专利名称：用于点亮led的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于点亮用作例如液晶显示器的背光的LED (发光二 极管)的装置。
背景技术：
例如，在日本待审专利申请公开No. 2003-332624中披露了一种用于点 亮LED的装置的示例。该现有技术使用无论串联连接的灯组的个数而都可 被设定为始终低于电源电压的电压，来点亮串联连接的LED灯组，从而实 现了低耐受电压IC的使用并且降低了电能损耗。
图1说明了根据上述现有技术的装置。该装置包括响应时分信号SI 至S3来接通/断开的驱动器12至14。驱动器12至14的第一端连接到与 LED21至26相连的端子P23至P25。驱动器12至14与当驱动器12至14 断开时流过电流的旁路单元15至17并联连接，其中流经旁路单元15至 17的电流处在不会点亮LED21至26的级别。选择器18选择驱动器12至 14的漏极-源极电压的其中之一，或是流经LED 21至26之间连线的电流 的其中之一。
在点亮LED21至26的周期内，驱动器12至14使得必要的电流流过 LED 21至26，并且在断开LED 21至26的周期内，驱动器12至14停止 电流，并且旁路单元15至17流过微小的电流，从而防止来自转换器27的 车lr出电压逸匕变(jumping )。
发明内容
近年来，对于薄型(low-profile)背光的需求曰益增长。为了满足这样 的需求，用于点亮作为背光的LED的装置通常使用薄片部件(chippart)。 通常在液晶面板的背面上设置用于点亮LED的装置，因此使用薄型片状陶 瓷电容。电解电容或薄膜电容也可以提供与薄片陶瓷电容相同的电特性。
4然而，电解电容增大板厚度并且薄膜电容会加大成本，因此优选地使 用薄片陶瓷电容。
在图1所示的现有技术中可使用薄片陶瓷电容作为转换器27中的电容 C27。如图2 (a)所示提供了时分信号Sl至S3用于接通/断开驱动器12 至14并且执行使得电流如图2(b)所示流过并且停止流过LED 21至26 的PWM (脉宽调制)调光(dimming)操作。
此时，转换器27的输出电压会波动(降低)，并且当LED21至26接 通时，转换器27使得电压如图2(c)所示那样降落。可通过快速地充电 电容C27来补偿该电压降。然而，这会导致电容C27产生噪声。
通过LED 21至26的IF-VF特性确定在LED 21至26的断开周期，即 驱动器12至14的断开周期内转换器27的输出电压。如果偏压电流很小， 则在PWM调光操作的断开周期内的转换器27的输出电压会低于在其接通 周期内的转换器27的输出电压，因此PWM调光操作会使得转换器27的 输出电压发生波动。结果，电容C27产生噪声。
如果图1所示的装置不具有旁路单元15至17,则由于无负载条件而 导致在LED21至26的断开期间，即驱动器12至14的断开期间内的转换 器27的输出电压出现如图3 (c)所示发生跳变。上述PWM调光操作的断 开期间内转换器27的高电压输出会增大损坏装置的危险。
本发明提供了一种用于点亮LED的装置，该装置在PWM调光操作中 不产生噪声，并且该装置还是薄型的并且可以低成本^^皮制造。
根据本发明的第一方面，用于点亮LED的装置包括具有LED的LED 组负载；转换器，用于生成施加到所述LED组负载的电压；电流控制器， 用于控制流经所述LED组负载的电流；电压控制器，用于控制由所述转换 器提供的输出电压；时分电路，用于向所述LED组负载间隔地提供电流； 以及选择器。在所述时分电路使得电流流经所述LED组负载的周期内，所 述选择器选择所述电流控制器以控制流经所述LED组负载的电流，从而控 制由所述转换器提供的输出电压；并且在所述时分电路不使电流流经所述 LED组负载的周期内，所述选择器选择所述电压控制器以控制由所述转换
5器提供的输出电压。
根据本发明的第二方面，所述电流控制器根据流经所述LED组负载的 电流来生成电流反馈信号并且所述电压控制器根据所述转换器的输出电压 来生成电压反^t信号。在所述时分电路使得电流流经所述LED组负载的周 期内，所述选择器选择所述电流反馈信号以PWM控制由所述转换器提供 的输出电压；并且在所述时分电路不使电流流经所述LED组负载的周期 内，所述选择器选择所述电压反馈信号以PWM控制由所迷转换器提供的 输出电压。
图1是说明根据现有技术的用于点亮LED的装置的框图； 图2是说明图1所示的装置的操作的时序图3是说明根据另一现有技术的用于点亮LED的装置的操作的时序
图4是说明根据本发明实施例的用于点亮LED的装置的框图；以及 图5是说明图4所示的装置的操作的时序图。
具体实施例方式
下面将会i兌明根据本发明实施例的用于点亮LED的装置。
图4是说明才艮据实施例的装置的框图。该装置包括LED组负载1、转 换器2、控制器3、以及用于设定栅极电压的电阻R1。
LED组负载1包括形成背光1的多个LED 7。 LED 7被分割成LED组， 每个LED组都具有多个串联连接的LED。 LED组彼此之间都并联连接。 在图4中，存在彼此之间并联连接的三个LED组。并联连接的LED组的 个数是可选的。在转换器2的输出端与控制器3中设置的下沉式驱动器 (sink driver)之间连接有LED组负载1 。
例如，转换器2是升压斩波器(boost ch叩per)并且包括步进电抗器 (step-up reactor) L1 、 MOSFET制成的开关元件Q1 、 二极管D1 、以及电 容C1。响应控制器3的PWM控制信号，开关元件Ql接通/断开以提供输 出电压。转换器2的输出电压施加到LED组负载1的阳极上。控制器3包括时分电路31、延迟电路32、单触发电路(one-shot circuit) 33、选择器34、栅极电压设定器35、电压控制器36、下沉式驱动器37、 电流控制器38、 PWM控制比较器41、以及锯齿波信号生成器43。
时分电路31生成^J姿照由外部DC PWM调光信号确定的占空比接通/ 断开的时分信号。时分电路31包括三角波信号生成器71和PWM调光比 较器72。三角波信号生成器71生成三角波信号并且将该信号发送到PWM 调光比较器72。 PWM调光比较器72具有用于接收外部PWM调光信号的 正相输入端(由"+ "表示)和用于从三角波信号生成器71接收三角波信 号的反相输入端(由"-"表示)。比较器72对所接收到的信号相互比较 并且提供三角波时分信号。时分信号被发送到延迟电路32、单触发电路33、 选择器34、以及栅极电压设定器35,以接通/断开从栅极电压设定器35向 下沉式驱动器37提供的栅极信号。
延迟电路32使得来自时分电路31的时分信号延迟预定时间并且将该 延迟后的时分信号提供给电压控制器36。
单触发电路33响应来自时分电路31的时分信号的上升沿生成具有预 定宽度的脉冲信号。该脉冲信号被作为释放信号发送到电压控制器36。
栅极电压设定器35根据来自时分电路31的时分信号和由用于设定栅 极电压的电阻Rl设定的电压来生成栅极信号。该栅极信号被发送给下沉 式驱动器37。
例如，下沉式驱动器37包括多个MOSFET。MOSFET的个数等于LED 线路的个数，即串联连接的LED组的个数。MOSFET的栅极与栅极电压设 定器35相连，MOSFET的漏极与LED组负载1的阴极相连，并且MOSFET 的源极接地。
在时分信号的接通周期内，下沉式驱动器37中的MOSFET响应来自 栅极电压设定器35的栅极信号而接通以使对应于栅极信号的电流流过 LED组负载1并且点亮LED。在时分信号的断开周期内，下沉式驱动器37 中的MOSFET响应来自栅极电压设定器35的栅极信号而断开以使流经 LED组负载1的电流停止并且关闭LED。
7以上述方式，根据占空比来调节LED组负载1的亮度，也就是说根据 时分电^各31的4矣通/断开比率或外部DC PWM调光信号来调节LED组负 载1的亮度。
由于LED具有不同的VF特性并且下沉式驱动器37的MOSFET显示 出厄利效应(Early effect),因此时分信号的接通周期内流经LED组负载1 的三条线路的电流或是LED组负载1的三条线路上的电压彼此之间并不完 全相同。
电流控制器38检测流经LED组负载1和下沉式驱动器37的三条线路 上的每个电流，并且生成代表三条线路的电流的电流;险测信号。电流选择 器61接收三个电流检测信号，选择这些信号中的一个，并且将所选择的信 号发送到误差放大器63。
电流选择器61可选择三个电流检测信号中的最大的一个或最小的一个。
生成对应于漏电压的间接电流检测信号，并且选择上述间接电路检测信号 中的一个。
误差放大器63具有用于4妻收电流选择器61的电压的反相输入端(由 "-，，表示)和用于接收参考电压的正相端(由"+ ，，表示)。误差放大器 63放大所接收的电压之间的误差并且将放大后的电压作为电流反馈信号发 送给选择器34。
通过电阻R2和R3来分压转换器2的输出电压并且将分压后的电压提 供给电压控制器36。电压控制器36还接收来自延迟电路32的延迟后的时 分信号和来自单触发电路33的释放信号。根据上述信号，电压控制器36 生成电压反馈信号并且将其发送到选择器34。下面将会说明电压控制器36 的细节。
根据来自时分电路31的时分信号，选择器34选择来自电流控制器38 的电流反馈信号和来自电压控制器36的电压反馈信号中的一个，并且将所 选择的信号发送到PWM控制比较器41。锯齿波信号生成器43生成锯齿波信号并且将其发送到PWM控制比较 器41。 PWM控制比较器41比较来自选择器34的电流反馈信号或电压反 馈信号与来自锯齿波信号生成器43的锯齿波信号，生成矩形波PWM控制 信号，并且将PWM控制信号发送到转换器2的开关元件Ql的栅极。
下面将会详细地说明电压控制器36。电压控制器36包括单触发电路 51、电压保持电路52、以及电压控制放大器55。
单触发电路51响应来自延迟电路32的延迟后的时分信号的上升沿而 生成具有预定宽度的脉冲信号，并且将脉冲信号作为保持信号发送到电压 保持电路52。
当电流流经LED组负载1时，电压保持电路52起到保持来自转换器 2的电压的功能。响应来自单触发电路51的保持信号，电压保持电路52 保持转换器2的输出电压，并且响应来自单触发电路33的释放信号而停止 保持输出电压。由电压保持电路52保持的电压被发送到电压控制放大器 55。
电压控制放大器55具有用于接收来自电压保持电路52的电压的正相 输入端(由"+ ，，表示)和用于接收来自转换器2的电压的反相输入端(由 " - "表示)。电压控制放大器55放大所接收的电压之间的差值并且将放 大后的差值作为电压反馈信号发送到选择器34。
下面参考图5所示的时序图来说明根据实施例的用于点亮LED的装置 的操作。
当接收到外部PWM调光信号时，时分电路31生成根据PWM调光信 号的幅值(电压级别)而接通/断开的如图5 (a)所示的时分信号，并且将 该时分信号发送到延迟电路32、单触发电路33、选择器34、以及栅极电 压设定器35。
栅极电压设定器35根据时分信号和用于设定栅极电压的电阻Rl生成 的电压来生成栅极信号，并且将该栅极信号发送到下沉式驱动器37。根据 栅极信号，下沉式驱动器37中的MOSFET接通/断开，以使如图5 (c)所 示的LED电流从LED组负载1流到下沉式驱动器37。电流控制器38中的电流选择器61检测流经LED组负载1和下沉式驱 动器37的电流，并且误差;^大器63生成在没有LED电流流过的周期内为 高电平的如图5(d)所示的电流反馈信号。电流反馈信号被发送到选择器 34。
延迟电路32将来自时分电路31的时分信号延迟预定时间，以向电压 控制器36提供如图5 (b)所示的延迟后的时分信号。
单触发电路33响应来自时分电路31的时分信号的上升沿来生成如图 5 (e)所示的释放信号。该释放信号具有预定脉沖宽度并且被发送到电压 控制器36。
在电压控制器36中，单触发电路51响应来自延迟电路32的延迟后的 时分信号的上升沿来生成如图5 (f)所示的保持信号。该保持信号具有预 定脉冲宽度并且^皮发送到电压保持电路52。
保持电路52响应来自单触发电路51的保持信号来保持转换器2的输 出电压，并且将该保持输出电压发送到电压控制放大器55。
电压控制放大器55具有用于接收来自电压保持电路52的电压的正相 输入端(由"+ ，，表示)和用于接收来自转换器2的电压的反相输入端(由 "-"表示)。电压控制^1大器55放大所接收的电压之间的差值，以生成 在没有LED电流流过的周期内为低电平的如图5 (g)所示的电压反馈信 号。电压反馈信号被发送到选择器34。
在图5所示的周期"A"的期间内，即在来自时分电路31的时分信号 为高并且电流流经LED组负载1的期间内，选择器34选择来自电流控制 器38的周期"A"的电流反馈信号，并且将所选择的信号发送到PWM控 制比较器41。
在图5所示的周期"B"的期间内，即在来自时分电路31的时分信号 为低并且没有电流流经LED组负载1的期间内，选择器34选择在电流流 经LED组负载1的周期内由转换器2的输出电压生成的周期"A"的电压 反馈信号。所选择的信号被发送到PWM控制比较器41。
结果，向转换器2的开关元件Ql发送无论是否有电流流经LED组负载1都始终处在给定级别的PWM控制信号，以使转换器2的输出电压维 持在如图5(h)所示的恒值。
根据上述实施例的用于点亮LED的装置，即使在执行PWM调光操作 时仍可使转换器2的输出电压维持恒定。因此，转换器2可使用薄片陶瓷 电容作为电容Cl而不会产生噪声。薄片陶瓷电容的使用可降低装置的高 度和成本。
根据上述实施例，选择器34根据时分信号选择来自电流控制器38的 电流反馈信号和来自电压控制器36的电压反馈信号中的一个。相反地，选 择器34可以根据是否存在来自电流控制器38的电流反馈信号来选择电流 反馈信号和电压反馈信号中的一个。此配置提供了与上述实施例相比较相 同的效果。
上述实施例中的装置还可使用停止电路(shutdown circuit),如果有电 流流经下沉式驱动器37中任何线路，则该停止电路将停止到开关元件Ql 的信号。上述装置还可使用软启动器，该软启动器不考虑电压/电流反馈信 号都在从控制器3的启动开始的预定周期内从零逐渐加宽到开关元件Ql 的信号的接通宽度。
如上所述，根据实施例的用于点亮LED的装置使用电流控制器38来 控制流经LED组负载1的电流，以在电流流经LED组负载的周期内控制 由转换器2提供的输出电压。在没有电流流经LED组负载1的周期内，该 装置使用电压控制器36来控制由转换器2提供的输出电压，从而使得转换 器2的输出电压始终维持恒定。
上述配置允许在转换器2中使用薄片陶瓷电容而不会产生噪声。薄片 陶瓷电容的使用降低了用于点亮LED的装置的高度和成本。
本发明可应用在个人计算机和电视机的液晶显示器中的背光。
本申请根据35USC 119主张2008年9月1日提交的日本专利申请 No.2008-223373的优先权，其全部内容结合于此作为参考。虽然已经参考 本发明的特定实施例描述了本发明，本发明不局限于上述实施例。本领域
围由附带的权利要求确定。
权利要求
1.一种用于点亮LED的装置，包括具有LED的LED组负载；转换器，用于生成施加到所述LED组负载的电压；电流控制器，用于控制流经所述LED组负载的电流；电压控制器，用于控制由所述转换器提供的输出电压；时分电路，用于向所述LED组负载间歇地提供电流；以及选择器，用于在所述时分电路使得电流流经所述LED组负载的周期内，选择所述电流控制器以控制流经所述LED组负载的电流，从而控制由所述转换器提供的输出电压；并且在所述时分电路不使电流流经所述LED组负载的周期内，选择所述电压控制器以控制由所述转换器提供的输出电压。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述电流控制器根据流经所述LED组负载的电流来生成电流反馈信—，,所述电压控制器根据所述转换器的输出电压来生成电压反馈信号；以及所述选择器在所述时分电路使得电流流经所述LED组负载的周期内， 选择所述电流反馈信号以PWM控制由所述转换器提供的输出电压，并且 在所述时分电路不使电流流经所述LED组负栽的周期内，选择所述电压反 馈信号以PWM控制由所述转换器提供的输出电压。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述选择器根据所述时分电路生成的时分信号来选择所述电流反馈信 号和所述电压反馈信号中的一个。
4. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述选择器根据是否存在所述电流反馈信号来选择所述电流反馈信号和所述电压反馈信号中的一个。
5.根据权利要求2所述的装置，进一步包括误差放大器，用于放大在电流流经所述LED组负载的期间内由所述转 换器提供的并且被保持的输出电压与在没有电流流经所述LED组负载的 期间内由所述转换器^:供的输出电压之间的差值，并且对于没有电流流经 所述LED组负载的周期提供放大后的差值作为电压反馈信号。
全文摘要
一种用于点亮LED的装置，包括具有LED的LED组负载，用于生成施加到LED组负载的电压的转换器，用于控制LED组负载的电流的电流控制器，用于控制由转换器提供的输出电压的电压控制器，用于向LED组负载间隔地提供电流的时分电路，以及选择器。在时分电路使得电流流经LED组负载的周期内，该选择器选择电流控制器以控制流经LED组负载的电流，从而控制由转换器提供的输出电压，并且在时分电路不使电流流经LED组负载的周期内，该选择器选择电压控制器以控制由转换器提供的输出电压。
文档编号H05B37/02GK101668371SQ20091016860
公开日2010年3月10日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年9月1日
发明者木村研吾 申请人:三垦电气株式会社