TW201218862A - LED driving system and driving method - Google Patents

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201218862 發明說明： 【發明所屬之技彳标領域】 [0001] [0002] Ο [0003] [0004] Ο 099136448 本發明係有關一種發光二極體驅動系統，特別是使用多 相控制信號以控制發光二極體的一種發光二極體驅動系 統。 [先前技術3 鑑於發光二極體（LED)的諸多優點，例如體積小、反應 時間短、消耗功率低、可靠度高、大量生產可行性高， 因此發光二極體普遍使用於電子裝置中作為光源使用。 例如，以發光二極體作為液晶顯示器（LCD)的背光源， 以取代傳統的螢光燈管。 第一A圖之示意圖顯示傳統發光二極體驅動系統，其主要 包含複數發光二極體串（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 〇 對於第一A圖所示的傳統發光二極體驅動系統，即使各發 光二極體串10使用相同的電壓源V--De及相同數目的發光 二極體100，然而，由於各發光二極體100之間無法完全 匹配，因而使得各輸入塾（input pad) 11的電壓不相 同。為了減少發光二極體串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VDe，使得輸入墊11的電壓能 夠穩定於最小電壓。 第一A圖所示的傳統發光二極體驅動系統，還以調光信號 PWM來控制各電流源“的開與關。該調光信號PWM也同時 表單編號Α0101 第3頁/共18頁 0992063725-0 [0005] 201218862 控制升壓控制器14的開啟與關閉。此外，當升壓控制器 14關閉時，升壓功率級電路16也需一起關閉，否則，所 輸出之電壓源VDe的波形會產生尖凸的溢出（overshoot )現象。 [0006] 第一B圖顯示第一 A圖之調光信號PWM及電壓源VDe的波形 圖。由圖式可得知，即使電壓源vDe未產生有溢出（ overshoot)現象，但是，電壓源V%於調光信號PWM處 於低電位（或關閉）狀態時，會因為系統當中的電容及 電阻而產生下降的不穩定暫態（transient)現象，其 仍將造成升壓功率級電路16的不穩定負載電流。同時， 也使得發光二極體串10的通過電流及輸入墊11的電壓無 法穩定。 [麵7] 因此，亟需提出一種新穎的調光機制，用以穩定發光二 極體驅動系統的穩定。 【發明内容】 [0008] 鑑於上述，本發明實施例揭露一種發光二極體驅動系統 ，除了能夠減少功率消耗外，還能穩定功率級電路的負 載電流、發光二極體串的通過電流及輸入墊的電壓。 [0009] 根據本發明實施例，發光二極體驅動系統包含複數電流 源及多相控制信號產生器。複數電流源分別連接複數發 光二極體串。多相控制信號產生器產生複數個多相控制 信號，用以分別控制複數電流源的開啟或關閉，以使對 應之複數發光二極體串導通或關閉。 【實施方式】 099136448 表單編號A0101 第4頁/共18頁 0992063725-0 201218862 [0010] 第二圖之示意圖顯示本發明實施例之發光二極體驅動系 統，用以驅動複數發光二極體串（LED string) 10，可 適用於液晶顯示器的背光模組，但不以此為限。在本實 施例中，發光二極體驅動系統主要包含複數電流源10、 ο [0011] 11…I η及多相（mu 11 i - phase )控制信號產生器20。複 數電流源10、II…In分別連接複數發光二極體串10。每 一發光二極體_1〇包含串聯之複數個發光二極體100，發 光二極體串10最外端發光二極體1〇〇的陽極連接至電壓源 vDe，而發光二極體串10最外端發光二極體100的陰極則 連接至積體電路2的輸入墊（pad) ρ0、ρ1···ρη。 ο [0012] 本實施例之發光二極體驅動系統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，複數電流源10、II··· In、多相控制信號產生器20、 電壓選擇電路22及升壓控制器24可整合製作於積體電路2 内，而功率級電路26則位於積體電路2外。然而，上述發 光二極體驅動系統的各組成方塊是否製作於同一積體電 路内，可視各種應用場合而定。 多相控制信號產生器20產生複數個多相控制信號PWM0、 PWM卜.PWMn，用以分別控制複數電流源10、I卜.In的開 啟或關閉，以使對應之發光二極體串10導通或關閉。在 本實施例中，多相控制信號PWM0 ' PWM1…PWMn彼此之間 的相位互異。第三圖例示多相控制信號PWM0、PWM1··· PWMn，其具有至少部分相異之相位。於第三圖中，雖然 相鄰之多相控制信號之一部分於開啟時彼此間有部分狀 態重疊，但不限定為此。此外，高電位狀態出現的順序 099136448 表單編號A0101 第5頁/共18頁 0992063725-0 201218862 也不限定如第三圖所示者。藉由多相控制信號pWM〇、 PWM1…pwMn ’使得各電流源Ι0、π…In的開、關時間可 以錯開’因而讓功率級電路26的負載電流得以穩定，且 可穩定通過發光二極體串10的電流及輸入墊p0、pi ...pn 的電壓。 [0013] 電壓選擇電路22連接並接收複數發光二極體串10與複數 電流源10、11…In之間的複數電壓，例如輸入墊p0、pi •••pn電壓，並選擇其中之一作為選定電壓，以輸出對應 之回授電壓VpB ’藉由負迴授原理並配合升壓控制器24及 功率級電路26以調節（regUiate)電壓源VDe或輸入墊 P〇、pi…pn的電壓。第四圖顯示本發明實施例之電壓選 擇電路22的詳細電路圖。在本實施例中，電壓選擇電路 22包含彼此並聯的複數電晶體開關組。每一電晶體開關 組包含第一電晶體M0/M1…/肘!!及第二電晶體E0/E1…/ En。第一電晶體Μ0/Μ1.../Μη接收輸入墊P〇、Pi…pn電 壓的其中之一，其中回授電壓Vm約略等於第一電晶體 M0/M1.../Μη之一導通電壓與選定電壓之和。以第四圖所 示為例，第一電晶體Μ0/1Π.../Μη係為Ρ型金屬氧化半導 體（PM0S)電晶體，其閘極G分別接收複數輸入墊Ρ〇、 ρ卜.pn的電壓STR0、STRl“.STRn °所有PM0S電晶體Μ0 、ΜΙ ".Μη的源極S連接在一起，以輸出回授電壓。每一第 二電晶體（Ε0/Ε1…/Εη)串聯於對應之每一第一電晶體 (Μ0/Μ1…/Μη)，且每一個第二電晶體Ε0/Ε1·”/Εη可接 收一致能訊號而導通。舉例而言，此致能訊號可為一固 定電壓。在另一實施例中，每一個第二電晶體Ε0/Ε1…/ 099136448 表單編號Α0101 第6頁/共18頁 0992063725-0 201218862 Εη可接收每一多相控制信號PWM0/PWM1 ."/PWiln而導通 或關閉。以第四圖所示為例，第二電晶體Ε〇/Ε1.../Εη 係為N型金屬氧化半導體（NM0S)電晶體E0、El...En， 其間極G接收並受控於多相控制信號PWM0、PWM1…PWMn [0014] Ο 第四圖還顯示了參考電壓產生電路23，其係用以產生參 考電壓Vref至升壓控制器24。在本實施例中，參考電壓 產生電路23包含一 P型金屬氧化半導體（pm〇S)參考電晶 體Ma，其源極s連接至電流源ϊ並提供所產生的參考電壓 VREF，其閘極G接收一預設電SVR，其代表輪入塾p〇、pi •••pn所欲達到.的穩定電壓。.上述選定電壓與回授電壓v v F Β 的值可以不同’也可以是相同的；上述預設電壓ν與參 考電壓VREF的值可以不同，也可以是相同的。 [0015] ❹

於操作第四圖所示之電路時，接收有選定電壓的pM〇s選 擇電晶體M0/M1/Μη會導通:，而.其他則..會.關閉。此時，其 源極s的電壓（亦即，vfb)等於選定電壓與源極、間極電 壓Vsg之和》此外，PM0S參考電晶鹘Ma之源極S的電壓（ 亦即，vREF)等於預設電壓VR和源極-閘極電壓v之和。 由於VFB和VREF均含有vsg成*，因此當vFB和vref^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p0、pi…pn的選定電壓穩定於預設電壓v。 R

[0016] 第五圖顯示本發明實施例之升壓控制器24的詳細電路圖 β升壓控制器24根據參考電壓VREF與回授電壓以產生 驅動信號VDRV。本實施例之升壓控制器24包含第〜比較 099136448 器240，其接收並比較參考電壓VDPP K L F 表單編號A0101 第7頁/共18頁 與回授電壓V 。& PB弟 0992063725-0 201218862 一比較器240的輸出藉由第二比較器242而與鋸齒波作比 較，以輸出產生方波波形之驅動信號VnDV，其工作週期（ duty cycle)和參考電壓V 、回授電壓兩者之差 K L γ r d 值成比例。 [0017] 功率級電路26受控於驅動信號VnD17，藉由該工作週期的

ϋ K V 調整，使得輸出之電壓源vDe也跟著作調整，因而讓輸入 墊p0、pi…pn當中的選定電壓能夠穩定於預設電壓VD。 相較於傳統發光二極體驅動系統（例如第一A圖所示者） ，本實施例之功率級電路26係一直處於開啟狀態，而非 如傳統升壓功率級電路16 (第一A圖）係不斷地開啟與關 閉。 [0018] 第六圖顯示本發明實施例之功率級電路26的詳細電路圖 。在本實施例中，係作為升壓（boos t )功率級電路，但 不以此為限。本實施例之功率級電路2 6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（NM0S)切換電晶體SW，以及由電 感L及/或電容C所組成的儲能電路。NM0S切換電晶體SW 受控於驅動信號VnDV以進行電源的切換。 [0019] 根據上述實施例，藉由多相控制信號產生器20的多相調 光機制，使得功率級電路26的負載電流遠較傳統發光二 極體驅動系統來得穩定。同時，也使得發光二極體串10 的通過電流及輸入墊p0、pi…pn的電壓可達到穩定。此 外，藉由電壓選擇電路22和升壓控制器24的負迴授機制 ，使得輸入墊p0、pi…pn當中的選定電壓能夠穩定於預 設電壓VD。

K 099136448 表單編號A0101 第8頁/共18頁 0992063725-0 201218862 [0020] 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定 本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精 神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。 【圖式簡單說明】 [0021] 第一A圖之示意圖顯示傳統發光二極體驅動系統。 第一 B圖顯示第一 A圖之調光信號及電壓源的波形圖。 第二圖之示意圖顯示本發明實施例之發光二極體驅動系 統。 0 第三圖例示本發明實施例的多相控制信號。 第四圖顯示第二圖之電壓選擇電路的詳細電路圖。 第五圖顯示第二圖之升壓控制器的詳細電路圖。 第六圖顯示第二圖之功率級電路的詳細電路圖。 【主要元件符號說明】 積體電路 發光二極體f 發光二極#% 輸入墊 最小電壓選擇器 升壓控制器 升壓功率級電路 多相控制信號產生器 電壓選擇電路 參考電壓產生電路 升壓控制器 [0022] 2 10 100 〇 11 12 14 16 20 22 23 24 099136448 表單編號Α0101 第9頁/共18頁 0992063725-0 201218862 240 第一比較器 242 第二比較器 26 功率級電路 VDC 電壓源 !s 電流源 I 電流源 IO/Il/Ιη 電流源 PWM 調光信號 PWMO/PWMl/PWMn 多相控制信號 Μ0/Μ1/Μη 第一電晶體

Ma 參考電晶體 Ε0/Ε1/Εη 第二電晶體 SW 切換電晶體 輸入墊電壓 STRO/STRl/STRn pO/pl/pn 輸入墊 VFB 回授電壓 Vref 參考電壓 VDRV 驅動信號 VR 預設電壓 G 閘極 S 源極 D 汲極 L 電感 C 電容 099136448 表單編號A0101 第10頁/共18頁 0992063725-0

Claims (1)

1. 201218862 七、申請專利範圍： 1 . 一種發光二極體驅動系統，供驅動複數發光二極體串，該 驅動系統包含： 複數電流源，分別連接該複數發光二極體串；及 一多相控制信號產生器，產生複數個多相控制信號，用以 分別控制該複數電流源的開啟或關閉，以使對應之該複數 發光二極體串導通或關閉。 2 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動系統，其中 上述之複數個多相控制信號之一部分於開啟時彼此間有部 Ο 分狀態重叠。 3 .如申請專利範圍第1項所述發光二極體驅動系統，更包含 一電壓選擇電路，其連接並接收該複數發光二極體串與該 複數電流源之間之複數電壓，並選擇其中之一作為一選定 電壓以輸出對應之一回授電壓。 4 .如申請專利範圍第3項所述發光二極體驅動系統，其中上 述之電壓選擇電路包含複數電晶體開關組彼此並聯，每一 _ 電晶體開關組包括： 第一電晶體，接收該等電壓其一，其中該回授電壓係約略 等於該第一電晶體之一導通電壓與該選定電壓之和。 5.如申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動系統，其中 每一該等電晶體開關組更包括一第二電晶體，串連於該第 一電晶體，每一該第二電晶體係接受一致能訊號而導通。 6 .如申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動系統，其中 每一該等電晶體開關組更包括一第二電晶體，串連於該第 一電晶體，每一該第二電晶體係接受每一該等多相控制信 099136448 表單編號A0101 第11頁/共18頁 0992063725-0 201218862 號而導通或關閉。 7·如申請專利範圍第6項所述之發光二極體驅動系統，其中 該第-電晶體係為-P型金屬氧化半導體（pM〇s)電晶體 、’其閉極分別接收該等電壓’且該複數個PM0S電晶體的 複數源極連接在一起，以輸出該回授電壓。 8.如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動系統，其十 上述第二電晶體係為-N型金屬氧化半導體（NM〇s)電晶 體’每-該等_S電晶體的問極接收並受控於該多相控 制信號。 9 .如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動系統更包 含—參考電壓產生電路，用以產生一參考電壓。 10 ·如申請專利範圍第9項所述之發光二極體驅動系統，其中 上述之參考電壓產生電路包含一p型金屬氧化半導體（ PM0S)參考電晶體，其源極提供所產生的參考電壓其 閘極接收一預設電壓。 11 ·如申請專利範圍第9項所述之發光二極體驅動系統，更包 3升壓控制器，其根鱗該參考電壓與該回授電壓以產生 —驅動信號’其工作週期和該參考電壓、該回授電壓兩者 之差值成比例。 12 .如申請專利範圍第丨丨項所述之發光二極體驅動系統，其中 上述之升壓控制器包含： 一第一比較器，其接收並比較該參考電壓與該回授 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， 以輸出產生該驅動信號。 099136448 13 如申晴專利範圍第11項所述之發光二極體驅動系統，更包 表單編號A0101 第12頁/共18頁 0992063725-0 201218862 含一功率級電路，其包含一切換式電源供應器，其切換係 受控於該驅動信號。 14 .如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動系統，其中 該複數多相控制信號具有至少部分相異之相位。 15 . —種發光二極體驅動方法，用於驅動複數發光二極體串， 包含： 產生複數個多相控制信號；以及 根據該複數個多相控制信號分別激發該複數發光二 極體串。 16 .如申請專利範圍第15項所述之方法，其中使一部分之該等 發光二極體串同時處於開啟散態。 17 .如申請專利範圍第15項所述之方法，更包含： 接收該等發光二極體串之複數電壓； 選擇該等電壓其一；以及 根據被選擇之該電壓輸出一回授電壓。 18 .如申請專利範圍第17項所述之方法，其中選擇該等電壓其 一包含： 提供一電晶體，具有一導通電壓，約略等於該回授電壓與 被選擇之該電壓的差值。 19 .如申請專利範圍第18項所述之方法，其中選擇該等電壓其 一更包含： 串連另一電晶體於該電晶體，該另一電晶體接受該 等多相控制信號其一而導通或關閉。 099136448 表單編號A0101 第13頁/共18頁 0992063725-0