TWI236165B - Driving device for light emitted diode string - Google Patents

Description

1236165 【發明内容】 夕赃：：於此’本發明#目的就是在提供-種發光二極體串列 •、’、衣置，以制操作在@定導通電流與可快速 發光二極體串列。 根據本矣明的目的’提出一種發光二極體串列之驅動裝 置’包括直流-直流轉換器(【DC c_rter)、發光二極體串： =ED string)、開關與迴授電路。直流-直流轉換器具有第一直 机_直流轉換器#，並依據迴授信號於第一直流_直流轉換器端 輸出直机電壓。發光二極體串列搞接至第一直流-直流轉換器 端。開關與發光二極體串列串聯。當開關導通時，發光二、極體 串列係由直流電壓所驅動，直流電流係流經發光二極體串列。 迴授電路依據直流電流輸出迴授信號。其中，當開關導通時， 發光一極體串列係迅速點亮至一預定亮度，而當開關截止時， 發光二極體串列係迅速熄滅。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下 文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 實施例一 請參照第2圖，其繪示依照本發明之第一施例的一種發光 二極體串列之驅動裝置電路圖。驅動裝置2〇〇可以運用於液晶 顯示器之背光模組中，其包括一直流_直流轉換器208(DC-DC converter)、一發光二極體串列 2〇2(LED string)、一開關 204 與 一迴授電路206。其中，於本實施例中，係以直流-直流轉換器 208為降壓型轉換器（Buck converter)為例做說明。而發光二極 體串列202係用以提供液晶面板所需之光源。

直流-直流轉換器208具有一第一直流-直流轉換器端XI 1236165 與第二直流-直流轉換器端X2。第二直流_直流轉換器端乂2耦 接一固疋電壓，固定電壓例如為接地電壓。直流-直流轉換器 208並依據一迴授信號fs於第一直流_直流轉換器端幻輸出一 直流電壓DC。發光二極體串列202係耦接第一直流_直流轉換 器端XI。開關204與發光二極體串列2〇2串聯。當開關2〇4 ‘通日寸，發光二極體串列202係由該直流電壓DC所驅動，一 直流電流Γ係流經發光二極體串列2〇2以發出光源。迴授電路 206並依據直流電流I，輸出迴授信號fs。 為了達到使發光二極體串列202快速導通或截止（turn on/off)，即是點壳或熄滅，本實施例係藉由使開關2⑹與該發 光二極體串列202串聯來達上述目地。當開關2〇4導通時，發 光二極體串列202係被流經一固定之導通電流並迅速點亮至一 預定亮度，而當開關204截止時，流經發光二極體串列2〇2之 電流隨即停止並使發光二極體串列2〇2迅速熄滅。如此可以避 免直流-直流轉換器208中的儲能元件所造成緩慢的直流電流【， 變化，而使得發光二極體串列202點亮或熄滅的速度變慢。更 因為藉由此開關204控制發光二極體串列2〇2快速導通或戴 止，可以加大直流-直流轉換器208的儲能元件，例如電容、電 感的值，使輸出的直流電流Γ更為穩定。 直流-直流轉換态208包括了一脈波寬度調變器21〇。迴俨 電路206依據直流電流Ϊ，輸出迴授㈣fs，使脈波寬度調變二 210依據迴授信號fs調整脈波寬度調變器21〇之輸出訊號，^ 使直流-直流轉換208輸出穩定之直流電壓Dc。更進一步來 說，迴授電路206包括一電流-電壓轉換器214。電流_電壓轉換 器214具有-第-端與第二端。第_端與開關取祕，其第 二端與直流-直流轉換器208之第二直流_直流轉換器端χ2/私 1236165 接。電流-電壓轉換器214例如為一雨 木 J ^ 电阻Rs。當開關2〇4導通 時，直流電流r流入電流1壓轉換器214，使電流-電壓轉換号 2U依據直流電流Γ產生_第_參考電壓^以作為迴授㈣ fs。使侍直流-直流轉換器208根據迴授信號fs控制直 的大小，以達到背光模組色溫之怪定。 “1 甚且’於因本實施例而衍生出之另一實施例中，當多個發 光二極體串列各自由各自的直流_直流轉換器所驅動時，便可藉 由各自的迴授電路以控制各自的直流電流，的大小，使得不同 特性的發光二極體在不同的發光二極體串列2〇2上皆可有相同 大小之電流流過，以產生相同的亮度，而不會有亮度上的差 異，可使得由多個發光二極體串列組成之背光模組的亮度更均 勻。 實施例二 請參照第3圖，其繪示依照本發明之第二施例的一種發光 二極體串列之驅動裝置電路圖。本實施例中與第一實施例不同 的地方在於，驅動裝置200更包括一放大器216，橋接於電流一 電壓轉換器214之第一端與脈波寬度調變器21〇之間。且本實 施例之電阻Rs’可使用比第一實施例之電阻rs之值更小的電阻 值，可以減少電阻Rs’之功率損耗。較小的第一參考電壓VI， 再經由放大器216放大後，產生迴授信號fs，，以輸出至脈波寬 度調變器210。如此，本實施例仍可產生電壓大小與第一實施 例之迴授信號fs接近的迴授信號fs’，使得直流-直流轉換器208 可一樣地根據迴授信號fs’來控制直流電流Γ的大小，以使發光 二極體串列之亮度可以維持固定，達到背光模組色溫之恆定。 更使得於因本實施例而衍生出之另一實施例中，當多個發光二 1236165 極體争列由各自的直流-直流轉換器所驅動，便可藉由各自的迴 授電路以控制各自的直流電流Γ的大小，使得不同特性的發光 二極體在不同的發光二極體串列202上皆可產生相同的亮度， 而不會有亮度上的差異，以使得背光模組的亮度更平均。 貫施例三 明參照第4圖’其繪示依照本發明之第三實施例的一種發 光二極體串列之驅動裝置電路圖。於第一實施例及第二實施例 中，當開關204截止時，由於直流電流〗，不會產生，所以迴授 電路206不能依據第一參考電壓V1，，來輸出迴授信號fs，，，而 此時的直流-直流轉換器208便無法得知目前的直流電壓DC之 電壓值以進行控制，這將造成直流電壓DC的偏移，使發光二 極體串列202再次點亮時，無法快速達到預定的亮度。 。所以本κ ^例與第一、二實施例不一樣的地方在於，迴 授電路206更包括一電壓迴授電路218。當開關2〇4截止時， 電壓迴授電路218更依據直流電壓Dc產生一第二參考電壓V2 以作為迴授信號fs，，。 ★ 進一步來說，電壓迴授電路218包括一第一阻抗R1、一 且抗R2與一二極體D。第一阻抗R1具有一第一阻抗第一 端-第★阻抗第二端，第一阻抗第一端耦接直流電壓DC， 第一阻抗第二端耦接一節點N。節點N耦接至脈波寬度調變器 21〇°第二阻抗们之一端搞接節點N，第二阻抗R2之另-端 祕岐電壓。二極體〇的負端（_)_至節點n，而二極 體的正端(p端)則耦接至電流電壓轉換器214之第一端。節點 之電壓係作為第二參考電壓V2。也就是說，當開關綱截止 (turn off)時，_極體D亦截止，此時第二參考電壓Μ由直流 1236165

電壓DC透過第一阻抗R1與第二阻抗R2的分壓來決定。此時 迴枝電路206以第二參考電壓V2作為迴授信號fs”以迴授至脈 波寬度调變益210。所以，當開關204截止，發光二極體争列 202熄滅時，直流-直流轉換器2〇8係依據所回授之第二參考電 壓V2，來維持直流電壓DC的大小，使得當開關2〇4接著導通 時，不會因為截止時間過長造成直流電壓Dc之電壓值的偏 移。如此，可使發光二極體串列2〇2再次點亮時，接近於直流 電流γ之大小的電流將快速地流過發光二極體串列2〇2，使發 光二極體串列202可以快速的達到預定的亮度。 X 同樣的，當開關204導通時，大部分的直流電流j，流入電 流-電壓轉換器214’使電流-電壓轉換器214依據直流電流!， 產生第參考电壓VI，，。但不同的是第一參考電壓V1，，透過將 二極體D導通以決定第二參考電壓V2。此時迴授電路施以 第二參考電壓V2作為迴授錢fs，，，但先決條件是第—參考電 壓11”必需讓二極體D導通，即是開關204導通時，第一參考 電壓vi”必須大於節點r電壓以決定第二參考電壓v2。 以下將進-步說明如何讓第一參考電壓v i，，透過將二極 體D導通以決定第二參考電壓V2。假設開關綱截止時，二 極體D亦戴止’此時直流電壓Dc = ν〇_ = V•讀2) (式一），為一參考信號，脈波寬度調變器210中之比較器 接收此參考信號，並與迴授信號fs，，作比較。第—參考電壓 1 ”=VX(〇ff)=〇。假設當開關204導通時，直流電壓 DC=v〇(〇n)，第一參考電屢νι，，=νχ(〇η)。第一參考電麼νι，， 透過將二極體D導通以決定第二參考，要達此目的， 則必須讓二極體D可LV道、S 丄 . I。由回授電路來看，由於節點N之 電堊？調整至等於Vref，故此第—參考電屋νι，，為（M + 1236165 VD_drop)，其中，VD_drop為二極體D導通時之順向偏壓。流 經電阻 Rs 的電流 Io=(Vref + VD_drop) /Rs。 此時，由KCL定律可知，流入節點N之電流等於流出節 點N之電流（節點N之電壓為Vref，流過二極體D之電流為 ID)。故可得：

Vref/R2 - ID + (Vo(on) - Vref)/Rl ；

Vref( 1 + R1/R2) = R1*ID + Vo(on)； 由（式一）可知，Vo(off) = Vref( 1 + R1/R2); 故可得 Vo(off) = R1*ID + Vo(on)(式二）。 修 當開關204導通時，為了讓二極體D可以導通，電流ID 需大於零。所以，Vo(on)必須小於Vo(off)，才能使第一參考電 壓VI”可以回授至脈波寬度調變器210。然而，實際上在設計 整個系統時，會先求出Vo(on)之值，再找出一個略大於Vo(on) 之Vo(off)之值。Vo(on)的值的求法通常為，先決定發光二極體 串列202有幾個發光二極體，然後求得發光二極體串列202導 通時所對應之直流電壓DC (亦即為Vo(on))。而Vo(off)之值可 以藉由（式一）來求得，亦即，藉由調整第二阻抗R2與第一阻 0 R1之比值，以及Vref之值來得到。 茲舉一例以說明之。假設當輸出至發光二極體串列202之 直流電流Γ為300mA，此時直流電壓DC(亦即為Vo(on))為 79V，因此設直流電壓DC在開關204截止時之電壓（亦即為 Vo(off))為80V。假設Vref為2.5V，而第一阻抗R1與第二阻抗 R2為電阻。因此，由（式一）可求得R1與R2間之比例，並選擇 R2=6.45K，R1=200K。因此在二極體D順偏的情況下，第一參 考電壓 VI” 為 3.2V(Vref + VD—drop=2.5V+0.7V)，所以直流電 流r=3.2V/Rs+ID=300mA。而在此情況下，流經R2之電流為 11 1236165 2.5V/6.45K=ID+( Vo(on)-2.5)/200K，所以藉由 200K*ID+79=80，以得ID=0.005mA，並代入直流電流Γ為 300mA =3.2V/Rs+0.005 式中，故 Rs 為 10.67 歐姆。所以，為了 維持二極體D順偏，必須設計第一阻抗R1與第一阻抗R2間之 比例及電阻Rs的大小，使得直流電壓DC於開關204截止時之 電壓Vo(off)大於Vo(on)=79V。而此時電流ID係遠小於流經Rs 之電流Ιο，因此第一參考電壓VI”的大小還是由電阻Rs來控 制。 上述之迴授電路206亦可如同第二實施例之作法，可以藉 由一放大器216，橋接於電流-電壓轉換器214之第一端與二極 體D的正端之間，使得電阻Rs之值可以選擇較小的電阻值， 來減少電阻Rs之功率損耗。 除此之外，此三個實施例中之直流-直流轉換器208亦可 由其他的降壓型轉換器、升壓型轉換器（Boost converter)、升-降壓轉換器（Boost-Buck converter)、反馳式轉換器（Flyback converter)或全橋式轉換器（Full-Bridge converter)來取代，同樣 地可以使得發光二極體串列202可以快速熄滅與點亮。使用升 壓型轉換器、升-降壓轉換器、反馳式轉換器、全橋式轉換器之 發光二極體串列之驅動裝置之電路圖係分別如第5〜8圖所示。 本發明上述實施例所揭露之發光二極體串列之驅動裝 置，可以達到使發光二極體串列快速點亮或熄滅目的，並具有 且使發光二極體串列於點亮之後，流經發光二極體串列之直流 電流可以維持穩定，以使發光二極體串列之亮度維持一定，不 會因為發光二極體串列之特性不同而有所差異之優點。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其 並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 12 1236165 108、202 :發光二極體串列 204 :開關 206 :迴授電路 208 :直流-直流轉換器 210 :脈波寬度調變器 214 :電流-電壓轉換器 216 :放大器 218 :電壓迴授電路 D :二極體 φ

Rs :電阻 Rl、R2 :阻抗

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Claims (1)

1. 1236165 十、申請專利範圍·· •一種發光二極體串列之驅動裝置，包括·· 一直流-直流轉換器（1^-1)(：^〇11代1^1〇，具有一第一直流 直·？換器端與一第二直流_直流轉換器端，該第二直流-直流 ，換輕接至_固定電壓，該直流直流轉換器並依據一迴授 L號於σ亥第一直流_直流轉換器端輸出一直流電壓； 一發光二極體串列（LEDstring)，係耦接至該第一直流-直 流轉換器端； ^ 、「開關，係與該發光二極體串列串聯，當該開關導通時， 该發光二極體串列係由該直流電壓所驅動，—直流電流係流經 该發光二極體串列；以及 一迴授電路，依據該直流電流輸出該迴授信號。 • 2.如中請專利範圍第i項所述之裝置，其中該發光二極 體串列包括複數個該發光二極體以串聯的方式耦接。 3·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該迴授電路 包括： 一電流-電壓轉換器’具有一第一端與一第二端，該第一 端與該開關耦接，該第二端耦接該第二直流_直流轉換器端，當 該開關導通時，該直流電流流人該電流·電壓轉換器，使該電流 -電壓轉換器依據該直流電流產生-第-參考電壓以作為該迴 授信號。 4.如申請專利範圍第3項所述之震置，其中該直流_直流 轉換器包括： 一脈波寬度調變器，依據該迴授信號調整該脈波寬度調變 器之輸出訊號，以使該直流.直流轉換H輪出穩定之該直流電 壓。 TW1728(050509)CRF 1 .d〇( 15 1236165 5·如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該電流_電壓 轉換器係為—電阻，該電阻之—端為該第-端，該電阻之另- 端2—第二端，當該直流電流流過該電阻後，於該第一端產生 "亥第一芩考電壓並迴授至該脈波寬度調變器。 6·如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該發光二極 體串列之驅動裝置更包括： ^ 一放大器，橋接於該電流-電壓轉換器之第一端與該脈波 見度調變H，刻以將該迴授信號放大以輸出至該脈波寬度調 輔如申請專利範圍帛1項所述之裝置，其中該直流-直流 換器係具有一脈波寬度調變器’該脈波寬度調變器依據該迴 杈2號調整該脈波寬度調變器之輸出訊號，以使該直流_直流轉 換器輸出穩定之該直流電壓，該迴授電路包括： 冤流·•電壓轉換器，具有 ...... 尔一觸，縿乐〆 士…亥開關耦接’该第二端耦接該第二直流_直流轉換器端，當 關導通日寺、亥直流電流流人該電流_電壓轉換器，使該電流 -電壓轉換器依據該直流電流產生一第一參考電壓 迴 授信號； 止時’依據該直流電壓 ’該電壓迴授電路包 一電壓迴授電路，係於當該開關截 產生一第二參考電壓以作為該迴授信號 括·· 端與一第一阻抗 該第一阻抗第二 器； 一第一阻抗，具有一第一阻抗第一 第一端，该第一阻抗第一端耦接該直流電壓， 端耦接一節點，該節點耦接至該脈波寬度調變 弟一阻抗，该第二阻抗之一端耦接該節點，該第 阻抗之另，接該固定電壓’該節點之電壓係作為該第二 TW1728(050509)CRF 1 .doc 16 1236165 苓考電壓；以及 -二極體，該二極體的負端(N端)耦 極體的正端(P端)耦接至該電流_電壓轉換器之該第」二，该二 其中，當該開關導通時，該第—參考 = Γ決定該第二參考電屡，該迴授電路以該第二表考;= 該迴授信號； -亏電壓作為 …其中，當該開關截止時，該二極體亦截止，此時 電壓由該直流電Μ透過第—阻抗與第二阻抗的㈣來決= 迴授電路以該第二參考電壓作為該迴授信號。 ’、 請專利範圍第7項所述之裝其中該電流-電壓 轉換讀為-電阻，該電阻之—端㈣第—端，該電阻之另一 =該端’當該直流電流流過該電阻後，於該第一端產生 该第一參考電壓並藉由該二極體_該脈波寬度調變哭。 9.如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該發光二極 體串列之驅動裝置更包括： -放大器’橋接於該電流·電壓轉換器之第一端與該二極 Γ的正端’並用以將該迴授信號放大以輸出至該脈波寬度調變 器0 、10·如巾請專利範圍第1項所述之裝置，其中該固定電壓 為一接地電壓。 土 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該直流-直 流轉換器為一降壓型轉換器（Buck c〇nverter)。 I2·如申請專利範圍第丨項所述之裝置，其中，該直流_ 直流轉換器為一升壓型轉換器（B〇〇st c〇nvener)。 a 13·如申請專利範圍第丨項所述之裝置，其中，該直流_ 直流轉換器為一升-降壓轉換器（Buck_B〇〇st c〇nverter)。 TWl728(050509)CRFl.d〇c 17 1236165 14. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該直流-直流轉換器為一全橋式轉換器（Full-Bridge converter)。 15. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該直流-直流轉換器為一反驰式轉換器（Flyback converter)。 16. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該發光二極 體之驅動裝置係使用於一液晶顯示器之一背光模組中。

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