CN210670670U - 一种共阴极led驱动电路、芯片和显示电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共阴极LED驱动电路、芯片和显示电路，属于LED驱动电路领域。针对现有技术中存在为了降低功耗共阴极LED驱动电路需要双路供电，增加了PCB布线的复杂程度，同时也增加成本的问题，本实用新型设计了一种共阴极LED驱动电路、芯片和显示电路，包括M*N组RGB LED形成的显示阵列、列驱动芯片和行驱动芯片，M、N均为自然数，列驱动芯片包括驱动电路，驱动电路中包括电压调整模块，电压调整模块对输入电压进行电压调整，将一路直流电压分为两路直流电压，使用单路供电也能满足RGB LED显示阵列中灯珠不同的驱动电流要求，同时减少驱动芯片的使用，电路设计简单，降低了PCB布线的复杂程度，节约了PCB面积。

Description

一种共阴极LED驱动电路、芯片和显示电路

技术领域

本发明涉及LED驱动电路领域，更具体地说，涉及一种共阴极LED驱动电路、芯片和显示电路。

背景技术

LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因为在应用过程中需要稳定其工作状态并对其进行保护，从而产生了驱动的概念，LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流电，LED是2-3V的低压驱动，必须要设计复杂的变换电路，要配备不同的电源适配器。

LED作为驱动电路的负载经常需要几十个或者几百个组合在一起构成发光组件，选用什么样的驱动器，以及LED作为负载选用什么样的连接方式，直接关系其可靠性和寿命。将多个LED连接到一起的时候，正向电压和电流均需要匹配，这样整个组件才能产生一致的亮度。

静态驱动显示法一般应用在单个LED驱动或者LED数量较少，并且所选的MCU的I/O驱动口比较充裕的条件下，由于每一个LED均由独立的I/O口来控制，因此这种显示驱动软件的设计比较简单，编程简单，而且LED的亮度容易控制，只需在驱动两端增加相应的电流调节电阻即可方便的实现亮度的调节。但是由于每个LED都需要一个I/O口，因此对I/O口的需求量大，不能实现大数量的LED显示要求。

动态显示驱动法是将不同的LED模块的所有LED驱动端一对一的连接到一起，其公共极分别由不同的I/O口来驱动称为扫描线和地址线，用这些地址线来选定某一个LED。

目前现有的RGBLED驱动电路以共阳极驱动电路为主，由于半导体的物理特性，通常红光LED的导通电压比绿光和蓝光LED的要低1V以上，导致在共阳极驱动电路中红光LED的驱动电路的电能损耗比绿光和蓝光LED要明显高。共阴极LED驱动电路由于可以采用双路供电的方式，给红光LED单独供一路较低的电压，给绿光和蓝光LED供一路较高的电压，从而可以提高驱动电路的效率，降低电能损耗，但是这样的做法增加了复杂程度，增加了PCB的成本。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在为了降低功耗共阴极LED驱动电路需要双路供电，增加了PCB布线的复杂程度，同时也增加成本的问题，本发明设计了一种共阴极LED驱动电路、芯片和显示电路，电路在驱动芯片上集成电压调整模块，本发明可以实现单路供电，并且仍然能保证较高的效率。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种共阴极LED驱动电路，包括一路输入端和两路输出端，驱动电路包括电压调整模块，电压调整模块分别连接驱动电路的输入端和输出端，直流电压通过电压调整模块输出第二路直流电压，两路直流电压驱动外部负载。驱动电路的直流电压经过电压调整模块调整输出，输出时通过两路直流电压输出，第一路为原直流电压，第二路为调整后直流电压。

更进一步的，电压调整模块为电容型电路或电感型电路等。电压调整模块类型不受限，可以为电容型或者电感型等。

一种共阴极LED驱动芯片，包括所述的一种驱动电路。所述驱动芯片包括驱动电路，对输入直流电压进行电压调整后输出双路直流电压。

更进一步的，所述芯片还包括若干驱动开关和控制器，驱动电路的输出端连接驱动开关，控制器控制驱动开关的打开和关闭，驱动开关控制驱动芯片输出电流。

一种共阴极LED显示电路，包括M*N组RGB LED形成的显示阵列、行驱动芯片和列驱动芯片，M、N均为自然数，通常为8的倍数，常见有8、16、24、48等。列驱动芯片为所述的驱动芯片，显示阵列中的每一组RGB LED灯珠分别连接行驱动芯片和列驱动芯片。

更进一步的，每组RGB LED灯珠包括三个RGB LED灯珠，三个RGB LED灯珠分别为RLED、G LED和B LED，每组RGB LED灯珠连接列驱动芯片的三个驱动开关和行驱动芯片的一个驱动开关。

更进一步的，M*N组显示阵列共有N个行驱动芯片的驱动开关。

更进一步的，M*N组显示阵列共有3*M个列驱动芯片的驱动开关。

一种共阴极LED显示方法，使用所述的LED显示电路，显示电路中列驱动芯片将一路直流电压通过电压调整模块转化输出第二路直流电压，两路直流电压通过驱动芯片的驱动开关控制驱动显示阵列，列驱动芯片HX70XX系列集成电压调整模块将第一路输入直流电压转化成二路输出直流电压，电压调整模块为升压电路模块或降压电路模块，输出两路直流电压分别给R LED、G LED和BLED供电，显示电路通过驱动芯片的驱动开关控制驱动显示阵列。行驱动芯片和列驱动芯片包括若干开关，控制开关的导通和导通时间就可以达到色彩的变化。

驱动芯片输出两路直流电压，一路输出控制RGB LED显示阵列的G LED和B LED灯珠，另一路输出控制RGB LED显示阵列的R LED灯珠。

本发明使用共阴极RGB LED显示阵列，在显示阵列的列驱动芯片设置电压调整模块，即可实现在单路电源供电的情况下，也能满足RGB LED灯珠中不同的电压导通需求，电路设计简单，控制简单；降低了PCB布线的复杂程度，同时也降低了成本，减少功率损耗。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明RGB LED显示阵列中设置驱动电路对输入电压进行调整，将一路输入直流电压转为两路输出直流电压，单路供电即可满足RGB LED显示阵列不同驱动电压的要求，电路设计简单，在RGB LED显示系统中IO口数量是有限的情况下，单路供电电路较双路供电电路大大减少了IO接口的数量，减少了控制芯片的使用，降低了传输能耗，还减少了传统单路供电的功率损耗。本发明列驱动芯片使用HX70XX或HX71XX系列芯片，HX70XX系列为集成升压电路模块芯片，HX71XX系列为集成降压电路模块芯片。在列驱动芯片中集成电压调整模块后，降低了PCB布线的复杂程度，节约了PCB面积，有助于更好的LED显示效果。

附图说明

图1为现有技术N行M组共阴RGBLED显示阵列双路供电的电路结构示意图；

图2为图1现有技术电路时序图；

图3为本发明N行M组共阴RGBLED显示阵列单路供电的电路结构示意图；

图4为本发明N行M组共阴RGBLED显示阵列的列驱动芯片集成升压电路模块的电路结构示意图；

图5为本发明N行M组共阴RGBLED显示阵列升压电路模块为电容型升压电路的原理图；

图6为图5电路的时序图；

图7为本发明N行M组共阴RGBLED显示阵列的列驱动芯片集成降压电路模块的电路结构示意图；

图8为本发明N行M组共阴RGBLED显示阵列降压电路模块为电感型降压电路的原理图；

图9为图8电路的时序图。

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

一个共阴极RGB LED显示阵列，包括行驱动芯片和列驱动芯片和M*N组RGB LED，每一组RGB LED包括三个LED灯珠，三个LED灯珠分别为R LED、G LED和B LED，显示阵列中M、N均为自然数，通常为8的倍数，常见有8、16、24、48等。

现有技术的共阴RGB LED显示阵列如图1所示，S1到SN为第1行到第N行的行驱动芯片开关，K1R、K1G、K1B到KMR、KMG、KMB为第1组至第M组的列驱动芯片RGBLED导通开关，IR、IG、IB是列驱动芯片提供的RGBLED的直流电流，通常在同一个RGBLED显示系统中每组RGBLED的组与组之间的电流IR、IG和IB是分别相同的，即所有组RBGLED中电流IR均相同，同理IG和IB。电流IR、IG和IB的具体数值取决于该RGBLED为了达成白平衡所需要的电流值。

图2为图1的电路时序图，对于第1行第1组RGBLED而言，当S1导通时，通过改变K1R、K1G、K1B的导通时间(也称为PWM)，就可以达成色彩的变化，如果K1R的导通时间共有256种(也称8bit)数值变化，那么K1R、K1G、K1B的组合就有1670万种色彩变化。由于半导体的物理特性，RLED的导通电压较低，因此在采用共阴极的RGBLED时，为了降低功耗，通常采用双路电源供电，直流电源V1单独给RLED供电；GLED和BLED导通电压较高，直流电源V2给GLED和BLED供电。这增加了PCB布线的复杂程度，同时也增加成本。

如图3所示的共阴极RGB LED显示阵列，包括行驱动芯片和列驱动芯片和M*N组RGBLED。根据阵列的大小，决定显示阵列中列驱动芯片与行驱动芯片组合使用的数量。图3所示列驱动芯片内部集成了电压调整模块，所述电压调整模块为升压电路模块或降压电路模块，列驱动芯片只需要单路供电，输入电源经过电压调整模块产生第二路直流电源。列驱动芯片HX70XX系列集成升压电路模块，列驱动芯片HX71XX系列集成降压电路模块。

如图4所示是在RGB LED显示阵列的列驱动芯片HX70XX系列集成升压电路模块的示意图，电路采用一路较低电压的单路直流电源V1给RLED供电，在列驱动芯片内部集成升压电路模块，产生一路较高的直流电压给GBLED供电。

升压电路模块不受限于类型，可以采用电容型或者电感型等。如图5所示，为集成电容型升压模块电路的实例图，RGB LED显示阵列电路输入电压为Vin，Vin电压直接给RLED供电；在列驱动芯片中集成的升压电路模块产生一个1.5倍的电压Vout给GB LED供电。电容型升压电路包括开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7，电路还包括电容C1、C2、Cin和Cout。输入电压Vin连接开关S1的一端，S1的另一端与开关S5的一端连接，开关S5的另一端连接输出电压Vout；开关S1和开关S5的连接点还连接有电容C1的一端，电容C1的另一端连接开关S2的一端和开关S4的一端，开关S2的另一端与输入电压Vin连接，开关S4的另一端连接开关S6的一端，开关S6的另一端连接输出电压Vout；开关S4和开关S6的连接点还连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接开关S3的一端和开关S7的一端，开关S3的另一端连接输入电源Vin，开关S7的另一端接地；输入电压Vin连接外置电容Cin的一端，输出电压Vout连接外置电容Cout的一端，电容Cin的另一端和电容Cout的另一端均接地。

图5的时序波形如图6所示，开关S1、S4和S7同相，S2、S3、S5和S6与前者反相，当开关S1、S4和S7闭合时，开关S2、S3、S5和S6断开，称为相位一，当开关S1、S4和S7断开时，开关S2、S3、S5和S6开关闭合，称为相位二。在相位一时刻输入电压Vin对电容C1和C2充电，电容C1和C2两端的电压均为0.5*Vin。在相位二时刻，电容C1与C2并联，再与Vin串联，对电容Cout充电，如此电容Cout两端电压即为1.5*Vin。实现输出电压为1.5倍输入电压的升压电路，当其开关信号的占空比通常为50％时，可产生最佳的电荷转移效率。其中电容Cin、Cout为外置分立器件，其它器件均集成在HX70XX系列列驱动芯片中。

如图7所示是在RGB LED显示阵列的列驱动芯片集成降压电路模块的电路图，电路采用一路较高电压的单路直流电源V2给GB LED供电，在列驱动芯片内部集成降压电路模块，产生一路较低的直流电压给RLED供电。

降压电路模块不受限于类型，可以采用电容型或者电感型等。如图8所示，RGB LED显示阵列电路输入电压为Vin，可设定Vin为4V直接给GB LED供电；在列驱动芯片中集成的降压电路模块产生一个Vout电压给R LED供电，目标为设定Vout为3V。图8所示降压电路为电感型降压电路，电路包括开关S1、S2，电感L1，反馈电阻R1、R2，负载电容C1，振荡器OSC，比较器COMP，误差放大器EA，RS触发器和驱动电路BUF。输入电压Vin连接开关S1的一端，开关S1的另一端连接开关S2的一端和电感L1的一端，电感L1的另一端连接电容C1的一端和输出电压Vout，开关S2的另一端和电容C1的另一端接地；输出电压Vout连接反馈电阻R1和R2，电阻R1和R2串联；电阻R1和R2的连接点连接误差放大器EA的输入端，电阻R2的另一端接地，误差放大器的另一输入端接Vbg到地，EA的输出端连接比较器COMP的输入端，比较器COMP的另一个输入端连接振荡器OSC和开关S1和电感L1的连接点，比较器COMP的输出端连接RS触发器的输入端，RS触发器的输入端还连接振荡器OSC，RS触发器的输出端连接驱动电路BUF，驱动电路BUF连接驱动开关S1和开关S2。

图8的时序波形如图9所示，开关S1与S2反相，当开关S1闭合，开关S2断开时，电感L1两端的压差为VL＝Vin-Vout，电感L1和电容C1储存能量；当开关S1断开，开关S2闭合时，电感L1两端的压差为Vout，根据能量守恒可得(Vin-Vout)Ton1＝Vout×Toff1，Ton1为开关S1打开时间，与开关S2断开时间Toff2相等，Toff1为开关S1断开时间，与开关S2打开时间Ton2相等，可得Vout/Vin＝Ton1/(Ton1+Toff1)。R1与R2组成的反馈电阻网络采样Vout，并把分压信号送至EA，Vbg为芯片内部产生的精准的带隙电压源通常为1.2V，EA把分压信号与Vbg的电压误差值送至比较器，比较器COMP与振荡器OSC及RS触发器组合产生开关信号，当分压信号大于Vbg则S1开关导通时间减小，S2开关导通时间增加，反之亦然，从而负反馈的调节Ton1及Toff1，以使得Vin和Vout的关系满足反馈电阻R1、R2的比例关系，开关信号由驱动电路BUF放大驱动开关S1、S2。当环路控制到达稳态时，可以得到(Vout*R2)/(R1+R2)＝Vbg，设置R1＝3KΩ，R2＝2KΩ，可得Vout＝3V。L1和C1为外置分立器件，其它器件均集成在HX71XX系列列驱动芯片中。

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 (8)

1.一种共阴极LED驱动电路，包括一路输入端和两路输出端，其特征在于，驱动电路包括电压调整模块，电压调整模块分别连接驱动电路的输入端和输出端，直流电压通过电压调整模块输出第二路直流电压，两路直流电压驱动外部负载。

2.根据权利要求1所述的一种共阴极LED驱动电路，其特征在于，电压调整模块为电容型电路或电感型电路。

3.一种共阴极LED驱动芯片，其特征在于，包括如权利要求1-2任一所述的一种共阴极LED驱动电路。

4.根据权利要求3所述的一种共阴极LED驱动芯片，其特征在于，所述芯片还包括若干驱动开关和控制器，驱动电路的输出端连接驱动开关，控制器控制驱动开关的打开和关闭，驱动开关控制驱动芯片输出电流。

5.一种共阴极LED显示电路，包括M*N组RGB LED形成的显示阵列、行驱动芯片和列驱动芯片，M、N均为自然数，其特征在于，列驱动芯片为如权利要求3-4任一所述的一种驱动芯片，显示阵列中的每一组RGB LED灯珠分别连接行驱动芯片和列驱动芯片。

6.根据权利要求5所述的一种共阴极LED显示电路，其特征在于，每组RGB LED灯珠包括三个RGB LED灯珠，三个RGB LED灯珠分别为R LED、G LED和B LED，每组RGB LED灯珠连接列驱动芯片的三个驱动开关和行驱动芯片的一个驱动开关。

7.根据权利要求6所述的一种共阴极LED显示电路，其特征在于，M*N组显示阵列共有N个行驱动芯片的驱动开关。

8.根据权利要求6所述的一种共阴极LED显示电路，其特征在于，M*N组显示阵列共有3*M个列驱动芯片的驱动开关。

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