CN106205507B - 背光驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种背光驱动电路，该背光驱动电路包括：电压供给部，其被配置为提供第一驱动电压；以及电压调节部，其被配置为在发光元件的环境温度低于预设阈值时，向发光元件输出所述第一驱动电压，以及在所述发光元件的环境温度高于所述预设阈值时，向所述发光元件输出低于所述第一驱动电压的第二驱动电压。

Description

背光驱动电路
技术领域
本发明涉及背光技术领域，尤其涉及背光驱动电路。
背景技术
背光源是液晶模组的一个重要组成部分。背光源的主要工作模块为LED(LightEmitting Diode(发光二极管))驱动器和LED灯，所以，主要影响背光源功耗的方面是LED灯的工作电压和工作电流。
背光功耗的计算公式是：功耗＝电压×电流。LED灯是PN结特性的物理元件，随着工作时间的变长，同样电压下，流过LED的电流会随着温度升高而提高，这样功耗也随之增大。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种背光驱动电路，包括：电压供给部，其被配置为提供第一驱动电压；以及电压调节部，其被配置为在发光元件的环境温度低于预设阈值时，向发光元件输出所述第一驱动电压，以及在所述发光元件的环境温度高于所述预设阈值时，向所述发光元件输出低于所述第一驱动电压的第二驱动电压。
在本发明的实施例中，所述电压调节部包括控制单元和输出单元，其中，所述控制单元被配置为根据所述发光元件的环境温度，控制所述输出单元的输出，所述输出单元被配置为在所述控制单元的控制下，输出所述第一驱动电压或所述第二驱动电压。
在本发明的实施例中，所述输出单元包括第一输出模块和第二输出模块，其中，所述第一输出模块被配置为在所述发光元件的环境温度低于所述预设阈值时，输出所述第一驱动电压，所述第二输出模块被配置为在所述发光元件的环境温度高于所述预设阈值时，输出所述第二驱动电压。
在本发明的实施例中，所述控制单元包括温度检测模块和比较模块，其中所述温度检测模块被配置为检测所述发光元件的环境温度，并且将检测到的温度输入到所述比较模块中，所述比较模块被配置为将检测到的温度与所述预设阈值进行比较，当检测到的温度低于所述预设阈值时，所述比较模块的输出选择所述第一输出模块以输出所述第一驱动电压，当检测到的温度高于所述预设阈值时，所述比较模块的输出选择所述第二输出模块以输出所述第二驱动电压。
在本发明的实施例中，所述控制单元包括参考电阻、热敏电阻、比较器，其中，所述热敏电阻的一端与所述电压供给部相连，所述热敏电阻的另一端与与所述比较器的一个输入相连，所述参考电阻的一端与所述电压供给部相连，所述参考电阻的另一端与所述比较器的另一个输入相连，所述比较器的输出与所述输出单元相连，所述参考电阻的电阻值是所述热敏电阻在所述发光元件的环境温度为所述预设阈值时的电阻值。
在本发明的实施例中，在所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻的情况下，当所述热敏电阻的电阻值低于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第一输出模块以输出所述第一驱动电压，当所述热敏电阻的电阻值高于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第二输出模块以输出所述第二驱动电压。
在本发明的实施例中，在所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻的情况下，当所述热敏电阻的电阻值高于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第一输出模块以输出所述第一驱动电压，当所述热敏电阻的电阻值低于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第二输出模块以输出所述第二驱动电压。
在本发明的实施例中，第二输出模块构成第一输出模块的分压电路。
在本发明的实施例中，第一输出模块包括第一开关元件、串联的第一电阻和第二电阻，第二输出模块包括第二开关元件和第二电阻。
根据本发明的另一个方面，提供了一种背光装置，包括：根据本发明的实施例的背光驱动电路；以及发光元件。
根据本发明的实施例的背光驱动电路根据LED的温度-电压-电流(T-V-I)特性，在确保发光元件的驱动电流以保证亮度的同时，在发光元件的温度上升至预定的工作温度的情况下，降低驱动电压，从而降低LED背光功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对示例性实施例的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性和示意性，而不意味着对本发明进行任何限制。对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其它附图。当结合附图阅读时，通过参照以下对说明性实施例的详细描述，将更好地理解本发明实施例的各个方面及其进一步的目的和优点，在附图中：
图1示出了LED的温度-电压-电流特性的示意图。
图2示出了示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第一示例的示意性框图。
图3示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第二示例的示意性框图。
图4示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第三示例的示意性框图。
图5示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第四示例的示意性框图。
图6示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第五示例的示意性电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图来详细描述本发明的实施例。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
贯穿本说明书全文，谈及特征、优点或类似的措辞并非意味着可以利用本发明而实现的所有特征与优点应当在或者是在本发明的任何单个的实施例中。相反，要理解涉及特征与优点的措辞意味着结合实施例所描述的具体特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书全文，对特征和优点的讨论以及类似的措辞可以指同一实施例，但却不一定指同一实施例。此外，所描述的本发明的特征、优点以及特性可以用任何合适的方式合并在一个或多个实施例中。相关领域的技术人员将会认识到，可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它的示例中，可以在某些实施例中实现附加的特征和优点，其不一定出现于本发明的所有实施例之中。
<LED的温度特性>
LED是一种半导体二极管，它和所有二极管一样具有伏安特性，与所有的半导体二极管一样，该伏安特性具有温度特性。
二极管为由P型半导体和N型半导体形成的PN结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于PN结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加而引起了正向电流。从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。其特点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。图1示出了LED的温度-电压-电流特性(即伏安特性的温度特性)的示意图。
假定对LED以Io恒流供电，在结温为T1时，电压为V1，而当结温升高为T2时，整个伏安特性左移，电流Io不变，电压变为V2，而V2<V1。
<实施例>
本发明的实施例基于以上LED的伏安特性的温度特性，提供了一种背光驱动电路。
图2示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第一示例的示意性框图。如图2所示，背光驱动电路可包括电压供给部10和电压调节部20。电压供给部10可以提供第一驱动电压V1。电压供给部10与电压调节部20相连。电压调节部20输出第一驱动电压V1或第二驱动电压V2，其中第二驱动电压V2小于第一驱动电压V1。
具体而言，电压调节部20可以在发光元件的环境温度低于预设阈值时，向发光元件输出第一驱动电压V1，以及在发光元件的环境温度高于预设阈值时，向发光元件输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。
图3示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第二示例的示意性框图。如图3所示，背光驱动电路可包括电压供给部10和电压调节部20。电压供给部10可以提供第一驱动电压V1。电压调节部20可包括控制单元210和输出单元220。电压供给部10与控制单元210和输出单元220分别相连。控制单元210与输出单元220相连。控制单元210根据发光元件的环境温度，向输出单元220输出控制信号Ctrl来控制输出单元220输出相应的驱动电压，即第一驱动电压V1或第二驱动电压V2。
具体而言，在发光元件的环境温度低于预设阈值时，即在发光元件的温度(近似于发光元件的环境温度)上升到预定的工作温度(略高于预设阈值)之前，控制单元210输出的控制信号Ctrl控制输出单元220输出第一驱动电压V1；在发光元件的环境温度高于预设阈值时，即在发光元件的温度上升至预定的工作温度之后，控制单元210输出的控制信号Ctrl控制输出单元220输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。
根据发光元件的温度-电压-电流特性，在确保发光元件的驱动电流的同时，在发光元件的温度上升至预定的工作温度的情况下，降低驱动电压，以便降低功耗。
图4示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第三示例的示意性框图。如图4所示，背光驱动电路可包括电压供给部10和电压调节部20。电压供给部10可以提供第一驱动电压V1。电压调节部20可包括控制单元210和输出单元220。电压供给部10与控制单元210和输出单元220分别相连。控制单元210与输出单元220相连。输出单元220可包括第一输出模块2210和第二输出模块2220。控制单元210根据发光元件的环境温度，向输出单元220输出控制信号Ctrl来选择第一输出模块2210输出第一驱动电压V1或选择第二输出模块2220输出第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。
具体而言，在发光元件的环境温度低于预设阈值时，即在发光元件的温度(近似于发光元件的环境温度)上升到预定的工作温度(略高于预设阈值)之前，控制单元210输出的控制信号Ctrl选择第一输出模块2210以输出第一驱动电压V1；在发光元件的环境温度高于预设阈值时，即在发光元件的温度上升至预定的工作温度之后，控制单元210输出的控制信号Ctrl选择第二输出模块2220以输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。这样，在发光元件的温度上升至预定的工作温度的情况下，降低驱动电压，以便降低功耗。
图5示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第四示例的示意性框图。如图5所示，背光驱动电路可包括电压供给部10和电压调节部20。电压供给部10可以提供第一驱动电压V1。电压调节部20可包括控制单元210和输出单元220。电压供给部10与控制单元210和输出单元220分别相连。控制单元210与输出单元220相连。控制单元210可包括温度检测模块2110和比较模块2120。输出单元220可包括第一输出模块2210和第二输出模块2220。比较模块2120根据温度检测模块2110检测到的发光元件的环境温度与预设阈值的比较，向输出单元220输出控制信号Ctrl来选择第一输出模块2210输出第一驱动电压V1或选择第二输出模块2220输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。
具体而言，诸如温度传感器的温度检测模块2110检测发光元件的环境温度并将检测到的温度输入到比较模块2120，比较模块2120将检测到的温度与预设阈值进行比较，该预设阈值可以预先存储在比较模块2120中或从比较模块2120的外部输入。当检测到的温度低于预设阈值时，比较模块2120输出的控制信号Ctrl选择第一输出模块2210以输出第一驱动电压V1；当检测到的温度高于预设阈值时，控制单元210输出的控制信号Ctrl选择第二输出模块2220以输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。这样，在发光元件的温度上升至预定的工作温度的情况下，降低驱动电压，以便降低功耗。
替代地，也可以通过设置热敏电阻并且监测其电阻值的变化来监测发光元件的环境温度，以便控制单元210根据发光元件的环境温度，控制输出单元220输出相应的驱动电压，即第一驱动电压V1或第二驱动电压V2。
例如，控制单元210可以包括参考电阻、热敏电阻、比较器。热敏电阻的一端与电压供给部10相连，热敏电阻的另一端与与比较器的一个输入相连，参考电阻的一端与电压供给部10相连，参考电阻的另一端与比较器的另一个输入相连，比较器的输出与输出单元相连，由此通过比较器的输出信号来选择第一输出模块2210输出第一驱动电压V1或选择第二输出模块2220输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。热敏电阻的电阻值随温度变化，参考电阻的电阻值是热敏电阻在温度为预设阈值时的电阻值。
在热敏电阻的电阻值随温度升高而升高的情况下(即采用正温度系数热敏电阻时)，当热敏电阻的电阻值低于参考电阻的电阻值时(即，当发光元件的环境温度低于预设阈值时)，比较器的输出信号(即，控制单元210的控制信号Ctrl)选择第一输出模块2210输出第一驱动电压V1，当热敏电阻的电阻值高于参考电阻的电阻值时(即，当发光元件的环境温度高于预设阈值时)，比较器的输出(即，控制单元210的控制信号Ctrl)选择第二输出模块2220输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。
反之，在热敏电阻的电阻值随温度升高而降低的情况下(即采用负温度系数热敏电阻时)，当热敏电阻的电阻值高于参考电阻的电阻值时(即，当发光元件的环境温度低于预设阈值时)，比较器的输出(即，控制单元210的控制信号Ctrl)选择第一输出模块2210输出第一驱动电压V1，当热敏电阻的电阻值低于参考电阻的电阻值时，比较器的输出选择第二输出模块2220输出低于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2。
如上所述，第二输出模块2220输出的第二驱动电压V2低于第一输出模块2210输出的第一驱动电压V1，因此，例如，第二输出模块2220可以构成第一输出模块2210的分压电路。
通过分压电路可以提供较低驱动电压，从而降低背光功耗。
例如，第一输出模块2210可以包括第一开关元件、串联的第一电阻和第二电阻，第二输出模块2220包括第二开关元件和第二电阻。
开关元件例如为三极管、场效应晶体管，等等。
为了便于理解本实施例，图6示出了根据本发明的实施例的背光驱动电路的第五示例的示意性电路图，但是，本实施例不限于此。
如图6所示，背光驱动电路可包括电压供给部10和电压调节部20。电压供给部10可以提供第一驱动电压V1。电压调节部20可包括控制单元210和输出单元220。
控制单元210包括参考电阻Rp、比较器A、第三电阻R3、第四电阻R4。
具体而言，参考电阻Rp的一端连接至电压供给部10的输出，即参考电阻Rp的一端为高电位V1，参考电阻Rp的另一端连接至第三电阻R3的一端和比较器A的“+”端输入，第三电阻R3的另一端接地。
热敏电阻Rm的一端连接至电压供给部10的输出，即热敏电阻Rm的一端为高电位V1，热敏电阻Rm的另一端连接至第四电阻R4的一端和比较器A的“-”端输入，第四电阻R4的另一端接地。
电压调节部20的输出单元220包括第一输出模块和第二输出模块。
输出单元220的第一输出模块包括第一开关元件T1、第一电阻R1、第二电阻R2。
输出单元220的第二输出模块包括第二开关元件T2、第二电阻R2，第二输出模块构成第一输出模块的分压电路。
具体而言，第一开关元件T1例如为PNP型三极管，第一开关元件T1的发射极连接至电压供给部10的输出和第一电阻R1的一端，即第一开关元件T1的发射极为高电位V1，第一开关元件T1的集电极与发光元件LED相连。
第二开关元件T2例如为NPN型三极管，第二开关元件T2的集电极连接至第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端，第一电阻R1和第二电阻R2串联，第二电阻R2的另一端接地，第二开关元件T2的发射极也与发光元件LED相连。
电压调节部20的控制单元210中的比较器A的输出分别连接至电压调节部20的输出单元220中的第一开关元件T1和第二开关元件T2的基极。
在电压调节部20的控制单元210中，热敏电阻Rm例如为正温度系数热敏电阻，参考电阻Rp的电阻值是热敏电阻在温度为预设阈值时的电阻值且保持恒定，第三电阻R3的电阻值与第四电阻R4的电阻值相等。
当热敏电阻Rm的电阻值低于参考电阻Rp的电阻值时(即，当发光元件的环境温度低于预设阈值时)，即热敏电阻的电压降小于参考电阻Rp的电压降，因此，第四电阻R4的电压大于第三电阻R3的电压，即比较器A的“+”端输入电压小于“-”端输入电压，此时，比较器A输出低电平信号，从而选通第一开关元件T1，则给发光元件施加的电压为V1。
当热敏电阻Rm的电阻值高于参考电阻Rp的电阻值时(即，当发光元件的环境温度高于预设阈值时)，即热敏电阻的电压降大于参考电阻Rp的电压降，因此，第四电阻R4的电压小于第三电阻R3的电压，即比较器A的“+”端输入电压大于“-”端输入电压，此时，比较器A输出高电平信号，从而选通第二开关元件T2，则给发光元件施加的电压近似等于V1×R2/(R1+R2)。
例如，电压供给部10输出的V1为3.3V，当发光元件LED从例如25℃的室温上升到例如85℃的预定工作温度时，为了确保同样的驱动电流以保持同样的亮度，根据LED的伏安特性的温度特性，在工作温度85℃需要以2.8V的驱动电压来驱动发光元件LED，为此，例如可以将R1设为50Ω，将R2设为280Ω，当发光元件LED的温度上升到例如85℃时，即当发光元件LED的环境温度上升到例如80℃时，给发光元件施加的电压近似等于3.3V×280Ω/(50Ω+280Ω)＝2.8V。
例如，在发光元件为2个并联(2通道)的LED串，每个LED串由5个LED串联的情况下，当对LED以20mA供电时，3.3V时，功耗：5×3.3V×20mA×2＝660mW；2.8V时，功耗：5×2.8V×20mA×2＝560mW，由此，通过计算可知会节省17％的功耗。
以上结合附图描述了根据本发明的示例性实施例，但这仅仅是为了说明和解释本发明的构思而采用的示例性和示意性说明，而不是对本发明的各方面进行限制。本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和本质的情况下，可以做出各种修改和变型，这些修改和变型均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种背光驱动电路，包括：
电压供给部，其被配置为提供第一驱动电压；以及
电压调节部，其被配置为在发光元件的环境温度低于预设阈值时，向发光元件输出所述第一驱动电压，以及在所述发光元件的环境温度高于所述预设阈值时，向所述发光元件输出低于所述第一驱动电压的第二驱动电压；
其中，所述电压调节部包括控制单元和输出单元，
其中，所述控制单元被配置为根据所述发光元件的环境温度，控制所述输出单元的输出，并且所述控制单元包括参考电阻、热敏电阻、比较器，其中，所述热敏电阻的一端与所述电压供给部相连，所述热敏电阻的另一端与所述比较器的一个输入相连，所述参考电阻的一端与所述电压供给部相连，所述参考电阻的另一端与所述比较器的另一个输入相连，所述比较器的输出与所述输出单元相连，所述参考电阻的电阻值是所述热敏电阻在所述发光元件的环境温度为所述预设阈值时的电阻值，所述输出单元被配置为在所述控制单元的控制下，输出所述第一驱动电压或所述第二驱动电压。
2.根据权利要求1所述的背光驱动电路，其中
所述输出单元包括第一输出模块和第二输出模块，其中，所述第一输出模块被配置为在所述发光元件的环境温度低于所述预设阈值时，输出所述第一驱动电压，所述第二输出模块被配置为在所述发光元件的环境温度高于所述预设阈值时，输出所述第二驱动电压。
3.根据权利要求2所述的背光驱动电路，其中
在所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻的情况下，当所述热敏电阻的电阻值低于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第一输出模块以输出所述第一驱动电压，当所述热敏电阻的电阻值高于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第二输出模块以输出所述第二驱动电压。
4.根据权利要求2所述的背光驱动电路，其中
在所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻的情况下，当所述热敏电阻的电阻值高于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第一输出模块以输出所述第一驱动电压，当所述热敏电阻的电阻值低于所述参考电阻的电阻值时，所述比较器的输出选择所述第二输出模块以输出所述第二驱动电压。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的背光驱动电路，其中
所述第二输出模块构成所述第一输出模块的分压电路。
6.根据权利要求5所述的背光驱动电路，其中
所述第一输出模块包括第一开关元件、串联的第一电阻和第二电阻，所述第二输出模块包括第二开关元件和第二电阻。
7.一种背光装置，包括：
根据权利要求1-6中任一项所述的背光驱动电路；以及
发光元件。
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