臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
本論文研究了一種適用於大尺寸液晶顯示面板之LED背光驅動電路。藉由採用單級充電幫浦非對稱半橋轉換器，可以達到高效率、高功率因數、簡化電路以及低成本等特性。為調節LED背光系統之LED電流與亮度，數種均流方法被討論與比較。並聯LED之均流與亮度平衡都能滿足，且電流漣波也能有效地消除。也加入旁路二極體設計，當LED損壞時，得以提供替代電流路徑以避免LED熄滅，因而提升了LED背光系統的可靠度。本論文亦建立與測試一雛型電路，其模擬與實驗結果用於驗證了所提出的方法之可行性。

Abstract
This thesis presents a LED backlight driving system for
large-scale of LCD panels. High efficiency, high power factor, circuit
simplicity, and low cost can be achieved by using a single-stage
charge-pump asymmetrical-half-bridge converter. To regulate the
LED current and brightness for the LED backlight system, some
current sharing methods are presented and compared. The
requirements for the current sharing and luminance balance among
paralleled LED arrays can be satisfied while current ripple is
eliminated significantly. Because of the addition of bypass diodes, an
alternative current path can be offered when a single LED fails. The
LED array will not distinguish. Reliability of the LED backlight
system can thus be improved effectively. A laboratory prototype has
been built and tested. The simulation and experimental results are
shown to verify the feasibility of the proposed method.

目錄

摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XIII
第一章、 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 LED背光源 2
1.3 本文架構 4
1.4 功率因數修正 4
1.5 本文大綱 5
第二章、 發光二極體與背光模組之介紹 6
2.1 LED特性之介紹 6
2.1.1 發光原理 6
2.1.2 LED的分類 7
2.1.3 LED與其他光源的特性比較 8
2.1.4 各種白光LED製作方式的比較 10
2.1.5 LED特點與照明應用 12
2.2 CCFL與LED背光源之原理 13
2.2.1 CCFL背光源之特性 14
2.2.2 CCFL的優缺點 15
2.2.3 LED與CCFL與背光源特性之比較 16
2.3 背光模組 18
2.3.1 背光模組組成元件之簡介 18
2.3.2 背光模組之結構 20
第三章、 功率因數修正 24
3.1 功率因數的定義 24
3.2 功率因數修正電路 28
3.2.1 被動式功因修正電路 28
3.3 主動式功率因數修正電路之控制方法 31
3.4 充電幫浦功率因數修正 41
3.4.1 電壓源充電幫浦修正電路 41
第四章、 LED背光源驅動器動作原理與分析 48
4.1 系統架構 48
4.2 DSP控制器設計 49
4.2.1 DSP通用計時器與脈波調變訊號產生 51
4.2.2 類比/數位轉換器 53
4.3 軟體規劃 55
4.3.1 Ｑ格式化 58
4.3.2 電壓迴路控制器 59
4.4 隔離驅動電路 60
4.4.1 輸出電壓檢測電路 60
4.5 電路說明 61
4.6 電路動作原理分析 64
4.7 LED並聯模組均流電路 75
4.7.1 轉導放大均流電路 75
4.7.2 電流鏡均流電路 77
4.7.3 脈波控制(PWM調光) 80
第五章、 電路設計製作 81
5.1 轉換器規格 81
5.2 充電幫浦電容 82
5.2.1 充電幫浦電感 83
5.2.2 變壓器設計 84
5.2.3 功率開關 、 87
5.2.4 蕭基二極體 88
5.2.5 輸出電容 88
5.3 均流電路元件設計 88
5.4 電流鏡均流電路設計 89
5.5 脈波控制電路設計 89
第六章、 模擬與實驗結果討論 90
6.1 模擬波形與實測波形 90
6.2 實測結果討論 91
6.3 效率分析 103
6.4 負載調整率 104
6.5 線電壓調整率 104
6.6 均流量測 105
6.7 實作電路照片 109
第七章、 結論與未來展望 112
7.1 結論 112
7.2 未來展望 113
參考文獻 114
個人簡歷 116

圖目錄
圖1.1背光模組的結構 3
圖2.1 LED發光原理圖 7
圖2.2 白光LED之製作方式[3] 12
圖2.3 CCFL的發光原理[33] 14
圖2.4 LED與CCFL於CIE色度座標圖[12] 17
圖2.5 CCFL與LED光譜分佈及彩色濾光片的濾波分佈圖[12] 18
圖2.6 直下型背光模組結構圖[13] 23
圖3.1（A）電感性負載（B）輸入電壓、電流波形 24
圖3.2（A）橋式整流電路（B）輸入電壓、電流波形 26
圖3.3（A）LC濾波電路（B）Π型濾波電路 28
圖3.4.1 被動式濾波電感之功率因數修正電路 29
圖3.4.2 加入部份平坦電容功率因數修正電路 29
圖3.5 PFC系統結構圖 30
圖3.6.1 BUCK結構圖 30
圖3.6.2 BOOST結構圖 30
圖3.6.3 BUCK-BOOST結構圖 31
圖3.7 連續導通模式電流波形 32
圖3.8 不連續導通模式電流波形 33
圖3.9 邊界導通模式電流波形 34
圖3.10 磁滯電流控制法 36
圖3.11 平均電流控制法 37
圖3.12 峰值電流控制法 39
圖3.13 電壓隨耦法 40
圖3.14 AC/DC轉換器的示意圖 42
圖3.15 實現功率因數修正波形圖 42
圖3.16 充電幫浦修正功率因數半橋轉換器 43
圖3.17 廣義的電壓源充電幫浦轉換器 44
圖3.18 電壓源充電幫浦轉換器波形圖 44
圖4.1 液晶顯示面板LED背光電路架構 49
圖4.2 比較單位元啟動PWM電路功能方塊圖 51
圖4.3 DSP產生之非對稱PWM 52
圖4.4 DSP產生之非對稱PWM 53
圖4.5 ADC雙重模式下之方塊圖 54
圖4.6類比/數位轉換數值變化 55
圖4.7 主程式流程圖 56
圖4.8換流器控制流程圖 57
圖4.9 Q15格式表示法 58
圖4.10 Q15格式化轉換對應表 58
圖4.11 使用比例積分控制器之系統方塊圖[1] 59
圖4.12 隔離驅動電路 60
圖4.13直流輸出電壓檢測電路 61
圖4.14 單級充電幫浦功率因數修正非對稱半橋轉換器 62
圖4.15 LED並聯迴路之均流電路[33] 62
圖4.16電流鏡並聯均流電路示意圖 63
圖4.17脈波控制並聯均流電路示意圖 63
圖4.18 電路工作狀態波形圖 64
圖4.19 電路圖模式分析 69
圖4.20 LED背光源串並聯模組 75
圖4.21 轉導均流電路 77
圖4.22電流鏡電路 78
圖4.22電流鏡分析電路圖 79
圖4.23電流鏡並聯均流電路示意圖 79
圖4.24脈波調變之示意圖 80
圖5.1 單級充電幫浦非對稱半橋轉換器實作電路圖 81
圖5.2 EI-CORE鐵芯示意圖 圖5.3 EI-CORE 繞 線 架 84
圖6.1 LED背光電路驅動器模擬電路圖 90
圖6.2功率開關控制訊號 91
圖6.3下橋開關訊號與諧振電感電流 92
圖6.4諧振電容電壓波形 93
圖6.5諧振電壓 波形 94
圖6.6變壓器初級側電感電壓電流波形 95
圖6.7變壓器次級側電感電壓電流波形 96
圖6.8上橋開關訊號 及開關跨壓波形 97
圖6.9下橋開關訊號 及開關跨壓波形 98
圖6.10 輸入電壓、電流波形 100
圖6.11輸出電壓電流波形 101
圖6.12輸出滿載均流電流波形 101
圖6.13輸出調光後均流電流波形 102
圖6.14 LED端電壓圖 102
圖6.15 LED背光電路驅動器輸出電流與效率圖 103
圖6.16 LED背光電路驅動器輸出電流與輸出電壓關係圖 104
圖6.17 輸出電流1.4A，輸入電壓與輸出電壓關係圖 105
圖6.18(A)具均流電路之量測圖(轉導放大) 106
圖6.18(B)具均流電路之量測圖(電流鏡) 106
圖6.19不具均流電路之量測圖 107
圖6.20 LED背光電路驅動器實作照片(俯視圖) 109
圖6.21 DSP模擬器 110
圖6.22 LED背光電路矩陣型實作照片(未調光) 110
圖6.23 LED背光電路矩陣型實作照片(調光後) 111


表目錄

表2.1 LED的種類與應用[8] 8
表2.2 白光LED與其他光源之特性比較[9] 9
表2.3 LED與其他光源之優缺點[10] 10
表2.4 LED之優缺點 10
表2.5 各種白光LED製作方式之比較[4] 11
表2.6 各國對於綠色能源的措施[8] 13
表2.7 CCFL之優缺點[8] 15
表2.8 CCFL和LED的特性比較表[12] 17
表2.9 背光模組的種類[13] 22
表5.1 轉換器規格 81
表6.1 LED背光電路驅動器輸入、出特性表 103
表6.2(A)具均流電路與無均流電路量測數據(轉導放大) 108
表6.2(B)具均流電路與無均流電路量測數據(電流鏡) 108
表6.2(C)具均流電路與無均流電路量測數據(脈波控制) 109

參考文獻
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