CN1370035A - Led驱动电路 - Google Patents

Abstract

提供一种LED驱动电路,该电路被设计成减少功耗。该LED驱动电路以某一时间间隔使多个LEDs中的至少一个发光。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及使发光二极管(LED)周期性闪烁以降低由LED消耗的功率的LED驱动电路。

背景技术

如图15的电路图所示的常规LED驱动电路是公知的。即，电压VDD[V]的电源连接到电源端子10，恒定电流产生电路15按照以下方式工作：参考电压电路11的输出电压Vref[V]和电阻器13的电压Va[V]之间的电压差被误差放大器12放大，以便控制晶体管14的栅压Verr，从而Vref-Va＝0。

在这个驱动电路中，LEDs19和20分别连接到两个输出端子1和2。

如果电阻器13的电阻值为R13[Ω]，电流I＝Va/R13[A]流过电阻器13。与流过电阻器13相同的电流也流过晶体管14和16。如果所有晶体管16-18的特性相同，则电流镜像电路21使与流过晶体管16的电流相同的电流流过每个晶体管17和18，由此使LEDs19和20发光。

就是说，流过LEDs19和20的电流Iout1和Iout2由下列等式(1)给出：

Iout1＝Iout2＝Va/R13[A]…(1)

因此，通过调节电阻器13的值或参考电压电路11的输出电压值可将流过LEDs19和20的电流设定为所希望的电流值。

如果与由LEDs消耗的功率相比由参考电压电路11和误差放大器电路12消耗的功率小到可以忽略不计，则由图15中所示的LED驱动电路消耗的功率Pd由下列等式(2)给出：

Pd＝VDD×Va/R13×3[A]…(2)

然而，为降低常规LED驱动电路中的功耗，必须减少LED电流。如果减少LED电流，则将出现LED亮度降低的问题。

发明内容

鉴于常规技术的问题，本发明的目的是提供被设计成减少功耗同时保持由肉眼观看到的与由常规LED驱动电路得到的相同的LEDs亮度的LED驱动电路。

为实现上述目的，本发明提供一种LED驱动电路，该电路被设置成以不同于连续发光方式的时间分割方式使LEDs发光，以便减少LED驱动电路中的功耗。

附图说明

在附图中：

图1是表示本发明的实施例1的LED驱动电路的示意图；

图2是表示本发明的实施例1中的开关驱动电压的示意图；

图3是表示本发明实施例1中的另一LED驱动电路的示意图；

图4是表示本发明的实施例2的LED驱动电路的示意图；

图5A和5B是表示本发明实施例2中的开关驱动电压的例子的示意图；

图6A和6B是表示本发明实施例2中的开关驱动电压的另一例子的示意图；

图7是表示本发明实施例2中的开关控制电路的例子的示意图；

图8A和8B是表示本发明实施例2中的开关驱动电压的另一例子的示意图；

图9A和9B是表示本发明的实施例3中的开关驱动电压的例子的示意图；

图10是表示本发明的实施例4的LED驱动电路的示意图；

图11是表示本发明的实施例5的LED驱动电路的示意图；

图12是表示本发明实施例5中的另一LED驱动电路的示意图；

图13是表示本发明实施例5中的又一LED驱动电路的示意图；

图14是表示本发明的实施例6的LED驱动电路的示意图；

图15是表示常规LED驱动电路的示意图。

实施例详细说明

(实施例1)

下面将参照附图介绍本发明的实施例。图1表示本发明的实施例1的LED驱动电路。图1中示出的恒定电流产生电路15、电流镜像电路21和LEDs19和20与常规布置中的那些电路一样。

开关4和5分别插入电流镜像电路中的晶体管17和18与连接到LEDs的端子1和2之间。借助来自开关控制电路3的信号电压V1和V2进行开关4和5的ON/OFF控制。

图2表示来自开关控制电路3的信号电压V1和V2的例子。横轴代表时间，纵轴包括分别表示电压V1和V2的两个成分。在图2所示的例子中，电压V1和V2以互相补偿的关系改变。当V1处于高电平(以下称为H)时，V2处于低电平(以下称为L)。如果当V1和V2处于H时接通开关4和5，则LEDs19和20通过交替发光而重复闪烁。

如果与由LEDs消耗的功率相比，在工作期间由参考电压电路11和误差放大器电路12消耗的功率和由开关控制电路3消耗的功率小到可忽略不计，则由图1中所示的LED驱动电路消耗的功率Pd由下列等式(3)给出：

Pd＝VDD×Va/R13×(1+2×1/2)[W]…(3)

给每个LED供应电流的总时间周期是常规布置中的1/2，因而本例中的功耗可以被限制到常规布置的2/3(LED部分中的功耗只是常规布置的1/2)。

例如，在LEDs用做液晶显示面板的背底照明的情况下，可采用按照与本例中相同的时间分割方式代替常规方式中的连续发光方式发光的LEDs，由此降低功耗，同时保证与基于视觉暂留的常规技术相同的显示性能。

当LEDs19和20按照图2所示方法中的闪烁方式交替发光时，可设定LEDs19和20都发光的周期或LEDs19和20都不发光的周期。如果只设定LED19或20不发光的周期，从常规连续发光的情况可相应量地降低功耗。

在LEDs作为液晶面板的背底照明发光的情况下，必须以闪烁的视觉感受性足够低的周期使LEDs发光，用于时间分割发光。即，必须使以时间分割发光方式接通每个LED的频率设定为5Hz或更高。

而在图1所示的电路中，在从晶体管17和18的输出线中插入开关4和5，用以下方式也可实现相同效果：如图3所示，在来自开关控制电路3的信号的基础上通过开关电路40和50改变施加于晶体管17和18的栅电压。就是说，当来自开关电路3的信号V1是H时，晶体管17的栅连接到晶体管16的栅上，以便产生电流流过LED19。当信号V1是L时，晶体管17的栅连接到VDD以截止LED19的电流。而且，当来自开关电路3的信号V2是H时，晶体管18的栅连接到晶体管16的栅，以便产生电流流过LED20。当信号V2是L时，晶体管18的栅连接到VDD以截止LED20的电流。

白光LED可用做液晶面板的背底照明。需要产生5-30mA的电流流过LED，通过考虑LED的发光效率选择该电流。如果LEDs按照时间分割方式发光，则可以瞬时馈送比普通连续供能中使用的额定电流大的电流。这样，也可以实现增加亮度的效果。

(实施例2)

图4表示本发明的实施例2的LED驱动电路。采用了与常规布置中相同的恒定电流产生电路15、电流镜像电路21、和LEDs19和20。开关4和5分别插入电流镜像电路中的晶体管17和18与连接LEDs的端子1和2之间。借助来自开关控制电路6的信号电压V1和V2进行开关4和5的ON/OFF控制。从外部给其输送信号的控制端7连接到开关控制电路6。在通过控制端7输送的信号V7的基础上控制V1和V2改变的周期或发光时间。

图5A和5B表示周期改变的例子。图5A表示在控制端7上的电压V7为低的情况，图5B表示控制端7上的电压V7为高的情况。通过控制端7上的电压V7改变开关控制电路6的内部振荡电路的频率。当减少控制端7上的电压V7时，开关控制电路6的内部振荡电路的频率降低，并且LED闪烁周期增加。相反，当控制端7上的电压V7增加时，LED闪烁周期减小。

在实施例2中，可以根据液晶面板的尺寸和特性调整LEDs的闪烁周期。

图6A和6B表示在图4所示的布置中输送到控制端7的信号的基础上控制LED ON/OFF时间的例子。图6A表示控制端7上的电压V7为低的情况，图6B表示控制端7上的电压V7为高的情况。按照以下方式控制开关控制电路6的单稳态多谐振荡器的时间：当控制端7上的电压V7为低时，LEDs19和20的接通时间的比为平均比50∶50，当控制端7上的电压V7为高时，LED19接通时间减少，同时LED20的接通时间增加。

当LEDs19和20以图6A和6B中所示的方法中的互相补偿关系发光时，可以设定LEDs19和20发光的周期或LEDs19和20都不发光的周期。

图7表示在LEDs19和20以一定周期闪烁情况下图4中所示的控制电路6的例子。振荡电路51以一定的周期振荡。振荡电路的输出OSC1通过第一单稳态多谐振荡器53和反相器52连接到第二单稳态多谐振荡器54。通过OSC1的电压升高触发单稳态多谐振荡器53，以便输出具有由控制端7上的电压确定的持续时间的脉冲，并作为电压V1，而通过反相器52的电压的升高触发单稳态多谐振荡器54，以便输出具有由控制端7上的电压确定的持续时间的脉冲，并作为电压V2。

图8A和8B表示通过控制端7上的电压的选择产生的来自单稳态多谐振荡器53和54的输出V1和V2的改变的例子。

图8A表示当控制端7上的电压V7为低时的电压V1和V2，图8B表示当控制端7上的电压V7为高时的电压V1和V2。图8A和8B表示当控制端7上的电压V7为低时由每个单稳态多谐振荡器产生的脉冲的宽度很小和在控制端7上的电压V7为高时所述脉冲宽度很长的情况。

在实施例2中，可根据液晶面板的尺寸、温度和特性如液晶面板的显示速度等调整LEDs的on/off时间比和闪烁周期。

(实施例3)

图9A和9B表示本发明的实施例3，其中选择LED作为通过输送到图3所示的电路中的控制端7上的信号控制的闪烁目标。

图9A表示当控制端7上的电压V7为低时的电压V1和V2，图9B表示当控制端7上的电压V7为高时的电压V1和V2。当控制端7上的电压V7为低时，通过保持V1在H使LED19连续发光，并进行LED20的闪烁控制。另一方面，当控制端7上的电压V7为高时，通过将V2保持在H，使LED20连续发光，并进行LED19的闪烁控制。

在实施例3中，多个LEDs中的一个连续发光，同时控制其它LEDs的至少一个以便闪烁，由此在低功耗的要求下根据液晶面板的使用，驱动LED用于背底照明。

(实施例4)

图10表示本发明的实施例4的LED驱动电路。图10中所示的电路不同于图1中所示的电路的地方在于：在恒定电流产生电路31中采用可变电阻器30代替电阻器13。可变电阻器30根据来自外部端子15的信号电压改变。从等式(1)明显看出，通过改变可变电阻器30的值，可以改变流过LEDs19和20的每个电流。

而在图10所示的布置中，由外部信号改变可变电阻器30，从等式(1)可明显看出，通过改变参考电压电路11的输出电压Vref[V]的值，也可改变流过LEDs19和20的每个电流。

图10中所示的电路可以按以下方式修改：不通过来自外部端子31的信号而是通过来自以集成方式设置在LED驱动电路中的温度传感器的输出控制可变电阻器30的值，由此，根据随着温度变化的液晶的特性可调整流过每个LED的电流。

已经介绍了被控制的LEDs的数量为两个的实施例，但是很显然，可采用相同或更复杂的LED驱动方法控制三个或更多个LEDs。而且，可用很容易用做开关的晶体管代替开关4和5。

(实施例5)

图11表示本发明的实施例5的LED驱动电路。采用与常规布置中相同的恒定电流产生电路15。通过与之连接的电源端子10给恒定电流产生电路15输送电源。升压电路101将施加于电源端子10的电压VDD[V]升高到通过端子100获得的更高电压VDDU[V]。如果可进行升压功能，升压电路101可被实现作为任何类型的电路，例如采用电容的电荷泵型或采用线圈的开关调节器型。比较器60的输出连接到升压电路101。在比较器60的输出电压基础上进行升压电路101的ON/OFF操作控制。恒定电流产生电路15中的误差放大器电路13的正端输入电压Vref[V]施加于比较器60的正端，误差放大器电路13的负端输入电压Va[V]施加于比较器60的负端。

参见图11，当比较器60的输出电压为高时，即当Vref[V]＞Va[V]时，升压电路101进行升压，当比较器60的输出电压为低时，即当Vref[V]＜Va[V]时，停止升压。这个控制可以在流过电阻器13的电流为I＝Vref/R13[V]的最佳升高电压VDDU[V]驱动LED。

由恒定电流源63驱动源跟随器电路中的晶体管61，在其源产生比连接LED19的端子1上的电压低约阈值电压的电压。也在源跟随器电路中的晶体管62在其源即晶体管16的栅和漏产生比晶体管61的源电压高约阈值电压的电压。如果晶体管61和62的阈值电压的绝对值彼此相等，则在晶体管16的栅和漏产生约等于端子1上的电压，因此，可精确操作由晶体管16和17形成的电流镜像电路。

例如，可采用锂离子二次电池以在端子10获得电源电压VDD[V]。其电压约为3.6V。另一方面，白光LED的正向ON电压的最大值约为4.0V。需要将锂离子二次电池的电压升高到可使LED发光的电压。

一般说来，如果在用于通过升压电路升压的阶段之后加上恒定电流电路，进行控制，以便使被升压电路升高的电压具有某个恒定值，如5V。因此，在晶体管17的漏和源之间施加非常高的电压，从而产生损耗或产生热量。如果控制被升高的电压以便恒定地保持LED电流，如实施例5中那样，晶体管17的漏-源电压可被限制到较低值，以便在损耗和产生热量方面提高特性。

图12中所示的布局与图11中所示的布局的不同之处在于：在到比较器60的负向输入端的线中插入偏置电源64。在图11所示的电路中，存在不能正常工作的可能性，这取决于比较器60的偏置电压。如图12所示插入偏置电源64以稳定操作。如果偏置电源的电压值为Vof1[V]，则升压电路101的ON/OFF控制是这样的：当Vref＞VA+Vof1时，比较器60的输出增加，并且升压电路101进行升压，当Vref＜VA+Vof1时，比较器60的输出减少，升压电路101停止升压。由此控制流过电阻器13的电流，以便I＝(Vref-Vof1)/R13[A]

在这种情况下，Vof1[V]被设定为比比较器60的偏置电压更高的值。

图13表示另一布局，其不同于图11中所示布局的地方在于：进行升压电路101的ON/OFF控制的比较器70在其正端输送来自误差放大器12的输出电压Verr[V]，在其负端输送通过从被升高的电压VDDU[V]减去偏置电源71的电压Vof2得到的电压。在这种情况下，升压电路101的ON/OFF控制是如下进行的：当Verr＞VDDU-Vof2时，比较器70的输出增加，并且电路101进行升压，当Verr＜VDDU-Vof2时，比较器70的输出减少，升压电路101停止升压。当流过电阻器13的电流I比Vref/R13小时，误差放大器12的输出Verr增加。相反，当流过电阻器13的电流I大于Vref/R13时，误差放大器12的输出Verr减少。因而，当流过电阻器R13的电流I小于Vref/R13时，误差放大器12的输出Verr增加到与VDDU相同的电平。此时，比较器70的输出为高，升压电路101进行升压。然后，当电压VDDU增加到足以使恒定电流电路15产生流动电流的高电平时，误差放大器12的输出电压Verr逐渐降低。当Verr＜VDDU-Vof2时，比较器70的输出减少以停止升压电路101的升压操作。这个控制可防止被升高电压过分增加，由此在损耗和热量产生方面提高特性，如上所述。

图11或12所示的比较器70和图13中所示的比较器70可设置成具有一定滞后量以提高电路的稳定性。

(实施例6)

图14表示本发明的实施例6。与图12中所示的电路相比，图14中所示的电路是通过添加开关控制电路3、开关4和5、和LED 20形成的。所有这些部件与图1中所示的相同。开关74和75是另外增加的。开关4和74互相同步工作，开关5和75也互相同步工作。当开关4关闭时，开关74也关闭。当开关4打开时，开关74也打开。开关5和75也处于相同的关系。

由于通过开关控制电路3控制LEDs19和20的闪烁，因此通过采用发光的LED的阳极电压进行升压电路101的ON/OFF控制。

但是，开关74和75是以这样的逻辑被控制的，即它们中之一优先于另一个操作，由此防止当LEDs19和20处于ON时它们彼此同时被接通。

为消除当两个LEDs19和20处于OFF时产生不稳定工作，这种布局可以是这样的：OR输出是从来自开关控制电路3的输出V1和V2获得的，当该输出为低(L)时停止升压电路101的升压操作。

此外，可以控制LEFs19和20的发光，使它们以互相补偿关系发光，以便使包括升压电路的LED驱动电路最佳化，这是因为与连续发光的情况相比升压电路101的升压能力可以减小一半。

不总是需要使LEDs19和20以互补关系发光。可以考虑各种驱动方法，包括实施例1-4中的那些方法，并且可采用等于或大于2的任何数量的LEDs。

本发明的LED驱动电路的优点在于通过使LEDs以用于液晶特性的最稳定方式发光，可减少LEDs驱动期间的功耗。

Claims (9)

1.一种形成的LED驱动电路，包括：

具有恒定电流电路的驱动器，驱动多个发光二极管(LEDs)：和

连接到每个LED的多个开关，以某一时间间隔周期性地接通和截止至少一个LEDs。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，周期性地接通和截止LED的频率为5Hz或更高。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，用于驱动LED的恒定电流值为5-30mA。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，可通过外部信号控制LED接通/截止周期或时间。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，可通过外部信号选择LED以产生闪烁。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，可通过外部信号选择用于驱动LED的恒定电流值。

7.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，可根据温度调整用于驱动LED的恒定电流值。

8.一种LED驱动电路，包括：

具有升压电路和恒定电流电路以驱动LED的驱动器电路；和

控制电路，当用于驱动LED的电流比恒定电流值小时，增加被升压电路升高的电压，在用于驱动LED的电流具有恒定电流值时，减小由升压电路升高的电压。

9.一种形成的LED驱动电路，包括：

通过恒定电流和通过采用升压电路和由升压电路升高的电压用于驱动至少两个LEDs中的的每个的装置；和

用于当用于驱动LED的电流比恒定电流值小时，用于增加被升压电路升高的电压，在用于驱动LED的电流具有恒定电流值时，用于减小由升压电路升高的电压，和用于以某一时间间隔周期性地接通和截止至少一个LEDs的装置。

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