CN113763875A

CN113763875A - 一种双模调变rgb led的驱动方法及其电路

Info

Publication number: CN113763875A
Application number: CN202111143456.XA
Authority: CN
Inventors: 林立韦
Original assignee: TPV ELECTRONICS(FUJIAN)CO Ltd
Current assignee: TPV ELECTRONICS(FUJIAN)CO Ltd
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2021-12-07

Abstract

本发明公开一种双模调变RGB LED的驱动方法及其电路，电路包括依次连接的移位寄存器、SRAM缓冲器、IO稳定器和数位比较组件，串行数据输入信号和数据时钟DCLK输入移位寄存器，数位比较组件具有与SRAM缓冲器输出位数对应的若干个比较电路，每个比较电路包括一比较器、DAC转换器和ILED稳定器，SRAM缓冲器输出分别连接至比较器和DAC转换器，DAC转换器连接ILED稳定器，每路比较电路的ILED稳定器的输出端和比较器的输出端通过一切换开关连接至对应的外部LED，外部LED均连接至IO稳定器。本发明双模调变混合模式使驱动电流下降、减少低波长高功率光源对人眼的危害，并保留显示屏低辉度、高刷新特性。

Description

一种双模调变RGB LED的驱动方法及其电路

技术领域

本发明涉及LED驱动技术领域，尤其涉及一种双模调变RGB LED的驱动方法及其电路。

背景技术

如图1所示为共阳极RGB LED拓谱架构，图2所示为共阴极RGB LED拓谱架构，两者差异在于LED灯珠内RGB三色电极结构，共阳极采用单一电压输入，共阴极则采用分别电压供给。由于RGB LED显示屏幕所需控制的灯珠数量众多，因此均使用矩阵方式进行控制，在控制上我们称为行、列驱动。

以图1为例，Gate SW中的SW-1导通，第一行的LED获得电压供给， current sinkcontroller根据SDI的命令开启各channel LED current sink，使各颜色之LED点亮至所需的亮度，混和成所需的颜色。而各颜色LED点亮的亮度，系透过PWM调变来完成，如图3所示。待第一行驱动完毕后，SW-1截止、SW-2导通，VLED电压供给至第二行， current sinkcontroller根据SDI的命令开启各channel LED current sink，使各颜色之LED点亮至所需的亮度，混和成所需的颜色。直到完成第N行后，返回第一行如上述动作进行行扫描驱动。

逐行扫描驱动方式可大大的简化驱动庞大LED灯珠所需的控制器数量，但单位时间内要完成N行扫描，在维持相同屏幕亮度条件下，各行上的LED驱动电流就需要乘上行扫数，如图4所示。假设传统Global PWM驱动电流为0.3mA，换成32行扫描驱动时，驱动电流需变更为9.6mA才能确保所有灯珠产生的亮度与0.3mA时相同。这对于LED灯珠稳定性和光衰性有绝对影响，尤其是晶圆较小的灯珠电流耐受性低，过高的驱动电流除了容易导致灯珠损坏外，也会加速该灯珠某一颜色的光衰退率，这是一种不可逆的破坏。

另一方面，RGB LED 是一种直接显示的显示屏，显示的颜色由R、G、B三原色混合而成，透过各颜色不同的亮度比例可以混合出数亿~数十亿色彩，但由于三原色中包含短波长蓝光，相关报告指出端波长穿透人眼角膜后将影响黄斑部，使其产生永久性伤害。因此近年来多家厂商纷纷提出无蓝光显示屏。如图5所示，但对于RGB LED显示屏而言，由于采用了行扫描驱动缘故，驱动电流被提升了N倍，相对的蓝光短波长能亮也提升，对于长时间需观看这类屏幕的人员眼睛，无疑是一种莫大的伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双模调变RGB LED的驱动方法及其电路，用于RGB LED显示屏行、列驱动控制器中，藉以降低传统PWM驱动LED灯珠时因行扫而产生的高电流，进而改善高功率短波长光源对人眼的危害，降低长时间观赏者眼球疲劳程度。

本发明采用的技术方案是：

一种双模调变RGB LED的驱动方法，其包括以下步骤：

步骤1，移位寄存器获取串行数据输入信号SDI和数据时钟DCLK，并依照设定的位数量依序存入SRAM缓冲器；

步骤2，SRAM缓冲器输出若干位数字信号至数位比较组件；

步骤3，数位比较组件的每路比较电路获取对应的位，同时获取比较器中设定的数字等级；

步骤4，判断对应的位输入信号大于设定的数字等级；是则，比较器切换电流回路至ILED稳定器改变限制的电流以PAM驱动外部LED；否则，比较器依据位信号所下达的命令宽度控制IO稳定器以PWM驱动外部LED。

进一步地，步骤4中当GCLK时钟输入后，位计数器开始计数并使能数位比较组件，当位计数器计数到设定的位数量时，重启数位比较组件。

进一步地，步骤4中ILED稳定器藉由DAC命令改变限制的电流，允许开启的宽度由位计数器控制，

进一步地，步骤4中ILED稳定器限制的电流为80%*IO 稳定器的电流。

一种双模调变RGB LED的驱动电路，其包括依次连接的移位寄存器、SRAM缓冲器、IO稳定器和数位比较组件，外部串行数据输入信号SDI和数据时钟DCLK输入至移位寄存器，移位寄存器的输出端连接SRAM缓冲器，数位比较组件具有与SRAM缓冲器输出位数对应的若干个比较电路，每个比较电路包括一比较器、DAC转换器和ILED稳定器，SRAM缓冲器输出分别连接至比较器和DAC转换器，DAC转换器的输出端连接ILED稳定器，每路比较电路的ILED稳定器的输出端和比较器的输出端通过一切换开关连接至对应的外部LED，外部LED均连接至IO稳定器。

进一步地，比较器中设定有比较的数字等级，位输入信号大于设定的数字等级时，比较器切换电流回路至ILED稳定器改变限制的电流以驱动外部LED；位输入信号不大于设定的数字等级时，保持电流回路不变由IO稳定器电流下驱动外部LED。

进一步地，整个控制器的Global 时钟信号连接至位计数器，位计数器连接至数位比较组件；数位比较组件基于位计数器的计数情形进行使能和重启，亦即当GCLK时钟输入后，位计数器开始计数并使能数位比较组件，当位计数器计数到设定的位数量时，重启数位比较组件。

本发明采用以上技术方案，现有已知的RGB LED控制器中添加一8位DAC转换器、比较器以及周围回路，使控制器在一定亮度需求以上进入脉波高度调变机制(PAM)，并且在一定亮度需求以下进入脉波宽度调变(PWM)，双模调变混合模式使驱动电流下降、减少低波长高功率光源对人眼的危害，并保留显示屏低辉度、高刷新特性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为共阳极RGB LED拓谱架构图；

图2为共阴极RGB LED拓谱架构图；

图3为LED的PWM调变示意图；

图4为逐行扫描驱动方式示意图；

图5为RGB LED的波长与能量关系示意图；

图6为本发明一种双模调变RGB LED的驱动电路的方块图；

图7为本发明一种双模调变RGB LED的驱动方法的判定流程图；

图8为本发明相关实施例的波形图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图6至图8之一所示，本发明公开了一种双模调变RGB LED的驱动方法，其包括以下步骤：

步骤2，SRAM缓冲器输出若干位数字信号至数位比较组件；

下面就本发明的具体原理做详细的说明：

如图6所示，本发明双模混合驱动方块图，其中SDI为串行数据输入信号，DCLK为数据时钟，GCLK为整个控制器的Global 时钟，R-EXT为IC电流设定的外部电阻。

当外部输入SDI和DCLK信号时，会先储存于IC内部的移位寄存器（Shiftregister）中，并依照位数量的设定依序存入SRAM缓冲器，此时数字比较组件中的比较器和DAC会接收来自SRAM缓冲器的若干位数字信号并藉由比较器进行比较，在比较器中可设定比较的数字等级，当位输入信号大于设定之数字等级时，比较器切换电流回路路径至ILED稳定器。ILED 稳定器透过前方的DAC命令改变限制的电流，在IO 稳定器的电流命令下再次的限制电流以达到降低峰值电流的目的。如果比较器所比较出的位输入信号小于设定之数字等级时，则由比较器依据位信号所下达的命令宽度，在设定的IO 稳定器电流下驱动外部LED。

数字比较组件的动作会根据GCLK后方的位计数器进行使能和重启，亦即当GCLK时钟输入后，位计数器开始计数并使能后方数字比较组件，当位计数器计数到设定之位数量时，重启数字比较组件。

图7所示为本发明判定流程图，由虚线中的功能方块判定IC采用PWM或PAM模式来驱动LED，完成双模式调变混和特性。

1.T<T0: SDI送入信号，DCLK时钟抓取出数字信号并存入SRAM缓冲器(1010)，GCLK时钟计数位数量，以此案例为4位玩成一个周期，位计数器开始计数时，SRAM缓冲器数据1010送入DAC和比较器。其中DAC将1010信号转为模拟后送往ILED 稳定器，并产生对应之ILED电流命令，而比较器收取到1010信号后解析出PWM宽度并同时将1010信号与内部设定之默认数字信号比较。假设默认的数字信号为0010，则送入的1010高于0010，数字比较等级判定该信号为高准位，LED电流驱动转至PAM模式，由ILED 稳定器产生的电流命令来限制OUT1电流。以1010为例，约为80%*IO 稳定器，此时OUT1允许流过的电流则为80%*IO 稳定器。而允许开启的宽度由位计数器控制。

2. T1<T<T2: SRAM缓冲器获取的数据为0110，该信号大于默认之数字信号，数字等级比较器判定高准位，但0110经过DAC至ILED 稳定器后的电流约为40%*IO 稳定器，因此OUT1允许流过的电流也为40%*IO 稳定器。

3. T2<T<T3:: SRAM缓冲器获取的数据为1101，该信号大于默认之数字信号，数字等级比较器判定高准位，1101经过DAC至ILED 稳定器后的电流约为87%*IO 稳定器，因此OUT1允许流过的电流也为87%*IO 稳定器。

4. T3<T<T4:: SRAM缓冲器获取的数据为0001，该信号小于默认之数字信号，数字等级比较器判定低准位，IC进入PWM模式，OUT1输出电流系根据IO 稳定器之设定，允许开启的宽度为比较器解析之PWM宽度。

透过这样的机制，IC在不同数字信号输入下，内部根据信号的大小切换PAM或PWM模式，在比较数字等级判定为高准位条件下，OUT输出电流均采用PAM模式，有效避免峰值脉波驱动LED而产生的短波长高功率光源，并且因PAM的介入让LED驱动时间拉至整个位计数器，所以也可以大幅减少LED因PWM控制而产生的关闭时间，降低画面闪动率。在低亮度条件时，考虑电流控制在极低电流下不易实现一致性要求，因此低亮度采用PWM模式来确保电流可控性。另一方面，由于低电流条件下开启的PWM宽度很小，产生出的短波长高功率时间很短，对人眼的影响不明显，再则，动态画面下，整个画面仅有少部分区域会呈现低亮度、低辉度画面，对比于全屏幕，其占比面积过小，多数的LED控制还是处于PAM状态中。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1. 一种双模调变RGB LED的驱动方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤2，SRAM缓冲器输出若干位数字信号至数位比较组件；

步骤3，数位比较组件的每路比较电路获取对应的位，同时每路比较电路获取比较器中设定的数字等级；

2. 根据权利要求1所述的一种双模调变RGB LED的驱动方法，其特征在于：步骤4中当GCLK时钟输入后，位计数器开始计数并使能数位比较组件，当位计数器计数到设定的位数量时，重启数位比较组件。

3. 根据权利要求1所述的一种双模调变RGB LED的驱动方法，其特征在于：步骤4中ILED稳定器藉由DAC命令改变限制的电流，允许开启的宽度由位计数器控制。

4. 根据权利要求1所述的一种双模调变RGB LED的驱动方法，其特征在于：步骤4中ILED稳定器限制的电流为80%*IO 稳定器的电流。

5. 一种双模调变RGB LED的驱动电路，采用权利要求1所述的一种双模调变RGB LED的驱动方法，其特征在于：电路包括依次连接的移位寄存器、SRAM缓冲器、IO稳定器和数位比较组件，外部串行数据输入信号SDI和数据时钟DCLK输入至移位寄存器，移位寄存器的输出端连接SRAM缓冲器，数位比较组件具有与SRAM缓冲器输出位数对应的若干个比较电路，每个比较电路包括一比较器、DAC转换器和ILED稳定器，SRAM缓冲器输出分别连接至比较器和DAC转换器，DAC转换器的输出端连接ILED稳定器，每路比较电路的ILED稳定器的输出端和比较器的输出端通过一切换开关连接至对应的外部LED，外部LED均连接至IO稳定器。

6. 根据权利要求5所述的一种双模调变RGB LED的驱动电路，其特征在于：比较器中设定有比较的数字等级，位输入信号大于设定的数字等级时，比较器切换电流回路至ILED稳定器改变限制的电流以驱动外部LED；位输入信号不大于设定的数字等级时，保持电流回路不变由IO稳定器电流下驱动外部LED。

7. 根据权利要求5所述的一种双模调变RGB LED的驱动电路，其特征在于：整个控制器的Global 时钟信号连接至位计数器，位计数器连接至数位比较组件；数位比较组件基于位计数器的计数情形进行使能和重启，亦即当GCLK时钟输入后，位计数器开始计数并使能数位比较组件，当位计数器计数到设定的位数量时，重启数位比较组件。