专利名称：可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法
技术领域：
本发明涉及一种发光装置及其相关方法，尤其涉及一种通过一最佳电压选择装 置来动态调整输出电压的发光装置及其相关方法。
背景技术：
相较于传统所使用的光源，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)由于具有省
电、元件寿命长、无汞、色域丰富、无须暖灯时间以及反应速度快等优势，因此，发光 二极管已被广泛应用于显示与照明用的光源。例如，传统液晶显示面板的背光模块是以 冷阴极荧光灯管(cold cathodefluorescentlamp，CCFL)作为光源。如今，随着发光二极
管的发光效率不断提升且成本日益降低，发光二极管有逐渐取代冷阴极荧光灯管来作为 背光模块光源的趋势。由于制程上非理想因素或材料纯度的影响，使得每一发光二极管所需的顺向电 压不尽然完全相同，如此一来，电流驱动元件的头部空间电压(Headroom voltage)，亦即 在各发光二极管路径上，电流驱动元件可使用的电压值，将随之不同。请参考图1，图1 为已知一发光二极管驱动电路10的示意图。发光二极管驱动电路10用来驱动m个并列 的发光二极管，而每一发光二极管串包含有η个串接的发光二极管。发光二极 管驱动电路10包含有一电压转换器102、一电流驱动单元104及一控制单元106。电压 转换器102用来提供一驱动电压Vd至发光二极管串C1 Cm。电流驱动单元104用来提 供驱动电流Idi IDm至发光二极管串C1 Cm。一般而言，在各发光二极管串C1 Cm 路径上会有其对应的头部空间电压Vhri VHRm，表示各发光二极管串C1 Cm路径上， 可供电流驱动单元104使用的电压值。在实际应用上，由于各个发光二极管的跨压并非 完全相同，而造成头部空间电压Vhri VHRm不尽相同。头部空间电压过高或过低，对 于发光二极管驱动电路10皆有不佳的影响，举例来说，头部空间电压过高，则会耗费过 多的电压在电流驱动单元104上；反之，头部空间电压过低，将会造成电流驱动单元104 操作在不适当的状态，而无法稳定提供所需的驱动电流。因此，在图1中，已知技术通过负反馈的控制单元106来控制电压转换器102改 变驱动电压vD，以确保所有通道中的发光二极管皆有足够的驱动电压来维持电流驱动。 如图1所示，控制单元106包含有一最小电压选择器108、一误差放大器110与一转换控 制器112。最小电压选择器108耦接于各发光二极管串C1-Cm的负极，用来于头部空 间电压Vhri VHRm中选择出电压值最小者，当作一反馈电压Vfb，并将反馈电压Vfb及 一参考电压Vrff分别输入误差放大器110的负输入端与正输 入端。误差放大器110根据 反馈电压Vfb及预设参考电压Vref的差异，产生一误差信号SE。转换控制器112会根据 误差信号SE，产生一控制信号Sc，来控制电压转换器102提高或降低驱动电压VD。也就 是说，通过控制单元106反馈追踪程序来控制电压转换器102提供适当的驱动电压VD， 将头部空间电压锁定在一个合理的电压值(即参考电压Vref)，以使发光二极管皆有足够 的驱动电压来维持电流驱动。
请参考图2，图2为已知一最小电压选择器108的示意图。最小电压选择器108 利用将对应于各发光二极管串的头部空间电压Vhri VHRm两两比较后，选取电压值较 小者送至下一级。同理，再针对前级的比较结果两两比较，最后会比较出头部空间电压 VHR1 VHRm中电压值最小者。如图2所示，电压比较单元202于比较两电压值后，会输 出控制信号R，进而控制多工器204输出电压值最小者的电压至下一级。如此经过各级 的比较后，最终会得到电压值最小的反馈电压VFB。然而，在实际运作上，随着发光二极 管串的数量愈多，便需愈多级的比较运作。如此一来，将会耗费过多运作时间与比较装 置，才得到电压值的最小值。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于 提供一种可动态调整输出电压的发光装置及其 相关控制方法。本发明公开一种可动态调整输出电压的发光装置。该发光装置包含有多个发光 二极管串、一电压转换器、一电流驱动单元及一回路控制单元。该多个发光二极管串每 一发光二极管串具有一正极及一负极。该电压转换器耦接于该多个发光二极管串的正 极，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出电压。该电流驱动单元耦接 于该多个发光二极管串的负极，用来提供多个驱动电流至该多个发光二极管串，以驱动 该多个发光二极管串。该回路控制单元耦接于该多个发光二极管串与该电压转换器，包 含有一电压选择单元、一误差放大器及一转换控制器。该电压选择单元，耦接于该多个 发光二极管串的负极，用来根据一临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空 间电压，产生多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压。该误 差放大器耦接于该电压选择单元，用来根据一参考电压及该反馈电压，产生一误差电压 信号。该转换控制器耦接于该误差放大器及该电压转换器，用来根据该误差电压信号， 产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。本发明另公开一种用于一发光装置的控制方法。该发光装置包含有多个发光二 极管串、一电流驱动单元及一电压转换器。该多个发光二极管串的每一发光二极管串具 有一正极及一负极，该电压转换器耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压 控制信号，将一输入电压转换成一输出电压。该电流驱动单元耦接于该多个发光二极管 串的负极，用来提供多个驱动电流至该多个发光二极管串。该控制方法包含有根据一临 界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并 于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压；根据一参考电压及该反馈电压，产生一误 差电压信号；以及根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换 电压。
图1为已知一发光二极管驱动电路的示意图。图2为已知一最小电压选择器的示意图。图3为本发明实施例可动态调整输出电压的一发光装置的示意图。图4为图3中电压选择单元的一实施例示意图。
图5为本发明实施例一流程的示意图。主要元件符号说明10 发光二极管驱动电路102、302 电压转换器 104、304电流驱动单元106控制单元108最小电压选择器110误差放大器112转换控制器114误差放大器202电压比较器30发光装置306路控制单元308电压选择单元310误差放大器312转换控制器314临界电压产生单元316电压检测单元318电压选择器402计数器50流程502, 504, 506, 508 步骤C1-Cm发光二极管串IL1 ILm负载电流Sc电压控制信号Se误差电压信号SWl SWm开关单元Vci Vcx 候选反馈电压VCU1-VCUm 电压比较单元Vd输出电压Vfb反馈电压VHR1 VHRm 头部空间电压Vin输入电压Vref参考电压Vth临界电压
具体实施例方式请参考图3，图3为本发明实施例可动态调整输出电压的一发光装置30的示意 图。发光装置30包含有发光二极管串C1 Cm、一电压转换器302、一电流驱动单元304及一回路控制单元306。其中，发光装置30可适用于任何种类的光源。在本实施例中， 发光装置30包含有发光二极管串C1-Cm，但不以此为限，也可仅有一个发光二极管串。 另一方面，由于发光二极管为一电流驱动元件，其发光亮度与驱动电流大小成正比，亦 艮口，驱动电流越大，则发光二极管的发光亮度也就越大。一般而言，为求流经各发光二 极管的电流相同来达到相同亮度的要求，因此，在本实施例中，每一发光二极管串包含 有η个串联方式耦接的发光二极管，但发光二极管串C1 Cm并未局限于η个串接的发光 二极管，换句话说，各发光二极管串也可仅包含单一发光二极管。进一步说明，电压转换器302耦接于各发光二极 管串C1-Cm的正极，用来根 据一电压控制信号Se，将一输入电压Vin转换成一输出电压VD，以提供至发光二极管串 C1-Cmt5电流驱动单元304耦接于各发光二极管串C1-Cm的负极，用来提供流经各发 光二极管串的负载电流Idi IDm，以驱动发光二极管串C1 Cm。回路控制单元306用 来根据对应于各发光二极管串C1 Cm的头部空间电压Vhri VHRm控制电压转换器302 提升或降低输出电压VD。回路控制单元306包含有一电压选择单元308、一误差放大器 310及一转换控制器312。电压选择单元308耦接于发光二极管串C1-Cm的负极，用来 根据一临界电压Vth与头部空间电压Vhri VHRm，产生候选反馈电压Vci V&，并于候 选反馈电压Vei 中选择出一反馈电压VFB。其中，临界电压Vth是一预先设定的电 压值。误差放大器310耦接于电压选择单元308，用来根据反馈电压Vfb及一参考电压 Vref，产生一误差电压信号SF。转换控制器312耦接于误差放大器310的一输出端与电 压转换器302间，用来根据误差电压信号SE，产生电压控制信号Sc，来通知电压转换器 302调高或降低输出电压VD，以即时转换出适当的输出电压VD。在图3中，电压选择单元308包含有一临界电压产生单元314、一电压检测单元 316及一电压选择器318。临界电压产生单元314用来产生临界电压VTH。电压检测单 元316耦接于发光二极管串C1 Cm的负极与临界电压产生单元314，用来比较临界电压 Vth与头部空间电压Vhri VHRm，并于头部空间电压Vhri VHRm中选择出电压值小于临 界电压Vth者为候选反馈电压Vci V&。电压选择器318耦接于电压检测单元316，用 来根据候选反馈电压Vci-V0l，选择出反馈电压VFB。简言之，电压选择单元308由电 压值小于临界电压Vth的头部空间电压中，选择出一组反馈电压Vfb，进而使电压转换器 302动态调整输出电压VD。值得注意的是，电压选择单元308为本发明的一实施例，本领域技术人员当可 据以做不同的修饰。举例来说，请参考图4，图4为图3中电压选择单元308的一实施 例示意图。电压检测单元316包含有电压比较单元VCU1 VCUm,分别耦接于发光二 极管串C1-Cm的负极，其中每一电压比较单元用来于所对应的头部空间电压小于临界电 压Vth时，输出一控制信号Ssw至其对应的开关单元。开关单元SWl SWm分别耦接 于发光二极管串C1 Cm的负极与电压比较单元VCUl VCUm，每一开关单元用来根 据控制信号Ssw，输出所对应的头部空间电压作为一候选反馈电压。此外，电压检测单元 316所产生的候选反馈电压数量并非定值，而随各发光二极管串的状态而变，因此，电压 选择单元308可还包含一计数器402，其中计数器402耦接于电压选择器308，用来计算 候选反馈电压的数量，并于仅有一组候选反馈电压时，产生一选择信号83^以控制电压 选择器308选择此候选反馈电压为反馈电压VFB。换句话说，电压选择器318于仅有一组候选反馈电压时，将可通过计数器402直接通知而输出反馈电压Vfb，不用再进行选择的 程序。因此，相较于先前技术，本发明实施例除了不需执行多级比较程序，亦不需耗 费过多的元件，只要一级的比较程序即可即时地动态调整输出电压Vd至适当的电平来驱 动光二极管串。关于发光装置30的详细操作方式，请继续参考以下说明。请参考图5，图5为本发明实施例一流程50的示意图。流程50用来实现上述发 光装置30通过反馈控制输出电压的一操作流程，其包含有下列步骤步骤500:开始。步骤502 根据临界电压Vth与对应于发光二极管串C1 Cm的头部空间电压 vHR1 vHRm，产生候选反馈电压Vci v&，并于候选反馈电压Vci-V0l中选择出反馈 电压Vfb。步骤504 根据参考电压Vref及反馈电压Vfb，产生一误差电压信号SE。步骤506:根据误差电压信号SE，产生电压控制信号Sc，以提供电压转换器302 转换电压。步骤508:结束。根据流程50，电压检测单元316自对应于发光二极管串C1 Cm的头部空间电 压Vhri VHRm中，选取电压值小于临界电压Vth的候选反馈电压Vci ，并提供至 电压选择器318。电压选择器318再于候选反馈电压Vci Vcx中选择出反馈电压VFB。 接着，误差放大器310根据参考电压Vref及反馈电压Vfb，产生一误差电压信号SE。转 换控制器312再根据误差电压信号SE，产生电压控制信号Sc，以提供电压转换器302调 高或降低所转换出的输出电压VD。因此，本发明实施例在反馈控制输出电压Vd时，不需使用已知技术的多级比较 电压的方式，更不需等到取得最小头部空间电压后，才输出反馈电压Vfb进行回路控制程 序，如此一来，本发明实施例除了可即时动态地调整电压转换器所提供的输出电压，并 节省实现多级比较程序所需的硬件装置。另一方面，当电压检测单元316将所有头部空间电压Vhri VHRm中电压值小于 临界电压Vth者作为候选反馈电压Vci-V0l后，较佳地，电压选择器318可以随机方式 或依据一预设优先顺序方式于候选反馈电压Vci-V0l中，选择出反馈电压VFB。前述的 预设优先顺方式可以是依正常顺序或是依事先所定的优先顺序来选取反馈电压VFB。当 然，循本发明实施例的方式选取反馈电压Vfb后，可使电压转换器302调高所转换出的输 出电压VD，来满足更多的发光二极管串路径上的电流驱动单元304具有足够的头部空间 电压，来产生负载电流。也因此电压检测单元316所产生的候选反馈电压Vci-V0l的 数量，将随反馈的次数增加而递减。综上所述，相较于先前技术在反馈控制输出电压Vd时必需执行多级比较电压程 序且需等到取得最小头部空间电压后，才输出反馈电压Vfb进行回路控制程序，本发明实 施例仅需一级的比较程序，即可即时动态地调整电压转换器所提供的输出电压，并节省 实现反馈控制程序所需的硬件装置。以上所述仅为本发明的优选 实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种可动态调整输出电压的发光装置，包含有多个发光二极管串，每一发光二极管串具有一正极及一负极； 一电压转换器，耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压控制信号，将 一输入电压转换成一输出电压；一电流驱动单元，耦接于该多个发光二极管串的负极，用来提供多个驱动电流至该 多个发光二极管串，以驱动该多个发光二极管串；以及一回路控制单元，耦接于该多个发光二极管串与该电压转换器，包含有 一电压选择单元，耦接于该多个发光二极管串的负极，用来根据一临界电压与对应 于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并于该多个候选 反馈电压中选择出一反馈电压；一误差放大器，耦接于该电压选择单元，用来根据一参考电压及该反馈电压，产生 一误差电压信号；以及一转换控制器，耦接于该误差放大器及该电压转换器，用来根据该误差电压信号， 产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中该电压选择单元包含有 一临界电压产生单元，用来产生该临界电压；一电压检测单元，耦接于该多个发光二极管串的负极与该临界电压产生单元，用来 比较该临界电压与该多个头部空间电压，以于该多个头部空间电压中选择出电压值小于 该临界电压者为该多个候选反馈电压；以及一电压选择器，耦接于该电压检测单元，用来根据该多个候选反馈电压，选择出该 反馈电压。
3.如权利要求2所述的发光装置，其中该电压检测单元包含有多个电压比较单元，分别耦接于该多个发光二极管串的负极，其中每一电压比较单 元用来于所对应的头部空间电压小于该临界电压时，输出一控制信号；以及多个开关单元，耦接于该多个发光二极管串的负极与多个电压比较单元，其中每一 开关单元用来根据该控制信号，输出所对应的头部空间电压。
4.如权利要求2所述的发光装置，其中该电压选择器以随机方式于该多个候选反馈电 压中，选择出该反馈电压。
5.如权利要求2所述的发光装置，其中该电压选择器依据一预设优先顺序于该多个候 选反馈电压中，选择出该反馈电压。
6.如权利要求2所述的发光装置，其中于该电压检测单元仅选取一候选反馈电压时， 选择该候选反馈电压为该反馈电压。
7.如权利要求1所述的发光装置，还包含有一参考电压产生单元，耦接于误差放大器，用来产生该参考电压。
8.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个发光二极管串中的每一发光二极管串包 含多个以串联形式连接的发光二极管。
9.一种用于一发光装置的控制方法，该发光装置包含有多个发光二极管串、一电流 驱动单元及一电压转换器，该多个发光二极管串的每一发光二极管串具有一正极及一负 极，该电压转换器耦接于该多个发光二极管串的正极，用来根据一电压控制信号，将一输入电压转换成一输出电压，该电流驱动单元耦接于该多个发光二极管串的负极，用来 提供多个驱动电流至该多个发光二极管串，该控制方法包含有根据一临界电压与对应于该多个发光二极管串的多个头部空间电压，产生多个候选 反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出一反馈电压；根据一参考电压及该反馈电压，产生一误差电压信号；以及根据该误差电压信号，产生该电压控制信号，以提供电压转换器转换电压。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中根据该临界电压与对应于该多个发光二极管 串的多个头部空间电压，产生该多个候选反馈电压，并于该多个候选反馈电压中选择出 该反馈电压的步骤，包含有产生该临界电压；比较该临界电压与该多个头部空间电压，以于该多个头部空间电压中选择出电压值 小于该临界电压者为该多个候选反馈电压；以及根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电压。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中比较该临界电压与该多个头部空间电压， 以于该多个头部空间电压中选择出电压值小于该临界电压者为该多个候选反馈电压的步 骤，包含有在所对应的头部空间电压小于该临界电压时，输出一控制信号；以及根据该控制信号，输出所对应的头部空间电压。
12.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电 压的步骤，以随机方式于该多个候选反馈电压中，选择出该反馈电压。
13.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电 压的步骤，是依据一预设优先顺序于该多个候选反馈电压中，选择出该反馈电压。
14.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该多个候选反馈电压，选择出该反馈电 压的步骤，于仅有一组候选反馈电压时，选择该组候选反馈电压为该反馈电压。
全文摘要
可动态调整输出电压的发光装置及其相关控制方法。该可动态调整输出电压的发光装置包含有多个发光二极管串、一电压转换器、一电流驱动单元及一回路控制单元。该回路控制单元耦接于该多个发光二极管串(chains)与该电压转换器，包含有一电压选择单元、一误差放大器及一转换控制器。该电压选择单元用来根据一临界电压与多个头部空间电压，产生多个候选反馈电压，并据以选择出一反馈电压以提供回路控制单元控制电压转换器转换电压。
文档编号F21Y101/02GK102011945SQ200910169110
公开日2011年4月13日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者廖廷伟, 张淙豪, 徐国庆, 许庆勋 申请人:联咏科技股份有限公司