CN1258169C - 双电压电源设备 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种双电压电源设备,该双电压电源设备包括:双电压电源部分,用于对施加到负载的正电压进行正向偏置和/或对施加到负载的负电压进行反向偏置,所述负载包括多个成对或成组LED;以及彩色LED驱动器,用于控制双电压电源设备的运行过程以将正电压和/或负电压施加到负载,将双电压电源设备构造为一个模块,其中多个模块有助于构造显示各种图像或运动图像的图像显示系统。
Description
技术领域
本发明涉及用于提供具有正极和负极的双电源电压的彩色LED(发光二极管)驱动设备,更具体地说,本发明涉及包括LED驱动器和双电源部分、用于控制多个串型LED的驱动过程的双电压电源设备,所述多个串型LCD将互相并联的LED连接到图像显示系统,该图像显示系统将多个互相并联的双色LED适当设置在印刷电路板上或电路板上。
背景技术
通常,在诸如电路板的图像显示系统中,LED广泛用作分立元件或组合元件用于显示运动图像或固定图像。为该图像显示系统设置亮度调制设备以确定LED的亮度级。该亮度调制设备采用线性固定脉宽调制方法获得与作为图像信息输入其内的驱动值(亮度级)对应的适当亮度,但是它的调制范围有限,因为受到驱动频率的限制。这样就限制了图像显示系统的清晰度和分辨率。
为了克服这些问题,1998年3月9日提交的第260196号韩国专利申请公开披露了一种设置了非线性高级图像驱动设备,该非线性高级图像驱动设备采用非线性可变脉宽调制方法。图像显示系统接收具有预定亮度驱动信息的输入图像信号作为数字值,将该信息信号转换为非线性可变脉宽调制信号,并将该调制脉冲信号送到LED驱动器,用于以对应于其的亮度级驱动LED,这样就可以在显示器上以高清晰度和高分辨率显示图像了。
相反,即使可以对多个LED进行亮度控制,仍应该将LED的驱动电流调节到最佳状态。也就是说,假定LED驱动器根据如何对LED施加驱动电流来确定图像显示设备的性能。因此,提高LED驱动器性能的技术成为非常重要的问题。
然而,已经利用多个双极型晶体管缓冲器和限流电阻构造了LED驱动器。以下将参考图1说明典型的多LED驱动器。
LED驱动器包括多个端子,其中端子X0通过电阻器与晶体管Tr0相连,所述晶体管的发射极连接到电源端Vcc,端子X1至Xn分别通过电阻器与晶体管Tr1至Trn依次相连。晶体管Tr1至Trn分别与发光二极管LED1至LEDn相连,发光二极管LED1至LEDn通常与晶体管Tr0的发射极相连。众所周知,LED的阴极作为控制端,阳极作为公共端,将发光二极管的驱动电源配置为一个单独电源。但是,LED驱动器需要n+1个晶体管来运行发光二极管LED1至LEDn,并且需要n+1个独立开关来运行晶体管Tr1至Trn。例如,需要包括两条照明控制线、一条电源线以及一条开关控制线在内的四条引线来使两个发光二极管发光。因此,其缺陷在于,需要多条引线来对应发光二极管的数量。
1996年11月26日授予Mr.Klaas Van Zalinge的、标题为“a LEDdriver”的第5,966,110号美国专利披露了一种用于驱动多个发光二极管的改进型技术。如果将LED驱动器表示为等效电路,则其第一端与公共输出级相连,其各第二端分别接收其相位不同并被适当整流的正弦信号以使多对二极管发光。也就是说,如图2所示,LED驱动器具有包括地线、分别通过电阻器R与对应于一个电源的5V电源线相连的开关SW3和SW4的成对的线W3和W4在内的三条引线。地线通常与多个LED组DL1至DLn的耦合端相连,并且该成对的线通过每个开关SW3和SW4连接到多个LED组DL1至DLn的另一端。将多个LED组中的每个LED组作为互相并联的一对LED的一个单元来构造。其特征在于,LED驱动器采用一个电源并具有两条控制线。因此,在接通开关SW3后,驱动与线W3相连的多个LED组DL1至DLn内的一个LED,相反,在接通开关SW4后,驱动与线W4相连的多个LED组DL1至DLn的另一个LED。在此,可以将LED组按照不同颜色LED配对,因此彩色LED单独发光或同时发光以将不同颜色互相混合,从而显示有效彩色图像。
但是,该LED的缺陷在于,如果将成对LED组直接连接到引线上,而未将并联成对LED安装到印刷电路板上,则需要三条引线并且具有大量连接点。
因此,众所周知,如果能够容易地将多个成对或成组LED安装到印刷电路板上,则可以将引线的数量降低到最少并且可以容易地对成组LED进行驱动控制,这样最好不过了。
为了解决这些问题和缺陷,本发明的目的是提供一种包括LED驱动器和双电源部分、用于控制多个串型LED的驱动过程的双电压电源设备,所述多个串型LCD将成对或成组LED互相并联在一起。
本发明的另一个目的是提供一种包括LED驱动器和双电源部分、用于控制在其印刷电路板上或电路板上设置多个互相并联的双色LED的图像显示系统的驱动过程的双电压电源设备。
本发明的另一个目的是提供一种包括LED驱动器和双电源部分、用于控制同时并联到双电源电压的两条引线上的多个LED的驱动过程的双电压电源设备。
发明内容
根据本发明,双电压电源设备,该双电压电源设备包括:正电压电源部分,包括与正电压端相连用于正向偏置正电压的场效应晶体管;负电压电源部分,包括与负电压端相连用于反向偏置负电压的场效应晶体管;以及彩色LED驱动器,包括:第一控制端、第二控制端、第一输出端以及第二输出端,第一和第二输出端分别与正电压电源部分的场效应晶体管的栅极和负电压电源部分的场效应晶体管的栅极相连,其中,根据输入到第一和第二控制端的信号,第一输出端和第二输出端中的一个输出端输出使与其相连的场效应晶体管导通的信号。
本发明还提供了一种图像显示系统,包括:多个双电压电源设备,每个双电压电源设备包括:正电压电源部分,包括与正电压端相连用于正向偏置正电压的场效应晶体管;负电压电源部分,包括与负电压端相连用于反向偏置负电压的场效应晶体管;以及彩色LED驱动器,包括:第一控制端、第二控制端、第一输出端以及第二输出端,第一和第二输出端分别与正电压电源部分的场效应晶体管的栅极和负电压电源部分的场效应晶体管的栅极相连,其中,根据输入到第一和第二控制端的信号,第一输出端或第二输出端输出使与其相连的场效应晶体管导通的信号;微处理器部分,用于控制所述多个双电压电源设备;以及电源,用于向所述多个双电压电源设备供电。
附图说明
现在,将参考附图详细说明本发明。
图1是说明具有一个电源端、用于驱动多个LED的传统驱动器的电路图;
图2是说明具有一个电源设备、用于驱动多个LED的另一个传统驱动器的等效电路图;
图3是说明根据本发明一个实施例的、设置彩色LED驱动器的双电压电源设备的电路图;
图4是说明对双电压电源设备互相并联设置的多对LED的连接电路图;
图5是说明根据本发明另一个实施例的双电压电源设备的电路图;
图6是说明根据本发明另一个实施例的双电压电源设备的电路图;
图7A和图7B是说明图5和图6所示每个彩色驱动器的开关部分的电路图;
图8是说明微处理器部分控制在预定设置内配置的多个双电压电源设备的控制原理的方框图。
具体实施方式
图3是设置了彩色LED驱动器的双电压电源设备的电路图。双电压电源设备1包括:双电压电源部分,包括用于对负载选择性提供+5V和-5V双电压的正电压电源部分7和负电压电源部分8;以及彩色LED驱动器,用于控制正电压电源部分和负电压电源部分输出其相应电压。
图4示出与双电压电源设备1相连的负载。该负载包括互相并联的多个LED或者互相并联的多对LED。
在双电压部分,正电压电源部分7包括:N沟道场效应晶体管Q1,用于正向偏置对一个电源端施加的正电压+5V;N沟道场效应晶体管Q2,用于反向偏置对另一个电源端施加的负电压-5V。在彩色LED驱动器9的控制下驱动正电压电源部分7和负电压电源部分8。彩色LED驱动器9的控制端X和Y接收诸如图1所示非线性可变脉宽调制装置的LED驱动控制系统(未示出)输出的控制信号。控制端X通过电阻器R1连接到光耦和器PC1,控制端Y通过电阻器R2和R3分别连接到光耦和器PC2和PC3。光耦和器PC1具有光接收晶体管,其发射极通过电阻器R6连接到场效应晶体管Q1和光耦和器PC2的光接收晶体管。光耦和器PC2的发射极通过电阻器R5连接到-18V的控制电源端并通过电阻器R7连接到场效应晶体管Q2的栅极。光耦和器PC3中光接收晶体管的集电极连接到场效应晶体管Q2的栅极。
将上述双电压电源设备1连接到包括多个LED组DL1至DLn的的负载Z,其中在两条引线上,对LED组中的一个LED进行正向偏置,而对其另一个LED进行反向偏置。
以下将说明双电压电源设备1的运行过程。在将高电平+5V施加到控制端X时,通过电阻器R1,将控制信号送到待接通的光耦和器PC1。正电压端的+12V电压被电阻器R4和R6的电阻值分压。将分压电压施加到场效应晶体管Q1的栅极。此时,接通场效应晶体管Q1以将正电压电源端的+5V电压施加到与其源极相连的负载Z上。
相反,在将低电平控制信号送到控制端X以及将高电平控制信号送到控制端Y时,光耦和器PC1被断开,而其它光耦和器PC2和PC3被接通。此时,场效应晶体管Q1被断开,而场效应晶体管Q2被接通,并且其栅极电压为-18V,比被转换为OV电势的源极电势低,因此可以将电压电源端的-5V电压施加到负载Z。也就是说,如果将高电平信号送到控制端Y,则光耦和器PC2被接通。此时,场效应晶体管Q1的栅极电势被转换为由电阻器R5和R6分压的约-16.3V的电势值,该电势比其源极电势低,因此场效应晶体管Q1被断开。在此,请注意,即使将高电平电势施加到控制端X,场效应晶体管Q1的栅极电势仍低于其-5V的源极电势。对此,送到场效应晶体管Q2的栅极的电势应该是与+12V控制电压交互作用的-18V的负电压。
因此,双电压电源设备1将正电压和/或负电压送到与负载Z相连的两条引线上以使多个LED组发红光和/或绿光,其中LED组包括根据两条引线上的电压,例如被正向偏置的红色LED和例如被反向偏置的绿色LED,它们互相并联在一起。
图5和图6是图4所示双电压电源设备的另一个实施例。图7A和图7B是图5和图6所示开关部分4和5的电路图。
将控制端X和Y连接到开关部分4或5。通过电阻器R11和R12,将开关部分4或5分别连接到光耦和器PC11和PC12。将光耦和器PC11和PC12分别连接到P沟道场效应晶体管Q11和N沟道场效应晶体管Q12。将负载Z连接在P沟道场效应晶体管Q11与N沟道场效应晶体管Q12之间的点上。在此,请注意,在图6中,是将开关部分5连接到晶体管Q100,而不是连接到光耦和器PC11。此外,正电压电源部分7和负电压电源部分8类似于图3所示双电压电源设备的正电压电源部分和负电压电源部分,但是与图3的不同之处在于,负电压电源部分8在其负端接地。
开关部分4(5)包括通过电阻器R101相连的晶体管Q101,如图7A所示。如图7B所示,开关部分4(5)包括逻辑电路。将控制端X同时连接到“异或”门EOR1和“与”门A1。将控制端Y连接到“异或”门EOR1和“与”门A2。将“异或”门EOR1的输出端连接到“与”门A1,将“与”门A2顺序连接到“与”门A3和A4。
以下是上述双电压电源设备1的运行过程:参考图5,通过开关部分4和电阻器R11,对控制端X施加的+5V高电平控制信号将光耦和器PC11接通。还将场效应晶体管Q11接通以将其源极的+5V正电压施加到负载Z。
在控制端X和Y分别处于低电平状态(0V)和高电平时,光耦和器PC11被断开。与此同时,另一个光耦和器PC12和开关部分4的晶体管Q101被接通。也就是说,通过开关部分4和电阻器R12,高电平控制信号接通光耦和器PC12。此外,另一个场效应晶体管Q12也被接通,从而在场效应晶体管Q11处于断开状态下,将-5V负电压施加到负载Z。
如上所述,在控制端Y处于高电平状态时,开关部分4的晶体管Q101被接通,但是场效应晶体管Q11却保持断开状态。此后,负载Z的运行过程与图4所示实施例的运行过程类似,因此不做详细说明。
参考图6,在控制端X处于+5V高电平状态时,通过开关部分5和电阻器R11,控制信号将晶体管Q100接通。场效应晶体管Q11被接通以将其源极输出的+5V正电压施加到负载Z。
在控制端X和Y分别处于低电平状态(0V)和高电平时,光耦和器PC12被接通。也就是说,通过开关部分4的“与”A2至A4和电阻器R12,高电平控制信号将光耦和器PC2接通。与此同时,另一个场效应晶体管Q12也被接通,从而在场效应晶体管Q11处于断开状态下,将-5V负电压施加到负载Z。
如上所述,在控制端Y处于高电平状态时,通过“异或”门EOR1和“与”门A1,控制信号转换为低电平,并且场效应晶体管Q11保持断开状态。此后,负载Z的运行过程与图4所示的负载Z的运行过程类似,所以不做详细说明。
图8是采用根据本发明的多个双电压电源设备的显示系统配置的方框图。以预定图形排列具有彩色LED驱动器9的多个双电压电源设备1以形成诸如电路板的显示系统等,微处理器部分2对该显示系统进行控制。微处理器部分2将多个控制信号输出到多个双电压电源设备1、1’、1”的控制端X和Y。电源部分3是开关模式电源装置,它将+12V、+5V、-18V、-5V等的电压输出到双电压电源设备1、1’、1”。双电压电源设备1’、1、1”将其输出端P1至P64的正电压和/或负电压施加到与负载Z相连的两条引线,从而使LED组发红光或绿光。
因此,微处理器部分2选择性地将正电压和/或负电压控制信号输出到待被选择性控制的双电压电源设备1、1’、1”,因此电路板或其它图像显示系统可以显示预定的各种图像和/或运动图像。
如上所述,本发明适用于由多个双电压电源设备实现的图像显示系统,其中双电压电源设备包括彩色LED驱动器和具有正电压电源部分和负电压电源部分的双电压电源部分,从而使两条引线作为与负载相连的输出端,可以将双电压电源设备作为一个模块来设计、构造,因此多个模块有助于构造显示各种图像或运动图像的图像显示系统。
Claims (10)
1.一种双电压电源设备,该双电压电源设备包括:
正电压电源部分,包括与正电压端相连用于正向偏置正电压的场效应晶体管;
负电压电源部分,包括与负电压端相连用于反向偏置负电压的场效应晶体管;以及
彩色LED驱动器,包括:第一控制端、第二控制端、第一输出端以及第二输出端,第一和第二输出端分别与正电压电源部分的场效应晶体管的栅极和负电压电源部分的场效应晶体管的栅极相连,其中,根据输入到第一和第二控制端的信号,第一输出端和第二输出端中的一个输出端输出使与其相连的场效应晶体管导通的信号。
2.根据权利要求1所述的双电压电源设备,其中:所述场效应晶体管是N沟道场效应晶体管。
3.根据权利要求1或2所述的双电压电源设备,其中:
彩色LED驱动器包括:
第一光耦和器,具有:控制端,与彩色LED驱动器的第一控制端相连;正电压端,与正电压相连;以及负电压端,与彩色LED驱动器的第一输出端相连,从而与正电压源部分的场效应晶体管的栅极相连:
第二光耦和器,具有:控制端,与彩色LED驱动器的第二控制端相连;正电压端,与第一光耦合器的负电压端相连;以及负电压端,与负电压相连;以及
第三光耦和器,具有:控制端,与彩色LED驱动器的第二控制端相连;负电压端,与地电压相连;以及正电压端,与彩色LED驱动器的第二输出端相连,从而与负电压源部分的场效应晶体管的栅极相连。
4.根据权利要求1或2所述的双电压电源设备,其中:
彩色LED驱动器包括:
开关部分,与彩色LED驱动器的第一控制端和第二控制端相连,具有响应于第一控制端和第二控制端的输入而输出的第一输出端和第二输出端;
第一光耦合器,由开关部分的第一输出导通,输出使正电压源部分的场效应晶体管导通的信号;以及
第二光耦合器,由开关部分的第二输出导通,输出使负电压源部分的场效应晶体管导通的信号。
5.根据权利要求4所述的双电压电源设备,其中开关部分包括连接在彩色LED驱动器的第一控制端和第二控制端之间的晶体管。
6.根据权利要求4所述的双电压电源设备,其中开关部分包括逻辑电路,彩色LED驱动器的第一控制端与异或门相连,彩色LED驱动器的第二控制端与三个与门依次相连。
7.根据权利要求1或2所述的双电压电源设备,其中:
彩色LED驱动器包括:
开关部分,与彩色LED驱动器的第一控制端和第二控制端相连,具有响应于第一控制端和第二控制端的输入而输出的第一输出端和第二输出端;
晶体管,由开关部分的第一输出导通,输出使正电压源部分的场效应晶体管导通的信号;以及
光耦合器,由开关部分的第二输出导通,输出使负电压源部分的场效应晶体管导通的信号。
8.根据权利要求7所述的双电压电源设备,其中开关部分包括连接在彩色LED驱动器的第一控制端和第二控制端之间的晶体管。
9.根据权利要求7所述的双电压电源设备,其中开关部分包括逻辑电路,彩色LED驱动器的第一控制端与异或门相连,彩色LED驱动器的第二控制端与三个与门依次相连。
10.一种图像显示系统,包括:
多个双电压电源设备,每个双电压电源设备包括:
正电压电源部分,包括与正电压端相连用于正向偏置正电压的场效应晶体管;
负电压电源部分,包括与负电压端相连用于反向偏置负电压的场效应晶体管;以及
彩色LED驱动器,包括:第一控制端、第二控制端、第一输出端以及第二输出端,第一和第二输出端分别与正电压电源部分的场效应晶体管的栅极和负电压电源部分的场效应晶体管的栅极相连,其中,根据输入到第一和第二控制端的信号,第一输出端或第二输出端输出使与其相连的场效应晶体管导通的信号;
微处理器部分,用于控制所述多个双电压电源设备;以及电源,用于向所述多个双电压电源设备供电。
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