CN103137064A

CN103137064A - 一种用于驱动led显示器的电路和方法

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Publication number: CN103137064A
Application number: CN2012101818899A
Authority: CN
Inventors: 李红化; 卢纯
Original assignee: GUANGZHOU SILICONCORE ELECTRONIC TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: GUANGZHOU SILICONCORE ELECTRONIC TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: US8525424B2; CN103137064B; US20130140998A1

Abstract

本公开描述了一种用于驱动LED显示器的电路和方法。该驱动电路包括选择电路，用于从多个光发射器中选择第一光发射器，预充电电路，用于根据所选择的第一光发射器为显示板的等效电容充电，以及电源电路，用于在选择了所述第一光发射器之后向所述第一光发射器供电，其中所述电源电路被配置为在一个或多个阶段中向所述第一光发射器供应驱动电流。本公开的驱动电路和方法能够用于显著地提高LED显示器的刷新率和分辨率。

Description

一种用于驱动LED显示器的电路和方法

技术领域

本发明大体上涉及用于发光二极管(LED)显示器的设备和方法，更特别地，涉及一种用于驱动LED显示器的电路和方法。

背景技术

时间复用的LED矩阵显示器包括一个或多个LED阵列。LED矩阵显示器的性能特征之一是当LED的选择信号开启时，LED亮起所需要的时间。因为LED矩阵显示器中的部件具有在LED开始亮之前需要充电的电容，所以时延是明显的。

图1示出了在时间复用的LED矩阵显示器中的LED阵列的一般形式。LED以N乘M的方式布置，其中电流源的M条通道(列)与N条扫描线(行)交叉。在任何给定时间，存在0至M条由电流供电的通道，而为任一电流通道仅选择一条扫描线。为了在列i和行j的交点处(即，图1中的LED 111)点亮LED，电流源必需为N乘M阵列上影响该LED的所有的电容充电。对于LED 111，该些电容包括线绕电容C_w 100、列i中的每个LED的电容C_L 101，…10N、以及每个开关121至12N(不包括12j)的开关电容。

对于LED(i，j)，所有的电容的效果能够被表示为一个等效电容C_i。为了说明，假定所有的LED的电容(C_L)是相同的，并且所有的开关的电容(C_S)是相同的，则C_i能够由下式表示：

C_i＝C_W+C_L+(N-1)*C_S*C_L/(C_S+C_L)

以不同于图1中的形式布置的LED也会具有类似的时延，因为部件(例如，LED、线绕、开关)具有电容。本公开提供了用于减少由为有影响的电容充电而引起的时延的设备和方法。

发明内容

本公开提供了一种用于驱动包括多个光发射器的LED显示板的电路，该多个光发射器布置为具有多个列和行的阵列。驱动电路与光发射器的阵列电耦合。驱动电路包括选择电路，用于从多个光发射器中选择第一光发射器；预充电电路，用于根据所选择的第一光发射器为显示板的等效电容充电；以及电源电路，用于在选择了第一光发射器之后向第一光发射器供电。电源电路包括电源，以及与电源耦合的电流控制机构。电流控制机构被配置为当通过第一光发射器的驱动电流小于或等于第一阈值时，向电源供应第一电流。电流控制机构还被配置为当驱动电流大于第一阈值并且小于第二阈值时，向电源供应第二电流。第一电流大于第二电流。

在一个实施例中，所述预充电电路包括第一晶体管、与所述第一晶体管电耦合的第一开关、以及与所述第一开关电耦合的第一逻辑门。逻辑门包括“与”门。

在一个实施例中，电源电路包括第二逻辑门、与所述第二逻辑门电耦合的第二晶体管、与所述第二晶体管电耦合的第二开关、第一电阻以及第二电阻，其中所述第二开关在所述第一和第二电阻之间是可切换的。

本公开还提供了一种用于驱动包括光发射器阵列的显示板的方法。该方法包括在从所述光发射器阵列选择第一光发射器之前且在取消选择先前所选择的光发射器之后，为所述阵列的等效电容充电；选择所述第一光发射器；以及在选择了所述第一光发射器之后，使用电源来将驱动电压施加至所述第一光发射器，以便引起通过所述第一光发射器的驱动电流，其中施加驱动电压包括：当所述驱动电流小于或等于第一阈值时，将第一电流施加至所述电源，以便快速打开电源；以及当所述驱动电流大于所述第一阈值并且小于第二阈值时，将第二电流施加至所述电源，以便最小化电流超调，其中第一电流大于第二电流。

附图说明

通过结合所附附图理解下述详细的说明能够容易地理解本公开的教导。

图1示出了LED阵列的示意图；

图2示出了扫描线驱动信号的时序图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的电路；

图4是示出了在本公开的一个实施例中的各种信号的特性的示意图。

具体实施方式

附图和下述描述仅通过示例性的方式与本公开的实施例关联。应当理解，根据下列描述，易于将在此公开的结构和方法的替代的实施例视为可以在不背离所要求保护的发明的原则下采用的可行的替代实施方式。

下面将详细参考本公开的多个实施例，在所附附图中示出了本公开的例子。应当理解，在该些附图中任何地方可以用适合的类似或相似的附图标记，并且类似或相似的附图标记可以表示类似或相似的功能。附图仅以示例性的目的示出了本公开的实施例。本领域的技术人员将容易地根据下述描述认识到，可以在不背离在此描述的公开的原则下采用在此所述的结构和方法的替代的实施例。

图2示出了扫描线开关选择的时序图。当行j处的开关被闭合时，SW_j表示选择扫描线j的激活的高信号。在两个连续的激活高信号之间存在短的时间段。该时间间隔被称为死区时间。

图3示出了本公开的LED快速上升驱动电路(LED fast risingdriver circuit)运行示意图。部件313表示上述的等效电容负载。

根据本公开的一个实施例，快速上升驱动电路包括两个模块300和301。模块300包括NMOS 302、“与”门303和开关304。该开关一端连接至逻辑“1”电压、POWER或VDD，另一端连接至LED311的阳极。

模块300具有三个输入：VR_i、死区时间信号以及“下一个PWM不等于0”的信号。VR_i是为LED 311特别设定的参考电压。死区时间信号是由图2中所示的SW_j推导或导出的逻辑信号。该死区时间信号仅在两个连续的激活的选择信号SW_j之间激活。第三信号“下一个PWM不等于0”是由PWM(脉宽调制)信号推导或导出的逻辑信号。在2011年9月21日提交的美国申请号为13/237960的申请中能够找出对PWM信号的更详细的解释，在此通过引用将其全文包含在内。“下一个PWM不等于0”信号仅当下一个PWM信号不等于逻辑零时激活。

在一个实施例中，模块300在死区时间期间起作用。开关312在死区时间期间断开，以便没有电流流过LED 311。在另一方面，如果两个信号在门303处变为“真”并且驱动门303来输出“真”信号，则开关304闭合。将VR_i设为一个值，以便使通过NMOS 302的电流为电容313充电并且将LED的阳极侧电压拉升至稍低于VF₀。即，(VR_i-Vth)的值稍低于LED拐点电压(inflection voltage)VF₀。Vth是NMOS 302的阈值电压，而VF₀等于LED的拐点处的前向电压(forwarding voltage)。红色LED的VF₀的值在例如1.6V至2.6V的范围内。绿色或蓝色LED的VF₀的值在例如2.6V至3.8V的范围内。

当开关304闭合时，NMOS 302变为闭合。这就允许了电流从VDD通过NMOS 302，以为由等效电容313表示的LED显示器的电容负载充电。在死区时间结束后，由于门303输出“假”并且开关304断开，模块300停止馈给电压或电流。

因此，通过模块300的运行，在死区时间期间，阳极侧的电压上升至接近但小于LED VF₀的值。例如，阳极侧的电压能够上升至0.2V或低于VF₀的值。因此，当下一个PWM选择循环来到时，将电容313充电至LED VF₀的所需时间较短。如图4所示，通过NMOS 302的电流(I_MNi)在死区时间开始后快速增长，并且V_Anode也上升接近VF₀。

模块301在死区时间结束后起作用。模块301包括两个电阻305和306、开关307、NMOS 308以及“与”门309。模块301的一端连接至PMOS 310的门极输入，而另一端连接至逻辑“0”、接地或VSS。至“与”门309有两个逻辑信号输入，一个是“PWM等于高”，另一个关于I_MPi。“PWM等于高”是由通道i的PWM信号推导或导出。当PWM信号变高时，该信号变高，而当PWM信号变低时，该信号变低。当来自PMOS 310的LED电流I_MPi低于阈值时，另一逻辑信号变高。这个阈值能够设置在0与目标LED电流之间的任何值，例如目标LED电流的30％至98％、或50％至95％或75％至95％或85％至95％。在图3的实施例中，这个阈值设置在90％。在一些实施例中，目标LED电流是通过LED以使得LED能够发射最大可能强度的光而不损坏LED的电流。

因此，当PWM信号为高并且当来自PMOS 310的LED电流I_MPi低于目标LED电流值的90％时，模块301运行。在这样的示例中，“与”门309输出逻辑“真”信号至NMOS 308处的门极输入。该门极输入使NMOS 308闭合，该NMOS 308转而将PMOS 310的门极电压拉低来闭合PMOS 310。一旦PMOS 310闭合，电流源开始将电流通至LED 311并且充电电容313。

如图4所示，因为通过模块301的运行向电容313充电，在死区时间期间，LED阳极侧的电压V_Anode开始上升并且在死区时间之后继续上升。当V_Anode超过VF₀时，LED 311开始具有电流。LED电流(I_LEDij)继续逐渐地上升，直至其达到稳定水平——目标LED电流，例如5mA。“t_p”是从PWM变高的时间至LED 311开始具有电流的时间。在时间t_p期间，没有电流通过LED。“t_r”是LED电流从一个值上升至另一个值所需要的时间，例如在该实施例中，是LED电流从稍高于零至目标LED电流的90％所需要的时间。

在图3的实施例中，模块301还使用两个电阻305和306来最小化电流超调。当I_MPi为零时，采用较小的电阻305以允许较大的电流来拉低PMOS 310的门极输入。当I_MPi大于零但小于目标LED电流的90％时，切换开关307选择较大的电阻306，这降低了电流并且由此限制了在PMOS 310处的电流超调。当I_MPi大于目标LED电流的90％时，两个电阻都不选择。替代地，包括参考电流源(I_ref)和PMOS 315的镜像电流源将PMOS 310输出电流基本上维持在目标LED电流，例如目标LED电流的±3％。注意到当PWM为高时开关314断开，这将镜像电流源从PMOS 310断开连接。

因此，图3中示出的实施例使用两个充电阶段：第一阶段，当LED电流为零，以及第二阶段，当LED电流大于零但小于目标值的90％。在另一实施例中，当LED电流在零至其目标值的100％的范围中时，可以使用单阶段的充电，例如通过仅实施电阻305和306中的一个或不实施该两个电阻。在本公开的其他实施例中，在LED电流在零与目标值之间时，可以通过添加附加的充电阶段，来实施多于两个的充电阶段。例如，当在LED电流在零至LED目标电流的30％之间、在LED目标电流的30％至60％之间、以及在LED目标电流的60％至90％之间的每个电流范围增加一个充电阶段时，将引起总共四个充电阶段。模块301中使用的“与”门和电阻的数量相应地增加。

当PWM信号变低并且门309输出为低时，NMOS 308断开。不存在至PMOS 310的门极输入。随后，PMOS的门极输入被提升至接近VDD。这使得PMOS 310保持断开并且没有电流会通过PMOS 310到达LED 311的阳极侧。

因此，在此公开的驱动器的实施例允许：通过模块300的运行，LED 311的阳极侧的电压被预充电至接近VF₀，以便在PWM信号变高之后，其能够被快速地充电至VF₀。如图4所示，相比于当将电容从接地充电至VF₀时所需的正常的充电时间，t_p明显较短。此外，模块310运作将PMOS 310的门极电压快速拉低，这减小了t_r的值。因此，t_p和t_r的总值较小，例如小于10ns。

在本公开的一些实施例中，预充电的时间段可以长于或短于死区时间。预充电时间段的开始或结束可以不与死区时间的开始或结束对齐。除了那些从PMW或死区时间信号导出的信号的信号可以用于开始或终止预充电时间段。

在此公开的方法和电路能够用于驱动以共阳极或以共阴极方式布置的LED，这在申请号为13/237960的尚未授权的美国申请中详细进行了描述。这还能够用于例如在申请号为13/237960的美国申请中公开的快速充电电路304、305以及306。

受益于在上述说明和关联的附图中呈现的教导，本领域的技术人员将容易地想到本公开的许多变形和其他的实施例。例如，驱动器IC能够用于驱动共阴极或共阳极配置的LED阵列。LED阵列中的元件能够是单色的LED或RGB单元或任何其他可用的LED形式。驱动器IC能够被按比例增加或减小，以驱动各种大小的LED阵列。可以用多个驱动器IC驱动LED显示系统中的多个LED阵列。驱动器中的部件能够或被集成在单个芯片中或多个芯片中或PCB板上。这样的变型是处在本公开的范围内。应当理解，本公开不限于所公开的特定的实施例，并且在独立权利要求的范围内还包括变形和实施例。

Claims

1.一种显示板，包括：

布置有多个光发射器；以及

驱动电路，其与所述多个光发射器电耦合；

其中，所述驱动电路包括：

选择电路，用于从所述多个光发射器中选择第一光发射器；

预充电电路，用于根据所选择的第一光发射器为所述显示板的等效电容充电；以及

电源电路，用于在选择了所述第一光发射器之后向所述第一光发射器供电，其中所述电源电路包括电源以及与所述电源耦合的电流控制机构，其中所述电流控制机构被配置为当通过所述第一光发射器的驱动电流小于或等于第一阈值时，向所述电源供应第一电流，并且其中，所述电流控制机构被配置为当所述驱动电流大于所述第一阈值并且小于第二阈值时，向所述电源供应第二电流，其中所述第一电流大于所述第二电流。

2.根据权利要求1所述的显示板，其中，所述预充电电路在死区时间期间运行，所述死区时间是在选择所述第一光发射器之前且在取消选择先前所选择的光发射器之后的时间段。

3.根据权利要求1所述的显示板，其中，所述预充电电路包括第一晶体管、与所述第一晶体管电耦合的第一开关、以及与所述第一开关电耦合的第一逻辑门。

4.根据权利要求3所述的显示板，其中，所述第一晶体管包括NMOS设备，并且所述第一逻辑门包括“与”逻辑门。

5.根据权利要求1所述的显示板，其中，所述电流控制机构包括第二逻辑门、与所述第二逻辑门电耦合的第二晶体管、第一电阻、第二电阻以及与所述第二晶体管电耦合的第二开关，所述第二开关在所述第一和第二电阻之间是可切换的。

6.根据权利要求5所述的显示板，其中，所述第二逻辑门包括“与”逻辑门，并且所述第二晶体管包括NMOS设备。

7.根据权利要求5所述的显示板，其中，所述第二电阻具有大于所述第一电阻的阻抗值的阻抗值。

8.根据权利要求7所述的显示板，其中，当所述驱动电流小于或等于所述第一阈值时，所述第二开关切换至所述第一电阻，以便供应所述第一电流，并且其中，当所述驱动电流在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，所述第二开关切换至所述第二电阻，以便供应所述第二电流。

9.根据权利要求8所述的显示板，其中，所述第一阈值为零并且所述第二阈值大约为目标驱动电流的90％。

10.根据权利要求9所述的显示板，其中，所述电源电路还包括电流反射镜，以用于将通过所述第一光发射器的所述驱动电流维持至实质上等于所述目标驱动电流。

11.一种用于驱动光发射器阵列的装置，包括：

选择电路，用于从所述光发射器阵列中选择第一光发射器；

预充电电路，用于根据所选择的第一光发射器为所述阵列的等效电容充电；以及

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述预充电电路在死区时间期间运行，所述死区时间是在选择所述第一光发射器之前且在取消选择先前所选择的光发射器之后的时间段。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述预充电电路包括第一晶体管、与所述第一晶体管电耦合的第一开关、以及与所述第一开关电耦合的第一逻辑门。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述电流控制机构包括第二逻辑门、与所述第二逻辑门电耦合的第二晶体管、与所述第二晶体管电耦合的第二开关、第一电阻以及第二电阻，其中所述第二开关在所述第一和第二电阻之间是可切换的。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述第二电阻具有大于所述第一电阻的阻抗值的阻抗值。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，当所述驱动电流小于或等于所述第一阈值时，所述第二开关切换至所述第一电阻，以便供应所述第一电流，并且其中，当所述驱动电流在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，所述第二开关切换至所述第二电阻，以便供应所述第二电流。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第一阈值为零并且所述第二阈值大约为用于驱动所述第一光发射器的驱动电流的目标值的90％。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述电源电路还包括电流反射镜，以用于将通过所述第一光发射器的所述驱动电流维持至实质上等于所述目标驱动电流。

19.一种用于驱动包括光发射器阵列的显示板的方法，所述方法包括：

在从所述光发射器阵列选择第一光发射器之前且在取消选择先前所选择的光发射器之后，为所述阵列的等效电容充电；

选择所述第一光发射器；以及

在选择了所述第一光发射器之后，使用电源来将驱动电压施加至所述第一光发射器，以便引起通过所述第一光发射器的驱动电流，其中施加所述驱动电流进一步包括：

当所述驱动电流小于或等于第一阈值时，将第一电流施加至所述电源；以及

当所述驱动电流大于所述第一阈值并且小于第二阈值时，将第二电流施加至所述电源，其中所述第一电流大于所述第二电流。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一阈值为零并且所述第二阈值大约为用于驱动所述第一光发射器的目标电流的90％。