发光二极管串列的驱动装置.pdf

一种发光二极管串列的驱动装置，包括直流－直流转换器、发光二极管串列、开关与反馈电路。直流－直流转换器具有第一直流－直流转换器端，并依据反馈信号于第一直流－直流转换器端输出直流电压。发光二极管串列连接到第一直流－直流转换器端。开关与发光二极管串列串联。当开关导通时，发光二极管串列由直流电压所驱动，直流电流流经发光二极管串列。反馈电路依据直流电流输出反馈信号。其中，当开关导通时，发光二极管串列迅速点亮至一预定亮度，而当开关截止时，发光二极管串列迅速熄灭。

1.  一种发光二极管串列的驱动装置，包括：
一直流-直流转换器，具有一第一直流-直流转换器端与一第二直流-直流转换器端，该第二直流-直流转换器端连接到一固定电压，该直流-直流转换器并依据一反馈信号于该第一直流-直流转换器端输出一直流电压；
一发光二极管串列，连接到该第一直流-直流转换器端；
一开关，与该发光二极管串列串联，当该开关导通时，该发光二极管串列由该直流电压所驱动，一直流电流流经该发光二极管串列；以及
一反馈电路，依据该直流电流输出该反馈信号；
其中，当该开关导通时，该发光二极管串列迅速点亮至一预定亮度，而当该开关截止时，该发光二极管串列迅速熄灭。

2.  如权利要求1所述的装置，其中该发光二极管串列包括一个发光二极管或复数个该发光二极管以串联的方式连接。

3.  如权利要求1所述的装置，其中该反馈电路包括：
一电流-电压转换器，具有一第一端与一第二端，该第一端与该开关连接，该第二端连接该第二直流-直流转换器端，当该开关导通时，该直流电流流入该电流-电压转换器，使该电流-电压转换器依据该直流电流产生一第一参考电压以作为该反馈信号。

4.  如权利要求3所述的装置，其中该直流-直流转换器包括：
一脉冲宽度调制器，依据该反馈信号调整该脉冲宽度调制器的输出信号，以使该直流-直流转换器输出稳定的该直流电压。

5.  如权利要求4所述的装置，其中该电流-电压转换器为一电阻，该电阻的一端为该第一端，该电阻的另一端为一第二端，当该直流电流流过该电阻后，于该第一端产生该第一参考电压并反馈到该脉冲宽度调制器。

6.  如权利要求5所述的装置，其中该发光二极管串列的驱动装置还包括：
一放大器，桥接于该电流-电压转换器的第一端与该脉冲宽度调制器，并用以将该反馈信号放大以输出至该脉冲宽度调制器。

7.  如权利要求1所述的装置，其中该直流-直流转换器具有一脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器依据该反馈信号调整该脉冲宽度调制器的输出信号，以使该直流-直流转换器输出稳定的该直流电压，该反馈电路包括：
一电流-电压转换器，具有一第一端与一第二端，该第一端与该开关连接，该第二端连接该第二直流-直流转换器端，当该开关导通时，该直流电流流入该电流-电压转换器，使该电流-电压转换器依据该直流电流产生一第一参考电压以作为该反馈信号；
一电压反馈电路，于当该开关截止时，依据该直流电压产生一第二参考电压以作为该反馈信号，该电压反馈电路包括：
一第一阻抗，具有一第一阻抗第一端与一第一阻抗第二端，该第一阻抗第一端连接该直流电压，该第一阻抗第二端连接一节点，该节点连接到该脉冲宽度调制器；
一第二阻抗，该第二阻抗的一端连接该节点，该第二阻抗的另一端连接该固定电压，该节点的电压作为该第二参考电压；以及
一二极管，该二极管的负端(N端)连接该节点，该二极管的正端(P端)连接到该电流-电压转换器的该第一端；
其中，当该开关导通时，该第一参考电压通过将二极管导通以决定该第二参考电压，该反馈电路以该第二参考电压作为该反馈信号；
其中，当该开关截止时，该二极管亦截止，此时第二参考电压由该直流电压通过第一阻抗与第二阻抗的分压来决定，该反馈电路以该第二参考电压作为该反馈信号。

8.  如权利要求7所述的装置，其中该电流-电压转换器为一电阻，该电阻的一端为该第一端，该电阻的另一端为该第二端，当该直流电流流过该电阻后，于该第一端产生该第一参考电压并经由该二极管连接该脉冲宽度调制器。

9.  如权利要求8所述的装置，其中该发光二极管串列的驱动装置还包括：
一放大器，桥接于该电流-电压转换器的第一端与该二极管的正端，并用以将该反馈信号放大以输出至该脉冲宽度调制器。

10.  如权利要求1所述的装置，其中该固定电压为一接地电压。

11.  如权利要求1所述的装置，其中该直流-直流转换器为一降压型转换器。

12.  如权利要求1所述的装置，其中，该直流-直流转换器为一升压型转换器。

13.  如权利要求1所述的装置，其中，该直流-直流转换器为一升-降压转换器。

14.  如权利要求1所述的装置，其中，该直流-直流转换器为一全桥式转换器。

15.  如权利要求1所述的装置，其中，该直流-直流转换器为一回扫式转换器。

16.  如权利要求1所述的装置，其中该发光二极管的驱动装置使用于一液晶显示器的一背光模块中。

发光二极管串列的驱动装置
技术领域
本发明有关于一种发光二极管串列(string)的驱动装置，且特别是有关于一种用于背光模块的发光二极管串列的驱动装置。
背景技术
传统的液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)使用背光模块，来提供LCD面板所需的光线，其光源可以经由发光二极管(Light emitted diode，LED)来产生。发光二极管LED为一种固态半导体光源，具有多特点：超长寿命、省电、低工作电压、低温工作与反应速度快，皆是现行的冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescence Lamp，CCFL)的光源无法比拟的优点，使得发光二极管LED产生的光源已被广泛应用到多照明及小尺寸手机背光模块的中。发光二极管LED逐步取代冷阴极荧光灯管CCFL已为未来的明显趋势。
请参照图1A，其表示传统发光二极管串列的驱动装置电路图。此驱动装置100包括直流电压源102、直流斩波器104、滤波电路106与发光二极管串列108。经由直流斩波器104控制直流电压源102至发光二极管串列108的电连接，以使发光二极管串列108可以导通或截止(turn on/off)，即是点亮或熄灭。由于滤波电路106具有电感，所以发光二极管串列108的电流I的波型呈现三角波，请参照图1B，因此将无法使发光二极管串列108工作在一固定的导通电流。即使在发光二极管串列108与一稳压电容并联，使发光二极管串列108的电流I较为稳定，但会有电容充放电过慢现象，而使发光二极管串列108无法快速的导通或截止。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种发光二极管串列的驱动装置，以实现工作在固定导通电流与可快速点亮或熄灭发光二极管串列。
根据本发明的目的，提出一种发光二极管串列的驱动装置，包括直流-直流转换器(DC-DC converter)、发光二极管串列(LED string)、开关与反馈电路。直流-直流转换器具有第一直流-直流转换器端，并依据反馈信号于第一直流-直流转换器端输出直流电压。发光二极管串列连接到第一直流-直流转换器端。开关与发光二极管串列串联。当开关导通时，发光二极管串列由直流电压所驱动，直流电流流经发光二极管串列。反馈电路依据直流电流输出反馈信号。其中，当开关导通时，发光二极管串列迅速点亮至一预定亮度，而当开关截止时，发光二极管串列迅速熄灭。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下：
图1A表示传统发光二极管串列的驱动装置电路图。
图1B表示图1A的电流I与Is的波形图。
图2表示依照本发明的第一实施例的一种发光二极管串列的驱动装置电路图。
图3表示依照本发明的第二实施例的一种发光二极管串列的驱动装置电路图。
图4表示依照本发明的第三实施例的一种发光二极管串列的驱动装置电路图。
图5表示升压型转换器的发光二极管串列的驱动装置的电路图。
图6表示升-降压转换器的发光二极管串列的驱动装置的电路图。
图7表示回扫式转换器的发光二极管串列的驱动装置的电路图。
图8表示全桥式转换器的发光二极管串列的驱动装置的电路图。
附图标号说明
100：传统发光二极管串列的驱动装置
102：直流电压源
104：直流斩波器
106：滤波电路
200：发光二极管串列的驱动装置
108、202：发光二极管串列
204：开关
206：反馈电路
208：直流-直流转换器
210：脉冲宽度调制器
214：电流-电压转换器
216：放大器
218：电压反馈电路
D：二极管
Rs：电阻
R1、R2：阻抗
具体实施方式
实施例一
请参照图2，其表示依照本发明的第一施例的一种发光二极管串列的驱动装置电路图。驱动装置200可以运用于液晶显示器的背光模块中，其包括一直流-直流转换器208(DC-DC converter)、一发光二极管串列202(LEDstring)、一开关204与一反馈电路206。其中，于本实施例中，以直流-直流转换器208为降压型转换器(Buck converter)为例做说明。而发光二极管串列202用以提供液晶面板所需的光源。
直流-直流转换器208具有一第一直流-直流转换器端X1与第二直流-直流转换器端X2。第二直流-直流转换器端X2连接一固定电压，固定电压例如为接地电压。直流-直流转换器208并依据一反馈信号fs于第一直流-直流转换器端X1输出一直流电压DC。发光二极管串列202连接第一直流-直流转换器端X1。开关204与发光二极管串列202串联。当开关204导通时，发光二极管串列202由该直流电压DC所驱动，一直流电流I′流经发光二极管串列202以发出光源。反馈电路206并依据直流电流I′输出反馈信号fs。
为了实现使发光二极管串列202快速导通或截止(turn on/off)，即是点亮或熄灭，本实施例经由使开关204与该发光二极管串列202串联来达上述目地。当开关204导通时，发光二极管串列202被流经一固定的导通电流并迅速点亮至一预定亮度，而当开关204截止时，流经发光二极管串列202的电流随即停止并使发光二极管串列202迅速熄灭。如此可以避免直流-直流转换器208中的储能组件所造成缓慢的直流电流I′变化，而使得发光二极管串列202点亮或熄灭的速度变慢。更因为经由此开关204控制发光二极管串列202快速导通或截止，可以加大直流-直流转换器208的储能组件，例如电容、电感的值，使输出的直流电流I′更为稳定。
直流-直流转换器208包括了一脉冲宽度调制器210。反馈电路206依据直流电流I′输出反馈信号fs，使脉冲宽度调制器210依据反馈信号fs调整脉冲宽度调制器210的输出信号，以使直流-直流转换器208输出稳定的直流电压DC。更进一步来说，反馈电路206包括一电流-电压转换器214。电流-电压转换器214具有一第一端与第二端。第一端与开关204连接，其第二端与直流-直流转换器208的第二直流-直流转换器端X2连接。电流-电压转换器214例如为一电阻Rs。当开关204导通时，直流电流I′流入电流-电压转换器214，使电流-电压转换器214依据直流电流I′产生一第一参考电压V1以作为反馈信号fs。使得直流-直流转换器208根据反馈信号fs控制直流电流I′的大小，以实现背光模块色温地恒定。
甚且，于因本实施例而衍生出的另一实施例中，当多个发光二极管串列各自由各自的直流-直流转换器所驱动时，便可经由各自的反馈电路以控制各自的直流电流I′的大小，使得不同特性的发光二极管在不同的发光二极管串列202上皆可有相同大小的电流流过，以产生相同的亮度，而不会有亮度上的差异，可使得由多个发光二极管串列组成的背光模块的亮度更均匀。
实施例二
请参照图3，其表示依照本发明的第二施例的一种发光二极管串列的驱动装置电路图。本实施例中与第一实施例不同的地方在于，驱动装置200还包括一放大器216，桥接于电流-电压转换器214的第一端与脉冲宽度调制器210之间。且本实施例的电阻Rs′可使用比第一实施例的电阻Rs的值更小的电阻值，可以减少电阻Rs′的功率损耗。较小的第一参考电压V1′再经由放大器216放大后，产生反馈信号fs′，以输出至脉冲宽度调制器210。如此，本实施例仍可产生电压大小与第一实施例的反馈信号fs接近的反馈信号fs′，使得直流-直流转换器208可一样地根据反馈信号fs′来控制直流电流I′的大小，以使发光二极管串列的亮度可以维持固定，实现背光模块色温的恒定。更使得于因本实施例而衍生出的另一实施例中，当多个发光二极管串列由各自的直流-直流转换器所驱动，便可经由各自的反馈电路以控制各自的直流电流I′的大小，使得不同特性的发光二极管在不同的发光二极管串列202上皆可产生相同的亮度，而不会有亮度上的差异，以使得背光模块的亮度更平均。
实施例三
请参照图4，其表示依照本发明的第三实施例的一种发光二极管串列的驱动装置电路图。于第一实施例及第二实施例中，当开关204截止时，由于直流电流I′不会产生，所以反馈电路206不能依据第一参考电压V1″来输出反馈信号fs″，而此时的直流-直流转换器208便无法得知目前的直流电压DC的电压值以进行控制，这将造成直流电压DC的偏移，使发光二极管串列202再次点亮时，无法快速实现预定的亮度。
所以，本实施例与第一、二实施例不一样的地方在于，反馈电路206还包括一电压反馈电路218。当开关204截止时，电压反馈电路218更依据直流电压DC产生一第二参考电压V2以作为反馈信号fs″。
进一步来说，电压反馈电路218包括一第一阻抗R1、一第二阻抗R2与一二极管D。第一阻抗R1具有一第一阻抗第一端与一第一阻抗第二端，第一阻抗第一端连接直流电压DC，第一阻抗第二端连接一节点N。节点N连接到脉冲宽度调制器210。第二阻抗R2的一端连接节点N，第二阻抗R2的另一端连接固定电压。二极管D的负端(N端)连接到节点N，而二极管的正端(P端)则连接到电流-电压转换器214的第一端。节点N的电压作为第二参考电压V2。也就是说，当开关204截止(turn off)时，二极管D亦截止，此时第二参考电压V2由直流电压DC通过第一阻抗R1与第二阻抗R2的分压来决定。此时反馈电路206以第二参考电压V2作为反馈信号fs″以反馈到脉冲宽度调制器210。所以，当开关204截止，发光二极管串列202熄灭时，直流-直流转换器208依据所反馈的第二参考电压V2，来维持直流电压DC的大小，使得当开关204接着导通时，不会因为截止时间过长造成直流电压DC的电压值的偏移。如此，可使发光二极管串列202再次点亮时，接近于直流电流I′的大小的电流将快速地流过发光二极管串列202，使发光二极管串列202可以快速的实现预定的亮度。
同样的，当开关204导通时，大部分的直流电流I′流入电流-电压转换器214，使电流-电压转换器214依据直流电流I′产生第一参考电压V1″。但不同的是第一参考电压V1″通过将二极管D导通以决定第二参考电压V2。此时反馈电路206以第二参考电压V2作为反馈信号fs″，但先决条件是第一参考电压V1″必需让二极管D导通，即是开关204导通时，第一参考电压V1″必须大于节点N的电压以决定第二参考电压V2。
以下将进一步说明如何让第一参考电压V1″通过将二极管D导通以决定第二参考电压V2。假设开关204截止时，二极管D亦截止，此时直流电压DC＝Vo(off)＝Vref(1+R1/R2)(式一)，Vref为一参考信号，脉冲宽度调制器210中的比较器接收此参考信号，并与反馈信号fs″作比较。第一参考电压V1″＝Vx(off)＝0。假设当开关204导通时，直流电压DC＝Vo(on)，第一参考电压V1″＝Vx(on)。第一参考电压V1″通过将二极管D导通以决定第二参考电压V2，要达此目的，则必须让二极管D可以导通。由反馈电路来看，由于节点N的电压会被调整至等于Vref，故此第一参考电压V1″为(Vref+VD_drop)，其中，VD_drop为二极管D导通时的顺向偏压。流经电阻Rs的电流Io＝(Vref+VD_drop)/Rs。
此时，由KCL定律可知，流入节点N的电流等于流出节点N的电流(节点N的电压为Vref，流过二极管D的电流为ID)。故可得：
Vref/R2＝ID+(Vo(on)-Vref)/R1；
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)。
当开关204导通时，为了让二极管D可以导通，电流ID需大于零。所以，Vo(on)必须小于Vo(off)，才能使第一参考电压V1″可以反馈到脉冲宽度调制器210。然而，实际上在设计整个系统时，会先求出Vo(on)的值，再找出一个略大于Vo(on)的Vo(off)的值。Vo(on)的值的求法通常为，先决定发光二极管串列202有几个发光二极管，然后求得发光二极管串列202导通时所对应的直流电压DC(亦即为Vo(on))。而Vo(off)的值可以经由(式一)来求得，亦即，经由调整第二阻抗R2与第一阻R1的比值，以及Vref的值来得到。
兹举一例说明。假设当输出至发光二极管串列202的直流电流I′为300mA，此时直流电压DC(亦即为Vo(on))为79V，因此设直流电压DC在开关204截止时的电压(亦即为Vo(off))为80V。假设Vref为2.5V，而第一阻抗R1与第二阻抗R2为电阻。因此，由(式一)可求得R1与R2间的比例，并选择R2＝6.45K，R1＝200K。因此在二极管D正向偏置的情况下，第一参考电压V1″为3.2V(Vref+VD_drop＝2.5V+0.7V)，所以直流电流I′＝3.2V/Rs+ID＝300mA。而在此情况下，流经R2的电流为2.5V/6.45K＝ID+(Vo(on)-2.5)/200K，所以经由200K*ID+79＝80，以得ID＝0.005mA，并代入直流电流I′为300mA＝3.2V/Rs+0.005式中，故Rs为10.67欧姆。所以，为了维持二极管D正向偏置，必须设计第一阻抗R1与第一阻抗R2间的比例及电阻Rs的大小，使得直流电压DC于开关204截止时的电压Vo(off)大于Vo(on)＝79V。而此时电流ID远小于流经Rs的电流Io，因此第一参考电压V1″的大小还是由电阻Rs来控制。
上述的反馈电路206亦可如同第二实施例的作法，可以经由一放大器216，桥接于电流-电压转换器214的第一端与二极管D的正端之间，使得电阻Rs的值可以选择较小的电阻值，来减少电阻Rs的功率损耗。
除此之外，此三个实施例中的直流-直流转换器208亦可由其它的降压型转换器、升压型转换器(Boost converter)、升-降压转换器(Boost-Buckconverter)、回扫式转换器(Flyback converter)或全桥式转换器(Full-Bridge converter)来取代，同样地可以使得发光二极管串列202可以快速熄灭与点亮。使用升压型转换器、升-降压转换器、回扫式转换器、全桥式转换器的发光二极管串列的驱动装置的电路图分别如图5-8所示。
本发明上述实施例所公开的发光二极管串列的驱动装置，可以实现使发光二极管串列快速点亮或熄灭目的，并具有且使发光二极管串列于点亮之后，流经发光二极管串列的直流电流可以维持稳定，以使发光二极管串列的亮度维持一定，不会因为发光二极管串列的特性不同而有所差异的优点。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。