專利名稱：可動態(tài)維持定電流驅動的光源驅動裝置及其相關方法
技術領域：
本發(fā)明是指一種光源驅動裝置及其相關方法，尤指一種通過動態(tài)檢測調光程序來 維持定電流驅動的光源驅動裝置及其相關方法。
背景技術：
隨著能源危機的來臨與環(huán)保意識的抬頭，節(jié)能與環(huán)保的需求成為現今全球普遍關 注的議題。相較于傳統所使用的光源，發(fā)光二極管(Light EmittingDiode, LED)由于具有 省電、元件壽命長、無汞、色域豐富、無須暖燈時間以及反應速度快等優(yōu)勢，因此，發(fā)光二極 管已被廣泛應用于顯示與照明用的光源。除此之外，由于發(fā)光二極管的體積小、重量輕、耐 碰撞、適合量產、容易配合應用需求等特性而可制成極小或陣列式的元件，因此發(fā)光二極管 除了應用于戶外各種顯示器及交通號志燈外，還可應用于各式電子產品或可攜式產品上， 例如液晶顯示器、移動電話、可攜式計算機與個人數字助理等的屏幕背光源。在發(fā)光二極管的物理特性中，通過發(fā)光二極管的電流與發(fā)光二極管的順向偏壓呈 指數關系，而發(fā)光二極管的發(fā)光程度則與通過其的電流成正比，也就是說，當通過的電流越 大，二極管發(fā)光的強度也越高。因此，在已知技術中，通常會使用一脈沖寬度調制(Pulse width Modulation, PWM)調光裝置來調整發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，其主要是利用脈沖寬度 調制信號來控制電流源提供至發(fā)光二極管的平均電流，以實現調光程序。于脈沖寬度調制 信號處于邏輯高電平狀態(tài)時，導通電流源提供電流至發(fā)光二極管。同樣地，于脈沖寬度調制 信號之處于邏輯低電平狀態(tài)時，停止電流源提供電流至發(fā)光二極管。若邏輯高電平狀態(tài)的 時間越長，發(fā)光二極管的亮度即越高，同理，反之亦然。換句話說，經由變化該脈沖寬度調制 信號的工作周期，即可控制發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。然而，使用上述方式執(zhí)行調光程序時，由于電流源持續(xù)且反復地進行導通與關閉 運作，而對于用來驅動發(fā)光二極管的輸出驅動電壓進行極大的抽載變化，輸出驅動電壓會 產生過大的鏈波(ripple)，如此一來，電流源的頭部空間電壓(headroom voltage)，亦即在 發(fā)光二極管路徑上，電流源可使用的電壓值，會因輸出驅動電壓的變化而隨著改變。在此情 況下，頭部空間電壓可能發(fā)生過高或過低的情況，而產生不佳的影響，舉例來說，頭部空間 電壓過高，則會增加電流源的功率消耗，導致電源轉換效率變差，并使電流源的壽命減少； 反之，頭部空間電壓過低，將會造成電流源操作在不適當的狀態(tài)，而無法穩(wěn)定維持定電流驅 動發(fā)光二極管，甚至無法提供所需的驅動電流而造成發(fā)光二極管無法導通的情況。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種可動態(tài)維持定電流驅動的光源驅動裝置及其相關方法。本發(fā)明揭露一種可動態(tài)維持定電流驅動的光源驅動裝置，用來驅動一發(fā)光元件， 包含有一電壓轉換器，耦接于該發(fā)光元件，用來根據一電壓控制信號，將一輸入電壓轉換成 一輸出驅動電壓；一調光單元，耦接于該發(fā)光元件，用來根據一調光信號，執(zhí)行一調光程序；一電流源，耦接于該調光單元，用來提供一驅動電流，以驅動該發(fā)光元件；以及一控制單元， 耦接于該調光單元與該電壓轉換器，用來檢測一調光狀態(tài)，以產生一調光檢測信號，并根據 該調光檢測信號，產生一參考電壓；其中，該控制單元根據該參考電壓，控制該電壓轉換器 產生該輸出驅動電壓，以驅動該發(fā)光元件。本發(fā)明還揭露一種可動態(tài)維持定電流驅動的方法，用于一發(fā)光元件，該方法包含 有檢測一調光狀態(tài)，以產生一調光檢測信號；根據該調光檢測信號，產生一參考電壓；以及 根據該參考電壓，控制一電壓轉換器產生一輸出驅動電壓，以驅動該發(fā)光元件。


圖1為本發(fā)明實施例可動態(tài)維持定電流驅動的一光源驅動裝置的示意圖。圖2為圖1中的參考電壓產生器的一實施例示意圖。圖3為圖1中的參考電壓產生器的一實施例示意圖。圖4為本發(fā)明實施例一流程的示意圖。[主要元件標號說明]10光源驅動裝置102發(fā)光元件104電壓轉換器106電流源108調光單元110控制單元112電壓選擇器114調光檢測器116參考電壓產生器118誤差放大器120轉換控制器202、302 參考電壓產生單元204、306 多工器304電壓電平轉換器40流程400、402、404、406、408 步驟C1-Cm 發(fā)光二極管串列Il1 、 負載電流Sc電壓控制信號Sd調光信號Sds調光檢測信號Vd輸出驅動電壓Vm Vlffim頭部空間電壓Vin輸入電壓Vfb反饋電壓Vkef參考電壓Vkefp 預設參考電壓Vkefd 調光參考電壓
具體實施例方式請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例可動態(tài)維持定電流驅動的一光源驅動裝置10的示意圖。光源驅動裝置10用來驅動一發(fā)光元件102。光源驅動裝置10包含有一電壓轉換 器104、一電流源106、一調光單元108及一控制單元110。其中，光源驅動裝置10可適用于 任何種類的光源。要注意的是，在本實施例中，發(fā)光元件102包含有發(fā)光二極管串列C1 Cm，但不以此為限，亦可僅有一個發(fā)光二極管串列。另一方面，由于發(fā)光二極管為一電流驅 動元件，其發(fā)光亮度與驅動電流大小成正比。一般而言，為求流經各發(fā)光二極管的電流相同 來達到相同亮度的要求，因此，在本實施例中，每一發(fā)光二極管群組包含有η個串聯方式耦 接的發(fā)光二極管，但發(fā)光二極管串列C1 Cm并未局限于η個串接的發(fā)光二極管，換言之，各發(fā)光二極管串列亦可僅包含單一發(fā)光二極管。電壓轉換器104耦接于發(fā)光元件102，用來根 據一電壓控制信號S。，將一輸入電壓Vin轉換成一輸出驅動電壓VD，以提供至發(fā)光元件102。 調光單元108耦接于發(fā)光元件102與電流源106，用來根據一調光信號SD，執(zhí)行一調光程序。 電流源106耦接于調光單元108，用來提供流經各發(fā)光二極管串列的負載電流Iu 以 驅動發(fā)光元件102?？刂茊卧?10耦接于調光單元108與電壓轉換器104，用來檢測一調光 狀態(tài)D，以產生一調光檢測信號Sds，并根據調光檢測信號Sds，產生一參考電壓VKEF。接著，控 制單元110根據參考電壓Vkef，控制電壓轉換器104產生一輸出驅動電壓VD，來驅動發(fā)光元 件102。進一步地，若調光檢測信號Sds指示進行調光程序，控制單元110會產生大于一預 設參考電壓Vkef ρ的參考電壓Vkef，其中，預設參考電壓Vkef ρ是基于未執(zhí)行調光程序時，所設 定的一理想頭部空間電壓值。若調光檢測信號Sds指示不進行調光程序，控制單元110會產 生同于預設參考電壓Vkef ρ的參考電壓VKEF。 較佳地，調光單元108可為一脈沖寬度調制調光單元，且調光信號Sd為一脈沖寬 度調制信號。如此一來，依據調光信號Sd的邏輯電平狀態(tài)，調光單元108可于調光信號Sd 為高邏輯電平時，導通發(fā)光元件102與電壓轉換器104間的耦接關系，使負載電流Iu Ilii 提供至發(fā)光元件102 ；同理，調光單元108可于調光信號Sd為低邏輯電平時，關閉發(fā)光元件 102與電壓轉換器104間的耦接關系，使負載電流Iu Ita停止提供至發(fā)光元件102。在 此情況下，可通過調整調光信號Sd的工作周期，來變化負載電流Iu Ilii的平均電流大小。 換句話說，即通過調整脈沖寬度調制信號的工作周期，來實現調光功能。進一步說明控制單元110，請繼續(xù)參考圖1。控制單元110包含有一電壓選擇器 112、一調光檢測器114、一參考電壓產生器116、一誤差放大器118及一轉換控制器120。電 壓選擇器112耦接于發(fā)光元件102，用來于對應于各個發(fā)光二極管串列C1 Cm的頭部空間 電壓Vlffil Vlffim中，選擇出反饋電壓VFB。調光檢測器114耦接于調光單元108，用來檢測調 光狀態(tài)D，以產生調光檢測信號SDS。其中，調光狀態(tài)D包含調光單元108是否正進行調光程 序或是調光信號Sd的指示內容。換句話說，調光檢測器114可直接檢測調光單元108的運 作情況或是調光信號Sd的指示，來產生調光檢測信號SDS。參考電壓產生器116耦接于調光 檢測器114，用來根據調光檢測信號Sds，產生參考電壓VKEF。進一步地，誤差放大器118的一 正輸入端及一負輸入端分別耦接于電壓選擇器112與參考電壓產生器116，用來根據參考 電壓Vkef及反饋電壓Vfb，產生一誤差電壓信號SE。轉換控制器120耦接于誤差放大器118 的一輸出端與電壓轉換器104間，用來根據誤差電壓信號Se，產生電壓控制信號Sc，以提供 至電壓轉換器104。在此情況下，于反饋電壓Vfb大于或小于參考電壓Vkef時，誤差放大器 118會根據兩者間的差異，產生誤差電壓信號Se來通知轉換控制器120，轉換控制器120再 據以產生電壓控制信號S。，以調高或降低輸出電壓VD。簡言之，控制單元110將可實時地檢 測是否進行調光程序，進而動態(tài)調整輸入誤差放大器218的參考電壓Vkef，以達實時且有效 地完成反饋追蹤至適當輸出電壓VD，如此一來，本發(fā)明將可避免因調光程序所造成電流源 106的頭部空間電壓不足或過多的問題，而能穩(wěn)定維持定電流驅動發(fā)光元件、提高電源轉換 效率與延長發(fā)光元件的使用時間。另一方面，參考電壓產生器116用來依據需求提供各種電壓值，因此，可以任何形 式來產生所需的各種電壓值。舉例來說，如參考圖2所示，參考電壓產生器116包含有一參 考電壓產生單元202及一多工器204。參考電壓產生單元202耦接于調光檢測器114，用來根據調光檢測信號Sds，產生一預設參考電壓VKEF—ρ及一調光參考電壓VKEF—D。多工器204耦接于參考電壓產生單元202、調光檢測器114及誤差放大器118，用來根據調光檢測信號Sds， 由預設參考電壓Vkef ρ及調光參考電SVkef D中切換選擇出參考電壓Vkef，以提供至誤差放大 器118。此外，如圖3所示，參考電壓產生器116亦可包含有一參考電壓產生單元302、一電 壓電平轉換器304及一多工器306。參考電壓產生單元302用來產生預設參考電壓Vkef P。 電壓電平轉換器304耦接于調光檢測器114及參考電壓產生單元302，用來根據調光檢測 信號Sds，將預設參考電壓Vkef p，調整為調光參考電壓Vkef D。多工器306耦接于參考電壓產 生單元302、電壓電平轉換器304、調光檢測器114及誤差放大器118，用來根據調光檢測信 號Sds，由預設參考電壓Vkef ρ及調光參考電壓Vkef D中切換選擇出參考電壓Vkef，以提供至誤 差放大器118。值得注意的是，參考電壓產生器116可根據調光檢測信號Sds，產生一適當的 調光參考電壓Vkef D，以對調光單元108于調光程序中可能造成的輸出驅動電壓變化量作補 償，舉例來說，針對使用脈沖寬度調制的調光單元108，調光參考電壓Vkef d的大小可為預設 參考電壓Vkef ρ與脈沖寬度調制信號的振幅量的總和。在此情況下，于調光檢測信號Sds指 示為進行調光程序時，多工器204選擇調光參考電壓Vkef D為參考電壓Vkef ；于調光檢測信號 Sds指示為不進行調光程序時，多工器204選擇預設參考電壓Vkef ρ為參考電壓VKEF。值得注意的是，上述實施例僅為本發(fā)明的一舉例說明，本領域技術人員當可根據 實際需求做適當地修改。舉例來說，電壓選擇器112可依任何規(guī)則于頭部空間電壓Vhki Vhedi中選取出反饋電壓VFB。舉例來說，電壓選擇器112可自頭部空間電壓Vhki Vlffim中，選 擇出最小的頭部空間電壓為反饋電壓VFB。因此，本發(fā)明可實時檢測是否正進行調光程序，進而動態(tài)調整參考電壓Vkef，以控 制電壓轉換器104輸出適當的輸出驅動電壓VD，如此一來，本發(fā)明將可避免因調光程序所造 成電流源106的頭部空間電壓不足或過多的問題，而能穩(wěn)定維持定電流驅動發(fā)光元件、提 高電源轉換效率與延長發(fā)光元件的使用時間。關于光源驅動裝置10的運作方式，請參考圖4，圖4為本發(fā)明實施例一流程40的 示意圖。流程40包含下列步驟步驟400:開始。步驟402 檢測調光狀態(tài)D，以產生調光檢測信號Sds。步驟404 根據調光檢測信號Sds，產生參考電壓Vkef。步驟406 根據參考電壓Vkef，控制電壓轉換器104產生輸出驅動電壓VD，以驅動發(fā) 光元件102。步驟408:結束。流程40是用以說明光源驅動裝置10的運作方式，詳細說明及相關變化可參考前 述說明，在此不贅述。綜上所述，本發(fā)明可實時檢測是否正進行調光程序，進而動態(tài)調整參考電壓Vkef， 以控制電壓轉換器104輸出適當的輸出驅動電壓VD，如此一來，本發(fā)明將可避免因調光程 序所造成電流源106的頭部空間電壓不足或過多的問題，而能穩(wěn)定維持定電流驅動發(fā)光元 件、提高電源轉換效率與延長發(fā)光元件的使用時間。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
一種動態(tài)維持定電流驅動的光源驅動裝置，用來驅動一發(fā)光元件，包含有一電壓轉換器，耦接于該發(fā)光元件，用來根據一電壓控制信號，將一輸入電壓轉換成一輸出驅動電壓；一調光單元，耦接于該發(fā)光元件，用來根據一調光信號，執(zhí)行一調光程序；一電流源，耦接于該調光單元，用來提供一驅動電流，以驅動該發(fā)光元件；以及一控制單元，耦接于該調光單元與該電壓轉換器，用來檢測一調光狀態(tài)，以產生一調光檢測信號，并根據該調光檢測信號，產生一參考電壓；其中，該控制單元根據該參考電壓，控制該電壓轉換器產生該輸出驅動電壓，以驅動該發(fā)光元件。
2.根據權利要求1所述的光源驅動裝置，其中該發(fā)光元件包含有多個發(fā)光二極管串列。
3.根據權利要求2所述的光源驅動裝置，其中該多個發(fā)光二極管串列中的每一發(fā)光二 極管串列包含多個以串聯形式連接的發(fā)光二極管。
4.根據權利要求1所述的光源驅動裝置，其中該調光單元根據該調光信號，控制導通 或關閉該發(fā)光元件與該電流源調光間的耦接關系，以執(zhí)行該調光程序。
5.根據權利要求1所述的光源驅動裝置，其中該控制單元包含有一電壓選擇器，耦接于該發(fā)光元件，用來于對應于該發(fā)光元件的至少一個頭部空間電 壓中，選擇出該反饋電壓；一調光檢測器，耦接于該調光單元，用來檢測該調光狀態(tài)，以產生一調光檢測信號； 一參考電壓產生器，耦接于該調光檢測器，用來根據該調光檢測信號，產生一參考電壓；一誤差放大器，耦接于該電壓選擇器與該參考電壓產生器，用來根據該反饋電壓及該 參考電壓，產生一誤差電壓信號；以及一轉換控制器，耦接于該誤差放大器及該電壓轉換器，用來根據該誤差電壓信號，產生 該電壓控制信號，以提供至電壓轉換器。
6.根據權利要求5所述的光源驅動裝置，其中該電壓選擇器自該至少一個頭部空間電 壓中，選擇出最小的頭部空間電壓為該反饋電壓。
7.根據權利要求5所述的光源驅動裝置，其中該參考電壓產生器包含有一參考電壓產生單元，耦接于該調光檢測器，用來根據該調光檢測信號，產生一預設參 考電壓及一調光參考電壓；以及一多工器，耦接于該參考電壓產生單元、該調光檢測器及該誤差放大器，用來根據該調 光檢測信號，由該預設參考電壓及該調光參考電壓中切換選擇出該參考電壓，以提供至誤 差放大器。
8.根據權利要求5所述的光源驅動裝置，其中該參考電壓產生器包含有 一參考電壓產生單元，用來產生一預設參考電壓；一電壓電平轉換器，耦接于該調光檢測器及該參考電壓產生單元，用來根據該調光檢 測信號，將該預設參考電壓，調整為一調光參考電壓；以及一多工器，耦接于該參考電壓產生單元、電壓電平轉換器、該調光檢測器及該誤差放大 器，用來根據該調光檢測信號，由該預設參考電壓及該調光參考電壓中切換選擇出該參考電壓，以提供至誤差放大器。
9.根據權利要求1所述的光源驅動裝置，其中該控制單元于該調光檢測信號指示開始 進行調光時，產生大于一預設參考電壓的該參考電壓。
10.根據權利要求1所述的光源驅動裝置，其中該控制單元于該調光檢測信號指示不 進行調光時，產生同于一預設參考電壓的該參考電壓。
11.根據權利要求1所述的光源驅動裝置，其中該控制單元檢測該調光信號，以產生該 調光檢測信號。
12.一種動態(tài)維持定電流驅動的方法，用于發(fā)光元件，該方法包含有檢測一調光狀態(tài)，以產生一調光檢測信號；根據該調光檢測信號，產生一參考電壓；以及根據該參考電壓，控制一電壓轉換器產生一輸出驅動電壓，以驅動該發(fā)光元件。
13.根據權利要求12所述的方法，其中該發(fā)光元件包含有多個發(fā)光二極管串列。
14.根據權利要求13所述的方法，其中該多個發(fā)光二極管串列中的每一發(fā)光二極管串 列包含多個以串聯形式連接的發(fā)光二極管。
15.根據權利要求12所述的方法，其中檢測該調光狀態(tài)，以產生該調光檢測信號的步 驟，是檢測一調光信號，以產生該調光檢測信號。
16.根據權利要求12所述的方法，其中根據該調光檢測信號，產生該參考電壓的步驟， 是于該調光檢測信號指示開始進行調光時，產生大于一預設參考電壓的該參考電壓。
17.根據權利要求12所述的方法，其中根據該調光檢測信號，產生該參考電壓的步驟， 是于該調光檢測信號指示不進行調光時，產生同于一預設參考電壓的該參考電壓。
18.根據權利要求12所述的方法，其中根據該參考電壓，控制該電壓轉換器產生該輸 出驅動電壓，以驅動該發(fā)光元件的步驟，包含有自該發(fā)光元件，取得一反饋電壓；根據該反饋電壓及該參考電壓，產生一電壓控制信號；以及根據該電壓控制信號，產生該輸出驅動電壓，以驅動該發(fā)光二極管電路。
19.根據權利要求18所述的方法，其中自該發(fā)光二極管電路，取得該反饋電壓的步驟， 是自對應于該多個發(fā)光二極管串列的該至少一個頭部空間電壓中，選擇出最小頭部空間電 壓為該反饋電壓。
全文摘要
光源驅動裝置，用來驅動一發(fā)光元件，包含有一電壓轉換器，耦接于該發(fā)光元件，用來根據一電壓控制信號，將一輸入電壓轉換成一輸出驅動電壓；一調光單元，耦接于該發(fā)光元件，用來根據一調光信號，執(zhí)行一調光程序；一電流源，耦接于該調光單元，用來提供一驅動電流，以驅動該發(fā)光元件；以及一控制單元，耦接于該調光單元與該電壓轉換器，用來檢測一調光狀態(tài)，以產生一調光檢測信號，并根據該調光檢測信號，產生一參考電壓；其中，該控制單元根據該參考電壓，控制該電壓轉換器產生該輸出驅動電壓，以驅動該發(fā)光元件。
文檔編號H05B37/02GK101990337SQ20091016181
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權日2009年8月3日
發(fā)明者張淙豪, 徐國慶, 許慶勛 申請人:聯詠科技股份有限公司