专利名称：发光二极管驱动系统及驱动方法
技术领域：
本发明有关一种发光二极管驱动系统，特别是使用多相控制信号以控制发光二极管的一种发光二极管驱动系统。
背景技术：
鉴于发光二极管(LED)的诸多优点，例如体积小、反应时间短、消耗功率低、可靠度高、大量生产可行性高，因此发光二极管普遍使用于电子装置中作为光源使用。例如，以发光二极管作为液晶显示器(LCD)的背光源，以取代传统的萤光灯管。图IA的示意图显示传统发光二极管驱动系统，其主要包含多个发光二极管串 (LED string) 10、最小电压选择器12、升压(boost)控制器14及升压功率级(boost power stage)电路 16。对于图IA所示的传统发光二极管驱动系统，即使各发光二极管串10使用相同的电压源及相同数目的发光二极管100，然而，由于各发光二极管100之间无法完全匹配，因而使得各输入垫(input pad) 11的电压不相同。为了减少发光二极管串10的功率消耗，因此以最小电压选择器12选出最小电压，再以升压控制器14及升压功率级电路16来控制电压源Vdc，使得输入垫11的电压能够稳定于最小电压。图IA所示的传统发光二极管驱动系统，还以调光信号PWM来控制各电流源Is的开与关。该调光信号PWM也同时控制升压控制器14的开启与关闭。此外，当升压控制器14 关闭时，升压功率级电路16也需一起关闭，否则，所输出的电压源Vdc的波形会产生尖凸的溢出(overshoot)现象。图IB显示图IA的调光信号PWM及电压源Vdc的波形图。由图式可得知，即使电压源Vdc未产生有溢出(overshoot)现象，但是，电压源Vdc于调光信号PWM处于低电位(或关闭)状态时，会因为系统当中的电容及电阻而产生下降的不稳定暂态(transient)现象，其仍将造成升压功率级电路16的不稳定负载电流。同时，也使得发光二极管串10的通过电流及输入垫11的电压无法稳定。因此，亟需提出一种新颖的调光机制，用以稳定发光二极管驱动系统的稳定。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例揭示一种发光二极管驱动系统，除了能够减少功率消耗夕卜，还能稳定功率级电路的负载电流、发光二极管串的通过电流及输入垫的电压。根据本发明实施例，发光二极管驱动系统包含多个电流源及多相控制信号产生器。多个电流源分别连接多个发光二极管串。多相控制信号产生器产生多个个多相控制信号，用以分别控制多个电流源的开启或关闭，以使对应的多个发光二极管串导通或关闭。
图IA的示意图显示传统发光二极管驱动系统。
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图IB显示了图IA的调光信号及电压源的波形图。图2的示意图显示本发明实施例的发光二极管驱动系统。图3例示本发明实施例的多相控制信号。图4显示了图2的电压选择电路的详细电路图。图5显示了图2的升压控制器的详细电路图。图6显示了图2的功率级电路的详细电路图。主要元件符号说明2 集成电路10 发光二极管串100 发光二极管11 输入垫12 最小电压选择器14 升压控制器16 升压功率级电路20 多相控制信号产生器22 电压选择电路23 参考电压产生电路24 升压控制器240 第一比较器242 第二比较器26 功率级电路Vdc 电压源Is 电流源I 电流源IO/11/In 电流源P丽调光信号PWMO/PWMl/PWMn 多相控制信号MO/Ml/Mn 第一晶体管Ma 参考晶体管Ε0/Ε1/Εη 第二晶体管Sff 切换晶体管STRO/STRl/STRn 输入垫电压pO/pl/pn 输入垫Vfb 反馈电压Veef 参考电压Vdev驱动信号Ve 预设电压G 栅极S 源极
D 漏极L 电感C 电容
具体实施例方式图2的示意图显示本发明实施例的发光二极管驱动系统，用以驱动多个发光二极管串(LED string) 10，可适用于液晶显示器的背光模块，但不以此为限。在本实施例中，发光二极管驱动系统主要包含多个电流源Ι0、Ι1···Ιη及多相(multi-phase)控制信号产生器 20。多个电流源I0、I1··· In分别连接多个发光二极管串10。每一发光二极管串10包含串联的多个个发光二极管100，发光二极管串10最外端发光二极管100的阳极连接至电压源 VDC，而发光二极管串10最外端发光二极管100的阴极则连接至集成电路2的输入垫(pad) ρ0、ρ1..·ρη。本实施例的发光二极管驱动系统还包含电压选择电路22、升压控制器24及功率级(power stage)电路26。其中，多个电流源I0、I1··· In、多相控制信号产生器20、电压选择电路22及升压控制器24可整合制作于集成电路2内，而功率级电路26则位于集成电路 2外。然而，上述发光二极管驱动系统的各组成方块是否制作于同一集成电路内，可视各种应用场合而定。多相控制信号产生器20产生多个个多相控制信号PWMKPWMPhPWMii,用以分别控制多个电流源10、Il…In的开启或关闭，以使对应的发光二极管串10导通或关闭。在本实施例中，多相控制信号PWMO、PWMb-PWMn彼此之间的相位互异。图3例示多相控制信号 PWMKPWMl-PWMn，其具有至少部分相异的相位。于图3中，虽然相邻的多相控制信号的一部分于开启时彼此间有部分状态重叠，但不限定为此。此外，高电位状态出现的顺序也不限定如图3所示。藉由多相控制信号PWMO、PWMl-PWMn,使得各电流源I0、I1··· In的开、关时间可以错开，因而让功率级电路26的负载电流得以稳定，且可稳定通过发光二极管串10的电流及输入垫ρ0、ρ1···ρη的电压。电压选择电路22连接并接收多个发光二极管串10与多个电流源Ι0、Ι1···Ιη之间的多个电压，例如输入垫Ρ0、ρ1···ρη电压，并选择其中的一作为选定电压，以输出对应的反馈电压Vfb，藉由负反馈原理并配合升压控制器24及功率级电路26以调节(regulate)电压源VDe或输入垫ρ0、ρΡ··ρη的电压。图4显示本发明实施例的电压选择电路22的详细电路图。在本实施例中，电压选择电路22包含彼此并联的多个晶体管开关组。每一晶体管开关组包含第一晶体管Μ0/Μ1…/Mn及第二晶体管Ε0/Ε1…/En。第一晶体管Μ0/Μ1…/Mn 接收输入垫Ρ0、ρΡ··ρη电压的其中之一，其中反馈电压Vfb约略等于第一晶体管Μ0/Μ1···/ Mn的一导通电压与选定电压之和。以图4所示为例，第一晶体管Μ0/Μ1···/Μη为P型金属氧化半导体(PMOS)晶体管，其栅极G分别接收多个输入垫ρ0、ρ1···ρη的电压STR0、STR1··· STRn。所有PMOS晶体管Μ0、Μ1···Μη的源极S连接在一起，以输出反馈电压。每一第二晶体管(Ε0/Ε1…/En)串联于对应的每一第一晶体管(Μ0/Μ1···/Μη)，且每一个第二晶体管EO/ El···/En可接收一致能信号而导通。举例而言，此致能信号可为一固定电压。在另一实施例中，每一个第二晶体管Ε0/Ε1··· /En可接收每一多相控制信号P丽0/Ρ丽1··· /PWMn而导通或关闭。以图4所示为例，第二晶体管Ε0/Ε1···/Εη为N型金属氧化半导体(NMOS)晶体管EO、El···En，其栅极G接收并受控于多相控制信号PWMO、PWMl···PWMn。图4还显示了参考电压产生电路23，其用以产生参考电压Vkef至升压控制器24。 在本实施例中，参考电压产生电路23包含一 P型金属氧化半导体(PMOS)参考晶体管Ma，其源极S连接至电流源I并提供所产生的参考电压Vkef，其栅极G接收一预设电压\，其代表输入垫ρΟ、ρΡ··ρη所欲达到的稳定电压。上述选定电压与反馈电压Vfb的值可以不同，也可以是相同的；上述预设电压\与参考电压Vkef的值可以不同，也可以是相同的。于操作图4所示的电路时，接收有选定电压的PMOS选择晶体管MO/Ml/Mn会导通， 而其他则会关闭。此时，其源极S的电压(亦即，Vfb)等于选定电压与源极-栅极电压Vsg 之和。此外，PMOS参考晶体管Ma的源极S的电压(亦即，Vkef)等于预设电压Vk和源极-栅极电压Vsg之和。由于Vfb和Vkef均含有Vsg成分，因此当Vfb和Vkef被馈至升压控制器24以进行比较时，该Vsg成分即可消去因而让输入垫ρ0、ρ1···ρη的选定电压稳定于预设电压\。图5显示本发明实施例的升压控制器24的详细电路图。升压控制器24根据参考电压Vkef与反馈电压Vfb以产生驱动信号VDKV。本实施例的升压控制器24包含第一比较器 240，其接收并比较参考电压Vkef与反馈电压VFB。第一比较器240的输出藉由第二比较器 242而与锯齿波作比较，以输出产生方波波形的驱动信号Vdkv，其工作周期(duty cycle)和参考电压Vkef、反馈电压Vfb两者之差值成比例。功率级电路26受控于驱动信号Vdkv，藉由该工作周期的调整，使得输出的电压源 Vdc也跟著作调整，因而让输入垫ρ0、ρ1···ρη当中的选定电压能够稳定于预设电压VK。相较于传统发光二极管驱动系统(例如图IA所示)，本实施例的功率级电路26 —直处于开启状态，而非如传统升压功率级电路16(图1A)不断地开启与关闭。图6显示本发明实施例的功率级电路26的详细电路图。在本实施例中，作为升压 (boost)功率级电路，但不以此为限。本实施例的功率级电路26为一种切换式电源供应器 (switching power supply)，其主要包含一 N型金属氧化半导体(NMOS)切换晶体管SW，以及由电感L及/或电容C所组成的储能电路。NMOS切换晶体管SW受控于驱动信号Vdkv以进行电源的切换。根据上述实施例，藉由多相控制信号产生器20的多相调光机制，使得功率级电路 26的负载电流远较传统发光二极管驱动系统来得稳定。同时，也使得发光二极管串10的通过电流及输入垫Ρ0、ρ1···ρη的电压可达到稳定。此外，藉由电压选择电路22和升压控制器 24的负反馈机制，使得输入垫p0、pi··· ρη当中的选定电压能够稳定于预设电压\。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围； 凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求限定的范围内。
权利要求
1.一种发光二极管驱动系统，供驱动多个发光二极管串，该驱动系统包含多个电流源，分别连接该多个发光二极管串；及一多相控制信号产生器，产生多个多相控制信号，用以分别控制该多个电流源的开启或关闭，以使对应的该多个发光二极管串导通或关闭。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，上述的多个多相控制信号的一部分于开启时彼此间有部分状态重叠。
3.如权利要求1所述发光二极管驱动系统，其特征在于，还包含一电压选择电路，其连接并接收该多个发光二极管串与该多个电流源之间的多个电压，并选择其中之一作为一选定电压以输出对应的一反馈电压。
4.如权利要求3所述发光二极管驱动系统，其特征在于，上述的电压选择电路包含多个晶体管开关组彼此并联，每一晶体管开关组包括第一晶体管，接收这些电压其一，其中该反馈电压约略等于该第一晶体管的一导通电压与该选定电压之和。
5.如权利要求4所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，每一这些晶体管开关组还包括一第二晶体管，串联于该第一晶体管，每一该第二晶体管系接收一致能信号而导通。
6.如权利要求4所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，每一这些晶体管开关组还包括一第二晶体管，串联于该第一晶体管，每一该第二晶体管系接收每一这些多相控制信号而导通或关闭。
7.如权利要求6所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，该第一晶体管为一P型金属氧化半导体晶体管，其栅极分别接收这些电压，且该多个P型金属氧化半导体晶体管的多个源极连接在一起，以输出该反馈电压。
8.如权利要求7所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，上述第二晶体管为一N型金属氧化半导体晶体管，每一这些N型金属氧化半导体晶体管的栅极接收并受控于该多相控制信号。
9.如权利要求3所述的发光二极管驱动系统，其征在于，还包含一参考电压产生电路， 用以产生一参考电压。
10.如权利要求9所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，上述的参考电压产生电路包含一 P型金属氧化半导体参考晶体管，其源极提供所产生的参考电压，其栅极接收一预设电压。
11.如权利要求9所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，还包含一升压控制器，其根据该参考电压与该反馈电压以产生一驱动信号，其工作周期和该参考电压、该反馈电压两者之差值成比例。
12.如权利要求11所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，上述的升压控制器包含一第一比较器，其接收并比较该参考电压与该反馈电压；及一第二比较器，其比较该第一比较器的输出与一锯齿波，以输出产生该驱动信号。
13.如权利要求11所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，还包含一功率级电路，其包含一切换式电源供应器，其切换受控于该驱动信号。
14.如权利要求1所述的发光二极管驱动系统，其特征在于，该多个多相控制信号具有至少部分相异的相位。
15.一种发光二极管驱动方法，用于驱动多个发光二极管串，包含 产生多个个多相控制信号；以及根据该多个个多相控制信号分别激发该多个发光二极管串。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，使一部分的这些发光二极管串同时处于开启状态。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包含 接收这些发光二极管串的多个电压；选择这些电压其一；以及根据被选择的该电压输出一反馈电压。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，选择这些电压其一包含提供一晶体管，具有一导通电压，约略等于该反馈电压与被选择的该电压的差值。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，选择这些电压其一还包含串联另一晶体管于该晶体管，该另一晶体管接收这些多相控制信号其一而导通或关闭。
全文摘要
本发明涉及一种发光二极管驱动系统，供驱动多个发光二极管串。多个电流源分别连接多个发光二极管串。多相控制信号产生器产生多个多相控制信号，用以分别控制多个电流源的开启或关闭，以使对应的多个发光二极管串导通或关闭。
文档编号H05B37/02GK102469665SQ20101056463
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者林宋宜, 潘宣亦, 王弘毅 申请人:晨星半导体股份有限公司, 晨星软件研发(深圳)有限公司