CN102945655B - 发光二极管电压调整装置以及包括该装置的驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光二极管电压调整装置以及包括该装置的驱动系统。所述发光二极管电压调整装置包括：比例积分（PI）调节器，PI调节器的负输入端连接到发光二极管灯条（Light Bar）的负端，以接收Light Bar负端电压，PI调节器的正输入端接收参考电压；积分器，对PI调节器的输出信号进行积分；减法器，减法器的正输入端接收PI调节器的输出信号，负输入端接收从用于驱动Light Bar的升压转换器获得的过流保护侦测电压，并从PI调节器的输出信号减去过流保护侦测电压；比较器，比较器的正输入端接收积分器的输出信号，比较器的负输入端接收减法器的输出信号；集成电路模块，接收比较器的输出信号，并基于接收的信号输出用于控制升压转换器的开关晶体管导通和截止的控制信号。

Description

发光二极管电压调整装置以及包括该装置的驱动系统

技术领域

本发明涉及调整发光二极管（LED）电压，更具体地讲，涉及一种基于发光二极管灯条（Light Bar）的负端电压调整施加于灯条的电压的装置以及包括该装置的驱动系统。

背景技术

液晶显示器（LCD）已经被广泛地应用于各种电子装置中。目前，大多数液晶显示器都是背光型液晶显示器，这种背光型液晶显示器由液晶显示面板和背光模块组成。通常，背光模块可以根据光源入射位置的不同划分为侧向式入光与直下式入光两种类型，并且背光模块可以向液晶显示面板提供光源。

由于发光二极管具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、体积小、反应速度快以及可发出稳定波长的色光等良好的光电特性，因此发光二极管适合于作为液晶显示器的背光模块。

同时，为了满足用户对超薄液晶电视的需求，背光模块大多采用侧向式入光。在LED背光模块中，灯条是关键部件。多个LED规则地分布在条形基座上就构成了灯条（Light Bar）。现有的灯条通常对称地设置在液晶显示器的上下两侧或左右两侧，然而，也有在上下左右四边同时设置灯条的形式。通常，可使用升压转换器来驱动灯条。这时，灯条的负端电压有可能处于高电压状态。

发明内容

在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。

根据本发明的一方面，提供一种发光二极管电压调整装置，包括：比例积分（PI）调节器，PI调节器的负输入端连接到发光二极管灯条（Light Bar）的负端，以接收Light Bar负端电压，PI调节器的正输入端接收参考电压；积分器，对PI调节器的输出信号进行积分；减法器，减法器的正输入端接收PI调节器的输出信号，负输入端接收从用于驱动Light Bar的升压转换器获得的过流保护侦测电压，并从PI调节器的输出信号减去过流保护侦测电压；比较器，比较器的正输入端接收积分器的输出信号，比较器的负输入端接收减法器的输出信号；集成电路模块，接收比较器的输出信号，并基于接收的信号输出用于控制升压转换器的开关晶体管导通和截止的控制信号。

此外，所述集成电路模块是RS触发器。

此外，所述发光二极管电压调整装置还包括：时钟模块，时钟模块产生的时钟信号输出到RS触发器的S端以及积分器的时钟端，其中，RS触发器的R端接收比较器的输出信号。

此外，当时钟信号为高电平时，RS触发器输出的控制信号为高电平。

此外，当时钟信号为高电平时，积分器开始对PI调节器的输出信号进行积分。

此外，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，RS触发器的R端接收的比较器的输出信号为高电平，从而RS触发器输出的控制信号变为低电平。

此外，积分器的复位端连接到比较器的输出端，其中，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，比较器的输出信号将积分器复位，并且积分器停止工作，直到时钟信号再次变为高电平为止。

根据本发明的另一方面，提供一种发光二极管灯条（Light Bar）驱动系统，包括：升压转换器，升压转换器的输出端连接到Light Bar的正端；发光二极管电压调整装置，所述发光二极管电压调整装置包括：比例积分（PI）调节器，PI调节器的负输入端连接到Light Bar的负端，以接收Light Bar负端电压，PI调节器的正输入端接收参考电压；积分器，对PI调节器的输出信号进行积分；减法器，减法器的正输入端接收PI调节器的输出信号，负输入端接收从用于驱动Light Bar的升压转换器获得的过流保护侦测电压，并从PI调节器的输出信号减去过流保护侦测电压；比较器，比较器的正输入端接收积分器的输出信号，比较器的负输入端接收减法器的输出信号；集成电路模块，接收比较器的输出信号，并基于接收的信号输出用于控制升压转换器的开关晶体管导通和截止的控制信号。

此外，所述集成电路模块是RS触发器。

此外，所述发光二极管电压调整装置还包括：时钟模块，时钟模块产生的时钟信号输出到RS触发器的S端以及积分器的时钟端，其中，RS触发器的R端接收比较器的输出信号。

此外，当时钟信号为高电平时，RS触发器输出的控制信号为高电平。

此外，当时钟信号为高电平时，积分器开始对PI调节器的输出信号进行积分。

此外，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，RS触发器的R端接收的比较器的输出信号为高电平，从而RS触发器输出的控制信号变为低电平。

此外，积分器的复位端连接到比较器的输出端，其中，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，比较器的输出信号将积分器复位，并且积分器停止工作，直到时钟信号再次变为高电平为止。

根据本发明实施例，能够防止将Light Bar的负端电压直接施加到集成电路造成过高电压击穿集成电路，可以使每个开关周期内开关变量的平均值严格等于或者正比于控制参考量，并且能够防止因为压差过大而保护以及热的问题。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置的框图；

图2是示出根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置的操作波形图；

图3是示出根据本发明实施例的包括发光二极管电压调整装置的发光二极管灯条（Light Bar）驱动系统的电路图。

具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。

图1是示出根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置的框图，图2是示出根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置的操作波形图，图3是示出根据本发明实施例的包括发光二极管电压调整装置的Light Bar驱动系统的电路图。

参照图1、图2和图3，根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置包括比例积分（PI）调节器110、积分器120、比较器130、集成电路（IC）模块140和减法器150。具体地讲，PI调节器110的负输入端连接到Light Bar的负端，以接收Light Bar负端电压，PI调节器110的正输入端接收参考电压Vref。一般来讲，Vref为大于Light Bar负端电压的恒定电压。PI调节器110的输出端连接到积分器120的输入端，从而积分器120可对PI调节器110的输出Vm进行积分。积分器120的输出端连接到比较器130的正输入端。此外，减法器150的正输入端连接到PI调节器110的输出端，负输入端接收从升压转换器获得的过流保护侦测电压Isw。IC模块140的第一输入端连接到比较器130的输出端，IC模块140的第二输入端接收由时钟模块（未示出）产生的时钟信号Clk。另一方面，积分器120的时钟端也接由所述时钟模块产生的时钟信号Clk。IC模块140根据接收到的比较器130的比较结果将控制信号输出到升压转换器中的开关晶体管Q1的栅极，从而开关晶体管Q1根据所述控制信号导通或截止。这样，根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置可基于Light Bar的负端电压调节升压转换器中的开关晶体管Q1的占空比，从而调整施加于Light Bar的电压。

以下，将参照图1、图2和图3详细描述根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置的运行过程。

根据本发明实施例，IC模块140可以是RS触发器，IC模块140的第一输入端为R端，第二输入端为S端。当时钟模块（未示出）产生高电平时钟信号时，RS触发器140的S端为高电平信号“1”，从而RS触发器140的输出端Q处于高电平，从而开关晶体管Q1导通。同时，接收到时钟模块产生时钟信号的积分器120开始工作。由于PI调节器110的比例积分功能，因此当Light Bar负端电压与参考电压Vref相差较小（即，Light Bar负端电压趋近于参考电压Vref）时，PI调节器110的输出将相对较小，而当Light Bar负端电压与Vref相差较大时，PI调节器110的输出将相对较大。积分器120对PI调节器110的输出信号Vm进行积分。此时，积分器120的输出信号V1从0开始逐渐增大。然而，通过从Vm减去过流保护侦测电压Isw得到的V2将大于V1。同时，由于Q1处于导通状态，V2将逐渐减小。当V1小于V2时，比较器130将输出低电平信号“0”。由于RS触发器140的R端为低电平信号“0”，因此RS触发器140的输出端Q将保持先前的状态，即，RS触发器140的输出端Q仍然为高电平，从而开关晶体管Q1保持导通。

此后，随着V1增大而V2减小，当V1变得大于等于V2时，比较器130将输出高电平信号“1”。此时，时钟信号已经变为低电平。在这种情况下，由于RS触发器140的R端为高电平信号“1”，因此RS触发器140的输出端Q将发生反转，即，RS触发器140的输出端Q将变为低电平，从而开关晶体管Q1截止。由于积分器120的复位端连接到比较器130的输出端，因此当比较器130将输出高电平信号“1”时，积分器120被复位并停止工作，直到时钟信号再次变为高电平为止。由于Q1截止，过流保护侦测电压Isw变为0，且积分器120的输出V1也变为0，所以V2将大于V1。此时，比较器130将输出低电平信号“0”。由于RS触发器140的R端为低电平信号“0”，因此RS触发器140的输出端Q将保持先前的状态，即，RS触发器140的输出端Q仍然为低电平，从而开关晶体管Q1保持截止。

如上所述，当Light Bar负端电压与参考电压Vref相差较小（即，LightBar负端电压趋近于参考电压Vref）时，PI调节器110的输出Vm将相对较小，而当Light Bar负端电压与Vref相差较大时，PI调节器110的输出Vm将相对较大。因此，当Light Bar负端电压与参考电压Vref相差较小时（即，Vm较小时），V1将在短时间内增大到与V2相等，因此开关晶体管Q1的导通时间相对较短（占空比小）。这意味着当Light Bar负端电压较低时，由于开关晶体管Q1的导通时间相对较短，因此施加于Light Bar的电压将增大。另一方面，当Light Bar负端电压与Vref相差较大时（即，Vm较大时），V将经过长时间积分才能增大到与V2相等，因此开关晶体管Q1的导通时间相对较长。这意味着当Light Bar负端电压较高时，由于开关晶体管Q1的导通时间相对较长（占空比大），因此施加于Light Bar的电压将减小。这样，根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置可基于Light Bar的负端电压调节升压转换器中的开关晶体管Q1的占空比，从而调整施加于Light Bar的电压。

图2示出了发光二极管电压调整装置的操作过程中时钟信号、比较器130的正输入端的信号V1、负输入端的信号V2以及RS触发器140的输出端的信号Q的波形图。如图2所示，结合以上描述，当存在高电平时钟信号时，RS触发器140的输出端的信号Q处于高电平。与此同时，由于积分器120的作用，V1从0开始逐渐增大，并且由于Q1处于导通状态，V2开始逐渐减小。在V1增大且V2减小的期间，尽管时钟信号变为低电平，但是由于V1小于V2，比较器130将输出低电平信号“0”。在这种情况下，RS触发器140的R端为低电平信号“0”，从而RS触发器140的输出端的信号Q将保持先前的状态。

接下来，当V1变得大于等于V2时，比较器130将输出高电平信号“1”。这样，RS触发器140的R端将变为高电平信号“1”，因此RS触发器140的输出端的信号Q发生反转，即，RS触发器140的输出端的信号Q处于低电平。与此同时，积分器120被复位并停止工作，且开关晶体管Q1截止，因此V1变为0，V2开始上升。其后，比较器130将输出低电平信号“0”。在这种情况下，RS触发器140的R端为低电平信号“0”，从而RS触发器140的输出端的信号Q将保持先前的状态。

在下一个时钟周期内，根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置将重复以上操作。

参照图3，Light Bar驱动系统包括发光二极管电压调整装置100和升压转换器200。如图3所示，升压转换器200包括电感L1、二极管D1、电容C1、开关晶体管Q1和侦测电阻Rs。升压转换器200是本领域常用的发光二极管驱动装置，这里不再详细描述。假定升压转换器200的输出电压（即，LightBar正端电压）为Vo，R2为升压转换器200的等效电阻，Rs为连接在开关晶体管Q1与地之间的侦测电阻，Ig为流过开关晶体管Q1的电流瞬时值，d为开关晶体管Q1的占空比，T为时钟信号周期。发光二极管电压调整装置100中的各个电压可如下计算。

$V1\left(t\right)=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\mathrm{Vmdt}$

V2(t)＝Vm-Isw

Isw＝ig(t)×Rs

$\mathrm{Vm}=\frac{\mathrm{Vo}\×\mathrm{Rs}}{\mathrm{Re}}$

Vm-ig(t)Rs＝Vmd

如上所述，根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置可基于LightBar的负端电压调节升压转换器中的开关晶体管Q1的占空比，从而防止了将Light Bar的负端电压直接施加到集成电路造成过高电压击穿集成电路。另一方面，通过控制开关晶体管的占空比，可以使每个开关周期内，开关变量的平均值严格等于或者正比于控制参考量。此外，通过使用根据本发明实施例的发光二极管电压调整装置，可以防止因为压差过大而保护以及热的问题。

虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种发光二极管电压调整装置，其特征在于，所述发光二极管电压调整装置包括：

比例积分(PI)调节器，PI调节器的负输入端连接到发光二极管灯条的负端，以接收发光二极管灯条负端电压，PI调节器的正输入端接收参考电压；

积分器，对PI调节器的输出信号进行积分；

减法器，减法器的正输入端接收PI调节器的输出信号，负输入端接收从用于驱动发光二极管灯条的升压转换器获得的过流保护侦测电压，并从PI调节器的输出信号减去过流保护侦测电压；

比较器，比较器的正输入端接收积分器的输出信号，比较器的负输入端接收减法器的输出信号；

集成电路模块，接收比较器的输出信号，并基于接收的信号输出用于控制升压转换器的开关晶体管导通和截止的控制信号。

2.根据权利要求1所述的发光二极管电压调整装置，其特征在于，所述集成电路模块是RS触发器。

3.根据权利要求2所述的发光二极管电压调整装置，其特征在于，所述发光二极管电压调整装置还包括：

时钟模块，时钟模块产生的时钟信号输出到RS触发器的S端以及积分器的时钟端，

其中，RS触发器的R端接收比较器的输出信号。

4.根据权利要求3所述的发光二极管电压调整装置，其特征在于，当时钟信号为高电平时，RS触发器输出的控制信号为高电平。

5.根据权利要求4所述的发光二极管电压调整装置，其特征在于，当时钟信号为高电平时，积分器开始对PI调节器的输出信号进行积分。

6.根据权利要求5所述的发光二极管电压调整装置，其特征在于，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，RS触发器的R端接收的比较器的输出信号为高电平，从而RS触发器输出的控制信号变为低电平。

7.根据权利要求6所述的发光二极管电压调整装置，其特征在于，积分器的复位端连接到比较器的输出端，

其中，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，比较器的输出信号将积分器复位，并且积分器停止工作，直到时钟信号再次变为高电平为止。

8.一种发光二极管灯条驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括：

升压转换器，升压转换器的输出端连接到发光二极管灯条的正端；

发光二极管电压调整装置，所述发光二极管电压调整装置包括：

比例积分(PI)调节器，PI调节器的负输入端连接到发光二极管灯条的负端，以接收发光二极管灯条负端电压，PI调节器的正输入端接收参考电压；

积分器，对PI调节器的输出信号进行积分；

减法器，减法器的正输入端接收PI调节器的输出信号，负输入端接收从用于驱动发光二极管灯条的升压转换器获得的过流保护侦测电压，并从PI调节器的输出信号减去过流保护侦测电压

比较器，比较器的正输入端接收积分器的输出信号，比较器的负输入端接收减法器的输出信号；

集成电路模块，接收比较器的输出信号，并基于接收的信号输出用于控制升压转换器的开关晶体管导通和截止的控制信号。

9.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述集成电路模块是RS触发器。

10.根据权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，所述发光二极管电压调整装置还包括：

时钟模块，时钟模块产生的时钟信号输出到RS触发器的S端以及积分器的时钟端，

其中，RS触发器的R端接收比较器的输出信号。

11.根据权利要求10所述的驱动系统，其特征在于，当时钟信号为高电平时，RS触发器输出的控制信号为高电平。

12.根据权利要求11所述的驱动系统，其特征在于，当时钟信号为高电平时，积分器开始对PI调节器的输出信号进行积分。

13.根据权利要求12所述的驱动系统，其特征在于，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，RS触发器的R端接收的比较器的输出信号为高电平，从而RS触发器输出的控制信号变为低电平。

14.根据权利要求13所述的驱动系统，其特征在于，积分器的复位端连接到比较器的输出端，

其中，当积分器的输出信号变得大于等于减法器的输出信号时，比较器的输出信号将积分器复位，并且积分器停止工作，直到时钟信号再次变为高电平为止。