专利名称：电流平衡电路及具此电路的背光模组的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种电路架构，特别是关于应用于背光源的电流平衡电路及其背光 模组。
背景技术：
公知的发光二极管驱动方式，由于制程差异或材料上的不同，会使发光二极管的 内部电阻与导通电压不相同。发光二极管的内部电阻容易受到制程或温度或耦合此电阻的 电路布线长短位置影响，使得实际工作等效电阻值产生误差，输出驱动电流也因此产生误 差。由耦接一个或复数个电流镜去驱动此一个或复数个不同的负载的驱动电流也将造成误差。请参照美国专利第2006/0082412号公开案，公知技术公开一种通道共享的运算 放大器的方法。多通道的电流稳压器(regulator)包含两或多个信道，每一个信道如同一 电流源或个别负载的接收点(sink)。每一个信道稳压器，其负载电流是与提供至此信道的 输入电压呈比例关系。通道之间是共享一运算放大器。利用旋转序列(rotating sequence) 的方式选择每一个通道，以耦合至放大器。每一个通道都已被选择，初始化二阶段更新周期 (refresh cycle) 0在第一阶段期间，运算放大器的输出端充电，直到其输出电压与此选择 的信道的驱动电压相匹配。在第二阶段期间，调整运算放大器的输出，直到此选择信道的负 载电流比例至电压Vset。上述电路是利用选择器切换不同发光二极管串行，判断哪一串行 的发光二极管导通而发光。然而，上述公知技术所公开的装置或电路，其电路较复杂，所需要的运算放大器组 件数亦较多，制造成本较高昂。
发明内容
基于上述，本发明的目的是在于提供一种电流平衡电路及具有此电流平衡电路的 背光模组。本发明的目的是减少复数个发光单元电流与升压电路电压的关系，或复数个发光 单元内部电阻的差异，使其电流维持一常数关系，不受上述电压的影响。本发明的目的是使复数个发光单元的操作电压可维持最小操作电压，以提高背光 模组效率。本发明公开一种电流平衡电路，包含一参考电流源单元，以提供稳定的电流；一 电流平衡单元，耦合至复数个发光单元，俾使复数个发光单元间的电流维持稳定，不受复数 个发光单元的输入电压影响；一调光(Diming)控制单元，耦合于参考电流源单元与电流平 衡单元，控制电流平衡单元的操作。本发明亦公开一种具有电流平衡电路的背光模组，包含复数个发光单元；一升 压单元，耦合至该复数个发光单元，藉以转换输入电压并提供电压至该复数个发光单元；一 电流平衡单元，耦合至该复数个发光单元，其中该电流平衡电路调整该复数个发光单元的电流维持稳定值，不受该升压电路的输出电压影响；一调光(Diming)控制单元，耦合于该 电流平衡单元，控制该电流平衡单元的操作；一参考电流源单元，耦合至该调光控制单元， 以提供稳定的电流；一控制单元，耦合至该调光控制单元，传送脉波宽度调变信号，以控制 该复数个发光单元的操作；以及一检测单元，耦合至该复数个发光单元与该电流平衡单元， 侦测该复数个发光单元的最小操作电压。本发明的电流平衡电路能有效降低升压电路与发光二极管本身特性对电流所造 成的影响因素，使驱动发光二极管的电流串联路径的电流维持常数关系，以提高背光源驱 动电流与亮度的可靠度，并得到每颗发光二极管所期望的发光亮度。若单一个发光二极管 串联路径发生毁损，本发明的电路将会忽略错误信号，让整个背光模组系统可继续正常运 作，经实验结果证明发光二极管串联路径的误差量小于0. 1%。本发明可侦测发光二极管串联路径最小操作电压值，并调整输出电压以提供复数 个发光单元最小操作电压，以减少额外功率损耗，提高背光模组效率。再者，本发明的电流平衡电路设计较先前技术电路结构简单(仅使用两个运算放 大器)，减少了功率消耗、芯片的面积，使用的组件亦较少，因此可降低成本。另外，Rext是 置放于芯片之外的电阻，将其置放于芯片外部将可减少发光二极管驱动电路芯片的接脚数 目；另一优点是可使用者自行定义发光二极管的驱动电流，经由芯片外部调整其电流值，不 需要重新修改芯片内部电路。
上述组件，以及本发明其它特征与优点，藉由阅读实施方式的内容及其图式后，将 更为明显图1根据本发明的较佳实施例，为具有电流平衡电路的背光模组的示意图；图2根据本发明的较佳实施例，为电流平衡单元的电路图；图3根据本发明的较佳实施例，为最小电压与开回路检测单元的电路图；图4根据本发明的较佳实施例，为电压与电流的关系图。主要组件符号说明100背光模组102升压单元
103脉波宽度调变信号产生器104复数个发光单元
106误差放大器108电流平衡电路
1081电流平衡单元1082参考电流源单元
1083调光控制单元
110最小电压与开回路检测单元112控制单元
具体实施例方式本发明将配合其较佳实施例与后附的图式详述于下。应可理解，本发明中的较佳 实施例是仅用以说明，而非用以限定本发明。此外，除文中的较佳实施例外，本发明亦可广 泛应用于其它实施例，并且本发明并不限定于任何实施例，而应视上述的权利要求范围而定。贯穿本说明书的「一实施例(one embodiment)」或「实施例(a embodiment)」，其意指描述关于较佳实施例的一特殊特征、结构或特性，且包含至少一个本发明的较佳实施 例。因此，于本发明书的各处出现的词组于「一实施例中(in one embodiment)」或「于实 施例中(in a embodiment)」，不须完全参照相同的实施例。再者，其特殊特征、结构或特性 可以任何适当的方式结合于一个或多个较佳实施例中。本发明是公开一种电流平衡电路及具有此电路的背光模组。本发明利用电流平衡 电路降低升压电路(boost converter)与发光二极管(Light Emitting Diode, LED)本身 特性对电流所造成的影响因素，使趋动发光二极管串联路径的电流维持常数关系，以提高 背光源驱动电流与亮度的可靠度。经实验结果证明两发光二极管串联路径之间的电流误差 量小于0. 1%。参考图1，根据本发明的较佳实施例，为具有电流平衡电路的背光模组100的示意 图。背光模组100包括升压单元102、复数个发光单元104、误差放大器106、电流平衡电路 108、最小电压与开回路检测单元110以及控制单元112。升压单元102包括电感L、功率晶 体管、二极管0工组成的升压电路与脉波宽度调变信号产生器103所组成。于一实施例中， 电感L 一端耦合至功率晶体管Qi漏极与二极管Di的正极；电感L其另一端耦合至输入端 Vin。脉波宽度调变(Pulse width Modulation, PWM)信号产生器103输入端耦合至误差放 大器106的输出端；其信号产生器103的输出端耦合功率晶体管Qi栅极。升压单元102耦合至复数个发光单元104与误差放大器106。升压单元102的目 的是调整输入电压Vin，并提供至复数个发光单元104。藉由信号产生器103所传送的PWM 信号，可控制功率晶体管Q1导通时间，进而改变升压单元102的输出电压，藉以调整复数个 发光单元104的亮度。功率晶体管的导通时间与电感L的充电时间成正比，因此若其导通 时间越长则升压单元102提供至复数个发光单元104的电压也增加，其输出电压V。ut也越 高，反之，则输出电压V。ut越小。复数个发光单元104是由红、绿及蓝三种光源所组成，以构成背光模组100的 光源。于较佳实施例，上述红、绿、蓝光源可为红、绿、蓝的发光二极管(light emitting diode, LED)。于此实施例中，复数个发光单元104由复数个发光二极管串联路径所组成。误差放大器106的输入端耦合至参考电压V&，另一端则耦合至最小电压与开回 路检测电路110。误差放大器106并将结果输出至信号产生器103。误差放大器106拉取 最小电压与开回路检测电路110的回授电压与参考电压VMf作比较，以决定脉波宽度信号 的脉波宽度，进而调整升压单元102的输出电压。电流平衡电路108耦合至复数个发光单元104与控制单元112。电流平衡电路108 是用来保持复数个发光单元104中每一个发光二极管串联路径皆保持电流平衡，藉以维持 复数个发光单元亮度平衡。最小电压与开回路检测单元110耦合至复数个发光单元104与电流平衡电路108。 最小电压与开回路检测单元110可侦测复数个发光单元104是否烧毁(或开路)，或判断复 数个发光单元104中的发光二极管串联路径的最小操作电压。当控制单元112选择某路径不亮(开路)，复数个发光单元104的发光二极管串 联路径并未导通，因而没有电压降，检测单元110将侦测到高电压并忽略此信号，升压单元 102继续维持固定电压输出。若为正常模式，检测单元110会侦测发光二极管路径的最小 操作电压，并将信号提供至升压单元102，则信号产生器103会调整功率晶体管Q1的导通
6时间，使升压单元102输出最小的操作电压。最小电压检测是为了使发光模块100达到最 佳的效率。例如，若复数个发光单元104的复数个发光二极管路径的最小操作电压为16伏 特，而升压单元102提供的电压为18伏特，则此时可调整功率晶体管的导通时间，只需升压 到16伏特即可达到最高效率。控制单元112耦合至电流平衡电路108。透过控制传送至电流平衡电路108的PWM 及&端的信号，控制单元112可控制发光二极管路径的操作与亮度。请参照图2，为电流平衡电路108的较佳具体的电路实施例示意图。电流平衡电路 108由电流平衡单元1081、参考电流源单元1082以及调光控制单元1083所构成。电流平 衡单元1081耦合至复数个发光单元104与最小电压和开回路检测单元110。复数个发光单 元104是由复数个发光二极管串联路径所组成。发光二极管串联路径的数目必须为偶数， 因为最小电压与开回路检测单元110是比较每两个串联路径的电压大小，最后筛选路径的 最小操作电压。参考电流源单元1082为一电流镜电路，连接至调光控制单元1083。参考电流源单 元1082的目的是用以提供稳定的电流供应，避免单一发光二极管串联路径的电流扰动影 响整体电流偏移。调光控制单元1083耦合于参考电流源单元1082与电流平衡单元1081 之间，控制电流平衡单元1081的操作。电流平衡电路108包括两个运算放大器(OPA) 0PA,及0PA2。运算放大器OP、是 用于产生稳定的参考电流源；运算放大器0PA2则是用于稳压控制的目的。利用参考电 流源单元1082的电流镜电路可简易且直接控制电流，但通道调变效应(channel length modulation effect)将会影响其电流镜效能，藉由电流平衡单元1081中的运算放大器0PA2 耦合电阻(Rfl_Rf8)与金氧半导体开关(MB1_MB8)所组成的路径可抑制电流镜所产生的通道 调变效应。升压单元102的输出电压受到内部温度与操作时间的影响，若使用常数电流控制 方式，复数个发光单元104的发光二极管亮度将可抑制升压单元102输出电压的直接影响。 电阻R6Xt是置放于驱动芯片外的电阻，只要透过调整VKEF1电压值或电阻R6Xt，即可 控制电流〗■。本发明的电流平衡电路108可提供一常数的电流，以达到较高电流平衡特性 并维持高且稳定的电流。于调光控制单元1083中，控制闸(ANDfAND8)的输入端PWM与■丨接收控制单元 112的控制信号，以作为调光(Dimming)与致能的控制，即控制上述发光二极管串联路径的 操作。传输闸(TG1-TG8)则用于控制由参考电流源的电流输出。当输入端^^信号为开启 时，将允许发光二极管串联路径导通，而当百^信号为关闭时，发光二极管则不需要发光， 与影响其它路径无关。输入端PWM则用以控制发光二极管的导通时间。因为每一个发光二极管路径LED及相对的电路皆为相同的配置，故重复的电路结 构及操作程序将不再赘述。发光二极管路径LEDi的操作请参照表一。
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表一当PWMi输入为低电压「0」(代表无控制信号输入输入为低电压「0」(代表 不允许信号通过传输闸TGD，与门ANDi输出为「0」，传输闸TA关闭(Off)，开关MB1导通，将 参考电流源单元1082产生的电流与电流平衡单元1081上的开关耐压释放，避免电流平衡 单元1081内的开关产生热而损耗。当PWMi*低电压「0」，^^为高电压「1」，则与门ANDi输出为「0」，无法触发传输 闸Th导通，开关MB1导通，将参考电流源单元1082产生的电流与电流平衡单元1081上的 开关耐压释放，避免电流平衡单元1081内的开关产生热而损耗。当PWMi为高电压「1」，函为低电压「0」，则与门ANDi输出为「0」，传输闸关 闭，开关MB1导通，将参考电流源单元1082产生的电流与电流平衡单元1081上的开关耐压 释放，避免电流平衡单元1081内的开关产生热而损耗。当PWMi为高电压「1」，丽！为高电压「1」，则与门ANDi输出为「1」，触发传输闸 导通，开关MB:关闭。预先设定的电流I:可提供至开关虬栅极，开关虬导通，因此路径LED: 导通而发光(ON)。可透过控制输入至PWM的控制信号，调整发光二极管路径的导通时间(发 光亮度)。最小电压与开回路检测单元110的具体电路图，请参照图3的实施例。为简化说 明，图3内的检测单元电路仅表示最基本的架构，只有两个发光二极管路径输入时的电路 架构。因为最小电压与开回路检测单元110是比较每两个串联路径的电压大小，来侦测发 光二极管路径的最小操作电压。最小电压与开回路检测单元110是由两个开回路检测电路、一个比较器与一个模 拟选择器(多任务器)Mux所组成。开回路检测电路是由2个反相器、1个传输闸、1个晶体 管开关所组成。晶体管开关可包括NM0S开关。输入&与Si分别耦合至个别地发光二极管 串联路径，以撷取电压信号。而6队与￡&的信号则是由控制单元112所提供。最小电压与 开回路检测单元110撷取发光二极管串联路径的电压信号，透过误差放大器106将其回馈 至升压单元102，升压单元102将视其电压信号调整输出电压以提供复数个发光单元104最 小操作电压，以减少额外功率损耗，提高背光模组效率。开回路检测电路可判断不正确的输入信号，若复数个发光单元104的发光二极管 串联路径发生烧毁或不动作模式，则开回路检测电路的输入S将会为「0」，在此逻辑电路架 构中，输入「0」值代表输入不正确的错误信号；而输入小于电源电压VDD且大于接地GND的 正确电压信号为「1」，如表二所示。 表二当&为错误信号「0」，传输闸不导通，晶体管开关导通，比较器comp+输入值为VDD。 当S1为错误信号，传输闸不导通，晶体管开关导通，则比较器comp-输入值为VDD，如此则比 较器输出C。ut无法得知。模拟选择器Mux的输出则为「1」代表开路(open)。当&为「0」，传输闸关闭，晶体管开关导通，比较器输入comp+为VDD值；当为 「1」，传输闸导通，晶体管开关关闭，比较器输入comp-为data值(检测电路所撷取的实际 电压信号值)，如此比较器输出C。ut为「1」值，模拟选择器Mux选择输出Si电压信号。当SQ为「1」，传输闸导通，晶体管开关关闭，比较器输入comp+为data值；当为 「0」，传输间关闭，晶体管开关导通，比较器输入comp-为VDD，如此比较器输出C。ut为「0」值， 模拟选择器Mux选择输出&信号。当SQ为「1」，传输闸导通，晶体管开关关闭，比较器输入comp+为data值；当为 「1」，传输闸导通，晶体管开关关闭，比较器输入comp-为data值，如此比较器输出C。ut为 rminj值，意指模拟选择器Mux选择输出&与Si中两者较低的电压信号值，以实现最小电 压检测目的。参照图4的分析结果，若电压变动值小于0. 2V，电流的变动值约为0. 01%。若电 压变动值超过1. IV时，则变动值约为0. 1%。上述验证本发明能提供稳定的电流供应，不受 升压电路电压的直接影响，有效提高发光二极管驱动电流与亮度的可靠度。本发明的电流平衡电路能有效降低升压电路与发光二极管本身特性对电流所造 成的影响因素，使驱动发光二极管的电流串联路径的电流维持常数关系，以提高背光源驱 动电流与亮度的可靠度，并得到每颗发光二极管所期望的发光亮度。若单一个发光二极管 串联路径发生毁损，本发明的电路将会忽略错误信号，让整个背光模组系统可继续正常运 作，经实验结果证明两发光二极管串联路径间的电流误差量小于0. 1 %。
科0/0) A = 1(T3 ； IR = 1(T3 ；R = 0. 5K本发明可侦测发光二极管串联路径最小操作电压值，并调整输出电压以提供复数 个发光单元最小操作电压，以减少额外功率损耗，提高背光模组效率。再者，本发明的电流平衡电路设计较先前技术电路结构简单(仅使用两个运算放 大器)，减少了功率消耗、芯片的面积，使用的组件亦较少，因此可降低成本。另外，Rrat是 置放于芯片之外的电阻，将其置放于芯片外部将可减少发光二极管驱动电路芯片的接脚数目；另一优点是可使用者自行定义发光二极管的驱动电流，经由芯片外部调整其电流值，不 需要重新修改芯片内部电路。 本发明以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的专利权利范 围。其专利保护范围当视上述的权利要求范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域的技艺 者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成 的等效改变或设计，都应包含在上述的权利要求范围内。
权利要求
一种电流平衡电路，其特征在于，包含一参考电流源单元，以提供稳定的电流；一电流平衡单元，耦合至复数个发光单元，俾使该复数个发光单元间的电流维持稳定，不受该复数个发光单元的输入电压影响；以及一调光控制单元，耦合于该参考电流源单元与该电流平衡单元，控制该电流平衡单元的操作。
2.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，该复数个发光单元包含复数个发 光二极管串联路径组成。
3.如权利要求2所述的电流平衡电路，其特征在于，该发光二极管的串联路径的数目 为偶数。
4.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，该调光控制单元接收脉波宽度调 变信号，以调整该复数个发光单元的亮度。
5.一种具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，包含 复数个发光单元；一升压单元，耦合至该复数个发光单元，藉以转换输入电压并提供电压至该复数个发 光单元；一电流平衡单元，耦合至该复数个发光单元，其中该电流平衡电路调整该复数个发光 单元的电流维持稳定值，不受该升压电路的输出电压影响；一调光控制单元，耦合于该电流平衡单元，控制该电流平衡单元的操作； 一参考电流源单元，耦合至该调光控制单元，以提供稳定的电流； 一控制单元，耦合至该调光控制单元，传送脉波宽度调变信号，以控制该复数个发光单 元的操作；以及一检测单元，耦合至该复数个发光单元与该电流平衡单元，侦测该复数个发光单元的 最小操作电压。
6.如权利要求，5所述的具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，该复数个发光单 元包含复数个发光二极管串联路径组成。
7.如权利要求6所述的具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，该发光二极管串 联路径的数目为偶数。
8.如权利要求5所述的具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，该检测单元传送 回馈信号至该升压电路，藉以调整该升压电路的该输出电压为该最小操作电压。
9.如权利要求5所述的具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，该检测单元包括 最小电压与开回路检测单元，该最小电压与开回路检测单元可检测该复数个发光单元中的 发光二极管串联路径是否开路或是否工作于最小操作电压。
10.如权利要求5所述的具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，该检测单元包括一比较器；复数个开回路检测电路，个别地连接至该比较器的复数个输入端；以及 一模拟选择器，连接至该比较器的输出端，用以选择输入的信号。
11.如权利要求10所述的具有电流平衡电路的背光模组，其特征在于，该开回路检测电路包括一第一反相器与第二反相器，其中该第一反相器输出端连接至与第二反相器输入端； 一传输闸，连接于该第二反相器的输出端与该比较器的该输入端；以及 一半导体开关，连接于该传输闸与该比较器的该输入端。
全文摘要
本发明是关于一种电流平衡电路及具此电流平衡电路的背光模组。上述电流平衡电路包括电流平衡单元、控制单元以及检测单元。上述电流平衡电路耦合至复数个发光单元，藉以稳定此复数个发光单元的电流不受输入电压影响，检测单元耦合至上述复数个发光单元与电流平衡单元，以利于侦测复数个发光单元的最小操作电压，控制单元，耦合至电流平衡单元，以控制复数个发光单元的操作。
文档编号F21V23/00GK101854758SQ200910131779
公开日2010年10月6日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者刘家麟, 李菱, 莫启能, 邱佳麟, 陈科宏 申请人:华映视讯(吴江)有限公司;中华映管股份有限公司