专利名称：发光二极管的驱动电源控制电路与驱动电源控制方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动电源控制电路与方法，且特别是有关于一种发光二极管的驱动电源控制电路与方法。
背景技术：
发光二极管(LED)是新一代的照明元件，其具有省电及使用寿命长等优点，因此已广泛应用在各式装置，特别是应用于平面显示器(如液晶显示器)的背光源模块中。背光源的发光二极管串必须通过电源驱动电路来驱动发光二极管的发光行为。但是每个发光二极管串会存在着不同的负载特性，因此导致不同的发光二极管串无法有效维持亮度一致性。而在电源驱动电路内部的电子元件也有功率损耗而造成电源驱动电路的温度过高现象。因此在发光二极管的电源驱动电路的制造过程中，会将稳定电流电路以及补偿电源电路设置在电源驱动电路中，借此提供稳定电流与补偿后的电压以驱动发光二极管串。 但是使用此种方法，电源驱动电路所输出的电力会有涟波失真的问题，此将造成整体电路的过热与不稳定。
发明内容
本发明的目的之一就是在于提供一种发光二极管的驱动电源控制电路，可应用于控制驱动多个发光二极管串的电源，其具有较高的可靠性，且可降低整体电路内部的电子元件的热损问题。本发明的另一目的就是在于提供一种发光二极管的驱动电源控制方法，其采用上述的发光二极管的驱动电源控制电路以减少整体电路内部的电子元件的热损问题。本发明提出一种发光二极管的驱动电源控制电路，其包括第一电源端、第二电源端、多个开关单元以及控制单元。其中，第一电源端提供第一输出电压。第二电源端提供第二输出电压。每个开关单元电性耦接于相对应的发光二极管串与第二电源端之间，并且每个发光二极管串电性耦接于开关单元与第一电源端之间，使第一电源端、发光二极管串、对应的开关单元与第二电源端依序组成电性导通路径。控制单元输出多个调节信号至相对应的多个开关单元以控制开关单元的导通状态。此外，控制单元还电性耦接于多个开关单元与对应的发光二极管串相电性耦接处，借此取得相对应的多个节点电压。再者，控制单元包括电压选择模块、减法器以及调节模块。电压选择模块接收多个节点电压，并选取这些节点电压之一输出为参考节点电压。减法器接收参考节点电压与一个节点电压，并将此节点电压与参考节点电压相减以输出对应于此节点电压的反馈电压。调节模块则电性耦接至减法器以接收反馈电压并进一步地根据此反馈电压而决定调节模块所输出的调节信号的内容。在本发明的一个实施例中，上述的调节模块分别包括驱动电流调整模块以及工作信号发生模块。驱动电流调整模块电性耦接于减法器以接收反馈电压，并且根据反馈电压决定流经对应的开关单元的电流。工作信号发生模块电性耦接于驱动电流调整模块，并且根据驱动电流调整模块所决定的流经开关单元的电流而决定各开关单元的工作电源状态。在本发明的另一个实施例中，每一个开关单元分别包括晶体管、电阻以及比较器。 晶体管包括第一通路端、第二通路端与控制端，此晶体管的第一通路端电性耦接于对应的发光二极管串。电阻的一个通路端电性耦接至第二电源端，另一个通路端电性耦接至晶体管的第二通路端。比较器包括第一比较数据输入端、第二比较数据输入端以及比较结果输出端，比较结果输出端电性耦接至控制端，第一比较数据输入端电性耦接至参考电压，第二比较数据输入端电性耦接至晶体管的第二通路端。此外，上述的驱动电流调整模块输出参考电压至比较器的第一比较数据输入端。在本发明的又一个实施例中，上述的电压选择模块取多个节点电压中的最小的节点电压输出为参考节点电压。本发明另提出一种发光二极管的驱动电源控制方法，其从多个发光二极管串的末端取得相对应的多个节点电压，并从这些节点电压中取一为参考节点电压。接着即计算各节点电压与参考节点电压间的电压差，并将这些电压差输出为相对应的多个反馈电压。最后再根据这些反馈电压以分别调整流过对应的发光二极管串的驱动电流。在本发明的一个实施例中，上述的参考节点电压为多个节点电压中最小者。在本发明的另一个实施例中，在根据多个反馈电压以调整流过多个发光二极管串的多个驱动电流时，在发光二极管串的驱动电流-节点电压特性曲线中提供具固定斜率的建议线，并根据各反馈电压而在建议线上找到相对应的驱动电流。最后再根据所找到的驱动电流来调整各发光二极管串的工作时间，以使各发光二极管串得以提供预设亮度。本发明解决前述问题的方式，乃是在多个发光二极管串的末端配置多个开关单元，并在上述驱动电源控制电路中设置控制单元，以便控制驱动多个发光二极管串的发光行为并取得节点电压。而设置在控制单元中的调节模块则消除节点电压的涟波而得反馈电压，并在驱动电流-节点电压特性曲线中依照反馈电压而进行操作控制。因此，本发明的驱动电源控制电路不仅可提高电路的可靠性，且可以降低因电压差异而造成的电子元件热损问题。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附附图，作详细说明如下。
图1为发光二极管的驱动电源控制电路的局部电路方块图；图2为根据本发明一实施例的控制单元的电路方块图；图3A为根据本发明一实施例的调节模块中的局部电路方块图；图3B为参考节点的节点电压与流经二极管串的电流间的关系曲线图；图3C为流经二极管串的电流与相对应的开关单元所需的工作周期调节信号间的关系曲线图；图4为根据本发明一实施例的开关单元组的部分电路图。其中，附图标记10 漏极端12 栅极端14:源极端16:第一比较数据输入端
5
18:第二比较数据输入端2022 第二通路端26100 电压选择模块120:局部电路152:驱动电流调整模块200 开关单元组300 背光模块400:控制单元S2:第二电源端RpRn:电阻Vcs l, Vcs 2, Vcs n, Vcsn’ 节点电压 V,Vcs fl、Vcs f2、Vcs fn 反馈电压PWM_1、PWM_2、PWM_n 周期调节信号
第一通路端比较结果输出端
—min:参考节点电压
I set」、Iset_2、Iset_n 电流调节信号 Iled、Iled 1、Iled 2 :电幺丨L
110 118 减法器 150 调节模块 154 工作信号发生模块 202 208 开关单元 302 308 发光二极管串 Sl 第一电源端 V τη:晶体管 C” Cn:比较器P1、P2、P3、P4、P5 工作点
具体实施例方式以下将配合附图，说明本申请为改善常用手段不足所发展出来的发光二极管的驱动电源控制电路与驱动电源控制方法。如图1为发光二极管的驱动电源控制电路的局部电路方块图。图1所公开的驱动电源控制电路500适用于各类平面显示器(如液晶显示器)的电源驱动电路中，借以驱动平面显示器的背光模块300中的多个发光二极管串302、
304.....308等。其中，驱动电源控制电路500包括第一电源端Si、第二电源端S2、控制单
元400以及开关单元组200。第一电源端Sl提供第一输出电压。第二电源端S2提供第二
输出电压。开关单元组200中包含有多个开关单元202、204.....208等，每一个开关单元
202 208分别电性耦接至背光模块300中的一个发光二极管串302 308与第二电源端 S2之间。控制单元400取得各开关单元与对应的发光二极管串相电性耦接处的节点电压
Vcsj> Vcs 2.....Vcs n,并输出包括电流调节信号Isrt—ρ Iset_2.....Isrt n与工作周期调节信号
PWM_1、PWM_2、. . .、PWM_n在内的多个调节信号，以借此控制相对应的开关单元202 208 的导通状态。请参照图2，其为根据本发明一实施例的控制单元的电路方块图。在本实施例中，
控制单元400包括电压选择模块100、减法器110、112.....118以及调节模块150。电压选
择模块100通过导线接收多个节点电压W以及V。s n等，并且通过电压选择模块100 选取这些节点电压中的最小值以向外输出为参考节点电压V。s min。减法器110 118分别通过导线接收节点电压V。s—i、V。s 2以及Ncs n等，以使节点电压H2以及Ncs n等分别与参考节点电压V。s min相减，并输出对应的反馈电压V。s fl、V。s f2以及V。s fn等，如此一来，即使原本各节点电压V。s l、V。s 2以及火311受到第一输出电压涟波(ripple)的影响，也可以通过此处相减的机制而将涟波的影响消去。最后，调节模块150电性耦接至减法器110 118 以接收反馈电压V。s fl、Vcs f2以及V。s fn等，并根据反馈电压V。s fl、Vcs f2以及Vcs fn等决定相
对应的电流调节信号Iset—i、Iset_2.....Iset_n与工作周期调节信号PWM_1、PWM_2.....PWM_n
的内容。
一般来说，可以如图2所示的根据节点电压的数量而提供相对数量的减法器，以使一个减法器能针对参考节点电压及某一个特定节点上的节点电压来进行减法操作，并输出相对应的反馈电压。或者，也可以提供数量比节点电压的数量还少的减法器，并利用多路复用器将两个以上的节点电压提供至同一个减法器，再将对应输出的反馈电压利用多路复用器或时间差而分别提供到调节模块150。在达成以某一节点电压产生相对应的反馈电压并将其提供至调节模块150的功能的前提下，此类减法器的数量与连结设计尚有许多已知的变化，在此不予赘述。请参照图3A，其为根据本发明一实施例的调节模块中的局部电路方块图。此实施例中的调节模块包括多个局部电路120，每一个局部电路120对应到一个输入的反馈电压， 且每一个局部电路120包括了一个驱动电流调整模块152以及一个工作信号发生模块154。 以对应于反馈电压V。s fn的局部电路120为例，驱动电流调整模块152接收反馈电压V。s fn， 并且根据反馈电压V。s fn而决定所输出的电流调节信号Iset n。工作信号发生模块154则电性耦接至驱动电流调整模块152而接收前述的电流调节信号Isrt n，并且根据此电流调节信号n来调整所输出的工作周期调节信号PWM_n的状态。接下来请一并参照图1、图3A、图3B与图3C。其中，图3B为参考节点的节点电压与流经二极管串的电流间的关系曲线图，图3C则为流经二极管串的电流与相对应的开关单元所需的工作周期调节信号间的关系曲线图。首先，假设节点电压V。s」为所有节点电压中的最小者，那么参考节点电压V。s min就会等同于节点电压V。s」，而相对应的二极管驱动电流Imi就会是此时流过二极管串302的电流Imut5其次，建议线L2与直线Ll相平行且通过工作点P1，而直线Ll则是节点电压与流经二极管串的电流间成线性关系时的线段及此线段的延长线。工作点Pl则选择在即使节点电压受到第一输出电压涟波的影响，也仍然可以维持固定电流的点上。现在假设图3B处于上述的状况，则工作点Pl就会对应到节点电压V。s」以及相对应流过二极管串302的电流。在一开始的时候，每一个二极管串(以二极管串308为例)会使用与二极管串302同样的电流I皿u，但是这样将会导致相对应的节点电压火“落在工作点P2所示的位置。为了减少非必要的功率损耗，驱动电流调整模块152会以工作点Pl为基准，在建议线L2的右侧(包含建议线L2本身)找一个电压值小于目前的节点电压V。s n， 且电流大于目前的电流Imu的点为二极管串304的新工作点(前提是要增加电流值，如果是要降低电流值的话，当然就选择电流小于目前的电流Imu的点为二极管串304的新工作点)。这样的一个新工作点可能选择为工作点P3、工作点P4或工作点P5。原则上工作点 P3、工作点P4或工作点P5都可以是二极管串304的新工作点，但是因为在建议线L2右侧所有的点之中，当电流值相同的时候，对应电压值最小的点会落在建议线L2上，所以较佳的新工作点选择会是工作点P4或P5。当然，若额外有工作电流值的考虑，或许可以进一步从工作点P4或P5中选择一个比较合用的工作点。假设，经上述的方式选择了工作点P4为二极管串308的新工作点，那么二极管串 308接下来就会被调整为工作于节点电压为V。s n，以及电流为Imi 2的状态。为此，驱动电流调整模块152会输出相对应的电流调节信号Iset n以驱动后续对应的开关单元208。最后， 为了稳定输出的功率值，工作信号发生模块154也将根据由驱动电流调整模块152所输出的电流调节信号Isrt—n，参照图3C所示的关系曲线而得到相对应的周期调节信号PWM_n并将其输出。接下来请参照图4，其为根据本发明一实施例的开关单元组的部分电路图。如图4 所示，本实施例中的开关单元组200包括了电路结构相同的多个开关单元202与208等等。 开关单元202包括了晶体管T1、电阻R1与比较器C1，而开关单元208则类似的包括了晶体管Tn、电阻Rn与比较器Cn。由于本实施例中的各开关单元为相同的电路结构，因此以下将以开关单元202来说明相关的电路耦接关系与运作过程。在开关单元202之中，晶体管T1的漏极端10电性耦接至对应的发光二极管串302 的末端(低电压端)。电阻R1具有第一通路端20与第二通路端22，其中的第一通路端20 电性耦接至晶体管T1的源极端14，而第二通路端22则电性耦接至第二电源端S2。比较器 C1包括第一比较数据输入端16、第二比较数据输入端18与比较结果输出端26，其中的比较结果输出端26电性耦接至晶体管T1的栅极端(或称控制端)12，第一比较数据输入端16 接收电流调节信号Uu，第二比较数据输入端18则电性耦接至晶体管T1的源极端14。在运作的时候，假如比较器C1的第一比较数据输入端16的电位大于第二比较数据输入端18的电位，则在比较器C1被致能的时候，其比较结果输出端26就会处于高电位状态。此时，晶体管T1是否导通就会受到周期调节信号PWM_1的控制。换句话说，当周期调节信号PWM_1被致能，比较器C1才会被致能并因此而使比较结果输出端26输出高电位， 如此方能导通晶体管1\。反过来看，假如比较器C1的第一比较数据输入端16的电位小于第二比较数据输入端18的电位，则在比较器C1被致能的时候，其比较结果输出端26仍然会处于低电位状态。此时，晶体管T1是否导通就与周期调节信号PWM_1无关。通常来说，第一通路端20(或第二比较数据输入端18)上的电位与晶体管T1的漏极端10的电位可视为几乎相同，也就是两者约同样为节点电压v。sl。因此，在要增加流过二极管串302的电流的时候，电流调节信号Iset l的电位会上升而大于原本的节点电压v。s l， 并因此使晶体管T1的导通/截止受到周期调节信号PWM_1的控制。而在要降低流过二极管串302的电流的时候，电流调节信号Isrt」的电位会下降而小于原本的节点电压V。s l，并因此使晶体管T1固定处于截止的状态，直到第一通路端20(或第二比较数据输入端18)上的电位下降到小于电流调节信号Is^的电位时为止。从另一个角度来看，本发明先从各发光二极管串的末端取得相对应的多个节点电压，并从这些节点电压中取一以作为参考节点电压，之后再获得这些节点电压与参考节点电压间的电压差，并将这些电压差输出为相对应的多个反馈电压，最后再根据这些反馈电压以调整流过相对应的发光二极管串的多个驱动电流。而在实际处理上，则可以以节点电压中的最小者或最大者为参考节点电压。当然也可以以其他任一个节点电压为参考节点电压，但此将使电路设计较为复杂而增加量产上的困难性。而在根据反馈电压以调整流过相对应的发光二极管串的驱动电流的时候，则是先在发光二极管串的驱动电流-节点电压特性曲线中提供具固定斜率的建议线，并根据前述的反馈电压而在建议线上找到与反馈电压相对应的驱动电流。最后再根据所得到的驱动电流而调整发光二极管串的工作时间，以使发光二极管串得以提供预设亮度。应注意的是，在要找到与反馈电压相对应的驱动电流的时候，只要找到建议线右侧(包含建议线本身)，且与原本设定的基准点(例如图3B中的工作点Pl)的电位相差在对应的反馈电压以内的任意一点皆可。
综上所述，本发明利用减法器消除涟波对反馈控制的影响，并利用驱动电流_节点电压特性曲线，依照反馈电压来进行发光功率的操作控制。因此，本发明之驱动电源控制电路不仅因消除涟波而使得反馈控制更加可靠，而且也可以降低不必要的功率耗损，并因而降低电子元件所散发的热能。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种发光二极管的驱动电源控制电路，其特征在于，适用于控制驱动多个发光二极管串的电源，该驱动电源控制电路包括一第一电源端，提供一第一输出电压； 一第二电源端，提供一第二输出电压；多个开关单元，每一这些开关单元电性耦接于这些发光二极管串之一与该第二电源端之间，且每一这些发光二极管串电性耦接于这些开关单元之一与该第一电源端之间，使该第一电源端、任一这些发光二极管、对应的这些开关单元之一与该第二线路依序组成电性导通路径；以及一控制单元，输出多个调节信号来控制相对应的这些开关单元的导通状态，并取得这些开关单元与对应的这些发光二极管串相电性耦接处的多个节点电压，该控制单元包括 一电压选择模块，接收这些节点电压并取这些节点电压之一输出为一参考节点电压；一减法器，使每一这些节点电压与该参考节点电压相减以输出对应的多个反馈电压；以及一调节模块，根据这些反馈电压决定这些调节信号的内容。
2.根据权利要求1所述的驱动电源控制电路，其特征在于，该调节模块包括一驱动电流调整模块，电性耦接至该减法器以接收这些反馈电压，并根据这些反馈电压决定流经对应的这些开关单元的电流；以及一工作信号发生模块，电性耦接至该驱动电流调整模块，并根据该驱动电流调整模块所决定的流经这些开关单元的电流来决定这些开关的工作电源状态。
3.根据权利要求2所述的驱动电源控制电路，其特征在于，每一这些开关单元包括 一晶体管，包括一控制端、一第一通路端与一第二通路端，该第一通路端电性耦接至对应的该发光二极管串；一电阻，一端电性耦接至该第二电源端，另一端电性耦接至该第二通路端；以及一比较器，包括一第一比较数据输入端、一第二比较数据输入端与一比较结果输出端， 该比较结果输出端电性耦接至该控制端，该第一比较数据输入端电性耦接至一参考电压， 该第二比较数据输入端电性耦接至该晶体管的该第二通路端。
4.根据权利要求3所述的驱动电源控制电路，其特征在于，驱动电流调整模块输出该参考电压至该比较器的该第一比较数据输入端。
5.根据权利要求1所述的驱动电源控制电路，其特征在于，该电压选择模块取这些节点电压中的最小者输出为该参考节点电压。
6.一种发光二极管的驱动电源控制方法，其特征在于，包括 从多个发光二极管串的末端取得相对应的多个节点电压； 从这些节点电压中取一为参考节点电压；获得这些节点电压与该参考节点电压间的多个电压差，并将这些电压差输出为相对应的多个反馈电压；以及根据这些反馈电压以调整流过这些发光二极管串的多个驱动电流。
7.根据权利要求6所述的驱动电源控制方法，其特征在于，该参考节点电压为这些节点电压中最小者。
8.根据权利要求6所述的驱动电源控制方法，其特征在于，根据这些反馈电压以调整流过这些发光二极管串的多个驱动电流，包括在发光二极管串的驱动电流_节点电压特性曲线中提供具固定斜率的一建议线；以及根据这些反馈电压，在该建议线上找到与这些反馈电压相对应的这些驱动电流。
9.根据权利要求8所述的驱动电源控制方法，其特征在于，更包括 根据所调整的这些驱动电流，调整这些发光二极管串的工作时间以使这些发光二极管串提供预设亮度。
全文摘要
本发明公开一种发光二极管的驱动电源控制电路与方法。此驱动电源控制电路包括多个开关单元以及控制单元。每一开关单元电性耦接至一个发光二极管串，且在发光二极管串末端产生节点电压。控制单元分别包括电压选择模块、减法器以及调节模块。电压选择模块电性耦接至前述的节点电压，并输出其中之一为参考节点电压。减法器电性耦接至电压选择模块的输出端，并根据参考节点电压与节点电压而产生对应的反馈电压。调节模块电性耦接至减法器的输出端，并根据反馈电压而于调节模块的输出端输出对应的调节信号以控制相对应的开关单元导通状态。
文档编号G09G3/36GK102201202SQ201110103640
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年12月21日
发明者李岳翰, 许胜凯 申请人:友达光电股份有限公司