CN103108445A

CN103108445A - 驱动发光二极管的电路及方法

Info

Publication number: CN103108445A
Application number: CN2012104603282A
Authority: CN
Inventors: 申善京
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: CN103108445B; US8760062B2; US20130119876A1; KR20130053649A

Abstract

公开了一种LED的驱动电路和驱动方法。所述方法包括：以不规则的间隔对来自每个发光二极管串的反馈驱动电压进行多次测量；计算每个反馈驱动电压的多次测量的信号的平均值，以产生所述反馈驱动电压的平均值；使用所述反馈驱动电压的平均值，周期性地更新基准电压；以及使用更新的基准电压以及所述反馈驱动电压的平均值，产生第二控制信号，所述第二控制信号用于调整从电源施加给发光二极管阵列的驱动电压。这样，为了调整施加给LED阵列的LED驱动电压，所述LED驱动方法不仅根据反馈驱动电压周期性地更新基准电压，而且还使用更新的基准电压产生驱动电压控制信号。因此，LED驱动电路几乎不受外部环境噪声影响。

Description

驱动发光二极管的电路及方法

本申请要求2011年11月15日提交的韩国专利申请No.10-2011-0119177的优先权，在此援引该专利申请的全部内容作为参考。技术领域

本发明涉及一种发光二极管驱动电路及驱动方法。

背景技术

近来，为了满足消费者对于环保和低功率产品的需求，在显示装置领域正研究各种发光技术。

目前使用的显示装置包括等离子显示装置、液晶显示（LCD）装置、发光二极管（LED）显示装置等。在这些显示装置中，LED显示装置是构造成在两个电极之间驱动电压的自发光显示装置。由于具有诸如稳定、产热少以及低功耗等特点，LED显示装置作为下一代显示装置受到关注。这种LED显示装置已用于照明装置和LCD装置的背光单元。

现有技术的LED驱动电路包括：构造成包括并联连接的多个LED串的LED阵列、设置于各个LED串的恒流驱动器、以及构造成控制LED阵列的操作的系统控制器。每个LED串都包括多个串联连接的LED。

一般来说，给系统控制器施加固定的基准电压。系统控制器将在LED串中测量的驱动电压之中的最小驱动电压与固定的基准电压进行比较，根据比较结果控制LED阵列。

如果在LED阵列中测量的驱动电压之中的最小驱动电压低于固定的基准电压，则系统控制器提高驱动电压。相反，当在LED阵列中测量的驱动电压之中的最小驱动电压高于固定的基准电压时，系统控制器降低用于驱动LED阵列的驱动电压。

然而，LED阵列内的多个LED串彼此并联连接。此外，每个LED串上的信号经常由于外部环境而失真。根据固定的基准电压控制驱动电压的现有技术的LED驱动电路必然易受外部环境的影响。

换句话说，外部噪声分量会输入到每个LED串。这样，测量的驱动电压必然包括噪声分量。然而，在不考虑噪声分量的情况下，通过测量的驱动电压与固定的基准电压的比较调整驱动电压。由此，现有技术的LED驱动电路必然易受外部环境的影响。

发明内容

因此，本发明涉及一种基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题的LED驱动电路及驱动方法。

本发明提供了一种使用更新的基准电压调整施加给LED阵列的LED驱动电压的LED驱动电路及驱动方法，通过周期性地更新基准电压并产生驱动电压控制信号，所述LED驱动电路及驱动方法几乎不受外部环境噪声的影响。

此外，本发明提供了一种LED驱动电路及驱动方法，通过在不规则地设定来自LED阵列内的每个LED串的反馈驱动电压的采样时间点的状态下产生驱动电压控制信号，不管外部环境噪声如何，所述LED驱动电路及驱动方法都适于提供稳定的操作。

在下面的描述中将列出本发明的其它特征和优点，这些特征和优点的一部分从下面的描述将是显而易见的，或者可从本发明的实施领会到。通过说明书、权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些优点。

根据本发明的第一个方面，一种LED驱动电路，包括：发光二极管阵列，所述发光二极管阵列构造成包括发光二极管串，每个发光二极管串都包括多个串联连接的发光二极管；电源，所述电源构造成给所述发光二极管阵列施加驱动电压；电流驱动器，所述电流驱动器与各个发光二极管串连接，且所述电流驱动器构造成响应于包含发光二极管电流信息的第一控制信号，控制沿各个发光二极管串流动的电流信号；和主控制器，所述主控制器构造成不规则地输入来自发光二极管串的每个反馈驱动电压，并产生第二控制信号，所述第二控制信号用于调整从所述电源施加给所述发光二极管阵列的所述驱动电压。

根据本发明第二个方面的一种LED驱动方法用于LED驱动电路，所述发光二极管驱动电路包括：发光二极管阵列，所述发光二极管阵列构造成包括发光二极管串，每个发光二极管串都包括多个串联连接的发光二极管；电源，所述电源构造成给所述发光二极管阵列施加驱动电压；和电流驱动器，所述电流驱动器与各个发光二极管串连接，且所述电流驱动器构造成响应于包含发光二极管电流信息的第一控制信号，控制沿各个发光二极管串流动的电流信号。所述方法包括：以不规则的间隔对来自每个发光二极管串的反馈驱动电压进行多次测量；计算每个反馈驱动电压的多次测量的信号的平均值，以产生所述反馈驱动电压的平均值；使用所述反馈驱动电压的平均值，周期性地更新基准电压；以及使用更新的基准电压以及所述反馈驱动电压的平均值，产生第二控制信号，所述第二控制信号用于调整从所述电源施加给所述发光二极管阵列的所述驱动电压。

根据下面的附图和详细描述，其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员来说将是或将变得显而易见。应当注意，说明书中包含的所有这些额外的系统、方法、特征和优点均在本发明的范围内，均由随后的权利要求保护。这部分内容不应对权利要求构成限制。下面结合实施方式讨论更多的方面和优点。应当理解，本发明前面的一般性描述和下面的详细描述都是例示性的和解释性的，意在对要求保护的内容提供进一步的解释。

附图说明

给本发明提供进一步理解并组成说明书一部分的附图图解了本发明的实施方式并与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：

图1是显示根据本发明一实施方式的LED驱动电路的框图；

图2是显示图1中的LED驱动器和LED阵列的详细框图；

图3是显示图2中的主控制器和LED阵列的第一LED串的详细电路图；

图4是显示图2中的主控制器的构造的详细框图；

图5是显示图4中的余量（head room）控制器的构造的详细框图；

图6是图解图5中的余量控制器的基准电压估测器的操作的流程图；

图7是图解由图2的主控制器进行的、用于更新驱动LED阵列的驱动电压的程序的流程图；

图8是图解通过主控制器内的余量控制器的驱动电压采样器以不规则的间隔测量来自LED串的每个反馈驱动电压的状态的波形图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施方式，在附图中图解了这些实施方式的一些例子。下文介绍的这些实施方式是作为例子提供的，以给本领域普通技术人员传达它们的精神。因此，可以以不同形式实施这些实施方式，而并不限于这里所述的这些实施方式。在附图中，为了便于解释，放大了装置的尺寸、厚度等。只要可能，在包括附图在内的整个说明书中使用相同的参考标记表示相同或相似的部件。

图1是显示根据本发明一实施方式的LED驱动电路的框图。图2是显示图1中的LED驱动器和LED阵列的详细框图。

参照图1和2，根据本发明一实施方式的LED驱动电路100包括LED驱动器110和由第一到第n LED串151到153构成的LED阵列150，每个LED串都包括多个串联连接的LED。LED串151到153彼此并联连接。

LED阵列150对LED驱动器110施加的LED驱动电压VLED_A做出响应并发光。LED驱动器110产生LED驱动电压VLED_A并控制每个功率晶体管的两端子之间的电压。此外，LED驱动器110根据LED电流信息控制流过LED阵列150内的第一到第n LED串151到153的电流。

LED电流信息可以是在包括LED驱动器的半导体集成电路芯片的内部或外部中由用户可调整地设定的目标LED电流。流过功率晶体管的电流对应于沿第一到第n LED串151到153流动的电流。

LED串151到153的第一端子L_K1到L_Kn分别与LED驱动器110中包含的功率晶体管的漏电极连接。在图1中，从第一端子L_K1到L_Kn施加给LED驱动器110的反馈电压分别由VFEED_K1到VFEED_Kn表示。从第一端子L_K1到L_Kn流到LED驱动器110内的功率晶体管的漏电极的电流分别由ILED 1到ILEDn表示。同时，LED串151到153的第二端子彼此相连。

LED驱动器110包括电源111、主控制器112和电流驱动器116，…，118。

电流驱动器116到118与第一到第n LED串151到153连接。此外，电流驱动器116到118对第一控制信号VCON1共同做出响应，并控制沿各个LED串151到153流动的LED电流信号。BG1，BG2，…，BGn的字符标记表示施加给各个电流驱动器116到118的晶体管的栅极信号。如果栅极信号BG1到BGn具有高电平，则LED串151到153上的LED开启。相反，当栅极信号BG1到BGn处于低电平时，LED串上的LED关闭。

主控制器112根据第二控制信号VCON2和来自LED串151到153的第一端子L_K1到L_Kn的反馈电压VFEED_K1到VFEED_Kn，产生第三控制信号VCON3。第二控制信号VCON2包括LED电流信息。第三控制信号VCON3随着沿各个LED串151到153流动的电流信号而变化。此外，第三控制信号VCON3从主控制器112施加给电源111。

电源111对第三控制信号VCON3做出响应并产生根据第三控制信号VCON3调整的LED驱动电压VLED_A。LED驱动电压VLED_A被共同施加给LED串151到153的第二端子L_A。

图3是显示图2中的主控制器和LED阵列的第一LED串的详细电路图。

参照图3，单个电流驱动器116与图1和2中所示的LED驱动电路100的第一LED串151连接。

如图3中所示，LED驱动器110的电流驱动器116包括放大器117、n-型LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）晶体管NLDMOS和电阻RS。

放大器117可以是差分放大器。放大器117放大反馈信号与包含LED电流信息的第一控制信号VCON1之间的差值。n-型LDMOS晶体管NLDMOS包括与放大器117的输出端连接的栅极电极、与第一LED串151电连接的漏极电极和用于输出反馈信号的源极电极。电阻RS连接在n-型LDMOS晶体管NLDMOS的源极电极与地线之间，用于决定n-型LDMOS晶体管NLDMOS的漏极电流的量。

在图3中，为了形成电流驱动器116，n-型LDMOS晶体管用作开关元件。然而，可在电流驱动器116中使用任意的功率晶体管作为开关元件，如MOS功率晶体管、IGBT（绝缘栅双极晶体管）或其他晶体管。

如下面所述，本实施方式使用反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn以及施加给电流驱动器116到118的晶体管的栅极信号，使主控制器112周期性地更新用于产生第三控制信号VCON3的基准电压。

换句话说，根据来自LED串151到153的包含噪声分量的反馈驱动电压，周期性地更新基准电压。此外，使用周期性调整的基准电压调整驱动电压。因此，可实现几乎不受外部环境影响的LED驱动电路。

图4是显示图2中的主控制器的构造的详细框图。

参照图1和4，本实施方式的LED驱动电路中包含的主控制器112持续监视来自布置于LED阵列150中的LED串151到153的反馈驱动电压。此外，LED驱动器110内的主控制器112周期性地在其内部（internally）进行基准电压更新。

这是由于下述事实，即由外部环境导致的噪声分量可在任意时间点施加给LED阵列150的LED串151到153。换句话说，为了精确地产生LED驱动电压，不仅必须监视带有噪声分量的反馈驱动电压，而且还必须根据监视的反馈驱动电压更新基准电压。

主控制器112包括数字-模拟转换器（DAC）210、存储器220、余量（headroom）控制器（HRC）230、模拟-数字转换器（ADC）240和控制器250。ADC240将模拟形式的反馈驱动电压转换为数字反馈驱动电压。HRC 230根据由ADC 240转换的数字反馈驱动电压更新基准电压，以补偿反馈驱动电压中包含的噪声分量。此外，HRC 230使用更新的基准电压调整用于控制LED驱动电压的数字控制信号。DAC 210将调整的数字控制信号转换为模拟形式的第三控制信号VCON3。存储器220存储用于更新基准电压并调整数字控制信号的信息。控制器250控制主控制器112的元件，所述元件包括DAC 210、存储器220、HRC 230和ADC 240。

主控制器112持续测量反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn。然而，如图8中所示，主控制器112允许不规则地设定测量时间点。

通过上述方式获得的反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn通过ADC240转换为数字反馈驱动电压。数字反馈驱动电压施加给HRC 230，用于更新基准电压。HRC 230根据更新的基准电压，调整用于控制施加给LED阵列150的LED驱动电压的数字控制信号。调整后的数字信号施加给DAC 210，被转换为模拟形式的第三控制信号VCON3。主控制器112的DAC 210中产生的第三控制信号VCON3施加给电源111，以能够调整LED驱动电压。

这样，不仅在不规则设置的时间点测量/获得了反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn，而且在每一帧周期都更新了基准电压。如此，可根据更新的基准电压和测量的反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn，调整施加给LED阵列150的LED驱动电压。因此，即使有噪声分量施加给LED串，本实施方式的LED驱动电路仍可稳定地驱动。

图5是显示图4中的余量控制器的构造的详细框图。

参照图5，主控制器112的HRC 230包括驱动电压采样器231、中值滤波器232、基准电压估测器233和控制信号产生器234。驱动电压采样器231以不规则的间隔对来自LED阵列的LED串的每个反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn进行多次采样，并依次将每个反馈驱动电压的多个测量值施加给中值滤波器232。从驱动电压采样器231输入每个反馈驱动电压的多个测量值的中值滤波器232计算每个反馈驱动电压的多个测量值的平均值。基准电压估测器233从通过中值滤波器232获得的反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn的平均值V_1，V_2，…，V_n得出基准电压。控制信号产生器234使用基准电压估测器233中产生的基准电压Vref和反馈驱动电压的平均值，产生数字控制信号C_S。

在图4中所示的主控制器112中，从ADC 240接收数字反馈驱动电压的HRC 230以不规则的间隔对每个数字反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn进行多次采样操作。

对每个数字反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn不规则进行的多次采样的时间点中的每一个都设定在与各个栅极信号的高电平期间对应的各个LED串的开启期间内。

对于从LED串施加的每个反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn的多个测量值，中值滤波器232计算每个反馈驱动电压VFEED_K的多个测量值的平均值，即反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn的平均值V_1，V_2，…，V_n。

基准电压估测器233从通过中值滤波器232获得的反馈驱动电压的平均值得出基准电压Vref。

然后，控制信号产生器234使用由基准电压估测器233获得的基准电压Vref和反馈驱动电压VFEED_K1到VFEED_Kn的平均值V_1到V_n，产生用于调整LED驱动电压的数字控制信号C_S。可通过图7中所示的更新程序产生数字控制信号C_S。

图6是图解图5中的余量控制器的基准电压估测器的操作的流程图。图7是图解由图2的主控制器进行的、用于更新驱动LED阵列的驱动电压的程序的流程图。

参照图6，图5中的基准电压估测器233检查施加给图2中的电流驱动器116到118的晶体管的栅极信号BG1~BGn的电平状态（步骤233_1）。如果栅极信号BG1~BGn具有高电平，则基准电压估测器233使用由中值滤波器232获得的反馈驱动电压的平均值V_1到V_n计算基准电压Vref（步骤233_2）。相反，当栅极信号BG1~BGn保持为低电平时，基准电压估测器233处于待机模式，一直到栅极信号进入高电平为止。

在步骤2332之后，基准电压估测器233检查检测时间是否已终止（步骤233_3）。如果确定检测时间已终止，则基准电压估测器233结束基准电压Vref的计算。相反，如果检测时间还没有终止，则基准电压估测器233返回步骤2331。换句话说，基准电压估测器233在用户设定的检测时间内反复进行基准电压Vref的计算。

与基准电压估测器233类似，中值滤波器232也在用户设定的任意检测时间内反复进行每个反馈驱动电压的多个测量值的平均值计算。

图7的流程图作为一个例子图解了使用来自LED串的带有噪声分量的反馈驱动电压，产生用于调整LED阵列的LED驱动电压的数字控制信号C_S的程序。然而，根据主控制器的每个元件的功能，可以按照各种处理方式产生数字控制信号C_S。

参照图4，5和7，HRC 230内的控制信号产生器234在通过中值滤波器232进行平均获得的反馈驱动电压之中选择最小的反馈驱动电压Vmin_feed（步骤234_1）。此外，控制信号产生器234将最小的反馈驱动电压Vmin_feed与通过基准电压估测器233进行计算获得的基准电压Vref进行比较（步骤234_2）。

如果最小的反馈驱动电压Vmin_feed高于基准电压Vref，则控制信号产生器234将最小的反馈驱动电压Vmin_feed与恒定电压Vtrim之间的差值设为更新的驱动电压Vupdate（步骤234_3）。所述恒定电压Vtrim可由用户任意设定。

相反，当最小的反馈驱动电压Vmin_feed低于基准电压Vref时，控制信号产生器234将最小的反馈驱动电压Vmin_feed与恒定电压Vtrim之和设为更新的驱动电压Vupdate（步骤2346）。这是由于下述事实，即最小的反馈驱动电压Vmin_feed低于基准电压Vref表示当前LED驱动电压相当低。

更新的驱动电压Vupdate作为数字控制信号C_S施加给主控制器112内的DAC 210（步骤234_4）。DAC 210将数字控制信号C_S转换为模拟形式的第三控制信号VCON3（步骤234_5）。

如图3中所示，第三控制信号VCON3从主控制器112施加给电源111。电源111根据第三控制信号VCON3调整LED驱动电压VLED_A并将调整的LED驱动电压VLED_A施加给LED阵列150。

图8是图解通过主控制器内的余量控制器的驱动电压采样器以不规则的间隔多次测量来自LED串的每个反馈驱动电压的状态的波形图。

从图8可以看出，在施加给与各个LED串连接的电流驱动器的栅极信号BG1~BGn具有高电平，即LED串开启时，通过HRC 230内的驱动电压采样器以不规则的间隔多次采样每个反馈驱动电压。

详细地说，在第一帧周期期间，当水平同步脉冲Hsync被计数为10，20或53的时间点，可通过驱动电压采样器231采样来自第一LED串的第一反馈驱动电压Vfeed1。类似地，通过驱动电压采样器231以不规则的间隔采样来自第二到第n LED串的第二到第n反馈驱动电压Vfeed2到Vfeedn的每一个。

这样，HRC 230根据通过驱动电压采样器231以不规则的间隔获得的每个反馈驱动电压的采样值，计算基准电压Vref和反馈驱动电压的平均值，并更新施加给LED阵列的LED驱动电压VLED_A。

如上所述，为了调整施加给LED阵列的LED驱动电压，本发明的LED驱动电路及驱动方法不仅根据反馈驱动电压周期性地更新基准电压，而且还使用更新的基准电压产生驱动电压控制信号。因此，可实现几乎不受外部环境噪声影响的LED驱动电路。

此外，在不规则地设定来自LED阵列内的多个LED串的每个反馈驱动电压的采样时间点的状态下，产生驱动电压控制信号。因此，不管外部环境噪声如何，本发明的LED驱动电路都可稳定地驱动。

尽管仅针对上述实施方式有限地解释了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，本发明并不限于这些实施方式，而是在不脱离本发明精神的情况下，可进行各种变化或修改。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求及其等价范围确定。

Claims

1.一种发光二极管驱动电路，包括：

发光二极管阵列，所述发光二极管阵列构造成包括发光二极管串，每个发光二极管串都包括多个串联连接的发光二极管；

电源，所述电源构造成给所述发光二极管阵列施加驱动电压；

电流驱动器，所述电流驱动器与各个发光二极管串连接，且所述电流驱动器构造成响应于包含发光二极管电流信息的第一控制信号，控制沿各个发光二极管串流动的电流信号；和

主控制器，所述主控制器构造成不规则地输入来自发光二极管串的每个反馈驱动电压，并产生第二控制信号，所述第二控制信号用于调整从所述电源施加给所述发光二极管阵列的所述驱动电压。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中所述主控制器包括：

模拟-数字转换器，所述模拟-数字转换器构造成将来自所述发光二极管串的所述反馈驱动电压转换为数字信号；

余量控制器，所述余量控制器构造成不规则地输入来自所述模拟-数字转换器的每个数字反馈驱动电压，并产生数字控制信号；

数字-模拟转换器，所述数字-模拟转换器构造成将来自所述余量控制器的所述数字控制信号转换为对应于模拟信号的所述第二控制信号；

存储器，在所述存储器中存储产生所述第二控制信号所必需的信息；和

控制器，所述控制器构造成控制所述模拟-数字转换器、所述余量控制器、所述数字-模拟转换器和所述存储器。

3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动电路，其中所述余量控制器包括：

驱动电压采样器，所述驱动电压采样器构造成以不规则的间隔对来自所述模拟-数字转换器的每个数字反馈驱动电压进行多次采样；

中值滤波器，所述中值滤波器构造成计算每个反馈驱动电压的多个采样值的平均值；和

基准电压估测器，所述基准电压估测器构造成使用从所述中值滤波器施加的反馈驱动电压的所述平均值，周期性地更新基准电压。

4.根据权利要求3所述的发光二极管驱动电路，其中所述余量控制器进一步包括控制信号产生器，所述控制信号产生器构造成使用来自所述基准电压估测器的所述基准电压以及来自所述中值滤波器的数字反馈驱动电压的所述平均值，产生所述数字控制信号，所述数字控制信号用于调整所述电源中产生的所述驱动电压。

5.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中当施加给所述电流驱动器的栅极信号具有高电平时，所述主控制器产生用于调整所述驱动电压的所述第二控制信号。

6.一种驱动发光二极管驱动电路的方法，所述发光二极管驱动电路包括：发光二极管阵列，所述发光二极管阵列构造成包括发光二极管串，每个发光二极管串都包括多个串联连接的发光二极管；电源，所述电源构造成给所述发光二极管阵列施加驱动电压；和电流驱动器，所述电流驱动器与各个发光二极管串连接，且所述电流驱动器构造成响应于包含发光二极管电流信息的第一控制信号，控制沿各个发光二极管串流动的电流信号，所述方法包括：

以不规则的间隔对来自每个发光二极管串的反馈驱动电压进行多次测量；

计算每个反馈驱动电压的多次测量的信号的平均值，以产生所述反馈驱动电压的平均值；

使用所述反馈驱动电压的平均值，周期性地更新基准电压；以及

使用更新的基准电压以及所述反馈驱动电压的平均值，产生第二控制信号，所述第二控制信号用于调整从所述电源施加给所述发光二极管阵列的所述驱动电压。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括检测施加给所述电流驱动器的栅极信号是否具有高电平或低电平中的任意一个。

8.根据权利要求7所述的方法，其中当施加给所述电流驱动器的所述栅极信号具有高电平时，产生用于调整施加给所述发光二极管阵列的所述驱动电压的所述第二控制信号。

9.根据权利要求6所述的方法，其中测量所述反馈驱动电压包括：

将来自所述发光二极管串的所述反馈驱动电压转换为数字信号；和

以不规则的间隔对每个数字反馈驱动电压进行多次采样。

10.根据权利要求9所述的方法，其中计算所述平均值包括：使用中值滤波器计算每个反馈驱动电压的多个采样值的平均值。

11.根据权利要求9所述的方法，其中测量所述反馈驱动电压包括：在每一周期不同地设定所述反馈驱动电压的测量时间点。