TWI447699B - 具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法。
一般來說，液晶顯示裝置包含一背光模組、一液晶顯示面板與一電源供應模組，由於，液晶顯示面板本身不發光，因此背光模組之功能即在於提供充足的亮度與均勻的光源，使得液晶顯示面板得以顯示影像。此外，電源供應模組則用以提供背光模組產生光源所需之電源。其中，在較大尺寸之液晶顯示裝置中，主要是以升降壓轉換器(Boost-Buck Converter)或升壓轉換器(Boost Converter)作為電源供應模組。
如圖1A所示，若背光模組發生開路的狀況時，電源供應模組，例如是升降壓轉換器或升壓轉換器，將因其內部之切換訊號產生元件所輸出的切換訊號(脈衝寬度變調訊號)的導通時間增加，而使得電源供應模組的輸出電壓持續上升，最終將導致電源供應模組內部的輸出電容、二極體或切換單元發生過載，進而損毀。
為了提供使用者及電子裝置一個安全的操作環境並符合安規，有業者提出了一種電路保護模組1，請參照圖1B所示，習知的電路保護模組1係用以確保負載L發生短路或過電流的狀況時，限制電源供應模組P的輸出功率，以避免電源供應模組P及與其連接之負載L受到永久性的損害。習知的電路保護模組1是直接採用一齊納二極體(Zener diode)與負載L並聯連接。當電源供應模組P所提供至負載L之電壓未超過電路保護模組1的崩潰電壓時，電路保護模組1將不發生作用。當負載L發生故障，而使得電源供應模組P輸出至負載之電壓超過電路保護模組1的崩潰電壓時，電路保護模組1將被導通，並限制電源供應模組P的輸出電壓，不再繼續上升，以避免電源供應模組P之內部元件的損壞，並確保使用者的安全。
雖然，習知的電路保護模組1具有結構簡單的優點，但電路保護模組1僅是限制電源供應模組P的輸出電壓不再繼續上升，因而當流過電路保護模組1之總電流過大，將造成電路保護模組1功率超載，使得電路保護模組1立即被燒毀，並造成電源供應模組P內部的元件損壞。
因此，如何提供一種具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法，使其能夠調整電源供應模組的輸出電壓，以減低元件的損壞，並提升可靠度與可應用性，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠調整電源供應模組的輸出電壓，以減低元件的損壞，並提升可靠度與可應用性的具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法。
為達上述目的，依據本發明之一種顯示裝置包括一顯示面板、一背光模組、一電路保護模組及一電源供應模組。背光模組具有一發光單元並提供顯示面板一光源。電路保護模組與發光單元電性連接，並具有一偵測單元及一控制單元。電源供應模組與背光模組電性連接，並提供一輸出電壓至發光單元。當電源供應模組之輸出電壓大於一過載電壓值，偵測單元輸出一偵測訊號。控制模組依據偵測訊號調整電源供應模組之輸出電壓，使調整後之輸出電壓低於過載電壓值。
在本發明之一實施例中，偵測單元包括一電壓限制元件、一第一阻抗元件及一第一切換元件。電壓限制元件與電源供應模組電性連接。第一阻抗元件之一端與電壓限制元件電性連接，其另一端與控制單元電性連接。第一切換元件與控制單元電性連接。
在本發明之一實施例中，電壓限制元件為一齊納二極體。
在本發明之一實施例中，控制單元包括一限流元件、一第二阻抗元件、一第二切換元件、一第三阻抗元件及一第四阻抗元件。限流元件之一端與第一阻抗元件電性連接，另一端與電源供應模組電性連接。第二阻抗元件與限流元件電性連接。第二切換元件與第二阻抗元件、第一切換元件及電源供應模組電性連接。第三阻抗元件與第一切換元件及第二切換元件電性連接。第四阻抗元件與第一切換元件、第二切換元件及第三阻抗元件電性連接。
在本發明之一實施例中，第三阻抗元件之阻值等於第四阻抗元件之阻值。
在本發明之一實施例中，第一切換元件及第二切換元件分別為一半導體元件。
在本發明之一實施例中，電源供應模組包括一切換訊號產生單元及一切換單元。切換訊號產生單元電性連接控制單元，並輸出一切換訊號。切換單元電性連接切換訊號產生單元，並接收切換訊號。當電源供應模組之輸出電壓大於過載電壓值，控制單元降低切換訊號之工作週期，使調整後之輸出電壓不大於過載電壓值。
在本發明之一實施例中，切換訊號為一脈衝寬度變調訊號。
在本發明之一實施例中，當電源供應模組之輸出電壓大於過載電壓值，發光單元發生開路的狀況。
在本發明之一實施例中，顯示面板為一液晶顯示面板。
為達上述目的，依據本發明之一種保護方法與一電路保護模組、一電源供應模組及一背光模組配合應用。電路保護模組具有一偵測單元及一控制單元，背光模組具有一發光單元。保護方法包括：由偵測單元偵測電源供應模組之一輸出電壓是否大於一過載電壓值；當結果為是，偵測單元輸出一偵測訊號；以及由控制單元依據偵測訊號調整電源供應模組之輸出電壓，使調整後之輸出電壓低於過載電壓值。
在本發明之一實施例中，當電源供應模組之輸出電壓大於過載電壓值，發光單元發生開路的狀況。
在本發明之一實施例中，保護方法更包括：由控制單元降低電源供應模組之一切換訊號之工作週期。
為達上述目的，依據本發明之一種影像顯示系統包括一顯示裝置及一輸入單元。顯示裝置包括一顯示面板、一背光模組、一電路保護模組及一電源供應模組。背光模組具有一發光單元並提供顯示面板一光源。電路保護模組與發光單元電性連接，並具有一偵測單元及一控制單元。電源供應模組與背光模組電性連接，並提供一輸出電壓至發光單元。當電源供應模組之輸出電壓大於一過載電壓值，偵測單元輸出一偵測訊號。控制模組依據偵測訊號調整電源供應模組之輸出電壓，使調整後之輸出電壓低於過載電壓值。輸入單元耦接至顯示裝置，用以提供一輸入信號至顯示裝置，使顯示裝置產生影像。
在本發明之一實施例中，影像顯示系統包括一平板電腦、一投影機、一電子書、一筆記型電腦、一手機、一數位相機、一個人數位助理、一桌上型電腦、一電視機、一車用顯示器、或一攜帶型DVD播放器。
承上所述，因依據本發明之一種具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法係藉由偵測單元在電源供應模組之輸出電壓大於一過載電壓值時，輸出一偵測訊號，且控制單元依據偵測訊號調整電源供應模組之輸出電壓，使調整後的輸出電壓低於過載電壓值，從而實現能夠調整電源供應模組的輸出電壓，以減低元件的損壞，並提升可靠度與可應用性。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
首先，請參照圖2A與圖2B，其為依據本發明較佳實施例之一種顯示裝置2。如圖2A所示，顯示裝置2係為一筆記型電腦之顯示器，其係依據使用者所輸入之指令，以顯示相對應的影像資料。此外，在實施上，顯示裝置2亦可設置於一行動電話、一數位相機、一個人數位助理、一桌上型電腦、一電視、一車用顯示器、或一攜帶式數位影音光碟播放器。
接著，如圖2B所示，其係為本發明之顯示裝置2之方塊圖。顯示裝置2係包括一顯示面板21、一背光模組22、一電路保護模組23及一電源供應模組24。於此，顯示面板21係例如是一液晶顯示面板。
背光模組22與顯示面板21相對設置，並具有一發光單元221，以提供一光源L1
至顯示面板21。電路保護模組23與背光模組22之發光單元221電性連接，且電路保護模組23具有一偵測單元231及一控制單元232。電源供應模組24與背光模組22電性連接，並提供一輸出電壓VO1
至發光單元221，以提供發光單元221所需之操作電流及或操作電壓。在本實施例中，電源供應模組24係為一電源轉換器，例如是升降壓轉換器或升壓轉換器。
電路保護模組23之偵測單元231與電源供應模組24電性連接，且當電源供應模組24之一輸出電壓VO1
大於一過載電壓時，偵測單元231將輸出一偵測訊號S1
。控制單元232電性連接偵測單元231，並依據偵測訊號S1
調整電源供應模組24之輸出電壓VO1
，使調整後的輸出電壓低於過載電壓值。
在實施上，電路保護模組23係可與背光模組22或是與電源供應模組24整合設置於同一機構中，或整合設置於同一電路上，以有效減少裝置的體積。
接著，請參照圖3A及圖3B所示，以進一步說明本發明之電路保護模組23。在本實施例中，是以電源供應模組24為一升壓轉換器，且發光單元221具有一發光二極體(LED)為例，然並非用以限制電源供應模組24及發光單元221之態樣。另外，在實際運用時，發光單元221可具有其他數量之發光二極體，且發光二極體之間的連接方式可為串聯及或並聯。此外，由於本實施例係用以說明背光模組22、電路保護模組23與電源供應模組24之間的操作關係，因此，圖3A中並未描繪出顯示面板21。
偵測單元231具有一電壓限制元件D1
、第一阻抗元件R1
及一第一切換元件SW1
。電壓限制元件D1
與電源供應模組24電性連接。第一阻抗元件R1
之一端與電壓限制元件D1
電性連接，而另一端與控制單元232電性連接。第一切換元件SW1
與控制單元232電性連接。在本實施例中，電壓限制元件D1
為一齊納二極體，且其崩潰電壓的選擇，係與發光單元221所需之操作電壓相關，例如崩潰電壓是發光單元221之操作電壓的1.2倍。此外，第一阻抗元件R1
為一電阻器，而第一切換元件SW1
為一半導體元件，例如是PNP形式的雙載子電晶體(BJT)。
控制單元232包括一限流元件D2
、一第二阻抗元件R2
、一第二切換元件SW2
、一第三阻抗元件R3
及一第四阻抗元件R4
。限流元件D2
之一端與第一阻抗元件R1
電性連接，而另一端與電源供應模組24電性連接。第二阻抗元件R2
與限流元件D2
電性連接。第二切換元件SW2
與第二阻抗元件R2
、第一切換元件SW1
及電源供應模組24電性連接。第三阻抗元件R3
與第一切換元件SW1
及第二切換元件SW2
電性連接。第四阻抗元件R4
與第一切換元件SW1
、第二切換元件SW2
及第三阻抗元件R3
電性連接。
在本實施例中，限流元件D2
為一個二極體。第二阻抗元件R2
、第三阻抗元件R3
及第四阻抗元件R4
分別為一電阻器。第二切換元件SW2
為一半導體元件，例如是PNP形式的雙載子電晶體(BJT)。此外，第三阻抗元件R3
係與第四阻抗元件R4
形成一分壓電路，以控制第二切換元件SW2
，且第三阻抗元件R3
之阻值等於第四阻抗元件R4
之阻值。
電源供應模組24包括一切換訊號產生單元241及一切換單元242。切換訊號產生單元241電性連接控制單元232之第二切換元件SW2
，並輸出一切換訊號S2
至切換單元242。切換單元242電性連接切換訊號產生單元241，並接收切換訊號S2
，且依據切換訊號S2
進行切換。在實施上，切換訊號產生單元241係為一脈衝寬度變調(PWM,pulse width modulation)訊號產生單元，而切換單元242為一場效電晶體(FET)。換句話說，切換訊號S2
為一脈衝寬度變調訊號，並用以控制切換單元242。
需特別注意的是，本實施例是以電源供應模組24為升壓轉換器為例，因此電源供應模組24更具有其他之元件。然而，其他元件的組成並非本發明之重點，因而本發明並不針對其他元件的組成及連接關係進行敘述。
請依據圖3A並搭配圖3B所示，在實際運用時，當發光單元221發生開路的狀況時，電源供應模組24之切換單元242仍持續進行運作。其中，當切換單元242導通時，電源供應模組24中的電感將進行儲能，而當切換單元242截止時，電感上所儲存之能量將轉移至一電容，但由於發光單元221已經形成開路，因而無法提供電容一個足以消耗其儲存能量的放電路徑。因此，電源供應模組24的輸出電壓VO1
將逐漸上升。
當電源供應模組24的輸出電壓VO1
大於一過載電壓值V，即電壓限制元件D1
的崩潰電壓時，由電壓限制元件D1
及第一阻抗元件R1
所組成的分支電路將被導通，這也將提供第一切換元件SW1
之基極(base)一條電流路徑，而使得第一切換元件SW1
被導通。因此，第二切換元件SW2
的基極與射極(emitter)將形成逆偏(reverse bias)，而使得流經第二阻抗元件R2
的電流為零，以停止電源供應模組24之切換訊號產生單元241的內部震盪，從而降低切換訊號S2
之工作週期(duty cycle)，並調整電源供應模組的輸出電壓VO1
，使得調整後的輸出電壓VO2
低於過載電壓值V，以提供電源供應模組24之組成元件有效的過載保護。
值得一提的是，過載電壓值V是與電源供應模組24之組成元件的耐壓程度與背光模組22之發光單元221的數量及連接關係相關。換句話說，過載電壓值V的設定係可依據設計的考量與產品的需求而有所調整。
請參照圖4之流程圖並搭配圖3A及圖3B所示，以說明本發明之較佳實施例之保護方法，其係可與上述之顯示裝置2搭配使用，而保護方法的步驟係包含步驟S01至步驟S03。
步驟S01係由偵測單元231偵測電源供應模組24之一輸出電壓VO1
是否大於一過載電壓值V。在實施上，當背光模組22之發光單元221發生開路的狀況時，由於電源供應模組24之切換單元242仍持續運作，因而電源供應模組24之輸出電壓VO1
將逐漸上升。
步驟S02係當步驟S01之結果為是，偵測單元231輸出一偵測訊號S1
。在實施上，當電源供應模組24的輸出電壓VO1
大於過載電壓值V，即電壓限制元件D1
的崩潰電壓時，將使得偵測單元231之第一切換元件SW1
被導通，並輸出偵測訊號S1
。
步驟S03係由控制單元232依據偵測訊號S1
調整電源供應模組24之輸出電壓VO1
，使調整後的輸出電壓VO2
低於過載電壓值V。在實施上，由於偵測單元231之第一切換元件SW1
處於導通狀態。因此，第二切換元件SW2
的基極與射極將形成逆偏，使得流經第二阻抗元件R2
的電流為零。又由於控制單元232之第二切換元件SW2
是與切換訊號產生單元241之輸出電壓回授端連接，因此，控制單元232將停止電源供應模組24之切換訊號產生單元241的內部震盪，並降低切換訊號產生單元241所輸出之切換訊號S2
的工作週期。換句話說，切換單元242的切換頻率將被降低，從而降低電源供應模組24的輸出電壓VO1
，並使調整後的輸出電壓VO2
低於過載電壓值V。
此外，當電源供應模組24之輸出電壓VO1
並未大於過載電壓值V，而使得結果為否時，其係代表背光模組22之發光單元221並未發生開路的狀況。此時，電路保護模組23將不進行任何動作，且電源供應模組24將繼續正常地運作，而電路保護模組23之偵測單元231將持續地偵測電源供應模組24之輸出電壓VO1
是否大於過載電壓值V。換句話說，電路保護模組23是一即時的電路保護模組。
請再參閱第5圖所示，其係為依據本發明實施例之影像顯示系統100的方塊示意圖。在本實施例中，影像顯示系統100包含一顯示裝置2及一輸入單元300。輸入單元300耦接至顯示裝置2，並提供一輸入信號S3
，例如是影像顯示信號，至顯示裝置2，從而使顯示裝置2顯示相對應之影像。此外，影像顯示系統100可實施於電子裝置，例如：平板電腦(tablet personal computer)、投影機、電子書、筆記型電腦、手機、數位相機、個人數位助理(PDA)、桌上型電腦、電視機、車用顯示器、或攜帶型DVD播放器。另外，由於顯示裝置2的技術內容已於上述之實施例進行說明，故在此不再贅述。
綜上所述，因依據本發明之一種具有電路保護模組之顯示裝置及其保護方法係藉由偵測單元在電源供應模組之輸出電壓大於一過載電壓值時，輸出一偵測訊號，且控制單元依據偵測訊號調整電源供應模組之輸出電壓，使調整後的輸出電壓低於過載電壓值，從而實現能夠調整電源供應模組的輸出電壓，以減低元件的損壞，並提升可靠度與可應用性。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、23．．．電路保護模組
100．．．影像顯示系統
2．．．顯示裝置
21．．．顯示面板
22．．．背光模組
221．．．發光單元
231．．．偵測單元
232．．．控制單元
24、P．．．電源供應模組
241．．．切換訊號產生單元
242．．．切換單元
300．．．輸入單元
D1
‧‧‧電壓限制元件
D2
‧‧‧限流元件
L‧‧‧負載
L1
‧‧‧光源
R1
‧‧‧第一阻抗元件
R2
‧‧‧第二阻抗元件
R3
‧‧‧第三阻抗元件
R4
‧‧‧第四阻抗元件
S01~S03‧‧‧保護方法的步驟
S1
‧‧‧偵測訊號
S2
‧‧‧切換訊號
S3
‧‧‧輸入信號
SW1
‧‧‧第一切換元件
SW2
‧‧‧第二切換元件
V‧‧‧過載電壓值
VO1
‧‧‧輸出電壓
VO2
‧‧‧調整後的輸出電壓
圖1A為一種習知之電源供應模組於負載開路時的輸出電壓與切換訊號的波形圖；
圖1B為一種習知之電路保護裝置的示意圖；
圖2A為依據本發明較佳實施例之一種顯示裝置的示意圖；
圖2B為依據本發明較佳實施例之一種顯示裝置的方塊圖；
圖3A為依據本發明較佳實施例之一種背光模組、電路保護模組及電源供應模組的示意圖；
圖3B為依據本發明較佳實施例之電路保護模組啟動保護的波形圖；
圖4為依據本發明較佳實施例之一種保護方法的流程圖；以及
圖5為依據本發明另一實施例之影像顯示系統的方塊示意圖。
2．．．顯示裝置
21．．．顯示面板
22．．．背光模組
221．．．發光單元
23．．．電路保護模組
231．．．偵測單元
232．．．控制單元
24．．．電源供應模組
S1
．．．偵測訊號
L1
．．．光源
VO1
．．．輸出電壓
Claims (13)
- 一種顯示裝置，包括：一顯示面板；一背光模組，具有一發光單元並提供該顯示面板一光源；一電路保護模組，與該發光單元電性連接，並具有一偵測單元及一控制單元；一電源供應模組，與該背光模組電性連接，並提供一輸出電壓至該發光單元；一電壓限制元件，與該電源供應模組電性連接；一第一阻抗元件，其一端與該電壓限制元件電性連接，其另一端與該控制單元電性連接；以及一第一切換元件，與該控制單元電性連接，其中當該電源供應模組之該輸出電壓大於一過載電壓值，該偵測單元輸出一偵測訊號，該控制單元依據該偵測訊號調整該電源供應模組之該輸出電壓，使調整後之輸出電壓低於該過載電壓值。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該電壓限制元件為一齊納二極體。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該控制單元包括：一限流元件，其一端與該第一阻抗元件電性連接，另一端與該電源供應模組電性連接；一第二阻抗元件，與該限流元件電性連接； 一第二切換元件，與該第二阻抗元件、該第一切換元件及該電源供應模組電性連接；一第三阻抗元件，與該第一切換元件及該第二切換元件電性連接；以及一第四阻抗元件，與該第一切換元件、該第二切換元件及該第三阻抗元件電性連接。
- 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該第三阻抗元件之阻值等於該第四阻抗元件之阻值。
- 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該第一切換元件及該第二切換元件分別為一半導體元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該電源供應模組包括：一切換訊號產生單元，電性連接該控制單元，並輸出一切換訊號；以及一切換單元，電性連接該切換訊號產生單元，並接收該切換訊號，其中當該電源供應模組之該輸出電壓大於該過載電壓值，該控制單元降低該切換訊號之工作週期，使該調整後之輸出電壓不大於該過載電壓值。
- 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該切換訊號為一脈衝寬度變調訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中當該電源供應模組之該輸出電壓大於該過載電壓值，該發光單元發生開路的狀況。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該顯示面板為一液晶顯示面板。
- 一種保護方法，與一電路保護模組、一電源供應模組及一背光模組配合應用，該電路保護模組具有一偵測單元及一控制單元，該背光模組具有一發光單元，該保護方法包括：由該偵測單元偵測該電源供應模組之一輸出電壓是否大於一過載電壓值；當結果為是，該偵測單元輸出一偵測訊號；以及由該控制單元依據該偵測訊號，降低該電源供應模組之一切換訊號之工作週期，以調整該電源供應模組之該輸出電壓，使調整後之輸出電壓低於該過載電壓值。
- 如申請專利範圍第10項所述之保護方法，其中當該電源供應模組之該輸出電壓大於該過載電壓值，該發光單元發生開路的狀況。
- 一種影像顯示系統，包括：如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置；以及一輸入單元，耦接至該顯示裝置，用以提供一輸入信號至該顯示裝置，使該顯示裝置產生影像。
- 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統，其中該影像顯示系統包括：一平板電腦、一投影機、一電子書、一筆記型電腦、一手機、一數位相機、一個人數位助理、一桌上型電腦、一電視機、一車用顯示器、 或一攜帶型DVD播放器。
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