CN102006051B

CN102006051B - 被动式电流平衡驱动装置

Info

Publication number: CN102006051B
Application number: CN200910168158.9A
Authority: CN
Inventors: 林哲民; 叶怡君
Original assignee: All Han Enterprise Co ltd
Current assignee: All Han Enterprise Co ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: CN102006051A

Abstract

本发明公开了一种被动式电流平衡驱动装置，包括第一与第二驱动器。第一驱动器包括第一平衡电容，其第一端耦接交流信号源的第一端，而其第二端提供第一平衡交流电压；以及第一整流单元，整流第一平衡交流电压，以输出第一直流电压来驱动多个串接的第一发光二极管。第二驱动器包括第二平衡电容，其第一端耦接交流信号源的第一端，而其第二端提供第二平衡交流电压；以及第二整流单元，整流第二平衡交流电压，以输出第二直流电压来驱动多个串接的第二发光二极管。两平衡电容的容抗相等，且分别大于所有第一与第二发光二极管的等效总内阻。

Description

被动式电流平衡驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电流平衡技术，特别涉及一种被动式电流平衡驱动装置。

背景技术

近年来，随着半导体科技蓬勃发展，携带型电子产品及平面显示器产品也随之兴起。而在众多平面显示器的类型当中，液晶显示器(LiquidCrystal Display；以下简称：LCD)基于其低电压操作、无辐射线散射、重量轻以及体积小等优点，随即已成为各显示器产品的主流。一般而言，由于液晶显示面板本身并不具备自发光的特性，因此必须在液晶显示面板的下方放置背光模组，藉以提供液晶显示面板所需的光源。

传统的背光模组大致可以分为两类，其一是由冷阴极管(ColdCathode Fluorescent Lamps；以下简称：CCFL)所组成的背光模组，而另一则由发光二极管(light emitting diode；以下简称：LED)所组成的背光模组。其中，由于发光二极管背光模组可以提升液晶显示器的色域(color gamut)，故而现今各家面板业者大多以发光二极管背光模组来取代冷阴极管背光模组。

发光二极管背光模组具有多串并列在一起的发光二极管，且每一串发光二极管是由多个串接在一起的发光二极管所组成。实际上，大多采用直流转换器(DC-DC converter)将直流电源转换成一组可以同时驱动每一串发光二极管所需的直流电压。然而，由于每一个发光二极管的特性不尽相同(例如发光二极管的内阻)，以至于每一串发光二极管的等效总内阻就会不同。如此可推知的是，流经每一串发光二极管的电流会不相同(亦即电流不平衡)，从而导致发光二极管背光模组所提供给液晶显示面板的光源亮度就会不均匀。

为了要解决这样的问题，可以通过在发光二极管背光模组中加入一个电流平衡控制线路来调节流经每一串发光二极管的电流，藉以致使流经每一串发光二极管的电流可以相同(亦即电流平衡)。而常见的电流平衡控制线路可以是由多个主动元件(例如金属-氧化层-半导体-场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；以下简称：MOSFET))所组成的电流镜(current mirror)电路或是电流反馈补偿(current feedback compensation)电路所组成。另外，电流平衡控制线路亦可由现成的电流调节晶片(例如current sink IC)所组成。

然而，由于MOSFET此类的半导体元件常会因制程差异而导致其汲极电流(Id)与闸源极电压(Vgs)的特性曲线(Id/Vgs)不同。因此，利用MOSFET所组成的电流镜电路或是电流反馈补偿电路来调节流经每一串发光二极管的电流的精确度是有限的。

另外，现成的电流调节晶片的调节通道数通常是固定的(常为4个或6个调节通道数)，且由于一个调节通道用以调节流经一串发光二极管的电流，所以当发光二极管背光模组具有例如10串发光二极管时，则必须选用3个具有4个调节通道数的电流调节晶片，或者是选用2个具有6个调节通道数的电流调节晶片，但无论选用哪一种都会浪费掉2个未用的调节通道，这无疑会造成多余的成本浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种被动式电流平衡驱动装置，其包括第一与第二驱动器。其中，第一驱动器包括第一平衡电容与第一整流单元。第一平衡电容的第一端耦接交流信号源的第一端，而第一平衡电容的第二端则提供第一平衡交流电压。第一整流单元耦接第一平衡电容的第二端，用以接收并整流第一平衡交流电压，藉以输出第一直流电压来驱动多个串接在一起的第一发光二极管。

另外，第二驱动器包括第二平衡电容与第二整流单元。第二平衡电容的第一端耦接交流信号源的第一端，而第二平衡电容的第二端则提供第二平衡交流电压。第二整流单元耦接第二平衡电容的第二端，用以接收并整流第二平衡交流电压，藉以输出第二直流电压来驱动多个串接在一起的第二发光二极管。

在本发明的一实施例中，第一平衡电容的容抗大于所有第一发光二极管的等效总内阻，而第二平衡电容的容抗大于所有第二发光二极管的等效总内阻，且第一与第二平衡电容的容抗相等。

基于上述可知，本发明主要是将平衡电容的容抗设计的比串接在一起的发光二极管的等效总内阻还要大，以至于流经串接在一起的发光二极管的电流主要会取决于平衡电容的容抗与交流信号源的电压值。如此一来，只要将被动式电流平衡驱动装置内所有驱动器的平衡电容的容抗设计的相同的话，则流经每一串接在一起的发光二极管的电流就会相近，从而达到电流平衡的目的。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

图1为本发明一实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路图。

图2为本发明另一实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路图。

图3为本发明再一实施例的被动式电流平衡驱动装置的电路图。

主要元件符号说明：

CB1、CB1’、CB2、CB2’：平衡电容 RU1、RU1’、RU2、RU2’：整流单元

FU1、FU2：滤波单元 CF1、CF2：滤波电容

L₁₁～L_1n：第一发光二极管 L₂₁～～L_2n：第二发光二极管

ACS：交流信号源 DCV1：第一直流电压

DCV2：第二直流电压 101、103、201、203、301、303：

驱动器

100、200、300：被动式电流平衡驱动装置

D₁₁、D₁₂、D₁₁’、D₁₂’、D₂₁、D₂₂、D₂₁’、D₂₂’：二极管

BACV1、BACV1’、BACV2、BACV2’：平衡交流电压

具体实施方式

现将详细参考本发明的实施例，并在附图中说明所述实施例的实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图1为本发明一实施例的被动式电流平衡驱动装置100的电路图。请参照图1，被动式电流平衡驱动装置100包括驱动器101与103。其中，驱动器101包括平衡电容CB1、整流单元RU1以及滤波单元FU1；而驱动器103包括平衡电容CB2、整流单元RU2以及滤波单元FU2。

在本实施例中，平衡电容CB1的第一端耦接交流信号源ACS的第一端，而平衡电容CB1的第二端则提供平衡交流电压BACV1。其中，交流信号源ACS例如是从直流转换器(DC-DC converter)中的隔离变压器(isolation transformer)的二次侧所形成的，但并不限制于此。另外，整流单元RU1耦接平衡电容CB1的第二端，用以接收并整流平衡交流电压BACV1，藉以输出第一直流电压DCV1来驱动多个串接在一起的第一发光二极管L₁₁～L_1n。再者，滤波单元FU1耦接整流单元RU1，用以对整流单元RU1所输出的第一直流电压DCV1进行滤波。如果在整流单元RU1的整流效果良好的状态下，则可以省略滤波单元FU1。

由此可知，驱动器101与多个串接在一起的第一发光二极管L₁₁～L_1n形成一完整的电流回路，并接收交流信号源ACS所提供的交流电压，以经由平衡电容CB1而得到平衡交流电压BACV1。

于此，整流单元RU1包括二极管D₁₁与D₁₂。二极管D₁₁的阳极耦接平衡电容CB1的第二端，而二极管D₁₁的阴极则耦接第一发光二极管L₁₁～L_1n中第1个第一发光二极管L₁₁的阳极。二极管D₁₂的阳极耦接第一发光二极管L₁₁～L_1n中最后一个第一发光二极管L_1n的阴极，而二极管D₁₂的阴极耦接二极管D₁₁的阳极。另外，滤波单元FU1包括滤波电容CF1。滤波电容CF1的第一端耦接二极管D₁₁的阴极，而滤波电容CF1的第二端则耦接二极管D₁₂的阳极以及交流信号源ACS的第二端。

另一方面，平衡电容CB2的第一端耦接交流信号源ACS的第一端，而平衡电容CB2的第二端则提供平衡交流电压BACV2。另外，整流单元RU2耦接平衡电容CB2的第二端，用以接收并整流平衡交流电压BACV2，藉以输出第二直流电压DCV2来驱动多个串接在一起的第二发光二极管L₂₁～L_2n。再者，滤波单元FU2耦接整流单元RU2，用以对整流单元RU2所输出的第二直流电压DCV2进行滤波。如果在整流单元RU2的整流效果良好的状态下，则可以省略滤波单元FU2。

于此，整流单元RU2包括二极管D₂₁与D₂₂。二极管D₂₁的阳极耦接平衡电容CB2的第二端，而二极管D₂₁的阴极则耦接第二发光二极管L₂₁～L_2n中第1个第二发光二极管L₂₁的阳极。二极管D₂₂的阳极耦接第二发光二极管L₂₁～L_2n中最后一个第二发光二极管L_2n的阴极，而二极管D₂₂的阴极耦接二极管D₂₁的阳极。另外，滤波单元FU2包括滤波电容CF2。滤波电容CF2的第一端耦接二极管D₂₁的阴极，而滤波电容CF2的第二端则耦接二极管D₂₂的阳极以及交流信号源ACS的第二端。

由此可知，驱动器103与多个串接在一起的第二发光二极管L₂₁～L_2n形成一完整的电流回路，并接收交流信号源ACS所提供的交流电压，以经由平衡电容CB2而得到平衡交流电压BACV2。

在本实施例中，由于每一个第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的特性不尽相同(例如每一第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的内阻不尽相同)，以至于这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的等效总内阻就会不同。

如此一来，如果使用相同的直流电压来驱动这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n，由于这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的等效总内阻不同，以至于流经这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的电流就会不同(亦即电流不平衡)，从而导致这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的亮度相异。

有鉴于此，本实施例特将平衡电容CB1与CB2的容抗(1/ωC)设计的相同，并将平衡电容CB1的容抗设计的比第一发光二极管L₁₁～L_1n的等效总内阻还要大，且将平衡电容CB2的容抗设计的比第二发光二极管L₂₁～L_2n的等效总内阻还要大。如此一来，让流经第一发光二极管L₁₁～L_1n的电流实质上取决于交流信号源ACS的第一端与第二端的电压差值与平衡电容CB1的容抗(而非第一发光二极管L₁₁～L_1n的等效总内阻)，并让流经第二发光二极管L₂₁～L_2n的电流实质上取决于交流信号源ACS的第一端与第二端的电压差值与平衡电容CB2的容抗(而非第二发光二极管L₂₁～L_2n的等效总内阻)。也亦因如此，即可确保流经这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的电流会相近(亦即电流平衡)，从而使得这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的亮度相同。

在此值得一提的是，图1中所示的交流信号源ACS的第二端亦可耦接第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n中第1个第一发光二极管L₁₁与第二发光二极管L₂₁的阳极，如此亦可达到相似的技术功效。

除此之外，图2为本发明另一实施例的被动式电流平衡驱动装置200的电路图。请合并参照图1与图2，被动式电流平衡驱动装置200包括驱动器201与203。与上一实施例不同的是，驱动器201比驱动器101多了平衡电容CB1’与整流单元RU1’；而驱动器203比驱动器103多了平衡电容CB2’与整流单元RU2’；另外，滤波电容CF1与CF2的第二端并不需耦接至交流信号源ACS的第二端。

在本实施例中，平衡电容CB1’的容抗仍是设计的比第一发光二极管L₁₁～L_1n的等效总内阻还要大，但与平衡电容CB1的容抗相等。相似地，平衡电容CB2’的容抗仍是设计的比第二发光二极管L₂₁～L_2n的等效总内阻还要大，但与平衡电容CB2的容抗相等。更清楚来说，平衡电容CB1、CB1’、CB2与CB2’的容抗是相等的。

在本实施例中，平衡电容CB1与CB2的第一端仍是耦接交流信号源ACS的第一端，而平衡电容CB1与CB2的第二端则各别提供平衡交流电压BACV1与BACV2。另外，平衡电容CB1’与CB2’的第一端耦接交流信号源ACS的第二端，而平衡电容CB1’与CB2’的第二端则各别提供平衡交流电压BACV1’与BACV2’。

于此，整流单元RU1’耦接平衡电容CB1’的第二端，用以接收并整流平衡交流电压BACV1’，藉以输出第一直流电压DCV1来驱动串接在一起的第一发光二极管L₁₁～L_1n。其中，整流单元RU1’包括二极管D₁₁’与D₁₂’。二极管D₁₁’的阳极耦接平衡电容CB1’的第二端，而二极管D₁₁’的阴极则耦接二极管D₁₁的阴极。二极管D₁₂’的阳极耦接二极管D₁₂的阳极，而二极管D₁₂’的阴极耦接二极管D₁₁’的阳极。

相似地，整流单元RU2’耦接平衡电容CB2’，用以接收并整流平衡交流电压BACV2’，藉以输出第二直流电压DCV2来驱动串接在一起的第二发光二极管L₂₁～L_2n。其中，整流单元RU2’包括二极管D₂₁’与D₂₂’。二极管D₂₁’的阳极耦接平衡电容CB2’的第二端，而二极管D₂₁’的阴极则耦接二极管D₂₁的阴极。二极管D₂₂’的阳极耦接二极管D₂₂的阳极，而二极管D₂₂’的阴极耦接二极管D₂₁’的阳极。

基于上述，本实施例同样将平衡电容CB1、CB1’、CB2与CB2’的容抗设计的相同，并将平衡电容CB1与CB1’的容抗设计的比第一发光二极管L₁₁～L_1n的等效总内阻还要大，且将平衡电容CB2与CB2’的容抗设计的比第二发光二极管L₂₁～L_2n的等效总内阻还要大。如此一来，让流经第一发光二极管L₁₁～L_1n的电流实质上取决于交流信号源ACS的第一端与第二端的电压差值与平衡电容CB1与CB1’的容抗，并让流经第二发光二极管L₂₁～L_2n的电流实质上取决于交流信号源ACS的第一端与第二端的电压差值与平衡电容CB2与CB2’的容抗。也亦因如此，即可确保流经这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的电流会相近(亦即电流平衡)，从而使得这两串第一发光二极管L₁₁～L_1n与第二发光二极管L₂₁～L_2n的亮度相同。

再者，图3为本发明再一实施例的被动式电流平衡驱动装置300的电路图。请合并参照图2与图3，被动式电流平衡驱动装置300包括驱动器301与303。与上一实施例不同的是，驱动器301比驱动器201少了平衡电容CB1’；而驱动器303比驱动器203少了平衡电容CB2’，但是被动式电流平衡驱动装置200与300实际的运作流程相似，故在此并不再加以赘述。

就应用层面来看，只要将被动式电流平衡驱动装置100、200和300内各驱动器加以模组化并增加其数量的话，被动式电流平衡驱动装置100、200和300就可以被用来驱动液晶显示器的发光二极管背光模组中的每一串发光二极管，藉以致使流经每一串发光二极管的电流相同(亦即电流平衡)，从而使得发光二极管背光模组所提供给液晶显示面板的光源亮度更加均匀。

然而，被动式电流平衡驱动装置100、200和300并不限制于仅能驱动液晶显示器的发光二极管背光模组中的每一串发光二极管而已。换言之，只要在同时间驱动多串发光二极管的条件下(例如：大型的发光二极管广告看板)，被动式电流平衡驱动装置100、200和300就可以被应用来平衡电流之用。

另外，由于被动式电流平衡驱动装置100、200和300内每一驱动器仅需由几个被动元件所组成即可。因此，所需花费的制作成本将远低于传统技艺利用多个主动元件(MOSFET)或是电流调节晶片(currentsink IC)所组成的电流平衡控制线路的成本。

综上所述，本发明主要是将平衡电容的容抗设计的比串接在一起的发光二极管的等效总内阻还要大，以至于流经串接在一起的发光二极管的电流主要会取决于平衡电容的容抗与交流电压的电压值。如此一来，只要将被动式电流平衡驱动装置内所有驱动器的平衡电容的容抗设计的相同的话，则流经每一串接在一起的发光二极管的电流就会相等，从而达到电流平衡的目的。

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进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种被动式电流平衡驱动装置，包括：

一第一驱动器，包括：

一第一平衡电容，所述第一平衡电容的第一端耦接一交流信号源的第一端，而所述第一平衡电容的第二端则提供一第一平衡交流电压；以及

一第一整流单元，耦接所述第一平衡电容的第二端，用以接收并整流所述第一平衡交流电压，藉以输出一第一直流电压来驱动一串相互串接在一起的多个第一发光二极管；以及

一第二驱动器，包括：

一第二平衡电容，所述第二平衡电容的第一端耦接所述交流信号源的第一端，而所述第二平衡电容的第二端则提供一第二平衡交流电压；以及

一第二整流单元，耦接所述第二平衡电容的第二端，用以接收并整流所述第二平衡交流电压，藉以输出一第二直流电压来驱动一串相互串接在一起的多个第二发光二极管，

其中，所述第一平衡电容的容抗大于所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管的等效总内阻，而所述第二平衡电容的容抗大于所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管的等效总内阻，且所述第一平衡电容与所述第二平衡电容的容抗相等，

其中，流经所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管的电流取决于所述交流信号源的第一端与第二端的电压差值与所述第一平衡电容的容抗，而流经所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管的电流取决于所述交流信号源的第一端与第二端的电压差值与所述第二平衡电容的容抗，

其中，在所述第一平衡电容与所述第二平衡电容的容抗相等的条件下，流经所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管的电流会等于流经所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管的电流，从而使得所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管与所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管的亮度相同，

其中，所述交流信号源是从一直流转换器中一隔离变压器的二次侧所形成的。

2.根据权利要求1所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第一整流单元包括：

一第一二极管，所述第一二极管的阳极耦接所述第一平衡电容的第二端，而所述第一二极管的阴极则耦接所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管中第1个第一发光二极管的阳极；以及

一第二二极管，所述第二二极管的阳极耦接所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管中最后一个第一发光二极管的阴极，而所述第二二极管的阴极耦接所述第一二极管的阳极。

3.根据权利要求2所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第一驱动器还包括：

一滤波单元，耦接所述第一整流单元，用以对所述第一整流单元所输出的所述第一直流电压进行滤波。

4.根据权利要求3所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述滤波单元包括：

一滤波电容，所述滤波电容的第一端耦接所述第一二极管的阴极，而所述滤波电容的第二端则耦接所述第二二极管的阳极。

5.根据权利要求4所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述滤波电容的第一端或第二端还耦接至所述交流信号源的第二端。

6.根据权利要求4所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第一驱动器还包括：

一第三平衡电容，所述第三平衡电容的第一端耦接所述交流信号源的第二端，而所述第三平衡电容的第二端则提供一第三平衡交流电压；以及

一第三整流单元，耦接所述第三平衡电容的第二端，用以接收并整流所述第三平衡交流电压，藉以输出所述第一直流电压来驱动所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管，

其中，所述第三平衡电容的容抗大于所述一串相互串接在一起的多个第一发光二极管的等效总内阻，且所述第一平衡电容与所述第三平衡电容的容抗相等。

7.根据权利要求6所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第三整流单元包括：

一第三二极管，所述第三二极管的阳极耦接所述第三平衡电容的第二端，而所述第三二极管的阴极则耦接所述第一二极管的阴极；以及

一第四二极管，所述第四二极管的阳极耦接所述第二二极管的阳极，而所述第四二极管的阴极耦接所述第三二极管的阳极。

8.根据权利要求4所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第一驱动器还包括：

一第三整流单元，包括：

一第三二极管，所述第三二极管的阳极耦接所述交流信号源的第二端，而所述第三二极管的阴极则耦接所述第一二极管的阴极；以及

9.根据权利要求1所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第二整流单元包括：

一第一二极管，所述第一二极管的阳极耦接所述第二平衡电容的第二端，而所述第一二极管的阴极则耦接所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管中第1个第二发光二极管的阳极；以及

一第二二极管，所述第二二极管的阳极耦接所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管中最后一个第二发光二极管的阴极，而所述第二二极管的阴极耦接所述第一二极管的阳极。

10.根据权利要求9所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第二驱动器还包括：

一滤波单元，耦接所述第二整流单元，用以对所述第二整流单元所输出的所述第二直流电压进行滤波。

11.根据权利要求10所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述滤波单元包括：

12.根据权利要求11所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述滤波电容的第一端或第二端还耦接至所述交流信号源的第二端。

13.根据权利要求11所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第二驱动器还包括：

一第三整流单元，耦接所述第三平衡电容的第二端，用以接收并整流所述第三平衡交流电压，藉以输出所述第二直流电压来驱动所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管，

其中，所述第三平衡电容的容抗大于所述一串相互串接在一起的多个第二发光二极管的等效总内阻，且所述第二与所述第三平衡电容的容抗相等。

14.根据权利要求13所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第三整流单元包括：

15.根据权利要求11所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述第二驱动器还包括：

一第三整流单元，包括：

16.根据权利要求1所述的被动式电流平衡驱动装置，其中所述被动式电流平衡驱动装置至少适于驱动一液晶显示器的一发光二极管背光模组。