CN202855273U - 基于差分反馈的lcd显示屏背光恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，包括电源、PWM控制电路、LED驱动电路、分压电路和差分反馈电路，PWM控制电路控制背光LED开启和关闭的时间，进而控制背光LED的亮度；分压电路用以设定反馈电压门限值，通过匹配LED驱动电路的采样电阻值来设定LED驱动电路的输出恒流值；差分反馈电路通过动态调节以实现采样电阻上的压降恒定，进而控制LED驱动电路输出恒流；LED驱动电路根据微处理器控制指令及差分反馈电路的调节输入，以恒定的电流驱动背光LED，以实现在电源电压波动的情况下，保持LCD显示屏亮度的恒定。该电路与传统的电压式LCD背光驱动电路相比，具有背光亮度稳定、LED色偏移小、控制精度高等优点。而与集成芯片的恒流驱动电路相比，其应用更加灵活，而且成本优势明显。

Description

基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路

技术领域

本实用新型属于LED恒流驱动电路、尤其是涉及一种LCD显示屏背光恒流驱动电路。

背景技术

目前，主流汽车仪表的LCD背光驱动电路大致有两类：一类是电压控制式背光驱动电路，另一类是恒流背光驱动电路。其中，电压控制式背光驱动电路结构简单，直接通过三极管或达林顿管驱动一串或多串背光LED，背光电源与汽车电瓶电源直接相连，通过PWM信号控制三极管或达林顿管的基极，进而实现对LED的驱动电路的开关控制，再通过合理设定PWM的频率和占空比，就能实现人眼难以分辨的“恒定背光亮度”的效果。但是这种“恒定背光亮度”的效果是有前提的，那就是发电机输出电压要恒定。如果发电机输出电压有波动，就会导致流过LED的电流随之变化，最终导致背光亮度波动或闪烁。而这种现象在恒流控制LCD背光的仪表上是不会出现的。除了发电机启动对电瓶电压有影响外，一些大功率负载的启停及发电机自身整流电路的问题同样会造成电瓶电压波动，从而导致类似的问题。因此，在中高端汽车仪表上大都应用恒流驱动背光电路，因此不存上述问题。

电压控制式背光驱动电路还存在一个潜在的缺陷，那就是：对于颜色和主波长受正向电流影响较为明显的LED，如蓝色、真绿色和白色LED，该种驱动方式在电压波动时是无法保证背光颜色的一致性的。因此，对于蓝色、真绿色和白色背光的仪表，为保证背光效果，恒流驱动是必须的，因此通常比其他背光颜色的仪表要贵一些。

对于恒流背光驱动电路，目前市场上较常见的方案是利用集成芯片，在匹配一些外围电路实现恒流控制。这种方案的最大优点就是应用简单，电流稳定、精确，因其电流调节和反馈电路大都在芯片内部实现。但是，其缺点也十分突出；成本偏高，一般是电压控制式背光电路的几十倍。对于成本竞争愈来愈激烈的中低端仪表来说，应用集成芯片的恒流控制方案是很难获得生存空间的。这也是为什么恒流背光驱动电路只有在高端仪表中才较为常见。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种LCD显示屏背光恒流驱动电路，基于三极管差分负反馈电路，以满足在整车电瓶电压波动的情况下，LCD依然能够实现良好、稳定的显示效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，包括电源、PWM控制电路和LED驱动电路，还包括分压电路和差分反馈电路，其中，PWM控制电路与分压电路相连，并控制背光LED开启和关闭的时间，进而控制背光LED的亮度；分压电路与差分反馈电路相连，用以设定反馈电压门限值，通过匹配LED驱动电路的采样电阻值来设定LED驱动电路的输出恒流值；差分反馈电路与LED驱动电路相连，通过动态调节以实现采样电阻上的压降恒定，进而控制LED驱动电路输出恒流；LED驱动电路与电源相连，根据微处理器控制指令及差分反馈电路的调节输入，以恒定的电流驱动背光LED，以实现在电源电压波动的情况下，保持LCD显示屏亮度的恒定。

所述差分反馈电路包括一对三级管Q2、Q3和电阻R3，三级管Q2、Q3以差动放大电路方式连接，三级管Q2的基极与分压电路相连，三级管Q3的基极与LED驱动电路相连，三级管Q2、Q3的发射极相连并与电阻R3相连。

所述差分反馈电路还包括三级管Q1和电阻R9，三级管Q1的集电极分别与电阻R9及LED驱动电路相连，电阻R9另一端接零，三级管Q1的基极连接至三级管Q2的集电极。

所述分压电路包括电阻R1、R2和电容C1，PWM控制电路的输出端与电阻R1串联后分别与电阻R2、电容C1相并联。

所述电源的输出端还连接有低通滤波电路。

所述各部分电路均由离散原器件搭建。

采用本实用新型的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路具有如下优点：

1、能够确保电源电压波动时，背光亮度恒定。

2、能够保证蓝色、真绿色和白色LED主波长和颜色不偏移，通过PWM控制，实现亮度可调。

3、与传统的集成芯片式恒流驱动电路相比，具有配置灵活、调节简单，价格便宜等优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本实用新型进行详细说明：

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的电路图。

具体实施方式

本实用新型的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，如图1所示，包括电源、PWM控制电路（脉冲宽度调制器）和LED驱动电路，还包括分压电路和差分反馈电路，其中，PWM控制电路与分压电路相连，并控制背光LED开启和关闭的时间，进而控制背光LED的亮度；分压电路与差分反馈电路相连，用以设定反馈电压门限值，通过匹配LED驱动电路的采样电阻值来设定LED驱动电路的输出恒流值，因此需要采用精度较高，稳定性好的精密电阻做分压和反馈电阻；差分反馈电路与LED驱动电路相连，通过动态调节以实现采样电阻上的压降恒定，进而达到流过其电流恒定的目的，也就是控制LED驱动电路输出恒流；LED驱动电路与电源相连，根据微处理器控制指令及差分反馈电路的调节输入，以恒定的电流驱动背光LED，以实现在电源电压波动的情况下，保持LCD显示屏亮度的恒定。

本实用新型的LCD显示屏背光恒流驱动电路的具体电路图如图2所示，所述差分反馈电路包括一对三级管Q2、Q3和电阻R3，三级管Q2、Q3以差动放大电路方式连接，三级管Q2的基极与分压电路相连，三级管Q3的基极与LED驱动电路相连，三级管Q2、Q3的发射极相连并与电阻R3相连。所述差分反馈电路还包括三级管Q1和电阻R9，三级管Q1的集电极与电阻R9相连并接零，三级管Q1的基极连接至三级管Q2的集电极。所述分压电路包括电阻R1、R2和电容C1，PWM控制电路的输出端与电阻R1串联后分别与电阻R2、电容C1相并联。所述电源的输出端还连接有低通滤波电路，主要由电容C2、C3及电阻R12构成。所述的LED驱动电路主要由二极管D1-D7、三极管Q4～Q7、电阻R4～R6、R6b、R10等构成。

上述三极管Q2、Q3构成差动输入放大电路的对管，并以R3为负载，这一级电路的目的是稳定电阻R4两端的压降，也就是Vbase，使其近似等于Vref。而Vbase的大小与流过LED的电流成正比，因此合理设定Vref并选择采样电阻R4，就能确定流过LED的电流值。这里建议Vref的值必须足够大，以至于由于电源电压波动和温度变化引起的参数变化可以被忽略。

Vref是由微控制器的PWM控制电路的输出决定的，而PWM信号直接控制LED的导通时间，因此LED的亮度直接与PWM信号的占空比相关联。

差分输入对的偏置电流的大小有Vref决定。事实上由于电阻R3两端的电压降是定值，所以R3可以被认为是吸收恒定电流的恒流源。

因此，如果两个三极管Q2、Q3的发射极电流近似相等，那么其基极电压也就近似相等，进而流过LED的电流就与输入电压成正比。

我们可以近似的认为三极管Q1的Vbe恒定不变，那么流过电阻R8的电流值也为定值（只与电阻R8大小有关），该电流作为偏置电流流入三极管Q2的集电极，并且为了使差分输入对处于平衡状态，该电流的大小应为流过电阻R3电流的一半。

稳态工况：三极管Q1的基极电流必须足够小，以至于与R8电流相比可以忽略不计，由此我们可以认为：VbeQ2=VbeQ3，IbQ2=IbQ3，IeQ2=IeQ3=Ip/2(Ip为流过电阻R3电流)。

本实用新型的动态工作原理如下：三极管Q3的发射极电流与发光二极管D1-D7的正向电流成正比。如果由于某种原因，导致发光二极管正向电流波动，那么这个电流波动会引起Vbe,三极管Q3随之变化，进而导致Q3的集电极电流的相应变化。由于Vref恒定，所以流过电阻R3的电流也为恒定值。这样，由发光二极管正向电流变化引起的三极管Q3的集电极电流变化就转化为三极管Q2的集电极相反趋势的电流变化。又因为流过电阻R8的电流恒定，故三极管Q2的集电极电流变化近似为三极管Q1的基极电流变化量，这一电流变化又直接影响到发光二极管D1-D7的正向电流。由此，我们建立了发光二极管正向电流的负反馈，使其趋于恒定值，即恒流源。例如：假设流过电阻R4的电流降低，这就会导致Vbase变小，那么三极管Q3的集电极电流也会相应变小。而Ip恒定不变，这就会引起三极管Q2的集电极电流增加，也就是三极管Q1的基极电流增加（电阻R8电流恒定），从而导致三极管Q1的集电极电流增加，三极管Q4的集电极电流（LED正向电流）随之增加，所以电阻R4电流值重新回到稳定状态，即设定的恒流值。同样，电阻R4电流升高会引起与上述趋势相反的变化，最终通过反馈仍然导致电阻R4回到稳定状态，趋于恒流。

在此需要说明的是，该电路适用于最大驱动电流小于750mA的应用，因为只有在这个前提下，Q1的基极电流相对于差分电路的恒流源才可以近似忽略不计。而且，750mA的驱动电流已经达到了三极管Q1功率耗散的极限值，所以不能将此电路应用于需要更大驱动电流的场合。

本实用新型的电路参数确定如下：

二极管D8，该二极管的作用是防止电源反接或者电源线上的瞬态负电压对电路造成损坏。因此，对于电流消耗不大的电路一般可以选取S1G或者BYG60G（VF=1.1V

I=500mA，25°C)。

电阻R12和电容C2、C3，这些器件构成了低通滤波电路，用以抑制板上其他网络发射的干扰信号，避免其对背光电路造成影响。

三极管Q2和Q3，从成本和功能方面考虑，常用的BC817就能满足应用需求。但是要着重计算其功率耗散是否满足要求，因为在正常工作状态下，Q3上的压降将是最大的。

电阻R3，用以设定差分电路的偏置电流。这个电流值的选择要从两方面考虑：一方面要尽量大，这样才能使Q1基极电流的注入，不至于影响差分对的静态工作点；另一方面又不能太大，因为它将直接影响三极管Q2和Q3上的功率耗散。

电阻R8，用以设定三级管Q2的偏置电流。

电阻R1、R2，这两个电阻组成分压电路，用以设定参考电压Vref，它将直接影响恒流电路的精度。这两个电阻的选择还要考虑微处理器的输出能力以及三极管Q2的基极电流对分压值的影响。

电阻R4，从系统角度来看，R4的选择是最为重要的，因为它将影响到恒流电路的精度，驱动LED的个数以及流过LED的驱动电流。

三极管Q4，用以驱动LED。由于Q4正常工作时处于放大状态，两端压降较大，因此耗散功率将选择此三级管的最主要因素。

三极管Q1，这个三极管用以获取电流波动参数。事实上，其基极电流变化直接反应了差分对的不平衡情况，它在整个电流中起到“比较器”的作用。

电阻R9，用以提供三极管Q1稳态工作的偏置电流。在稳定工作状态，流过R9的电流与流过R7的电流相比，应该可以忽略不计。

电阻R11，用来平衡R1&R2组成的分压电路对Q2基极电压的影响，使Q 3基极压降与Q2基极压降一致。因此，取R3=R1//R2。

综上所述，本实用新型的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路与传统的电压控制式LCD背光驱动电路相比，具有背光亮度稳定、LED色偏移小、控制精度高等优点。而与集成芯片的恒流驱动电路相比，其应用更加灵活，而且成本优势明显。另外，其各部分电路均可由离散原器件搭建，如此在保证恒流驱动的同时，显著降低了物料成本，在某些应用中显示出了明显的优势。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，包括电源、PWM控制电路和LED驱动电路，其特征在于:还包括分压电路和差分反馈电路，其中，PWM控制电路与分压电路相连，并控制背光LED开启和关闭的时间，进而控制背光LED的亮度；分压电路与差分反馈电路相连，用以设定反馈电压门限值，通过匹配LED驱动电路的采样电阻值来设定LED驱动电路的输出恒流值；差分反馈电路与LED驱动电路相连，通过动态调节以实现采样电阻上的压降恒定，进而控制LED驱动电路输出恒流；LED驱动电路与电源相连，根据微处理器控制指令及差分反馈电路的调节输入，以恒定的电流驱动背光LED，以实现在电源电压波动的情况下，保持LCD显示屏亮度的恒定。

2.根据权利要求1所述的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，其特征在于：所述差分反馈电路包括一对三级管Q2、Q3和电阻R3，三级管Q2、Q3以差动放大电路方式连接，三级管Q2的基极与分压电路相连，三级管Q3的基极与LED驱动电路相连，三级管Q2、Q3的发射极相连并与电阻R3相连。

3.根据权利要求2所述的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，其特征在于：所述差分反馈电路还包括三级管Q1和电阻R9，三级管Q1的集电极分别与电阻R9及LED驱动电路相连，电阻R9另一端接零，三级管Q1的基极连接至三级管Q2的集电极。

4.根据权利要求1所述的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，其特征在于：所述分压电路包括电阻R1、R2和电容C1，PWM控制电路的输出端与电阻R1串联后分别与电阻R2、电容C1相并联。

5.根据权利要求1所述的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，其特征在于：所述电源的输出端还连接有低通滤波电路。

6.根据权利要求1所述的基于差分反馈的LCD显示屏背光恒流驱动电路，其特征在于：所述各部分电路均由离散原器件搭建。

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