避免軟開機閃爍的發光二極管裝置及方法

專利名稱：避免軟開機閃爍的發光二極管裝置及方法
技術領域：
本發明是指一種可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)的發光二極管裝置及 方法，尤指一種于軟開機期間通過漸進改變負載電流方式進行調光的發光二極管裝置及方 法。
背景技術：
以發光二極管(LED)作為發光源的應用越來越普遍。例如，傳統液晶顯示面板的 背光模塊是以冷陰極熒光燈管(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)來作為光源。如 今，隨著發光二極管的發光效率不斷提升且成本日益降低，發光二極管有逐漸取代冷陰極 熒光燈管來作為背光模塊光源的趨勢。在已知技術中，發光二極管驅動電路通常會利用脈沖寬度調制(Pulse width Modulation, PWM)機制來調整發光二極管的發光亮度。脈沖寬度調制調光(PWM dimming) 主要是利用脈沖寬度調制信號來控制電流源提供至發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時，導通電流源提供電流至發光二極管；相 反地，于脈沖寬度調制信號處于邏輯低電平狀態時，停止電流源提供電流至發光二極管。因 此，若邏輯高電平狀態的時間越長，發光二極管的亮度越高。換句話說，經由變化該脈沖寬 度調制信號的責任周期(Duty Cycle)，即可控制發光二極管的發光亮度。請參考圖1，圖1為已知一發光二極管驅動電路10的示意圖。發光二極管驅動電 路10用來驅動一發光二極管模塊11。如圖1所示，發光二極管模塊11包含有并聯的發光 二極管串列C1 Cm，而每一發光二極管串列是由多個串接的發光二極管組成。發光二極 管驅動電路10包含有一電壓轉換器12、一電流負載13、一調光切換開關15及一回路控制 單元14。電壓轉換器12用來將一輸入電壓VI轉換成一輸出電壓V2，以驅動發光二極管模 塊11。電流負載13用來從發光二極管模塊11汲取電流大小固定的驅動電流Idl Idm。 調光切換開關15用來根據一脈沖寬度調制信號SD，導通或關閉電流負載13與發光二極管 串列C1 Cm間的耦接關系，以控制發光二極管的平均電流。回路控制單元14則根據發光 二極管串列C1 Cm的反饋電壓與一預設參考電壓間的差異，控制電壓轉換器12進行電壓 轉換的操作，以穩定輸出電壓V2的電平。另外，回路控制單元14還包含有一調光控制單元 142，用來產生脈沖寬度調制信號SD，以實現調光程序。另一方面，由于發光二極管串列C1 Cm的反饋電壓在系統電力開啟時會由零開 始緩慢增加，而與回路控制單元14中的預設參考電壓具有較大的差異，此種情況雖然可使 低電平的輸出電壓V2在開機時快速地提升至所需的電壓電平，但亦會讓電壓轉換器12在 開機瞬間產生相當大的突波電流及產生輸出電壓過沖(over shoot)的情形。在此情形下， 回路控制單元14 一般會包含一軟開機(soft-start)單元144，用來降低發光二極管的反饋 電壓與預設參考電壓在開機期間的差值，以增加系統在開機時的穩定度。然而，在同時要軟開機及脈沖寬度調制調光過程當中，由于發光二極管模塊11與 電流負載13間的電流路徑呈現不斷開關的現象，而電壓轉換器12僅會在電流路徑導通的時候才會進行電壓轉換的操作，導致軟開機的時間會過長。在某些已知技術中，軟開機和脈 沖調制調光會分成兩階段操作，即在軟開機的時間內先不要進行調光(脈沖調制調光的責 任周期為100% )，等到軟開機完再進行調光，則可避免增加軟開機的時間。但是從完全不 調光到調光的過程當中，例如責任周期從100%至50%，發光二極管的平均電流會有瞬間 的大電流變化，而形成所謂的軟開機閃爍(soft-start flicker)現象。若從不調光到調光 的責任周期變化越大，發光二極管的平均電流的變化越大，則此瞬間發生的發光二極管閃 爍現象會更嚴重。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)的發
光二極管裝置及方法。本發明揭露一種可避免軟開機閃爍的發光二極管裝置。該發光二極管裝置包含有 一發光二極管模塊、一電壓轉換器、一可變電流負載及一回路控制單元。該電壓轉換器耦接 于該發光二極管模塊，用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極管模塊。 該可變電流負載耦接于該發光二極管模塊，用來從該發光二極管模塊汲取一負載電流。該 回路控制單元耦接于該電壓轉換器、該可變電流負載及該發光二極管模塊，包含有一軟開 機單元及一調光控制單元。該軟開機單元用來于電力開啟時，啟動該電壓轉換器的一軟開 機機制。該調光控制單元用來控制該可變電流負載，將該負載電流的大小漸進增加至一目 標值，并于該負載電流的大小達到該目標值時，維持該負載電流的大小，直到該軟開機機制 完成為止。本發明還揭露一種用來避免一發光二極管裝置發生軟開機閃爍(soft-start flicker)的方法。該發光二極管裝置包含有一電壓轉換器、一可變電流負載及一發光二極 管模塊。該電壓轉換器用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極管模塊。 該可變電流負載用來從該發光二極管模塊汲取一負載電流。該方法包含有于電力開啟時， 啟動該電壓轉換器的一軟開機機制；將該負載電流漸進增加至一目標值，以對該發光二極 管模塊進行調光；以及于該負載電流的大小達到該目標值時，維持該負載電流的大小，直到 該軟開機機制完成為止。


圖1為一已知發光二極管驅動電路的示意圖。圖2為本發明實施例可避免軟開機閃爍的一發光二極管裝置的示意圖。圖3為本發明實施例用來避免一發光二極管裝置發生軟開機閃爍的一流程的示 意圖。圖4說明一連續變化式電流負載，其負載電流隨時間呈現連續性的變化。圖5說明一分段離散變化式負載，其負載電流隨時間呈現分段離散的變化。圖6為本發明一調光控制單元的實施例示意圖。[主要元件標號說明]10發光二極管驅動電路 11、21 發光二極管模塊Cl Cm發光二極管串列12、22 電壓轉換器
13電流負載15,24回路控制單元Idl Idm 電流142,244,60調光控制單元20發光二極管裝置30流程62 檢測電路 64 計數器66 數字至模擬轉換器
14、25 調光切換開關 VU V2電壓
SD脈沖寬度調制信號
144,242 軟開機單元 23可變電流負載
300 330 步驟
具體實施例方式請參考圖2，圖2為本發明實施例可避免軟開機閃爍(soft-start flicker)的一 發光二極管裝置20的示意圖。發光二極管裝置20包含有一發光二極管模塊21、一電壓轉 換器22、一可變電流負載23及一回路控制單元24。在本發明實施例中，發光二極管模塊21 包含有并聯的發光二極管串列Cl Cm，而每一發光二極管串列是由多個串接的發光二極 管組成，但不以此為限。換言之，發光二極管模塊21亦可僅有一個發光二極管串列，而各發 光二極管串列亦可僅包含單一發光二極管。由于發光二極管為一電流驅動元件，其發光亮 度與驅動電流大小成正比，因此，為求流經各發光二極管的電流相同來達到相同亮度的要 求，各發光二極管串列所包含的發光二極管數量一般需相同。電壓轉換器22耦接于發光二極管模塊21，用來將一第一電壓Vl轉換成一第二電 壓V2，以作為發光二極管模塊21的穩定驅動電壓。可變電流負載23耦接于發光二極管模 塊21的另一端，用來從發光二極管模塊21汲取負載電流Idl Idm。回路控制單元24耦接 于電壓轉換器22、可變電流負載23及發光二極管模塊21，用來根據發光二極管串列Cl Cm的反饋電壓與一預設參考電壓間的差異，控制電壓轉換器22進行電壓轉換的操作，以穩 定輸出電壓V2的電平。回路控制單元24還包含有一軟開機單元242及一調光控制單元 244。軟開機單元242用來于電力開啟時，啟動電壓轉換器22的一軟開機機制。調光控制 單元244用來控制可變電流負載23，將負載電流Idl Idm漸進增加至一目標值，并于負載 電流Idl Idm達到目標值時，維持負載電流Idl Idm的大小，直到軟開機完成為止。當軟開機完成時，調光控制單元244可進一步利用脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM)機制，亦即產生一脈沖寬度調制信號SD，來對發光二極管模塊21進行調 光。在此情形下，發光二極管裝置20包含有一調光切換開關25，用來根據調光控制單元244 所產生的脈沖寬度調制信號SD，導通或關閉可變電流負載23與發光二極管串列Cl Cm間 的電流路徑，以控制流經發光二極管的平均電流，而實現調光程序。因此，本發明發光二極管裝置20在軟開機過程中，是通過漸進式增加負載電流的 方式來進行調光，直到軟開機結束后，才轉換利用傳統脈沖寬度調制機制來進行發光二極 管模塊21的調光程序。如此一來，本發明實施例不但可改善軟開機期間不調光所導致的軟 開機閃爍現象，亦可避免因脈沖調制調光導致軟開機時間過長的問題。關于發光二極管裝 置20的詳細操作方式，請繼續參考以下說明。請參考圖3，圖3為本發明實施例用來避免一發光二極管裝置發生軟開機閃爍的 一流程30的示意圖。流程30用來實現上述發光二極管裝置20的一操作流程，其包含有下列步驟步驟300:開始。步驟310 于電力開啟時，啟動電壓轉換器22的一軟開機機制。步驟320 將負載電流Idl Idm漸進增加至一目標值，以對發光二極管模塊21進 行調光。步驟330 于負載電流Idl Idm的大小達到目標值時，維持負載電流Idl Idm 的大小，直到軟開機機制完成而利用脈沖寬度調制機制對發光二極管模塊21進行調光為止。步驟340:結束。根據流程30，發光二極管裝置20于電力開啟時，啟動電壓轉換器22的軟開機機 制。接著，調光控制單元244控制可變電流負載23，將負載電流Idl Idm的大小漸進增加 至目標值，以對該發光二極管模塊進行調光。于負載電流Idl Idm的大小達到目標值時， 調光控制單元244維持負載電流Idl Idm的大小，直到檢測到軟開機完成，而利用脈沖寬 度調制機制對發光二極管模塊21進行調光為止。因此，相較于先前技術，本發明實施例在軟開機的過程中改用漸進式增加負載 電流的方式來代替脈沖寬度調制進行調光，以避免脈沖調制調光不斷打斷電壓轉換回路 (voltage convert loop)，而拉長軟開機所需的時間。另一方面，由于負載電流Idl Idm隨時間慢慢增力Π，軟開機期間所造成的瞬間突 波電流可大幅地被降低，因而可改善發光二極管閃爍的現象。此外，即使在軟開機結束后轉 換使用脈沖調制調光，發光二極管的平均電流亦不會有太大的變化，而可進一步避免已知 技術中軟開機閃爍的問題。較佳地，在本發明實施例中，流程30還包含有于啟動軟開機機制時，判斷發光二 極管裝置20是否需于軟開機期間進行調光的步驟。若發光二極管裝置20需于軟開機期 間進行調光，則依序執行步驟320至步驟330，直到軟開機完成而進入脈沖調制調光模式為 止。相反地，若發光二極管裝置20不需于軟開機期間進行調光，則省略步驟320與步驟330， 直接進入脈沖調制調光模式，并將脈沖調制調光的責任周期設為100%。在本發明實施例中，可變電流負載23可以通過下列兩種方式實現(1)連續變化 式負載(continuously changed load)，其負載電流變化為隨時間呈現連續性的變化，如圖 4所示；(2)分段離散變化式負載(segmented-discrete changed load)，其負載電流變化 為隨時間呈現分段離散的變化，分段越多且每段變化越小，負載電流變化越不劇烈，就越能 抑制發光二極管閃爍，如圖5所示。請繼續參考圖6，圖6為本發明一調光控制單元60的實施例示意圖。調光控制單 元60用來實現上述調光控制單元244，其包含有一檢測電路62、一計數器64及一數字至模 擬轉換器66。檢測電路62用來檢測軟開機機制是否啟動，并于軟開機機制啟動時，觸發啟 動計數器64。數字至模擬轉換器66則根據計數器64的數值，轉換輸出一模擬信號至可變 電流負載23，用以漸進改變發光二極管模塊的負載電流，直到負載電流的大小達到目標值 為止。總而言之，本發明實施例在軟開機過程中采用漸進式增加負載電流的方式來取代 脈沖寬度調制調光，以改善軟開機時間過長的問題。此外，即使本發明實施例在軟開機結束后轉換使用脈沖調制調光，發光二極管的平均電流亦不會有太大的變化，而可進一步避免 軟幵機閃爍的問題。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
一種可避免軟開機閃爍的發光二極管裝置，該發光二極管裝置包含有一發光二極管模塊；一電壓轉換器，耦接于該發光二極管模塊，用來將一第一電壓轉換成一第二電壓，以輸出至該發光二極管模塊；一可變電流負載，耦接于該發光二極管模塊，用來從該發光二極管模塊汲取一負載電流；以及一回路控制單元，耦接于該電壓轉換器、該可變電流負載及該發光二極管模塊，包含有一軟開機單元，用來于電力開啟時，啟動該電壓轉換器的一軟開機機制；以及一調光控制單元，用來控制該可變電流負載，以將該負載電流的大小漸進增加至一目標值，并于該負載電流的大小達到該目標值時，維持該負載電流的大小，直到該軟開機機制完成為止。
2.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，還包含有一調光切換開關，耦接于該發光二極管模塊、該可變電流負載及該調光控制單元，用來 根據該調光控制單元所產生的一脈沖寬度調制信號，導通或關閉該可變電流負載與該發光 二極管模塊間的電流路徑。
3.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該調光控制單元于該軟開機機制完成 時，利用一脈沖寬度調制機制來對該發光二極管模塊進行調光。
4.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該調光控制單元還于該軟開機機制啟 動時，判斷該發光二極管裝置是否需于該軟開機機制中進行調光。
5.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該可變電流負載是以連續變化方式， 將該負載電流漸進增加至該目標值。
6.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該可變電流負載是以分段離散變化方 式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
7.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該發光二極管模塊的亮度是對應于該 負載電流的大小。
8.根據權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該發光二極管模塊包含有多個發光二 極管串列。
9.一種用來避免一發光二極管裝置發生軟開機閃爍的方法，該發光二極管裝置包含有 一電壓轉換器、一可變電流負載及一發光二極管模塊，該電壓轉換器用來將一第一電壓轉 換成一第二電壓，以輸出至該發光二極管模塊，該可變電流負載用來從該發光二極管模塊 汲取一負載電流，該方法包含有于電力開啟時，啟動該電壓轉換器的一軟開機機制；將該負載電流漸進增加至一目標值，以對該發光二極管模塊進行調光；以及于該負載電流的大小達到該目標值時，維持該負載電流的大小，直到該軟開機機制完 成為止。
10.根據權利要求9所述的方法，其還包含于該軟開機機制完成時，利用一脈沖寬度調制機制對該發光二極管模塊進行調光。
11.根據權利要求9所述的方法，其還包含于啟動該軟開機機制時，判斷該發光二極管裝置是否需于該軟開機機制中進行調光。
12.根據權利要求9所述的方法，其中將該負載電流漸進增加至該目標值的步驟，包含有以連續變化方式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
13.根據權利要求9所述的方法，其中將該負載電流漸進增加至該目標值的步驟，包含有以分段離散變化方式，將該負載電流漸進增加至該目標值。
14.根據權利要求9所述的方法，其中該發光二極管模塊的亮度是對應于該負載電流 的大小。
15.根據權利要求9所述的方法，其中該發光二極管模塊包含有多個發光二極管串列。
全文摘要
可避免軟開機閃爍的發光二極管裝置包含有一發光二極管模塊、一電壓轉換器、一可變電流負載及一回路控制單元。回路控制單元耦接于該電壓轉換器、該可變電流負載及該發光二極管模塊，包含有一軟開機單元及一調光控制單元。該軟開機單元用來于電力開啟時，啟動該電壓轉換器的一軟開機機制。該調光控制單元用來控制該可變電流負載，將該發光二極管模塊的一負載電流漸進增加至一目標值，并于該負載電流的大小達到該目標值時，維持該負載電流的大小，直到該軟開機機制完成為止。
文檔編號H05B37/00GK101956962SQ200910139948
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者張淙豪, 徐國慶, 許慶勛 申請人:聯詠科技股份有限公司