CN101340758B - 控制设备和控制方法以及平面光源和平面光源的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了控制设备和控制方法以及平面光源和平面光源的控制方法。一种用于对LED的驱动进行控制的控制设备包括以下部件：驱动部件，其驱动LED，该驱动部件被形成为包括开关元件；控制值获得部件，其获得n+m比特的控制值；以及控制部件，其基于由控制值获得部件获得的n+m比特的控制值来控制驱动部件对LED的驱动，以便在预定时段中导通开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

Description

控制设备和控制方法以及平面光源和平面光源的控制方法

技术领域

本发明涉及控制设备和控制方法，以及平面光源(planar lightsource)和平面光源的控制方法，具体而言涉及适合用于驱动LED(发光二极管)的控制设备和控制方法以及平面光源和平面光源的控制方法。

背景技术

在现有技术中，广泛使用着用于通过电流驱动来控制LED的技术(例如，参见日本专利早期公开No.2005-310999)。

例如，如图1所示的使用降压变换器(buck converter)的LED驱动电路1对提供给LED的功率进行控制。这种降压变换器已经商品化了，并且本身被广泛地使用着，而并不限于LED的驱动。

图1所示的LED驱动电路1中的LED 11的驱动是通过电阻21对电流值的检测和电流控制PWM(脉冲宽度调制)31进行的PWM控制来执行的。用于控制LED 11的亮度的LED功率控制，即在电流控制PWM 31接通时对提供给LED 11的功率的控制，是由亮度控制PWM 32来执行的。顺便说一下，对LED 11的功率控制(亮度控制)当然能够通过电流控制来执行。

OSC(振荡器)33生成基频信号，并将该信号提供给电流控制PWM31和亮度控制PWM 32。

电流控制PWM 31基于对出现在电阻21两端的电压的值和电流控制电压供应DAC(电流DAC(数模转换器))36所生成的参考电压的比较结果，来对FET 12的导通/关断进行控制，该比较结果是从比较器(comp)34提供来的。

图2示出了FET 12的栅极电流的波形的常见示例，即FET 12的开关操作和流到LED 11的电流的波形。

当FET 12导通时，即当FET 12的栅极电流流动时，电流I1从VDD1经由电抗13流过LED 11、FET 12和电阻21。在FET 12导通的时段t1期间电荷被积累在电抗13中。电容器14用于平滑功率。

比较器(comp)34向电流控制PWM 31提供对在电阻21两端生成的电压的值和电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压的比较结果。电流控制PWM 31在一个开关周期开始时控制FET 12以使FET 12导通。当在电阻21两端生成的电压的值低于电流控制电压供应DAC 36所生成的参考电压时，电流控制PWM 31维持FET 12的导通状态。当在电阻21两端生成的电压的值变得高于电流控制电压供应DAC 36所生成的参考电压时，电流控制PWM 31控制FET 12以关断FET 12。

在FET 12关断的时段t2中，积累在电抗13中的电荷被释放，并且二极管15动作以生成电流I2。从而，与积累的电荷相对应的电流流过LED11。由于这一系列操作，去往LED 11的电流被维持在平衡的状态中。

亮度控制PWM 32基于由PWM调整值获得单元35从图中未示出的操作输入单元或者外部设备等等获得的n比特PWM调整值来确定PWM控制的导通占空比(ON duty)，并且输出用于FET 12的导通/关断控制的信号。

具体而言，如图3的LED电流波形所示，当n比特控制(例如当n＝10时为1024阶分级控制)被执行时，亮度控制PWM 32输出用于执行FET 12的导通/关断控制的信号，以便参考图2描述的FET 12导通操作被按预定的阶梯执行。例如，基于电阻21对电流值的检测结果在时段t1期间导通FET 12的操作被重复，直到10比特分级(即1024阶)的第800阶为止，而在其他的224阶中FET 12则被控制为关断。

具体而言，亮度控制PWM 32在如上所述的例如与1024等级的800阶相对应的时段期间，即在PWM周期的1024阶的800阶的时段期间，向逻辑电路(逻辑和)37提供导通信号(1)，并且在其他的224阶的时段期间向逻辑电路37提供关断信号(0)。电流控制PWM 31基于从比较器34输出的信号，在每一阶中的时段t1期间向逻辑电路37提供导通信号(1)，并且在其余的时段t2期间提供关断信号(0)。当电流控制PWM31和亮度控制PWM 32都输出导通信号(1)时，FET 12导通。

发明内容

当希望提高如图1所示的LED驱动电路1中的PWM控制的精度时，在简单的情况下只要通过增加PWM比特等级，即增大n比特控制中的n值，来增加阶梯的数目，就足够了。但是，LED驱动电路1中的PWM控制是在对降压变换器的开关周期进行计数的情况下执行的，也就是说，是通过导通时间与一个PWM周期之比(所谓的导通占空比)来执行的。当增加PWM比特等级时，PWM周期变得更长，因此响应性受到损害。从而，LED亮度控制可能不能被高速执行。

顺便说一下，取代通过增大n比特控制中的n值来增加阶梯的数目，也可以通过电流控制来执行调光(dimming)，即通过调整由电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压，从而以较高数目的等级来调整参考图2描述的时段t1，来执行调光。但是，由于LED的发光波长取决于电流值而有所变化，因此，例如，当LED被用作诸如电视接收机之类的显示设备中的背光光源时，通过电流控制进行的调光是不合需要的。

可以设想，除了通过增大n比特控制中的n值来增加阶梯的数目之外，还可以增大降压变换器的开关速度以缩短PWM周期。但是，开关操作的速度是有限度的，并且包括具有很高开关速度的降压变换器的产品更有可能导致由开关噪声引起的有害辐射。

本发明是考虑到这种情形而作出的。希望能够提高PWM控制的精度，而不会损害响应性。

根据本发明一个实施例的控制设备是一种用于对LED的驱动进行控制的控制设备，该控制设备包括：驱动部件，其驱动LED，该驱动部件被形成为包括开关元件；控制值获得部件，其获得n+m比特的控制值；以及控制部件，其基于由控制值获得部件获得的n+m比特的控制值来控制驱动部件对LED的驱动，以便在预定时段中导通开关元件的次数由高位(higher-order)n比特的控制值来控制，在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位(lower-order)m比特的控制值来控制，并且除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

该控制部件还可包括：第一导通信号生成部件，其以基于由控制值获得部件获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值的占空比来生成导通信号，其中该预定时间作为一个周期；检测部件，其检测流过LED的电流的值；比较部件，其将检测部件的检测结果与预定值相比较；第二导通信号生成部件，其基于比较部件的比较结果，在从开关元件的开关周期开始时到流过LED的电流的值达到由预定值确定的电流值时的时段期间，生成导通信号；以及开关元件控制部件，其在第一导通信号生成部件和第二导通信号生成部件都生成导通信号时向开关元件提供导通信号。在控制部件中，被比较部件用来与检测部件的检测结果相比较的预定值在与导通开关元件的多次中的一次相对应的定时中可以是由低位m比特控制的受控值，并且在与导通开关元件的其他次相对应的定时中可以是参考值，其中导通开关元件的次数由高位n比特来控制。

控制部件还可包括：受控值提供部件，其提供由低位m比特控制的受控值来作为要被比较部件用来与检测部件的检测结果相比较的预定值；参考值提供部件，用于提供参考值来作为要被比较部件用来与检测部件的检测结果相比较的预定值；以及选择部件，用于选择由受控值提供部件提供的受控值和由参考值提供部件提供的参考值之一，来作为要被提供给比较部件的值。在控制部件中，选择部件在与导通开关元件的多次中的一次相对应的定时中可将由受控值提供部件提供的受控值提供给比较部件，并且在与导通开关元件的其他次相对应的定时中可将由参考值提供部件提供的参考值提供给比较部件，其中导通开关元件的次数由高位n比特来控制。

预定时间可以是与开关元件的n比特的开关周期相对应的时间。

根据本发明一个实施例的控制方法是一种用于对LED的驱动进行控制的控制设备的控制方法，该控制方法包括以下步骤：获得n+m比特的控制值；利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段中导通用于驱动LED的驱动电路中所包括的开关元件的次数；以及利用低位m比特的控制值来控制在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间，并且执行控制以便除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

根据本发明一个实施例的平面光源设备是一种用于利用LED发光的平面光源设备，该平面光源设备包括：LED；驱动LED的驱动部件，该驱动部件被形成为包括开关元件；控制值获得部件，其获得n+m比特的控制值；以及控制部件，其基于由控制值获得部件获得的n+m比特的控制值来控制驱动部件对LED的驱动，以便在预定时段中导通开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

可以提供多个上述LED、多个上述驱动部件、多个上述控制值获得部件以及多个上述控制部件，并且LED可被布置成平面形式，并且多个控制部件可利用多个控制值获得部件获得不同的控制值，并且基于不同的控制值来控制驱动部件对LED的驱动，以使多个LED以不同的亮度级别发光。

根据本发明一个实施例的平面光源的控制方法是一种用于利用LED发光的平面光源的控制方法，该控制方法包括以下步骤：获得n+m比特的控制值；利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段中导通用于驱动LED的驱动电路中所包括的开关元件的次数；以及利用低位m比特的控制值来控制在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间，并且执行控制以便除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

根据本发明一个实施例的液晶显示设备包括：具有滤色器基板和液晶层的液晶面板；具有LED的背光装置，该背光装置被部署为与液晶面板相对；以及用于控制背光装置的控制设备。该控制设备包括：驱动部件，其驱动LED，该驱动部件被形成为包括开关元件；控制值获得部件，其获得n+m比特的控制值；以及控制部件，其基于由控制值获得部件获得的n+m比特的控制值来控制驱动部件对LED的驱动，以便在预定时段中导通开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

控制部件还包括：第一导通信号生成部件，其以基于由控制值获得部件获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值的占空比来生成导通信号，其中该预定时间作为一个周期；检测部件，其检测流过LED的电流的值；比较部件，其将检测部件的检测结果与预定值相比较；第二导通信号生成部件，其基于比较部件的比较结果，在从开关元件的开关周期开始时到流过LED的电流的值达到由预定值确定的电流值时的时段期间，生成导通信号；以及开关元件控制部件，其在第一导通信号生成部件和第二导通信号生成部件都生成导通信号时向开关元件提供导通信号。在控制部件中，被比较部件用来与检测部件的检测结果相比较的预定值在与导通开关元件的多次中的一次相对应的定时中是由低位m比特控制的受控值，并且在与导通开关元件的其他次相对应的定时中是参考值，其中导通开关元件的次数由高位n比特来控制。

控制部件还包括：受控值提供部件，其提供由低位m比特控制的受控值来作为要被比较部件用来与检测部件的检测结果相比较的预定值；参考值提供部件，其提供参考值来作为要被比较部件用来与检测部件的检测结果相比较的预定值；以及选择部件，其选择由受控值提供部件提供的受控值和由参考值提供部件提供的参考值之一，来作为要被提供给比较部件的值。在控制部件中，选择部件在与导通开关元件的多次中的一次相对应的定时中将由受控值提供部件提供的受控值提供给比较部件，并且在与导通开关元件的其他次相对应的定时中将由参考值提供部件提供的参考值提供给比较部件，其中导通开关元件的次数由高位n比特来控制。

该预定时间可以是与开关元件的n比特的开关周期相对应的时间。

在本发明的一个实施例中，获得n+m比特的控制值，利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段中导通用于驱动LED的驱动电路中所包括的开关元件的次数，利用低位m比特的控制值来控制在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间，并且执行控制以便除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。

控制设备可以是独立设备，或者可以是在信息处理设备、电视接收机、液晶显示设备等等中执行LED驱动和控制过程的模块。

如上所述，根据本发明的一个实施例，可以驱动LED，具体而言，利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段中导通开关元件的次数，利用低位m比特的控制值来控制在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间，并且执行控制以便除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间。因此可以增加控制的等级，而不会损害响应性。

附图说明

图1是辅助说明现有技术的LED驱动电路的图；

图2是示出图1的LED驱动电路中的FET的栅极电流的波形的图；

图3是辅助说明图1的LED驱动电路中的PWM控制的导通占空比的图；

图4是辅助说明应用了本发明的一个实施例的LED驱动电路的图；

图5是示出图4的LED驱动电路中的FET的栅极电流的波形的图；

图6是辅助说明图4的LED驱动电路中的PWM控制和电流控制的导通占空比的图；

图7是辅助说明控制过程的流程图；

图8是辅助说明作为应用图4的LED驱动电路的示例的液晶显示设备的图。

具体实施方式

下面将描述本发明的优选实施例。下面将说明本发明的构成要素与说明书或附图中描述的实施例之间的对应关系。这里的描述是要证实在说明书或附图中描述了支持本发明的实施例。因此，即使某一实施例在说明书或附图中有所描述但没有在这里被描述为与本发明的构成要素相对应的实施例，也不意味着该实施例不对应于构成要素。相反，即使某一实施例在这里被描述为与某一构成要素相对应，也不意味着该实施例不对应于除该构成要素之外的其他构成要素。

根据本发明一个实施例的控制设备是一种用于对LED的驱动进行控制的控制设备(例如图4中的LED驱动电路51)，该控制设备包括：驱动装置(例如图4所示的降压变换器电路)，用于驱动LED，该驱动装置被形成为包括开关元件(例如图4中的FET 12)；控制值获得装置(例如图4中的PWM调整值获得单元61)，用于获得n+m(n和m分别是正整数)比特的控制值；以及控制装置(例如图4中的电阻21、电流控制PWM 31、比较器34、逻辑电路37、电流控制电压供应DAC 36、亮度控制PWM 62、PWM控制电压供应DAC 63和开关64)，用于基于由控制值获得装置获得的n+m比特的控制值来控制驱动装置对LED的驱动，以便在预定时段(例如一个PWM周期)中导通开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间(例如图5中的t1′)由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间(例如图5中的t1)。

控制装置还可包括：第一导通信号生成装置(例如图4中的亮度控制PWM 62)，用于以基于由控制值获得装置获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值的占空比来生成导通信号，其中该预定时间作为一个周期；检测装置(例如图4中的电阻21)，用于检测流过LED的电流的值；比较装置(例如图4中的比较器34)，用于将检测装置的检测结果与预定值相比较；第二导通信号生成装置(例如图4中的电流控制PWM31)，用于基于比较装置的比较结果，在从开关元件的开关周期开始时到流过LED的电流的值达到由预定值确定的电流值时的时段期间，生成导通信号；以及开关元件控制装置(例如图4中的逻辑电路37)，用于在第一导通信号生成装置和第二导通信号生成装置都生成导通信号时向开关元件提供导通信号。在控制装置中，被比较装置用来与检测装置的检测结果相比较的预定值在与导通开关元件的多次中的一次相对应的定时中可以是由低位m比特控制的受控值，并且在与导通开关元件的其他次相对应的定时中可以是参考值，其中导通开关元件的次数由高位n比特来控制。

控制装置还可包括：受控值提供装置(例如图4中的PWM控制电压供应DAC 63)，用于提供由低位m比特控制的受控值来作为要被比较装置用来与检测装置的检测结果相比较的预定值；参考值提供装置(例如图4中的电流控制电压供应DAC 36)，用于提供参考值来作为要被比较装置用来与检测装置的检测结果相比较的预定值；以及选择装置(例如图4中的开关64)，用于选择由受控值提供装置提供的受控值和由参考值提供装置提供的参考值之一，来作为要被提供给比较装置的值。在控制装置中，选择装置可在与导通开关元件的多次中的一次相对应的定时中将由受控值提供装置提供的受控值提供给比较装置，并且在与导通开关元件的其他次相对应的定时中将由参考值提供装置提供的参考值提供给比较装置，其中导通开关元件的次数由高位n比特来控制。

根据本发明一个实施例的控制方法是一种用于对LED的驱动进行控制的控制设备(例如图4中的LED驱动电路51)的控制方法，该控制方法包括以下步骤：获得n+m(n和m分别是正整数)比特的控制值(例如图7中的步骤S1的过程)；利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段(例如一个PWM周期)中在导通用于驱动LED的驱动电路(例如图4所示的降压变换器电路)中包括的开关元件(例如图4中的FET 12)的次数(例如图7中的步骤S2的过程)；以及利用低位m比特的控制值来控制在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间(例如图5中的t1′)，并且执行控制以便除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间(例如图5中的t1)(例如图7中的步骤S3至S6的过程)。

根据本发明一个实施例的平面光源设备是一种用于利用LED发光的平面光源设备(例如图8中的背光112和光源控制单元132)，该平面光源设备包括：LED(例如图4中的LED 11)；用于驱动LED的驱动装置(例如图4中所示的降压变换器电路)，该驱动装置被形成为包括开关元件(例如图4中的FET 12)；控制值获得装置(例如图4中的PWM调整值获得单元61)，用于获得n+m(n和m分别是正整数)比特的控制值；以及控制装置(例如图4中的电阻21、电流控制PWM 31、比较器34、逻辑电路37、电流控制电压供应DAC 36、亮度控制PWM 62、PWM控制电压供应DAC 63和开关64)，用于基于由控制值获得装置获得的n+m比特的控制值来控制驱动装置对LED的驱动，以便在预定时段(例如一个PWM周期)中导通开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间(例如图5中的t1′)由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间(例如图5中的t1)。

可以提供多个上述LED、多个上述驱动装置、多个上述控制值获得装置以及多个上述控制装置，并且LED可被布置成平面形式，并且多个控制装置可利用多个控制值获得装置获得不同的控制值，并且基于不同的控制值来控制驱动装置对LED的驱动，以使多个LED以不同的亮度级别发光。

根据本发明一个实施例的控制方法是一种用于利用LED发光的平面光源(例如图8中的背光112和光源控制单元132)的控制方法，该控制方法包括以下步骤：获得n+m(n和m分别是正整数)比特的控制值(例如图7中的步骤S1的过程)；利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段(例如一个PWM周期)中导通用于驱动LED的驱动电路(例如图4所示的降压变换器电路)中包括的开关元件(例如图4中的FET 12)的次数(例如图7中的步骤S2的过程)；以及利用低位m比特的控制值来控制在导通开关元件的多次中的一次中的导通时间(例如图5中的t1′)，并且执行控制以便除了在导通开关元件的该一次中的导通时间外开关元件的导通时间为预定时间(例如图5中的t1)(例如图7中的步骤S3至S6的过程)。

下面将参考附图描述本发明的优选实施例。

顺便说一下，与现有技术中的部件相对应的部件由相同的标号来标识，并且适当时对其的描述将被省略。

图4中的LED驱动电路51基本上具有与参考图1描述的LED驱动电路1相类似的配置，只不过LED驱动电路51设置有取代PWM调整值获得单元35的PWM调整值获得单元61，设置有取代亮度控制PWM 32的亮度控制PWM(Bright Control PWM)62，并且新设置有PWM控制电压供应DAC(PWM DAC)63和开关64。

PWM调整值获得单元61从操作输入单元(图4中未示出)或外部设备等等获得(n+m)比特的PWM调整值。PWM调整值获得单元61随后将高位n比特提供给亮度控制PWM 62，并将低位m比特提供给PWM控制电压供应DAC 63。

亮度控制PWM 62基于从PWM调整值获得单元61提供来的n比特PWM调整值来确定PWM控制的导通占空比，并且输出用于FET 12的导通/关断控制的信号。此外，亮度控制PWM 62控制开关64，以将电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压提供给比较器34，直到与高位n比特的控制值相对应的所生成的脉冲的数目达到预定值为止，并且在与高位n比特的控制值相对应的所生成脉冲的数目达到预定值时，将从PWM控制电压供应DAC 63提供来的受控电压值提供给比较器34。

基于从PWM调整值获得单元61提供来的m比特PWM调整值，PWM控制电压供应DAC 63设置受控电压值，该受控电压值是独立于由电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压被设置的，并且是等于或低于参考电压的电压值。PWM控制电压供应DAC 63随后将受控电压值提供给开关64。

在亮度控制PWM 62的控制下，开关64向比较器34提供以下之一：由电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压，从PWM控制电压供应DAC 63提供来的受控电压值。

当FET 12导通时，电流I1从VDD1经由电抗13流过LED 11、FET12和电阻21。在FET 12导通的时段期间，电荷被积累在电抗13中。电容器14用于平滑功率。

比较器(comp)34将在电阻21两端生成的电压的值与电流控制电压供应DAC 36所生成的参考电压或者PWM控制电压供应DAC 63所生成的受控电压相比较。比较器34将比较结果提供给电流控制PWM 31。电流控制PWM 31在一个开关周期开始时控制FET 12以使FET 12导通。当在电阻21两端生成的电压的值低于参考电压或受控电压时，电流控制PWM31维持FET 12的导通状态。当在电阻21两端生成的电压的值变得高于参考电压或受控电压时，电流控制PWM 31控制FET 12以使FET 12关断。

对应于通过(n+m)比特的高位n比特进行的分级控制(例如当n＝10时为1024阶的分级控制)，亮度控制PWM 62向逻辑电路37输出用于执行FET 12的导通/关断控制的信号，以便参考图2描述的FET 12导通操作被按预定的阶梯执行。对应于通过高位n比特进行的分级控制，在FET 12导通的阶梯之一中，例如最后一阶，亮度控制PWM 62控制开关64将从PWM控制电压供应DAC 63提供来的受控电压值提供给比较器34。具体而言，例如，当(n+m)比特的高位n比特为10比特，并且用于执行分级控制以使FET 12在1024阶的800阶中导通的PWM调整值被从PWM调整值获得单元61提供来时，亮度控制PWM 62控制开关64将电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压提供给34，直到第799阶为止，并且在第800阶中控制开关64将从PWM控制电压供应DAC 63提供来的受控电压值提供给比较器34。

图5示出了LED驱动电路51中的FET 12的栅极电流的波形的常见示例，即FET 12的开关操作和流到LED 11的电流的波形。

当电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压被从开关64提供到比较器34时，FET 12在基于参考电压值的时段t1期间是导通的。然后，在FET 12关断的时段t2中，积累在电抗13中的电荷被释放，并且二极管15动作以生成电流I2。从而与积累的电荷相对应的电流流动。也就是说，图5中的虚线a表示在电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压被从开关64提供到比较器34时流到LED 11的电流的波形。

另一方面，当PWM控制电压供应DAC 63生成的受控电压被从开关64提供到比较器34时，FET 12在基于受控电压值的时段t1′期间是导通的，该受控电压值是基于m比特控制信号生成的。例如，当m＝8时，由受控电压的值确定的时段t1′的长度是按256个等级来控制的。然后，在FET 12关断的时段t2′中，积累在电抗13中的电荷被释放，并且二极管15动作以生成电流I2。从而与积累的电荷相对应的电流流动。也就是说，图5中的点划线b表示在PWM控制电压供应DAC 63生成的受控电压被从开关64提供到比较器34时流到LED 11的电流的波形。在这一个阶梯中提供给LED 11的功率是图5中的点划线的积分值。

通过这样在用于使FET 12导通的最后一个脉冲处从PWM控制电压供应DAC 63向比较器34提供由m比特控制的受控电压值，并且该最后一个脉冲由高位n比特的控制值确定，从而可以以m比特的分辨率来控制该一个脉冲处降压变换器电路中的LED驱动电流。

也就是说，如图6中的LED电流波形所示，在LED驱动电路51中，在一个PWM周期中FET 12导通的次数(该数目可由n比特控制)是由(n+m)比特的控制值的高位n比特所确定的，并且由该控制值的低位m比特确定的电流值所进行的电流调光是在该用于导通FET 12的最后一个脉冲处执行的。

顺便说一下，LED驱动电路51当然也可以在一个PWM周期中由高位n比特的控制值确定的导通时间间隔内除最后一个脉冲之外的任何一个脉冲处执行m比特电流控制。

从而，除了在亮度控制PWM 62的控制中的n比特的分级精度之外，LED驱动电路51还可以基于从PWM控制电压供应DAC 63提供来的受控电压值执行具有m比特的分级精度的电流控制。LED 11的亮度因此可以具有(n+m)比特的控制精度，即n×m等级的分级精度。

此外，虽然LED驱动电路51可以以(n+m)比特的控制精度来执行LED功率控制，但是一个PWM周期是这样一个值，该值是通过将降压变换器的基本周期乘以2的n次幂(基本周期×n比特)来获得的。与PWM比特等级被简单地增加到(n+m)以获得更高的PWM控制精度的情况相比，该PWM周期被缩短了这样一个值，该值是通过将降压变换器的基本周期乘以2的m次幂来获得的。也就是说，LED驱动电路51可以以n×m等级的分级精度来执行PWM控制，其中阶梯数目与以n比特的分级精度执行PWM控制的现有技术的情况中相同。从而，LED驱动电路51中的PWM控制的精度可得以提高，而控制响应性不会受到损害，并且降压变换器的开关频率无需被设置得较高。

换言之，LED驱动电路51可以在与现有技术情况相等的PWM周期中，以与现有技术情况相等的降压变换器开关速度，利用获得比现有技术情况更高精度的等级数目来执行降压变换器的电流控制。

顺便说一下，虽然已经在假定亮度控制PWM 62控制开关64的情况下参考图4描述了LED驱动电路51，但是也可以提供与现有技术情况中相似的亮度控制PWM 32来作为亮度控制PWM，并且可以用另一不同的模块来控制开关64。

此外，已经在假定PWM控制电压供应DAC 63基于从PWM调整值获得单元61提供来的m比特PWM调整值设置与电流控制电压供应DAC36生成的参考电压不同的受控电压值并随后将受控电压值提供给开关64的情况下参考图4描述了LED驱动电路51。但是，例如，在没有设置PWM控制电压供应DAC 63和开关64的情况下，从PWM调整值获得单元61提供来的m比特PWM调整值可被提供到作为一个DAC提供的电流控制电压供应DAC，并且对开关64的开关进行控制的控制信号也可被提供到该电流控制电压供应DAC，以便该电流控制电压供应DAC选择参考电压的值或者受控电压值(这些值与上述情况中相同)，然后将该值提供给比较器34。

但是，利用开关进行的两个DAC(在此情况下是PWM控制电压供应DAC 63和电流控制电压供应DAC 36)的输出之间的开关在执行高速控制的响应性方面优于基于某个定时高速改变一个DAC的输出值，因此更为合适。

如上所述，参考图4描述的LED驱动电路51可通过利用高位n比特控制一个PWM周期中FET 12导通的次数并且在其中一次FET 12导通时利用m比特控制被提供给比较器34的用于比较的电压值，来以(n+m)比特的分级控制降压变换器。

顺便说一下，LED的发光波长取决于电流值而有所变化。但是，在LED驱动电路51中，由于在具有n比特的一个PWM周期中执行一个脉冲的电流控制，因此发光波长变化的影响程度相对较小，而不会成为问题。

接下来将参考图7的流程图描述LED驱动电路51中执行的控制过程。

在步骤S1中，PWM调整值获得单元61从操作输入单元(图中未示出)或外部设备等等获得(n+m)比特的PWM调整值。PWM调整值获得单元61随后将高位n比特提供给亮度控制PWM 62，并将低位m比特提供给PWM控制电压供应DAC 63。此时，亮度控制PWM 62控制开关64，以将参考电压作为电流控制电压供应DAC(电流DAC)36的输出值提供给比较器34。

在步骤S2中，亮度控制PWM 62将导通信号(1)提供给逻辑电路37，并且开始对与高位n比特的控制值相对应的所生成脉冲的数目进行计数。

在步骤S3中，亮度控制PWM 62判定与高位n比特的控制值相对应的所生成脉冲的数目是否已达到预定值。

当亮度控制PWM 62在步骤S3中确定与高位n比特的控制值相对应的所生成脉冲的数目尚未达到预定值时，亮度控制PWM 62在步骤S4中控制开关64以维持将参考电压作为电流控制电压供应DAC(电流DAC)36的输出值提供给比较器34。过程返回到步骤S3，并重复从步骤S3起往后的过程。

当步骤S4的过程被执行时，比较器34将在电阻21两端出现的电压的值与电流控制电压供应DAC 36生成的参考电压相比较，并将比较结果提供给电流控制PWM 31。电流控制PWM 31在一个开关周期开始时使FET 12导通。当在电阻21两端出现的电压的值低于参考电压时，电流控制PWM 31维持FET 12的导通状态。当在电阻21两端出现的电压的值变得高于参考电压时，电流控制PWM 31使FET 12关断。也就是说，图5中的虚线a表示在步骤S4的过程被执行时提供给LED 11的电流的波形。

当亮度控制PWM 62在步骤S3中确定与高位n比特的控制值相对应的所生成脉冲的数目已达到预定值时，亮度控制PWM 62在步骤S5中控制开关64以将受控电压值作为与低位m比特的控制值相对应的输出从PWM控制电压供应DAC(PWM DAC)63提供到比较器34。

当步骤S5的过程被执行时，比较器34将在电阻21两端出现的电压的值与PWM控制电压供应DAC 63生成的受控电压相比较，并将比较结果提供给电流控制PWM 31。电流控制PWM 31在一个开关周期开始时使FET 12导通。当在电阻21两端出现的电压的值低于受控电压时，电流控制PWM 31维持FET 12的导通状态。当在电阻21两端出现的电压的值变得高于受控电压时，电流控制PWM 31控制FET 12以使FET 12关断。也就是说，图5中的点划线b表示在步骤S5的过程被执行时提供给LED 11的电流的波形。

在图5中的点划线b所表示的电流在步骤S5中被通过一个脉冲生成之后，亮度控制PWM 62将关断信号(0)提供给逻辑电路37，这是因为与高位n比特的控制值相对应的所生成脉冲的数目已达到预定值。

然后，在步骤S6中，亮度控制PWM 62判定一个PWM周期是否已过去。

当亮度控制PWM 62在步骤S6中确定一个PWM周期尚未过去时，步骤S6的过程被重复，直到亮度控制PWM 62确定一个PWM周期已过去为止。也就是说，在步骤S6的过程被执行时，亮度控制PWM 62将关断信号(0)提供给逻辑电路37，从而FET 12的关断状态被维持。

顺便说一下，虽然开关64在步骤S5中被控制以将来自PWM控制电压供应DAC 63的输出提供给比较器34，但在亮度控制PWM 62在步骤S6确定一个PWM周期已过去之前的时段期间，亮度控制PWM 62控制开关64以将参考电压作为电流控制电压供应DAC 36的输出值提供给比较器34。

当亮度控制PWM 62在步骤S6中确定一个PWM周期已过去时，过程返回到步骤S1，以重复从步骤S1起往后的过程。

通过这样的过程，LED驱动电路51可以在与现有技术情况相等的PWM周期中，以与现有技术情况相等的降压变换器开关速度，利用获得比现有技术情况更高精度的等级数目来执行降压变换器的功率控制。

也就是说，LED驱动电路51是基于以降压变换器开关周期的整数倍(n比特倍)为单位的PWM周期而被控制的，降压变换器的开关周期和PWM周期被彼此同步，并且功率控制是在PWM控制的导通时段期间生成的脉冲之一处通过m比特来执行的。从而，可以抑制由于开关噪声引起的有害辐射，而不会损害响应性，并且可以以(n+m)比特的分级来控制LED 11的亮度。

这种LED驱动电路51例如适合用于具有作为电视接收机中使用的背光光源的LED 11的LCD(液晶显示器)单元的LED亮度控制。具体而言，这种LED驱动电路51适合作为用于控制每个LED的亮度的装置，这是因为LED驱动电路51不会降低亮度控制的控制速度，不会导致LED的发光波长的变化，并且防止了由于开关噪声引起的有害辐射的发生。

具体而言，在希望以高精度控制被用作诸如电视接收机之类的显示设备中的背光的LED的情况下，例如在要显示的图像的每一帧被划分成多个区域、每个区域所需的显示亮度根据每一帧的亮度分布来计算并且在每个区域中提供的多个背光光源的亮度被控制的情况下，这种LED驱动电路51适合于以高精度控制作为每个区域中的背光光源的LED的亮度。

图8示出了适应地应用了上述LED驱动电路51的液晶显示设备的实施例的配置示例。

图8中的液晶显示设备101包括：具有为红色、绿色和蓝色的滤色器基板、液晶层等等的液晶面板111；部署在液晶面板111的背面的背光112；用于控制液晶面板111和背光112的控制单元113；以及电源单元114。

液晶显示设备101在预定的显示区域(与液晶面板111的显示单元121相对应的区域)中显示与图像信号相对应的原始图像。顺便说一下，输入到液晶显示设备101的输入图像信号例如对应于具有60Hz帧速率的图像(该图像在下文中将被称为帧图像)。

液晶面板111包括：显示单元121，其中布置了用于透射来自背光112的白光的多个开口部件；以及源极驱动器122和栅极驱动器123，用于向图中未示出的晶体管(TFT：薄膜晶体管)发送驱动信号，该晶体管是为显示单元121的每个开口部件提供的。

经过显示单元121的开口部件的白光被形成在图中未示出的滤色器基板上的滤色器转换成红光、绿光和蓝光。发出红光、绿光和蓝光的一组三个开口部件对应于显示单元121的一个像素。

背光112在与显示单元121相对应的发光区域中发出白光。如图8所示，背光112的发光区域被划分成多个块(区域)BL。多个被划分的块BL中的每一个中的发光被单独控制。

作为发出红光的发光元件的一个或多个LED(对应于图4中的LED11)、作为发出绿光的发光元件的一个或多个LED、以及作为发出蓝光的发光元件的一个或多个LED被布置在每个块BL中。布置在每个块BL内的所有红、绿和蓝LED形成光源LT。光源LT通过将红光、绿光和蓝光彼此混合来发出白光。

顺便说一下，虽然图8示出了背光112被划分成24个块BL的示例，但是被划分的块BL的数目并不限于此。此外，块BL是通过虚拟地划分背光112的发光区域而不是利用分割板等等实体地划分背光112的发光区域来获得的。从而，从部署在块BL内的发光元件发出的光被图中未示出的漫射体所漫射，从而不仅照射块BL的前方，还照射周围块的前方。

控制单元113包括显示亮度计算单元131、光源控制单元132和液晶面板控制单元133。控制单元113的光源控制单元132与背光112一起形成背光设备。

显示亮度计算单元131被提供以来自另一设备的与每个帧图像相对应的图像信号。显示亮度计算单元131从所提供的图像信号确定帧图像的亮度分布，并且还根据帧图像的亮度分布计算每个块BL的必要显示亮度。计算出的显示亮度被提供给光源控制单元132和液晶面板控制单元133。

光源控制单元132基于从显示亮度计算单元131提供来的每个块的BL的显示亮度来计算每个块BL的发光亮度。然后，光源控制单元132可变地控制背光112的每个块BL的光源LT，以便实现计算出的发光亮度。液晶显示设备101从而执行背光划分控制，其中每个块BL中的发光亮度是根据帧图像的亮度分布来适应性地控制的。顺便说一下，指示出每个块BL的发光亮度所被设置到的值的信息被提供给液晶面板控制单元133。为了调整发光亮度，采用了PWM驱动控制，该控制如上所述是通过改变脉冲信号的脉冲宽度来执行的。

光源控制单元132还基于来自针对R、G、B中每一个的颜色传感器的接收光信号，调整由红光、绿光和蓝光形成的光的白色度(白平衡)，所述传感器被部署在背光112的每个块BL内。

液晶面板控制单元133基于从显示亮度计算单元131提供来的每个块BL的显示亮度和从光源控制单元132提供来的每个块BL的发光亮度，计算显示单元121的每个像素的液晶孔径比。然后，液晶面板控制单元133向液晶面板111的源极驱动器122和栅极驱动器123提供驱动信号，以驱动和控制显示单元121的每个像素中的TFT，从而实现所计算出的液晶孔径比。

电源单元114向液晶显示设备101的每个部件提供预定的功率。

这种液晶显示设备101需要精确地控制每个块BL的背光发光亮度。因此，上述LED驱动电路51适合应用到光源控制单元132，这是因为LED驱动电路51使得能够以高精度控制每个LED的亮度，而不会降低亮度控制的控制速度、不会导致LED的发光波长的变化，同时防止了由开关噪声引起的有害辐射的发生。

顺便说一下，除了液晶显示设备的背光中的LED外，LED驱动电路51当然也可驱动其他LED。

此外，利用与LED驱动电路51相似的电路配置，可以增加用于控制降压变换器的PWM控制的等级的数目，因此可以提高PWM控制的精度，而不会损害响应性。也就是说，与LED驱动电路51相似的电路配置可以驱动除LED之外的其他负载。

注意，本发明的实施例并不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神的情况下，可进行各种改变。

本发明包含与2007年7月3日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-174846相关的主题，这里通过引用将该申请的全部内容并入。

Claims (13)

1.一种用于对发光二极管的驱动进行控制的控制设备，所述控制设备包括：

被形成为包括开关元件、用于驱动所述发光二极管的驱动装置；

控制值获得装置，用于获得n+m比特的控制值；以及

控制装置，用于基于由所述控制值获得装置获得的n+m比特的控制值来控制所述驱动装置对所述发光二极管的驱动，以便在预定时段中导通所述开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通所述开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通所述开关元件的所述一次中的导通时间外所述开关元件的导通时间为预定时间。

2.如权利要求1所述的控制设备，其中

所述控制装置还包括：

第一导通信号生成装置，用于以基于由所述控制值获得装置获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值的占空比来生成导通信号，其中所述预定时段作为一个周期；

检测装置，用于检测流过所述发光二极管的电流的值；

比较装置，用于将所述检测装置的检测结果与预定值相比较；

第二导通信号生成装置，用于基于所述比较装置的比较结果，在从所述开关元件的开关周期开始时到流过所述发光二极管的电流的值达到由所述预定值确定的电流值时的时段期间，生成导通信号；以及

开关元件控制装置，用于在所述第一导通信号生成装置和所述第二导通信号生成装置都生成导通信号时向所述开关元件提供导通信号，并且

被所述比较装置用来与所述检测装置的检测结果相比较的所述预定值在与导通所述开关元件的多次中的一次相对应的定时中是由低位m比特控制的受控值，并且在与导通所述开关元件的其他次相对应的定时中是参考值，其中导通所述开关元件的次数由所述高位n比特来控制。

3.如权利要求2所述的控制设备，其中

所述控制装置还包括：

受控值提供装置，用于提供所述由低位m比特控制的受控值来作为要被所述比较装置用来与所述检测装置的检测结果相比较的所述预定值；

参考值提供装置，用于提供所述参考值来作为要被所述比较装置用来与所述检测装置的检测结果相比较的所述预定值；以及

选择装置，用于选择由所述受控值提供装置提供的所述受控值和由所述参考值提供装置提供的所述参考值之一，来作为要被提供给所述比较装置的值，并且

所述选择装置在与导通所述开关元件的多次中的一次相对应的定时中将由所述受控值提供装置提供的所述受控值提供给所述比较装置，并且在与导通所述开关元件的其他次相对应的定时中将由所述参考值提供装置提供的所述参考值提供给所述比较装置，其中导通所述开关元件的次数由所述高位n比特来控制。

4.如权利要求1所述的控制设备，

其中所述预定时间是与所述开关元件的n比特开关周期对应的时间。

5.一种用于对发光二极管的驱动进行控制的控制设备的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

获得n+m比特的控制值；

利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段中导通在用于驱动所述发光二极管的驱动电路中包括的开关元件的次数；以及

利用低位m比特的控制值来控制在导通所述开关元件的多次中的一次中的导通时间，并且执行控制以便除了在导通所述开关元件的所述一次中的导通时间外所述开关元件的导通时间为预定时间。

6.一种用于利用发光二极管发光的平面光源设备，所述平面光源设备包括：

发光二极管；

被形成为包括开关元件、用于驱动所述发光二极管的驱动装置；

控制值获得装置，用于获得n+m比特的控制值；以及

控制装置，用于基于由所述控制值获得装置获得的n+m比特的控制值来控制所述驱动装置对所述发光二极管的驱动，以便在预定时段中导通所述开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通所述开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通所述开关元件的所述一次中的导通时间外所述开关元件的导通时间为预定时间。

7.如权利要求6所述的平面光源设备，其中

提供了多个所述发光二极管、多个所述驱动装置、多个所述控制值获得装置以及多个所述控制装置，

所述发光二极管被布置成平面形式，并且

多个所述控制装置利用多个所述控制值获得装置获得不同的控制值，并且基于不同的控制值来控制所述驱动装置对所述发光二极管的驱动，以使多个所述发光二极管以不同的亮度级别发光。

8.一种用于利用发光二极管发光的平面光源的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

获得n+m比特的控制值；

利用所获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值来控制在预定时段中导通在用于驱动所述发光二极管的驱动电路中包括的开关元件的次数；以及

利用低位m比特的控制值来控制在导通所述开关元件的多次中的一次中的导通时间，并且执行控制以便除了在导通所述开关元件的所述一次中的导通时间外所述开关元件的导通时间为预定时间。

9.一种液晶显示设备，包括：

具有滤色器基板和液晶层的液晶面板；

具有发光二极管的背光，所述背光被部署为与所述液晶面板相对；以及

用于控制所述背光的控制设备，

其中所述控制设备包括

被形成为包括开关元件、用于驱动所述发光二极管的驱动装置；

控制值获得装置，用于获得n+m比特的控制值；以及

控制装置，用于基于由所述控制值获得装置获得的n+m比特的控制值来控制所述驱动装置对所述发光二极管的驱动，以便在预定时段中导通所述开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通所述开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通所述开关元件的所述一次中的导通时间外所述开关元件的导通时间为预定时间。

10.如权利要求9所述的液晶显示设备，其中

所述控制装置还包括：

第一导通信号生成装置，用于以基于由所述控制值获得装置获得的n+m比特的控制值的高位n比特的控制值的占空比来生成导通信号，其中所述预定时段作为一个周期；

检测装置，用于检测流过所述发光二极管的电流的值；

比较装置，用于将所述检测装置的检测结果与预定值相比较；

第二导通信号生成装置，用于基于所述比较装置的比较结果，在从所述开关元件的开关周期开始时到流过所述发光二极管的电流的值达到由所述预定值确定的电流值时的时段期间，生成导通信号；以及

开关元件控制装置，用于在所述第一导通信号生成装置和所述第二导通信号生成装置都生成导通信号时向所述开关元件提供导通信号，并且

被所述比较装置用来与所述检测装置的检测结果相比较的所述预定值在与导通所述开关元件的多次中的一次相对应的定时中是由低位m比特控制的受控值，并且在与导通所述开关元件的其他次相对应的定时中是参考值，其中导通所述开关元件的次数由所述高位n比特来控制。

11.如权利要求10所述的液晶显示设备，其中

所述控制装置还包括：

受控值提供装置，用于提供所述由低位m比特控制的受控值来作为要被所述比较装置用来与所述检测装置的检测结果相比较的所述预定值；

参考值提供装置，用于提供所述参考值来作为要被所述比较装置用来与所述检测装置的检测结果相比较的所述预定值；以及

选择装置，用于选择由所述受控值提供装置提供的所述受控值和由所述参考值提供装置提供的所述参考值之一，来作为要被提供给所述比较装置的值，并且

所述选择装置在与导通所述开关元件的多次中的一次相对应的定时中将由所述受控值提供装置提供的所述受控值提供给所述比较装置，并且在与导通所述开关元件的其他次相对应的定时中将由所述参考值提供装置提供的所述参考值提供给所述比较装置，其中导通所述开关元件的次数由所述高位n比特来控制。

12.如权利要求9所述的液晶显示设备，

其中所述预定时间是与所述开关元件的n比特开关周期对应的时间。

13.一种用于对发光二极管的驱动进行控制的控制设备，所述控制设备包括：

被形成为包括开关元件、用于驱动所述发光二极管的驱动部件；

控制值获得部件，该控制值获得部件获得n+m比特的控制值；以及

控制部件，该控制部件基于由所述控制值获得部件获得的n+m比特的控制值来控制所述驱动部件对所述发光二极管的驱动，以便在预定时段中导通所述开关元件的次数由高位n比特的控制值来控制，在导通所述开关元件的多次中的一次中的导通时间由低位m比特的控制值来控制，并且除了在导通所述开关元件的所述一次中的导通时间外所述开关元件的导通时间为预定时间。

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