CN114399978A - 一种led背光动态节能的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LED背光动态节能的控制方法及系统，属于LED驱动芯片技术领域。针对现有技术中存在的LED背光芯片的通道间的电压因产品差异而产生较大的差别，无法实现供电电压的调节等问题，本发明通过对LED显示单元最低电压进行判断，再通过DC转换对LED供电电压进行减小，让LED电压达到正常显示情况下的最小电压值，在保证显示效果的情况下减少芯片的功耗，使得在不同LED压降情况下，保证发光效率尽可能提高，芯片功率耗散减少，从而达到节能的目的。

Description

一种LED背光动态节能的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及LED驱动芯片技术领域，更具体地说，涉及一种LED背光动态节能的控制方法及系统。

背景技术

LED显示屏由于其低功耗、寿命长、成本低等特点，在户外、室内的不同场景下，能够给用户直观的展现不同的信息，因此得到了市场和用户的认可。在市场需求的驱动下，LED技术不断发展，已经能够实现在小电流的情况下驱动LED灯珠发光，从而实现低功耗的追求。同时对LED更高清晰度和对比度的要求，LED显示屏依靠背光技术，对不同分区的背光亮度调节，从而实现更好的对比度效果，增强了区块之间的亮暗差别，从而达到更好的图像效果。

在LED背光芯片的设计中，一般仍然通过常用LED芯片进行驱动，通过控制小电流值对不同通道进行驱动，如公开日为2021年11月26日申请号为CN202120994758.7的专利一种LED动态调光背光模组，通过芯片外部切换不同的工作模式，从而达到芯片内部实现设置好的不同灰度电流等级，从而调整不同的亮度。但在一块芯片上不同通道的灯珠存在差异，这就会导致芯片通道上的电压不一致，通道间的电压差值可能过大。

此外，在通道电压过大的情况下，LED发光效率较低，导致芯片功耗较大；但通道电压较小，则会导致LED无法正常显示。在现有方法中，通常是通过对过大电压和过小电压进行折中，选择适当的电压来达到较好的效果，但这种方法仍然无法很好的解决问题，因为不同灯珠与芯片之间存在差异，无法保证取得的电压值适配所有情况。所以在部分方案中，选择忽视该问题，任由该部分功率增加。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的LED背光芯片的通道间的电压因产品差异而产生较大的差别，无法实现供电电压的调节等问题，本发明提供了一种LED背光动态节能的控制方法及系统，在芯片内部识别出通道电压，比较并判断出最低电压，将最低电压进行输出，从而根据最低电压调整LED电源电压的大小，让LED电压达到正常显示情况下的最小电压值，在保证显示效果的情况下减少芯片的功耗。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

第一方面，本发明公开一种LED背光动态节能的控制方法，通过DC电压控制单元对芯片内产生的反馈电压通过电阻分压进行调节控制，降低反馈电压的影响，输出电压对显示单元重新供电；所述反馈电压为芯片读取显示单元各通道的电压，将各通道电压进行比较，选择输出电压最低的通道电压。

由于显示单元的LED灯珠的批次问题，容易导致芯片通道端口电压会有差异，需要对不同通道的电压进行识别，尽可能的减小通道口的电压有助于提高功率。当通道电压被读取后，需要对所有通道的电压进行比较，比较通道电压的最小值，并保留此最小值，由此判断LED显示单元最低的通道电压。在得到最低电压值后，通过芯片输出端口输出，在芯片外部设置DC电压控制单元通过合适的电阻分压比例，实现对输出电压权重的调整，对原本的供电电压进行调整，从而对LED显示单元供电电压进行调整。

本发明比较获取显示单元中电压最低的通道电压作为反馈电压，通过DC电压控制单元的控制，实现对LED背光芯片的动态调节，本发明尽可能的减小通道电压，有助于提高整体功率，从而达到节能的目的。

更进一步的，各通道电压比较时将各通道电压分为若干组，得到每组通道电压中的最低通道电压；再将前一次比较后的通道电压分组，直至输出一个通道的电压，该通道的电压即各通道电压中电压最低的通道电压，即反馈电压。一般来说，在对通道电压分组时采用两两分组的方式，应用中也可以根据需求进行任意数量的分组。

更进一步的，每次通道电压的比较在一个比较周期内完成，每个比较周期结束前空置一个时钟周期；比较结束产生一个时钟周期的完成信号。完成电压比较后产生完成信号，在收到完成信号确认完成比较后才通过开关进行输出最小通道电压即反馈电压。

更进一步的，各通道电压信号转换为数字信号，比较器对数字信号的电压进行比较，输出电压最低的通道电压。

更进一步的，选择器选择不同通道的电压，使用模数转换器进行识别，将各通道的电压信号转换为数字信号，并将各数字信号存入存储器中，通过比较器对数字信号的电压进行比较，得到最低电压对应的数字信号，通过选择器输出最低通道电压。

更进一步的，每个通道电压在一个通道周期内完成采样及数模转换后的存储，比较结束产生一个时钟周期的完成信号。

本发明提出了一种LED背光芯片动态节能的控制方法，通过对LED显示单元最低电压进行判断，再通过DC转换对LED供电电压进行减小，使得在不同LED压降情况下，保证发光效率尽可能提高，芯片功率耗散减少，从而达到节能的目的。

第二方面，本发明公开一种LED背光动态节能的控制系统，使用所述的一种LED背光动态节能的控制方法，所述系统包括芯片内的电压读取单元、电压比较单元、选择器单元和电压输出单元，以及芯片外的显示单元和DC电压控制单元；

显示单元连接电压读取单元，电压读取单元还与电压比较单元和选择器单元连接，电压比较单元还连接选择器单元，选择器单元还连接电压输出单元，电压输出单元还连接DC电压控制单元，DC电压控制单元连接显示单元。

更进一步的，电压比较单元和选择器单元包括若干比较器和若干选择器，通道电压连接前一级比较器的输入端，前一级比较器的输出端连接前一级选择器的输入端，前一级选择器的输出端连接下一级比较器的输入端，以此类推。多级比较器和选择器的设置用于多周期的进行电压比较，直至获得电压最小的通道电压为止。

更进一步的，比较单元和选择器单元包括选择器、模数转换器、存储器和比较器，通道电压通过选择器输入模数转换器，在模数转换器将电压信号转换为数字信号并存储在存储器中，通过比较器对存储器中数字信号的电压进行比较，得到最小的电压数值。

更进一步的，DC电压控制单元包括电阻R1、R2、R3和DC-DC转换器，电阻R1、R2和R3的一端均与DC-DC转换器连接，电阻R3的另一端连接芯片反馈信号端，电阻R1的另一端连接电源，电阻R2的另一端接地，DC-DC转换器的另一端连接显示单元。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明通过对原有LED阵列端口的电压进行识别，判断出最低电压值，再通过电压控制后进行输出，本发明通过对芯片外部的电压进行调整，从而对LED显示单元的电压进行调整，保证显示单元LED的供电电压尽可能小，从而提高LED灯珠的发光有效率，并能够降低芯片的功率耗散。

本发明对芯片原有功能不产生额外影响，并可通过增加有限的面积，由用户自行选择是否使用该功能。通过本发明的技术方案，可实现LED背光芯片的动态调节，且不受到LED批次和型号的影响，实现动态节能的控制。

附图说明

图1为本发明的整体架构示意图；

图2为本发明显示单元与芯片的连接示意图；

图3为本发明的一种电压比较单元与选择器单元结构示意图；

图4为图3所示电压比较单元与选择器单元电路示意图；

图5为图3所示电压比较单元与选择器单元时序结构图；

图6为本发明的另一种电压比较单元与选择器单元结构示意图；

图7为图6所示电压比较单元与选择器单元时序结构图；

图8为本发明电压输出单元与DC电压控制单元示意图；

图中标号表示：

101、电压读取单元；102、电压比较单元；103、选择器单元；104、电压输出单元；

201、显示单元；202、DC电压控制单元。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例公开一种LED背光芯片动态节能的控制方法，所述控制方法的执行包括芯片外和芯片内两部分。如图1所示，芯片内包括电压读取单元101、电压比较单元102、选择器单元103和电压输出单元104，芯片外包括显示单元201和DC电压控制单元202；电压读取单元101与电压比较单元102和选择器单元103均连接，电压比较单元102还连接选择器单元103，选择器单元103连接电压输出单元104，输出信号连接芯片外的DC电压控制单元202，在显示单元201上显示。

以通过32个通道控制32颗LED灯珠为例，芯片内电压读取单元101读取通道CH0-31个32个通道的通道电压，电压读取单元101在需要进行电压控制时，根据控制信号实现对通道电压的读取。电压读取单元101将读取到的32个电压值Vch0-31发送至电压比较单元102进行电压比较，判断出最小的电压值，并记录该电压的通道。选择器单元103结合电压读取单元101读取的电压和电压比较单元102发送的最小电压的通道，将电压比较的结果输出，从而得到最小的电压Vch_low，并在得到输出信号后，通过电压输出单元104在芯片端口FBO（Feedback Out）输出反馈电压Vfb，该功能用于调节电压，在应用中可根据实际使用情况选择是否使用。

如图1所示，芯片内电压输出单元104得到的反馈电压Vfb后，通过芯片外部PCB板上设置DC电压控制单元202对反馈电压Vfb进行调节，通过预设的电压比例调节发送给显示单元201供电的电压Vled，使得显示单元201显示数据，显示时仍可以根据实际需求再次输入控制信号进行电压调节。当对显示效果不满意时，可以通过DC电压控制单元202控制Vfb对预设Vled电压的权重，从而实现Vled电压的调整幅度。

如图2所示显示单元201和芯片的连接示意图，LED显示阵列通过相同的显示电压Vled的控制，由于LED灯珠的批次与生产差异，在相同的电压Vled的工作情况下，在不同通道CH0-31的端口电压Vch0-31会产生差异，因此需要对Vled进行调整，在保证显示效果的前提下，本实施例将电压Vch0-31尽可能减小，从而实现功耗的减小。

图3所示为本实施例的一种电压比较单元102和选择器单元103结构示意图，将通道电压进行两两分组，输入电压比较单元102进行比较，将电压低的通道电压值输入选择器单元103，再进行下一周期的两两分组及比较，直至选择器单元103只输出一个通道的电压。如图3所示，在不同的通道之间，通过分周期进行相互之间的比较。如将所有通道的电压两两分组，将CH0通道的电压Vch0与CH1通道的电压Vch1进行比较后保留电压小的，将CH2通道的电压Vch2与CH3通道的电压Vch3进行比较后保留电压小的，以此类推，以此为基准进行第一次比较P1，在第一个周期内通过16个比较单元比较出16个结果，然后再根据第一个周期的结果进行第二次比较周期P2，得到8个结果。对于32个通道的电压，通过五次的周期比较后，可以得到最终的输出电压Vch_low，即为CH0-31所有通道中最低的电压。

图3所示的电压比较单元102和选择器单元103的具体电路示意如图4所示，包括比较器和选择器，以CH0通道和CH1通道为例，将CH0通道电压和CH1通道电压输入比较器，在通过比较器CMP后，如果CH0>CH1输出1，则通过选择器输出CH1；CH0<CH1输出0，则通过选择器输出CH0，即能在比较周期内得到最低电压。

图5为基于图3和图4架构的一种电压比较单元102和选择器单元103的时序图。在时间周期CLK内，当进行调节操作时，控制信号Start控制开始电压动态调节操作。在Start后，设置五个比较周期，每一个比较周期会在预设的时钟周期内进行比较，并且在每一个比较周期内，空置一个时钟周期；比较周期的长度没有限制，可根据实际情况自行设定，本实施例比较周期如图所示为三个时钟周期。如图5所示，在P1-P5五个比较周期后，会自动产生一个时钟周期的完成信号Done，表示已完成最低电压的输出。

图8所示为本实施例电压输出单元104和DC电压控制单元202的示意图，电压输出单元104包括比较器，比较输入最低的通道电压，比较器的输出端连接DC电压控制器的输入端。DC电压控制单元202包括若干个电阻和DC-DC转换器，如图8所示，电阻为R1、R2和R3，电阻R1、R2和R3的一端均与DC-DC转换器连接，电阻R3的另一端连接芯片反馈信号端FBO，电阻R1的另一端连接电源，电阻R2的另一端接地，DC-DC转换器的另一端连接显示单元201的LED灯珠。

电压输出单元104的比较器输入在电压比较单元102完成比较后输出的最小电压Vch_low，当电压比较完成后等待完成信号Done，然后电压输出单元104输出最小电压Vch_low至芯片反馈信号端FBO，在反馈信号端FBO输出电压Vfb后，对电阻R1、R2、R3的组织进行分配，从而实现Vfb对Vout电压的权重影响，当电阻R1、R2不变时，如果增加电阻R3的阻值，根据分压原理，Vout将会在相同Vfb的情况下降低，从而降低Vfb对Vout的影响，在得到Vout后通过DC-DC转换器驱动Vled电压值。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的电压比较单元102和选择器单元103将电压信号转换为数字信号再进行比较后输出。

图6所示为本实施例电压比较单元102和选择器单元103结构示意图，包括选择器MUX、模数转换器ADC、存储器SRAM和比较器CMP，通道电压通过选择器MUX输入模数转换器ADC，将电压信号转换为数字信号，存储在存储器SRAM中，通过比较器CMP对数字信号的电压进行比较，得到最小的电压数值。

还是以32个通道为例，先通过选择器MUX选择不同通道的电压，使用模数转换器ADC进行识别，将32个通道的32个电压信号转换为数字信号，并将32个数字信号存入存储器SRAM中，通过数字单元的比较器CMP对数字信号的电压进行比较，从而得到最低电压对应的数字信号Code_low，通过选择器MUX输出最低通道电压Vch_low。

图7所示为图6所述的电压比较单元102和选择器单元103的时序图。在时钟CLK周期内，在控制信号Start后，通过数字信号切换选择器MUX对不同通道，通过模数转换器ADC进行采样与保持，通道周期的长度没有限制，本实施例不同的通道周期为两个时钟周期，实际应用中可根据需要自定义。在P0周期对通道CH0进行采样，并在电压比较单元102的模数转换器ADC转换后存入存储器SRAM内，在P1周期对CH2进行采样并将模数转换后的数据存储，以此类推，进行周期转换，在完成比较后，输出一个时钟周期长度的完成信号Done，表示所有通道电压转为数字信号，并判断出最低值，输出最低电压。将电压信号转换为数字信号能够有效地减少芯片面积，并能够通过模数转换单元ADC实现更高时钟频率的判断，从而不会增加时间。同时，模数转换器ADC在实际运用中也能够得到更好的效果。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种LED背光动态节能的控制方法，其特征在于，通过DC电压控制单元对芯片内产生的反馈电压通过电阻分压进行调节控制，降低反馈电压的影响，输出电压对显示单元重新供电；所述反馈电压为芯片读取显示单元各通道的电压，将各通道电压进行比较，选择输出电压最低的通道电压。

2.根据权利要求1所述的一种LED背光动态节能的控制方法，其特征在于，各通道电压比较时将各通道电压分为若干组，得到每组通道电压中的最低通道电压；再将前一次比较后的通道电压分组，直至输出一个通道的电压，该通道的电压即各通道电压中电压最低的通道电压，即反馈电压。

3.根据权利要求2所述的一种LED背光动态节能的控制方法，其特征在于，每次通道电压的比较在一个比较周期内完成，每个比较周期结束前空置一个时钟周期；比较结束产生一个时钟周期的完成信号。

4.根据权利要求1所述的一种LED背光动态节能的控制方法，其特征在于，各通道电压信号转换为数字信号，比较器对数字信号的电压进行比较，输出电压最低的通道电压。

5.根据权利要求4所述的一种LED背光动态节能的控制方法，其特征在于，选择器选择不同通道的电压，使用模数转换器进行识别，将各通道的电压信号转换为数字信号，并将各数字信号存入存储器中，通过比较器对数字信号的电压进行比较，得到最低电压对应的数字信号，通过选择器输出最低通道电压。

6.根据权利要求5所述的一种LED背光动态节能的控制方法，其特征在于，每个通道电压在一个通道周期内完成采样及数模转换后的存储，比较结束产生一个时钟周期的完成信号。

7.一种LED背光动态节能的控制系统，其特征在于，使用如权利要求1-6任意一项所述的一种LED背光动态节能的控制方法，所述系统包括芯片内的电压读取单元、电压比较单元、选择器单元和电压输出单元，以及芯片外的显示单元和DC电压控制单元；

显示单元连接电压读取单元，电压读取单元还与电压比较单元和选择器单元连接，电压比较单元还连接选择器单元，选择器单元还连接电压输出单元，电压输出单元还连接DC电压控制单元，DC电压控制单元连接显示单元。

8.根据权利要求7所述的一种LED背光动态节能的控制系统，其特征在于，电压比较单元和选择器单元包括若干比较器和若干选择器，通道电压连接前一级比较器的输入端，前一级比较器的输出端连接前一级选择器的输入端，前一级选择器的输出端连接下一级比较器的输入端，以此类推。

9.根据权利要求7所述的一种LED背光动态节能的控制系统，其特征在于，比较单元和选择器单元包括选择器、模数转换器、存储器和比较器，通道电压通过选择器输入模数转换器，在模数转换器将电压信号转换为数字信号并存储在存储器中，通过比较器对存储器中数字信号的电压进行比较，得到最小的电压数值。

10.根据权利要求7所述的一种LED背光动态节能的控制系统，其特征在于，DC电压控制单元包括电阻R1、R2、R3和DC-DC转换器，电阻R1、R2和R3的一端均与DC-DC转换器连接，电阻R3的另一端连接芯片反馈信号端，电阻R1的另一端连接电源，电阻R2的另一端接地，DC-DC转换器的另一端连接显示单元。

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