CN108076561A - 发光二极管驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管驱动器。于发光二极管驱动器中，调光控制电路接收脉宽调变信号及时脉信号并输出调光信号及取样信号。取样信号的开启时间小于时脉信号的时脉周期。第一误差放大器接收回馈电压、参考电压及调光信号并输出补偿电压。第二误差放大器接收补偿电压及斜波信号并输出脉冲电压。驱动控制器接收调光信号及脉冲电压并输出控制信号。输出级接收控制信号及输入电压并产生输出电压至发光二极管串。最小电压选择单元选出最小发光二极管电压。开关单元受控于取样信号而选择性导通以使第一误差放大器接收最小发光二极管电压。
Description
技术领域
本发明是与发光二极管(Light-emitting diode,LED)有关，尤其是关于一种发光二极管驱动器。
背景技术
一般而言，在传统的发光二极管显示装置中，发光二极管驱动器通常会采用脉宽调变(Pulse Width Modulation,PWM)信号进行调光(Dimming)的方式来调控多组发光二极管串的发光亮度。
然而，一旦发光二极管驱动器所采用的脉宽调变信号PWM的工作周期(DutyCycle)太小，亦即脉宽调变信号PWM的开启时间(Turn-on Time)远小于关闭时间(Turn-offTime)的情况下，很可能会导致发光二极管驱动器的输出电压VOUT出现涟波(Ripple)现象，如图1所示。由于发光二极管电流ILED会受到输出电压VOUT的涟波影响而变得不稳定，也导致发光二极管显示装置的发光稳定性不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种发光二极管驱动器，以有效解决先前技术所遭遇到的上述种种问题。
根据本发明的一具体实施例为一种发光二极管驱动器。于此实施例中，发光二极管驱动器是用以驱动多组发光二极管串。发光二极管驱动器包含调光控制电路、第一误差放大器、第二误差放大器、驱动控制器、输出级、最小电压选择单元及开关单元。调光控制电路用以分别接收脉宽调变信号及时脉信号并分别输出调光信号及取样信号，其中取样信号处于高位准的开启时间小于时脉信号的时脉周期。第一误差放大器耦接调光控制电路，用以分别接收回馈电压、参考电压及调光信号并输出补偿电压。第二误差放大器耦接第一误差放大器，用以分别接收补偿电压及斜波信号并输出脉冲电压。驱动控制器分别耦接调光控制电路及第二误差放大器，用以分别接收调光信号及脉冲电压并输出控制信号。输出级分别耦接驱动控制器、该多组发光二极管串的第一端、输入电压及接地端，用以接收控制信号及输入电压并产生输出电压至该多组发光二极管串，致使多个发光二极管电流分别由该多组发光二极管串的第一端流向该多组发光二极管串的第二端。最小电压选择单元分别耦接该多组发光二极管串的第二端，用以感测该多组发光二极管串的第二端的多个发光二极管电压并从该多个发光二极管电压中选出最小发光二极管电压。开关单元分别耦接调光控制电路、第一误差放大器及最小电压选择单元，用以受控于取样信号而选择性地导通最小电压选择单元与该第一误差放大器，致使第一误差放大器接收最小发光二极管电压。
于一实施例中，当取样信号具有高位准时，开关单元受控于取样信号而导通最小电压选择单元与第一误差放大器。
于一实施例中，当该多个发光二极管电流大于0时，取样信号才具有高位准。
于一实施例中，当调光信号具有低位准时，驱动控制器才会被调光信号启动而输出控制信号。
于一实施例中，调光信号处于低位准的时间是与开启时间彼此错开，致使该多个发光二极管电流大于0时，驱动控制器并未启动。
于一实施例中，输出级包含电感、晶体管开关及二极管，晶体管开关的闸极耦接驱动控制器并受控于控制信号，电感与晶体管开关耦接于输入电压与接地端之间，电感与晶体管开关之间根据控制信号产生发光二极管驱动信号，二极管接收发光二极管驱动信号并产生输出电压。
于一实施例中，当调光信号具有低位准时，控制信号与发光二极管驱动信号为彼此反相的脉冲信号。
于一实施例中，当第一误差放大器接收到调光信号时，第一误差放大器的输出受控于调光信号而处于高阻值状态，致使第一误差放大器所输出的补偿电压能持续维持其电压值不变。
于一实施例中，调光控制电路还接收致能信号，调光控制电路包含及闸并透过及闸将致能信号与脉宽调变信号相加而得到取样信号。
于一实施例中，调光控制电路还包含多个正反器并透过该多个正反器根据时脉信号产生多个时脉输入信号。
于一实施例中，调光控制电路还接收选择信号，调光控制电路还包含多工器并透过多工器根据部分的该多个时脉输入信号、取样信号及选择信号产生调光信号。发光二极管驱动器所采用的
相较于现有技术，本发明的发光二极管驱动器在其采用的脉宽调变信号的工作周期太小的情况下是透过调光控制电路分别输出取样信号及调光信号的方式来达到下列功效：
(1)透过取样信号控制位于误差放大器与最小电压选择单元之间的开关单元选择性地导通，致使误差放大器仅会在发光二极管电压大于0时才会接收到最小发光二极管电压，进而产生正确的补偿电压；
(2)仅有在调光信号处于低位准时才会启动驱动控制器并发出多个脉冲电压以提供足够的电荷给输出电压，以维持稳定的输出电压；
(3)由于驱动控制器被低位准的调光信号启动的时间会与发光二极管电流大于0的时间彼此错开，使得发光二极管电流不会受到驱动控制器启动时所产生的噪声影响，以维持稳定的发光二极管电流；以及
(4)第一误差放大器的输出会受控于调光信号而处于高阻值状态(High-Zstate)，致使第一误差放大器所产生的补偿电压能在开回路的情况下仍持续维持其电压值不变。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1为传统的发光二极管驱动器的输出电压VOUT出现涟波(Ripple)现象的示意图。
图2为本发明的一具体实施例中的发光二极管驱动器的示意图。
图3为调光控制电路中的取样信号产生模块的一实施例。
图4为调光控制电路中的调光信号产生模块的一实施例。
图5至图8分别为当发光二极管驱动器采用不同工作周期的脉宽调变信号时的各信号的时序图。
主要元件符号说明：
2：发光二极管驱动器
20：调光控制电路
21：第一误差放大器
22：第二误差放大器
23：驱动控制器
24：输出级
25：最小电压选择单元
26：开关单元
200：取样信号产生模块
202：调光信号产生模块
LS1～LSN：发光二极管串
LED：发光二极管
R：电阻
C：电容
L：电感
M：晶体管开关
DE：二极管
GND：接地端
+：正输入端
－：负输入端
K1～K2：输出端
PWM：脉宽调变信号
SEL：选择信号
CLK：时脉信号
EN：致能信号
SAMP：取样信号
SDIM：调光信号
VREF：参考电压
VFB：回馈电压
RAMP：斜波信号
COMP：补偿电压
VPS：脉冲电压
VGN：控制信号
VIN：输入电压
LX：发光二极管驱动信号
VOUT：输出电压
VLED1～VLEDN：发光二极管电压
ILED、ILED1～ILEDN：发光二极管电流
VMIN：最小发光二极管电压
TON：开启时间
TOFF：关闭时间
TPWM：脉宽调变信号的周期
TCLK：时脉周期
IV1～IV3：反相器
AND1～AND2：及闸
enb：反相致能信号
q0：指示信号
ck1～ck6：时脉输入信号
DFF1～DFF7：正反器
OR1：或闸
NOR1～NOR3：反或闸
NAND1：反及闸
MUX：多工器
DIMX：调光信号
RN：反相信号
D、Q：接脚
0、1：多工器的输入端
T1～T8：时间
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为一种发光二极管驱动器。于此实施例中，发光二极管驱动器是应用于发光二极管显示器，用以驱动发光二极管显示器中的多组发光二极管串。
请参照图2，图2为此实施例中的发光二极管驱动器的示意图。如图2所示，发光二极管驱动器2包含调光控制电路20、第一误差放大器21、第二误差放大器22、驱动控制器23、输出级24、最小电压选择单元25及开关单元26。其中，调光控制电路20分别耦接第一误差放大器21、驱动控制器23及开关单元26；第一误差放大器21分别耦接开关单元26及第二误差放大器22；第二误差放大器22分别耦接第一误差放大器21及驱动控制器23；驱动控制器23分别耦接调光控制电路20、第二误差放大器22及输出级24；输出级24分别耦接驱动控制器23、输入电压VIN、接地端GND及该多组发光二极管串LS1～LSN的第一端；最小电压选择单元25分别耦接该多组发光二极管串LS1～LSN的第二端及开关单元26；开关单元26分别耦接调光控制电路20、第一误差放大器21及最小电压选择单元25。
调光控制电路20是用以分别接收脉宽调变信号PWM、时脉信号CLK、选择信号SEL及致能信号EN并分别输出调光信号SDIM及取样信号SAMP。于此实施例中，调光控制电路20可包含取样信号产生模块200及调光信号产生模块202。取样信号SAMP处于高位准的开启时间小于时脉信号CLK的时脉周期。
第一误差放大器21是受控于调光信号SDIM，用以分别透过其正输入端+与负输入端－接收回馈电压VFB及参考电压VREF并透过其输出端K1输出补偿电压COMP。于此实施例中，电容C的一端耦接至第一误差放大器21的正输入端+与开关单元26之间且其另一端耦接至接地端GND。
第二误差放大器22是用以分别透过其正输入端+与负输入端－接收斜波信号RAMP及补偿电压COMP并透过其输出端K2输出脉冲电压VPS。于此实施例中，串接的电阻R与电容C的一端耦接至第二误差放大器21的负输入端－与第一误差放大器21的输出端K1之间且其另一端耦接至接地端GND；另一电容C的一端耦接至第二误差放大器21的负输入端－与第一误差放大器21的输出端K1之间且其另一端耦接至接地端GND。
驱动控制器23是用以分别接收调光信号SDIM及脉冲电压VPS并输出控制信号VGN。需说明的是，驱动控制器23仅在调光信号SDIM处于低位准时才会被启动而输出控制信号VGN，亦即驱动控制器23仅会被低位准的调光信号SDIM所启动而输出控制信号VGN。
输出级24是用以接收控制信号VGN及输入电压VIN并产生输出电压VOUT给该多组发光二极管串LS1～LSN，致使多个发光二极管电流ILED1～ILEDN分别由该多组发光二极管串LS1～LSN的第一端流向该多组发光二极管串LS1～LSN的第二端。于此实施例中，输出级24包含电感L、晶体管开关M及二极管DE。晶体管开关M的闸极耦接驱动控制器23并受控于控制信号VGN。电感L与晶体管开关M耦接于输入电压VIN与接地端GND之间。电感L与晶体管开关M之间是根据控制信号VGN产生发光二极管驱动信号LX。二极管DE接收发光二极管驱动信号LX并产生输出电压VOUT。
最小电压选择单元25是用以感测该多组发光二极管串LS1～LSN的第二端的多个发光二极管电压VLED1～VLEDN并从该多个发光二极管电压VLED1～VLEDN中选出最小发光二极管电压VMIN。
开关单元26是用以受控于取样信号SAMP而选择性地导通最小电压选择单元25与第一误差放大器21的正输入端+，致使第一误差放大器21能够透过其正输入端+接收到最小发光二极管电压VMIN。
请参照图3，图3为调光控制电路20中的取样信号产生模块200的一实施例。如图3所示，取样信号产生模块200可包含及闸AND1及反相器IV1。及闸AND1是用以将致能信号EN与脉宽调变信号PWM相加而产生取样信号SAMP。反相器IV1是用以得到与致能信号EN反相的反相致能信号enb。由此，取样信号产生模块200可顺利根据致能信号EN与脉宽调变信号PWM产生取样信号SAMP，用以选择性地控制开关单元26的开启或关闭。
请参照图4，图4为调光控制电路20中的调光信号产生模块202的一实施例。如图4所示，调光信号产生模块202可由多个逻辑元件构成，包含多个正反器DFF1～DFF7、或闸OR1、反或闸NOR1～NOR3、及闸AND2、反相器IV2～IV3、反及闸NAND1及多工器MUX，但不以此为限。
于此实施例中，正反器DFF1分别接收输入电压VIN及取样信号SAMP并输出指示信号q0；正反器DFF2分别接收时脉信号CLK及指示信号q0并输出时脉输入信号ck1；正反器DFF3分别接收时脉信号CLK及时脉输入信号ck1且其输出端耦接或闸OR1的一输入端，而或闸OR1的另一输入端接收反相致能信号enb且闸OR1的输出端输出时脉输入信号ck2；正反器DFF4分别接收时脉信号CLK及时脉输入信号ck2且其输出端耦接反或闸NOR1的一输入端，而反或闸NOR1的另一输入端接收取样信号SAMP且反或闸NOR1的输出端输出时脉输入信号ck3；正反器DFF5分别接收时脉信号CLK及时脉输入信号ck3且其输出端耦接反或闸NOR2的一输入端，而反或闸NOR2的另一输入端接收取样信号SAMP且反或闸NOR2的输出端输出时脉输入信号ck4；正反器DFF6分别接收时脉信号CLK及时脉输入信号ck4且其输出端耦接反或闸NOR3的一输入端，而反或闸NOR3的另一输入端接收取样信号SAMP且反或闸NOR3的输出端输出时脉输入信号ck5；正反器DFF7分别接收时脉信号CLK及时脉输入信号ck5并输出时脉信号ck6；及闸AND2分别接收致能信号EN及时脉输入信号ck6并输出反相信号RN至正反器DFF1～DFF6。
反相器IV2的输入端接收时脉输入信号ck5且其输出端耦接反及闸NAND1的一输入端，而反及闸NAND1的另一输入端则接收时脉输入信号ck2且反及闸NAND1的输出端输出调光信号DIMX至多工器MUX的输入端0；反相器IV3的输入端接收取样信号SAMP且其输出端耦接多工器MUX的输入端1；多工器MUX受控于选择信号SEL根据调光信号DIMX与反相的取样信号SAMP产生调光信号SDIM。由此，调光信号产生模块202即可顺利根据脉宽调变信号PWM、致能信号EN、时脉信号CLK及选择信号SEL产生调光信号SDIM并分别输出至第一误差放大器21及驱动控制器23。
接着，请参照图5至图8，图5至图8分别为当发光二极管驱动器2采用不同工作周期的脉宽调变信号时的各信号的时序图。
于一较佳具体实施例中，如图5所示，取样信号SAMP处于高位准的开启时间TON会小于时脉信号CLK的时脉周期TCLK。假设时脉信号CLK的频率为1MHz且时脉周期TCLK为1微秒(us)，脉宽调变信号PWM的频率为25KHz且脉宽调变信号PWM的周期TPWM为40微秒(us)，开启时间TON为脉宽调变信号PWM的工作周期(Duty cycle)的1﹪而为0.4微秒(us)，由于开启时间TON远小于16微秒(us)，故选择信号SEL是处于低位准，但不以此为限。
于此实施例中，时脉信号CLK于时间T1会由低位准变为高位准并维持高位准一段时间后于时间T2由高位准变为低位准。于时间T1至T2的期间内，取样信号SAMP则会持续处于低位准，而发光二极管电流ILED亦会持续处于低位准。
接着，取样信号SAMP于时间T3会由低位准变为高位准并维持高位准一段时间后于时间T4由高位准变为低位准。同理，发光二极管电流ILED亦会随之于时间T3由低位准变为高位准并维持高位准一段时间后于时间T4由高位准变为低位准。于时间T3至T4的期间内，时脉信号CLK则会持续处于低位准，而图4中的正反器DFF1根据输入电压VIN及取样信号SAMP所产生的指示信号q0则会于时间T3由低位准变为高位准后持续维持于高位准。
然后，时脉信号CLK会于时间T5由低位准变为高位准并维持高位准一段时间后于时间T6由高位准变为低位准。而图4中的正反器DFF2根据时脉信号CLK及指示信号q0所产生的时脉输入信号ck1则会于时间T5由低位准变为高位准后持续维持于高位准。于时间T5至T6的期间内，取样信号SAMP会持续处于低位准，而发光二极管电流ILED亦会持续处于低位准。
于时间T7，时脉信号CLK会由低位准变为高位准且图4中的正反器DFF3根据时脉信号CLK及时脉输入信号ck1所产生的时脉输入信号ck2亦会由低位准变为高位准，而原本一直处于高位准的调光信号SDIM则会在时间T7由高位准变为低位准并持续维持于低位准。
至于图4中的正反器DFF4根据时脉信号CLK及时脉输入信号ck2所产生的时脉输入信号ck3、图4中的正反器DFF5根据时脉信号CLK及时脉输入信号ck3所产生的时脉输入信号ck4及图4中的正反器DFF6根据时脉信号CLK及时脉输入信号ck4所产生的时脉输入信号ck5亦会依序由低位准变为高位准。此外，指示信号q0与时脉输入信号ck1～ck5均会在时间T8由高位准变为低位准，而原本均维持于高位准的反相信号RN亦会在时间T8由高位准变为低位准。
当调光信号SDIM由高位准变为低位准时，驱动控制器23会被低位准的调光信号SDIM所启动而输出控制信号VGN，其形式可如同图5所示包含3个脉冲电压，但不以此为限。至于发光二极管驱动信号LX则会与控制信号VGN反相，其形式可如同图5所示包含3个脉冲电压，由以在开启时间TON非常短的情况下仍能提供足够的电荷给输出电压VOUT，使得输出电压VOUT能够维持稳定。
此外，由于驱动控制器23被低位准的调光信号SDIM启动的时间会与发光二极管电流ILED大于0的时间(亦即开启时间TON)彼此错开，使得发光二极管电流ILED不会受到驱动控制器23启动时所产生的噪声影响，由以维持稳定的发光二极管电流ILED。
接着，请参照图6至图8，图6至图8分别为取样信号SAMP处于高位准的开启时间TON大于时脉信号CLK的时脉周期TCLK的不同实施例。
于图6所绘示的实施例中，假设时脉信号CLK的频率为1MHz且时脉周期TCLK为1微秒(us)，脉宽调变信号PWM的频率为25KHz且脉宽调变信号PWM的周期TPWM为40微秒(us)，开启时间TON为脉宽调变信号PWM的工作周期(Duty cycle)的7.5﹪而为3微秒(us)，由于开启时间TON小于16微秒(us)，故选择信号SEL是处于低位准，但不以此为限。
于图7所示的实施例中，假设时脉信号CLK的频率为1.2MHz且时脉周期TCLK为0.833微秒(us)，脉宽调变信号PWM的频率为25KHz且脉宽调变信号PWM的周期TPWM为40微秒(us)，开启时间TON为脉宽调变信号PWM的工作周期(Duty cycle)的15﹪而为6微秒(us)，由于开启时间TON小于16微秒(us)，故选择信号SEL是处于低位准，但不以此为限。
于图8所示的实施例中，假设时脉信号CLK的频率为1.2MHz且时脉周期TCLK为0.833微秒(us)，脉宽调变信号PWM的频率为25KHz且脉宽调变信号PWM的周期TPWM为40微秒(us)，开启时间TON为脉宽调变信号PWM的工作周期(Duty cycle)的40﹪而为16微秒(us)，由于开启时间TON等于16微秒(us)，故选择信号SEL是处于高位准，但不以此为限。
相较于现有技术，本发明的发光二极管驱动器在其采用的脉宽调变信号的工作周期太小的情况下是通过调光控制电路分别输出取样信号及调光信号的方式来达到下列功效：
(1)通过取样信号控制位于误差放大器与最小电压选择单元之间的开关单元选择性地导通，致使误差放大器仅会在发光二极管电压大于0时才会接收到最小发光二极管电压，进而产生正确的补偿电压；
(2)仅有在调光信号处于低位准时才会启动驱动控制器并发出多个脉冲电压以提供足够的电荷给输出电压，以维持稳定的输出电压；
(3)由于驱动控制器被低位准的调光信号启动的时间会与发光二极管电流大于0的时间彼此错开，使得发光二极管电流不会受到驱动控制器启动时所产生的噪声影响，以维持稳定的发光二极管电流；以及
(4)第一误差放大器的输出会受控于调光信号而处于高阻值状态，致使第一误差放大器所产生的补偿电压能在开回路的情况下仍持续维持其电压值不变。
由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
Claims (11)
1.一种发光二极管驱动器，用以驱动多组发光二极管串，其特征在于，该发光二极管驱动器包含：
一调光控制电路，用以分别接收一脉宽调变信号及一时脉信号并分别输出一调光信号及一取样信号，其中该取样信号处于高位准的一开启时间小于该时脉信号的一时脉周期；
一第一误差放大器，耦接该调光控制电路，用以分别接收一回馈电压、一参考电压及该调光信号并输出一补偿电压；
一第二误差放大器，耦接该第一误差放大器，用以分别接收该补偿电压及一斜波信号并输出一脉冲电压；
一驱动控制器，分别耦接该调光控制电路及该第二误差放大器，用以分别接收该调光信号及该脉冲电压并输出一控制信号；
一输出级，分别耦接该驱动控制器、该多组发光二极管串的一第一端、一输入电压及一接地端，用以接收该控制信号及该输入电压并产生一输出电压至该多组发光二极管串，致使多个发光二极管电流分别由该多组发光二极管串的该第一端流向该多组发光二极管串的一第二端；
一最小电压选择单元，分别耦接该多组发光二极管串的该第二端，用以感测该多组发光二极管串的该第二端的多个发光二极管电压并从该多个发光二极管电压中选出一最小发光二极管电压；以及
一开关单元，分别耦接该调光控制电路、该第一误差放大器及该最小电压选择单元，用以受控于该取样信号而选择性地导通该最小电压选择单元与该第一误差放大器，致使该第一误差放大器接收该最小发光二极管电压。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，当该取样信号具有高位准时，该开关单元受控于该取样信号而导通该最小电压选择单元与该第一误差放大器。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，当该多个发光二极管电流大于0时，该取样信号才具有高位准。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，当该调光信号具有低位准时，该驱动控制器才会被该调光信号启动而输出该控制信号。
5.如权利要求4所述的发光二极管驱动器，其特征在于，该调光信号处于低位准的时间是与该开启时间彼此错开，致使该多个发光二极管电流大于0时，该驱动控制器并未启动。
6.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，该输出级包含一电感、一晶体管开关及一二极管，该晶体管开关的闸极耦接该驱动控制器并受控于该控制信号，该电感与该晶体管开关耦接于该输入电压与该接地端之间，该电感与该晶体管开关之间根据该控制信号产生一发光二极管驱动信号，该二极管接收该发光二极管驱动信号并输出该输出电压。
7.如权利要求6所述的发光二极管驱动器，其特征在于，当该调光信号具有低位准时，该控制信号与发光二极管驱动信号为彼此反相的脉冲信号。
8.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，当该第一误差放大器接收到该调光信号时，该第一误差放大器的输出受控于该调光信号而处于高阻值状态，致使该第一误差放大器所输出的该补偿电压能持续维持其电压值不变。
9.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其特征在于，该调光控制电路还接收一致能信号，该调光控制电路包含一及闸并透过该及闸将该致能信号与该脉宽调变信号相加而得到该取样信号。
10.如权利要求9所述的发光二极管驱动器，其特征在于，该调光控制电路还包含多个正反器并透过该多个正反器根据该时脉信号产生多个时脉输入信号。
11.如权利要求10所述的发光二极管驱动器，其特征在于，该调光控制电路还接收一选择信号，该调光控制电路还包含一多工器并透过该多工器根据部分的该多个时脉输入信号、该取样信号及该选择信号产生该调光信号。
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