CN109831854A - 一种矩阵型高分辨率低emi的led驱动电路 - Google Patents

一种矩阵型高分辨率低emi的led驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路，该LED驱动电路将分辨率的电流等级拆分为PWM和DC两种控制方式的结合，且DC控制模块的电流等级大于PWM控制模块的电流等级，这样DC控制模块中没有频繁的开关，不会对电源电压频繁的产生大的冲击，而PWM控制模块的电流较小，即使频繁的开关也不会对电源电压产生大的冲击，从而避免了电容啸叫的问题。并且，通过设置动态调节模块以使所述基准电流模块的电压、所述PWM控制模块的电压和所述DC控制模块的电压相同，进而提高了ILED的镜像精度。

Description

一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路
技术领域
本发明涉及LED控制技术领域，更具体地说，尤其涉及一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路。
背景技术
随着时代的进步，LED灯越来越广泛的应用于人们的生活中，那么对LED驱动的相关要求也越来越高，从单色到彩色到真彩使得图像显示效果越来越丰富，越来越和现实的色彩接近。
目前LED驱动特别是矩阵型LED驱动电路被广泛应用于电脑，鼠标，键盘和各种智能家电中，特别是为人机交互提供了简单的应答表现方式以及趣味的表现形式。矩阵型LED驱动电路可以用较小的芯片面积实现大尺寸的显示效果，具有非常广泛的应用前景。早期的LED驱动对于显式要求不高，但是随着技术进步和人们要求的提高，对于LED驱动的规格的要求越来越高，分辨率要求通常需要超过9bit甚至更高达到16bit，从而使得色彩丰富且细腻。
但是，实现丰富的色彩需要高分辨率的电流等级，而电流等级的实现方式有两种：其一，DC模式；其二，PWM模式。但是，单纯的DC模式由于成本尺寸的原因很难做到高分辨率，单纯的PWM模式却是由于开关的原因导致EMI和电容啸叫的问题很难解决。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路，技术方案如下：
一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路，所述LED驱动电路包括：LED、电流源、基准电流模块、PWM控制模块、DC控制模块和动态调节模块；
其中，所述LED的阳极与电压输入端连接，阴极分别与所述PWM控制模块的输入端、所述DC控制模块的输入端和所述动态调节模块的第一输入端连接；
所述电流源的第一端与所述电压输入端连接，第二端端分别与所述基准电流模块的控制端、所述PWM控制模块的控制端、所述DC控制模块的控制端和所述动态调节模块的第一端连接；
所述动态调节模块的第二端与所述动态调节模块的第二输入端连接，且连接节点与所述基准电流模块的输入端连接；
所述基准电流模块的输出端、所述PWM控制模块的输出端和所述DC控制模块的输出端均接地；
所述PWM控制模块的电流等级小于所述DC控制模块的电流等级；
所述动态调节模块用于使所述基准电流模块的电压、所述PWM控制模块的电压和所述DC控制模块的电压相同。
优选的，所述基准电流模块包括：第一场效应管；
其中，所述第一场效应管的漏极与所述动态调节模块的第二输入端连接；
所述第一场效应管的源极接地；
所述第一场效应管的栅极与所述电流源的第二端连接。
优选的，所述PWM控制模块包括：第二场效应管、第一开关和第二开关；
其中，所述第一开关的第一端与所述电流源的第二端连接；
所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端连接，且连接节点与所述第二场效应管的栅极连接；
所述第二开关的第二端和所述第二场效应管的源极均接地；
所述第二场效应管的漏极与所述LED的阴极连接。
优选的，所述DC控制模块包括：n个控制单元，其中，n为正整数；
所述控制单元包括：第三场效应管、第三开关和第四开关；
其中，所述第三开关的第一端与所述电流源的第二端连接；
所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，且连接节点与所述第三场效应管的栅极连接；
所述第四开关的第二端和所述第三场效应管的源极均接地；
所述第三场效应管的漏极与所述LED的阴极连接。
优选的，所述动态调节模块包括：第四场效应管和运算放大器；
其中，所述第四场效应管的漏极与所述电流源的第二端连接；
所述第四场效应管的源极与所述运算放大器的反相输入端连接，且连接节点与所述第一场效应管的漏极连接；
所述运算放大器的同相输入端与所述LED的阴极连接；
所述运算放大器的输出端与所述第四场效应管的栅极连接。
优选的，第1个控制单元中第三场效应管的数量为A，第n个控制单元中第三场效应管的数量为A*2n-1，A为正整数。
优选的，所述第二场效应管的数量与所述第1个控制单元中第三场效应管的数量相同。
优选的，当所述第n个控制单元中第三场效应管的数量至少为两个时，多个所述第三场效应管并联连接。
优选的，所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管的尺寸相同。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
该LED驱动电路将分辨率的电流等级拆分为PWM和DC两种控制方式的结合，且DC控制模块的电流等级大于PWM控制模块的电流等级，这样DC控制模块中没有频繁的开关，不会对电源电压频繁的产生大的冲击，而PWM控制模块的电流较小，即使频繁的开关也不会对电源电压产生大的冲击，从而避免了电容啸叫的问题。
并且，通过设置动态调节模块以使所述基准电流模块的电压、所述PWM控制模块的电压和所述DC控制模块的电压相同，进而提高了ILED的镜像精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对于矩阵型LED驱动来说，由于其本身COM分时导通，所以该PWM控制方式的实际周期需要除以COM的个数，若COM＝4，对于内部振荡频率为10MHz来说，最小的PWM导通时间为100ns，如果分辨率设为10bit(20/210～210/210)，再考虑COM＝4的分时，那么相当于一个PWM周期为100ns*210*4＝409.6us，相对应的频率为2.44kHz，若要频率在20kHz以上，那么对于10bit分辨率的要求来说，需要的振荡器频率为1/(50us/210)*4＝81.92MHz，该频率几乎不可实现。
并且，单纯的DC模式由于成本尺寸的原因很难做到高分辨率，单纯的PWM模式却是由于开关的原因导致EMI和电容啸叫的问题很难解决。
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。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路的结构示意图，所述LED驱动电路包括：LED11、电流源12、基准电流模块13、PWM控制模块14、DC控制模块15和动态调节模块16；
其中，所述LED11的阳极与电压输入端VBAT连接，阴极分别与所述PWM控制模块14的输入端、所述DC控制模块15的输入端和所述动态调节模块16的第一输入端连接；
所述电流源12的第一端与所述电压输入端VBAT连接，第二端端分别与所述基准电流模块13的控制端、所述PWM控制模块14的控制端、所述DC控制模块15的控制端和所述动态调节模块16的第一端连接；
所述动态调节模块16的第二端与所述动态调节模块16的第二输入端连接，且连接节点与所述基准电流模块13的输入端连接；
所述基准电流模块13的输出端、所述PWM控制模块14的输出端和所述DC控制模块15的输出端均接地；
所述PWM控制模块14的电流等级小于所述DC控制模块15的电流等级；
所述动态调节模块16用于使所述基准电流模块13的电压、所述PWM控制模块14的电压和所述DC控制模块15的电压相同。
在该实施例中，该LED驱动电路将分辨率的电流等级拆分为PWM和DC两种控制方式的结合，且DC控制模块的电流等级大于PWM控制模块的电流等级，这样DC控制模块中没有频繁的开关，不会对电源电压频繁的产生大的冲击，而PWM控制模块的电流较小，即使频繁的开关也不会对电源电压产生大的冲击，从而避免了电容啸叫的问题。
并且，通过设置动态调节模块以使所述基准电流模块的电压、所述PWM控制模块的电压和所述DC控制模块的电压相同，进而提高了ILED的镜像精度。
进一步的，参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路的结构示意图，所述基准电流模块13包括：第一场效应管NS；
其中，所述第一场效应管NS的漏极与所述动态调节模块16的第二输入端连接；
所述第一场效应管NS的源极接地；
所述第一场效应管NS的栅极与所述电流源12的第二端连接。
在该实施例中，所述第一场效应管NS的数量M由分辨率决定，当所述第一场效应管NS的数量M为多个时，多个所述第一场效应管NS并联连接。
其中，示例，所述第一场效应管NS的数量M＝B，B为正整数。
进一步的，如图2所示，所述PWM控制模块14包括：第二场效应管N0、第一开关K0和第二开关K0N；
其中，所述第一开关K0的第一端与所述电流源12的第二端连接；
所述第一开关K0的第二端与所述第二开关K0N的第一端连接，且连接节点与所述第二场效应管N0的栅极连接；
所述第二开关K0N的第二端和所述第二场效应管N0的源极均接地；
所述第二场效应管N0的漏极与所述LED11的阴极连接。
在该实施例中，所述PWM控制模块通过PWM控制方式进行控制。
其中，所述第一开关K0和所述第二开关K0N，其中任意一个处于闭合状态时，另一个处于断开状态。
进一步的，如图2所示，所述DC控制模块15包括：n个控制单元151，其中，n为正整数；
所述控制单元151包括：第三场效应管N2、第三开关K2和第四开关K2N；
其中，所述第三开关K2的第一端与所述电流源12的第二端连接；
所述第三开关K2的第二端与所述第四开关K2N的第一端连接，且连接节点与所述第三场效应管N2的栅极连接；
所述第四开关K2N的第二端和所述第三场效应管N2的源极均接地；
所述第三场效应管N2的漏极与所述LED11的阴极连接。
在该实施例中，n个控制单元151通过DC控制方式进行控制。
其中，所述第三开关K2和所述第四开关K2N，其中任意一个处于闭合状态时，另一个处于断开状态。
需要说明的是，所述DC控制模块15包括n个第三场效应管N1、N2…Nn，相应的控制单元151设置有相应的开关，即K1、K2…Kn和K1N、K2N…KnN。
进一步的，如图2所示，所述动态调节模块16包括：第四场效应管ND和运算放大器AMP；
其中，所述第四场效应管ND的漏极与所述电流源12的第二端连接；
所述第四场效应管ND的源极与所述运算放大器AMP的反相输入端连接，且连接节点与所述第一场效应管NS的漏极连接；
所述运算放大器AMP的同相输入端与所述LED11的阴极连接；
所述运算放大器AMP的输出端与所述第四场效应管ND的栅极连接。
在该实施例中，为了提高LED驱动电路的精度，将运算放大器AMP的同相输入端连接到VLED，反相输入端连接到第一场效应管的漏极，输出端连接到第四场效应管的栅极，且第四场效应管的漏极连接到第一场效应管的栅极，第四场效应管的源极分别与运算放大器AMP的反相输入端和第一场效应管的漏极连接；那么，当VLED端电压高于VD电压时，运算放大器AMP输出电压上升，第四场效应管的VGS上升，从而使得VD电压上升，从而达到动态平衡，以使得第一场效应管、第二场效应管和地三场效应管的三极电压都完全相同，进而使得LED驱动电路的镜像更加精确。
进一步的，若第1个控制单元中第三场效应管的数量M为A，第n个控制单元中第三场效应管的数量M为A*2n-1，A为正整数。
在该实施例中，所述第1个控制单元中第三场效应管的数量M可根据分辨率要求而定，在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，所述第二场效应管N0的数量与所述第1个控制单元中第三场效应管N1的数量相同。
进一步的，当所述第n个控制单元中第三场效应管的数量至少为两个时，多个所述第三场效应管并联连接。
进一步的，所述第一场效应管NS、所述第二场效应管N0和所述第三场效应管N1、N2…Nn的尺寸相同。
通过上述描述可知，在该申请中，该LED驱动电路将分辨率的电流等级拆分为PWM和DC两种控制方式的结合，且DC控制模块的电流等级大于PWM控制模块的电流等级，这样DC控制模块中没有频繁的开关，不会对电压产生大的冲击，对于矩阵型LED驱动，只需要关注COM分时的频率，满足COM的导通时间＜1/20kHz＝50us即可，而PWM控制模块的电流较小，即使频繁的开关也不会对电压产生大的冲击，从而避免了电容啸叫的问题。
同时，将PWM控制模块的控制放到最小一级上，最小一级镜像管开启时第一场效应管的栅极引入的电容较小，会使得低占空比时镜像管容易快速开启，于此同时，若有其它的DC控制模块中的控制单元开启，LED的阴极电压平稳，不会高低电平切换，即使没有其它的DC控制模块中的控制单元开启，由于电流变化较小，能量较小，产生的EMI影响也很小，但是分辨率并不会下降，在有效提高分辨率的同时还能避免产生电容啸叫和EMI问题。
再者，通过设置动态调节模块以使所述基准电流模块的电压、所述PWM控制模块的电压和所述DC控制模块的电压相同，进而提高了ILED的镜像精度。
并且，对于该LED驱动电路，高电流等级采用DC控制方式，低电流等级采用PWM控制方式，当占空比为D[n]＝1时，每一路的电流分别为其中N＝n+1。
其LED(DC)的总电流为：
其中，N表示DC控制模块的分辨率比特数。
其LED(PWM)的总电流由占空比决定，为：
其中，G表示PWM控制模块的分辨率比特数。
进而可知，ILED＝ILED(DC)+ILED(PWM)，其分辨率是(N+G)bit。
以上对本发明所提供的一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种矩阵型高分辨率低EMI的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路包括：LED、电流源、基准电流模块、PWM控制模块、DC控制模块和动态调节模块；
其中，所述LED的阳极与电压输入端连接，阴极分别与所述PWM控制模块的输入端、所述DC控制模块的输入端和所述动态调节模块的第一输入端连接；
所述电流源的第一端与所述电压输入端连接，第二端端分别与所述基准电流模块的控制端、所述PWM控制模块的控制端、所述DC控制模块的控制端和所述动态调节模块的第一端连接；
所述动态调节模块的第二端与所述动态调节模块的第二输入端连接，且连接节点与所述基准电流模块的输入端连接；
所述基准电流模块的输出端、所述PWM控制模块的输出端和所述DC控制模块的输出端均接地；
所述PWM控制模块的电流等级小于所述DC控制模块的电流等级；
所述动态调节模块用于使所述基准电流模块的电压、所述PWM控制模块的电压和所述DC控制模块的电压相同。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述基准电流模块包括：第一场效应管；
其中，所述第一场效应管的漏极与所述动态调节模块的第二输入端连接；
所述第一场效应管的源极接地；
所述第一场效应管的栅极与所述电流源的第二端连接。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述PWM控制模块包括：第二场效应管、第一开关和第二开关；
其中，所述第一开关的第一端与所述电流源的第二端连接；
所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端连接，且连接节点与所述第二场效应管的栅极连接；
所述第二开关的第二端和所述第二场效应管的源极均接地；
所述第二场效应管的漏极与所述LED的阴极连接。
4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述DC控制模块包括：n个控制单元，其中，n为正整数；
所述控制单元包括：第三场效应管、第三开关和第四开关；
其中，所述第三开关的第一端与所述电流源的第二端连接；
所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，且连接节点与所述第三场效应管的栅极连接；
所述第四开关的第二端和所述第三场效应管的源极均接地；
所述第三场效应管的漏极与所述LED的阴极连接。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述动态调节模块包括：第四场效应管和运算放大器；
其中，所述第四场效应管的漏极与所述电流源的第二端连接；
所述第四场效应管的源极与所述运算放大器的反相输入端连接，且连接节点与所述第一场效应管的漏极连接；
所述运算放大器的同相输入端与所述LED的阴极连接；
所述运算放大器的输出端与所述第四场效应管的栅极连接。
6.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，第1个控制单元中第三场效应管的数量为A，第n个控制单元中第三场效应管的数量为A*2n-1，A为正整数。
7.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二场效应管的数量与所述第1个控制单元中第三场效应管的数量相同。
8.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，当所述第n个控制单元中第三场效应管的数量至少为两个时，多个所述第三场效应管并联连接。
9.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管的尺寸相同。
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