN由电压转换器311来接收，而脉波信号调变器312则接收脉波调变控制信号PWCTL来产生脉波信号PWS以提供至电压转换器311，作为电压转换器311产生***电压VOUT的依据。在此，电压转换器311可以为直流转直流电压转换器(DC-DC Converter)，而直流转直流电压转换器为本领域技术人员熟知的技术，此处不多详述。 

发光二极管串351～35N是由一个以上的发光二极管所串接而成的，当发光二极管串由一个发光二极管所组成时，发光二极管的阳极耦接***电压VOUT而发光二极管的阴极耦接调光器340。 

而在本实施例中，发光二极管串351～35N的一端接收上述的***电压VOUT，而发光二极管串351～35N的另一端则耦接至电压选择器330及调光器340。电压选择器330用以选择其与发光二极管串351～35N耦接的端点上的端电压的其中之一来产生选择电压SEL。举例来说，电压选择器330可以选择其与发光二极管串351～35N耦接的端点上的端电压中的最小的电压值来产生选择电压SEL。 

调光器340接收调光信号TUN并依据调光信号TUN来调整发光二极管串351～35N的亮度。在本实施例中，调光器340包括多个开关SW1～SWN，开关SW1～SWN分别串接在电流驱动元件360与发光二极管串351～35N间，当开关SW1～SWN依据调光信号TUN而导通时，发光二极管串351～35N被点亮，而当开关SW1～SWN依据调光信号TUN而关闭时，发光二极管串351～35N被关闭(不被点亮)。 

电压保存比较电路320与调光器340同样接收调光信号TUN，电压保存比较电路320当发光二极管模组300进行调光时，依据调光信号TUN来进行动作。在此，为更清楚说明电压保存比较电路320的动作细节，请同时参照图3及图4，其中图4为本发明实施例的发光二极管模组300的动作波形图。电压保存比较电路320依据比较选择电压SEL及参考电压VREF产生误差电压ERR。另外，当发光二极管模组300进入调光期间TDIM时，在开关SW1～SWN依据调光信号TUN由导通变成关闭的时间点STB上，电压保存比较电路320暂存误差电压ERR。接着，在开关SW1～SWN依据调光信号TUN由关闭变成导通的时间点PP上，电压保存比较电路320则将上述暂存的误差电压ERR提供作为脉波调变控制信号PWCTL。 

如此一来，可以发现脉波调变控制信号PWCTL并不会在开关SW1～SWN在导通、开闭间进行切换而有很大的电压差Vdrop，进而使得***电压VOUT的电压差Vripple有效的减小。 

请重新参照图3。值得一提的是，在本实施例中，电压保存比较电路320 包括误差放大器322及取样保持电路321。其中的误差放大器322执行比较选择电压SEL及参考电压VREF产生误差电压ERR的动作，而取样保持电路321则执行依据调光信号TUN的上升缘及下降缘来暂存误差电压ERR或提供暂存的误差电压ERR作为脉波调变控制信号PWCTL。 

此外，电流驱动元件360耦接至调光器340，电流驱动元件360用于当调光器340的开关SW1～SWN为导通时，传送驱动电流以点亮发光二极管串351～35N。 

接着请再参照图5，图5为本发明另一实施例的发光二极管模组500的示意图。发光二极管模组500包括电压产生回路510、电压保存比较电路520、电压选择器530、调光器540、发光二极管串551、552～55N以及电流驱动元件560。电压产生回路510耦接发光二极管串551～55N，调光器540同样耦接发光二极管串551～55N，电压保存比较电路520耦接在电压产生回路510及电压选择器530间，电压选择器530则耦接调光器540及发光二极管串551～55N，电流驱动元件560则耦接调光器540。 

电压产生回路510由电压转换器511及脉波信号调变器512构成，调光器540则由开关SW1～SWN所构成。并且，电压保存比较电路520则是由误差放大器522及取样保持电路521所构成。 

与发光二极管模组300的实施例不相同的是，发光二极管模组500中的电压保存比较电路520中的取样保持电路521是耦接电压选择器530并接收选择电压SEL的，而误差放大器522则是串接在取样保持电路521与电压产生回路510间的。在本实施例中，取样保持电路521是依据调光信号TUN由导通开关SW1～SWN转换成关闭开关SW1～SWN的瞬间来暂存电压选择器530所输出的选择电压SEL。取样保持电路521在调光信号TUN由关闭开关SW1～SWN转换成导通开关SW1～SWN的瞬间来提供暂存的选择电压SEL至误差放大器522，并通过误差放大器522与参考电压VREF进行比较，以产生脉波调变控制信号PWCTL。 

在此请注意，虽本实施例的发光二极管模组500与前一实施例的发光二极管模组300所进行暂存的对象并不相同，但是皆可提供稳定的脉波调变控制信号PWCTL至电压产生回路。进而使电压产生回路所产生的***电压VOUT的涟波有效的降低。 

接着针对本发明的发光二极管模组的驱动方法提出实施例来说明，使本领域技术人员皆能了解并实施。 

请参照图6，图6为本发明一实施例的发光二极管模组的驱动方法的流程图。其步骤包括：首先，使电压产生回路产生稳定的***电压(S610)。通常，电压产生回路由于需要产生一个较高的电压以驱动发光二极管模组，因此，***电压的产生常需要经过一个等待时间。而电压产生回路经过这个等待时间所产生的***电压也才能提供稳定的发光二极管模组的发光表现。接着，判断发光二极管模组的调光状态(S620)。换句话说，就是检查发光二极管模组的调光动作是否被启动。若是发光二极管模组的调光动作并未被启动(调光状态为非启动调光)，则只需要维持电压产生回路原有状态即可(S630)。也就是维持发光二极管模组原有的操作状态。 

在另一方面，若是发光二极管模组的调光动作已被启动(调光状态为启动调光)，则依据调光信号来判断发光二极管模组为调光前或是调光后(S640)。若配合本发明实施例的发光二极管模组300来看，当调光信号TUN由高准位转换成低准位就是等同于调光前，相反的，当调光信号TUN由低准位转换成高准位就是等同于调光后。 

若是判断出发光二极管模组的调光状态为调光前，则暂存误差电压(S660)。其中的误差电压是通过比较选择电压及参考电压所获得的。若是配合本发明实施例的发光二极管模组300来看，选择电压可以由比较电压选择器330所产生。而比较选择电压及参考电压的动作则可以由误差放大器322来实施。 

在另一方面，若是判断出发光二极管模组的调光状态为调光后，则提供 暂存的误差电压至电压产生回路(S650)。在此请特别注意，步骤S660及步骤S650可以周而复始的重复交错执行，直至发光二极管模组的调光动作被关闭。 

再请参照图7，图7为本发明另一实施例的发光二极管模组的驱动方法的流程图。其步骤包括：首先，使电压产生回路产生稳定的***电压(S710)。接着，判断发光二极管模组的调光状态(S720)。若是发光二极管模组的调光动作并未被启动(调光状态为非启动调光)，则只需要维持电压产生回路原有状态(S730)，若是发光二极管模组的调光动作已被启动(调光状态为启动调光)，则依据调光信号来判断发光二极管模组为调光前或调光后(S740)。 

与本发明前一实施例的发光二极管模组的驱动方法不相同的是，若是判断出发光二极管模组为调光前，所暂存的对象为选择电压(S760)。而若是判断出发光二极管模组为调光后，则通过比较暂存的选择电压及参考电压来产生误差电压(S750)，并利用这个误差电压来提供作为电压产生回路的脉波调变控制信号。 

此外，步骤S760及步骤S750同样可以周而复始的重复交错执行，直至发光二极管模组的调光动作被关闭。 

综上所述，本发明通过暂存选择电压或误差电压来作为调光后的发光二极管模组的脉波调变控制信号。通过稳定脉波调变控制信号，进而稳定电压产生回路所产生的***电压。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (11)

1.一种发光二极管模组，其特征在于，该发光二极管模组具有多个发光二极管串，包括：

一电压产生回路，耦接所述发光二极管串，依据一脉波调变控制信号来产生一***电压；

一调光器，耦接所述发光二极管串，接收一调光信号并依据该调光信号点亮或关闭所述发光二极管串；

一电压选择器，与该调光器及所述发光二极管串共同耦接，选择所述发光二极管串耦接该调光器的端点上的多个端电压的其中之一以产生一选择电压；以及

一电压保存比较电路，耦接在该电压选择器及该电压产生回路间，比较该选择电压及一参考电压以产生一误差电压，并依据该调光信号来暂存该误差电压及提供暂存的该误差电压为该脉波调变控制信号；

当该调光器依据该调光信号关闭所述发光二极管串时，该电压保存比较电路储存该误差电压，当该调光器依据该调光信号开启所述发光二极管串时，该电压保存比较电路提供暂存的该误差电压为该脉波调变控制信号。

2.根据权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该电压保存比较电路包括：

一误差放大器，耦接该电压选择器以接收该选择电压，并比较该选择电压与该参考电压以产生该误差电压；以及

一取样保持电路，耦接该误差放大器及该电压产生回路间，依据该调光信号来暂存该误差电压并产生该脉波调变控制信号。

3.根据权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该电压选择器选择所述发光二极管串耦接该调光器的端点上的所述多个端电压中最小的电压以产生该选择电压。

4.根据权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该调光器包括：

多个开关，各该开关分别耦接各该发光二极管串，所述开关依据该调光信号来导通或关闭；以及

一电流驱动元件，耦接所述开关，依据所述开关的导通或关闭状态，来决定提供所述开关所对应连接的所述发光二极管串驱动电流与否。

5.根据权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该电压产生回路包括：

一电压转换器，接收一输入电压及一脉波信号，依据该脉波信号并利用该输入电压来产生该***电压；以及

一脉波信号调变器，耦接该电压转换器，依据该脉波调变控制信号来产生该脉波信号。

6.根据权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于，其中各该发光二极管串包括：

至少一发光二极管，其阳极耦接该***电压，其阴极耦接该调光器。

7.一种发光二极管模组，其特征在于，该发光二极管模组具有多个发光二极管串，包括：

一电压产生回路，耦接所述发光二极管串，依据一脉波调变控制信号来产生一***电压；

一调光器，耦接所述发光二极管串，接收一调光信号并依据该调光信号点亮或关闭所述发光二极管串；

一电压选择器，与该调光器及所述发光二极管串共同耦接，选择所述发光二极管串耦接该调光器的端点上的多个端电压的其中之一以产生一选择电压；以及

一电压保存比较电路，耦接在该电压选择器及该电压产生回路间，依据该调光信号来暂存该选择电压，并依据比较暂存的该选择电压及一参考电压来产生该脉波调变控制信号；

当该调光器依据该调光信号关闭所述发光二极管串时，该电压保存比较电路储存该选择电压，当该调光器依据该调光信号开启所述发光二极管串时，该电压保存比较电路提供通过比较暂存的选择电压和参考电压所产生的脉波调变控制信号。

8.根据权利要求7所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该电压选择器选择所述发光二极管串耦接该调光器的端点上的所述多个端电压中最小的电压以产生该选择电压。

9.根据权利要求7所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该调光器包括：

多个开关，各该开关分别耦接各该发光二极管串，所述开关依据该调光信号来导通或关闭；以及

一电流驱动元件，耦接所述开关，依据所述开关的导通或关闭状态，来决定提供所述开关所对应连接的所述发光二极管串驱动电流与否。

10.根据权利要求7所述的发光二极管模组，其特征在于，其中该电压产生回路包括：

一电压转换器，接收一输入电压及一脉波信号，依据该脉波信号并利用该输入电压来产生该***电压；以及

一脉波信号调变器，耦接该电压转换器，依据该脉波调变控制信号来产生该脉波信号。

11.根据权利要求7所述的发光二极管模组，其特征在于，其中各该发光二极管串包括：

至少一发光二极管，其阳极耦接该***电压，其阴极耦接该调光器。

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