專利名稱：發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)及驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，特別是使用多相控制信號以控制發(fā)光二極管的一種發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鑒于發(fā)光二極管(LED)的諸多優(yōu)點，例如體積小、反應時間短、消耗功率低、可靠度高、大量生產(chǎn)可行性高，因此發(fā)光二極管普遍使用于電子裝置中作為光源使用。例如，以發(fā)光二極管作為液晶顯示器(LCD)的背光源，以取代傳統(tǒng)的螢光燈管。圖IA的示意圖顯示傳統(tǒng)發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其主要包含多個發(fā)光二極管串 (LED string) 10、最小電壓選擇器12、升壓(boost)控制器14及升壓功率級(boost power stage)電路 16。對于圖IA所示的傳統(tǒng)發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，即使各發(fā)光二極管串10使用相同的電壓源及相同數(shù)目的發(fā)光二極管100，然而，由于各發(fā)光二極管100之間無法完全匹配，因而使得各輸入墊(input pad) 11的電壓不相同。為了減少發(fā)光二極管串10的功率消耗，因此以最小電壓選擇器12選出最小電壓，再以升壓控制器14及升壓功率級電路16來控制電壓源Vdc，使得輸入墊11的電壓能夠穩(wěn)定于最小電壓。圖IA所示的傳統(tǒng)發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，還以調(diào)光信號PWM來控制各電流源Is的開與關(guān)。該調(diào)光信號PWM也同時控制升壓控制器14的開啟與關(guān)閉。此外，當升壓控制器14 關(guān)閉時，升壓功率級電路16也需一起關(guān)閉，否則，所輸出的電壓源Vdc的波形會產(chǎn)生尖凸的溢出(overshoot)現(xiàn)象。圖IB顯示圖IA的調(diào)光信號PWM及電壓源Vdc的波形圖。由圖式可得知，即使電壓源Vdc未產(chǎn)生有溢出(overshoot)現(xiàn)象，但是，電壓源Vdc于調(diào)光信號PWM處于低電位(或關(guān)閉)狀態(tài)時，會因為系統(tǒng)當中的電容及電阻而產(chǎn)生下降的不穩(wěn)定暫態(tài)(transient)現(xiàn)象，其仍將造成升壓功率級電路16的不穩(wěn)定負載電流。同時，也使得發(fā)光二極管串10的通過電流及輸入墊11的電壓無法穩(wěn)定。因此，亟需提出一種新穎的調(diào)光機制，用以穩(wěn)定發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明實施例揭示一種發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，除了能夠減少功率消耗夕卜，還能穩(wěn)定功率級電路的負載電流、發(fā)光二極管串的通過電流及輸入墊的電壓。根據(jù)本發(fā)明實施例，發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)包含多個電流源及多相控制信號產(chǎn)生器。多個電流源分別連接多個發(fā)光二極管串。多相控制信號產(chǎn)生器產(chǎn)生多個個多相控制信號，用以分別控制多個電流源的開啟或關(guān)閉，以使對應的多個發(fā)光二極管串導通或關(guān)閉。


圖IA的示意圖顯示傳統(tǒng)發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)。
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圖IB顯示了圖IA的調(diào)光信號及電壓源的波形圖。圖2的示意圖顯示本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)。圖3例示本發(fā)明實施例的多相控制信號。圖4顯示了圖2的電壓選擇電路的詳細電路圖。圖5顯示了圖2的升壓控制器的詳細電路圖。圖6顯示了圖2的功率級電路的詳細電路圖。主要元件符號說明2 集成電路10 發(fā)光二極管串100 發(fā)光二極管11 輸入墊12 最小電壓選擇器14 升壓控制器16 升壓功率級電路20 多相控制信號產(chǎn)生器22 電壓選擇電路23 參考電壓產(chǎn)生電路24 升壓控制器240 第一比較器242 第二比較器26 功率級電路Vdc 電壓源Is 電流源I 電流源IO/11/In 電流源P麗調(diào)光信號PWMO/PWMl/PWMn 多相控制信號MO/Ml/Mn 第一晶體管Ma 參考晶體管Ε0/Ε1/Εη 第二晶體管Sff 切換晶體管STRO/STRl/STRn 輸入墊電壓pO/pl/pn 輸入墊Vfb 反饋電壓Veef 參考電壓Vdev驅(qū)動信號Ve 預設電壓G 柵極S 源極
D 漏極L 電感C 電容
具體實施例方式圖2的示意圖顯示本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，用以驅(qū)動多個發(fā)光二極管串(LED string) 10，可適用于液晶顯示器的背光模塊，但不以此為限。在本實施例中，發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)主要包含多個電流源Ι0、Ι1···Ιη及多相(multi-phase)控制信號產(chǎn)生器 20。多個電流源I0、I1··· In分別連接多個發(fā)光二極管串10。每一發(fā)光二極管串10包含串聯(lián)的多個個發(fā)光二極管100，發(fā)光二極管串10最外端發(fā)光二極管100的陽極連接至電壓源 VDC，而發(fā)光二極管串10最外端發(fā)光二極管100的陰極則連接至集成電路2的輸入墊(pad) ρ0、ρ1..·ρη。本實施例的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)還包含電壓選擇電路22、升壓控制器24及功率級(power stage)電路26。其中，多個電流源I0、I1··· In、多相控制信號產(chǎn)生器20、電壓選擇電路22及升壓控制器24可整合制作于集成電路2內(nèi)，而功率級電路26則位于集成電路 2外。然而，上述發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)的各組成方塊是否制作于同一集成電路內(nèi)，可視各種應用場合而定。多相控制信號產(chǎn)生器20產(chǎn)生多個個多相控制信號PWMKPWMPhPWMii,用以分別控制多個電流源10、Il…In的開啟或關(guān)閉，以使對應的發(fā)光二極管串10導通或關(guān)閉。在本實施例中，多相控制信號PWMO、PWMb-PWMn彼此之間的相位互異。圖3例示多相控制信號 PWMKPWMl-PWMn，其具有至少部分相異的相位。于圖3中，雖然相鄰的多相控制信號的一部分于開啟時彼此間有部分狀態(tài)重疊，但不限定為此。此外，高電位狀態(tài)出現(xiàn)的順序也不限定如圖3所示。藉由多相控制信號PWMO、PWMl-PWMn,使得各電流源I0、I1··· In的開、關(guān)時間可以錯開，因而讓功率級電路26的負載電流得以穩(wěn)定，且可穩(wěn)定通過發(fā)光二極管串10的電流及輸入墊ρ0、ρ1···ρη的電壓。電壓選擇電路22連接并接收多個發(fā)光二極管串10與多個電流源Ι0、Ι1···Ιη之間的多個電壓，例如輸入墊Ρ0、ρ1···ρη電壓，并選擇其中的一作為選定電壓，以輸出對應的反饋電壓Vfb，藉由負反饋原理并配合升壓控制器24及功率級電路26以調(diào)節(jié)(regulate)電壓源VDe或輸入墊ρ0、ρΡ··ρη的電壓。圖4顯示本發(fā)明實施例的電壓選擇電路22的詳細電路圖。在本實施例中，電壓選擇電路22包含彼此并聯(lián)的多個晶體管開關(guān)組。每一晶體管開關(guān)組包含第一晶體管Μ0/Μ1…/Mn及第二晶體管Ε0/Ε1…/En。第一晶體管Μ0/Μ1…/Mn 接收輸入墊Ρ0、ρΡ··ρη電壓的其中之一，其中反饋電壓Vfb約略等于第一晶體管Μ0/Μ1···/ Mn的一導通電壓與選定電壓之和。以圖4所示為例，第一晶體管Μ0/Μ1···/Μη為P型金屬氧化半導體(PMOS)晶體管，其柵極G分別接收多個輸入墊ρ0、ρ1···ρη的電壓STR0、STR1··· STRn。所有PMOS晶體管Μ0、Μ1···Μη的源極S連接在一起，以輸出反饋電壓。每一第二晶體管(Ε0/Ε1…/En)串聯(lián)于對應的每一第一晶體管(Μ0/Μ1···/Μη)，且每一個第二晶體管EO/ El···/En可接收一致能信號而導通。舉例而言，此致能信號可為一固定電壓。在另一實施例中，每一個第二晶體管Ε0/Ε1··· /En可接收每一多相控制信號P麗0/Ρ麗1··· /PWMn而導通或關(guān)閉。以圖4所示為例，第二晶體管Ε0/Ε1···/Εη為N型金屬氧化半導體(NMOS)晶體管EO、El···En，其柵極G接收并受控于多相控制信號PWMO、PWMl···PWMn。圖4還顯示了參考電壓產(chǎn)生電路23，其用以產(chǎn)生參考電壓Vkef至升壓控制器24。 在本實施例中，參考電壓產(chǎn)生電路23包含一 P型金屬氧化半導體(PMOS)參考晶體管Ma，其源極S連接至電流源I并提供所產(chǎn)生的參考電壓Vkef，其柵極G接收一預設電壓\，其代表輸入墊ρΟ、ρΡ··ρη所欲達到的穩(wěn)定電壓。上述選定電壓與反饋電壓Vfb的值可以不同，也可以是相同的；上述預設電壓\與參考電壓Vkef的值可以不同，也可以是相同的。于操作圖4所示的電路時，接收有選定電壓的PMOS選擇晶體管MO/Ml/Mn會導通， 而其他則會關(guān)閉。此時，其源極S的電壓(亦即，Vfb)等于選定電壓與源極-柵極電壓Vsg 之和。此外，PMOS參考晶體管Ma的源極S的電壓(亦即，Vkef)等于預設電壓Vk和源極-柵極電壓Vsg之和。由于Vfb和Vkef均含有Vsg成分，因此當Vfb和Vkef被饋至升壓控制器24以進行比較時，該Vsg成分即可消去因而讓輸入墊ρ0、ρ1···ρη的選定電壓穩(wěn)定于預設電壓\。圖5顯示本發(fā)明實施例的升壓控制器24的詳細電路圖。升壓控制器24根據(jù)參考電壓Vkef與反饋電壓Vfb以產(chǎn)生驅(qū)動信號VDKV。本實施例的升壓控制器24包含第一比較器 240，其接收并比較參考電壓Vkef與反饋電壓VFB。第一比較器240的輸出藉由第二比較器 242而與鋸齒波作比較，以輸出產(chǎn)生方波波形的驅(qū)動信號Vdkv，其工作周期(duty cycle)和參考電壓Vkef、反饋電壓Vfb兩者之差值成比例。功率級電路26受控于驅(qū)動信號Vdkv，藉由該工作周期的調(diào)整，使得輸出的電壓源 Vdc也跟著作調(diào)整，因而讓輸入墊ρ0、ρ1···ρη當中的選定電壓能夠穩(wěn)定于預設電壓VK。相較于傳統(tǒng)發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)(例如圖IA所示)，本實施例的功率級電路26 —直處于開啟狀態(tài)，而非如傳統(tǒng)升壓功率級電路16(圖1A)不斷地開啟與關(guān)閉。圖6顯示本發(fā)明實施例的功率級電路26的詳細電路圖。在本實施例中，作為升壓 (boost)功率級電路，但不以此為限。本實施例的功率級電路26為一種切換式電源供應器 (switching power supply)，其主要包含一 N型金屬氧化半導體(NMOS)切換晶體管SW，以及由電感L及/或電容C所組成的儲能電路。NMOS切換晶體管SW受控于驅(qū)動信號Vdkv以進行電源的切換。根據(jù)上述實施例，藉由多相控制信號產(chǎn)生器20的多相調(diào)光機制，使得功率級電路 26的負載電流遠較傳統(tǒng)發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)來得穩(wěn)定。同時，也使得發(fā)光二極管串10的通過電流及輸入墊Ρ0、ρ1···ρη的電壓可達到穩(wěn)定。此外，藉由電壓選擇電路22和升壓控制器 24的負反饋機制，使得輸入墊p0、pi··· ρη當中的選定電壓能夠穩(wěn)定于預設電壓\。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍； 凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，供驅(qū)動多個發(fā)光二極管串，該驅(qū)動系統(tǒng)包含多個電流源，分別連接該多個發(fā)光二極管串；及一多相控制信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生多個多相控制信號，用以分別控制該多個電流源的開啟或關(guān)閉，以使對應的該多個發(fā)光二極管串導通或關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，上述的多個多相控制信號的一部分于開啟時彼此間有部分狀態(tài)重疊。
3.如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，還包含一電壓選擇電路，其連接并接收該多個發(fā)光二極管串與該多個電流源之間的多個電壓，并選擇其中之一作為一選定電壓以輸出對應的一反饋電壓。
4.如權(quán)利要求3所述發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，上述的電壓選擇電路包含多個晶體管開關(guān)組彼此并聯(lián)，每一晶體管開關(guān)組包括第一晶體管，接收這些電壓其一，其中該反饋電壓約略等于該第一晶體管的一導通電壓與該選定電壓之和。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，每一這些晶體管開關(guān)組還包括一第二晶體管，串聯(lián)于該第一晶體管，每一該第二晶體管系接收一致能信號而導通。
6.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，每一這些晶體管開關(guān)組還包括一第二晶體管，串聯(lián)于該第一晶體管，每一該第二晶體管系接收每一這些多相控制信號而導通或關(guān)閉。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該第一晶體管為一P型金屬氧化半導體晶體管，其柵極分別接收這些電壓，且該多個P型金屬氧化半導體晶體管的多個源極連接在一起，以輸出該反饋電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，上述第二晶體管為一N型金屬氧化半導體晶體管，每一這些N型金屬氧化半導體晶體管的柵極接收并受控于該多相控制信號。
9.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其征在于，還包含一參考電壓產(chǎn)生電路， 用以產(chǎn)生一參考電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，上述的參考電壓產(chǎn)生電路包含一 P型金屬氧化半導體參考晶體管，其源極提供所產(chǎn)生的參考電壓，其柵極接收一預設電壓。
11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，還包含一升壓控制器，其根據(jù)該參考電壓與該反饋電壓以產(chǎn)生一驅(qū)動信號，其工作周期和該參考電壓、該反饋電壓兩者之差值成比例。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，上述的升壓控制器包含一第一比較器，其接收并比較該參考電壓與該反饋電壓；及一第二比較器，其比較該第一比較器的輸出與一鋸齒波，以輸出產(chǎn)生該驅(qū)動信號。
13.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，還包含一功率級電路，其包含一切換式電源供應器，其切換受控于該驅(qū)動信號。
14.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該多個多相控制信號具有至少部分相異的相位。
15.一種發(fā)光二極管驅(qū)動方法，用于驅(qū)動多個發(fā)光二極管串，包含 產(chǎn)生多個個多相控制信號；以及根據(jù)該多個個多相控制信號分別激發(fā)該多個發(fā)光二極管串。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，使一部分的這些發(fā)光二極管串同時處于開啟狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包含 接收這些發(fā)光二極管串的多個電壓；選擇這些電壓其一；以及根據(jù)被選擇的該電壓輸出一反饋電壓。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，選擇這些電壓其一包含提供一晶體管，具有一導通電壓，約略等于該反饋電壓與被選擇的該電壓的差值。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，選擇這些電壓其一還包含串聯(lián)另一晶體管于該晶體管，該另一晶體管接收這些多相控制信號其一而導通或關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)，供驅(qū)動多個發(fā)光二極管串。多個電流源分別連接多個發(fā)光二極管串。多相控制信號產(chǎn)生器產(chǎn)生多個多相控制信號，用以分別控制多個電流源的開啟或關(guān)閉，以使對應的多個發(fā)光二極管串導通或關(guān)閉。
文檔編號H05B37/02GK102469665SQ20101056463
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者林宋宜, 潘宣亦, 王弘毅 申請人:晨星半導體股份有限公司, 晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司