WO2014205671A1 - Led背光源的驱动电路、led背光源及液晶显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种LED背光源的驱动电路及具有该驱动电路的LED背光源和液晶显示设备,该驱动电路包括:升压电路(110),将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压到LED串(120);所述LED串(120)包括串联的多个LED(121)和电阻器(122);反馈电路(130),将电阻器(122)的两端的电压反馈到背光驱动电路(150);控制开关(140),被背光驱动电路(150)基于反馈的电阻器(122)的两端的电压来控制,以调节并使得所述LED串(120)的电流恒定。当该驱动电路对LED串(120)以恒流驱动的方式进行驱动时,LED串(120)中的电流趋于恒定的过程持续的时间较短,损耗的功率也较小,整个驱动电路的响应速度快,效率得到了有效的提升。

Description

LED背光源的驱动电路、 LED背光源及液晶显示设备 技术领域
本发明属于液晶显示领域; 更具体地讲, 是涉及一种能够快速调节 LED串 中的电流恒定的 LED背光源的驱动电路、 LED背光源及液晶显示设备。 背景技术 随着技术的不断进歩, 液晶显示设备的背光技术不断得到发展。 传统的液 晶显示设备的背光源采用冷阴极荧光灯(CCFL)。 但是由于 CCFL背光源存在 色彩还原能力较差、 发光效率低、 放电电压高、 低温下放电特性差、 加热达到 稳定灰度时间长等缺点, 当前已经开发出使用 LED背光源的背光源技术。
在液晶显示设备中, LED背光源与液晶显示面板相对设置, 以使 LED背 光源提供显示光源给液晶显示面板, 以使液晶显示面板显示影像。 其中, LED 背光源包括 LED串, 该 LED串包括串联的多个 LED。 为了驱动 LED串, 需 要有专门的驱动电路来对 LED串提供驱动电压。为了保证 LED的寿命,对 LED 串的驱动采用恒流驱动, 即使得 LED 串中的电流趋于恒定。 但是在现有技术 中, LED串中的电流趋于恒定的过程持续的时间较长, 且损耗的功率也较大, 整个驱动电路的响应速度慢, 导致效率降低。 发明内容 为了解决上述现有技术存在的问题, 本发明的目的在于提供一种能够快速 调节 LED串中的电流恒定的 LED背光源的驱动电路、 LED背光源及液晶显示设 备。 根据本发明的一方面, 提供了一种 LED背光源的驱动电路, 其包括: 升 压电路, 将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压到 LED 串, 其 中, 所述 LED串包括串联的多个 LED和电阻器; 反馈电路, 将电阻器的两端 的电压反馈到背光驱动电路; 控制开关, 被背光驱动电路基于反馈的电阻器的 两端的电压来控制, 以调节并使得所述 LED串的电流恒定。 根据本发明的另一方面, 提供了一种用于液晶显示设备的 LED背光源, 其包括:升压电路,将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压; LED 串, 包括串联的多个 LED和电阻器, 并且从升压电路接收升压后的直流电压; 反馈电路, 将电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路; 控制开关, 被背光驱 动电路基于反馈的电阻器的两端的电压来控制, 以调节并使得所述 LED 串的 电流恒定。 根据本发明的又一方面, 提供了一种液晶显示设备, 其包括 LED背光源 以及与所述 LED背光源相对设置的液晶显示面板, 所述 LED背光源提供显示 光源给液晶显示面板, 以使液晶显示面板显示影像, 所述 LED背光源包括: 升压电路, 将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压; LED串, 包 括串联的多个 LED和电阻器, 并且从升压电路接收升压后的直流电压; 反馈 电路, 将电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路; 控制开关, 被背光驱动电 路基于反馈的电阻器的两端的电压来控制, 以调节并使得所述 LED 串的电流 恒定。 此外, 所述背光驱动电路包括: 控制模块, 基于 LED 串负端的电压来控 制输出到升压电路的驱动信号的占空比的大小, 进而控制升压电路向 LED 串 输出的升压后的直流电压的大小; 运算放大器, 其负端接收从反馈电路反馈的 电阻器的两端的电压, 并将电阻器的两端的电压与其正端接收的参考电压进行 比较, 其输出端基于比较结果输出不同的电平信号来控制控制开关。 此外, 所述升压电路包括电感器、 MOS 晶体管、 晶体二极管和电容器, 其中, 电感器的一端用于接收输入的直流电压, 电感器的另一端连接于晶体二 极管的正端, 晶体二极管的负端连接于所述 LED串, MOS晶体管的漏极连接 于晶体二极管的正端, MOS晶体管的源极电性接地, MOS晶体管的栅极连接 所述背光驱动电路的控制模块, 电容器的一端连接于晶体二极管的负端, 电容 器的另一端电性接地。 此外, 所述反馈电路包括: 差分放大器, 将所述电阻器的两端的电压反馈 到背光驱动电路的运算放大器的负端。 此外, 所述控制开关为双极结型晶体管, 其中, 所述双极结型晶体管与所 述 LED 串串联, 并且所述双极结型晶体管的集电极连接于所述电阻器, 所述 双极结型晶体管的发射极电性接地, 所述双极结型晶体管的基极连接于背光驱 动电路的运算放大器的输出端。 本发明的 LED背光源的驱动电路、 LED背光源及液晶显示设备,对 LED串 采用恒流驱动的方式进行驱动, 延长了 LED串中每个 LED的使用寿命, 并且 LED串中的电流趋于恒定的过程持续的时间较短,损耗的功率也较小, 使得驱 动 LED串的整个驱动电路的响应速度快, 效率得到有效的提升。 附图说明 图 1示出根据本发明的实施例的用于液晶显示设备的 LED背光源。 图 2示出根据本发明的实施例的 LED背光源的升压电路、 反馈电路、 控 制开关和背光驱动电路。
图 3示出根据本发明的实施例的液晶显示设备。 具体实施方式 现在对本发明的实施例进行详细的描述, 其示例表示在附图中, 其中, 相 同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发 明。 在附图中, 为了清晰起见, 可以夸大层和区域的厚度。 在下面的描述中, 为了避免公知结构和 /或功能的不必要的详细描述所导致的本发明构思的混淆, 可省略公知结构和 /或功能的不必要的详细描述。 图 1示出根据本发明的实施例的用于液晶显示设备的 LED背光源。 如图 1所示, 根据本发明的示例性实施例的用于液晶显示设备的 LED背 光源包括: 升压电路 110、 LED串 120、 反馈电路 130、 控制开关 140和背光 驱动电路 150。 升压电路 110用于将输入的直流电压 Vin进行升压, 并输出升压后的直流 电压。
LED串 120用于提供显示光源给液晶显示面板。 LED串 120包括串联的 多个 LED121和电阻器 122。 LED串 120从升压电路 110接收升压后的直流电 压。
LED串 120中的 LED121的数量 N (N为大于零的整数) 以如下方式被确 定:
N X Vd Vs, 其中, Vd为每个 LED121的发光电压, Vs为升压电路 110的输出电压。 例如, 当 Vd为 6.5V, Vs=48V时, N 7。 反馈电路 130用于将电阻器 122的两端的电压反馈到背光驱动电路 150。 控制开关 140被背光驱动电路 150基于反馈电路 130反馈的电阻器 122的 两端的电压来控制, 从而调节并使得 LED串 120中的电流恒定。 而且, 控制 开关 140具有容易控制, 在调节 LED串中的电流趋于恒定的过程中持续的时 间较短, 损耗的功率也较小等优点, 使得 LED背光源的整个驱动电路的响应 速度快, 效率得到有效的提升。 背光驱动电路 150 通常是集成于芯片上形成背光驱动 IC ( Integrated Circuit, 集成电路) 芯片。 背光驱动电路 150通过输出不同占空比的驱动信号 给升压电路 110,进而控制升压电路 110向 LED串 120输出的升压后的直流电 压的大小。背光驱动电路 150基于反馈电路 130反馈的电阻器 122的两端的电 压来控制控制开关 140, 使得控制开关 140调节 LED串 120中的电流, 进而使 得 LED串 120中的电流恒定。 图 2示出根据本发明的实施例的 LED背光源的升压电路、 反馈电路、 控 制开关和背光驱动电路。 如图 2所示, 根据本发明的实施例的 LED背光源的升压电路 110包括电 感器 111、 MOS晶体管 112、 晶体二极管 113和电容器 114。 电感器 111的一端用于接收输入的直流电压 Vin, 电感器 111的另一端连 接于晶体二极管 112的正端, 晶体二极管 112的负端连接于 LED串 120的正 端, MOS晶体管 113的漏极 D连接于晶体二极管 112的正端, MOS晶体管 113 的源极 S电性接地, MOS晶体管 113的栅极 G连接于背光驱动电路 150的控 制模块 151, 电容器 114的一端连接于晶体二极管 112的负端, 电容器 114的 另一端电性接地。
背光驱动电路 150 的控制模块 151 可通过输出不同占空比的驱动信号给 MOS晶体管 113的栅极 G, 以控制升压电路 110向 LED串 120输出的升压后 的直流电压的电压值的大小。 例如, 在 LED背光源的驱动电路刚开始工作时, 升压电路 110输出的升压后的直流电压还不足以使 LED串 120点亮, 则 LED 串 120中无电流流过, 其各个 LED121的压降比较小, 所以 LED串 120的负 端的电压较大; 当控制模块 151侦测到 LED串 120的负端的电压较大后, 则 可以判断出此时升压电路 110输出的升压后的直流电压还不足以是 LED串 120 点亮, 控制模块 151会输出更大占空比的驱动信号给 MOS晶体管 113的栅极 G, 进而使得升压电路 110输出的升压后的直流电压上升, 直到 LED串 120点 亮并且每个 LED121正常发光后, 则控制此时的驱动信号的占空比恒定, 进而 完成对 LED串 120的正常供电。 根据本发明的实施例的 LED背光源的控制开关 140可为双极结型晶体管 (Bipolar Junction Transistor, BJT)。 这是因为双极结型晶体管在导通时, 其基 极 b和发射极 e之间的电压只需约 0.7V,且集电极 c流过的电流的电流值为基 极 b流过的电流的电流值的数百倍(该倍数即为双极结型晶体管具有的放大倍 数), 例如, 当基极 b流过较小的几 mA的电流时, 在集电极 c流过约几百 mA 的电流。 而且, 双极结型晶体管具有容易控制, 响应速度快, 损耗的功率低等 优点。 在本实施例中, 双极结型晶体管与 LED串 120串联, 并且双极结型晶体 管的集电极 c连接于电阻器 122, 双极结型晶体管的发射极 e电性接地, 双极 结型晶体管的基极 b连接于背光驱动电路 150的运算放大器 152的输出端。这 样, 双极结型晶体管的集电极 c流过的电流的电流值即为 LED串 120中流过 的电流的电流值。 根据本发明的实施例的 LED 背光源的反馈电路 130 可包括差分放大器 131。 通过使用差分放大器 131可得到电阻器 122两端精确的电压。 另夕卜, 在 本发明中, 也可将差分放大器 131替换为其它能够得到电阻器 122两端精确的 电压的器件, 例如减法器。 差分放大器 131的正端连接于多个 LED121的负端和电阻器 122之间, 差 分放大器 131的负端连接于电阻器 122与双极结型晶体管的集电极 c之间, 差 分放大器 131的输出端连接于背光驱动电路 150的运算放大器 152的负端。 差分放大器 131将电阻器 122的两端的电压反馈到背光驱动电路 150的运 算放大器 152的负端。 根据本发明的实施例的 LED背光源的背光驱动电路 150包括控制模块 151 和运算放大器 152。 控制模块 151的一端连接到升压电路 110的 M0S晶体管 113的栅极 G。 控制模块 151的另一端连接到 LED串 120的负端。 控制模块 151除了上述的作用外, 其另一作用为: 当 LED串 120被点亮 并正常发光后, 控制模块 151可切换到对 LED串 120进行开路 /短路的保护功 能。 例如, 控制模块 151侦测 LED串 120负端的电压, 当 LED串 120中出现 开路或短路的故障现象时, LED串 120的负端的电压会出现异常, 这时, 控制 模块 151将控制不再输出驱动信号给 MOS晶体管 113的栅极 G, 进而将整个 驱动电路停止, 以保护整个驱动电路。 运算放大器 152的负端连接到反馈电路 130的差分放大器 131的输出端, 运算放大器 152的正端接收一参考电压 Vc (该参考电压 Vc为背光驱动电路 150内部产生的基准电压),运算放大器 152的输出端连接到双极结型晶体管的 基极 b。 运算放大器 152的负端从差分放大器 131的输出端电阻器 122两端的 电压, 并将电阻器 122两端的电压与参考电压 Vc进行比较。 当电阻器 122两端的电压小于参考电压 Vc时, 运算放大器 152的输出端 输出高电平, 使双极结型晶体管的基极 b的电流增大, 又因双极结型晶体管的 集电极 c的电流和基极 b的电流成正比,则集电极 c的电流增大,进而使得 LED 串 120中的电流增大; 当电阻器 122两端的电压大于参考电压 Vc时, 运算放 大器 152的输出端输出低电平, 使双极结型晶体管的基极 b的电流减小, 又因 双极结型晶体管的集电极 c的电流和基极 b的电流成正比, 则集电极 c的电流 减小, 进而使得 LED串 120中的电流减小。 如此反复调节, 直到电阻器 122 的两端的电压等于参考电压 Vc后, 运算放大器 152的输出端输出给双极结型 晶体管的基极 b的电流恒定, 进而使得 LED串 120中的电流也恒定。 在上述的实施例的描述中, 双极结型晶体管只是作为一种优选的控制开关 而被进行描述。 但在本发明中, 控制开关并不以此为限, 还可以是具有响应速 度快、 功耗低等优点的其他控制开关。 另外, 上述的 LED背光源通常用于液晶显示设备中, 具体如图 3所示。 图 3示出根据本发明的实施例的液晶显示设备。 如图 3所述, 根据本发明的实施例的液晶显示设备包括 LED背光源 310 以及与 LED背光源 310相对设置的液晶显示面板 320。 由于液晶显示面板 320 本身不发光, 因此需要 LED背光源 310提供显示光源给液晶显示面板 320, 以 使液晶显示面板 320显示影像。 其中, 图 3所示的 LED背光源 310可优选为 图 2所示的 LED背光源。 根据本发明的实施例的 LED背光源的驱动电路、 LED背光源及液晶显示设 备, 对 LED串采用恒流驱动的方式进行驱动, 延长了 LED串中每个 LED的 使用寿命, 并且 LED 串中的电流趋于恒定的过程持续的时间较短, 损耗的功 率也较小, 使得驱动 LED 串的整个驱动电路的响应速度快, 效率得到有效的 提升。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明,但是本领域的技 术人员应该理解, 在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下, 可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims

权利要求书
1、 一种 LED背光源的驱动电路, 其中, 包括: 升压电路, 将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压到 LED 串, 其中, 所述 LED串包括串联的多个 LED和电阻器; 反馈电路, 将电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路; 控制开关, 被背光驱动电路基于反馈的电阻器的两端的电压来控制, 以调 节并使得所述 LED串的电流恒定。
2、 根据权利要求 1所述的驱动电路, 其中, 所述背光驱动电路包括: 控制模块, 基于 LED 串负端的电压来控制输出到升压电路的驱动信号的 占空比的大小, 进而控制升压电路向 LED串输出的升压后的直流电压的大小; 运算放大器, 其负端接收从反馈电路反馈的电阻器的两端的电压, 并将电 阻器的两端的电压与其正端接收的参考电压进行比较, 其输出端基于比较结果 输出不同的电平信号来控制控制开关。
3、 根据权利要求 2所述的驱动电路, 其中, 所述升压电路包括电感器、 MOS晶体管、 晶体二极管和电容器, 其中, 电感器的一端用于接收输入的直流电压, 电感器的另一端连接于晶 体二极管的正端, 晶体二极管的负端连接于所述 LED串, MOS晶体管的漏极 连接于晶体二极管的正端, MOS晶体管的源极电性接地, MOS晶体管的栅极 连接所述背光驱动电路的控制模块, 电容器的一端连接于晶体二极管的负端, 电容器的另一端电性接地。
4、 根据权利要求 2所述的驱动电路, 其中, 所述反馈电路包括: 差分放大器,将所述电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路的运算放大 器的负端。
5、 根据权利要求 2所述的驱动电路, 其中, 所述控制开关为双极结型晶 体管, 其中, 所述双极结型晶体管与所述 LED 串串联, 并且所述双极结型晶 体管的集电极连接于所述电阻器, 所述双极结型晶体管的发射极电性接地, 所 述双极结型晶体管的基极连接于背光驱动电路的运算放大器的输出端。
6、 一种用于液晶显示设备的 LED背光源, 其中, 包括: 升压电路, 将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压;
LED串, 包括串联的多个 LED和电阻器, 并且从升压电路接收升压后的 直流电压; 反馈电路, 将电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路; 控制开关, 被背光驱动电路基于反馈的电阻器的两端的电压来控制, 以调 节并使得所述 LED串的电流恒定。
7、 根据权利要求 6所述的 LED背光源, 其中, 所述背光驱动电路包括: 控制模块, 基于 LED 串负端的电压来控制输出到升压电路的驱动信号的 占空比的大小, 进而控制升压电路向 LED串输出的升压后的直流电压的大小; 运算放大器, 其负端接收从反馈电路反馈的电阻器的两端的电压, 并将电 阻器的两端的电压与其正端接收的参考电压进行比较, 其输出端基于比较结果 输出不同的电平信号来控制控制开关。
8、根据权利要求 7所述的 LED背光源,其中,所述升压电路包括电感器、 MOS晶体管、 晶体二极管和电容器, 其中, 电感器的一端用于接收输入的直流电压, 电感器的另一端连接于晶 体二极管的正端, 晶体二极管的负端连接于所述 LED串, MOS晶体管的漏极 连接于晶体二极管的正端, MOS晶体管的源极电性接地, MOS晶体管的栅极 连接所述背光驱动电路的控制模块, 电容器的一端连接于晶体二极管的负端, 电容器的另一端电性接地。
9、 根据权利要求 7所述的 LED背光源, 其中, 所述反馈电路包括: 差分放大器,将所述电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路的运算放大 器的负端。
10、 根据权利要求 7所述的 LED背光源, 其中, 所述控制开关为双极结 型晶体管, 其中, 所述双极结型晶体管与所述 LED 串串联, 并且所述双极结 型晶体管的集电极连接于所述电阻器, 所述双极结型晶体管的发射极电性接 地, 所述双极结型晶体管的基极连接于背光驱动电路的运算放大器的输出端。
11、 一种液晶显示设备, 包括 LED背光源以及与所述 LED背光源相对设 置的液晶显示面板, 所述 LED背光源提供显示光源给液晶显示面板, 以使液 晶显示面板显示影像, 其中, 所述 LED背光源包括: 升压电路, 将输入的直流电压进行升压并输出升压后的直流电压;
LED串, 包括串联的多个 LED和电阻器, 并且从升压电路接收升压后的 直流电压; 反馈电路, 将电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路; 控制开关, 被背光驱动电路基于反馈的电阻器的两端的电压来控制, 以调 节并使得所述 LED串的电流恒定。
12、 根据权利要求 11 所述的液晶显示设备, 其中, 所述背光驱动电路包 括: 控制模块, 基于 LED 串负端的电压来控制输出到升压电路的驱动信号的 占空比的大小, 进而控制升压电路向 LED串输出的升压后的直流电压的大小; 运算放大器, 其负端接收从反馈电路反馈的电阻器的两端的电压, 并将电 阻器的两端的电压与其正端接收的参考电压进行比较, 其输出端基于比较结果 输出不同的电平信号来控制控制开关。
13、 根据权利要求 12所述的液晶显示设备, 其中, 所述升压电路包括电 感器、 MOS晶体管、 晶体二极管和电容器, 其中, 电感器的一端用于接收输入的直流电压, 电感器的另一端连接于晶 体二极管的正端, 晶体二极管的负端连接于所述 LED串, MOS晶体管的漏极 连接于晶体二极管的正端, MOS晶体管的源极电性接地, MOS晶体管的栅极 连接所述背光驱动电路的控制模块, 电容器的一端连接于晶体二极管的负端, 电容器的另一端电性接地。
14、 根据权利要求 12所述的液晶显示设备, 其中, 所述反馈电路包括: 差分放大器,将所述电阻器的两端的电压反馈到背光驱动电路的运算放大 器的负端。
15、 根据权利要求 12所述的液晶显示设备, 其中, 所述控制开关为双极 结型晶体管, 其中, 所述双极结型晶体管与所述 LED 串串联, 并且所述双极 结型晶体管的集电极连接于所述电阻器, 所述双极结型晶体管的发射极电性接 地, 所述双极结型晶体管的基极连接于背光驱动电路的运算放大器的输出端。
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