CN103531147A - Led驱动电路及使用该驱动电路的led驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED驱动电路及使用该驱动电路的LED驱动系统，其中，LED驱动电路包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管。升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关。第三二极管的负极和第三电容的连接节点为驱动电路的第一电源端，第一电容的一端与电感和第三二极管的正极的中间节点相连，另一端与第一二极管的正极相连，第一二极管的负极接地；第二二极管的负极与第一电容和第一二极管的连接节点相连，其正极与LED驱动电路的第二电源端相连；第二电容连接于第二电源端和地节点之间。与现有技术相比，本发明中的LED驱动电路可实现更大的升压比例，从而使其驱动的串联的LED的个数更多。

Description

LED驱动电路及使用该驱动电路的LED驱动系统

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种LED（Light-Emitting Diode，发光二极管）驱动电路及使用该驱动电路的LED驱动系统。

【背景技术】

随着LED的价格越来越低廉，LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）越来越流行采用LED作为背光源，基于电感的升压电路通常被用于LED背光驱动电路。一般LCD需要多个LED来形成背光源，为了保证每颗LED的电流相等（如此可保证亮度一致），通常将多个LED串联于LED背光驱动电路的输出端，请参考图1所示，其为现有技术中的一种LED背光驱动电路的示意图，该LED驱动电路为基于电感的升压电路，其包括升压输出电路110和占空比控制电路120。所述升压输出电路110包括依次串联于电压输入端VIN和地节点之间的电感L1、二极管D3和电容C3，以及连接于电感L1和二极管D3的正极之间的中间节点LX与地节点之间的开关K1，其中，二极管D3的负极和电容C3之间的连接节点为LED驱动电路的输出端VO。所述占空比控制电路120基于输出端VO的电压或者电流输出驱动信号DRV给开关K1的控制端，以控制开关K1的导通或者关断。通常占空比控制电路120输出的驱动信号DRV为PWM信号（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制），当所述PWM信号为第一逻辑电平（例如，为高电平）时，驱动第一开关K1导通，当所述PWM信号为第二逻辑电平（例如，为低电平）时，驱动第一开关K1关断，其中，一个PWM信号周期（即开关周期）内的第一逻辑电平（即驱动开关K1导通的电平信号）持续时间与该信号周期的比值称为第一开关K1（或者驱动信号DRV1）的开关占空比D。理想情况下，VO=VIN/(1-D)，其中，VO为LED驱动电路的输出电压VO的电压值，VIN为输入电压VIN的电压值，D为第一驱动信号DRV1的开关占空比。多个WLED（White Light-Emitting Diode，白光LED）串联于输出端VO和地节点之间。

由于大屏幕LCD需要串联的LED的个数更多，因此，需要LED驱动电路输出更高的输出电压VO以驱动LED串，若输入电压VIN一定，则所需LED驱动电路的输出电压VO与输入电压VIN的比例更高。但对于基于电感的升压电路来说，其输出电压VO的最大值与输入电压VIN的比例会被限制，请参考图2所示，其为图1所示的LED背光驱动电路的开关占空比(D)-升压比（VO/VIN）的坐标图，其中，VIN为LED驱动电路的输入电压，VO为LED驱动电路的输出电压，VO/VIN为输出电压与输入电压的比例（即升压比），D为开关K1的开关占空比，RL为等效的负载电阻，R为电感L1的寄生电阻。从图2中可知，对于RL/R=0.01的情况，最大升压比约为5倍，随着输出电流越大，等效的负载电阻越小，最大升压比例（即输出电压VO与输入电压VIN的比例）越小。图2中的曲线还忽略了其他寄生效应的影响，例如开关K1的导通电阻，二极管D3上的电压降和寄生电阻等。实际上，考虑这些非理想因素后，LED驱动电路的最大升压比例更小。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种LED驱动电路及使用该驱动电路的LED驱动系统，其可实现更大的升压比例，从而使其驱动的串联的LED的个数更多。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种LED驱动电路，其包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管。所述升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关，其中，电感、第三二极管、第三电容依次串联于电压输入端和地节点之间，第一开关连接于电感和第三二极管的正极之间的中间节点与地节点之间，第三二极管的负极和第三电容之间的连接节点为所述驱动电路的第一电源端。第一电容的一端与电感和第三二极管的正极之间的中间节点相连，另一端与第一二极管的正极相连，第一二极管的负极接地；所述第二二极管的负极与第一电容和第一二极管之间的连接节点相连，其正极与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容连接于所述第二电源端和地节点之间。所述占空比控制电路输出驱动信号给所述第一开关的控制端，以控制第一开关导通或者关断。

进一步的，所述占空比控制电路根据所述第一电源端和第二电源端之间的电压或者电流输出驱动信号。

进一步的，所述驱动信号为PWM信号，第一开关K1为NMOS晶体管，在所述第一电源端和第二电源端之间串联有多个LED灯。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种LED驱动系统，其包括LED光源和LED驱动电路。所述LED驱动电路包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管。所述升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关，其中，电感、第三二极管、第三电容依次串联于电压输入端和地节点之间，第一开关连接于电感和第三二极管的正极之间的中间节点与地节点之间，第三二极管的负极和第三电容之间的连接节点为所述驱动电路的第一电源端。第一电容的一端与电感和第三二极管的正极之间的中间节点相连，另一端与第一二极管的正极相连，第一二极管的负极接地；所述第二二极管的负极与第一电容和第一二极管之间的连接节点相连，其正极与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容连接于所述第二电源端和地节点之间。所述占空比控制电路输出驱动信号给所述第一开关的控制端，以控制第一开关导通或者关断。所述LED光源连接于第一电源端和第二电源端之间，其包括依次串联的多个LED灯。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种LED驱动电路，其包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第二开关和第三开关。所述升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关，其中，电感、第三二极管、第三电容依次串联于电压输入端和地节点之间，第一开关连接于电感和第三二极管的正极之间的中间节点与地接点之间，第三二极管的负极和第三电容之间的连接节点为所述驱动电路的第一电源端。第一电容的一端与电感和第三二极管的正极之间的中间节点相连，另一端与第二开关的一端相连，第二开关的另一端接地；所述第三开关的一端与第一电容和第一二极管之间的连接节点相连，其另一端与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容连接于所述第二电源端和地节点之间。所述占空比控制电路输出驱动信号控制第一开关、第二开关和第三开关的导通或关断，其中在控制第一开关导通时，同时控制第三开关导通，控制第二开关关断，在控制第一开关关断时，同时控制第三开关关断，控制第二开关导通。

进一步的，所述占空比控制电路输出的驱动信号包括第一驱动信号，第二驱动信号和第三驱动信号，其中第一驱动信号与第一开关的控制端相连，以控制第一开关导通或者关断；第二驱动信号与第二开关的控制端相连，以控制第二开关导通或者关断；第三驱动信号与第三开关的控制端相连，以控制第三开关的导通或者关断，其中，第三驱动信号与第一驱动信号的相位相同，第二驱动信号与第一驱动信号的相位相反。

进一步的，将第三二极管替换为第四开关，所述占空比控制电路输出的驱动信号还包括第四驱动信号，并且所述第四驱动信号与第四开关的控制端相连，以控制第四开关的导通或者关断，且第四驱动信号与第一驱动信号的相位相反。

进一步的，所述第二驱动信号和第三驱动信号之间存在死区时间，以避免第二开关和第三开关同时导通。

进一步的，所述占空比控制电路根据所述第一电源端和第二电源端之间的电压或者电流输出第一驱动信号，在所述第一电源端和第二电源端之间串联有多个LED灯。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种LED驱动系统，其包括LED光源和LED驱动电路。所述LED驱动电路包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第二开关和第三开关。所述升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关，其中，电感、第三二极管、第三电容依次串联于电压输入端和地节点之间，第一开关连接于电感和第三二极管的正极之间的中间节点与地节点之间，第三二极管的负极和第三电容之间的连接节点为所述驱动电路的第一电源端。第一电容的一端与电感和第三二极管的正极之间的中间节点相连，另一端与第二开关的一端相连，第二开关的另一端接地；所述第三开关的一端与第一电容和第一二极管之间的连接节点相连，其另一端与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容连接于所述第二电源端和地节点之间。所述占空比控制电路输出驱动信号控制第一开关、第二开关和第三开关的导通或关断，其中在控制第一开关导通时，同时控制第三开关导通，控制第二开关关断，在控制第一开关关断时，同时控制第三开关关断，控制第二开关导通。所述LED光源连接于第一电源端和第二电源端之间，其包括依次串联的多个LED灯。

与现有技术相比，本发明提供一种LED驱动电路及使用该驱动电路的LED驱动系统，其可实现更大的升压比例，从而使其驱动的串联的LED的个数更多，符合大屏幕LCD对LED背光驱动电路的要求。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的一种LED背光驱动电路的示意图；

图2为图1所示的LED背光驱动电路的开关占空比(D)-升压比（VO/VIN）的坐标图；

图3为本发明在一个实施例中的LED驱动系统的电路示意图；和

图4为本发明在另一个实施例中的LED驱动系统的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

请参考图3所示，其为本发明在一个实施例中的LED驱动系统的电路示意图。所述LED驱动系统包括LED驱动电路和LED光源230。所述LED驱动电路包括升压输出电路210、占空比控制电路220、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2。

所述升压输出电路210包括电感L1、第三二极管D3、第三电容C3和第一开关K1，其中，电感L1、第三二极管D3、第三电容C3依次串联于电压输入端VIN（该输入端的电压为输入电压VIN）和地节点之间；第一开关K1连接于电感L1和第三二极管D3的正极之间的中间节点LX与地接点之间，第三二极管D3的负极和第三电容C3之间的连接节点为LED驱动电路的第一电源端VP。

第一电容C1的一端与所述中间节点LX相连，另一端与第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极接地；所述第二二极管D2的负极与电容C1和第一二极管D1之间的连接节点S1相连，其正极与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容C2连接于所述第二电源端VN和地节点之间。

所述占空比控制电路220根据所述第一电源端VP和第二电源端VN之间的电压或者电流输出第一驱动信号DRV1给所述第一开关K1的控制端，以驱动第一开关K1导通或者关断。通常，占空比控制电路120输出的驱动信号DRV1为PWM信号（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制），第一开关K1为NMOS（N-Channel Metal Oxide Semiconductor）晶体管，当所述PWM信号为高电平（即第一逻辑电平）时，驱动第一开关K1导通，当所述PWM信号为低电平（即第二逻辑电平）时，驱动第一开关K1关断，其中，一个PWM信号周期（即开关周期）内的第一逻辑电平（即驱动开关K1导通的电平信号）持续时间与该信号周期的比值称开关占空比D。

所述LED光源230连接于第一电源端VP和第二电源端VN之间，其包括依次串联的多个LED灯。

以下具体介绍图3所示的LED驱动系统的工作原理。

所述占空比控制电路220输出第一驱动信号DRV1，控制第一开关K1导通或者关断。当第一开关K1导通时，对电感L1储能，电感电流以VIN/L1的斜率上升，其中，VIN为输入电压VIN的电压值，L1为电感L1的电感值；当第一开关K1关断时，电感L1释放能量，电感电流对第三电容C3充电，在第一电源端VP产生一个比输入电压VIN高的电压VP；另一方面，当第一开关K1关断时，中间节点LX的电压为接近于第一电源端VP的电压（如果忽略第三二极管D3的导通压降，中间节点LX的电压等于第一电源端VP的电压），此时，第一二极管D1导通且第二二极管D2截止（或者称关断），电感电流也对第一电容C1充电，如果忽略第一二极管D1上的导通压降，节点S1此时电压接近于地电平，第一电容C1上的电压接近于第一电源端VP的电压；当第一开关K1再次导通时，中间节点LX的电压被下拉至地电平，由于电容两端电压不会突变，导致节点S1的电压接近于-VP电压，此时，第一二级管D1截止且第二二极管D2导通，稳态时，第二电源端VN的电压接近于-VP电压。理想情况下，VP=VIN/(1-D)，VN=-VIN/(1-D)，其中，VP为第一电源端VP的电压值，VN为第二电源端VN的电压值，D为第一驱动信号DRV1的开关占空比，则LED驱动电路的输出电压等于VP-VN，且VP-VN=2VIN/(1-D)，这样，当输入电压VIN一定的情况下，图3中的LED驱动电路的输出电压比图1中的LED驱动电路的输出电压增加了约一倍，即实现了更大的升压比例，从而使其驱动的串联的LED的个数更多。

请参考图4所示，其为本发明在另一个实施例中的LED驱动系统的电路示意图。与图3相比其区别在于，将第一二极管D1和第二二极管D2分别替换为第二开关K2和第三开关K3，这样可以减小二极管上的导通压降，有利于提高效率；对应的，所述占空比控制电路220输出的驱动信号控制第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的导通或关断，其中在控制第一开关K1导通时，同时控制第三开关K3导通，控制第二开关关断K2，在控制第一开关K1关断时，同时控制第三开关关断K3，控制第二开关K2导通。具体为，所述占空比控制电路220输出的驱动信号包括第一驱动信号DRV1，第二驱动信号DRV2和第三驱动信号DRV3，其中第一驱动信号DRV1与第一开关K1的控制端相连，以控制第一开关K1导通或者关断；第二驱动信号DRV2与第二开关K2的控制端相连，以控制第二开关K2导通或者关断；第三驱动信号DRV3与第三开关K3的控制端相连，以控制第三开关K3的导通或者关断，其中，第三驱动信号DRV3与第一驱动信号DRV1的相位相同，第二驱动信号DRV2与第一驱动信号DRV1的相位相反，同时设计时需满足第二驱动信号DRV2和第三驱动信号DRV3信号之间存在一定死区时间，避免第二开关K2和第三开关K3同时导通。

另外，也可将第三二极管D3替换为第四开关，对应的，使所述占空比控制电路220输出的驱动信号还包括第四驱动信号DRV4，并且所述第四驱动信号DRV4与第四开关K4的控制端，以控制第四开关K4的导通或者关断，且使第四驱动信号DRV4与第一驱动信号DRV1的相位相反。这样，可以进一步提高效率。

综上所述，本发明中LED驱动电路包括升压输出电路210、占空比控制电路220、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2。其中，第一电容C1的一端与所述升压输出电路210中的中间节点LX相连，另一端与第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极接地；所述第二二极管D2的负极与电容C1和第一二极管D1之间的连接节点S1相连，其正极与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容C2连接于所述第二电源端VN和地节点之间。理想情况下，该LED驱动电路的输出电压等于2VIN/(1-D)，比现有技术中的LED驱动电路的输出电压增加了约一倍，其实现了更大的升压比例，从而使其驱动的串联的LED的个数更多。

本发明中的在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，其包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管，

所述升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关，其中，电感、第三二极管、第三电容依次串联于电压输入端和地节点之间，第一开关连接于电感和第三二极管的正极之间的中间节点与地节点之间，第三二极管的负极和第三电容之间的连接节点为所述驱动电路的第一电源端，

第一电容的一端与电感和第三二极管的正极之间的中间节点相连，另一端与第一二极管的正极相连，第一二极管的负极接地；所述第二二极管的负极与第一电容和第一二极管之间的连接节点相连，其正极与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容连接于所述第二电源端和地节点之间，

所述占空比控制电路输出驱动信号给所述第一开关的控制端，以控制第一开关导通或者关断。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述占空比控制电路根据所述第一电源端和第二电源端之间的电压或者电流输出驱动信号。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，驱动信号为PWM信号，第一开关K1为NMOS晶体管，在所述第一电源端和第二电源端之间串联有多个LED灯。

4.一种LED驱动系统，其特征在于，其包括LED光源和如权利要求1-3任一所述的LED驱动电路，

所述LED光源连接于第一电源端和第二电源端之间，其包括依次串联的多个LED灯。

5.一种LED驱动电路，其特征在于，其包括升压输出电路、占空比控制电路、第一电容、第二电容、第二开关和第三开关，

所述升压输出电路包括电感、第三二极管、第三电容和第一开关，其中，电感、第三二极管、第三电容依次串联于电压输入端和地节点之间，第一开关连接于电感和第三二极管的正极之间的中间节点与地节点之间，第三二极管的负极和第三电容之间的连接节点为所述驱动电路的第一电源端，

第一电容的一端与电感和第三二极管的正极之间的中间节点相连，另一端与第二开关的一端相连，第二开关的另一端接地；所述第三开关的一端与第一电容和第一二极管之间的连接节点相连，其另一端与所述LED驱动电路的第二电源端VN相连；第二电容连接于所述第二电源端和地节点之间，

所述占空比控制电路输出驱动信号控制第一开关、第二开关和第三开关的导通或关断，其中在控制第一开关导通时，同时控制第三开关导通，控制第二开关关断，在控制第一开关关断时，同时控制第三开关关断，控制第二开关导通。

6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述占空比控制电路输出的驱动信号包括第一驱动信号，第二驱动信号和第三驱动信号，其中第一驱动信号与第一开关的控制端相连，以控制第一开关导通或者关断；第二驱动信号与第二开关的控制端相连，以控制第二开关导通或者关断；第三驱动信号与第三开关的控制端相连，以控制第三开关的导通或者关断，其中，第三驱动信号与第一驱动信号的相位相同，第二驱动信号与第一驱动信号的相位相反。

7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，将第三二极管替换为第四开关，所述占空比控制电路输出的驱动信号还包括第四驱动信号，并且所述第四驱动信号与第四开关的控制端相连，以控制第四开关的导通或者关断，且第四驱动信号与第一驱动信号的相位相反。

8.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二驱动信号和第三驱动信号之间存在死区时间，以避免第二开关和第三开关同时导通。

9.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述占空比控制电路根据所述第一电源端和第二电源端之间的电压或者电流输出第一驱动信号，在所述第一电源端和第二电源端之间串联有多个LED灯。

10.一种LED驱动系统，其特征在于，其包括LED光源和如权利要求5-9任一所述的LED驱动电路，

所述LED光源连接于第一电源端和第二电源端之间，其包括依次串联的多个LED灯。

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