CN212628515U - 一种用于led的恒流控制器及共阳型led显示控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于LED的恒流控制器，包括：电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端、比较器、第一MOS管、第二MOS管；以及数据处理单元，连接在电源正极端和电源负极端之间，所述数据处理单元接收信号，并且输出控制信号至第一MOS管的栅极，其中所述比较器的同相输入端接收基准电压，所述比较器的反相输入端连接到第一MOS管的源极，所述比较器的输出端连接到第一MOS管的栅极，其中所述第一MOS管的漏极与恒流输入端连接，其中所述第二MOS管的漏极与第一MOS管的源极连接，所述第二MOS管的栅极接收偏置电压，所述第二MOS管的源极与恒流输出端连接。本实用新型还相应公开了一种共阳型LED显示控制电路。

Description

一种用于LED的恒流控制器及共阳型LED显示控制电路

技术领域

本实用新型涉及LED显示屏领域，尤其涉及用于LED显示屏的高效率恒流控制器及共阳型LED显示控制电路。

背景技术

如今，LED显示屏被越来越广泛地应用到广告显示、舞台效果、监控显示等领域，人们经常可以在车站、机场、会议中心、指挥大厅、电视台等场合看到LED显示屏。它具有可无限无缝拼接、对比度高、视角宽、色域广等优点。随着LED显示屏的像素间距越来越高，它的应用范围还将进一步扩大，如：家庭影视显示、电影显示等。

然而，随着LED显示屏的像素密度越来越高，应用场合越来越大，它的热密度以及能耗也成为急需克服的一项关键问题。

LED显示屏通常由M行*N列LED矩阵排列构成。图1示出了一种根据现有技术的LED显示屏单行的控制电路示意图，如图1所示，每个LED恒流驱动器通常有n路独立的输出端，可以为n个LED管提供恒流驱动。由于显示白平衡的要求，红、绿、蓝LED管的恒流电流是不一样的，通常，红、绿、蓝LED管的恒流电流比例大约是5：3：1(不限于此)，所以，尽管每个恒流控制器可以输出n路电流，但其设置为某一值后n路统一被设定，因此，每个恒流控制器只用于控制同一颜色的n路LED管。红、绿、蓝三种LED管就需要三个被设置为红、绿、蓝电流的恒流控制器，三个控制器共同控制n个像素。

由于红、绿、蓝LED管的导通电压降Vf存在差异，红色LED管的导通压降Vfr约为2V左右、绿色LED管的导通压降Vfg约为2.8V左右、蓝色LED 管的导通压降Vfb约为3.1V左右。因此在为了保障所有LED管都能正常发光，系统供电电压通常以保障最高导通电压蓝色LED管的工作要求而设定，这样，对于其它导通电压较低的LED管(如红色LED管、绿色LED管)来讲，就白白浪费了很多能量，这些能量都消耗在恒流驱动芯片上，造成驱动芯片温度过高，影响芯片可靠性。同时，系统温度随芯片散热也会增高，还会极大影响 LED管的寿命。

因此，本领域需要一种高效率的LED恒流驱动装置。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种用于LED的恒流控制器，包括：

电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端、比较器、第一MOS 管、第二MOS管；以及

数据处理单元，连接在电源正极端和电源负极端之间，所述数据处理单元接收信号，并且输出控制信号至第一MOS管的栅极，

其中所述比较器的同相输入端接收基准电压，所述比较器的反相输入端连接到第一MOS管的源极，所述比较器的输出端连接到第一MOS管的栅极，

其中所述第一MOS管的漏极与恒流输入端连接，

其中所述第二MOS管的漏极与第一MOS管的源极连接，所述第二MOS 管的栅极接收偏置电压，所述第二MOS管的源极与恒流输出端连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述电源正极端连接第一电源的正端，所述恒流输入端连接到LED管的阴极，所述恒流输出端连接到第二电源的负端，所述电源负极端连接到第一电源的负端。

在本实用新型的一个实施例中，第二电源作为节能电源，其正端与第一电源的正端相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述比较器具有电源正极和电源负极，其中电源正极与电源正极端连接，电源负极与恒流输出端连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述电源正极端连接第一电源的正端，所述电源负极端连接第一电源负端，所述恒流输出端连接第二电源负端，所述恒流输入端连接到LED管阴极，LED管阳极连接LED供电电源Vp，第二电源正极与第一电源正极相连，恒流控制器的恒流电路部分处于恒流时的最低饱和电压为Vsat，LED管的压降为Vf，Vp＝Vf+Vsat+ΔV-Ve，通过设定第二电源的正端与负端的电压差Ve，使得无用电压ΔV趋近于0。

根据本实用新型的另一个实施例，提供一种共阳型LED显示控制电路，包括：

共阳型多色LED管；

恒流控制器，所述恒流控制器具有电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端；

第一电源；

第二电源，

其中所述恒流控制器的电源正极端连接第一电源的正端，恒流输入端连接到共阳型多色LED管某一色的阴极，恒流输出端连接到第二电源的负端，电源负极端连接到第一电源的负端，

其中所述第二电源的正端与第一电源的正端相连。

在本实用新型的另一个实施例中，共阳型多色LED管包括红色LED管、绿色LED管和蓝色LED管，所述红色LED管、绿色LED管和蓝色LED管的阳极互相连接作为公共端，连接到LED供电电源。

在本实用新型的另一个实施例中，所述恒流输入端连接到共阳型多色LED 管某一色的阴极，共阳型多色LED管的公共端连接LED管供电电源Vp，恒流控制器的恒流电路部分处于恒流时的最低饱和电压为Vsat，LED管的压降为 Vf，Vp＝Vf+Vsat+ΔV-Ve，通过设定第二电源的正端与负端的电压差Ve，使得无用电压ΔV趋近于0。

在本实用新型的另一个实施例中，所述共阳型多色LED管某一色是红色 LED管，所述恒流控制器是红色LED管恒流控制器。

在本实用新型的另一个实施例中，共阳型LED显示控制电路还包括绿色 LED管恒流控制器以及第三电源，所述绿色LED管恒流控制器具有电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端，其中所述绿色LED管恒流控制器的电源正极端连接第一电源的正端，恒流输入端连接到绿色LED管的阴极，恒流输出端连接到第三电源的负端，电源负极端连接到第一电源的负端，其中所述第三电源的正端与第一电源的正端相连。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了一种根据现有技术的LED显示屏单行的控制电路示意图。

图2示出一种典型的扫描式共阳型LED显示控制电路200。

图3示出一种构想的可以用于降低LED功率的控制电路300的示意图。

图4A是现在最普遍的LED管的封装方式，也叫共阳LED发光管。图4B 是为配合图3所示电路的一种封装形式的LED管。

图5示出根据本实用新型的实施例的共阳型节能控制器。

图6示出根据本实用新型的一个实施例的双端恒流控制器的电路示意图。

图7示出根据本实用新型的另一个实施例的共阳型节能控制器的示意图。

图8示出根据本实用新型的又一个实施例的共阳型节能控制器的示意图。

图9示出根据本实用新型的另一个实施例的双端恒流控制器的电路示意图。

图10示出根据本实用新型的另一个实施例的双端恒流控制器的电路示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/ 或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本实用新型的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

图2示出一种典型的扫描式共阳型LED显示控制电路200。如图2所示， Vd1为控制IC所需电源，Vp为LED供电电源，通常，Vp是基于Vd1的一个LED供电电源，其电压值约等于Vd1。前面已述，为保障系统正常工作， Vd1通常选择5V，这样，红色LED的恒流控制端电压Vr＝Vp–Vfr≈Vd1– Vfr＝5-2.0＝3(V)，红色LED恒流控制器所消耗的功率为Pr＝Ir x Vr＝3Ir(W)。如果能有一种方式将红色LED的Vp降到2.4V，则既能满足红色LED所需的工作电压同时保障恒流输出管饱和压降Vsat。此时，红色LED恒流控制单元 210消耗功率降至Pr＝Irx Vr＝(2.4–2)x Ir＝0.4Ir(W)。红色LED系统部分总消耗功率由原来PR＝n(Vp x Ir)＝n(5Ir)降至n(2.4Ir)(n为系统中红色LED 的总数量)。按此计算，红色LED系统部分的节能效率可达到ηr＝n(5Ir)-n(2.4 Ir)/n(5Ir)＝2.6/5＝52％。

再根据红绿蓝电流比例，显示总系统部分节能即可达到η＝((5Ir+5Ig +5Ib)-(2.4Ir+5Ig+5Ib))/5Ir+5Ig+5Ib＝2.6Ir/(5(Ir+3/5Ir+1/5Ir))＝2.6Ir/9 Ir＝28.9％。

以上可以看出，只要采取降低红色LED管Vp的这样一个措施，即可使得LED显示屏系统总节能达28.9％左右，这一部分能量过去都用于了有害的发热。减少了这部分的发热，不仅起到节能效果，而且极大降低LED显示屏的温度，对显示屏的可靠性、寿命、显示效果都起到有效的提高作用。

例如，某型LED显示屏现有传统技术每平米功率为180瓦，以下以用于交通监控的30平米屏为例，总功率为5400瓦。如果采用上述方案，节省功率为5400x28.9％＝1560瓦。每天即可节约用电37.5度(千瓦时)。

图3示出一种可以用于降低LED功率的控制电路300的示意图。在图3 中，向红色LED的单独提供一个供电电压Vpr，将Vpr设为2.4V。然而，该方案在实际应用中存在严重问题，作为LED显示像素的LED显示灯，通常为 RGB三色封装在一体，如图4A所示，三色LED的正端作为公共端引出，这也就是通常所说的共阳型LED显示灯。要实现图3的功能必须将LED显示灯封装为图4B形式的五端器件。这点无论在小型化、PCB的布线，还是在产业制作成本等方面都将面临非常大的挑战。

为了进一步解决上述问题，本实用新型提出另一种基于不改变现有产业链中任何环节的并可用于降低LED显示系统功率的方案。图5、图8示出根据本实用新型的实施例的共阳型节能控制器。通过该控制器即可实现上述节能的全部功能。该方案不仅不用改变现有产业链中最成熟的共阳型LED灯以及加工生产过程，而且可以通过在系统中引入2-3个电源，将系统节能做到最大化。

如图5所示，高效率LED驱动装置500包括红色LED管511、绿色LED 管512、蓝色LED管513、恒流控制器521、522和523。红色LED管511、绿色LED管512、蓝色LED管513为共阳LED显示灯，其公共端接LED供电电源Vp，Vp的供电大多是是基于第一电源531的。红绿蓝不同颜色的LED 灯负端分别接各自所需的双端恒流控制器的恒流输入端。恒流控制器521、522 和523分别具有四个端子：电源正极端1、恒流输入端2、恒流输出端3和电源负极端4。

恒流控制器521用于控制红色LED管511。恒流控制器521的电源正极端1连接第一电源531的正端Vd1，恒流控制器521的恒流输入端2连接到红色LED管511的阴极，恒流控制器521的恒流输出端3连接到第二电源532 的负端。第二电源532的正端Ve连接到第一电源531的正端Vd1。恒流控制器521的电源负极端4连接到第一电源531的负端。

通过将恒流控制器521的恒流输出端3连接到第二电源532的负端，将流入恒流控制端的电流经过控制器后再流入另一路电源，而不是传统上的将其流入最低电位，因此恒流控制器521也称为双端恒流控制器。第二电源532作为节能控制电源，其电压差遵循以下原则：

Vp＝Vfr+Vsat+ΔV-Ve,其中：Vp为扫描电压，其压差约为Vdl，Vfr为 LED红灯导通电压，Vsat为Q1与Q2(2、3端)处于恒流态时的最低电压，ΔV为消耗在Q1、Q2上超过Vsat的无用电压，Ve为第二电源电压差。

可以看出，无用电压ΔV＝0时，系统处于最佳工作状态，当ΔV大于0V 时，其部分都将额外发热被浪费。一旦Vp确定，就可以设定Ve使得ΔV趋近于0。

以下举例说明，按通常条件，Vp为5V、Vfr为2V、Vsat为0.4V，此时我们将Ve设为2.6V，ΔV即为0，红灯系统处于最佳节能状态。同样满足之前所述，红色LED系统实现节能52％的功能。也就是不改变现有共阳型LED灯的前提下，实现了最大的节能效果，此时的节能效率即可达到前面所述红色 LED系统部分的节能效率ηr＝52％，LED显示系统总节能效率η＝28.9％的目标。

恒流控制器522和523分别用于控制绿色LED管512和蓝色LED管513。恒流控制器522的控制电源正极端1连接第一电源531的正端Vd1，恒流控制器522的恒流输入端2连接到绿色LED管512的阴极，恒流控制器522的恒流输出端3连接到第一电源531的负端。恒流控制器522的电源负极端4连接到第一电源531的负端。恒流控制器523的电源正极端1连接第一电源531的正端Vd1，恒流控制器523的恒流输入端2连接到蓝色LED管513的阴极，恒流控制器523的恒流输出端3连接到第一电源531的负端。恒流控制器523 的电源负极端4连接到第一电源531的负端。

图6示出根据本实用新型的一个实施例的双端恒流控制器的电路示意图。如图6所示，双端恒流控制器包括：第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、比较器U1、数据处理单元610。第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、比较器U1 构成恒流电路。数据处理单元610作为控制电路。双端恒流控制器接收基于参考端产生的基准电压Vr和偏置电压Vbias。双端恒流控制器包括具有四个端子：电源正极端1、恒流输入端2、恒流输出端3和电源负极端4。

具体来说，双端恒流控制器的电源正极端1连接第一电源的正端Vd1，恒流输入端2连接到LED管的阴极，恒流输出端3连接到第二电源的负端，电源负极端4连接到第一电源的负端。第二电源作为节能电源，其正端与第一电源的正端相连。

数据处理单元610连接在电源正极端1和电源负极端4之间，以便由第一电源供电。数据处理单元610接收信号620，并且输出控制信号至第一MOS 管Q1的栅极。

比较器U1的同相输入端631接收基准电压Vr，反相输入端632连接到第一MOS管Q1的源极S，输出端635连接到第一MOS管Q1的栅极。比较器 U1还可以具有电源正极635和电源负极634，其中电源正极635与电源正极端1连接，电源负极634与恒流输出端3连接。

第一MOS管Q1的漏极与恒流输入端2连接。第二MOS管Q2的漏极与第一MOS管Q1的源极连接，栅极接收偏置电压Vbias，源极与恒流输出端3 连接。

第一MOS管Q1和第二MOS管Q2可以是N型MOS晶体管。

图7示出根据本实用新型的另一个实施例的共阳型节能控制器的示意图。如图7所示，高效率LED驱动装置700包括红色LED管511、绿色LED管 512、蓝色LED管513、恒流控制器521、522和523。红色LED管511、绿色 LED管512、蓝色LED管513为共阳LED显示灯，其公共端接LED供电电源Vp，Vp的供电是基于第一电源531的。红绿蓝不同颜色的LED灯负端分别接各自所需的双端恒流控制器的恒流输入端。恒流控制器521、522和523 分别具有四个端子：电源正极端1、恒流输入端2、恒流输出端3和电源负极端4。

恒流控制器521用于控制红色LED管511。恒流控制器521的电源正极端1连接第一电源531的正端Vd1，恒流控制器521的恒流输入端2连接到红色LED管511的阴极，恒流控制器521的恒流输出端3和电源负极端4连接到第二电源532的负端。第二电源532的正端Ve连接到第一电源531的正端 Vd1。

通过将恒流控制器521的恒流输出端3和电源负极端4连接到第二电源 532的负端，使得恒流控制器521的供电电压做的较低，起到同样的节能效果。

图8示出根据本实用新型的又一个实施例的共阳型节能控制器的示意图。图8所示实施例与图5所示实施例的区别在于：在绿色LED管521的恒流控制器522上引入第三电源533，以达到绿色LED管控制器节能的效果。第三电源 533的选用如前所述：既，扫描电源电压Vp＝Vfg+Vsat+ΔV-Veg，设定第三电源533的电压差Veg可使得ΔV＝0，绿色LED系统也处于最佳节能状态。此时，绿色LED系统也处于最佳节能状态，对LED显示系统总节能会做出进一步贡献。

图9示出根据本实用新型的另一个实施例的双端恒流控制器的电路示意图。图9所示实施例与图6所示实施例的区别在于：在图6所示实施例中晶体管Q1、Q2管的衬底分别连接到相应晶体管的源极；在图9所示实施例中晶体管Q1、Q2管的衬底均接到恒流输出端3。

图10示出根据本实用新型的另一个实施例的双端恒流控制器的电路示意图。图10所示实施例与图6所示实施例的区别在于：在图6所示实施例中比较器U1的电源正极635与电源正极端1连接，电源负极634与恒流输出端3 连接；在图10所示实施例中U1的电源正极635与电源正极端1连接，电源负极634与电源负极端4连接。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种用于LED的恒流控制器，其特征在于，包括：

电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端、比较器、第一MOS管、第二MOS管；以及

数据处理单元，连接在电源正极端和电源负极端之间，所述数据处理单元接收信号，并且输出控制信号至第一MOS管的栅极，

其中所述比较器的同相输入端接收基准电压，所述比较器的反相输入端连接到第一MOS管的源极，所述比较器的输出端连接到第一MOS管的栅极，

其中所述第一MOS管的漏极与恒流输入端连接，

其中所述第二MOS管的漏极与第一MOS管的源极连接，所述第二MOS管的栅极接收偏置电压，所述第二MOS管的源极与恒流输出端连接。

2.如权利要求1所述的用于LED的恒流控制器，其特征在于，所述电源正极端连接第一电源的正端，所述恒流输入端连接到LED管的阴极，所述恒流输出端连接到第二电源的负端，所述电源负极端连接到第一电源的负端。

3.如权利要求2所述的用于LED的恒流控制器，其特征在于，第二电源作为节能电源，其正端与第一电源的正端相连。

4.如权利要求1所述的用于LED的恒流控制器，其特征在于，所述比较器具有电源正极和电源负极，其中电源正极与电源正极端连接，电源负极与恒流输出端连接。

5.如权利要求1所述的用于LED的恒流控制器，其特征在于，所述电源正极端连接第一电源的正端，所述电源负极端连接第一电源负端，所述恒流输出端连接第二电源负端，所述恒流输入端连接到LED管阴极，LED管阳极连接LED供电电源Vp，第二电源正极与第一电源正极相连，恒流控制器的恒流电路部分处于恒流时的最低饱和电压为Vsat，LED管的压降为Vf，Vp＝Vf+Vsat+ΔV-Ve，通过设定第二电源的正端与负端的电压差Ve，使得无用电压ΔV趋近于0。

6.一种共阳型LED显示控制电路，其特征在于，包括：

共阳型多色LED管；

恒流控制器，所述恒流控制器具有电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端；

第一电源；

第二电源，

其中所述恒流控制器的电源正极端连接第一电源的正端，恒流输入端连接到共阳型多色LED管某一色的阴极，恒流输出端连接到第二电源的负端，电源负极端连接到第一电源的负端，

其中所述第二电源的正端与第一电源的正端相连。

7.如权利要求6所述的共阳型LED显示控制电路，其特征在于，共阳型多色LED管包括红色LED管、绿色LED管和蓝色LED管，所述红色LED管、绿色LED管和蓝色LED管的阳极互相连接作为公共端，连接到LED供电电源。

8.如权利要求7所述的共阳型LED显示控制电路，其特征在于，所述恒流输入端连接到共阳型多色LED管某一色的阴极，共阳型多色LED管的公共端连接LED管供电电源Vp，恒流控制器的恒流电路部分处于恒流时的最低饱和电压为Vsat，LED管的压降为Vf，Vp＝Vf+Vsat+ΔV-Ve，通过设定第二电源的正端与负端的电压差Ve，使得无用电压ΔV趋近于0。

9.如权利要求6所述的共阳型LED显示控制电路，其特征在于，所述共阳型多色LED管某一色是红色LED管，所述恒流控制器是红色LED管恒流控制器。

10.如权利要求6所述的共阳型LED显示控制电路，其特征在于，还包括绿色LED管恒流控制器以及第三电源，所述绿色LED管恒流控制器具有电源正极端、恒流输入端、恒流输出端、电源负极端，其中所述绿色LED管恒流控制器的电源正极端连接第一电源的正端，恒流输入端连接到绿色LED管的阴极，恒流输出端连接到第三电源的负端，电源负极端连接到第一电源的负端，其中所述第三电源的正端与第一电源的正端相连。

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