TWI410165B - Light-emitting diode backlight module power supply circuit - Google Patents

Description

發光二極體背光模組之電源電路

一種發光二極體背光模組之電源電路，特別是指一種同時提供系統電力以及點燈電力以供應液晶控制電路以及點亮複數發光二極體燈組。

由於發光二極體的驅動技術以及使用領域不斷的突破，使得以往使用放電燈泡（如冷陰極管）作為背光源的液晶顯示器亦開始選用發光二極體作為光源。由於發光二極體是由直流電驅動，發光的亮度取決於電流大小，且較普遍的方式是使用定電流模式驅動，使業者需特別設計匹配液晶顯示器以及發光二極體的電源。而前述匹配液晶顯示器以及發光二極體的電源基本架構可參閱圖1，該電源具有一顆主變壓器91自一前級調變電路100取得輸入電力，該主變壓器91至少包含一一次側繞組911以及一二次側繞組912，該輸入電力流過該一次側繞組911，在該二次側繞組912產生一感應電力。而該感應電力的第一個用途在於分流出一系統電力913供該液晶顯示器的控制系統運作，另一方面，該二次側繞組912再連接複數點燈電路組92，複數點燈電路組92取得該感應電力而各自點亮一發光二極體燈組93。每一點燈電路組92內包含一連接該發光二極體燈組93的直流電源轉換器921、一功率開關94以及一控制電路922，該控制電路922驅動該直流電源轉換器921將該感應電力轉換為點燈電力點亮該發光二極體燈組93，並且該控制電路922亦驅動該功率開關94調整通過發光二極體燈組93的電流大小。而該控制電路922偵測通過該發光二極體燈組93的電流，藉以控制該直流電源轉換器921的運作。

上述的習知電源架構雖可匹配液晶顯示器以及發光二極體的需要，但每組發光二極體燈組93搭配一點燈電路92，且每一點燈電路92各具有直流電源轉換器921以及控制電路922，其成本較高且體積較大，若使用在面積稍大的液晶顯示器上則明顯的成本過高、體積過大，不具有競爭力。再者，若省略該直流電源轉換器921時，這些點燈電路92與液晶顯示器的控制系統分享同一二次側繞組912的感應電力的話，若針對系統電力913端作穩壓控制的話，將使點燈電路92所分流取得的感應電力一併產生波動，造成點燈電路92的工作負擔，甚至使點燈電力產生波動，此為交互調節（Cross regulation）產生的問題。另外，由於複數發光二極體燈組93是應用在同一片液晶顯示器面板上，除了上述的技術問題以外更需考慮到發光二極體均亮的控制方法。因此，為了使發光二極體得以更低成本的應用於液晶顯示器上，需要提供更優秀的電路架構來提供匹配液晶顯示器以及發光二極體的電源。

有鑑於前述習知的技術問題，本案的目的在於提供一種匹配液晶顯示器以及發光二極體工作需求的電源，並達到電力控制更精準穩定、成本更低的目標。

本案為一種發光二極體背光模組之電源電路，該電源電路具有一變壓器，該變壓器的二次側包含至少一系統電力繞組以及一點燈電力繞組。該系統電力繞組感應一系統電力，該系統電力係用於供應一液晶控制電路運作所需。該點燈電力繞組感應一感應電力，且該點燈電力繞組連接一功率開關單元以及一控制電路，該控制電路驅動該功率開關單元調節通過該功率開關單元的感應電力功率。又，該點燈電力繞組更連接複數並聯而相互牽制並聯端之感應電力電壓的平衡電容，以及連接於每一平衡電容後端的點燈電路。由於複數並聯的平衡電容相互牽制，使通過複數平衡電容的電流均相等，使後端的點燈電路得以調變通過該平衡電容的感應電力轉為一點燈電力，每一點燈電路各自驅動一發光二極體燈組。

上述的結構中第一個特點在於本案將變壓器二次側區分為供應液晶控制電路的系統電力繞組，以及供應背光模組的點燈電力繞組，因此系統電力以及點燈電力可分開調節而不相干擾，改善了習知交互調節（cross regulation）的問題。第二個特點為點燈電力繞組後端是透過一控制電路以及一功率開關單元調節輸出到後端的功率。在感應電力傳送到點燈電路之前，先通過複數並聯的平衡電容，透過平衡電容之間電壓的相互牽制而使每一股通過平衡電容的電流大致上均等，達到電流平衡的效果。透過上述的電路特點，達到了省略直流轉換器、只使用一個控制單元、電流平衡的優點；更進一步減少電路元件、縮小電源體積、降低生產成本。

本案為一種發光二極體背光模組之電源電路，是應用在使用發光二極體作為背光源的液晶顯示器中，本案的電路架構將配合圖式說明如下。請參閱圖2，圖中可見該電源電路具有一變壓器1，該變壓器1的一一次側繞組11，該一次側繞組11電性連接一前級調變電路100而取得一輸入電力，該前級調變電路100係將商用電力作初步的調變而提供該輸入電力至該變壓器1，本案並不限定該前級調變電路100的形態，且該前級調變電路100為該技術領域具通常知識者所能熟悉，故不再贅述。而該變壓器1之二次側包含至少一系統電力繞組12以及一點燈電力繞組13，該系統電力繞組12感應一系統電力供給一液晶控制電路2，而該點燈電力繞組13則感應一感應電力。該點燈電力繞組13連接一功率開關單元4，並設有一控制電路3產生一工作週期訊號，該工作週期訊號驅動該功率開關單元4透過導通或截止來調節通過該功率開關單元4的感應電力功率。該點燈電力繞組13後端更連接複數並聯而相互牽制並聯端之感應電力電壓的平衡電容5，經過調節功率後的感應電力通過該平衡電容5，透過該平衡電容5之間電壓的相互牽制而使每一股通過該平衡電容5的感應電力電流大致上均等。而每一個並聯的該平衡電容5後端連接一點燈電路6，該些點燈電路6調變通過該平衡電容5的感應電力，將該感應電力轉換為一點燈電力而各自驅動一發光二極體燈組7，複數組發光二極體燈組7則成為液晶顯示器的背光模組光源。上述的電路架構的第一個特點在於將變壓器1二次側區分為供應液晶控制電路2的系統電力繞組12，以及用於點亮複數發光二極體燈組7的點燈電力繞組13，並且該點燈電力可由該控制電路3與功率開關單元4獨立的調節，因此系統電力以及點燈電力可分開調節而不相干擾，改善了習知交互調節（cross regulation）的問題。第二個特點在於該點燈電力繞組13後端是透過該控制電路3以及該功率開關單元4調節輸出到後端的功率。在感應電力傳送到該點燈電路6之前，先通過複數並聯的平衡電容5，透過該平衡電容5之間電壓的相互牽制而使每一股通過平衡電容5的電流大致上均等，達到電流平衡的效果。另外，為了使該些發光二極體燈組7的點燈頻率配合液晶顯示面板的運作，該控制電路3自該系統電力繞組12設定一偵測點（p）偵測該系統電力，判斷該系統電力的頻率與相位，並調變該工作週期訊號，令被功率開關單元4調節的感應電力與該系統電力具有相同的頻率與相位。再者，複數點燈電路6更可串接一電阻8，流過該平衡電容5與點燈電路6的電流可在複數個回授點 （n₁ 、n₂ …n_m ） 透過該電阻8形成複數個直流電壓 ，該控制電路3依據該些直流電壓而調變該工作週期訊號，進一步控制送至該點燈電路6的功率。

請參閱圖3，圖3示出該點燈電路6以及該控制單元3的實施態樣，其中該點燈電路6包含一自該平衡電容5取得感應電力的整流單元61以及跨接於整流單元後端一儲能電容62，由於該感應電力的功率已經過該控制單元3、功率開關單元4的調整，並且經過該些平衡電容5的均流功效，該點燈電路6只需透過該整流單元61將感應電力調變為直流，並且透過該儲能電容62形成該點燈電力，即可驅動該發光二極體燈組7。而該控制電路3則包含一同步偵測單元31、一波形產生單元32、一回授與保護單元33以及一比較單元34，該同步偵測單元31自上述的偵測點（p）偵測該系統電力，且該同步偵測單元31依據該系統電力而產生一同步訊號，該波形產生單元32則依該同步訊號的變動而產生一鋸齒波訊號。該回授與保護單元33透過上述電阻8的轉換，間接的透過上述的直流電壓以偵測流過複數點燈電路6之電流，進而產生一回授訊號。再者，回授與保護單元33亦可設定一上限值判斷所取得的直流電壓是否超過該上限值，在直流電壓超過上限值時可執行一預設定的保護模式，該保護機制為該技術領域具通常知識者所熟知，故不再贅述。該比較單元34比較該鋸齒波訊號與該回授訊號的大小而產生該工作週期訊號。透過上述該控制電路3的設計，可控制點燈電力的功率大小，同時亦兼顧該點燈電力與該系統電力的同步關係。

本案上述的技術特徵與習知電路相較，本案改變了複數直流轉換器驅動複數燈組的作法，並利用複數平衡電容5達到均流的目的，且該點燈電力繞組13後端只使用一個控制單元3，使本案可更進一步減少電路元件、縮小電源體積、降低生產成本。

雖然本案以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，在不脫離本發明之精神和範圍內，而所作之些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明中，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本發明較習知之創作增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

100‧‧‧前級調變電路

1‧‧‧變壓器

11‧‧‧一次側繞組

12‧‧‧系統電力繞組

13‧‧‧點燈電力繞組

2‧‧‧液晶控制電路

3‧‧‧控制電路

31‧‧‧同步偵測單元

32‧‧‧波形產生單元

33‧‧‧回授與保護單元

34‧‧‧比較單元

4‧‧‧功率開關單元

5‧‧‧平衡電容

6‧‧‧點燈電路

61‧‧‧整流單元

62‧‧‧儲能電容

7‧‧‧發光二極體燈組

8‧‧‧電阻

91‧‧‧變壓器

911‧‧‧一次側繞組

912‧‧‧二次側繞組

913‧‧‧系統電力

92‧‧‧點燈電路組

921‧‧‧直流電源轉換器

922‧‧‧控制電路

93‧‧‧發光二極體燈組

94‧‧‧功率開關

圖1為習知電路方塊圖。

圖2為本案電路方塊圖。

圖3為本案電路實施態樣示意圖。

100‧‧‧前級調變電路

1‧‧‧變壓器

11‧‧‧一次側繞組

12‧‧‧系統電力繞組

13‧‧‧點燈電力繞組

2‧‧‧液晶控制電路

3‧‧‧控制電路

4‧‧‧功率開關單元

5‧‧‧平衡電容

6‧‧‧點燈電路

7‧‧‧發光二極體燈組

8‧‧‧電阻

Claims (4)

1. 一種發光二極體背光模組之電源電路，其中該電源電路具有一變壓器，該變壓器二次側包含至少一系統電力繞組以及一點燈電力繞組，該系統電力繞組感應一系統電力供給一液晶控制電路，該點燈電力繞組則感應一感應電力，且該點燈電力繞組連接：
   　　一功率開關單元；
   　　一產生一工作週期訊號的控制電路，該工作週期訊號驅動該功率開關單元調節通過該功率開關單元的感應電力功率：
   　　複數並聯而相互牽制並聯端之感應電力電壓的平衡電容；
   　　複數連接於每一平衡電容後端的點燈電路，該些點燈電路調變通過該平衡電容的感應電力轉為一點燈電力而各自驅動一發光二極體燈組。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體背光模組之電源電路，其中該點燈電路包含一自該平衡電容取得感應電力的整流單元以及跨接於整流單元後端而形成該點燈電力的一儲能電容。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體背光模組之電源電路，其中該控制電路偵測該系統電力，且該工作週期訊號被調變以令被功率開關單元調節的感應電力與該系統電力具有相同的頻率與相位。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體背光模組之電源電路，其中該控制電路包含一偵測該系統電力的同步偵測單元、一波形產生單元、一回授與保護單元以及一比較單元，其中該同步偵測單元依據該系統電力而產生一同步訊號，該波形產生單元依該同步訊號的變動而產生一鋸齒波訊號，該回授與保護單元偵測流過複數點燈電路之電流而產生一回授訊號，該比較單元比較該鋸齒波訊號與該回授訊號的大小而產生該工作週期訊號。