CN103093729A - 具有双boost升压线路的背光驱动电路 - Google Patents

具有双boost升压线路的背光驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，包括：电源模块、第一电感、第二电感、第一整流二极管、第二整流二极管、LED灯串、恒流驱动芯片、电容、第一MOS管、第二MOS管、第一电压比较器及恒压源。本发明利用一电压比较器来产生两相位相反的驱动信号分别驱动双BOOST升压线路中的两MOS管，从而使得两BOOST升压线路交叉工作，汇合到电路后端的电流为近似的直流电流，其幅值等于单BOOST升压线路中的三角波峰-峰值，提高电路输出功率，且不会出现幅值加倍的情况，这样就不需要增加整流二极管的规格，降低了生产成本，可以减少输出电流的纹波大小；避免双BOOST升压线路同时工作加倍电磁干扰的现象。

Description

具有双BOOST升压线路的背光驱动电路
技术领域
本发明涉及液晶显示器背光驱动领域，尤其涉及一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路。
背景技术
现今科技蓬勃发展，信息商品种类推陈出新，满足了大众不同的需求。早期显示器多半为阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）显示器，由于其体积庞大与耗电量大，而且所产生的辐射对于长时间使用显示器的使用者而言，有危害身体的问题。因此，现今市面上的显示器渐渐将由液晶显示器（LiquidCrystal Display，LCD）取代旧有的CRT显示器。
液晶显示器具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用。现有市场上的液晶显示器大部分为背光型液晶显示器，其包括液晶面板及背光模组（backlight module）。液晶面板的工作原理是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶分子，并在两片玻璃基板上施加驱动电压来控制液晶分子的旋转方向，以将背光模组的光线折射出来产生画面。由于液晶面板本身不发光，需要借由背光模组提供的光源来正常显示影像，因此，背光模组成为液晶显示器的关键零组件之一。背光模组依照光源入射位置的不同分成侧入式背光模组与直下式背光模组两种。直下式背光模组是将发光光源例如CCFL(ColdCathode Fluorescent Lamp，阴极萤光灯管)或LED(Light Emitting Diode，发光二极管)设置在液晶面板后方，直接形成面光源提供给液晶面板。而侧入式背光模组是将背光源LED灯条（Lightbar）设于液晶面板侧后方的背板边缘，LED灯条发出的光线从导光板（LGP，Light Guide Plate）一侧的入光面进入导光板，经反射和扩散后从导光板出光面射出，在经由光学膜片组，以形成面光源提供给液晶显示面板。
随着科技的发展及人们物质生活的需求，现今液晶显示器的尺寸做得越来越大，液晶显示面板的尺寸也越来越大，从而所需的LED背光亮度也越来越大。请参阅图1，其为现有技术中单BOOST升压线路LED背光驱动电路图，其通过电感L10、MOS管Q10、整流二极管D10和输出电解电容C10组成单BOOST升压电路，给LED灯串100提供较高的电压，输出电压的大小与MOS管Q10栅极驱动信号的占空比（D）大小有关，输出电压Vo=Vin/(1-D)，占空比D越大，则输出电压Vo越大；但是占空比D增大后，MOS管Q10在一个周期内的导通时间增加，电感L10中的电流线性上升，电流值迅速增大，此电流也同时流过MOS管Q10，电感L10和MOS管Q10上消耗的功率变大，温度升高，当电感L10中的电流超过了电感L10或MOS管Q10所能承受的最大电流值时，电感L10或MOS管Q10会被烧毁，由于电路中元器件的规格限制，单boost线路能够提供的输出功率有限（约70W），难于满足液晶显示器尺寸发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，双BOOST升压线路交叉工作，能够提供更大的输出功率，同时也降低了双BOOST升压线路同时工作时的输出电流纹波大小以及对EMI的影响，增加了产品的可靠性与合格率。
为实现上述目的，本发明提供一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，包括：电源模块、第一电感、第二电感、第一整流二极管、第二整流二极管、LED灯串、恒流驱动芯片、电容、第一MOS管、第二MOS管、第一电压比较器及恒压源；所述第一电感一端与所述电源模块电性连接，另一端与第一整流二极管的一端电性连接；所述第二电感一端与电源模块电性连接，另一端与第二整流二极管的一端电性连接；所述第一整流二极管分别电性连接至电容的一端及LED灯串的一端；所述第二整流二极管分别电性连接至第一整流二极管的一端、LED灯串的一端及电容的一端；所述LED灯串还与恒流驱动芯片电性连接；所述电容还分别与第一MOS管、第二MOS管及电源模块电性连接；所述第一MOS管还分别与第一电压比较器、恒流驱动芯片、第一电感的另一端及第一整流二极管的一端电性连接；所述第二MOS管还分别与第一电压比较器、第二电感的另一端及第二整流二极管的一端电性连接；所述第一电压比较器还与恒压源电性连接；所述第一、第二MOS管均与电源模块电性连接。
所述电容为电解电容。
所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路还包括：第一、第二电阻，所述第一电阻一端分别与LED灯串及恒流驱动芯片电性连接，另一端电性连接至地线；所述第二电阻一端与恒流驱动芯片电性连接，另一端电性连接至地线。
所述第一MOS管具有第一栅极、第一漏极及第一源极，所述第一栅极分别与第一电压比较器及恒流驱动芯片电性连接，所述第一漏极分别电性连接至第一电感的另一端及第一整流二极管的一端，所述第一源极与电源模块电性连接。
所述第二MOS管具有第二栅极、第二漏极及第二源极，所述第二栅极与第一电压比较器电性连接，所述第二漏极分别电性连接至第二电感的另一端及第二整流二极管的一端，所述第二源极与电源模块电性连接。
所述第一电压比较器具有第一输出引脚、第一正输入引脚及第一负输入引脚，所述第一输出引脚与第二MOS管的第二栅极电性连接，所述第一正输入引脚与恒压源电性连接，所述第一负输入引脚分别与第一MOS管的栅极及恒流驱动芯片电性连接。
所述恒流驱动芯片具有第一至第三引脚，第一引脚分别与第一电压比较器的第一负输入引脚及第一MOS管的第一栅极电性连接，所述第二引脚分别与LED灯串、第一电阻的一端电性连接，所述第三引脚与第二电阻电性连接。
所述恒流驱动芯片包括：振荡器及第二电压比较器，所述第二电压比较器具有第二输出引脚、第二正输入引脚及第二负输入引脚，所述第二输出引脚与恒流驱动芯片的第一引脚电性连接，所述第二负输入引脚与恒流驱动芯片的第二引脚电性连接，所述第二正输入引脚与振荡器电性连接，所述振荡器还与恒流驱动芯片的第三引脚电性连接。
所述恒压源输出电压小于或等于第一MOS管的阈值电压，所述第一电压比较器的输出电压大于或等于第二MOS管的阈值电压。
本发明的有益效果：本发明具有双BOOST升压线路的背光驱动电路利用一电压比较器来产生两相位相反的驱动信号分别驱动双BOOST升压线路中的两MOS管，从而使得两BOOST升压线路交叉工作，汇合到电路后端的电流为近似的直流电流，其幅值等于单BOOST升压线路中的三角波峰-峰值，提高电路输出功率，且不会出现幅值加倍的情况，这样就不需要再增加整流二极管的规格，降低了生产成本；同时两电感的电流交错叠加，可以减少输出电流的纹波大小；避免双BOOST升压线路同时工作加倍电磁干扰的现象，提高产品的合格性。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为现有技术中单BOOST升压线路背光驱动电路的电路图；
图2为本发明双BOOST升压线路交叉工作的背光驱动电路的电路图；
图3为双BOOST升压线路同时工作的背光驱动电路的电路图；
图4为本发明中第一、第二MOS管驱动信号的波形图；
图5为本发明中流过第一、第二电感的电流波形图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图2至5，本发明提供一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其包括：电源模块5、第一电感L1、第二电感L2、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、电容C、第一电压比较器7、恒压源8、恒流驱动芯片6、第一电阻R1、第二电阻R2及LED灯串4。其中，所述第一电感L1、第一整流二极管D1及第一MOS管Q1形成一BOOST线路，所述第二电感L2、第二整流二极管D2及第二MOS管Q2形成另一BOOST线路，且两BOOST线路并联连接。该背光驱动电路利用该第一电压比较器7来产生两相位相反的驱动信号分别驱动双BOOST线路中的第一、第二MOS管Q1、Q2，如图4所示，从而使得两BOOST升压线路交叉工作，使电路输出电流的幅值等于单BOOST升压线路中的三角波峰-峰值，从而提高输出功率。
具体的，所述第一电感L1一端与所述电源模块5电性连接，另一端与第一整流二极管D1的一端电性连接；所述第二电感L2一端与电源模块5电性连接，另一端与第二整流二极管D2的一端电性连接；所述第一整流二极管D1分别电性连接至电容C的一端及LED灯串4的一端；所述第二整流二极管D2分别电性连接至第一整流二极管D1的一端、LED灯串4的一端与电容C的一端；所述LED灯串4还分别与第一电阻R1的一端及恒流驱动芯片6电性连接，所述第一电阻R1的另一端电性连接至地线。所述第一MOS管Q1具有第一栅极g、第一漏极d及第一源极s，所述第一MOS管Q1的第一漏极d分别电性连接至第一电感L1的另一端及第一整流二极管D1的一端，第一源极s与电源模块5电性连接，第一栅极g与恒流驱动芯片6电性连接；所述第二MOS管Q2具有第二栅极g、第二漏极d及第二源极s，所述第二MOS管Q2的第二漏极d分别电性连接至第二电感L2的另一端、及第二整流二极管D2的一端，第二源极s与电源模块5电性连接，第二栅极g与第一电压比较器7电性连接。所述第一电压比较器7具有第一输出引脚、第一正输入引脚及第一负输入引脚，所述第一电压比较器7的第一输出引脚与第二MOS管Q2的第二栅极g电性连接，其第一正输入引脚与恒压源8电性连接，其第一负输入引脚分别与第一MOS管Q1的栅极g及恒流驱动芯片6电性连接。所述电容C的另一端分别与电源模块5及地线电性连接。
所述恒流驱动芯片6包括第一、第二、第三引脚1、2、3，所述第一引脚1分别与第一MOS管Q1的第一栅极g及第一电压比较器7的第一负输入引脚电性连接，所述第二引脚2分别与所述LED灯串4及第一电阻R1的一端电性连接，所述第三引脚3通过第二电阻R2连接至地线，通过改变该第二电阻R2的阻值大小可以设置恒流驱动芯片6驱动第一、第二MOS管Q1、Q2的驱动频率。所述恒流驱动芯片6内含有一第二电压比较器62及振荡器64，所述第二电压比较器62包括第二输出引脚、第二正输入引脚及第二负输入引脚，所述第二输出引脚与恒流驱动芯片6的第一引脚1电性连接，所述第二负输入引脚与恒流驱动芯片6的第二引脚2电性连接，所述第二正输入引脚与振荡器64的一端电性连接，所述振荡器64的另一端与恒流驱动芯片6的第三引脚3电性连接。所述电容C为电解电容，其具有一正极及一负极，所述正极分别与第一整流二极管D1的另一端、第二整流二极管D2的另一端及LED灯串4的一端电性连接，其负极与电源模块5电性连接。所述第一整流二极管D1具有一阳极及一阴极，其阳极分别与第一电感L1、第一MOS管Q1电性连接，其阴极分别与电解电容C、LED灯串4及第二整流二极管D2电性连接。所述第二整流二极管D2具有一阳极及一阴极，其阳极分别与第二电感L2、第二MOS管Q2电性连接，其阴极分别与电解电容C、LED灯串4及第一整流二极管D1电性连接。
其中，所述第一电阻R1在电路中起到限流保护作用，防止电路因大电流烧坏。所述电解电容C通过充放电可以使得该驱动电路输出端保持一个持续的电流。所述第一整流二极管D1起到整流的作用，在第一MOS管Q1导通时，防止电解电容C及第二电感L2对地放电，所述第二整流二极管D2起到整流的作用，在第二MOS管Q2导通时，防止电解电容C及第一电感L1对地放电。
所述恒压源8的输出电压略小于或等于第一MOS管Q1的阈值电压，优选略小于第一MOS管Q1的阈值电压，且第一电压比较器7的第一输出引脚输出的电压略大于或等于第二MOS管Q2的阈值电压。所述第一电压比较器7在第一负输入引脚为高电平时（即第一负输入引脚的电平高于第一正输入引脚），第一输出引脚输出低电平至第二MOS管Q2的第二栅极g，并在第一负输入引脚为低电平时（即第一负输入引脚的电平低于第一正输入引脚），第一输出引脚输出高电平至第二MOS管Q2的第二栅极g。从而使得第二MOS管Q2的驱动信号与第一MOS管Q1的驱动信号成反相，如图4所示，进而使得两BOOST升压线路交叉工作，即第一MOS管Q1导通时，第二MOS管Q2关断，第一MOS管Q1关断时，第二MOS管Q2导通。
本发明具有双BOOST升压线路的背光驱动电路具体工作原理如下：当恒流驱动芯片6的第一引脚1输出高电平时，所述第一MOS管Q1的第一栅极g为高电平，第一MOS管Q1导通，由于第一电压比较器7的第一负输入引脚上的电平高于第一正输入引脚上的电平，所述第一电压比较器7输出低电平至第二MOS管Q2的第二栅极g，所述第二MOS管Q2关断，此时所述第一电感L1在充电，所述第二电感L2在放电；当恒流驱动芯片6的第一引脚1输出低电平时，所述第一MOS管Q1的第一栅极g为低电平，第一MOS管Q1关断，由于第一电压比较器7的第一负输入引脚上的电平低于第一正输入引脚上的电平，所述第一电压比较器7输出高电平至第二MOS管Q2的第二栅极g，所述第二MOS管Q2导通，此时所述第一电感L1在放电，所述第二电感L2在充电。如此循环，第一、第二MOS管Q1、Q2交叉工作，这样第一、第二电感L1、L2上的三角波电流也是相反的，如图5所示，汇合到电路后端时，电流叠加成为近似的直流电流，其幅值等于单BOOST升压线路背光驱动电路中的三角波峰-峰值，提高电路输出功率。
由能量守恒定律可知，LED背光驱动电路的输出功率是由输入功率转换而成的，需要得到更大的输出功率，也就意味着输入功率更大，因电感和MOS管所能流过的电流最大值有限，则在LED背光驱动电路中使用两电感和两MOS管并联，起到分流作用，然后在电路后端汇合，这样电路就能承受两倍的输入电流（转换成两倍的输入功率），所能提供的输出功率也就加倍。请参阅图3，两MOS管Q20、Q22共用同一驱动信号，两者同时导通与关断，此时两颗电感L20、22中的电流三角波形是相同的，汇合到电路后端的电流仍为三角波，但是幅值加倍，这样就会超过整流二极管D20的耐流值，整流二极管D20会烧毁，所以必须使用更高耐压的整流二极管来解决问题，这样就会增加成本。而且三角波幅值加倍，输出电流的纹波大小也会加倍，输出电流的精确度降低。两MOS管同时导通与关断对电磁干扰（ElectromagneticInterference、EMI）的影响也会加倍，这样很可能影响整个产品的合格性。
但本发明采用两相位相反的驱动信号来驱动两MOS管Q1、Q2，两MOS管Q1、Q2交叉工作，且两电感L1、L2放电电流分别通过整流二极管D1、D2对电解电容C放电，如此就不会出现幅值加倍的情况，这样就不需要再增加整流二极管的规格；第一、第二电感L1、L2的电流交错叠加，可以减少输出电流的纹波大小；避免双BOOST升压线路同时工作加倍电磁干扰的现象，提高产品的合格性。
综上所述，本发明提供一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其利用一电压比较器来产生两相位相反的驱动信号分别驱动双BOOST升压线路中的两MOS管，从而使得两BOOST线路交叉工作，汇合到电路后端的电流为近似的直流电流，其幅值等于单BOOST升压线路中的三角波峰-峰值，提高电路输出功率，且不会出现幅值加倍的情况，这样就不需要再增加整流二极管的规格，降低了生产成本；同时两电感的电流交错叠加，可以减少输出电流的纹波大小；避免双BOOST升压线路同时工作加倍电磁干扰的现象，提高产品的合格性。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，包括：电源模块、第一电感、第二电感、第一整流二极管、第二整流二极管、LED灯串、恒流驱动芯片、电容、第一MOS管、第二MOS管、第一电压比较器及恒压源；所述第一电感一端与所述电源模块电性连接，另一端与第一整流二极管的一端电性连接；所述第二电感一端与电源模块电性连接，另一端与第二整流二极管的一端电性连接；所述第一整流二极管分别电性连接至电容的一端及LED灯串的一端；所述第二整流二极管分别电性连接至第一整流二极管的一端、LED灯串的一端及电容的一端；所述LED灯串还与恒流驱动芯片电性连接；所述电容还分别与第一MOS管、第二MOS管及电源模块电性连接；所述第一MOS管还分别与第一电压比较器、恒流驱动芯片、第一电感的另一端及第一整流二极管的一端电性连接；所述第二MOS管还分别与第一电压比较器、第二电感的另一端及第二整流二极管的一端电性连接；所述第一电压比较器还与恒压源电性连接；所述第一、第二MOS管均与电源模块电性连接。
2.如权利要求1所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述电容为电解电容。
3.如权利要求1所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，还包括：第一、第二电阻，所述第一电阻一端分别与LED灯串及恒流驱动芯片电性连接，另一端电性连接至地线；所述第二电阻一端与恒流驱动芯片电性连接，另一端电性连接至地线。
4.如权利要求3所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述第一MOS管具有第一栅极、第一漏极及第一源极，所述第一栅极分别与第一电压比较器及恒流驱动芯片电性连接，所述第一漏极分别电性连接至第一电感的另一端及第一整流二极管的一端，所述第一源极与电源模块电性连接。
5.如权利要求4所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述第二MOS管具有第二栅极、第二漏极及第二源极，所述第二栅极与第一电压比较器电性连接，所述第二漏极分别电性连接至第二电感的另一端及第二整流二极管的一端，所述第二源极与电源模块电性连接。
6.如权利要求5所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述第一电压比较器具有第一输出引脚、第一正输入引脚及第一负输入引脚，所述第一输出引脚与第二MOS管的第二栅极电性连接，所述第一正输入引脚与恒压源电性连接，所述第一负输入引脚分别与第一MOS管的栅极及恒流驱动芯片电性连接。
7.如权利要求6所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述恒流驱动芯片具有第一至第三引脚，第一引脚分别与第一电压比较器的第一负输入引脚及第一MOS管的第一栅极电性连接，所述第二引脚分别与LED灯串、第一电阻的一端电性连接，所述第三引脚与第二电阻电性连接。
8.如权利要求7所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述恒流驱动芯片包括：振荡器及第二电压比较器，所述第二电压比较器具有第二输出引脚、第二正输入引脚及第二负输入引脚，所述第二输出引脚与恒流驱动芯片的第一引脚电性连接，所述第二负输入引脚与恒流驱动芯片的第二引脚电性连接，所述第二正输入引脚与振荡器电性连接，所述振荡器还与恒流驱动芯片的第三引脚电性连接。
9.如权利要求1所述的具有双BOOST升压线路的背光驱动电路，其特征在于，所述恒压源输出电压小于或等于第一MOS管的阈值电压，所述第一电压比较器的输出电压大于或等于第二MOS管的阈值电压。
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