CN103280191B - Led背光驱动电路、液晶显示装置和一种驱动方法 - Google Patents

Led背光驱动电路、液晶显示装置和一种驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种LED背光驱动电路、液晶显示装置和一种驱动方法。LED背光驱动电路包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，所述恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；所述电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块，其中1～(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块；当PWM调光信号的占空比小于预设的阈值时，所述比较模块驱动相应的升压模块关断；所述N为大于或等于2的整数。本发明可以提高LED背光驱动电路的转换效率。

Description

LED背光驱动电路、液晶显示装置和一种驱动方法
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，更具体的说，涉及一种LED背光驱动电路、液晶显示装置和一种驱动方法。
背景技术
液晶电视包括液晶面板和背光模组，背光模组多采用LED作为背光源，将多个LED灯珠串接成LED灯条，由背光驱动电路进行驱动显示；大尺寸液晶电视所需要的背光亮度高，需要采用多串并联设置的LED灯条，整个背光模组的输出功率很大，采用单路升压线路的背光驱动电路无法提供匹配的功率，需要使用双路升压电路并联来驱动LED灯条。如图1所示，外部电源V+同时连接到第一升压电路21和第二升压电路22，由第一升压电路21和第二升压电路22共同驱动LED灯条30。第一升压电路21通过第一恒流驱动芯片11驱动；第二升压电路22通过第二恒流驱动芯片12驱动。
升压电路在全载工作时的转换效率最高，随着输出功率的降低，其转换效率随之下降，因此在第一升压电路21和第二升压电路22同时工作在轻载情况，整个电路的热损耗大，转换效率要小于单路升压线路全载工作时的转换效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高多路升压电路转换效率的LED背光驱动电路、液晶显示装置和一种驱动方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种LED背光驱动电路，包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，所述恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；所述电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块，其中1～(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块；即至少一个，最多(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块；
当PWM调光信号的占空比小于预设的阈值时，所述比较模块驱动相应的升压模块关断；
所述N为大于或等于2的整数。
进一步的，所述比较模块包括比较器，所述比较器的同向输入端耦合有基准电压，反向输入端耦合有将PWM调光信号转化成等效电压的转换单元；所述升压模块的控制端和所述LED背光驱动电路的接地端之间串接有切换可控开关；所述基准电压的大小小于或等于所述预设的阈值对应的PWM调光信号的等效电压，当所述转换单元输出的等效电压小于所述基准电压时，所述比较器驱动所述切换可控开关关断。此为一种具体的比较模块的电路结构，通过转换单元将矩形波的PWM调光信号转换成平稳的直流电压信号，不同的占空比对应不同数值的直流电压信号。因此，可以将预设的阈值对应的PWM调光信号的等效电压作为比较基准，跟转换单元输出的电压信号进行比对，就可以判断PWM调光信号的占空比是否超出阈值。本技术方案将负载的占空比比较转换成简单的电压大小比较，降低了技术难度，有利于提升开发进度，减少研发成本。
进一步的，所述转换单元包括滤波电阻和滤波电容；所述PWM调光信号通过滤波电阻连接到比较器的反向输入端，所述滤波电容串接在所述比较器的反向输入端和LED背光驱动电路的接地端之间。本技术方案采用RC滤波器将高频变动的PWM调光信号转换成平整的电压信号，成本低廉。
进一步的，所述N-1个升压模块的控制端耦合有比较模块，当所述PWM调光信号的占空比小于或等于（100/N）%时，所述比较模块驱动相应的升压模块关断。本技术方案在PWM调光信号的占空比小于或等于（100/N）%时，只保留一个升压模块工作，其他的全部关断；由于只有一个升压模块处于运行状态，功率损耗最小，并且由于其完全承担所有负荷，因此输出功率也保持较高的状态，进一步提升了转换效率，降低能耗。
进一步的，所述升压模块包括电感、二极管、调压可控开关和电容；所述电感的一端耦合电源模块，另一端耦合二极管正极，并通过调压可控开关耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述二极管的负极耦合到所述LED灯条的正极；并通过电容耦合到所述接地端；所述调压可控开关的控制端耦合到所述恒流驱动芯片。此为一种具体的升压模块的电路结构。
进一步的，所述恒流驱动芯片包括控制所述升压模块输出电压的控制单元，以及调节LED灯条亮度的侦测单元，所述LED灯条通过所述侦测单元与所述LED背光驱动电路的接地端耦合；所述PWM调光信号耦合到所述侦测单元的控制端。此为一种具体的恒流驱动芯片的电路结构。
进一步的，所述侦测单元包括调光可控开关，调光可控开关的输入端耦合到所述LED灯条的负极；其输出端通过一分压电阻耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述PWM调光信号耦合到所述调光可控开关的控制端；所述每个升压模块对应一个恒流驱动芯片，相应的，所述LED灯条分成N组，每个恒流驱动芯片控制一组LED灯条。此为一种具体的侦测单元的电路结构。恒流驱动芯片和升压模块一一对应，不同升压模块及其控制电路之间相互独立，单个升压模块及其恒流驱动芯片损耗都不影响其他升压模块和恒流驱动芯片的正常运行；再者，由于多个升压模块驱动的LED灯条的串数较多，一般的恒流驱动芯片很难提供相同数量的引脚与LED灯条连接，因此采用多个恒流驱动芯片分组控制无须对现有的恒流驱动芯片进行重新设计，有利于减少开发成本，缩减开发时间。
进一步的，所述升压模块有两个，其中一个升压模块的控制端耦合有比较模块，
所述比较模块包括比较器，所述比较器的同向输入端耦合有基准电压，反向输入端耦合有将PWM调光信号转化成等效电压的转换单元；所述升压模块的控制端和所述LED背光驱动电路的接地端之间串接有切换可控开关；所述转换单元包括滤波电阻和滤波电容；所述PWM调光信号通过滤波电阻连接到比较器的反向输入端，所述滤波电容串接在所述比较器的反向输入端和LED背光驱动电路的接地端之间；
所述基准电压的大小小于或等于50%占空比对应的PWM调光信号的等效电压，当所述转换单元输出的等效电压小于所述基准电压时，所述比较器驱动所述切换可控开关关断。
所述升压模块包括电感、二极管、调压可控开关和电容；所述电感的一端耦合电源模块，另一端耦合二极管正极，并通过调压可控开关耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述二极管的负极耦合到所述LED灯条的正极；并通过电容耦合到所述接地端；
所述恒流驱动芯片包括控制单元，以及调节LED灯条亮度的侦测单元，所述调压可控开关的控制端耦合到所述控制单元；所述侦测单元包括调光可控开关，调光可控开关的输入端耦合到所述LED灯条的负极；其输出端通过一分压电阻耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述PWM调光信号耦合到所述调光可控开关的控制端；
所述每个升压模块对应一个恒流驱动芯片，相应的，所述LED灯条分成两组，每个恒流驱动芯片控制一组LED灯条。
此为一种双升压模块的LED背光驱动电路。
一种液晶显示装置，包括本发明所述的LED背光驱动电路。
一种LED背光驱动电路的驱动方法，所述LED背光驱动电路包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，所述恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；所述电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块；所述驱动方法包括：
A、预设一个PWM调光信号的占空比的阈值；
B、检测PWM调光信号的占空比，当占空比小于预设的阈值时，转步骤C；否则，转步骤D；
C、控制至少一个升压模块关断；返回步骤A；
D、维持升压模块正常运行；返回步骤A；
所述N为大于或等于2的整数。
进一步的，所述步骤A中，保存每个升压模块的最大输出功率W0，
所述步骤B中的阈值有N-1个，且每个阈值都是W0的整数倍功率对应的PWM调光信号的占空比；
所述步骤C中，判断当前LED灯条的总需求功率W，如果W小于或等于（N-x）W0，则关断x个升压模块；返回步骤A；
x为小于N的正整数。
本技术方案采用逐步关断的方式来控制升压模块。具体来说，如果N-1个升压模块最大输出功率可以满足当前LED灯条的亮度需求，就关断一个升压模块；如果N-2个升压模块最大输出功率可以满足当前LED灯条的亮度需求，就关断两个升压模块；如此类推。这样就可以在功率允许的前提下应该用最少的升压模块来驱动LED灯条，最大限度的提高转换效率，降低能耗。
本发明由于采用了比较模块来监测PWM调光信号，PWM调光信号用来调节LED灯条电流平均值大小，由客户根据不同的环境亮度来调节合适的LED背光亮度。PWM调光信号为矩形波，耦合到恒流驱动芯片内部，使流经LED灯条的电流成为具有相同占空比的矩形波，LED电流平均值随着占空比的大小变化而改变，对应的LED背光亮度也改变。可见，LED背光驱动电路的输出功率与PWM调光信号的占空比大小成正比，因此，只要预设一个PWM调光信号的占空比的阈值，当占空比小于预设的阈值时，控制至少一个升压模块关断，这样剩余的升压模块就需要承担更大的功率输出，随着输出功率的增加，处于运行状态的升压模块的转换效率随之增加，降低了能量损耗。
附图说明
图1是本发明现有的一种LED背光驱动电路的原理示意图；
图2是本发明实施例一LED背光驱动电路的原理示意图；
图3是本发明实施例二LED背光驱动电路的驱动方法示意图。
其中：10、恒流驱动芯片；11、第一恒流驱动芯片；12、第二恒流驱动芯片；13、控制单元；14、侦测单元；21、第一升压模块；22、第二升压模块；30、LED灯条；40、比较模块；41、转换单元；50、电源模块；R0、滤波电阻；C0、滤波电容；L1/L2电感；C1/C2、电容；D1/D2、二极管；Q1/Q2、调压可控开关；Q3/Q4、调光可控开关；Q5、切换可控开关；R1/R2、分压电阻；OP1、比较器；VF、基准电压。
具体实施方式
本发明公开一种液晶显示装置，液晶显示装置包括液晶面板和背光模组，背光模组包括LED背光驱动电路。LED背光驱动电路包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块，其中1～(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块；即至少一个，最多(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块。
当PWM调光信号的占空比小于预设的阈值时，比较模块驱动相应的升压模块关断；
N为大于或等于2的整数。
本发明由于采用了比较模块来监测PWM调光信号，PWM调光信号用来调节LED灯条电流平均值大小，由客户根据不同的环境亮度来调节合适的LED背光亮度。PWM调光信号为矩形波，耦合到恒流驱动芯片内部，使流经LED灯条的电流成为具有相同占空比的矩形波，LED电流平均值随着占空比的大小变化而改变，对应的LED背光亮度也改变。可见，LED背光驱动电路的输出功率与PWM调光信号的占空比大小成正比，因此，只要预设一个PWM调光信号的占空比的阈值，当占空比小于预设的阈值时，控制至少一个升压模块关断，这样剩余的升压模块就需要承担更大的功率输出，随着输出功率的增加，处于运行状态的升压模块的转换效率随之增加，降低了能量损耗。
下面以双升压模块的LED背光驱动电路为例，结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图2所示，LED背光驱动电路包括电源模块50、LED灯条30，以及用于调整LED灯条30亮度的恒流驱动芯片10，恒流驱动芯片10耦合有PWM调光信号；电源模块50和LED灯条30之间串接有N个并联设置的升压模块，其中1～(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块40。本实施方式的LED背光驱动电路包括第一升压模块21和第二升压模块22，其中第二升压模块22的控制端耦合有比较模块40。
比较模块40包括比较器OP1，比较器OP1的同向输入端耦合有基准电压VF，反向输入端耦合有将PWM调光信号转化成等效电压的转换单元41；升压模块的控制端和LED背光驱动电路的接地端之间串接有切换可控开关Q5；转换单元41包括滤波电阻R0和滤波电容C0；PWM调光信号通过滤波电阻R0连接到比较器OP1的反向输入端，滤波电容C0串接在比较器OP1的反向输入端和LED背光驱动电路的接地端之间。
基准电压VF的大小小于或等于50%占空比对应的PWM调光信号的等效电压，当转换单元41输出的等效电压小于基准电压VF时，比较器OP1驱动切换可控开关Q5关断。
如果升压模块超过两个时，也可以逐步关断是方式进行。具体来说，如果N-1个升压模块最大输出功率可以满足当前LED灯条30的亮度需求，就关断一个升压模块；如果N-2个升压模块最大输出功率可以满足当前LED灯条30的亮度需求，就关断两个升压模块；如此类推。这样就可以在功率允许的前提下应该用最少的升压模块来驱动LED灯条30，最大限度的提高转换效率，降低能耗。当然，也可以在PWM调光信号的占空比小于或等于（100/N）%时，只保留一个升压模块工作，其他的全部关断；由于只有一个升压模块处于运行状态，功率损耗最小，并且由于其完全承担所有负荷，因此输出功率也保持较高的状态，进一步提升了转换效率，降低能耗。
每个升压模块包括电感L1/L2、二极管D1/D2、调压可控开关Q1/Q2和电容C1/C2；电感L1/L2的一端耦合电源模块50，另一端耦合二极管D1/D2正极，并通过调压可控开关Q1/Q2耦合到LED背光驱动电路的接地端；二极管D1/D2的负极耦合到LED灯条30的正极；并通过电容C1/C2耦合到接地端；。
恒流驱动芯片10包括控制单元13，以及调节LED灯条30亮度的侦测单元14，调压可控开关Q1/Q2的控制端耦合到控制单元13；侦测单元包括调光可控开关Q3/Q4，调光可控开关Q3/Q4的输入端耦合到LED灯条30的负极；其输出端通过一分压电阻R1/R2耦合到LED背光驱动电路的接地端；PWM调光信号耦合到调光可控开关Q3/Q4的控制端。
每个升压模块对应一个恒流驱动芯片10，即恒流驱动芯片10也有两个，第一恒流驱动芯片11控制第一升压模块21；第二恒流驱动芯片12控制第二升压模块22；相应的，LED灯条30分成两组，每个恒流驱动芯片10控制一组LED灯条30。
恒流驱动芯片10和升压模块一一对应，不同升压模块及其控制电路之间相互独立，单个升压模块及其恒流驱动芯片10损耗都不影响其他升压模块和恒流驱动芯片10的正常运行；再者，由于多个升压模块驱动的LED灯条30的串数较多，一般的恒流驱动芯片10很难提供相同数量的引脚与LED灯条30连接，因此采用多个恒流驱动芯片10分组控制无须对现有的恒流驱动芯片10进行重新设计，有利于减少开发成本，缩减开发时间。
本实施方式通过转换单元41将矩形波的PWM调光信号转换成平稳的直流电压信号，不同的占空比对应不同数值的直流电压信号。因此，可以将预设的阈值对应的PWM调光信号的等效电压作为比较基准，跟转换单元41输出的电压信号进行比对，就可以判断PWM调光信号的占空比是否超出阈值。将负载的占空比比较转换成简单的电压大小比较，降低了技术难度，有利于提升开发进度，减少研发成本。而采用RC滤波器将高频变动的PWM调光信号转换成平整的电压信号，成本低廉。
实施例二
本发明还公开了一种LED背光驱动电路的驱动方法，LED背光驱动电路包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块。如图3所示，LED背光驱动电路的驱动方法包括：
A、预设一个PWM调光信号的占空比的阈值；
B、检测PWM调光信号的占空比，当占空比小于预设的阈值时，转步骤C；否则，转步骤D；
C、控制至少一个升压模块关断；返回步骤A；
D、维持升压模块正常运行；返回步骤A；
所述N为大于或等于2的整数。
为了最大限度的提高转换效率，降低能耗，在功率允许的前提下应该用最少的升压模块来驱动LED灯条。为此，步骤A中，保存每个升压模块的最大输出功率W0，步骤B中的阈值有N-1个，且每个阈值都是W0的整数倍功率对应的PWM调光信号的占空比；
步骤C中，判断当前LED灯条的总需求功率W，如果W小于或等于（N-x）W0，则关断x个升压模块；返回步骤A。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED背光驱动电路，包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，其特征在于，所述恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；所述电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块，其中1～(N-1)个升压模块的控制端耦合有比较模块；
当PWM调光信号的占空比小于预设的阈值时，所述比较模块驱动相应的升压模块关断；处于运行状态的升压模块的转换效率随之增加；
所述N为大于或等于2的整数。
2.如权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述比较模块包括比较器，所述比较器的同向输入端耦合有基准电压，反向输入端耦合有将PWM调光信号转化成等效电压的转换单元；所述升压模块的控制端和所述LED背光驱动电路的接地端之间串接有切换可控开关；
所述基准电压的大小小于或等于所述预设的阈值对应的PWM调光信号的等效电压，当所述转换单元输出的等效电压小于所述基准电压时，所述比较器驱动所述切换可控开关关断。
3.如权利要求2所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述转换单元包括滤波电阻和滤波电容；所述PWM调光信号通过滤波电阻连接到比较器的反向输入端，所述滤波电容串接在所述比较器的反向输入端和LED背光驱动电路的接地端之间。
4.如权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述N-1个升压模块的控制端耦合有比较模块，当所述PWM调光信号的占空比小于或等于(100/N)％时，所述比较模块驱动相应的升压模块关断。
5.如权利要求1～4任一所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述升压模块包括电感、二极管、调压可控开关和电容；所述电感的一端耦合电源模块，另一端耦合二极管正极，并通过调压可控开关耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述二极管的负极耦合到所述LED灯条的正极；并通过电容耦合到所述接地端；所述调压可控开关的控制端耦合到所述恒流驱动芯片。
6.如权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述恒流驱动芯片包括控制所述升压模块输出电压的控制单元，以及调节LED灯条亮度的侦测单元，所述侦测单元包括调光可控开关，调光可控开关的输入端耦合到所述LED灯条的负极；其输出端通过一分压电阻耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述PWM调光信号耦合到所述调光可控开关的控制端；每个所述升压模块对应一个恒流驱动芯片，相应的，所述LED灯条分成N组，每个恒流驱动芯片控制一组LED灯条。
7.如权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述升压模块有两个，其中一个升压模块的控制端耦合有比较模块，
所述比较模块包括比较器，所述比较器的同向输入端耦合有基准电压，反向输入端耦合有将PWM调光信号转化成等效电压的转换单元；所述升压模块的控制端和所述LED背光驱动电路的接地端之间串接有切换可控开关；所述转换单元包括滤波电阻和滤波电容；所述PWM调光信号通过滤波电阻连接到比较器的反向输入端，所述滤波电容串接在所述比较器的反向输入端和LED背光驱动电路的接地端之间；
所述基准电压的大小小于或等于50％占空比对应的PWM调光信号的等效电压，当所述转换单元输出的等效电压小于所述基准电压时，所述比较器驱动所述切换可控开关关断；
所述升压模块包括电感、二极管、调压可控开关和电容；所述电感的一端耦合电源模块，另一端耦合二极管正极，并通过调压可控开关耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述二极管的负极耦合到所述LED灯条的正极；并通过电容耦合到所述接地端；
所述恒流驱动芯片包括控制单元，以及调节LED灯条亮度的侦测单元，所述调压可控开关的控制端耦合到所述控制单元；所述侦测单元包括调光可控开关，调光可控开关的输入端耦合到所述LED灯条的负极；其输出端通过一分压电阻耦合到LED背光驱动电路的接地端；所述PWM调光信号耦合到所述调光可控开关的控制端；
每个所述升压模块对应一个恒流驱动芯片，相应的，所述LED灯条分成两组，每个恒流驱动芯片控制一组LED灯条。
8.一种液晶显示装置，包括如权利要求1～7任一所述的LED背光驱动电路。
9.一种LED背光驱动电路的驱动方法，所述LED背光驱动电路包括电源模块、LED灯条，以及用于调整LED灯条亮度的恒流驱动芯片，所述恒流驱动芯片耦合有PWM调光信号；所述电源模块和LED灯条之间串接有N个并联设置的升压模块；所述驱动方法包括：
A、预设一个PWM调光信号的占空比的阈值；
B、检测PWM调光信号的占空比，当占空比小于预设的阈值时，转步骤C；否则，转步骤D；
C、控制至少一个升压模块关断；返回步骤A；
D、维持升压模块正常运行；处于运行状态的升压模块的转换效率随之增加；返回步骤A；
所述N为大于或等于2的整数。
10.如权利要求9所述的LED背光驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述步骤A中，保存每个升压模块的最大输出功率W0，
所述步骤B中的阈值有N-1个，且每个阈值都是W0的整数倍功率对应的PWM调光信号的占空比；
所述步骤C中，判断当前LED灯条的总需求功率W，如果W小于或等于(N-x)W0，则关断x个升压模块；返回步骤A；
x为小于N的正整数。
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