發光二極體驅動系統、方法及顯示裝置製造方法
2023-08-12 23:09:31 1
發光二極體驅動系統、方法及顯示裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種LED驅動系統，其包括驅動電壓電路、多個開關元件、多個採樣電路及微處理器。驅動電壓電路用於提供驅動電壓分別至每一路LED燈條。每一個開關元件分別接收微處理輸出的一個對應的控制信號以根據控制信號而控制路對應的LED燈條是否導通，每一個採樣電路分別電性連接一路對應的LED燈條以採樣流經路對應的LED燈條中的電流。微處理器根據多個採樣電路所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整驅動電壓電路所提供的驅動電壓和每一個開關元件所接收的對應的控制信號的佔空比，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值。本發明還提供一種LED驅動方法。本發明的LED驅動方法及系統以動態的調整各路LED燈條中的電流至預設的恆流值，可靠性高、成本低。
【專利說明】發光二極體驅動系統、方法及顯示裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及顯示【技術領域】，特別涉及一種發光二極體驅動方法、系統及顯示裝置。【背景技術】
[0002]液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display, LCD)具備輕薄、節能、無福射等諸多優點，而被廣泛地應用於高清晰數位電視、臺式計算機、個人數字助理(PDA)、筆記本電腦、行動電話、數位相機等電子設備中。
[0003]由於IXD本身不具有發光的特性，因此在使用時必須藉助背光源方能達到顯示效果。目前，LCD中一般採用多路並聯的LED燈條作為背光源，並利用LED驅動系統提供恆定的電流至各路LED燈條，以驅動各路LED燈條均勻發光。其中，LED驅動系統根據的驅動原理的不同，可以分為線性驅動方式和開關驅動方式。
[0004]圖1為傳統的線性驅動方式的LED驅動系統的電路示意圖。圖2為三極體工作在放大區的伏安特性曲線。請同時參閱圖1及圖2，因為每一路LED燈條都會存在差異，例如電阻差異，而每一路LE D燈條上的電流要求是預定的恆流值，所以假如LED燈條I和LED燈條2之間的電壓差4V，LED燈條I上損耗為0.2A(LED燈條電流)*0.8V(LED燈條導通壓降)=0.16W，則此時LED燈條2上的損耗為0.2A(LED燈條電流)*[0.8V(LED燈條導通壓降)+4V(LED燈條之間的壓差)]=0.96W，因此與LED燈條2對應的三極體上的損耗就非常大，損耗功率PC=IOUCE (其中IC為LED燈條電流，UCE為三極體發射極和集電極之間的壓差)O
[0005]綜上，傳統的線性驅動方式的LED驅動系統驅動LED燈條的路數越多，LED燈條之間的差異就會越大，LED燈條的差異在電路中的表現是把差異全部加在三極體的CE之間的結壓降上，當差別大到一定值，甚至會造成某一路LED燈條損壞，因此，傳統的線性驅動方式的LED驅動系統可靠性低，損耗大。
[0006]圖3為傳統的開關驅動方式的LED驅動系統的電路示意圖。如圖3所示，每一路LED燈條需分別利用對應的直流/直流轉換電路提供相應的驅動電壓，因此，傳統的開關驅動方式的LED驅動系統電路體積大，成本高，且幹擾大。
[0007]因此，有必要提供改進的技術方案以克服現有技術中存在的以上技術問題。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的主要技術問題是提供一種可靠性高、成本低的發光二極體驅動系統、方法及顯示裝置。
[0009]本發明提供一種發光二極體(light-emitting diode,LED)驅動系統,用於驅動多路並聯的LED燈條，所述LED驅動系統包括驅動電壓電路、多個開關元件、多個採樣電路及微處理器。所述驅動電壓電路用於提供驅動電壓分別至每一路LED燈條。每一個開關元件分別電性連接一路對應的LED燈條。每一個採樣電路分別電性連接一路對應的LED燈條以採樣流經該路對應的LED燈條中的電流。所述微處理器電性連接所述驅動電壓電路、所述多個開關元件和所述多個採樣電路，其中，該微處理器根據所述多個採樣電路所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整所述驅動電壓電路所提供的驅動電壓，並動態地調整輸出至每一個開關元件的控制信號的佔空比，從而控制該路對應的LED燈條是否導通，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值。
[0010]本發明還提供一種顯示裝置，所述顯示裝置包括發光二極體(light-emittingdiode, LED)驅動系統，所述LED驅動系統用於驅動多路並聯的LED燈條，所述LED驅動系統包括驅動電壓電路、多個開關元件、多個採樣電路及微處理器。所述驅動電壓電路用於提供驅動電壓分別至每一路LED燈條。每一個開關元件分別電性連接一路對應的LED燈條。每一個採樣電路分別電性連接一路對應的LED燈條以採樣流經該路對應的LED燈條中的電流。所述微處理器電性連接所述驅動電壓電路、所述多個開關元件和所述多個採樣電路，其中，該微處理器根據所述多個採樣電路所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整所述驅動電壓電路所提供的驅動電壓，並動態地調整輸出至每一個開關元件的控制信號的佔空t匕，從而控制該路對應的LED燈條是否導通，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值。
[0011]本發明還提供一種發光二極體(light-emitting diode,LED)驅動方法,用於驅動多路並聯的LED燈條，所述LED驅動方法包括:在初始狀態下，將每一路LED燈條的控制信號的佔空比調整為一致，並採樣流經每一路LED燈條的電流並進行比較，以找出具有最小電流的LED燈條以作為基準LED燈條；逐步地調整所述基準LED燈條的控制信號的佔空比，並判斷在所述佔空比時所述基準LED燈條中的電流是否達到預設的恆流值，直至所述基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值；當所述基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值，且所述基準LED燈條中的電流還未達到預設的恆流值時，調整所述驅動電壓，並在所述調整後的驅動電壓下，逐步地調整所述基準LED燈條的控制信號的佔空比，以使所述基準LED燈條中的電流達到所述預設的恆流值，並依次調整其他路LED燈條的控制信號的佔空比以使所述多路LED燈條中的電流均達到所述預設的恆流值。
[0012]本發明的LED驅動方法、系統及顯示裝置根據基準LED燈條的電流與恆流值比較，從而動態調整控制信號的佔空比及驅動電壓，以動態的調整各路LED燈條中的電流以使各路LED燈條中的電流達到預設的恆流值，從而使各路LED燈條工作在最佳工作狀態，其可靠性高,且成本低。
[0013]通過以下參考附圖的詳細說明，本發明的其它方面和特徵變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本發明的範圍的限定，這是因為其應當參考附加的權利要求。還應當知道，除非另外指出，不必要依比例繪製附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結構和流程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面將結合附圖，對本發明的【具體實施方式】進行詳細的說明。
[0015]圖1為傳統的線性驅動方式的LED驅動系統的電路示意圖。
[0016]圖2為三極體工作在放大區的伏安特性曲線。
[0017]圖3為傳統的開關驅動方式的LED驅動系統的電路示意圖。
[0018]圖4為本發明一實施方式之LED驅動系統的結構示意圖。[0019]圖5為本發明另一實施方式之LED驅動系統的結構不意圖。
[0020]圖6為本發明一實施方式之LED驅動系統的控制信號的時序示意圖。
[0021]圖7為本發明一實施方式之LED驅動系統為3D模式時的信號的時序不意圖。
[0022]圖8為本發明第一實施方式之LED驅動方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0024]圖4為本發明一實施方式之LED驅動系統10的結構示意圖。如圖4所示，LED驅動系統10用於輸出驅動電壓以驅動多路並聯的LED燈條20，發光二極體驅動系統10包括多個開關元件Ql?Qn、多個採樣電路Rl?Rn、微處理器101及驅動電壓電路102。
[0025]驅動電壓電路102用於提供驅動電壓分別至每一路LED燈條。每一個開關元件Ql?Qn分別電性連接一路對應的LED燈條，且每一個開關元件Ql?Qn分別接收微處理器101輸出的一個對應的控制信號以根據控制信號而控制該路對應的LED燈條是否導通。每個採樣電路Rl?Rn分別電性連接一路對應的LED燈條以採樣流經該路對應的LED燈條的電流。微處理器101連接驅動電壓電路102、多個開關元件Ql?Qn和多個採樣電路Rl?Rn，其中，微處理器101根據多個採樣電路Rl?Rn所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整驅動電壓電路102所提供的驅動電壓和每一個開關元件Ql?Qn所接收的對應的控制信號的佔空比，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值。
[0026]具體地，微處理器101包括多個採樣引腳Isenl?Isenn、多個控制引腳Dril?Drin、第一脈寬調製(pulse-width modulation, PWM)信號輸出端DB及第二 PWM信號輸出端CS。微處理器101的多個採樣引腳Isenl?Isenn分別與多個開關元件Qn對應電性連接，用於根據多個採樣引腳Isenl?Isenn感測的電壓與多個採樣電阻Rl?Rn的阻值，採樣各路LED燈條20的電流。第一 PWM信號輸出端DB及第二 PWM信號輸出端CS均與驅動電壓電路102直接連接，用於輸出第一 PWM信號及第二 PWM信號至驅動電壓電路102。
[0027]驅動電壓電路103包括二極體Dl、電感L1、電容Cl及場效應管Ml，場效應管Ml的控制端與微處理器101的第一 PWM信號輸出端DB相連，以接收第一 PWM信號，場效應管Ml的第一通路端與微處理器101的第二 PWM信號輸出端CS相連，以接收第二 PWM信號，從而根據接收的第一 PWM信號及第二 PWM信號調整輸出的驅動電壓的大小。
[0028]具體地，在初始狀態下，在所述初始狀態下，每一路LED燈條的控制信號的佔空比一致，且每一路LED燈條的控制信號的佔空比均小於百分之二十，以防止開機電流過大。微處理器101的多個採樣引腳Isenl?Isenn採樣流經各路LED燈條20的電流並進行比較，以找出具有最小電流的LED燈條以作為基準LED燈條。微處理器101逐步地調整基準LED燈條的控制信號的佔空比，並判斷在此佔空比時基準LED燈條中的電流是否達到預設的恆流值，直至基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值；
[0029]當基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值，且基準LED燈條中的電流還未達到預設的恆流值時，調整驅動電壓，並在調整後的驅動電壓下，逐步地調整各路LED燈條的控制信號的佔空比，以使各路LED燈條20中的電流均達到預設的恆流值。
[0030]其中，額定值為控制信號的佔空比的最大值，其為一較大的數值。在本發明的一實施方式中，額定值為100%，以最大限度的通過調整控制信號的佔空比使各路LED燈條的電流達到恆定值，從而使驅動電壓為一較小值，以減少功耗。當然本領域的技術人員可以理解的是，額定值為99%等其它較大的值。
[0031]其中，恆流值為各路LED燈條20處於最佳工作狀態的電流值。在本發明的一實施方式中，多個採樣電路Rl?Rn可分別利用採樣電阻而實現。
[0032]圖5為本發明另一實施方式之LED驅動系統10』的結構示意圖。本實施方式中的LED驅動系統10』與如圖4所示的LED驅動系統10的結構及原理基本相同，不同之處僅僅在於:本實施例的LED驅動系統10』還包括脈寬調製(pulse-width modulation,PWM)晶片電路103。其中，PWM晶片電路103電性連接在驅動電壓電路102與微處理器101之間，PWM晶片電路103的Dril?Drin引腳根據微處理器101的反饋信號輸出端FB發出的反饋信號而輸出第一 PWM信號至驅動電壓電路102，而PWM晶片電路103的CS引腳根據反饋信號而輸出第二 PWM信號至驅動電壓電路102，從而調整驅動電壓電路102輸出的驅動電壓。
[0033]圖6為本發明一實施方式之LED驅動系統10的控制信號的時序示意圖。如圖6所示，以三條LED燈條為例，A為LED燈條的最小電流的波形、B為最小電流對應的LED燈條接收到的控制信號的波形，C為LED燈條的中間電流的波形，D為中間電流對應的LED燈條接收到的控制信號的波形，E為LED燈條的最大電流的波形。F為最大電流對應的LED燈條接收到的控制信號的波形。電流越大的LED燈條對應的開關元件Ql?Qn (如圖4或圖5所示)接收到的控制信號的佔空比越小，且其電流的波形與控制信號的波形一致。
[0034]本發明還提供一種顯示裝置，顯示裝置包括如圖4或圖5所示的LED驅動系統。LED驅動系統10 (請參閱圖4或圖5)用於輸出驅動電壓以驅動多路並聯的LED燈條20 (請參閱圖4或圖5),發光二極體驅動系統10包括多個開關元件Ql?Qn(請參閱圖4或圖5)、多個採樣電路Rl?Rn (請參閱圖4或圖5)、微處理器101 (請參閱圖4或圖5)及驅動電壓電路102 (請參閱圖4或圖5)。
[0035]驅動電壓電路102用於提供驅動電壓分別至每一路LED燈條。每一個開關元件Ql?Qn分別電性連接一路對應的LED燈條，且每一個開關元件Ql?Qn分別接收微處理器101輸出的一個對應的控制信號以根據控制信號而控制該路對應的LED燈條是否導通。每個採樣電路Rl?Rn分別電性連接一路對應的LED燈條以採樣流經該路對應的LED燈條的電流。微處理器101連接驅動電壓電路102、多個開關元件Ql?Qn和多個採樣電路Rl?Rn (請參閱圖4或圖5)，其中，微處理器101根據多個採樣電路Rl?Rn所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整驅動電壓電路102所提供的驅動電壓和每一個開關元件Ql?Qn所接收的對應的控制信號的佔空比，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值。
[0036]圖7為本發明一實施方式之顯示裝置為3D模式時的信號的時序示意圖。在本發明的一實施方式中，多路LED燈條20 (請參閱圖4或圖5)作為顯示裝置中的光源。且顯示裝置具有3D顯示功能，且在進行3D顯示時，微處理器101 (請參閱圖4或圖5)接收主板(圖中未示出)發出的場同步信號(A)，並發出3D眼鏡信號(B)，且根據場同步信號的時序控制3D眼鏡信號的時序及控制信號(C) (D)的時序。具體地，如圖7所示，LED驅動系統10作為有3D顯示功能的顯示裝置的光源時，且顯示裝置在進行3D顯示時，微處理器101 (請參閱圖4或圖5)輸出比主板輸出的場同步信號(A)的晚tl的3D銀鏡信號(B)，且點亮第一LED燈條時，微處理器101輸出比場同步信號晚t2的控制信號至開關元件Ql (請參閱圖4或圖5)，而點亮第二 LED燈條時，微處理器101輸出比場同步信號晚t3的控制信號至開關元件Q2 (請參閱圖4或圖5)。其中，tl > t3 > t2，tl、t2及t3可根據3D效果調整，且場同步信號與3D眼鏡信號的誤差值應小於10us，以避免3D圖像串擾。
[0037]本發明的LED驅動系統根據基準LED燈條的電流與恆流值比較，從而動態調整控制信號的佔空比及驅動電壓，以動態的調整各路LED燈條中的電流以使各路LED燈條中的電流達到預設的恆流值，從而使各路LED燈條工作在最佳工作狀態，其可靠性高，且成本低。
[0038]圖8為本發明第一實施方式之LED驅動方法的流程示意圖。如圖8所示，一種發光二極體(light emitting diode, LED)驅動方法,用於輸出驅動電壓以驅動多路LED燈條，LED驅動方法包括:
[0039]S81:在初始狀態下，採樣流經每一路LED燈條的電流並進行比較，以找出具有最小電流的LED燈條以作為基準LED燈條；
[0040]S82:逐步地調整基準LED燈條的控制信號的佔空比，並判斷在佔空比時基準LED燈條中的電流是否達到預設的恆流值，直至基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值；
[0041]S83:當基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值，且基準LED燈條中的電流還未達到預設的恆流值時，調整驅動電壓，並在調整後的驅動電壓下，逐步地調整各路LED燈條的控制信號的佔空比以使多路LED燈條中的電流均達到預設的恆流值。
[0042]其中，在初始狀態下，每一路LED燈條的控制信號的佔空比一致。驅動電壓的調整是由微處理器發出控制信號直接進行調整或者由微處理器發出反饋信號至脈寬調製(pulse-width modulation, PWM)電路通過調整PWM電路輸出的PWM信號的佔空比而進行調整。
[0043]本發明的LED驅動系統、方法及顯示裝置根據基準LED燈條的電流與恆流值比較，從而動態調整控制信號的佔空比及驅動電壓，以動態的調整各路LED燈條中的電流以使各路LED燈條中的電流達到預設的恆流值，從而使各路LED燈條工作在最佳工作狀態，其可靠性高,且成本低。
[0044]本文中應用了具體個例對本發明的LED驅動方法、LED驅動系統及顯示裝置的原理及實施方式進行了闡述，以上實施方式的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內容不應理解為對本發明的限制，本發明的保護範圍應以所附的權利要求為準。
【權利要求】
1.一種發光二極體(light-emitting diode, LED)驅動系統,用於驅動多路並聯的LED燈條，其特徵在於，所述LED驅動系統包括: 驅動電壓電路，用於提供驅動電壓分別至每一路LED燈條； 多個開關元件，其中，每一個開關元件分別電性連接一路對應的LED燈條； 多個採樣電路，其中，每一個採樣電路分別電性連接一路對應的LED燈條以採樣流經該路對應的LED燈條中的電流； 微處理器，電性連接所述驅動電壓電路、所述多個開關元件和所述多個採樣電路，其中，該微處理器根據所述多個採樣電路所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整所述驅動電壓電路所提供的驅動電壓，且動態的調整輸出至每一個開關元件的控制信號的佔空t匕，從而控制該路對應的LED燈條是否導通，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值。
2.根據權利要求 1所述的LED驅動系統，其特徵在於，該微處理器根據所述多個採樣電路所採樣的每一路LED燈條的電流而動態地調整所述驅動電壓電路所提供的驅動電壓和每一個開關元件所接收的對應的控制信號的佔空比，以使每一路LED燈條中的電流達到預設的恆流值，包括: 在初始狀態下，將每一路LED燈條的控制信號的佔空比調整為一致，並採樣流經每一路LED燈條的電流並進行比較，以找出具有最小電流的LED燈條以作為基準LED燈條； 逐步地調整所述基準LED燈條的控制信號的佔空比，並判斷在所述佔空比時所述基準LED燈條中的電流是否達到預設的恆流值，直至所述基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值； 當所述基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值，且所述基準LED燈條中的電流還未達到預設的恆流值時，調整所述驅動電壓，並在所述調整後的驅動電壓下，逐步地調整各路LED燈條的控制信號的佔空比，以使所述多路LED燈條中的電流均達到所述預設的恆流值。
3.根據權利要求2所述的LED驅動系統，其特徵在於，在所述初始狀態下，每一路LED燈條的控制信號的佔空比均小於百分之二十。
4.根據權利要求3所述的LED驅動系統，其特徵在於，所述微處理器直接電性連接所述驅動電壓電路以直接調整所述驅動電壓電路輸出的所述驅動電壓。
5.根據權利要求3所述的LED驅動系統，其特徵在於，所述LED驅動系統進一步包括: 脈寬調製(pulse-width modulation, PWM)電路，電性連接在所述驅動電壓電路與所述微處理器之間，以根據所述微處理器發出的反饋信號而輸出PWM信號至所述驅動電壓電路，從而調整所述驅動電壓電路輸出的所述驅動電壓。
6.一種顯示裝置，其特徵在於包括如權利要求1-5任意一項所述的LED驅動系統，且所述多路LED燈條作為所述顯示裝置中的光源。
7.如權利要求6所述的顯示裝置，其特徵在於，所述顯示裝置具有3D顯示功能，且在進行3D顯示時，所述微處理器接收場同步信號，並輸出3D眼鏡信號，且根據場同步信號的時序控制所述3D眼鏡信號及所述控制信號的時序。
8.一種發光二極體(light-emitting diode, LED)驅動方法,用於驅動多路並聯的LED燈條，其特徵在於，所述LED驅動方法包括:在初始狀態下，將每一路LED燈條的控制信號的佔空比調整為一致，並採樣流經每一路LED燈條的電流並進行比較，以找出具有最小電流的LED燈條以作為基準LED燈條； 逐步地調整所述基準LED燈條的控制信號的佔空比，並判斷在所述佔空比時所述基準LED燈條中的電流是否達到預設的恆流值，直至所述基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值； 當所述基準LED燈條的控制信號的佔空比被調整至額定值，且所述基準LED燈條中的電流還未達到預設的恆流值時，調整所述驅動電壓，並在所述調整後的驅動電壓下，逐步地調整各路LED燈條的控制信號的佔空比，以使所述多路LED燈條中的電流均達到所述預設的恆流值。
9.根據權利要求8所述的LED驅動方法，其特徵在於，在所述初始狀態下，每一路LED燈條的控制信號的佔空比均小於百分之二十。
10.根據權利要求9所述的LED驅動方法，其特徵在於，所述驅動電壓的調整是由微處理器發出控制信號直接進行調整或者由微處理器發出反饋信號至脈寬調製(pulse-widthmodulation, PffM) 電路通過調整所述PWM電路輸出的PWM信號的佔空比而進行調整。
【文檔編號】H05B37/02GK103458578SQ201310376803
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】王清金, 陶淦, 楊丹丹, 趙敏 申請人:青島海信電器股份有限公司