CN102568390A - 发光二极管驱动电路、和包括其的显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管(LED)驱动电路和显示设备包括电流驱动电路、电平检测器、比较电路、数字控制电路、和电源电路。电平检测器检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号。比较电路基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生第一比较输出信号和第二比较输出信号。数字控制电路基于第一比较输出信号、第二比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比。因此，LED驱动电路在半导体集成电路中具有小面积。

Description

发光二极管驱动电路、和包括其的显示设备
技术领域
示例实施例涉及发光二极管(LED)驱动电路和包括该驱动电路的显示设备。
背景技术
最近，由于对环境友好和低功率产品的市场需求，正在进行关于各种类型的发光技术的研究。
现在使用中的显示设备包括等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)和发光二极管(LED)显示设备等。LED显示设备是自发光设备，其响应于在两个端子之间施加的电压而发光，并且因为稳定、低发热值和低功耗的优点而作为下一代技术备受瞩目。LED显示设备不仅用作灯光设备而且作为LCD设备的背光单元。
发明内容
本发明构思的实施例提供在半导体集成电路中占据小面积的发光二极管(LED)驱动电路。
本发明构思的其他特征和用途将部分在以下说明中阐述，部分将从说明中显然可知，或可以通过本发明构思的实践领会。
本发明构思的实施例还提供包括LED驱动电路的LED系统。
本发明构思的实施例还提供包括LED驱动电路的显示设备。
本发明构思的实施例还提供驱动在半导体集成电路中占据小面积的LED的方法。
本发明构思的技术目标不限于以上公开，基于下面的说明其他目标可以变得对本领域普通技术人员显而易见。
可以通过提供一种包括电流驱动电路、电平检测器、比较电路、数字控制电路、和电源电路的LED驱动电路来实现本发明构思的实施例。
电流驱动电路可以控制流经LED串的电流信号。电平检测器可以检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号。比较电路可以基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生第一比较输出信号和第二比较输出信号。数字控制电路可以基于第一比较输出信号、第二比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比。电源电路可以响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压。
在一些实施例中，比较电路可以基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，并且可以将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号。
在一些实施例中，当最小检测电压信号的幅度大于第一参考电压的幅度时可以使能第一比较输出信号，并且当最小检测电压信号的幅度小于第二参考电压的幅度时可以使能第二比较输出信号。
在一些实施例中，数字控制电路可以包括数字脉宽调制(PWM)电路和逻辑电路。
高数字PWM电路可以基于占空控制码执行PWM以产生置位时钟信号和复位时钟信号。逻辑电路可以根据第一比较输出信号和第二比较输出信号的逻辑状态改变占空控制码，并且基于置位时钟信号和复位时钟信号产生栅极控制信号。
可以通过提供一种包括LED阵列和LED驱动电路的LED系统来实现本发明构思的实施例。
LED阵列可以响应于LED驱动电压而发光。LED驱动电路可以检测各个LED串的端子电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号，可以基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生比较输出信号，可以基于比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比，并且可以响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压。
可以通过提供一种包括显示面板、背光驱动电路和背光单元的显示设备来实现本发明构思的实施例。
背光驱动电路可以检测各个LED串的端子电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号，可以基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生比较输出信号，可以基于比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比，并且可以响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压。背光单元可以包括LED串，响应于LED驱动电压操作，并且向显示面板提供光。
可以通过如下操作来实现本发明构思的实施例：感测各个LED串的第一端子的电压信号，检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号，基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号，基于第一比较输出信号、第二比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比，并且响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压。
在一些实施例中，调整栅极控制信号的占空比可以包括：产生根据第一比较输出信号和第二比较输出信号的逻辑状态改变的占空控制码，基于占空控制码执行PWM以产生置位时钟信号和复位时钟信号，并且基于置位时钟信号和复位时钟信号产生栅极控制信号。
可以通过一种包括向LED阵列提供驱动电压的电源电路的发光二极管(LED)驱动电路来实现本发明构思的实施例，该驱动电路包括：电平检测器，用于检测从LED阵列输出的最小电压；比较电路，用于基于净空控制参考电压(VRHR)和检测的最小电压产生多个比较输出信号；以及数字控制电路，用于向电源电路的NMOS功率晶体管的栅极输出栅极控制信号以使得基于NMOS功率晶体管的检测电压和LED阵列的驱动电压改变栅极控制信号的占空比。
NMOS功率晶体管的检测电压可以对应于流经NMOS功率晶体管的电流。
数字控制电路可以包括数字脉宽调制电路和逻辑电路。
数字控制电路可以基于过压保护信号、电流限制保护信号和调光信号来调整栅极控制信号的占空比。
比较电路可以基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，并且将从LED阵列输出的最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以产生通过比较电路输出的多个比较输出信号。
根据示例实施例的LED驱动电路可以具有简单的结构，在半导体集成电路中占据小面积，并且对噪声不敏感，因为在数字模式中产生栅极驱动信号。因此，包括LED驱动电路的半导体设备可以具有低的生产成本。
附图说明
本发明构思的前述和其他特征和用途将从附图中所示的本发明构思的实施例的描述中明了，其中不同的图中相同的引用字符表示相同的部件。附图不必依比例，相反重点放在说明本发明构思的原理。附图中：
图1是说明依据本发明构思的实施例的发光二极管(LED)系统的框图；
图2是说明依据本发明构思的实施例的包括在图1的LED系统中的LED驱动电路的框图；
图3是说明依据本发明构思的实施例的包括在图2的LED驱动电路中的电源电路的电路图；
图4是说明依据本发明构思的实施例的包括在图2的LED驱动电路中的比较电路的电路图；
图5是说明依据本发明构思的实施例的包括在图2的LED驱动电路中的数字控制电路的框图；
图6是说明依据本发明构思的另一实施例的包括在图1的LED系统中的LED驱动电路的框图；
图7是说明依据本发明构思的实施例的包括在图6的LED驱动电路中的数字控制电路的框图；
图8是说明图1的LED系统的操作的时序图；
图9是说明依据本发明构思的另一实施例的包括在图1的LED系统中的LED驱动电路的框图；
图10是说明依据本发明构思的另一实施例的包括在图1的LED系统中的LED驱动电路的框图；
图11是说明依据本发明构思的实施例的包括在图10的LED驱动电路中的比较电路中使用的参考电压的图；
图12是说明依据本发明构思的实施例的包括LED驱动电路的背光系统的示例的框图；
图13是说明依据本发明构思的实施例的包括LED驱动电路的背光系统的另一示例的框图；
图14是说明依据本发明构思的实施例的包括LED驱动电路的背光系统的另一示例的框图；
图15是说明依据本发明构思的实施例的驱动LED的方法的流程图；
图16是说明依据本发明构思的实施例的图15中包括的调整栅极控制信号的占空比的方法的流程图；
图17是说明依据本发明构思的实施例的图16中包括的产生占空控制码的方法的流程图；
图18是说明依据本发明构思的另一实施例的图15中包括的调整栅极控制信号的占空比的方法的流程图；
图19是说明依据本发明构思的另一实施例的图15中包括的调整栅极控制信号的占空比的方法的流程图；
图20是说明依据本发明构思的另一实施例的驱动LED的方法的流程图；以及
图21是说明依据本发明构思的另一实施例的驱动LED的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照其中示出一些示例实施例的附图更全面地描述各种示例实施例。附图中，为了清楚起见可以夸大层和区域的厚度。
现在详细参照本发明总构思的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的引用数字通篇指代相同的部件。参照附图描述以下实施例以便解释本发明构思。
这里公开具体的说明实施例。然而，这里公开的特定结构和功能仅表示描述示例实施例的目的。然而，本发明构思可以以许多替换形式实现并且不应被解读为限于这里阐述的示例实施例。
因此，虽然示例实施例能够具有各种变体和替换形式，但是这里将在附图中作为示例详细描述其实施例。然而，应该理解，并非要将示例实施例限于公开的特定形式，而是相反，示例实施例将涵盖落入本发明总构思的范围的全部变体、等价物、和替换。附图说明全文中，相同的数字指代相同的元件。
不难理解，虽然术语第一、第二、第三等可以在这里被用来描述各种元件，这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用来将元件彼此区分。例如，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不偏离示例实施例的范围。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列举的项目的任何和全部组合。
不难理解，当元素被称为“连接到”或“耦接到”其他元素时，其可以直接连接到或耦接到其他元素，或者可以存在中间元素。相反，当元素被称为“直接连接到”或“直接耦接到”其他元素时，不存在中间元素。应当以类似的方式解释用于描述元素之间的关系的其他单词(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“邻近”与“直接邻近”等)。
这里使用的术语仅是用于描述具体实施例的目的，并非意在限制示例实施例。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”、和“该”意在同样包含复数形式，除非上下文清楚地另有指明。此外不难理解，术语“包括”和/或“包含”当在这里使用时，指定所述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群体。空间相关的术语，例如“在...下面”、“以下”“较低的”、“在...上面”、“上面的”等可以在这里被用来更容易地描述附图中示出的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。不难理解，空间相关的术语旨在包含被使用或操作的设备的除了图中描述的方向以外的不同方向。例如，如果图中的设备被翻过来，被描述为在另一元件或部件“下面”的元件将位于另一元件或部件的“上面”。因此，例如，术语“在...下面”可以包含在上面和在下面两个方向。设备还可以被另外定向(旋转90度或其它方向)，且这里使用的空间相关的描述可以被相应地解释。
这里将参考作为理想化示例性实施例(及中间结构)的示例图的截面图来描述示例实施例。如此，可以期望由于例如制造技术和/或公差而产生的图示形状上的变化。因此，示例性实施例不应被理解为限于这里描述的区域的特定形状，而将包含例如制造所引起的形状的偏差。例如，被描述为矩形的植入区域可以典型地具有圆形或弧形的特征，和/或在其边缘处具有植入浓度的梯度，而不是从植入到非植入区域的二元改变。类似地，由植入形成的埋藏区域可以引起在埋藏区域与植入所穿过的表面之间的区域中的某个植入。因此，图中描述的区域本质上是示例性的，并且其形状不是要描述设备的区域的真实形状，且不是要限制本发明的范围。
还应当注意，在某些替换实施例中，注明的功能/动作可以以图中注明的之外的顺序发生。例如，取决于涉及的功能/动作，相继说明的两个图实际上可以基本同时地执行或可以有时按相反顺序执行。
为了更具体地描述示例实施例，将参考附图具体描述各种特征。然而，本发明总构思不限于描述的示例实施例。
图1是说明依据本发明构思的实施例的发光二极管(LED)系统1000的框图。
参考图1，LED系统1000包括LED驱动电路1100和LED阵列1500。
LED阵列1500响应于LED驱动电压VLED_A而发光。如将在后描述的，LED驱动电路1100检测各个LED串的端子电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号，基于净空控制参考电压VRHR和最小检测电压信号产生比较输出信号，基于比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号VG的占空比，并且响应于栅极控制信号VG而产生LED驱动电压VLED_A。另外，LED驱动电路1100基于调光(dimming)信号VDIM控制流经构成LED阵列1500的LED串1510、1520和1530的电流。净空控制参考电压VRHR可以包括关于LED电流的信息。关于LED电流的信息可以是目标LED电流，其可以由用户在包括LED驱动电路1100的半导体集成电路内部或在该半导体集成电路外部控制。
LED串1510、1520和1530的第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn连接到构成包括在LED驱动电路1100中的电流驱动电路的各个功率晶体管的漏极。图1中，第一端子L_K1、L_K2、...、L Kn的电压表示为VLED_K1、VLED_K2、...、VLED_Kn，并且从各个第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn流向包括在LED驱动电路1100中的各个功率晶体管的漏极的电流由ILED1、ILED2、...、ILEDn表示。各个LED串1510、1520和1530的第二端子L_A彼此电连接。
LED阵列1500可以包括一个或多个LED串1510、1520和1530，并且LED串1510、1520和1530的每个可以包括一个或多个串联的LED。
图2是说明依据本发明构思的实施例的包括在图1的LED系统1000中的LED驱动电路1100的框图。
参考图2，LED驱动电路1100包括电源电路1110、电平检测器1120、比较电路1130、数字控制电路1140、和电流驱动电路1105。
电流驱动电路1105包括电流驱动器1160、1170和1180，并且响应于调光信号VDIM而控制流经图1的LED串1510、1520和1530的电流信号ILED1、ILED2、...、ILEDn。电平检测器1120检测各个LED串1510、1520和1530的各个第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn的电压信号当中具有最小电压电平的电压信号VDET_MIN。比较电路1130基于净空控制参考电压VRHR和最小检测电压信号VDET_MIN产生第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC。数字控制电路1140基于第一比较输出信号VHC、第二比较输出信号VLC和调光信号VDIM调整数字模式中栅极控制信号VG的占空比。电源电路1110响应于栅极控制信号VG而产生LED驱动电压VLED_A。
电平检测器1120检测与通过LED串1510、1520和1530驱动的电流对应的各个LED串1510、1520和1530的第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号VDET_MIN。
比较电路1130可以基于净空控制参考电压VRHR产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，并且可以将最小检测电压信号VDET_MIN与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC。
当最小检测电压信号VDET_MIN的幅度大于第一参考电压的幅度时可以使能第一比较输出信号VHC，并且当最小检测电压信号VDET_MIN的幅度小于第二参考电压的幅度时可以使能第二比较输出信号VLC。
当最小检测电压信号VDET_MIN的幅度小于第一参考电压的幅度时可以禁止第一比较输出信号VHC，并且当最小检测电压信号VDET_MIN的幅度大于第二参考电压的幅度时可以禁止第二比较输出信号VLC。
图3是说明依据本发明构思的实施例的包括在图2的LED驱动电路1100中的电源电路1110的电路图。
电源电路1110是一种直流(DC)-DC转换器，即，升压转换器，其接收DC输入电压VIN以输出稳定的高DC电压。参考图3，电源电路1110包括电感器L1、第一电阻器RF、N沟道金属氧化物半导体(NMOS)功率晶体管NMOS、二极管D1、电容器C1、第二电阻器R1和第三电阻器R2。
下面将描述图3的电源电路1110的操作。
首先，在栅极控制信号VG的激活时间段期间，其中栅极控制信号VG处于逻辑高状态，NMOS功率晶体管NMOS导通且电流流经电感器L1、NMOS功率晶体管NMOS和第一电阻器RF。该条件下，电感器L1将电能转换为与电流对应的磁能并且存储磁能。因此，栅极控制信号VG的激活时间段越长，存储在电感器L1中的磁能越多。
接下来，在栅极控制信号VG的非激活时间段期间，其中栅极控制信号VG处于逻辑低状态，NMOS功率晶体管NMOS截止，而且在栅极控制信号VG的激活时间段期间存储在电感器L1中的磁能被转换为电能的形式。即，电感器L1通过依赖于存储的磁能的幅度的电动势产生电流，并且电流流经二极管D1、第二电阻器R1和第三电阻器R2。存储在电感器L1中的磁能按照与磁能增加的相同速度减少。同时，通过电感器L1的电动势和输入电压VIN，在输出节点(即，在第二电阻器R1的一端)产生LED驱动电压VLED_A。另外，在与电阻器R1和R2并联连接的电容器C1中充电LED驱动电压VLED_A。如果在栅极控制信号VG的激活时间段期间存储在电感器L1的磁能较大，则电感器L1的电动势较大，因此进一步升压该LED驱动电压VLED_A。
接下来，当栅极控制信号VG再次激活时，电流流经NMOS功率晶体管NMOS和第一电阻器RF，并且磁能再次存储在电感器L1中。此时，LED驱动电压VLED_A的电压电平由存储在电容器C1中的电压维持。
如上所述，电源电路1110当栅极控制信号VG的占空比增加时增加电感器L1的电动势以增加LED驱动电压VLED_A，而且当栅极控制信号VG的占空比减少时减少电感器L1的电动势以减少LED驱动电压VLED_A。
如图3所示，基于与流经NMOS功率晶体管NMOS的电流对应的第一检测电压VDET1和作为LED驱动电压VLED_A的感测电压的第二检测电压VDET2来改变栅极控制信号VG的占空比。
当LED驱动电压VLED_A低于目标电压时，电源电路1110通过增加电感器L1的电动势来增加栅极控制信号VG的占空比以提升LED驱动电压VLED_A。另一方面，当LED驱动电压VLED_A高于目标电压时，电源电路1110通过降低电感器L1的电动势来降低栅极控制信号VG的占空比以减低LED驱动电压VLED_A。
图4是说明依据本发明构思的实施例的包括在图2的LED驱动电路1100中的比较电路1130的电路图。
参考图4，比较电路1130包括参考电压分配器1131以及比较器1132和1133。参考电压分配器1131基于净空控制参考电压VRHR产生第一参考电压REF_H和第二参考电压REF_L。比较器1132比较最小检测电压信号VDET_MIN和第一参考电压REF_H以产生第一比较输出信号VHC。比较器1133比较最小检测电压信号VDET_MIN和第二参考电压REF_L以产生第二比较输出信号VLC。
图5是说明依据本发明构思的实施例的包括在图2的LED驱动电路1100中的数字控制电路1140的框图。
参考图5，数字控制电路1140可以包括数字脉宽调制(PWM)电路1142和逻辑电路1144。
PWM电路1142基于占空控制码CONDUTY执行PWM以产生置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK。逻辑电路1144根据第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC的逻辑状态改变占空控制码CONDUTY，并且基于调光信号VDIM、置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK产生栅极控制信号VG。
图6是说明依据本发明构思的另一实施例的包括在图1的LED系统1000中的LED驱动电路1100a的框图。
参考图6，LED驱动电路1100a包括电源电路1110、电平检测器1120、比较电路1130、数字控制电路1140a、电流驱动电路1105以及比较器1145和1146。
电流驱动电路1105包括电流驱动器1160、1170和1180，并且响应于调光信号VDIM而控制流经图1的LED串1510、1520和1530的电流信号ILED1、ILED2、...、ILEDn。电平检测器1120检测与通过LED串1510、1520和1530驱动的电流对应的各个LED串1510、1520和1530的第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号VDET_MIN。比较电路1130基于净空控制参考电压VRHR和最小检测电压信号VDET_MIN产生第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC。比较器1145比较第一检测电压VDET1和第一参考电压VREF1以产生电流限制保护信号CLP。电流限制保护信号CLP也叫做过流保护信号。比较器1146比较第二检测电压VDET2和第二参考电压VREF2以产生过压保护信号OVP。参考图3，第一检测电压VDET1是与流经NMOS功率晶体管NMOS的电流对应的电压信号，而第二检测电压VDET2是LED驱动电压VLED_A的感测电压。数字控制电路1140a基于第一比较输出信号VHC、第二比较输出信号VLC、过压保护信号OVP、电流限制保护信号CLP和作为控制时钟信号的调光信号VDIM来调整数字模式中栅极控制信号VG的占空比。电源电路1110响应于栅极控制信号VG而产生LED驱动电压VLED_A。
图7是说明依据本发明构思的实施例的包括在图6的LED驱动电路1100a中的数字控制电路1140a的框图。
参考图7，数字控制电路1140a可以包括数字PWM电路1142a和逻辑电路1144a。
PWM电路1142a基于占空控制码CONDUTY执行PWM以产生置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK。逻辑电路1144a根据第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC的逻辑状态改变占空控制码CONDUTY，并且基于调光信号VDIM、置位时钟信号SETCLK、复位时钟信号RSTCLK、过压保护信号OVP和电流限制保护信号CLP产生栅极控制信号VG。
数字控制电路1140a可以在过压保护信号OVP被使能时将占空控制码CONDUTY减少第一值并且禁止栅极控制信号VG。另外，数字控制电路1140a可以在电流限制保护信号CLP被使能时禁止栅极控制信号VG。
图8是说明图1的LED系统1000的操作的时序图。
参考图8，栅极控制信号VG响应于置位时钟信号SETCLK而在t1使能，并且响应于复位时钟信号RSTCLK而在t2禁止。同样，栅极控制信号VG响应于置位时钟信号SETCLK而在t3使能，并且响应于电流限制保护信号CLP而在t4禁止。另外，由于过压保护信号OVP在t5使能并且维持使能状态，栅极控制信号VG即使当置位时钟信号SETCLK在t6使能时也维持禁止状态。该条件下，数字控制电路1140或1140a减少占空控制码CONDUTY。图8的示例中，数字控制电路1140或1140a将占空控制码CONDUTY从M减少1到M-1。
图9是说明依据本发明构思的另一实施例的包括在图1的LED系统1000中的LED驱动电路1100b的框图。
参考图9，LED驱动电路1100b包括电源电路1110、电平检测器1120、比较电路1130、数字控制电路1140b、电流驱动电路1105、比较器1145和1146、差分放大器1134以及电压受控振荡器(VCO)1135。图9中，为了方便解释而略去电流驱动电路1105。
电平检测器1120检测各个LED串1510、1520和1530的第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号VDET_MIN。比较电路1130基于净空控制参考电压VRHR和最小检测电压信号VDET_MIN产生第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC。比较器1145比较第一检测电压VDET1和第一参考电压VREF1以产生电流限制保护信号CLP。比较器1146比较第二检测电压VDET2和第二参考电压VREF2以产生过压保护信号OVP。参考图3，第一检测电压VDET1是与流经NMOS功率晶体管NMOS的电流对应的电压信号，而第二检测电压VDET2是LED驱动电压VLED_A的感测电压。差分放大器1134放大净空控制参考电压VRHR与最小检测电压信号VDET_MIN之间的差以产生频率控制信号CONFR。VCO 1135基于调光信号VDIM和频率控制信号CONFR产生控制时钟信号CCLK。数字控制电路1140b基于第一比较输出信号VHC、第二比较输出信号VLC、过压保护信号OVP、电流限制保护信号CLP、调光信号VDIM和控制时钟信号CCLK来调整数字模式中栅极控制信号VG的占空比。电源电路1110响应于栅极控制信号VG而产生LED驱动电压VLED_A。
控制时钟信号CCLK的频率可以当最小检测电压信号VDET_MIN接近目标值时减少，并且当最小检测电压信号VDET_MIN偏离目标值时增加。
图10是说明依据本发明构思的另一实施例的包括在图1的LED系统1000中的LED驱动电路1100c的框图。
参考图10，LED驱动电路1100c包括电源电路1110、电平检测器1120、比较电路1130a、目标范围调整电路1136、数字控制电路1140c、电流驱动电路1105以及比较器1145和1146。图10中，为了方便解释未示出电流驱动电路1105。
电平检测器1120检测各个LED串1510、1520和1530的第一端子L_K1、L_K2、...、L_Kn的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号VDET_MIN。目标范围调整电路1136基于净空控制参考电压VRHR产生第一参考电压REF_H和第二参考电压REF_L，并且响应于参考电压设置信号SET_R而调整第一参考电压REF_H和第二参考电压REF_L的电压电平。比较电路1130a基于第一参考电压REF_H、第二参考电压REF_L和最小检测电压信号VDET_MIN产生第一比较输出信号VHC和第二比较输出信号VLC。比较器1145比较第一检测电压VDET1和第一参考电压VREF1以产生电流限制保护信号CLP。比较器1146比较第二检测电压VDET2和第二参考电压VREF2以产生过压保护信号OVP。参考图3，第一检测电压VDET1与流经NMOS功率晶体管NMOS的电流对应的电压信号，而第二检测电压VDET2是LED驱动电压VLED_A的感测电压。数字控制电路1140c基于第一比较输出信号VHC、第二比较输出信号VLC、过压保护信号OVP、电流限制保护信号CLP、和作为控制时钟信号的调光信号VDIM来调整数字模式中栅极控制信号VG的占空比。电源电路1110响应于栅极控制信号VG而产生LED驱动电压VLED_A。
图11是说明依据本发明构思的实施例的包括在图10的LED驱动电路1100c中的比较电路1130a中使用的参考电压的图。
如图11所示，目标范围调整电路1136响应于参考电压设置信号SET_R而调整第一参考电压REF_H和第二参考电压REF_L的电压电平。图11的示例中，第一参考电压REF_H可以具有比净空控制参考电压VRHR的电压电平高的三个电压电平REF_H1、REF_H2和REF_H3，并且第二参考电压REF_L可以具有比净空控制参考电压VRHR的电压电平低的三个电压电平REF_L1、REF_L2和REF_L3。
图12是说明依据本发明构思的实施例的包括LED驱动电路的背光系统1600的示例的框图。
参考图12，背光系统1600包括背光单元BLU、包括在背光单元BLU中的电源板1610和LED阵列LED。LED阵列LED的每个可以包括至少一个LED串。LED串可以包括至少一个LED。电源板1610包括LED驱动电路1611到1616，其具有与图1、2、6、9和10中所述的LED驱动电路1100、1100a、1100b和1100c类似的电路结构。LED驱动电路1611到1616的每个产生数字模式中的栅极驱动信号，因而具有简单的结构并且在半导体集成电路中占据小面积。
因此，包括LED驱动电路1611到1616的背光系统1600具有简单的电路结构并且以高速度操作。
图12所示的背光系统1600可以应用于包括大显示面板(诸如边缘型LED电视机)的显示设备。
图13是说明依据本发明构思的实施例的包括LED驱动电路的背光系统的另一示例的框图。
参考图13，背光系统1700包括包括LED阵列LED的背光单元BLU、控制器1720、以及在控制器1720的控制下驱动LED阵列LED的LED驱动器1710。LED阵列LED的每个可以包括至少一个LED串。LED串可以包括至少一个LED。
LED驱动器1710的每个具有与图1、2、6、9和10中所述的LED驱动电路1100、1100a、1100b或1100c类似的电路结构。LED驱动器1710的每个产生数字模式中的栅极驱动信号，因而具有简单的结构并且在半导体集成电路中占据小面积。
因此，包括LED驱动器1710的背光系统1700具有简单的电路结构并且以高速度操作。
图13所示的背光系统1700可以应用于包括大显示面板(诸如直接型LED电视机)的显示设备。
图14是说明依据本发明构思的实施例的包括LED驱动电路的背光系统的另一示例的框图。
参考图14，背光系统1800包括包括LED阵列LED的背光单元(BLU)1800a、在BLU 1800a外部的电源板1820。LED阵列(LED)1810的每个可以包括至少一个LED串。LED串可以包括至少一个LED。电源板1820包括LED驱动电路1821，其具有与图1、2、6、9和10中所述的LED驱动电路1100、1100a、1100b或1100c类似的电路结构。LED驱动电路1821的每个产生数字模式中的栅极驱动信号，因而具有简单的结构并且在半导体集成电路中占据小面积。
因此，包括LED驱动电路1821的背光系统1800具有简单的电路结构并且以高速度操作。
图14所示的背光系统1800可以应用于诸如移动电话机、个人数字助理(PDA)和便携多媒体播放器(PMP)的包括小显示面板的显示设备。
在以上中，描述了主要在液晶显示面板(LCD)中使用的背光驱动电路，但是示例实施例可以应用于一般的显示设备，诸如等离子体显示面板(PDP)、有机发光二极管(OLED)和用于照明的LED。
图15是说明依据本发明构思的实施例的驱动LED的方法的流程图。
参考图15，驱动LED的方法可以包括如下操作：感测各个LED串的第一端子的电压信号(操作S1)；检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号(操作S2)；基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压(操作S3)；将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号(操作S4)；基于第一比较输出信号、第二比较输出信号、和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比(操作S5)；以及响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压(操作S6)。
依据本发明总构思的实施例的驱动LED的方法还可以包括向各个LED串的第二端子提供LED驱动电压。
净空控制参考电压可以包括关于LED电流的信息。
第一比较输出信号可以在最小检测电压信号的幅度大于第一参考电压的幅度时被使能，而且第二比较输出信号可以在最小检测电压信号的幅度小于第二参考电压的幅度时被使能。
第一比较输出信号可以在最小检测电压信号的幅度小于第一参考电压的幅度时被禁止，而且第二比较输出信号可以在最小检测电压信号的幅度大于第二参考电压的幅度时被禁止。
图16是说明依据本发明构思的实施例的图15中包括的调整栅极控制信号的占空比的方法的流程图。
参考图16，调整栅极控制信号的占空比的方法包括如下操作：产生根据第一比较输出信号和第二比较输出信号的逻辑状态改变的占空控制码(操作S51)；基于占空控制码执行PWM以产生置位时钟信号和复位时钟信号(操作S52)；以及基于置位时钟信号和复位时钟信号产生栅极控制信号(操作S53)。
图17是说明依据本发明构思的实施例的图16中包括的产生占空控制码的方法的流程图。
参考图17，产生占空控制码的方法包括如下操作：确定最小检测电压信号是否具有比第一参考电压高的电压电平(操作S511)；当最小检测电压信号具有比第一参考电压高的电压电平时将占空控制码减少第一值(操作S513)；当最小检测电压信号具有等于或比第一参考电压低的电压电平时确定最小检测电压信号是否具有比第二参考电压低的电压电平(操作S512)；当最小检测电压信号具有比第二参考电压低的电压电平时将占空控制码增加第一值(操作S515)；以及当最小检测电压信号具有等于或高于第二参考电压高的电压电平时将占空控制码维持在先前的值(操作S514)。
图18是说明依据本发明构思的另一实施例的图15中包括的调整栅极控制信号的占空比的方法的流程图。
参考图18，调整栅极控制信号的占空比的方法包括如下操作：确定过压保护信号OVP是否被使能(操作S54)；当过压保护信号OVP被使能时将占空控制码CONDUTY减少第一值以禁止栅极控制信号VG(操作S55和S56)；当过压保护信号OVP被禁止时产生根据第一比较输出信号和第二比较输出信号的逻辑状态改变的占空控制码CONDUTY(操作S51)；基于占空控制码CONDUTY执行PWM以产生置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK(操作S52)；以及基于置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK产生栅极控制信号VG(操作S53)。
图19是说明依据本发明构思的另一实施例的图15中包括的调整栅极控制信号的占空比的方法的流程图。
参考图19，调整栅极控制信号的占空比的方法包括如下操作：确定过压保护信号OVP是否被使能(操作S54)；当过压保护信号OVP被使能时将占空控制码CONDUTY减少第一值以禁止栅极控制信号(操作S55和S56)；当过压保护信号OVP被禁止时产生根据第一比较输出信号和第二比较输出信号的逻辑状态改变的占空控制码CONDUTY(操作S51)；基于占空控制码CONDUTY执行PWM以产生置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK(操作S52)；基于置位时钟信号SETCLK和复位时钟信号RSTCLK产生栅极控制信号VG(操作S53)；确定电流限制保护信号CLP是否被使能(操作S57)；当电流限制保护信号CLP被使能时禁止栅极控制信号VG(操作S56)；当电流限制保护信号CLP被禁止时确定栅极控制信号VG的占空比是否大于占空控制码CONDUTY的占空比(操作S58)；当栅极控制信号VG的占空比大于占空控制码CONDUTY的占空比时禁止栅极控制信号VG(操作S56)；当栅极控制信号VG的占空比等于或小于占空控制码CONDUTY的占空比时使能栅极控制信号VG(操作S59)。
图20是说明依据本发明构思的另一实施例的驱动LED的方法的流程图。
参考图20，驱动LED的方法可以包括如下操作：感测各个LED串的第一端子的电压信号(操作S1)；检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号(操作S2)；基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压(操作S3)；将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号(操作S4)；放大净空控制参考电压与最小检测电压信号之间的差以产生频率控制信号(操作S7)；基于调光信号和频率控制信号产生控制时钟信号(操作S8)；基于第一比较输出信号、第二比较输出信号、和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比(操作S5)；以及响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压(操作S6)。
图21是说明依据本发明构思的另一实施例的驱动LED的方法的流程图。
参考图21，驱动LED的方法可以包括如下操作：感测各个LED串的第一端子的电压信号(操作S1)；检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号(操作S2)；基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压(操作S3)；响应于参考电压设置信号而调整第一参考电压和第二参考电压的电压电平(操作S9)；将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号(操作S4)；基于第一比较输出信号、第二比较输出信号、和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比(操作S5)；以及响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压(操作S6)。
如上所述，依据本发明构思的实施例的驱动LED的方法和电路因为栅极驱动信号在数字模式中产生而具有简单的电路结构并且在半导体集成电路中需要小面积。
本发明构思的实施例可以应用于显示设备和发光设备，尤其是显示设备的背光单元。
前述是示范实施例的说明且不应被解读为其限制。虽然已经描述若干示例实施例，但是本领域的技术人员不难理解，可以在示例实施例中进行许多修改而不实质脱离新颖教示和优点。因此，意图将全部这样的修改包括在如权利要求书定义的本发明的范围中。权利要求书中，装置加功能条款意图涵盖这里描述的执行所述功能的结构，而且不仅是结构上的等价物而且包括等价的结构。因此，不难理解，前述是各种示范实施例的说明，而不应被解读为限于公开的特定的实施例，并且意图将公开的实施例的修改、以及其他实施例包括在所附权利要求书的范围内。
虽然已经说明和描述本发明总构思的若干实施例，但是本领域的技术人员不难理解，可以对这些实施例进行改变而不脱离由所附权利要求书及其等价物限定其范围的本发明构思的原理和精神。

Claims (20)

1.一种发光二极管LED驱动电路，包括：
电流驱动电路，配置为控制流经LED串的电流信号；
电平检测器，配置为检测各个LED串的第一端子的电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号；
比较电路，配置为基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生第一比较输出信号和第二比较输出信号；
数字控制电路，配置为基于第一比较输出信号、第二比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比；以及
电源电路，配置为响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压。
2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中净空控制参考电压包括关于LED电流的信息。
3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中比较电路基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，并且将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号。
4.如权利要求3所述的LED驱动电路，其中当最小检测电压信号的幅度大于第一参考电压的幅度时使能第一比较输出信号，并且
当最小检测电压信号的幅度小于第二参考电压的幅度时使能第二比较输出信号。
5.如权利要求3所述的LED驱动电路，其中当最小检测电压信号的幅度小于第一参考电压的幅度时禁止第一比较输出信号，并且
当最小检测电压信号的幅度大于第二参考电压的幅度时禁止第二比较输出信号。
6.如权利要求1所述的LED驱动电路，其中数字控制电路包括：
数字脉宽调制(PWM)电路，配置为基于占空控制码执行PWM以产生置位时钟信号和复位时钟信号；以及
逻辑电路，配置为根据第一比较输出信号和第二比较输出信号的逻辑状态改变占空控制码，并且基于置位时钟信号和复位时钟信号产生栅极控制信号。
7.如权利要求6所述的LED驱动电路，其中当过压保护信号被使能时数字控制电路将占空控制码减少第一值并且禁止栅极控制信号。
8.如权利要求6所述的LED驱动电路，其中当电流限制保护信号被使能时数字控制电路禁止栅极控制信号。
9.如权利要求1所述的LED驱动电路，进一步包括：
差分放大器，配置为放大净空控制参考电压与最小检测电压信号之间的差以产生频率控制信号；以及
电压受控振荡器(VCO)，配置为基于调光信号和频率控制信号产生控制时钟信号。
10.如权利要求9所述的LED驱动电路，其中控制时钟信号的频率在最小检测电压信号接近目标值时减少，并且在最小检测电压信号偏离目标值时增加。
11.如权利要求1所述的LED驱动电路，进一步包括：
目标范围调整电路，配置为基于净空控制参考电压产生第一参考电压和第二参考电压，并且响应于参考电压设置信号而调整第一参考电压和第二参考电压的电压电平。
12.一种显示设备，包括：
显示面板；
背光驱动电路，配置为检测各个发光二极管LED串的端子电压信号当中具有最小电压电平的最小检测电压信号，基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生比较输出信号，基于比较输出信号和控制时钟信号来调整数字模式中栅极控制信号的占空比，并响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压；以及
背光单元，包括LED串，并且配置为响应于LED驱动电压操作并且向显示面板提供光。
13.如权利要求12所述的显示设备，其中背光驱动电路包括：
电流驱动电路，配置为控制流经LED串的电流信号；
电平检测器，配置为检测最小检测电压信号；
比较电路，配置为基于净空控制参考电压和最小检测电压信号产生第一比较输出信号和第二比较输出信号；
数字控制电路，配置为调整数字模式中栅极控制信号的占空比；以及
电源电路，配置为响应于栅极控制信号而产生LED驱动电压。
14.如权利要求1所述的显示设备，其中比较电路基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，并且将最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以分别产生第一比较输出信号和第二比较输出信号。
15.如权利要求14所述的显示设备，其中当最小检测电压信号的幅度大于第一参考电压的幅度时使能第一比较输出信号，并且
当最小检测电压信号的幅度小于第二参考电压的幅度时使能第二比较输出信号。
16.一种包括用于向发光二极管LED阵列提供驱动电压的电源电路的LED驱动电路，该驱动电路包括：
电平检测器，用于检测从LED阵列输出的最小电压；
比较电路，用于基于检测的最小电压和净空控制参考电压VRHR输出多个比较信号；以及
数字控制电路，用于向电源电路的NMOS功率晶体管的栅极输出栅极控制信号以使得基于NMOS功率晶体管的检测电压和LED阵列的驱动电压改变栅极控制信号的占空比。
17.如权利要求16所述的LED驱动电路，其中NMOS功率晶体管的检测电压对应于流经NMOS功率晶体管的电流。
18.如权利要求16所述的LED驱动电路，其中数字控制电路包括数字脉宽调制电路和逻辑电路。
19.如权利要求16所述的LED驱动电路，其中数字控制电路基于过压保护信号、电流限制保护信号和调光信号来调整栅极控制信号的占空比。
20.如权利要求16所述的LED驱动电路，其中比较电路基于净空控制参考电压产生第一参考电压和具有比第一参考电压低的电压电平的第二参考电压，并且将从LED阵列输出的最小检测电压信号与第一参考电压和第二参考电压进行比较以产生通过比较电路输出的多个比较输出信号。
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