CN102522066A - 给光源供电的差分驱动电路及驱动系统 - Google Patents

给光源供电的差分驱动电路及驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种给光源供电的差分驱动电路及驱动系统。差分驱动电路包括第一组开关和第二组开关。当该第一组开关闭合时，第一电流从电源流经该第一组开关，对第一能量存储元件进行充电。当该第二组开关闭合时，第二电流从第一能量存储元件流经该第二组开关，给光源供电。差分驱动电路还包括第二能量存储元件，该第二能量存储元件与光源相并联，且给光源提供差分电压。本发明还公开了一种给光源供电的驱动系统，包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。第一信号控制第一开关和第二开关的导通状态，第二信号控制第三开关和第四开关的导通状态，以调节给所述光源供电。降低了差分驱动电路中的电路元件的额定电压，减少了开关成本。

Description

给光源供电的差分驱动电路及驱动系统
技术领域
本发明涉及一种驱动系统，尤其是涉及一种差分驱动电路。
背景技术
LED发光二极管(light-emitting diode，发光二极管简称LED)作为背光可用在各种应用系统中，例如笔记本、液晶显示器和液晶显示电视。例如，在大型液晶显示电视中可采用包括几百个LED的多个LED串。驱动电路给LED串供电。为了降低驱动电路的成本，LED以相互并联的LED串排列。同样的，为了包含少量相并联的LED串，每个LED串包含多个相串联的LED。因此，LED串的电压相对较高。相对较高的电压对驱动电路的一些电路元件产生较大的应力，为了适应高应力，驱动电路的成本有所增加。
图1所示为现有技术中的一种驱动电路100。在图1中，由驱动电路100驱动的光源包括多个相串联的LED的LED串110。升压转换器120包括电容121、二极管122、开关123(例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，简称MOSFET)以及电感124。升压转换器120将输入电压VIN(例如24伏)转换成电容121两端的输出电压VOB(例如400伏)。降压转换器130包括电容131、二极管132、开关133(例如，：功率MOSFET)以及电感134。降压转换器130将升压转换器120的输出电压VOB(例如400伏)转换成LED串110所需的电压VLED(例如200伏)，以给LED串110供电。因此，电容121的电压，二极管122和功率MOSFET123的电压，以及二极管132和功率MOSFET133的电压相对较高。由此，高电压对二极管122和132，以及功率MOSFET 123和133产生较大应力的额定电压相对较高。因此，增加了为了适应高应力，功率MOSFET 123和133的成本有所增加。另外，升压-降压转换器结构使驱动电路100更为复杂。
发明内容
为解决现有技术中的驱动电路中的电路元件的额定电压相对较大，从而造成开关成本相对较高的技术问题，本发明提供了一种光源供电的差分驱动电路。所述差分驱动电路包括第一组开关、第二组开关以及第二能量存储元件。当所述第一组开关闭合时，第一电流从电源流经所述第一组开关，对第一能量存储元件进行充电。当所述第二组开关闭合时，第二电流从所述第一能量存储元件流经所述第二组开关，给所述光源供电。所述第二能量存储元件与所述光源相并联，且用于提供差分电压给所述光源。
本发明还提供了一种给光源供电的驱动系统。所述驱动系统包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。所述第一开关连接在电源和第一能量存储元件的第一端之间。所述第二开关连接在所述第一能量存储元件的第二端和参考端之间。所述第三开关连接在所述第一能量存储元件的所述第一端和所述光源的第一端之间。所述第四开关连接在所述第一能量存储元件的所述第二端和所述光源的第二端之间。控制所述第一开关，所述第二开关，所述第三开关和所述第四开关的导通状态以调节给所述光源供电，第一信号控制所述第一开关和所述第二开关的导通状态，第二信号控制所述第三开关和所述第四开关的导通状态。
与现有技术相比，本发明所使用的差分驱动电路不仅能满足LED串的电压需求，而且减小了电路元件的额定电压，从而降低驱动电路的成本。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1所示为现有技术中的一种驱动电路；
图2所示为根据本发明的一个实施例的差分驱动电路；
图3所示为根据本发明如图2所示实施例的差分驱动电路中驱动信号的时序图；
图4所示为根据本发明如图2所示的实施例的差分驱动电路在时间段TON中的运行图；
图5所示为根据本发明如图2所示的实施例的差分驱动电路在时间段TOFF中的运行图；
图6所示为根据本发明如图2所示的实施例的差分驱动电路的电流IL的波形图；以及
图7所示为根据本发明的一个实施例的差分驱动系统。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明意在涵盖由后附权利要求项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。
此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实施例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明之主旨。
在一个实施例中，本发明公开了一种给光源供电的差分驱动电路。差分驱动电路包括第一组开关和第二组开关。当第一组开关闭合时，第一电流从电源流经第一组开关，对第一能量存储元件进行充电。当第二组开关闭合时，第二电流从第一能量存储元件流经第二组开关，给光源供电。差分驱动电路包括与光源相并联且给光源提供差分电压的第二能量存储元件。本发明所使用的差分驱动电路不仅能满足LED串的电压需求，而且减小了电路元件的额定电压，从而降低驱动电路的成本。
图2所示为根据本发明的一个实施例的差分驱动电路200。差分驱动电路200包括转换器220，用于将来自电源201的输入电压VIN转换成输出电压VOUT，给负载(例如光源)供电。在图2所示的实施例中，光源包括发光二极管(LED)串210。差分驱动电路200还可以给其它类型的光源或负载供电。LED串210包括多个相互串联的LED。根据来自于电源201的输入电压VIN和驱动LED串210所需的电压，转换器220可以是交流/直流升压转换器，交流/直流降压转换器，直流/直流升压转换器，或者直流/直流降压转换器。
转换器220包括第一组开关，该第一组开关包括第一开关和第二开关，例如221、223。转换器220还包括第二组开关，所述第二组开关包括第三开关和第四开关，例如222、224。开关221连接在电源201和第一能量存储元件，例如电感225之间。开关222连接在电感225的第一端和LED串210的负极之间。开关223连接在电感225的第二端和参考端，例如地之间。开关224连接在电感225的第二端和LED串210的正极之间。
在一个实施例中，开关221、222、223和224分别包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effecttransistor，简称MOSFET)231、232、233和234。体二极管241、242、243和244分别与功率MOSFET 231、232、233和234相连。更具体地说，在图2所示的实施例中，二极管241-244的负极分别与功率MOSFET231-234的漏极相连。在一个实施例中，第一信号控制第一开关和第二开关的导通状态，第二信号控制所述第三开关和所述第四开关的导通状态。在图2所示的实施例中，驱动信号SA控制功率MOSFET231和233的导通状态，驱动信号SB控制功率MOSFET 232和234的导通状态。通过调节驱动信号SA和SB，以调节功率MOSFET 231-234的导通状态，例如闭合/断开状态，从而得到LED串210所需的电压VLED，以驱动LED串210。
转换器220还包括第二能量存储元件，该第二能量存储元件包括相互串联的第一电容和第二电容，例如相互串联的电容250和电容260。在图2所示的实施例中，电容250的正极与LED串210的正极相连，电容250的负极与参考端，例如地相连。电容260的正极与参考端，例如地相连，电容260的负极与LED串210的负极相连。电容250和260平滑转换器220的输出电压VOUT，并降低纹波电流。在一个实施例中，电容250的电容值等于电容260的电容值。因此，电容250的电压等于电容260的电压。由此，电容250和260给LED串210提供差分电压。换句话说，在图2所示的实施例中，假设电容250的电压为VO，LED串210的正极接收电压VO，LED串210的负极接收电压-VO。
图3所示为根据本发明如图2所示实施例的差分驱动电路200中驱动信号SA和SB的时序图。波形310表示驱动信号SA的时序图。波形320表示驱动信号SB的时序图。
在一个实施例中，驱动信号SA和SB为周期性信号，交替闭合功率MOSFET 231、233和功率MOSFET 232、234。在图3所示的实施例中，驱动信号SA和SB互补。在时间段TON中，驱动信号SA为逻辑高，驱动信号SB为逻辑低。功率MOSFET 231和233闭合，功率MOSFET232和234断开。在时间段TOFF中，驱动信号SA为逻辑低，驱动信号SB为逻辑高。功率MOSFET 231和233断开，功率MOSFET 232和234闭合。
图4所示为根据本发明如图2所示的实施例的差分驱动电路200在时间段TON中的运行图。如图3所述，在时间段TON中，功率MOSFET231和233闭合，功率MOSFET 232和234断开。分别与功率MOSFET232和234相连的二极管242和244反向截止，从而被关断。因此，在时间段TON中，来自于电源201的电流IL流经功率MOSFET 231和功率MOSFET 233，对电感225充电。
图5所示为根据本发明如图2所示的实施例的差分驱动电路200在时间段TOFF中的运行图。结合图3所述，在时间段TOFF中，功率MOSFET 231和233断开，功率MOSFET 232和234闭合。分别与功率MOSFET 231和233相连的二极管241和243反向截止，从而被关断。因此，来自于电感225的电流IL流经功率管MOSFET 234和功率MOSFET 232，给LED串210供电。
值得指出的是，本发明所指的一组开关(例如：第一组开关或第二组开关)并不局限于包含两个开关的情形。本领域的技术人员应该知道在电流通路中根据需要再串联一个或多个开关，从而使得一组开关包含三个或更多开关的情形。另外，在其他的实施例中，根据储能元件(例如：电感或者电容)的结构和连接关系的变化，一个开关组也可能包含其他数目(例如：一个或两个以上)的开关。
图6所示为根据本发明如图2所示的实施例的差分驱动电路200的电流IL的波形图。波形610表示流经电感225的电流IL。在图6所示的实施例中，在时间段TON中的电流IL的变化量等于在时间段TOFF中的电流IL的变化量，如式(1)所示：
(VIN/L)＊TON＝(2VO/L)＊TOFF＝(2VO/L)＊(TS-TON)；    (1)
其中，VIN为电源201的输入电压。L为电感225的电感值。TON为功率MOSFET 231和223闭合时的导通时间。TOFF为功率MOSFET 232和234的断开时间。TS为驱动信号SA和SB的周期。2VO为转换器220的输出电压VOUT。
TON由式(2)计算得出：
TON＝D＊TS；    (2)
其中，D为驱动信号SA的占空比。结合式(1)和(2)，VO的值由式(3)表示：
VO＝(VIN/2)＊D/(1-D)；    (3)
因此，转换器220的输出电压VOUT驱动LED串210，由式(4)计算所得：
VOUT＝2VO＝VIN＊D/(1-D)；    (4)
例如，假设输入电压VIN为24伏，转换器220的输出电压VOUT为200伏。根据式(3)，驱动信号SA的占空比大约为0.9。功率MOSFET231和232的电压压降等于VIN和VO之和，例如124伏。功率MOSFET 233和234的电压压降为VO，例如100伏。与图1所示的现有技术中的驱动电路100相比，差分驱动电路200中的功率MOSFET231-234的电压压降更小。有利的是，功率MOSFET 231-234可以采用额定电压更小的晶体管，从而降低了成本。
图7所示为根据本发明的一个实施例的差分驱动系统700。与图2中标记相同的元件具有相似的功能。图7结合图2至图6进行描述。
在图7所示的实施例中，传感器，例如检测电阻710与LED串210相互串联，转换器220的输出电压VOUT驱动LED串210。检测电阻710检测流经LED串210的电流，并产生表示LED串210的电流的电压。
差分驱动系统700还包括与检测电阻710相连的控制器720，控制器720接收表示流经光源(例如LED串210)的电流的检测信号，并根据检测信号产生第一和第二信号，例如驱动信号SA和SB，以调节给LED串210的供电。例如，当输入电压VIN发生变化时，转换器220的输出电压VOUT发生变化。由此，LED串210的电流发生变化。控制器720检测LED串210的电流，且调节驱动信号SA和SB的占空比，以调节功率MOSFET231-234的闭合/断开时间，直到LED串210的电流达到理想值。
例如，当LED串210的电流增大时，例如当输入电压VIN增大时，控制器720减小驱动信号SA的占空比，以缩短功率MOSFET 231和233的闭合时间。同时，增大驱动信号SB的占空比增大，以延长功率MOSFET 232和234的闭合时间。当LED串210的电流降低时，例如输入电压VIN降低，控制器720增大驱动信号SA的占空比，以延长功率MOSFET 231和233的闭合时间。同时，降低驱动信号SB的占空比，以缩短功率MOSFET 232和234的闭合时间。因此，通过调节驱动信号SA和SB的占空比，将LED串210的电流调节到理想值。
更具体地说，在一个实施例中，控制器720包括电流检测放大器721、误差放大器722、比较器723和驱动器724。电流检测放大器721接收表示LED串210电流的检测电阻710的电压。电流检测放大器721将检测电阻710的电压转换成放大的输出信号。误差放大器722接收来自于电流检测放大器721的放大器的输出信号。误差放大器722将表示流经光源电流的检测信号与参考信号进行比较，例如，将表示LED串210的电流的放大的输出信号与参考信号进行比较，并根据比较结果产生误差信号。在一个实施例中，比较器723与误差放大器722相连，并将误差信号与锯齿信号进行比较。驱动器724与比较器723相连，并根据误差信号和锯齿信号的比较结果调节驱动信号SA和SB的占空比。通过驱动信号SA和SB的调节功率开关231-234的导通状态，从而调节LED串210的电流至理想值。
因此，本发明的实施例公开了给光源供电报差分驱动电路。差分驱动电路包括第一能量存储元件，第一组开关和第二组开关。第一组开关包括第一开关和第二开关。第一开关连接在电源和第一能量存储元件的第一端之间。第二开关连接在第一能量存储元件的第二端和参考端，例如地之间。第二组开关包括第三开关和第四开关。第三开关连接在第一能量存储元件的第一端和光源的第一端之间。第四开关连接在第一能量存储元件的第二端和光源的第二端之间。第一信号，例如驱动信号SA，控制第一组开关的导通状态。第二信号，例如驱动信号SB，控制第二组开关的导通状态。在一个实施例中，所述第一信号和所述第二信号互补。在一个实施例中，第一组开关和第二组开关交替闭合。通过调节驱动信号SA和SB的占空比，调节第一组开关和第二组开关的导通状态，从而提供光源所需的电压VLED。
差分驱动电路还包括与光源并联的第二能量存储元件。在一个实施例中，第二能量存储元件包括相互串联的第一电容和第二电容。第一电容的正极与光源的第二端相连。第一电容的负极和第二电容的正极与参考端，例如地相连。第二电容的负极与光源的第一端相连。在一个实施例中，第一电容的电容量与第二电容的电容量相等。因此，第一电容的电压等于第二电容的电压。由此，产生差分电压驱动光源，例如，光源的一端电压为+VO，另一端电压为-VO。因此，第一开关和第三开关的电压应力等于VIN和VO之和。第二开关和第四开关的电压应力为VO。
有利的是，由于采用差分驱动电路给光源供电，电路元件，例如第一开关、第二开关、第三开关和第四开关可以采用额定电压较小的晶体管。因此，降低了驱动电路的成本。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (19)

1.一种给光源供电的差分驱动电路，其特征在于：所述差分驱动电路包括：
第一组开关，当所述第一组开关闭合时，第一电流从电源流经所述第一组开关，对第一能量存储元件进行充电；
第二组开关，当所述第二组开关闭合时，第二电流从所述第一能量存储元件流经所述第二组开关，给所述光源供电；以及
第二能量存储元件，所述第二能量存储元件与所述光源并联，且用于提供差分电压给所述光源。
2.根据权利要求1所述的差分驱动电路，其特征在于：所述第二能量存储元件包括相互串联的第一电容和第二电容。
3.根据权利要求2所述的差分驱动电路，其特征在于：所述第二电容的负极与所述光源的第一端相连，所述第一电容的正极与所述光源的第二端相连，所述第一电容的负极和所述第二电容的正极相连且其共同端点与参考端相连。
4.根据权利要求1所述的差分驱动电路，其特征在于，所述第一组开关和所述第二组开关交替闭合。
5.根据权利要求1所述的差分驱动电路，其特征在于，所述第一组开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接在所述电源和所述第一能量存储元件的第一端之间，以及所述第二开关连接在所述第一能量存储元件的第二端和参考端之间。
6.根据权利要求1所述的差分驱动电路，其特征在于，所述第二组开关包括第三开关和第四开关，所述第三开关连接在所述第一能量存储元件的第一端和所述光源的第一端之间，以及所述第四开关连接在所述第一能量存储元件的第二端和所述光源的第二端之间。
7.根据权利要求1所述的差分驱动电路，其特征在于，所述光源包括发光二极管LED串。
8.一种给光源供电的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括：
第一开关，所述第一开关连接在电源和第一能量存储元件的第一端之间；
第二开关，所述第二开关连接在所述第一能量存储元件的第二端和参考端之间；
第三开关，所述第三开关连接在所述第一能量存储元件的第一端和所述光源的第一端之间；以及
第四开关，所述第四开关连接在所述第一能量存储元件的所述第二端和所述光源的第二端之间，
其中，控制所述第一开关，所述第二开关，所述第三开关和所述第四开关的导通状态以调节给所述光源供电，第一信号控制所述第一开关和所述第二开关的导通状态，第二信号控制所述第三开关和所述第四开关的导通状态。
9.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述第一信号和所述第二信号互补。
10.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，第一组开关和第二组开关交替闭合，所述第一组开关包括所述第一开关和所述第二开关，以及所述第二组开关包括所述第三开关和所述第四开关。
11.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述第一信号包括第一状态，当所述第一信号在所述第一状态时，所述第一电流从所述电源流经所述第一开关和所述第二开关，对所述第一能量存储元件进行充电。
12.根据权利要求11所述的驱动系统，其特征在于，所述第一信号还包括第二状态，当所述第一信号在所述第二状态时，第二电流从所述第一能量存储元件流经所述第四开关和所述第三开关，给所述光源供电。
13.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括：
第二能量存储元件，所述第二能量存储元件与所述光源并联，且给所述光源提供差分电压。
14.根据权利要求13所述的驱动系统，其特征在于，所述第二能量存储元件包括相串联的第一电容和第二电容，所述第一电容的正极与所述光源的所述第二端相连，所述第一电容的负极和所述第二电容的正极与所述参考端相连，以及所述第二电容的负端与所述光源的所述第一端相连。
15.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述光源包括发光二极管串。
16.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括：
传感器，所述传感器与所述光源串联，且检测流经所述光源的电流。
17.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括：
控制器，所述控制器接收表示流经所述光源的电流的检测信号，并根据所述检测信号产生所述第一和第二信号以调节供给所述光源的电能。
18.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括：
误差放大器，所述误差放大器将表示流经所述光源电流的检测信号与参考信号进行比较，并产生误差信号；以及
比较器，所述比较器与所述误差放大器相连，并与所述误差信号与锯齿信号进行比较。
19.根据权利要求18所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括：
驱动器，所述驱动器与所述比较器相连，产生所述第一信号和所述第二信号，以及根据所述误差信号和所述锯齿信号的比较结果调节所述第一信号和所述第二信号的占空比。
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