CN113990245A - Led显示屏的驱动电路及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种LED显示屏的驱动电路及驱动方法，包括主控模块与消影选通模块，主控模块连接消影选通模块，消影选通模块连接LED显示屏的显示电路；主控模块用于发出控制信号，控制信号经过所述消影选通模块选通后，输出显示信号与消影信号至显示电路；其中，显示信号用于导通LED显示屏中需要显示的扫描线与电源之间的连接，消影信号用于输出消影电平至LED显示屏的需要消影的扫描线实现消影。本申请通过对消影电平的大小进行合理钳制，即可避免LED显示屏的异常显示问题，节省了寄生电容泄放电荷所占用的时间，增加了显示的时间，减小GCLK频率，进而减少高频噪声问题，使得LED显示屏的显示质量得到提升。

Description

LED显示屏的驱动电路及驱动方法

技术领域

本申请涉及LED显示驱动技术领域，特别是涉及一种LED显示屏的驱动电路及驱动方法。

背景技术

随着智能科技的发展，LED显示屏在近年已经被广泛应用于各个领域之中。与此同时，为了提高画面显示的清晰度与质量，除了在精进制作工艺上做出考虑以外，很多产商也采用增加LED显示屏的像素点的方式，来达到显示内容清晰灵动的目的。

但是，随着显示屏像素点间距越来越多，LED网络矩阵所需的寄生参数也越来越大，也不可避免的造成了诸多弊端。例如，由于LED矩阵行线显示时对该行寄生电容的充电，以及LED灯短路损坏等情况，造成的LED显示屏中的某一行或某一个灯的异常显示的现象，进而使得LED显示屏的显示质量下降。

发明内容

基于此，有必要提供一种LED显示屏的驱动电路及驱动方法，用于避免LED显示屏的异常显示问题，以提高LED显示屏的显示质量。

一种LED显示屏的驱动电路，包括：主控模块与消影选通模块，所述主控模块连接所述消影选通模块，所述消影选通模块连接LED显示屏的显示电路；

所述主控模块用于发出控制信号，所述控制信号经过所述消影选通模块选通后，输出显示信号与消影信号至所述显示电路；其中，所述显示信号用于导通所述LED显示屏中需要显示的扫描线与电源之间的连接，所述消影信号用于输出消影电平至所述LED显示屏的需要消影的扫描线实现消影。

在其中一个实施例中，所述消影选通模块包括译码选通单元以及钳位保护单元，所述译码选通单元连接所述主控模块与所述钳位保护单元，所述钳位保护单元连接所述显示电路。

在其中一个实施例中，所述译码选通单元包括两个以上的移位寄存器与译码选通器，一个所述移位寄存器对应连接一个所述译码选通器，各所述移位寄存器与各所述译码选通器均连接所述主控模块，各所述译码选通器还连接所述钳位保护单元。

在其中一个实施例中，所述译码选通器为74HC238译码选通器。

在其中一个实施例中，所述钳位保护单元包括两个以上的驱动芯片，各所述译码选通器连接对应的驱动芯片，各所述驱动芯片连接所述显示电路。

在其中一个实施例中，所述驱动芯片为ULN2803驱动芯片。

一种LED显示屏的驱动方法，基于上述的驱动电路实现，所述方法包括：

主控模块发出控制信号；

消影选通模块根据所述控制信号进行选通后，输出显示信号与消影信号至LED显示屏的显示电路；其中，所述显示信号用于导通所述显示电路中需要显示的扫描线与电源之间的连接，所述消影信号用于输出消影电平至所述显示电路中需要消影的扫描线实现消影。

在其中一个实施例中，所述控制信号为PWM信号，所述消影电平的大小由所述PWM信号的幅值与脉宽确定。

一种LED显示屏，包括LED阵列、显示电路与上述的驱动电路，所述LED阵列通过所述显示电路连接电源，所述显示电路连接所述驱动电路。

在其中一个实施例中，所述显示电路包括两个以上的开关管，各所述开关管的控制端连接所述驱动电路，各所述开关管的第一端连接所述电源，各所述开关管的第二端分别连接所述LED阵列对应的扫描线。

上述LED显示屏的驱动电路及驱动方法，通过消影选通模块根据主控模块的控制信号选中除显示的扫描线之外的需消影的扫描线，调节PWM信号的脉宽与幅值输出消影电平至上述需消影的行扫描线，较大程度下拉泄放寄生电容的电荷实现消影，然后通过对消影电平的大小进行钳制避免LED的反压过大而被击穿，造成毛毛虫现象，使得LED显示屏的显示质量得到提升。

附图说明

图1为一实施例中LED显示屏的系统框图；

图2为一实施例中LED显示屏的驱动电路的电路结构图；

图3为一实施例中LED显示屏的驱动方法的流程图；

图4为一实施例中LED显示屏的驱动方法的时序示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

相比传统的显示设备，LED显示屏由于其显示色彩丰富、显示方式多样化、亮度高以及寿命长等优点，已经被广泛应用于金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等各个领域之中，带来了巨大的社会效益和丰厚的经济效益。与此同时，为了提高画面显示的清晰度与质量，除了在精进制作工艺上做出考虑以外，很多产商也采用增加LED显示屏的像素点的方式，来达到显示内容清晰灵动的目的。

目前，LED显示屏的驱动显示方式包括两种，第一种是静态显示方式，即LED阵列上显示某字符时，对应的发光二极管会恒定导通或截止，但此方法需占用较多的I/O口资源，成本较高。第二种是动态显示方式，即LED阵列上的发光二极管是轮流选通，并发送相应的段码，进行适当的延时后再选通下一位，只需保证循环选通的时间足够短即可实现显示。但是，随着LED显示屏像素点越来越多，间距越来越小，LED网络矩阵所配置的寄生参数也越来越多，采用动态显示的方式也不可避免的造成了诸多弊端。例如，在LED阵列采用逐行扫描的方式进行扫描切换时，由于实现控制的开关管打开与关闭，以及行线寄生电容上的电荷泄放需要一段时间，导致在下一行扫描线开启瞬间，上一行扫描线的未释放的电荷有了导通路径，通过导通路径上的上一行的发光二极管进行泄放，导致上一行扫描线异常隐亮，称之为鬼影现象。另外，在像素点间距越来越小之后，输出通道关闭时，因寄生电感的续流作用，会对通道处的寄生电容持续充电，形成很高的电压毛刺。此时如果行扫描线上加载的电压过低，会导致在发光二极管上的反向电压过大，造成毛毛虫现象。

因此，本申请针对上述由于LED矩阵行扫描线显示时对该行寄生电容的充电，以及LED灯短路损坏等情况，造成的LED显示屏中的某一行或某一个灯异常显示的现象，进而使得LED显示屏的显示质量下降的问题，提出一种LED显示屏的驱动电路及驱动方法，通过调节输出电压的幅值将发光二极管的电压控制在一个合适的位置，解决LED显示屏的上述显示问题。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种LED显示屏的驱动电路10，包括主控模块110与消影选通模块120，主控模块110连接消影选通模块120，消影选通模块120连接LED显示屏的显示电路20。主控模块110用于发出控制信号，控制信号经过消影选通模块120选通后，输出显示信号与消影信号至显示电路10；其中，显示信号用于导通LED显示屏中需要显示的扫描线与电源之间的连接，消影信号用于输出消影电平至LED显示屏的需要消影的扫描线实现消影。

其中，显示电路20为两个以上开关元件组成的电路，各开关元件对应控制LED阵列中一条扫描线与电源之间的连接，驱动电路10用于输出驱动信号至显示电路20，以驱动显示电路20的导通与断开。可以理解，显示电路20导通时，LED阵列对应的扫描线与电源连通后点亮，显示电路20断开时，LED阵列对应的扫描线与电源断开后熄灭。

具体地，主控模块110用于发出控制信号至消影选通模块120，控制消影选通模块120输出显示信号与消影信号至显示电路20。在一个实施例中，控制信号为PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)信号。对应地，主控模块110为可发出PWM信号的PWM信号发生器，其选型并不唯一，可以直接产生PWM信号的方波发生器，也可以是通过程序控制生成PWM信号的控制器，例如MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、CPLD(ComplexProgrammable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)与FPGA(Field Programmable GateArray，可编程逻辑器件)等，不作此限定，只要能实现产生PWM信号即可。

进一步地，消影选通模块120可根据主控模块110发出的PWM信号，对应选通后并行输出的显示信号与消影信号至显示电路20。其中，显示信号与消影信号即为输出至显示电路20的开关元件的驱动信号，可以理解为高低电平信号。其中，显示信号可以为高电平/低电平，消影信号也可以为低电平/高电平，可根据开关元件的导通条件来确定。例如在本实施例中，显示电路20的开关元件选用P沟道型MOS管，栅极输入为低电平时导通，那么显示信号为低电平，消影信号为高电平。显示信号输出至显示电路20的开关元件后，该开关元件导通，对应需要显示的扫描线上的发光二极管得到后点亮显示。同样地，消影信号也是输出至显示电路20的开关元件上，但由于消影信号为PWM信号生成，通过调节PWM信号的脉宽与幅值，即可控制开关元件的导通与断开的时间，进而控制从电源接入到需要消影的扫描线上的消影电平大小，通过合理控制至较低的消影电平在扫描切换时，将上一扫描线上被充电的寄生电容的电荷下拉快速泄放，即可实现所有需要消影的扫描线的消影。

进一步地，通过分别调节PWM信号的脉宽(水平方向)与幅值(垂直方向)，可实现消影电平大小较小幅度的变化。例如，在消影信号为高电平时，目前的消影电平的幅值为2.7V，如果此时再增加幅值，可能消影电平的幅值就增大至2.8V。但当需要的变化幅度较小时，可以通过调节PWM信号的脉宽实现，如当目前的消影电平的幅值为2.7V时，将脉宽打开一点，可能消影电平的幅值只会增大至2.705V，可以较好的满足消影电平大小的调节。

其中，消影电平的大小并不固定，可依据实际选择的LED阵列规格进行设定。具体地，消影电平需小于LED阵列的导通电压，当消影电平低于LED阵列的导通电压时，寄生电容上的电荷泄放至消影电平，在下一行导通时也无法将寄生电容导通路径上的发光二极管点亮，即不会出现鬼影现象。另外，在进行消影电平控制时，虽然设置的消影电平越低，寄生电容的电荷泄放越快，但仍需考虑较低的消影电平形成的发光二极管两端的反向电压。可以理解，反向电压越大，可能导致发光二极管被反向击穿，那么该发光二极管所在的扫描线将出现常亮现象，即毛毛虫现象。因此，通常在调节时，会通过提高消影电平，使发光二极管两端的压差也小于其正向导通电压。例如，日常使用的红色LED发光二极管的正向电压(Forward Voltage)VF为1.6～2.4V，绿色和蓝色LED发光二极管的正向电压VF为2.4～3.4V。因此，例如在接入的为5V的电源时，将消隐电压控制在3V～3.4V时是一个比较合理的选择。

此外，需要显示的扫描线与需要消影的扫描线的确定，可根据动态显示方式所选择的扫描方式确定，不作此限定。例如采用逐行扫描的方式时，可以理解每次需要显示的扫描线为LED阵列中的其中一个行扫描线，其他的行扫描线均为需要消影的扫描线。还例如采用从行向的两边往中间扫描时，需要显示的扫描线也可以是LED阵列中的两行扫描线，同样其他的行扫描线均为需要消影的扫描线。在其他实施例中，需要显示的扫描线与需要消影的扫描线确定的方式可根据本领域技术人员认可的方式实现，不作赘述。

上述LED显示屏的驱动电路，通过消影选通模块根据主控模块的控制信号选中除显示的扫描线之外的需消影的扫描线，调节PWM信号的脉宽与幅值输出消影电平至上述需消影的行扫描线，较大程度下拉泄放寄生电容的电荷实现消影，然后通过对消影电平的大小进行钳制避免LED的反压过大而被击穿，造成毛毛虫现象。另外，由于提早采用消影电平进行钳位，节省了寄生电容泄放电荷所占用的时间，增加了显示的时间，减小GCLK频率，进而减少高频噪声问题，使得LED显示屏的显示质量得到提升。

在一个实施例中，如图1所示，消影选通模块120包括译码选通单元121以及钳位保护单元122，译码选通单元121连接主控模块110与钳位保护单元122，钳位保护单元122连接显示电路20。

具体地，译码选通单元121用于根据主控模块110发出的PWM信号，对应选通后并行输出的显示信号与消影信号。钳位保护单元122连接显示电路20，用于根据显示电路20的开关元件的导通条件，将显示信号与消影信号进行电位翻转后输出至显示电路20。其中，并行输出消影信号至需要消影的扫描线对应的显示电路20的开关元件上，即可同时实现多行控制消影。

在一个实施例中，译码选通单元121包括两个以上的移位寄存器与译码选通器，一个移位寄存器对应连接一个译码选通器，各移位寄存器与各译码选通器均连接主控模块110，各译码选通器还连接钳位保护单元122。具体地，通过增加并联的移位寄存器即可实现不限定维数的LED阵列的显示。

在一个实施例中，如图2所示，译码选通器为74HC238译码选通器。具体地，74HC238译码选通器的输出为8选一。下表为74HC238译码选通器的真值表，从表中可以看出，选中的一行输出为高电平，作为显示信号；其余七行输出为低电平，作为消影信号。

在一个实施例中，钳位保护单元122包括两个以上的驱动芯片，各译码选通器连接对应的驱动芯片，各驱动芯片连接显示电路20。具体地，驱动芯片可将译码选通器输出的显示信号与消影信号输出至显示电路20对应的开关元件上，实现电平转换的同时，消除噪声干扰。

在一个实施例中，如图2所示，驱动芯片为ULN2803驱动芯片。其中，ULN2803驱动芯片将译码选通器输出的显示信号与消影信号进行电平转换后输出至显示电路20，实现其开关元件的驱动功能。另外，内部已经为每一路晶体管的集电极设置二极管，可实现保护作用。

在一个实施例中，如图3所示，提供一种LED显示屏的驱动方法，基于上述的驱动电路20实现，方法包括：

步骤302：主控模块发出控制信号。

具体地，主控模块用于发出控制信号至消影选通模块，控制消影选通模块输出显示信号与消影信号至显示电路。在一个实施例中，控制信号为PWM信号。对应地，主控模块为可发出PWM信号的PWM信号发生器，其选型并不唯一，可以直接产生PWM信号的方波发生器，也可以是通过程序控制生成PWM信号的控制器，例如单片机MCU、可编程逻辑器件CPLD与FPGA等，不作此限定，只要能实现产生PWM信号即可。

步骤304：消影选通模块根据控制信号进行选通后，输出显示信号与消影信号至LED显示屏的显示电路；其中，显示信号用于导通显示电路中需要显示的扫描线与电源之间的连接，消影信号用于输出消影电平至显示电路中需要消影的扫描线实现消影。

具体地，消影选通模块根据主控模块发出的PWM信号，对应选通后并行输出的显示信号与消影信号至显示电路。其中，显示信号与消影信号即为输出至显示电路的开关元件的驱动信号，可以理解为高低电平信号。其中，显示信号可以为高电平/低电平，消影信号也可以为低电平/高电平，可根据开关元件的导通条件来确定。例如在本实施例中，显示电路的开关元件选用P沟道型MOS管，栅极输入为低电平时导通，那么显示信号为低电平，消影信号为高电平。显示信号输出至显示电路的开关元件后，该开关元件导通，对应需要显示的扫描线上的发光二极管得到后点亮显示。同样地，消影信号也是输出至显示电路的开关元件上，但由于消影信号为PWM信号生成，通过调节PWM信号的脉宽与幅值，即可控制开关元件的导通与断开的时间，进而控制从电源接入到需要消影的扫描线上的消影电平大小，通过合理控制至较低的消影电平在扫描切换时，将上一扫描线上被充电的寄生电容的电荷下拉快速泄放，即可实现所有需要消影的扫描线的消影。

在一个实施例中，消影电平的大小由PWM信号的幅值与脉宽确定。具体地，通过分别调节PWM信号的脉宽(水平方向)与幅值(垂直方向)，可实现消影电平大小较小幅度的变化。其中，消影电平的大小并不固定，可依据实际选择的LED阵列规格进行设定。具体地，消影电平需小于LED阵列的导通电压，当消影电平低于LED阵列的导通电压时，寄生电容上的电荷泄放至消影电平，在下一行导通时也无法将寄生电容导通路径上的发光二极管点亮，即不会出现鬼影现象。另外，在进行消影电平控制时，虽然设置的消影电平越低，寄生电容的电荷泄放越快，但仍需考虑较低的消影电平形成的发光二极管两端的反向电压。可以理解，反向电压越大，可能导致发光二极管被反向击穿，那么该发光二极管所在的扫描线将出现常亮现象，即毛毛虫现象。

LED显示屏的驱动方法所提供的解决问题的实现方案与上述LED显示屏的驱动电路中所记载的实现方案相似，故上述所提供的一个或多个LED显示屏的驱动方法实施例中的具体限定可以参见上文中对于LED显示屏的驱动电路的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种LED显示屏，包括LED阵列、显示电路20与上述的驱动电路10，LED阵列通过显示电路20连接电源，显示电路20连接驱动电路10。在一个实施例中，显示电路20包括两个以上的开关管，各开关管的控制端连接驱动电路，各开关管的第一端连接电源，各开关管的第二端分别连接LED阵列对应的扫描线。

其中，显示电路20中所选用的开关管为P沟道的Mos管，具体为4953Mos管，各Mos管的栅极作为控制端，源极作为第一端，漏极作为第二端。驱动电路10输出显示信号与消影信号至各Mos管的栅极，以驱动各Mos管的导通与断开。其中，显示信号为低电平，消影信号为高电平。接收到显示信号的Mos管导通，将对应连接的LED阵列的扫描线与电源连通后点亮。接收到消影信号的Mos管，根据消影信号的PWM波形，对应控制接入LED阵列的扫描线的消影电压大小，进行钳位后实现消影。

如图2与图4所示，以下以8个发光二极管组成的LED阵列为例对驱动电路20的工作原理进行解释说明。由于LED阵列只有8个扫描线，所以无需移位寄存器，主控模块直接连接74HC238译码选通器输出控制信号，74HC238译码选通器根据控制信号输出Y0-Y7的驱动信号至ULN2803驱动芯片，ULN2803驱动芯片对该驱动信号进行电平转换后，通过OUT1-OUT8输出至显示电路的各Mos管。当Mos管导通时，发光二极管由VCC至恒流ic的回路实现点亮。

进一步地，假设LED阵列的扫描方式为逐行扫描，则首先S0行进行显示，Y0输出为显示信号，Y1-Y7为消影信号，对应的，OUT1为电平转换后的显示信号，OUT2-OUT8为电平转换后的消影信号。接收到显示信号的S0行的Mos管导通，将S0扫描线与电源连通后点亮吗，实现显示。接收到消影信号S1-S7行的Mos管，根据消影信号的PWM波形，对应控制从VCC上接入至S1-S7行扫描线的消影电压大小，进行钳位后实现消影。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED显示屏的驱动电路，其特征在于，包括：主控模块与消影选通模块，所述主控模块连接所述消影选通模块，所述消影选通模块连接LED显示屏的显示电路；

所述主控模块用于发出控制信号，所述控制信号经过所述消影选通模块选通后，输出显示信号与消影信号至所述显示电路；其中，所述显示信号用于导通所述LED显示屏中需要显示的扫描线与电源之间的连接，所述消影信号用于输出消影电平至所述LED显示屏的需要消影的扫描线实现消影。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述消影选通模块包括译码选通单元以及钳位保护单元，所述译码选通单元连接所述主控模块与所述钳位保护单元，所述钳位保护单元连接所述显示电路。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述译码选通单元包括两个以上的移位寄存器与译码选通器，一个所述移位寄存器对应连接一个所述译码选通器，各所述移位寄存器与各所述译码选通器均连接所述主控模块，各所述译码选通器还连接所述钳位保护单元。

4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述译码选通器为74HC238译码选通器。

5.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述钳位保护单元包括两个以上的驱动芯片，各所述译码选通器连接对应的驱动芯片，各所述驱动芯片连接所述显示电路。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片为ULN2803驱动芯片。

7.一种LED显示屏的驱动方法，基于权利要求1-6中任意一项所述的驱动电路实现，其特征在于，所述方法包括：

主控模块发出控制信号；

消影选通模块根据所述控制信号进行选通后，输出显示信号与消影信号至LED显示屏的显示电路；其中，所述显示信号用于导通所述显示电路中需要显示的扫描线与电源之间的连接，所述消影信号用于输出消影电平至所述显示电路中需要消影的扫描线实现消影。

8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，所述控制信号为PWM信号，所述消影电平的大小由所述PWM信号的幅值与脉宽确定。

9.一种LED显示屏，其特征在于，包括LED阵列、显示电路与权利要求1-6中任意一项所述的驱动电路，所述LED阵列通过所述显示电路连接电源，所述显示电路连接所述驱动电路。

10.根据权利要求9所述的LED显示屏，其特征在于，所述显示电路包括两个以上的开关管，各所述开关管的控制端连接所述驱动电路，各所述开关管的第一端连接所述电源，各所述开关管的第二端分别连接所述LED阵列对应的扫描线。

Images