CN102779479A - Led显示系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LED显示系统，包括：LED阵列，其包括行线、列线以及连接在行线和列线之间的LED灯；控制模块；行驱动模块，在控制模块的控制下对行线进行选通，并使得导通的行线接至高电位V_LED；列驱动模块，在控制模块的控制下对列线进行选通，并使得导通的列线接至低电位V_GND；电压调节模块，用以控制LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为LED灯的门坎电压，电压调节模块包括并联的第一上拉电路和第二上拉电路。通过设置电压调节模块，可以避免“列毛毛虫”，同时由于采用两路上拉电路，可以避免产生电感反向高压，不需要使用既增加光照又消耗面积的高压管，从而降低成本。

Description

LED显示系统

技术领域

本申请属于LED显示屏领域，具体涉及一种消除列毛毛虫的LED显示系统。

背景技术

我们用图1所示的3*3的LED阵列简单介绍一下LED阵列的显示原理。如图1所示，每个LED灯的阳极都接到对应的行线上，而行线都通过一个开关接到LED供电电源VLED上。某个LED被点亮，需要两个条件：第一，此LED对应的行线被接至高电位，第二，此LED对应的列线被拉至低电位（通常在0V~1V之间，保证LED有足够压差而导通）。两个条件必须同时满足，缺一不可。以LED5为例，当开关SL2关闭时，行2被接至V_LED，若此时开关SC2也关闭，将列2拉至GND，则LED5将被点亮。在一个LED阵列中，通过行线和列线上电位的高低组合，就可能灵活的实现每个LED的交替导通，从而产生我们想要的动态图像。

图2是现有的常用结构，LED驱动芯片内部集成了NMOS开关管，此开关管等同于图1中的SC1~SC3，OE1~OE3不仅决定了NMOS是否打开，OE的有效长度也决定了LED点亮的时间，当OE为逻辑0时，NMOS关断，当OE为逻辑高时，NMOS打开。OE信号交替有效，就实现了LED的交替导通。

现在分析这种结构存在的缺点。假设SL2关闭，SL1断开，行2被接至高电位，若此时管N3打开，则LED2将被点亮，若关断N3管，则LED2不会被点亮。但在现实中，LED容易老化而产生反向漏电，现在假设LED1老化而产生漏电，此时LED1可以等效为一个理想二极管和一个电阻R_LEAK并联，这样便会使得OUT3被拉低至低电位，形成如图2中虚线所示的导通环路，从而使得本不应该被点亮的LED2导通，在整个LED阵列高速工作时，在各行交替有效时，列3上的LED等将会被全部点亮，肉眼看上去，形成了“列毛毛虫”。

“列毛毛虫”使得LED屏幕的显示效果变差，是一种异常现象，针对这种情况，我们提出了本发明，可以很好的解决这个问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种LED显示系统，该LED显示系统在有效消除“列毛毛虫”的同时，可以避免产生电感反向高压，不需要使用既增加光照又消耗面积的高压管，从而降低成本。

为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种LED显示系统，包括：

LED阵列，包括行线、列线以及连接在行线和列线之间的LED灯；

控制模块；

行驱动模块，在所述控制模块的控制下对行线进行选通，并使得导通的行线接至高电位V_LED；

列驱动模块，在所述控制模块的控制下对列线进行选通，并使得导通的列线接至低电位V_GND；

电压调节模块，用以控制所述LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为所述LED灯的门坎电压，

所述电压调节模块包括并联的第一上拉电路和第二上拉电路。

作为本发明的进一步改进，所述第一上拉电路包括第一电阻和第一开关，所述第一电阻和第一开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间。

作为本发明的进一步改进，所述第一开关为P型MOS管。

作为本发明的进一步改进，所述第二上拉电路包括第二电阻和第二开关，所述第二电阻和第二开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间。

作为本发明的进一步改进，所述第二开关为P型MOS管。

作为本发明的进一步改进，所述第一上拉电路包括第一电阻和第一开关，所述第一电阻和第一开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间；

所述第二上拉电路包括第二电阻和第二开关，所述第二电阻和第二开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间；所述第二电阻大于所述第一电阻。

作为本发明的进一步改进，所述列驱动模块包括第三开关，所述第三开关的一端连接于所述LED灯的输出端，另一端接至低电位V_GND。

作为本发明的进一步改进，所述第三开关为N型MOS管。

作为本发明的进一步改进，所述低电位V_GND的值为0。

作为本发明的进一步改进，所述行线和地极之间连接有下拉电阻R_{pull_low}。

由以上技术方案可以见，本申请提供的LED显示系统，通过设置电压调节模块，用以控制LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为所述LED灯的门坎电压，电压调节模块包括并联的至少两路上拉电路。。如此，可以使得第三开关断开时，LED灯的输出端处于高电位，从而避免了“列毛毛虫”。同时由于采用两路上拉电路，通过动态上拉方式，使得VOUT电位动态的处于合适的电位上，可以避免产生电感反向高压，不需要使用既增加光照又消耗面积的高压管，从而降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为LED阵列的显示原理示意图；

图2所示为现有技术中LED阵列的结构示意图；

图3所示为图2中LED阵列结构的改进示意图；

图4所示为图3中其中一个通道的结构示意图；

图5所示为本发明具体实施例中LED显示系统的原理图；

图6所示为本发明具体实施例中LED显示系统的结构示意图。

具体实施方式

产生“列毛毛虫”的根本原因，是当NMOS管关闭时，OUT端是处于悬空状态，若存在其他通路，OUT端将可能会被拉至低电位，从而使得LED灯被点亮。OUT端处于高电位，这样即使存在其他通路，OUT端仍然保持较高电位，从而使得LED灯不会导通，基于这种考虑，对图2进行改进后得到图3的结构。

图3中多了一组上拉管P1~P3和上拉电阻R_{pull_high}，同样假设LED1出现了老化漏电，当N3管关断时，P3管同时打开，此时OUT3的电压是各个电阻的分压，容易推导得到：

$V_{\mathrm{OUT}3}=\mathrm{VCC}\×\frac{R_{\mathrm{LEAK}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}}{R_{\mathrm{LEAK}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{high}}}---\left(1\right)$

LED2灯上的压降为：

ΔV_LED2＝V_LED-V_OUT3                                         (2)

由式（2）可知道，只要ΔV_LED2较小，未达到LED灯的导通电压，则LED2不会被点亮，所以只要合理设置R_{pull_high}的大小，使得V_OUT3足够大，从而令ΔV_LED2较小，就可以满足要求，消除“列毛毛虫”现象。

同时行线1的电压V_L1也会被抬高，容易得到：

$V_{L1}=\mathrm{VCC}\×\frac{R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}}{R_{\mathrm{LEAK}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{high}}}=V_{\mathrm{OUT}3}\×\frac{R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}}{R_{\mathrm{LEAK}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}}---\left(3\right)$

通常情况下，R_{pull_low}远小于R_LEAK和R_{pull_high}，V_L1仍然保持较低电位，行线1上的LED不会被误点亮。但有时LED灯会损坏而短路，此时R_LEAK=0，则：

$V_{L1}=V_{\mathrm{OUT}3}=\mathrm{VCC}\×\frac{R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}}{R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{high}}}---\left(4\right)$

行线1的电位等于OUT3端的电位，如果VOUT3定值太高，虽然消除了“列毛毛虫”，但由于行1也被提高，所以可能会导致行线1上其他的LED灯被点亮，从而形成更加糟糕的“行毛毛虫”。因此V_OUT3不能定的太高，也就是R_{pull_high}相比R_{pull_low}要更大些，使得在短路时，V_OUT3处于较低的电位，避免形成“行毛毛虫”。R_{pull_high}一般为1K~5K的阻值。

在实际LED电路中，各种导线都存在寄生的电感，当某条导线很长时，就会产生较大的电感，我们以图3的电路来分析寄生电感所产生的问题。为简单起见，我们取其中一个通道来分析。如图4所示。

图4中，L是导线的寄生电感，现在假设L=5uH，R_{pull_high}=3KΩ，流过LED灯的电流I_LED=60mA，在T1时刻，OE跳变为逻辑0，将N1管关断，由于电感会阻止电流的突变，它将延续60mA的电流，此电流将从R_{pull_high}上流过，假如R_{pull_high}=1KΩ，VCC=5V，则在N1管关断的瞬间，V_OUT1=VCC+60mA*1KΩ=65V，当然，流过R_{pull_high}的电流会小于60mA，因为OUT端的各种寄生电容会分流一部分的电流，但不管如何，OUT端的电压将远超过5V，这就要求，IC的N1管必须采用高压管，不然会损坏，在IC设计上，采用高压管就意味着更多的光照（mask）和更大的面积，也就是更高的成本。

针对上述缺点，我们将努力采用其他电路，来避免采用高压管，从而降低成本。

参图5和图6所示，本申请实施例公开了一种LED显示系统，包括：

LED阵列，包括行线、列线以及连接在行线和列线之间的LED灯；

控制模块；

行驱动模块，在所述控制模块的控制下对行线进行选通，并使得导通的行线接至高电位V_LED；

列驱动模块，在所述控制模块的控制下对列线进行选通，并使得导通的列线接至低电位V_GND；

电压调节模块，用以控制所述LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为所述LED灯的门坎电压，

所述电压调节模块包括并联的第一上拉电路和第二上拉电路。

由于设置了电压调节模块，并控制LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为所述LED灯的门坎电压。如此，可以使得第三开关断开时，LED灯的输出端始终处于高电位，从而避免了“列毛毛虫”。同时由于采用两路上拉电路，通过动态上拉方式，使得VOUT电位动态的处于合适的电位上，可以避免产生电感反向高压，不需要使用既增加光照又消耗面积的高压管，从而降低成本。

在上述LED显示系统中，所述第一上拉电路包括第一电阻和第一开关，所述第一电阻和第一开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间。所述第一开关优选为P型MOS管。

在上述LED显示系统中，所述第二上拉电路包括第二电阻和第二开关，所述第二电阻和第二开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间。所述第二开关优选为P型MOS管。所述第二电阻大于所述第一电阻。

在上述LED显示系统中，所述列驱动模块包括第三开关，所述第三开关的一端连接于所述LED灯的输出端，另一端接至低电位V_GND。所述低电位V_GND优选等于0。所述第三开关优选为N型MOS管。所述行线和地极之间连接有下拉电阻R_{pull_low}。

如本领域普通技术人员所熟知，开关（包括第一开关、第二开关和第三开关）还可以包括三极管、可控硅、继电器开关等常见的开关形式。

控制模块可以包括微处理器（MCU），该MCU可以包括中央处理单元（Central Processing Unit,CPU）、只读存储模块（read-only memory,ROM）、随机存储模块（random access memory,RAM）、定时模块、数字模拟转换模块（A/D converter）、以及复数输入/输出埠。当然，控制模块也可以采用其它形式的集成电路，如：特定用途集成电路（Application Specific IntegratedCircuit，ASIC）或现场可程序化门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）等。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参图5所示，LED显示系统10为3*3的阵列，包括控制模块（图未示）、LED阵列11、行驱动模块12、列驱动模块13和电压调节模块14。

LED阵列11由LED1~LED9组成，LED1~LED9呈3*3的阵列，连接在行线1~3和列线1~3之间。

行驱动模块12在控制模块的控制下对行线（行线1~行线3）进行选通，并使得导通的行线接至高电位V_LED，具体地，行线1~行线3上分别串联有开关S_L1、S_L2和S_L3，开关S_L1、S_L2和S_L3在控制模块的控制下对相应的行线进行选通。行线和地极之间还连接有下拉电阻R_{pull_low}。

列驱动模块13在控制模块的控制下对列线（列线1~列线3）进行选通，并使得导通的列线接至低电位V_GND，低电位V_GND优选为0。具体地，列驱动模块13包括第三开关N1、N2和N3，第三开关N1、N2和N3的一端分别连接于LED灯的输出端OUT1、OUT2和OUT3，另一端接至低电位V_GND。第三开关N1、N2和N3优选为N型MOS管，第三开关N1、N2和N3在控制模块的控制下可以分别对列线1、列线2和列线3进行导通或断开。

电压调节模块14包括并联的第一上拉电路141和第二上拉电路142。第一上拉电路141包括第一电阻R_{pull_high1}和第一开关PE1、PE2和PE3，在每个通道中，第一电阻R_{pull_high1}和第一开关（PE1、PE2或PE3）串联在LED灯的输出端（OUT1、OUT2或OUT3）和电压点VCC之间。第一开关PE1、PE2和PE3为P型MOS管。第二上拉电路142包括第二电阻R_{pull_high2}和第二开关PE1_pulse、PE2_pulse和PE3_pulse，在每个通道中，第二电阻R_{pull_high2}和第二开关（PE1_pulse、PE2_pulse或PE3_pulse）串联在LED灯的输出端（OUT1、OUT2或OUT3）和电压点VCC之间。第二开关PE1_pulse、PE2_pulse和PE3_pulse为P型MOS管。

第二电阻R_{pull_high2}大于第一电阻R_{pull_high1}，R_{pull_high1}只有几十欧姆的量级，而R_{pull_high2}为几千欧姆的量级，为了方便计算，我们这里假设R_{pull_high1}=10Ω，R_{pull_high2}=1KΩ。

以N3管的channel3的为例，当N3管关断时，也就是OE3变为0，此时PE3和PE3_pulse也将变为0，在关断瞬间，R_{pull_high1}起主导作用，此时V_L3=V_OUT3≈VCC+60mA*R_{pull_high1}=5V+60mA*10Ω=5.6V，这是普通管能够承受的电压，因此避免了采用高压管，等电感能量释放后，V_L3将稳定在：

$V_{L3}=V_{\mathrm{OUT}3}=\mathrm{VCC}\×\frac{R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}}{R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{low}}+R_{\mathrm{pull}\_\mathrm{high}2}}$

假设R_{pull_low}=100，则可以算出V_L3=4.5V，上面分析过，VL3被拉至如此高的电位，将会产生“行毛毛虫”，因此，不能让VL3长期处于高电位，我们必须在电感能量释放完之后，在T2时间后，将上拉电阻R_{pull_high1}撤去，由R_{pull_high2}来主导，此时由于R_{pull_high2}较大，V_L3将下降至较低的电压值，从而在避免产生电感反压的同时，不会产生“行毛毛虫”。

本发明是通过动态上拉的方式，使得上拉电阻在不同阶段体现不同的阻值，从而使得VOUT端的电压在任何时候，都配置在合适的电位上。本方案是通过动态的改变上拉电阻来实现这一点，比如先采用小的上拉电阻上拉，以避免高压的出现，然后改为大上拉电阻，避免产生“行毛毛虫”，保护点在于，通过动态上拉方式，使得VOUT电位动态的处于合适的电位上。只要是基于这种思想，都是受保护的。

综上所述，本申请提供的LED显示系统，通过设置电压调节模块，用以控制LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为所述LED灯的门坎电压，电压调节模块包括并联的至少两路上拉电路。如此，可以使得第三开关断开时，LED灯的输出端处于高电位，从而避免了“列毛毛虫”。同时由于采用两路上拉电路，通过动态上拉方式，使得VOUT电位动态的处于合适的电位上，可以避免产生电感反向高压，不需要使用既增加光照又消耗面积的高压管，从而降低成本。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种LED显示系统，其特征在于，包括：

LED阵列，包括行线、列线以及连接在行线和列线之间的LED灯；

控制模块；

行驱动模块，在所述控制模块的控制下对行线进行选通，并使得导通的行线接至高电位V_LED；

列驱动模块，在所述控制模块的控制下对列线进行选通，并使得导通的列线接至低电位V_GND；

电压调节模块，用以控制所述LED灯的输出端电压V_OUT满足：V_LED-V_OUT＜V_th，其中V_th为所述LED灯的门坎电压，

所述电压调节模块包括并联的第一上拉电路和第二上拉电路。

2.根据权利要求1所述的LED显示系统，其特征在于，所述第一上拉电路包括第一电阻和第一开关，所述第一电阻和第一开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间。

3.根据权利要求2所述的LED显示系统，其特征在于，所述第一开关为P型MOS管。

4.根据权利要求1所述的LED显示系统，其特征在于，所述第二上拉电路包括第二电阻和第二开关，所述第二电阻和第二开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间。

5.根据权利要求4所述的LED显示系统，其特征在于，所述第二开关为P型MOS管。

6.根据权利要求1所述的LED显示系统，其特征在于，所述第一上拉电路包括第一电阻和第一开关，所述第一电阻和第一开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间；所述第二上拉电路包括第二电阻和第二开关，所述第二电阻和第二开关串联在所述LED灯的输出端和电压点VCC之间；所述第二电阻大于所述第一电阻。

7.根据权利要求1所述的LED显示系统，其特征在于，所述列驱动模块包括第三开关，所述第三开关的一端连接于所述LED灯的输出端，另一端接至低电位V_GND。

8.根据权利要求7所述的LED显示系统，其特征在于，所述第三开关为N型MOS管。

9.根据权利要求7所述的LED显示系统，其特征在于，所述低电位V_GND的值为0。

10.根据权利要求1所述的LED显示系统，其特征在于，所述行线和地极之间连接有下拉电阻R_{pull_low}。

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