CN109410848B - Led背光驱动双控制器级联的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及LED背光驱动双控制器级联的系统和方法。提供了一种用于LED驱动系统,包括:功率级,用于将输入电压转化为经调整的电压提供至多个LED灯珠串;电压选择器,用于选择多个LED灯珠串第一反馈点处的最低电压输入,控制器,被配置为:如果第一最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第二参考电压作为第一反馈信号并且第二最低电压作为第二反馈信号,第二最低电压最终稳定在第一参考电压的两倍与第二参考电压的差处;脉冲宽度调制器,用于基于第一最低电压和第二最低电压来调节驱动信号的占空比;以及驱动器,用于根据驱动信号来驱动LED系统。
Description
技术领域
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地,本发明的一些实施例提供了应用于LED背光系统双控制器的级联控制的方法。
背景技术
LED作为一种节能环保的新型光源,由于具有高亮度、低功耗而且寿命长的优点而被广泛用于各个领域。在LCD TV等大尺寸液晶显示设备的LED背光应用中,为了让整个屏幕的亮度均匀,常采取多路LED灯珠串产生均匀背光亮度的方式提供背光照明,这种多路背光系统架构往往会随着液晶显示设备的尺寸增大而需要更多的LED背光灯珠串。
图1是示出了传统多路LED灯珠串驱动电路典型应用图的图示。传统多路LED灯珠串驱动电路主要包括一个功率转换单元功率级110、控制器单元控制器108、最小LEDx电压选择器106、以及N个电流平衡器(N≥2)。功率转换单元功率级110采用DC-DC或AC-DC的开关电源控制架构用于为LED灯珠串提供稳定的输出电压VOUT。控制器单元控制器108通过侦测输出电压的变化进行误差放大并产生PWM或PFM信号。输出控制功率级110功率开关的驱动信号GATE。最小LEDx电压选择器106用于判断选择灯珠串的反馈点LED1至LEDN的最低电压LEDx_min并将其作为控制器108的输入信号。N个电流平衡器,用于为N串LED灯珠串提供稳定的LED输出电流。
图2为电流平衡器的电路框图。包括放大器201、调整管Q1,电阻器RSEN。其中放大器201同相输入接收参考信号VREF,反相输入连接电阻器RSEN以接收反馈电压VS,输出连接到调整管Q1的基极。电阻器RSEN一端接放大器201的反相输入,一端接地。调整管Q1的基极连接放大器201的输出,发射极连接电阻器RSEN,集电极连接LED灯珠。所组成负反馈电路使反馈端电压VS等于VREF,则流过Q1的电流为设置的LED电流,如等式1所示:
ILED=VREF/RSEN (等式1)
为使负反馈电路正常工作,LED电流调整管Q1需工作在饱和区,因此LEDx电压需要大于一定值。故设计LEDx最小电压VREF_EA,通过图1系统使N串LED灯珠串的最低电压为LEDx_min等于VREF_EA,即可以保证所有的电流平衡器均可达到设计的LED电流值。
图3为控制器108的内部电路。包括误差放大器301和输出电容Ccmp,用于将VREF_EA与LEDx_min的差进行放大和积分;斜坡产生电路304,输出斜坡信号Vslope;PWM比较器单元302,用于比较CMP与Vslope,产生PWM信号;信号驱动单元驱动器303,输出用于功率级控制开关驱动的GATE信号。LED驱动电路系统稳定工作时,各路灯珠串中最小的LEDx电压LEDx_min等于参考电压VREF_EA。
在大尺寸液晶显示设备的LED背光应用中,常采取多路LED灯珠串产生均匀背光亮度的方式提供背光照明,而控制器LEDx电流通路数目受封装、成本和散热等限制相对比较固定。传统的控制方法是将多个控制器分别控制的系统进行并联产生多路LED灯珠串,这种方案由于需要用到多套功率器件(例如电感器、功率开关等),其成本高、体积大。
因此,非常需要改进的LED背光驱动双控制器级联的系统和方法。
发明内容
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地,本发明的一些实施例提供了LED背光驱动双控制器级联的系统和方法。仅作为示例,本发明的一些实施例被应用到LED背光显示。但是,将认识到,本发明有更广泛的适用范围。
本发明介绍了一种LED背光驱动双控制器级联的系统和方法。控制方法在大功率的背光系统应用中,通过两个控制器共用一套DC-DC或AC-DC LED背光电源控制系统并且扩展LED背光灯珠串数目,节约了系统成本,进一步的还可以根据LED灯珠串的差异自适应的调节主从控制器,优化系统效率。
根据一个实施例,提供了一种用于LED驱动系统,包括:功率级,用于将输入电压转化为经调整的电压提供至多个LED灯珠串;第一电压选择器和第二电压选择器,用于选择多个LED灯珠串第一反馈点处的第一最低电压输入和第二反馈点处的第二最低电压输入,第一最低电压和第二最低电压随经调整的电压增长而增长;控制器,被配置为:如果第一最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第二参考电压作为第一反馈信号并且第二最低电压作为第二反馈信号,第二最低电压最终稳定在第一参考电压的两倍与第二参考电压的差处,否则如果第二最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第一最低电压作为第一反馈信号并且第二参考电压作为第二反馈信号,第一最低电压最终稳定在第一参考电压的两倍与第二参考电压的差处;脉冲宽度调制器,用于基于第一最低电压和第二最低电压来调节驱动信号的占空比;以及驱动器,用于根据驱动信号来驱动LED系统。
根据另一实施例,提供了一种用于LED系统的驱动方法,包括:将输入电压转化为经调整的电压提供至多个LED灯珠串;选择多个LED灯珠串第一反馈点处的第一最低电压输入和第二反馈点处的第二最低电压输入,第一最低电压和第二最低电压随经调整的电压增长而增长;如果第一最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第二参考电压作为第一反馈信号并且第二最低电压作为第二反馈信号,第二最低电压最终稳定在第一参考电压的两倍与第二参考电压的差处,否则如果第二最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第一最低电压作为第一反馈信号并且第二参考电压作为第二反馈信号,第二最低电压最终稳定在第一参考电压的两倍与第二参考电压的差处;基于第一最低电压和第二最低电压来调节驱动信号的占空比;并且根据驱动信号来驱动LED系统。
根据实施例,可以获得一项或多项益处。参考随后的详细的说明和附图,这些好处和本发明的各种附加的目的、特征和优势可得以透彻地理解。
附图说明
图1是示出了传统单控制器多路LED灯珠串驱动电路典型应用图的图示。
图2是电流平衡器的示意性简化框图。
图3是控制器的示意性简化框图。
图4是根据本公开的实施例的双控制器级联的LED驱动电路应用图示。
图5是根据本公开的实施例的控制器的示意性简化框图。
图6是根据本公开的实施例的两片IC级联控制器内部工作的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中提出了许多具体细节,以便提供对本发明的全面理解。但是,对于本领域技术人员来说很明显的是,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法,而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中,没有示出公知的结构和技术,以便避免对本发明造成不必要的模糊。
图4是根据本公开的实施例的双控制器级联的LED驱动电路应用图示。LED驱动电路包括功率级505,两个控制器503_1和503_2,两个控制器对应的最小LEDx电压选择器502_1和502_2,2N串LED灯珠串,以及2N个电流平衡器(例如,N为大于1的整数)。图4仅是示例,其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。
根据一个实施例,系统上电以后,例如AC输入电压被接收,并进行全波整流处理以生成经整流的电压,功率级505将经整流的电压输出作为系统的输入电压。例如,功率级505用于为LED灯珠串提供稳定的输出电压。尽管给出了AC电路作为示例,但本公开的系统可以应用于DC-DC或AC-DC场景。
两个控制器503_1和503_2的误差放大器输出端CMP是连接在一起的,并通过外部电容Ccmp与地连接,控制器503_1的输出端GATE_1用于给功率级的功率开关输出GATE控制信号,控制器503_2的输出端GATE_2悬空。
两个控制器对应的最小LEDx电压选择器502_1和502_2,最小LEDx电压选择器502_1用于选择灯珠串的反馈点LED1_1至LEDN_1的最低电压输入给控制器503_1,最小LEDx电压选择器502_2用于选择灯珠串的反馈点LED1_2至LEDN_2的最低电压输入给控制器503_2。2N串LED灯珠串中,5041_1至504N_1N串灯珠串的反馈端输入给最小LEDx电压选择器502_1,5041_2至504N_2N串灯珠串的反馈端输入给最小LEDx电压选择器502_2。
2N个电流平衡器,用于为2N串LED灯珠串提供稳定的LED输出电流。根据一个实施例,示例性电流平衡器可以包括放大器、调整管,电阻器RSEN。其中放大器同相输入接收参考信号VREF,反相输入连接电阻器RSEN以接收反馈电压VS,输出连接到调整管的基极。电阻器RSEN一端接放大器201的反相输入,一端接地。调整管的基极连接放大器201的输出,发射极连接电阻器RSEN,集电极连接LED灯珠。
在一个示例中,调整管是场效应晶体管(例如,金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。在另一示例中,功率调整管是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在另一示例中,功率调整管是双极结型晶体管。在各种示例中,系统300可以包括更多或更少的元件,其中参考电压VREF的值可以由本领域技术人员根据需要设置。
两控制器系统级联工作时,功率级输入VIN及控制器503_1和503_2其中任意一个的输出GATE用于产生稳定的输出电压VOUT。最小LEDx电压选择器502_1用于选择灯珠串的反馈点LED1_1至LEDN_1的最低电压输入LEDx_min_1,最小LEDx电压选择器502_2用于选择灯珠串的反馈点LED1_2至LEDN_2的最低电压LEDx_min_2;VREF_EA及VREF_EA’为控制器内部固定的参考电压。在该例中假设LEDx_min_1首先变得大于VREF_EA,控制器503_1则不以LEDx_min_1作为反馈输入,而以VREF_EA’作为反馈输入,VREF_EA’等于VREF_EA加上固定的偏移。而此时LEDx_min_2没有达到VREF_EA,则控制器503_2仍然以LEDx_min_2作为反馈输入,不以VREF_EA’作为反馈输入。经过环路的作用,LEDx_min_2始终不能达到VREF_EA,控制器503_2始终以LEDx_min_2作为反馈输入。LEDx_min_1首先变得大于VREF_EA,代表LED1_1至LEDN_1中的最小值大于LED2_1至LED2_N中的最小值,即该2N串LED中最大LED压降出现在于LED2_1至LED2_N中。因此电路保证将所有LED反馈点的最低值作为反馈点。
图5是根据本公开的实施例的控制器的示意性简化框图。控制器两个开关S1 607和S2 608,比较器604,误差放大器603,加法器606,脉冲宽度调制器PWM 602,以及驱动器601。
开关S1 607和S2 608用于选通VREF_EA或VRER_EA’。比较器604用于比较LEDx_min_i和VREF_EA,如果LEDx_min_i大于VREF_EA,则OUT为高,OUT_b为低,控制开关S1 606导通,S2 607不导通,选通VRER_EA’;如果LEDx_min_i小于VREF_EA,OUT为低,OUT_b为高,控制开关S2 608不导通,S2 608导通,选通VRER_EA。
误差放大器603,用于将VREF_EA与VFB的差转化为电流为Ccmp充放电,VREF_EA大于VFB,产生拉电流(source current),为Ccmp充电,VREF_EA小于VFB,产生灌电流(sinkcurrent),为Ccmp放电。加法器606将Vramp与Vcs通过一定比例相加,用于斜坡补偿,输出Vslope。PWM 602用于比较CMP与Vslope,产生PWM信号。驱动器601,用于将PWM 602的输出PWM放大,输出GATE信号。
在本实施例中,假设LEDx_min_1首先高于VREF_EA,则在控制器603_1中,LEDx_min_1大于VREF_EA,OUT为高,OUT_b为低,控制开关S1 607导通,S2 608不导通,选通VRER_EA’作为反馈输入,不以LEDx_min_1作为反馈输入;VREF_EA’等于VREF_EA加上固定的偏移。
误差放大器603_1的VFB等于VRER_EA’,大于VREF_EA,产生灌电流,为Ccmp放电;而此时LEDx_min_2没有达到VREF_EA,则在控制器603_2中,LEDx_min_2小于VREF_EA,OUT为低,OUT_b为高,控制开关S1 607不导通,S2 608导通,选通LEDx_min_2,则以LEDx_min_2作为反馈输入,而不以VREF_EA’作为反馈输入。环路平衡,Ccmp充放电平衡,因此环路自动调节LEDx_min_2始终小于VREF_EA。
LEDx_min_2=2*VREF_EA-VREF_EA'(等式2)
LEDx_min_2为2N串LED电压的最低值,电路设计LED电压的最低值2*VREF_EA-VRER_EA’大于电流平衡器输出电流所需要的电压,即可保证所有的电流平衡器均可输出设计电流。
图6是根据本公开的实施例的两片IC级联控制器内部工作的流程图。图6仅是示例,其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。
在框702处,功率级将输入电压转化为经调整的电压。
在框704处,LEDx_min_1及LEDx_min_2随着输出电压增长逐渐增长。
在框706处,判断是否LEDx_min_1首先变得大于VREF_EA。
在框708处,LEDx_min_1首先变得大于VREF_EA,则VFB_1=VREF_EA’,VFB_2=LEDx_min_2。
在框710处,LEDx_min_1首先变得大于VREF_EA,最后LEDx_min_2稳定在2*VREF_EA-VREF_EA’。
在框712处,LEDx_min_2首先变得大于VREF_EA,则VFB_1=LEDx_min_1,VFB_2=VREF_EA’。
在框714处,LEDx_min_2首先变得大于VREF_EA,最后LEDx_min_1稳定在2*VEA_REF-VEA_REF’。
在框716处,环路根据最后选定的LEDx_min_i来调节输出电压。
根据一个实施例,LED背光驱动双控制器级联的方法700包括:将输入电压转化为经调整的电压提供至多LED灯珠串;选择所述多个LED灯珠串第一反馈点处的第一最低电压输入和第二反馈点处的第二最低电压输入,所述第一最低电压和所述第二最低电压随所述经调整的电压增长而增长;如果所述第一最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第二参考电压作为第一反馈信号并且所述第二最低电压作为第二反馈信号,所述第二最低电压最终稳定在所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差处,否则如果所述第二最低电压首先变得大于所述第一参考电压,则取所述第一最低电压作为所述第一反馈信号并且所述第二参考电压作为所述第二反馈信号,所述第一最低电压最终稳定在所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差处;基于所述第一最低电压和所述第二最低电压来调节驱动信号的占空比;并且根据所述驱动信号来驱动所述系统。
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地,本发明的一些实施例提供了LED背光驱动双控制器级联的系统和方法。仅作为示例,本发明的一些实施例被应用到LED背光显示。但是,将认识到,本发明有更广泛的适用范围。
例如,使用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件、和/或软件和硬件组件的一个或多个组合,本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施。在另一示例中,本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施在诸如一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路之类的一个或多个电路中。在另一示例中,本发明的各种实施例和/或示例可以被结合。
虽然已经描述了本发明的特定实施例,但本领域的技术人员应该理解,存在等同于所描述的实施例的其它实施例。因此,应该理解,本发明并不限于所示出的具体实施例,而仅由所附权利要求的范围所限定。
Claims (5)
1.一种LED驱动系统,包括:
功率级,用于将输入电压转化为经调整的电压提供至多个LED灯珠串;
第一电压选择器和第二电压选择器,用于选择所述多个LED灯珠串第一反馈点处的第一最低电压输入和第二反馈点处的第二最低电压输入,所述第一最低电压和所述第二最低电压随所述经调整的电压增长而增长;
控制器,被配置为:
如果所述第一最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第二参考电压作为第一反馈信号并且所述第二最低电压作为第二反馈信号,所述第二最低电压最终稳定在所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差处,
否则如果所述第二最低电压首先变得大于所述第一参考电压,则取所述第一最低电压作为所述第一反馈信号并且所述第二参考电压作为所述第二反馈信号,所述第一最低电压最终稳定在所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差处;
脉冲宽度调制器,用于基于所述第一最低电压和所述第二最低电压来调节驱动信号的占空比;以及
驱动器,用于根据所述驱动信号来驱动所述多个LED灯珠串,
其中,所述控制器包括第一控制模块和第二控制模块,其中所述第一控制模块与所述第一电压选择器连接,所述第二控制模块与所述第二电压选择器连接,所述第一控制模块和所述第二控制模块的相应误差放大器输出端连接在一起,并通过外部电容器接地;并且
所述第一参考电压和所述第二参考电压为所述控制器内部的固定参考电压,并且所述第二参考电压大于所述第一参考电压。
2.如权利要求1所述的系统,还包括分别连接到所述多个LED灯珠串的对应一个的多个电流平衡器,所述多个电流平衡器中的每个被配置为对LED输出电流进行稳定操作。
3.如权利要求1所述的系统,其中误差放大器被配置为将所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差转化为电流为所述外部电容器进行充电和放电操作。
4.一种包括如权利要求1-3中的任何一项所述的LED驱动系统的LED显示系统。
5.一种用于如权利要求1-3中的任一项所述的LED驱动系统的驱动方法,包括:
由所述功率级将输入电压转化为经调整的电压提供至多个LED灯珠串;
由所述第一电压选择器和所述第二电压选择器选择所述多个LED灯珠串第一反馈点处的第一最低电压输入和第二反馈点处的第二最低电压输入,所述第一最低电压和所述第二最低电压随所述经调整的电压增长而增长;
由所述控制器执行以下操作:如果所述第一最低电压首先变得大于第一参考电压,则取第二参考电压作为第一反馈信号并且所述第二最低电压作为第二反馈信号,所述第二最低电压最终稳定在所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差处,否则如果所述第二最低电压首先变得大于所述第一参考电压,则取所述第一最低电压作为所述第一反馈信号并且所述第二参考电压作为所述第二反馈信号,所述第一最低电压最终稳定在所述第一参考电压的两倍与所述第二参考电压的差处;
由所述脉冲宽度调制器基于所述第一最低电压和所述第二最低电压来调节驱动信号的占空比;并且
由所述驱动器根据所述驱动信号来驱动所述多个LED灯珠串。
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