TWI428058B - 發光二極體之控制電路 - Google Patents

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Description

發光二極體之控制電路
本發明係有關於一種發光二極體之控制電路，尤指一種可轉移低頻調光訊號所造成的噪音頻率的發光二極體之控制電路。
LCD的背光可以是用數串發光二極體來當光源。當平均驅動數串發光二極體時，一種習知驅動電路是大致分成兩級。第一級是一固定的穩壓電路，從主電流(可能是AC或是DC電源)抽取電能，用以提供一電壓大致穩定的固定輸出電源。舉例來說，第一級可能是一電感電感電容(LLC)電源電路或是一QR(準諧振)電源電路。第二級是一電流平衡電路，用來提供大致相同的數個定電流，分別驅動數串發光二極體。第1圖就是一個例子。QR電源電路10做為第一級，從AC兩端接收交流市電VAC 。橋式整流器32將交流市電VAC 整流為大概的直流VIN 。變壓器20有一次側線圈(primary winding)24、二次側線圈(secondary winding)22、以及輔助繞組(auxiliary winding)25，負責電能的儲存與釋放。QR控制器18控制功率開關(power switch)15。二次側線圈(secondary winding)22所釋放的電能，於輸出電容13建立輸出電壓VOUT 。輸出電壓VOUT ，會透過分壓電路12、TL431、光耦合器(photo coupler)14、以及QR控制器18，所構成的回饋迴路來控制。QR電源電路10的操作、變化與原理為習知人士所了解，不再多述。如圖所示，電流平衡電路(current balancing circuit)30提供每一串發光二極體一個相對應的電流源，可使流經每一串發光二極體的電流大致相等。雖然第1圖中只有顯示兩串發光二極體，但是實務上需要驅動的發光二極體之串數，由系統需要而定。調光訊號VDIM 由DIM端控制電流平衡電路30，一般是透過改變電流源的導通週期比例(duty ratio)，來控制發光二極體的亮度。
然而，實務上往往發現，在調光時，可能是因為電流源開關時的重載(heavy load)與輕載(light load)之間切換，導致QR電源電路10的工作頻率之諧振，落入音頻範圍，有時會產生不悅耳的噪音。
本發明的一實施例提供一種發光二極體之控制電路。該控制電路包含一驅動器及一目標電壓調整器。該驅動器係用以提供一輸出電源以驅動至少一串發光二極體，該驅動器可使該至少一串發光二極體之端點中之最小端點電壓朝一目標電壓接近；該目標電壓調整器係依據該最小端點電壓，調整該目標電壓。
本發明的另一實施例提供一種發光二極體之控制電路，以驅動至少一串發光二極體，該至少一串發光二極體耦接至一輸出電源。該控制電路包含一最小電壓回餽電路及一目標電壓調整器。該最小電壓回餽電路係依據該至少一串發光二極體之端點中之最小端點電壓以及一目標電壓，來產生一調整信號，該調整信號可影響該輸出 電源，並使該最小端點電壓接近該目標電壓；及該目標電壓調整器係依據該最小端點電壓，調整該目標電壓。
本發明所提供的一種發光二極體之控制電路，係藉由一調整目標電壓的機制來控制一往返時間所造成的噪音至60Hz或60Hz以下，遠離人耳聽覺的範圍。
請參照第2圖，第2圖係為本發明的一實施例，例示發光二極體之控制電路100之示意圖。控制電路100包含有QR(準諧振)電源電路10、最小電壓回餽電路60、目標電壓調整器80、以及電流平衡電路30。QR(準諧振)電源電路10、最小電壓回餽電路60與電流平衡電路30一起可以視為一驅動器，來驅動數串發光二極體，使發光二極體串端點上的電壓VCAT1 ...VCATN 中的最小端點電壓VCAT-MIN ，朝目標電壓VTAR 接近或是穩定於目標電壓VTAR 。目標電壓調整器80則視調光訊號VDIM 與最小端點電壓VCAT-MIN 的狀況，保持或是變更目標電壓VTAR 。
如同習知人士所知的，QR(準諧振)電源電路10可將分壓電路12中的分壓點ADJ，大約的控制於接近一特定固定電壓(譬如TL431所定義的2.5伏特)。當分壓點ADJ的電壓固定時，便可以推知輸出電壓VOUT 的值。
最小電壓回餽電路60偵測發光二極體串端點上的電壓V-CAT1 ...VCATN ，並找出其中的最小端點電壓VCAT-MIN 。依據此最小端點電壓VCAT-MIN ，最小電壓回餽電路60會決定調整電流IADJ 的大小或方向。舉例來說，如果最小端點電壓VCAT-MIN 低於目標電壓VTAR ，調整電流IADJ 為0，此時，QR電源電路10的輸出電壓VOUT 便往輸出目標80伏特(舉例說明)上升逼近，同時拉高最小端點電壓VCAT-MIN 。如果最小端點電壓VCAT-MIN 高過目標電壓VTAR ，調整電流IADJ 為一較高的IADJ-HIGH ，會使分壓點ADJ的電壓高過TL431所特定的2.5V。此時，為了使分壓點ADJ的電壓穩定在2.5V，QR電源電路10的輸出電壓VOUT 便開始下降，可能是往輸出目標40伏特(舉例說明)下降逼近，同時降低了最小端點電壓VCAT-MIN 。簡而言之，最小電壓回餽電路60與QR電源電路10協同，使最小端點電壓VCAT-MIN 朝目標電壓VTAR 接近，或是穩定於目標電壓VTAR 。
第3圖顯示第2圖中，一些信號的時序圖，用以解釋一種目標電壓調整器80的控制方法。第3圖中，由上到下，分別顯示輸出電壓VOUT 、最小端點電壓VCAT-MIN 、目標電壓VTAR 、調整電流IADJ 、以及調光訊號VDIM 的信號波形。
這裡的調光訊號VDIM 是一數位信號，為邏輯上的”1”時，電流平衡電路30汲取電流。此時，為了要使電流平衡電路30的定電流源有足夠的工作電壓，所以最小端點電壓VCAT-MIN 至少需要有一定值。在第2圖的例子中，此最小值為0.8伏特。當調光訊號VDIM 為邏輯上的”0”，電流平衡電路30停止汲取電流，所以最小端點電壓VCAT-MIN 可以下降，甚至低於0.8伏特，以節省電能。
在第3圖的例子中，當調光訊號VDIM 為邏輯上的”1”時，目標電壓VTAR 切換(toggle)於1V與0.8V之間。當最小端點電壓VCAT-MIN 低於目標電壓VTAR 時，目標電壓調整器80使目標電壓VTAR 為1V；此時，調整電流IADJ 為0，輸出電壓VOUT 上升，一起提昇最小端點電壓VCAT-MIN ，朝1V接近。當最小端點電壓VCAT-MIN 高於1V時，目標電壓調整器80使目標電壓VTAR 為一0.8V；此時，調整電流IADJ 為較高的IADJ-1 ，輸出電壓VOUT 下降，也一起降低最小端點電壓VCAT-MIN ，朝0.8V接近。換言之，目標電壓VTAR 的遲滯區間VHYS 為0.2V(=1.0V-0.8V)。
在第3圖的例子中，當調光訊號VDIM 為邏輯上的”0”時，目標電壓VTAR 為一比0.8V更低的值，甚至是0。此時，調整電流IADJ 為IADJ-1 ，或是更高的IADJ-OFF 。因為目標電壓VTAR 降低，所以輸出電壓VOUT 便漸漸下降。
如同第3圖所示，最小端點電壓VCAT-MIN 持續增加到1.0V的時間定義為上升時間T1 ，持續減少到0.8V的時間定義為下降時間T2 ，而往返1.0V與0.8V的時間定義為往返時間TRAMP 。第2圖中的改變目標電壓VTAR 的方法，只要目標電壓VTAR 的切換值選擇適當，便可以適當的控制往返時間TRAMP 的值，使其不容易產生噪音。舉例來說，如果往返時間TRAMP 限制在不小於16毫秒(ms)，等同於頻率低過人耳所能聽到的60Hz的範圍，噪音就不容易聽的見。
當調光訊號VDIM 為邏輯上的”1”時，最小端點電壓VCAT-MIN 隨著目標電壓VTAR 的切換，而往高目標電壓VTAR-HIGH 或低目標電壓VTAR-LOW 逼近。第3圖中，高目標電壓VTAR-HIGH (為1.0V)、低目標電壓VTAR-LOW (為0.8V)、與遲滯區間VHYS (為0.2V)都是固定的；但是，其他的實施例中，他們可以不是固定，而是可以視情況而改變。第4圖顯示了在另一個實施例中，目標電壓VTAR 的切換值改變方法。在第4圖的例子中，如果往返時間TRAMP 高過20ms了，那就降低高目標電壓VTAR-HIGH ，使往返時間TRAMP 減少；如果往返時間TRAMP 低於16 ms了，那就增加高目標電壓VTAR-HIGH ，使往返時間TRAMP 增加。如此，往返時間TRAMP 大約就會介於16~20 ms之間。在另一個實施例中，可以增加或減少低目標電壓VTAR-LOW ，來限制往返時間TRAMP 。
第3圖與第4圖之實施例中，最小端點電壓VCAT-MIN 到達了目標電壓VTAR 後，才改變目標電壓VTAR 的值。但是，在第5圖的實施例中，最小端點電壓VCAT-MIN 可以在未到達目標電壓VTAR 時，就改變目標電壓VTAR 的值。在第5圖的實施例中，最小端點電壓VCAT-MIN 往高目標電壓VTAR-HIGH 接近時，上升時間T1 漸漸的增加。如果上升時間T1 已經超過8 ms，目標電壓VTAR 都還沒有改成低目標電壓VTAR-LOW 時，目標電壓VTAR 就直接切換成低目標電壓VTAR-LOW ；如果上升時間T1 還沒有到8 ms，目標電壓VTAR 就已經改成低目標電壓VTAR-LOW ，那就增加高目標電壓VTAR-HIGH 。如此，可以使上升時間T1 ，大約的限制在8ms。一樣的，如果下降時間T2 已經超過8 ms，目標電壓VTAR 都還沒有改成高目標電壓VTAR-HIGH 時，目標電壓VTAR 就直接切換成高目標電壓VTAR-HIGH ；如果下降時間T2 還沒有到8 ms，目標電壓VTAR 就已經改成高目標電壓VTAR-HIGH ，那就降低低目標電壓VTAR-LOW 。如此，往返時間TRAMP 就會大約地限制在16ms。
以上的實施例中的第一級是以QR電源電路10為例，但是，第一級也可以以其他電源電路實施，像是LLC電源電路等。
綜上所述，本發明以上的實施例係藉由上述調整目標電壓VTAR 的機制來控制往返時間TRAMP 所造成的噪音至60Hz或以下，遠離人耳聽覺的範圍。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100．．．控制電路
10．．．準諧振電源電路
12．．．分壓電路
13．．．輸出電容
14．．．光耦合器
15．．．功率開關
18．．．準諧振控制器
20．．．變壓器
22．．．二次側線圈
24．．．一次側線圈
25．．．輔助繞組
60．．．最小電壓回餽電路
80．．．目標電壓調整器
30．．．電流平衡電路
32．．．橋式整流器
VTAR ‧‧‧目標電壓
VCAT-MIN ‧‧‧最小端點電壓
VDIM ‧‧‧調光訊號
VCAT1 、VCATN ‧‧‧控制訊號
ADJ‧‧‧分壓點
VOUT ‧‧‧輸出電壓
IADJ 、IADJ-1 、IADJ-OFF ‧‧‧調整電流
VHYS ‧‧‧遲滯區間
T1 ‧‧‧上升時間
T2 ‧‧‧下降時間
TRAMP ‧‧‧往返時間
VTAR-HIGH ‧‧‧高目標電壓
VTAR-LOW ‧‧‧低目標電壓
第1圖係為先前技術說明驅動發光二極體之準諧振電源電路之示意圖。
第2圖係為本發明的一實施例說明發光二極體之控制電路之示意圖。
第3圖係說明第2圖中，一些信號的時序圖之示意圖。
第4圖係為本發明的另一實施例說明目標電壓的切換值改變方法之流程圖。
第5圖係為本發明的另一實施例說明目標電壓的切換值改變方法之流程圖。
100．．．控制電路
10．．．準諧振電源電路
12．．．分壓電路
60．．．最小電壓回餽電路
80．．．目標電壓調整器
30．．．電流平衡電路
VTAR ．．．目標電壓
VCAT-MIN ．．．最小端點電壓
VDIM ．．．調光訊號
VCAT1 、VCATN ．．．控制訊號
ADJ．．．分壓點
VOUT ．．．輸出電壓
IADJ ．．．調整電流

Claims (5)

  1. 一種發光二極體之控制電路，包含：一驅動器，用以提供一輸出電源以驅動至少一串發光二極體，該驅動器可使該至少一串發光二極體之端點中之最小端點電壓朝一目標電壓接近；及一目標電壓調整器，依據該最小端點電壓，調整該目標電壓；其中當該最小端點電壓低於該目標電壓時，該目標電壓調整器使該目標電壓為一較高值；當該最小端點電壓高於該目標電壓時，該目標電壓調整器使該目標電壓為一較低值。
  2. 如請求項1所述之控制電路，其中，當該最小端點電壓往返該較高值與該最低值所需之一往返時間符合一預設條件時，變更該最高值或是該最低值。
  3. 如請求項1所述之控制電路，其中，當該最小端點電壓朝一較低值接近之時間超過一第一預設值時，該目標電壓調整器使該目標電壓為一較高值；當該最小端點電壓朝該較高值接近之時間超過一第二預設值，該目標電壓調整器使該目標電壓為該較低值。
  4. 如請求項1所述之控制電路，其中，該驅動器包含有：一穩壓器(voltage regulator)，用以控制該輸出電源之輸出電壓， 使該輸出電壓逼近一輸出目標；其中，該目標電壓調整器，依據該最小端點電壓，調整該輸出目標。
  5. 一種發光二極體之控制電路，以驅動至少一串發光二極體，該至少一串發光二極體耦接至一輸出電源，包含有：一最小電壓回餽電路，依據該至少一串發光二極體之端點中之最小端點電壓以及一目標電壓，來產生一調整信號，該調整信號可影響該輸出電源，並使該最小端點電壓接近該目標電壓；及一目標電壓調整器，依據該最小端點電壓，調整該目標電壓。
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