專利名稱：電流控制級(jí)、定電流控制系統(tǒng)、以及電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背光系統(tǒng)，尤其涉及關(guān)于背光系統(tǒng)的發(fā)光元件的電源供應(yīng)電路。
背景技術(shù)：
對(duì)于手持式與移動(dòng)型電子裝置，像是智能手機(jī)以及筆記型計(jì)算機(jī)等，能量使用的效率一直是業(yè)界不斷追求的一個(gè)目標(biāo)。唯有攜帶有足夠的電能以及有效率的運(yùn)用，才能延展手持式與移動(dòng)型電子裝置的使用時(shí)間。在手持式與移動(dòng)型電子裝置中，屏幕的背光，也是一個(gè)主要的能量消耗源。目前背光一般都已經(jīng)以發(fā)光二極管(light emitted diode)來做為光源，因?yàn)槠渚哂斜容^好的電光轉(zhuǎn)換效能。但是，如何能夠有效率的驅(qū)動(dòng)LED，則是電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)者努力的目標(biāo)之一。圖I顯示已知的一背光系統(tǒng)8。背光系統(tǒng)8大約可以區(qū)分成三個(gè)部分電壓控制級(jí)
4、電流控制級(jí)6、以及作為背光的發(fā)光二極管串(LED chains)!^、!^。通過反饋端FB以及補(bǔ)償端COM所提供的反饋機(jī)制，以及功率開關(guān)15控制電感元件PRM的釋能與儲(chǔ)能，電壓控制級(jí)4在輸出端OUT上建立輸出電壓VOT。電流控制級(jí)6中的控制單元20控制了 NMOS晶體管N1 Nn的柵極端(gate)，使得每個(gè)發(fā)光二極管串所流經(jīng)的電流都相等，如此，每個(gè)發(fā)光二極管的亮度大致都會(huì)差不多，可以達(dá)到亮度均勻的目標(biāo)。每個(gè)發(fā)光二極管串中的發(fā)光二極管的數(shù)目，可以一樣，也可以不一樣。每一個(gè)NMOS晶體管N1 Nn都可以視為一個(gè)電壓控制電流源，流經(jīng)其中的電流，大致上是由其柵極端的控制電壓所決定。舉NMOS晶體管N1為例，NMOS晶體管N1的漏極到源極的壓降VDS，需要到達(dá)一定最小值VDS_MIN以上，NMOS晶體管N1才能表現(xiàn)出電壓控制電流源的行為。如果壓降Vds太高，NMOS晶體管N1便會(huì)消耗太多電能，減低了整個(gè)背光系統(tǒng)8的效率。因此，要讓背光系統(tǒng)8的效率最佳化，就應(yīng)該讓NMOS晶體管N1 Nn的漏極電壓不低于，但越靠近最小值VDS_MIN越好。因此，電流控制級(jí)6具有二極管陣列12，把NMOS晶體管N1 Nn的漏極電壓中的最小值送給控制單元20，控制單元20通過端CRT，據(jù)以調(diào)整反饋端FB的反饋電壓VFB，也調(diào)整了補(bǔ)償端COM的補(bǔ)償電壓νωΜ，改變了電壓控制級(jí)4的輸出功率。舉例來說，控制單元20通過二極管陣列12發(fā)現(xiàn)當(dāng)下NMOS晶體管N1 Nn的漏極電壓中最小值是O. 6V，高于最小值目標(biāo)電壓O. 5V。因此，控制單元20從端CRT灌出電流，拉高反饋電壓Vfb，補(bǔ)償電壓Vot所以被降低，電壓控制級(jí)4的輸出功率下降，輸出電壓Vott也就下降。因此，NMOS晶體管N1 Nn的漏極電壓中最小值就跟著下降，往目標(biāo)電壓O. 5V接近，可以增加電能使用效率。如果背光系統(tǒng)8有調(diào)光控制(dimming control),那二極管陣列12就必須耐受高壓，所以可能不適合與控制單元20—同整合于一單芯片(monolithic)集成電路(integrated circuit)中。對(duì)于制造成本而言,背光系統(tǒng)8可能需要改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一電流控制級(jí)，適用于一背光系統(tǒng)。該背光系統(tǒng)包含有一電壓控制級(jí)，在一輸出端提供一輸出電壓，具有一補(bǔ)償端。該補(bǔ)償端的補(bǔ)償電壓大約決定該電壓控制級(jí)的輸出功率。該背光系統(tǒng)具有一發(fā)光元件，其一端耦接于該輸出端。該電流控制級(jí)包含有一電流控制器以及一反饋裝置。該電流控制器耦接至該發(fā)光元件的另一端，使流經(jīng)該發(fā)光元件的發(fā)光電流大約為一電流預(yù)設(shè)值。該電流控制器具有一控制端，其控制電壓大約控制該發(fā)光電流。該反饋裝置，依據(jù)該控制電壓，來影響該補(bǔ)償電壓，以使得該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù) 設(shè)值。本發(fā)明的一實(shí)施例提供一定電流控制系統(tǒng)，包含有一電壓控制級(jí)、一負(fù)載、以及一電流控制級(jí)。該電壓控制級(jí)在一輸出端提供一輸出電壓。該電流控制級(jí)，包含有一電壓控制電流源以及一定電流裝置。該電壓控制電流源具有一控制端，控制流經(jīng)該負(fù)載的電流。該負(fù)載耦接于該輸出端與該電壓控制電流源之間。該定電流裝置控制該控制端的一控制電壓，以使流經(jīng)該負(fù)載的該電流大約為一電流預(yù)設(shè)值。該反饋裝置依據(jù)該控制電壓，來影響該電壓控制級(jí)的一輸出功率，以使該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。本發(fā)明的一實(shí)施例提供一電流控制方法，適用于控制一發(fā)光元件的亮度。該電流控制方法包含有以一輸出功率，在該發(fā)光兀件的一端建立一輸出電壓。提供一控制電壓，來大約控制流經(jīng)該發(fā)光元件的另一端的發(fā)光電流；控制該控制電壓，以使該發(fā)光電流大約為一預(yù)設(shè)定電流；以及，依據(jù)該控制電壓，來調(diào)整該輸出功率，以使該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。


圖I顯不已知的一背光系統(tǒng)。圖2與圖3顯示依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的二背光系統(tǒng)。主要元件符號(hào)說明4電壓控制級(jí)6電流控制級(jí)8背光系統(tǒng)12 二極管陣列15功率開關(guān)20控制單元44電壓控制級(jí)60背光系統(tǒng)62電流控制級(jí)64i運(yùn)算放大器66反饋裝置68運(yùn)算放大器70最大值供應(yīng)器72電流控制級(jí)76反饋裝置80背光系統(tǒng)C、C1 Cn電流控制器
COM補(bǔ)償端CRT 端FB反饋端GATE、GATE1 GATEn 柵極端L、L1 Ln發(fā)光二極管串N1 NnNMOS 晶體管
OUT輸出端PRM電感元件RS1檢測(cè)電阻Vcm補(bǔ)償電壓Vfb反饋電壓Vout輸出電壓VrefS定電壓Vtrgt目標(biāo)電壓Vtrgt2目標(biāo)電壓
具體實(shí)施例方式在本說明書中，具有相同符號(hào)的元件，為具有大致相同或是類似的功能、結(jié)構(gòu)、組織、或應(yīng)用的元件，不必然需要彼此完全相同。此業(yè)界具有普通相關(guān)知識(shí)者，基于本說明書的教導(dǎo)，將知道替換或是改變實(shí)施例中的元件，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。圖2顯示依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的背光系統(tǒng)60，其包含有電壓控制級(jí)4、電流控制級(jí)62、以及作為背光的發(fā)光二極管串L1 Ln。電壓控制級(jí)4，如同圖I所示，可以是一升壓電路(booster)。在圖I中，電源管理器18依據(jù)在補(bǔ)償端COM的補(bǔ)償電壓VCQM，來大致控制功率開關(guān)15，決定電感元件PRM所轉(zhuǎn)換的電能，也決定電壓控制級(jí)4的輸出功率，以在輸出端OUT上建立輸出電壓VQUT。電流控制級(jí)62有N個(gè)電流控制器C1 CN，分別對(duì)應(yīng)到發(fā)光二極管串L1 LN。每個(gè)發(fā)光二極管串的陽極，都共同連接到輸出端OUT;每個(gè)發(fā)光二極管串的陰極，都連接到一相對(duì)應(yīng)NMOS晶體管的漏極。每個(gè)電流控制器C1 Cn最好是都有一樣的電路架構(gòu)。電流控制器C1，舉例來說，具有運(yùn)算放大器64PNM0S晶體管N1、以及檢測(cè)電阻RS115運(yùn)算放大器61的非反相輸入耦接到設(shè)定電壓VMf，反相輸入耦接到檢測(cè)電阻RS1，輸出則驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管N1的柵極端GATE115檢測(cè)電阻RS1則是耦接于NMOS晶體管N1的源極到接地線之間。NMOS晶體管N1需要流過相當(dāng)大的電流，所以是一種功率晶體管。柵極端GATE1I的控制電壓，大約控制著流經(jīng)NMOS晶體管N1的電流，也大約等于流經(jīng)發(fā)光二極管串L1的電流，所以NMOS晶體管N1也可以視為一電壓控制電流源。從電路架構(gòu)可推知，電流控制器C1會(huì)將流經(jīng)NMOS晶體管N1的電流，大約控制在VMf/RKS1這樣的電流預(yù)設(shè)值，其中，Resi為檢測(cè)電阻RS1的電阻值。電流控制級(jí)62中還具有反饋裝置66，其包含有運(yùn)算放大器68以及最大值供應(yīng)器70。最大值供應(yīng)器70具有二極管陣列，其中每一二極管的陽極連接到一相對(duì)應(yīng)的電流控制器匕中的柵極端GATEn，而每一二極管的陰極共同連接到運(yùn)算放大器68的反相輸入。如果最大值供應(yīng)器70中的二極管皆為理想二極管，運(yùn)算放大器68的反相輸入的電壓會(huì)等于位于柵極端GATE1 GATEn的控制電壓中的最大值VeATE_mx。運(yùn)算放大器68的非反相輸入耦接到一目標(biāo)電壓Vtagt，其輸出耦接至電壓控制級(jí)4的端CRT。端CRT可以視為一目標(biāo)電壓控制端。如果端CRT的電壓降低，則輸出電壓Vott的目標(biāo)值會(huì)被提高。從電流控制級(jí)62與電壓控制級(jí)4的電路可以推知，在平衡時(shí)，運(yùn)算放大器68的反相輸入會(huì)大約維持在目標(biāo)電壓Vfegt。換句話說，最大值VeATE_mx會(huì)大約維持在跟目標(biāo)電壓Vtagt對(duì)應(yīng)的一電壓預(yù)設(shè)值。舉例來說，目標(biāo)電壓Vtigt是價(jià)，而當(dāng)下運(yùn)算放大器68的反相輸入的電壓為4. 3V。則運(yùn)算放大器68從端CRT汲取電流，降低反饋電壓VFB，補(bǔ)償電壓Vot所以被升高，所以電壓控制級(jí)4的輸出功率增加，輸出電壓Vot也就增加。增加的輸出電壓Votit意味著柵極端GATE1 GATEn的控制電壓可能需要 降低，才可以維持流經(jīng)NMOS晶體管N1 Nn的電流不變。因此，電流控制器C1 Cn降低柵極端GATE1 GATEn的控制電壓，所以使運(yùn)算放大器68的反相輸入的電壓也隨之降低，往目標(biāo)電壓Vfegt接近。維持柵極端GATE1 GATEn的控制電壓中的最大值VeATE_MX，就等同于維持NMOS晶體管N1 Nn的最低溝道電阻(channel resistance),可以有效的控制電能使用效率。相較于圖I的背光系統(tǒng)8，圖2的背光系統(tǒng)60中不需要有耐高壓的二極管陣列12，而反饋裝置66也不必要耐受高壓，所以可以與電流控制器C1 Cn —起形成于一單芯片集成電路。而且，圖I中的控制單元20，如果以一單芯片集成電路形成，則需要有一特別引腳(pin)連接至二極管陣列12，來檢測(cè)NMOS晶體管N1 Nn的最低漏極電壓。圖2的電流控制級(jí)62，如果以一單芯片集成電路形成，就不需要有這樣特別引腳，因?yàn)闄z測(cè)的是NMOS晶體管N1 Nn的最高控制電壓，都是集成電路內(nèi)部信號(hào)。因此，電流控制級(jí)62可以有比較小的引腳數(shù)目(pin count)。圖2的實(shí)施例驅(qū)動(dòng)了數(shù)個(gè)發(fā)光二極管串L1 Ln，但本發(fā)明也可以運(yùn)用于驅(qū)動(dòng)單一個(gè)發(fā)光二極管串。本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例跟圖2的背光系統(tǒng)60 —樣，只是電流控制級(jí)62只有一個(gè)電流控制器C1,背光系統(tǒng)也只有單一發(fā)光二極管串Lp雖然圖2中的電壓控制級(jí)4為一升壓電路，但是本發(fā)明并不限于此。在此業(yè)界具有一般知識(shí)者可以以其他種電源轉(zhuǎn)換電路，譬如降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)、返馳式轉(zhuǎn)換器(flyback converter)等等,來取代圖2中的電壓控制級(jí)4, 一樣地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。圖3顯示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一背光系統(tǒng)80。電壓控制級(jí)44可以是任何的電源轉(zhuǎn)換電路，譬如升壓電路(booster)、降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)、返馳式轉(zhuǎn)換器(flybackconverter)等等。電壓控制級(jí)44具有補(bǔ)償端COM,其補(bǔ)償電壓Vcom大約決定電壓控制級(jí)44對(duì)輸出端OUT的輸出功率。舉例來說，補(bǔ)償電壓Vkjm越高，電壓控制級(jí)44的輸出功率越高。電流控制級(jí)72具有電流控制器C以及反饋裝置76。電流控制器C的電路架構(gòu)與原理可以由先前實(shí)施例所推知，不再重述。反饋裝置76為一運(yùn)算放大器，其反相輸入耦接到目標(biāo)電壓Vtagt2，非反相輸入耦接到柵極端GATE，其輸出連接到補(bǔ)償端C0M，可以影響補(bǔ)償電壓νωΜ。與圖2的操作原理類似的，在圖3中，如果柵極端GATE的控制電壓VeATE低于目標(biāo)電壓Vtagt2，補(bǔ)償電壓Vot會(huì)被反饋裝置76拉低，輸出端OUT的輸出電壓Votit降低。因此，電流控制器C會(huì)拉高控制電壓V_，使其大約維持在目標(biāo)電壓Vtagt2附近，且維持流經(jīng)發(fā)光二極管串L的電流為一電流預(yù)設(shè)值。
以上所述僅為本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種電流控制級(jí),適用于一背光系統(tǒng),該背光系統(tǒng)包含有一電壓控制級(jí)，在一輸出端提供一輸出電壓，具有一補(bǔ)償端，該補(bǔ)償端的補(bǔ)償電壓大約決定該電壓控制級(jí)的輸出功率，該背光系統(tǒng)具有一發(fā)光元件，其一端耦接于該輸出端，該電流控制級(jí)包含有 一電流控制器，耦接至該發(fā)光元件的另一端，使流經(jīng)該發(fā)光元件的發(fā)光電流大約為一電流預(yù)設(shè)值，該電流控制器具有一控制端，其控制電壓大約控制該發(fā)光電流；以及 一反饋裝置，依據(jù)該控制電壓，來影響該補(bǔ)償電壓，以使得該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。
2.如權(quán)利要求I所述的電流控制級(jí)，其中，該背光系統(tǒng)包含有多個(gè)發(fā)光元件，該電流控制級(jí)包含有多個(gè)電流控制器，分別耦接至并對(duì)應(yīng)所述發(fā)光元件，該反饋裝置包含有 一最大值提供器，耦接至所述電流控制器的所述控制端，以提供一主信號(hào)，對(duì)應(yīng)所述控制端的所述控制電壓中的最大值； 其中，該主信號(hào)影響該補(bǔ)償信號(hào)，以使該主信號(hào)大約維持在一第二電壓預(yù)設(shè)值。
3.如權(quán)利要求I所述的電流控制級(jí)，該電壓控制級(jí)包含有一目標(biāo)電壓控制端，可控制該輸出電壓，其中，當(dāng)該控制電壓高于該第一電壓預(yù)設(shè)值時(shí)，該反饋裝置通過該目標(biāo)電壓控制端，提高該輸出電壓。
4.如權(quán)利要求I所述的電流控制級(jí)，其中，該電流控制器包含有 一功率晶體管，具有該控制端、一電流輸入端以及一電流輸出端，該電流輸入端耦接至該發(fā)光元件的另一端； 一檢測(cè)電阻，耦接于該電流輸出端與一接地線之間；以及 一運(yùn)算放大器，具有一反相輸入、一非反相輸入、以及一輸出，該反相輸入I禹接至該檢測(cè)電阻，該非反相輸入耦接至一設(shè)定電壓，該輸出耦接至該控制端。
5.一種定電流控制系統(tǒng)，包含有 一電壓控制級(jí)，在一輸出端提供一輸出電壓； 一負(fù)載；以及 一電流控制級(jí)，包含有 一電壓控制電流源，具有一控制端，控制流經(jīng)該負(fù)載的電流，該負(fù)載耦接于該輸出端與該電壓控制電流源之間； 一定電流裝置，控制該控制端的一控制電壓，以使流經(jīng)該負(fù)載的該電流大約為一電流預(yù)設(shè)值；以及 一反饋裝置，依據(jù)該控制電壓，來影響該電壓控制級(jí)的一輸出功率，以使該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。
6.如權(quán)利要求5所述的定電流控制系統(tǒng),其中，該負(fù)載包含有多個(gè)發(fā)光二極管。
7.如權(quán)利要求5所述的定電流控制系統(tǒng)，其中，該電壓控制級(jí)為一開關(guān)式電源供應(yīng)器，包含有一補(bǔ)償端，該補(bǔ)償端的補(bǔ)償電壓大約決定該開關(guān)式電源供應(yīng)器的一功率開關(guān)的工作比例(duty ratio),該反饋裝置依據(jù)該控制電壓,影響該補(bǔ)償電壓。
8.如權(quán)利要求5所述的定電流控制系統(tǒng)，其中，該定電流控制系統(tǒng)包含有多個(gè)負(fù)載，該電流控制級(jí)包含有多個(gè)電壓控制電流源，分別耦接并對(duì)應(yīng)所述負(fù)載，該反饋裝置包含有 一最大值提供器，耦接至所述電壓控制電流源的所述控制端，以提供一主信號(hào)，對(duì)應(yīng)所述電壓控制電流源的所述控制電壓中的最大值；其中，該主信號(hào)影響該電壓控制級(jí)的該輸出功率，以使該主信號(hào)大約維持在一第二電壓預(yù)設(shè)值。
9.一種電流控制方法，適用于控制一發(fā)光元件的亮度，包含有 以一輸出功率，在該發(fā)光兀件的一端建立一輸出電壓； 提供一控制電壓，來大約控制流經(jīng)該發(fā)光元件的另一端的發(fā)光電流； 控制該控制電壓，以使該發(fā)光電流大約為一預(yù)設(shè)定電流；以及 依據(jù)該控制電壓，來調(diào)整該輸出功率，以使該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。
10.如權(quán)利要求9所述的電流控制方法，適用于控制多個(gè)發(fā)光元件，該電流控制方法包含有 以該輸出功率，在所述發(fā)光兀件的一共同端建立一輸出電壓； 提供多個(gè)控制電壓，每一大約控制流經(jīng)一相對(duì)應(yīng)發(fā)光元件的另一端的一相對(duì)應(yīng)發(fā)光電流； 依據(jù)所述控制電壓中的一最大值，來調(diào)整該輸出功率，以使該最大值大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。
全文摘要
電流控制級(jí)、定電流控制系統(tǒng)、以及電流控制方法，適用于一背光系統(tǒng)。該背光系統(tǒng)包含有一電壓控制級(jí)，在一輸出端提供一輸出電壓，具有一補(bǔ)償端。該補(bǔ)償端的補(bǔ)償電壓大約決定該電壓控制級(jí)的輸出功率。該背光系統(tǒng)具有一發(fā)光元件，其一端耦接于該輸出端。該電流控制級(jí)包含有一電流控制器以及一反饋裝置。該電流控制器耦接至該發(fā)光元件的另一端，使流經(jīng)該發(fā)光元件的發(fā)光電流大約為一電流預(yù)設(shè)值。該電流控制器具有一控制端，其控制電壓大約控制該發(fā)光電流。該反饋裝置，依據(jù)該控制電壓，來影響該補(bǔ)償電壓，以使得該控制電壓大約維持在一第一電壓預(yù)設(shè)值。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102956202SQ201110250148
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者李敬贊 申請(qǐng)人:通嘉科技股份有限公司