CN102469665B - 发光二极管驱动***及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管驱动***，供驱动多个发光二极管串。多个电流源分别连接多个发光二极管串。多相控制信号产生器产生多个多相控制信号，用以分别控制多个电流源的开启或关闭，以使对应的多个发光二极管串导通或关闭。

Description

发光二极管驱动***及驱动方法

技术领域

本发明有关一种发光二极管驱动***，特别是使用多相控制信号以控制发光二极管的一种发光二极管驱动***。 

背景技术

鉴于发光二极管(LED)的诸多优点，例如体积小、反应时间短、消耗功率低、可靠度高、大量生产可行性高，因此发光二极管普遍使用于电子装置中作为光源使用。例如，以发光二极管作为液晶显示器(LCD)的背光源，以取代传统的萤光灯管。 

图1A的示意图显示传统发光二极管驱动***，其主要包含多个发光二极管串(LED string)10、最小电压选择器12、升压(boost)控制器14及升压功率级(boost power stage)电路16。 

对于图1A所示的传统发光二极管驱动***，即使各发光二极管串10使用相同的电压源V--_DC及相同数目的发光二极管100，然而，由于各发光二极管100之间无法完全匹配，因而使得各输入垫(input pad)11的电压不相同。为了减少发光二极管串10的功率消耗，因此以最小电压选择器12选出最小电压，再以升压控制器14及升压功率级电路16来控制电压源V_DC，使得输入垫11的电压能够稳定于最小电压。 

图1A所示的传统发光二极管驱动***，还以调光信号PWM来控制各电流源I_S的开与关。该调光信号PWM也同时控制升压控制器14的开启与关闭。此外，当升压控制器14关闭时，升压功率级电路16也需一起关闭，否则，所输出的电压源V_DC的波形会产生尖凸的溢出(overshoot)现象。 

图1B显示图1A的调光信号PWM及电压源V_DC的波形图。由图式可得知，即使电压源V_DC未产生有溢出(overshoot)现象，但是，电压源V_DC于调光信号PWM处于低电位(或关闭)状态时，会因为***当中的电容及电阻而产生下降的不稳定暂 态(transient)现象，其仍将造成升压功率级电路16的不稳定负载电流。同时，也使得发光二极管串10的通过电流及输入垫11的电压无法稳定。 

因此，亟需提出一种新颖的调光机制，用以稳定发光二极管驱动***的稳定。 

发明内容

鉴于上述，本发明实施例揭示一种发光二极管驱动***，除了能够减少功率消耗外，还能稳定功率级电路的负载电流、发光二极管串的通过电流及输入垫的电压。 

根据本发明实施例，发光二极管驱动***包含多个电流源及多相控制信号产生器。多个电流源分别连接多个发光二极管串。多相控制信号产生器产生多个个多相控制信号，用以分别控制多个电流源的开启或关闭，以使对应的多个发光二极管串导通或关闭。 

附图说明

图1A的示意图显示传统发光二极管驱动***。 

图1B显示了图1A的调光信号及电压源的波形图。 

图2的示意图显示本发明实施例的发光二极管驱动***。 

图3例示本发明实施例的多相控制信号。 

图4显示了图2的电压选择电路的详细电路图。 

图5显示了图2的升压控制器的详细电路图。 

图6显示了图2的功率级电路的详细电路图。 

主要元件符号说明 

2     集成电路 

10    发光二极管串 

100   发光二极管 

11    输入垫 

12    最小电压选择器 

14    升压控制器 

16    升压功率级电路 

20    多相控制信号产生器 

22    电压选择电路 

23    参考电压产生电路 

24    升压控制器 

240   第一比较器 

242   第二比较器 

26    功率级电路 

V_DC   电压源 

I_S    电流源 

I     电流源 

I0/I1/In    电流源 

PWM   调光信号 

PWM0/PWM1/PWMn    多相控制信号 

M0/M1/Mn    第一晶体管 

Ma    参考晶体管 

E0/E1/En    第二晶体管 

SW    切换晶体管 

STR0/STR1/STRn    输入垫电压 

p0/p1/pn    输入垫 

V_FB   反馈电压 

V_REF  参考电压 

V_DRV  驱动信号 

V_R    预设电压 

G     栅极 

S     源极 

D     漏极 

L     电感 

C     电容 

具体实施方式

图2的示意图显示本发明实施例的发光二极管驱动***，用以驱动多个发光二极管串(LED string)10，可适用于液晶显示器的背光模块，但不以此为限。在本实施例中，发光二极管驱动***主要包含多个电流源I0、I1…In及多相 (multi-phase)控制信号产生器20。多个电流源I0、I1…In分别连接多个发光二极管串10。每一发光二极管串10包含串联的多个发光二极管100，发光二极管串10最外端发光二极管100的阳极连接至电压源V_DC，而发光二极管串10最外端发光二极管100的阴极则连接至集成电路2的输入垫(pad)p0、p1…pn。 

本实施例的发光二极管驱动***还包含电压选择电路22、升压控制器24及功率级(power stage)电路26。其中，多个电流源I0、I1…In、多相控制信号产生器20、电压选择电路22及升压控制器24可整合制作于集成电路2内，而功率级电路26则位于集成电路2外。然而，上述发光二极管驱动***的各组成方块是否制作于同一集成电路内，可视各种应用场合而定。 

多相控制信号产生器20产生多个多相控制信号PWM0、PWM1…PWMn，用以分别控制多个电流源I0、I1…In的开启或关闭，以使对应的发光二极管串10导通或关闭。在本实施例中，多相控制信号PWM0、PWM1…PWMn彼此之间的相位互异。图3例示多相控制信号PWM0、PWM1…PWMn，其具有至少部分相异的相位。于图3中，虽然相邻的多相控制信号的一部分于开启时彼此间有部分状态重叠，但不限定为此。此外，高电位状态出现的顺序也不限定如图3所示。藉由多相控制信号PWM0、PWM1…PWMn，使得各电流源I0、I1…In的开、关时间可以错开，因而让功率级电路26的负载电流得以稳定，且可稳定通过发光二极管串10的电流及输入垫p0、p1…pn的电压。 

电压选择电路22连接并接收多个发光二极管串10与多个电流源I0、I1…In之间的多个电压，例如输入垫p0、p1…pn电压，并选择其中之一作为选定电压，以输出对应的反馈电压V_FB，藉由负反馈原理并配合升压控制器24及功率级电路26以调节(regulate)电压源V_DC或输入垫p0、p1…pn的电压。图4显示本发明实施例的电压选择电路22的详细电路图。在本实施例中，电压选择电路22包含彼此并联的多个晶体管开关组。每一晶体管开关组包含第一晶体管M0/M1…/Mn及第二晶体管E0/E1…/En。第一晶体管M0/M1…/Mn接收输入垫p0、p1…pn电压的其中之一，其中反馈电压V_FB约略等于第一晶体管M0/M1…/Mn的一导通电压与选定电压之和。以图4所示为例，第一晶体管M0/M1…/Mn为P型金属氧化半导体(PMOS)晶体管，其栅极G分别接收多个输入垫p0、p1…pn的电压STR0、STR1…STRn。所有PMOS晶体管M0、M1…Mn的源极S连接在一起，以输出反馈电压。每一第二晶体管(E0/E1…/En)串联于对应的每一第一晶体管(M0/M1…/Mn)，且每一个第二晶体管E0/E1…/En可接收一致能信号而导通。举例而言，此致能信号可为一固定电压。 在另一实施例中，每一个第二晶体管E0/E1…/En可接收每一多相控制信号PWM0/PWM1…/PWMn而导通或关闭。以图4所示为例，第二晶体管E0/E1…/En为N型金属氧化半导体(NMOS)晶体管E0、E1…En，其栅极G接收并受控于多相控制信号PWM0、PWM1…PWMn。 

图4还显示了参考电压产生电路23，其用以产生参考电压V_REF至升压控制器24。在本实施例中，参考电压产生电路23包含一P型金属氧化半导体(PMOS)参考晶体管Ma，其源极S连接至电流源I并提供所产生的参考电压V_REF，其栅极G接收一预设电压V_R，其代表输入垫p0、p1…pn所欲达到的稳定电压。上述选定电压与反馈电压V_FB的值可以不同，也可以是相同的；上述预设电压V_R与参考电压V_REF的值可以不同，也可以是相同的。 

于操作图4所示的电路时，接收有选定电压的PMOS选择晶体管M0/M1/Mn会导通，而其他则会关闭。此时，其源极S的电压(亦即，V_FB)等于选定电压与源极-栅极电压V_sg之和。此外，PMOS参考晶体管Ma的源极S的电压(亦即，V_REF)等于预设电压V_R和源极-栅极电压V_sg之和。由于V_FB和V_REF均含有V_sg成分，因此当V_FB和V_REF被馈至升压控制器24以进行比较时，该V_sg成分即可消去因而让输入垫p0、p1…pn的选定电压稳定于预设电压V_R。 

图5显示本发明实施例的升压控制器24的详细电路图。升压控制器24根据参考电压V_REF与反馈电压V_FB以产生驱动信号V_DRV。本实施例的升压控制器24包含第一比较器240，其接收并比较参考电压V_REF与反馈电压V_FB。第一比较器240的输出藉由第二比较器242而与锯齿波作比较，以输出产生方波波形的驱动信号V_DRV，其工作周期(duty cycle)和参考电压V_REF、反馈电压V_FB两者之差值成比例。 

功率级电路26受控于驱动信号V_DRV，藉由该工作周期的调整，使得输出的电压源V_DC也跟著作调整，因而让输入垫p0、p1…pn当中的选定电压能够稳定于预设电压V_R。相较于传统发光二极管驱动***(例如图1A所示)，本实施例的功率级电路26一直处于开启状态，而非如传统升压功率级电路16(图1A)不断地开启与关闭。 

图6显示本发明实施例的功率级电路26的详细电路图。在本实施例中，作为升压(boost)功率级电路，但不以此为限。本实施例的功率级电路26为一种切换式电源供应器(switching power supply)，其主要包含一N型金属氧化半导体(NMOS)切换晶体管SW，以及由电感L及/或电容C所组成的储能电路。NMOS切换晶体管SW受控于驱动信号V_DRV以进行电源的切换。 

根据上述实施例，藉由多相控制信号产生器20的多相调光机制，使得功率级电路26的负载电流远较传统发光二极管驱动***来得稳定。同时，也使得发光二极管串10的通过电流及输入垫p0、p1…pn的电压可达到稳定。此外，藉由电压选择电路22和升压控制器24的负反馈机制，使得输入垫p0、p1…pn当中的选定电压能够稳定于预设电压V_R。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求限定的范围内。 

Claims (12)

1.一种发光二极管驱动***，供驱动多个发光二极管串，该驱动***包含：

多个电流源，分别连接该多个发光二极管串；

一多相控制信号产生器，产生多个多相控制信号，用以分别控制该多个电流源的开启或关闭，以使对应的该多个发光二极管串导通或关闭，该多个多相控制信号彼此之间的相位互异，使该多个电流源的开、关时间错开；及

一电压选择电路，其连接并接收该多个发光二极管串与该多个电流源之间的多个电压，并选择其中之一作为一选定电压以输出对应的一反馈电压，其中该电压选择电路包含多个晶体管开关组彼此并联，每一晶体管开关组包括：

第一晶体管，接收这些电压其一，其中该反馈电压等于该第一晶体管的一导通电压与该选定电压之和；

第二晶体管，串联于该第一晶体管，每一该第二晶体管接收一致能信号而导通，或者接收每一这些多相控制信号而导通或关闭。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，上述的多个多相控制信号的一部分于开启时彼此间有部分状态重叠。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，该第一晶体管为一P型金属氧化半导体晶体管，其栅极分别接收这些电压，且该多个P型金属氧化半导体晶体管的多个源极连接在一起，以输出该反馈电压。

4.如权利要求3所述的发光二极管驱动***，其特征在于，上述第二晶体管为一N型金属氧化半导体晶体管，每一这些N型金属氧化半导体晶体管的栅极接收并受控于该多相控制信号。

5.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其征在于，还包含一参考电压产生电路，用以产生一参考电压。

6.如权利要求5所述的发光二极管驱动***，其特征在于，上述的参考电压产生电路包含一P型金属氧化半导体参考晶体管，其源极提供所产生的参考电压，其栅极接收一预设电压。

7.如权利要求5所述的发光二极管驱动***，其特征在于，还包含一升压控制器，其根据该参考电压与该反馈电压以产生一驱动信号，其工作周期和该参考电压、该反馈电压两者之差值成比例。

8.如权利要求7所述的发光二极管驱动***，其特征在于，上述的升压控制器包含：

一第一比较器，其接收并比较该参考电压与该反馈电压；及

一第二比较器，其比较该第一比较器的输出与一锯齿波，以输出产生该驱动信号。

9.如权利要求7所述的发光二极管驱动***，其特征在于，还包含一功率级电路，其包含一切换式电源供应器，其切换受控于该驱动信号。

10.如权利要求1所述的发光二极管驱动***，其特征在于，该多个多相控制信号具有至少部分相异的相位。

11.一种发光二极管驱动方法，用于驱动多个发光二极管串，包含：

产生多个多相控制信号，该多个多相控制信号彼此之间的相位互异；

根据该多个多相控制信号分别激发该多个发光二极管串，使该多个发光二极管串的开、关时间错开；

接收这些发光二极管串的多个电压；

选择这些电压其一；以及

根据被选择的电压输出一反馈电压，

其中选择这些电压其一包含：

提供一晶体管，具有一导通电压，等于该反馈电压与被选择的电压的差值；

串联另一晶体管于该晶体管，该另一晶体管接收一致能信号而导通，或者接收这些多相控制信号其一而导通或关闭。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使一部分的这些发光二极管串于开启时彼此间有部分状态重叠。