发明内容
本发明的目的是提供一种发光二极管背光驱动电路、方法及其恒流源,有效解决现有技术因需要额外的控制器和控制电路对LED驱动芯片进行控制,电路复杂、控制不便等技术缺陷。
为了实现上述目的,本发明提供了一种发光二极管背光驱动电路,包括:倍频器、计数器、比较器和恒流源,其中
倍频器,与所述计数器相连接,用于接收基准时钟信号并进行倍频处理,输出作为所述计数器时钟输入的时钟信号;
计数器,与所述倍频器相连接,用于根据所述时钟信号计数并输出计数器输出信号;
比较器,与所述计数器相连接,用于接收并比较灰阶数据和所述计数器输出信号,产生控制恒流源的片选信号;
恒流源,与所述比较器相连接,并与发光二极管相连接,用于根据接收到的电流数据和所述片选信号向所述发光二极管输出脉冲宽度调制电流。
所述基准时钟信号为垂直同步信号或水平同步信号。
为实现上述目的,本发明还提供了一种发光二极管背光驱动方法,包括:
接收基准时钟信号并进行倍频处理,输出作为计数器时钟输入的时钟信号;
根据所述时钟信号计数并输出计数器输出信号;
比较所述计数器输出信号和在抗干扰空信号存在的时间内导入的灰阶数据,产生控制恒流源的片选信号并输出;
根据所述片选信号和在抗干扰空信号存在的时间内导入的电流数据和向发光二极管输出脉冲宽度调制电流。
所述接收基准时钟信号并进行倍频处理,并输出作为所述计数器时钟输入的时钟信号之前还包括:
设置所述基准时钟信号,使得所述抗干扰空信号开始于所述基准时钟信号的上升沿,并使得在所述抗干扰空信号存在的时间内导入灰阶数据和电流数据。
所述根据所述片选信号和在抗干扰空信号存在的时间内导入的电流数据和向发光二极管输出脉冲宽度调制电流包括:
若片选信号为0,则根据所述电流数据进行恒流源输出;
若片选信号为1,则不进行恒流源输出。
所述基准时钟信号为垂直同步信号。
所述基准时钟信号为水平同步信号。
为实现上述目的,本发明还提供了一种恒流源,包括:第一选择开关、第二选择开关、第一电阻、数个控流电阻、第二电阻、第一三极管和第二三极管,其中,
第一选择开关,其控制端与比较器的输出端连接,选择端连接恒定电压或接地,输出端与所述第一电阻、数个控流电阻和第一三极管的源极相连接;
第二选择开关,其控制端接收发光二极管的输入电流数据,选择端与所述数个控流电阻中的任意一个相连接,输出端与所述第一电阻、第一三极管的栅极和第二三极管的源极相连接;
第二三极管,其源极与所述第一三极管的漏极、第二电阻相连接,其漏极与发光二极管相连接;
第二电阻,其一端接所述第一三极管的漏极和第二三极管的栅极,另一端接地。
本发明提出的发光二极管背光驱动电路、方法及其恒流源,采用了倍频器和恒流源的结构,通过在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内获取灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data),对基准时钟信号进行倍频处理,继而获得与灰阶数据(Gray Data)相比较的时钟信号,在时钟信号小于灰阶数据(Gray Data)的时间里输出PWM电流信号,即利用灰阶数据(Gray Data)控制PWM电流信号的占空比以及电流数据(Current Data)控制PWM电流信号的高电平的幅度,从而获得PWM恒流输出,进而实现对LED的控制,该电路易于实现,可靠性较高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明LCD面板图像信号示意图,如图1所示,LCD面板的图像信号有Vsyc、Hsyc、DENB和DCK几种。其中,Vsyc为垂直同步信号,其频率就是通常所说的刷新频率,它是LCD板的图像控制信号,当Vsyc来一个有效脉冲,便在LCD面板上显示一帧画面。Hsyc为水平同步信号,当Hsyc来一个有效脉冲,Source Driver就向液晶屏的一列发送数据。DENB为数据使能信号,DENB有效时,在Vsyc和Hsyc有效的前提下,才会有数据显示到LCD面板。DCK是数据传输时钟,是数据传输到LCD面板的基准时钟。
以60Hz,1920×1080视频信号为例,对LCD面板的图像信号进行具体说明。FHD(Full High Definition,全高清)1920×1080的实际分辨率是2200×1125(根据VESA标准,通常标识的分辨率是有效的分辨率,而实际上给屏的数据是按总的分辨率来给的,例如1920×1080的总分辨率为2200×1125),其中,对于Vsyc,有45(1125-1080)个抗干扰空信号(Dummy);对于Hsyc,有280(2200-1920)个抗干扰空信号(Dummy)。其中,抗干扰空信号(Dummy)的位置可以在数据源中设置。Vsyc的频率是60Hz,在一个Vsyc周期(16.67ms)内,有1125个Hsyc的脉冲(周期为14.82us)。即在DENB高电平有效的情况下,每一个Vsyc周期内,传输1125路数据。
图2为本发明LED背光驱动电路的结构示意图,如图2所示,本发明的LED背光驱动电路主体结构包括:倍频器、计数器、比较器和恒流源.其中,倍频器,与计数器相连接,用于接收基准时钟信号并进行倍频处理,输出作为计数器时钟输入的时钟信号(CCCLK);计数器,与倍频器相连接,用于根据时钟信号(CCCLK)计数并输出计数器输出信号(COUT);比较器,与计数器相连接,用于接收并灰阶数据(Gray Data)和计数器输出信号(COUT),产生控制恒流源的片选信号(CCOUT);恒流源,与比较器相连接,并与LED相连接,用于根据接收到的电流数据(Current Data)和片选信号(CCOUT)向LED输出PWM电流信号。
上述倍频器、计数器、比较器和恒流源都有复位(Reset)信号。该复位信号都与Vsyc或Hsyc相连接,也就是说,在每一个Vsyc或Hsyc的上升沿有效跳变产生时,上述倍频器、计数器、比较器和恒流源都要更新一次。因此,灰阶数据(Gray Data)和计数器输出信号(COUT)的比较频率也和Vsyc或Hsyc的周期频率相同,也即周期相同,即一个调整周期为一个Vsyc或Hsyc的周期。
灰阶数据(Gray Data)可以控制PWM电流信号的占空比(一个周期内脉冲高电平和低电平之比)。电流数据(Current Data)可以控制PWM电流信号的高电平的幅度。灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)为从显示图像中获得,并经过微处理器处理的二进制数字信号,是LED背光源中的控制核心微处理器对要显示图像的数据进行分析得到的,其方法有多种,在此不再赘述。同时,也可以采用外加单片机等低价方案,控制灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)向LED驱动电路发送时序。在本实施例中,根据灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)的具体特性提出了简单可行的LED驱动控制方式。
工作过程具体如下:
本***中的输入信号有:作为基准时钟信号的Vsyc或Hsyc以及灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)。
以Vsyc的一个周期作为一个调节周期为例,Vsyc作为倍频器的输入,经过N(N等于8的偶数倍)倍倍频,输出作为计数器时钟输入的时钟信号(CCCLK),该时钟信号(CCCLK)等于Vsyc频率的N倍,Vsyc是上升沿有效信号。
倍频器的输出与计数器的输入相连,倍频器的输出作为计数器的输入时钟,计数器对时钟信号(CCCLK)计数,输出计数器输出信号(COUT)。同时,Vsyc或Hsyc又作为计数器的复位(Reset)信号,当Vsyc的上升沿到达时,将计数器的输出信号(COUT)复位为0,重新开始计数。
计数器的输出与比较器的输入相连,计数器的输出,即计数器输出信号(COUT)和灰阶数据(Gray Data)作为比较器的两个输入,进行比较,其中,灰阶数据(Gray Data)在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入并存储在比较器中,该抗干扰空信号(Dummy)开始于Vsyc的上升沿。当计数器输出信号(COUT)小于灰阶数据(Gray Data)时,比较器的输出片选信号(CCOUT)为“0”,当计数器输出信号(COUT)等于或者大于灰阶数据(GrayData)时,比较器的输出片选信号(CCOUT)为“1”。同时,Vsyc又作为比较器的复位(Reset)信号,当Vsyc的上升沿到达时,将比较器的输出片选信号(CCOUT)复位为0,重新开始比较。
比较器与恒流源相连接,比较器的输出片选信号(CCOUT)作为恒流源电路的输入选择。当片选信号(CCOUT)为“0”时,恒流源***工作,并根据输入的电流数据(Current Data),输出PWM信号。其中,电流数据(Current Data)在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入并存储在比较器中,该抗干扰空信号(Dummy)开始于Vsyc的上升沿。当片选信号(CCOUT)为“1”时,恒流源***不工作,没有输出电流,电流为零。同时,为了与前述各部分(倍频器、计数器和比较器)保持同步,需要Vsyc作为恒流源的复位(Reset)信号。
在上述过程中,通过灰阶数据(Gray Data)控制CCOUT输出“0”的时间,控制PWM信号输出电流的时间,可以改变PWM信号的占空比。
通过电流数据(Current Data),在恒流源里,可以改变PWM信号输出电流幅度。即通过本发明的电路,通过预先设定的灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data),得到所需的占空比和电流幅度的PWM信号。
PWM信号产生之后,控制LED。PWM的占空比和电流幅度可以改变LED的发光强度。当占空比和电流幅度中的任一或二者同时增加时,只要是在LED的要求的工作范围之内,就能够增加LED的亮度。对于颜色的调节,只能是对应多种颜色的LED一起工作时使用。现有的主要的有颜色的LED有RGB三种颜色的LED。将这三种LED按一定的位置排列,通过本方法可以精确到控制每个LED的发光亮度。多颗不同颜色的LED,在被精确控制的亮度之下混光,可以产生更加丰富的颜色,以达到对颜色的精确控制。
本实施例提供的LED背光驱动电路,可以根据不同型号的LED进行变化,简单易行。
本发明实施例提供的LED背光驱动电路采用了倍频器和恒流源的结构,通过在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内获取灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data),对基准时钟信号进行倍频处理,继而获得与灰阶数据(Gray Data)相比较的时钟信号,在时钟信号小于灰阶数据(GrayData)的时间里输出PWM电流信号,即利用灰阶数据(Gray Data)控制PWM电流信号的占空比以及电流数据(Current Data)控制PWM电流信号的高电平的幅度,从而获得PWM恒流输出,进而实现对LED的控制,该电路易于实现,可靠性较高。
图3为本发明LED背光驱动方法的流程图,如图3所示,本实施例LED背光驱动方法包括:
步骤11、接收基准时钟信号并进行倍频处理,输出作为计数器时钟输入的时钟信号(CCCLK);
步骤12、根据所述时钟信号(CCCLK)计数并输出计数器输出信号(COUT);
步骤13、比较计数器输出信号(COUT)和在抗干扰空信号存在的时间内导入的灰阶数据(Gray Data),产生控制恒流源的片选信号(CCOUT)并输出;
其中,灰阶数据(Gray Data)在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入并存储在比较器中,该抗干扰空信号(Dummy)开始于Vsyc的上升沿。
步骤14、根据所述片选信号(CCOUT)和在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入的电流数据(Current Data)向LED输出PWM电流。
其中,电流数据(Current Data)在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入并存储在比较器中,该抗干扰空信号(Dummy)开始于Vsyc的上升沿。
需要说明的是,灰阶数据(Gray Data)是经视频处理后所进行控制LED的灰度数据,电流数据(Current Data)是视频处理后的恒流源输出电流的控制数据。灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)在抗干扰空信号(Dummy)存在时间内进行导入,保证了图像的正常显示,同时,提高了显示的处理效率。现有的接口技术,例如I2C、SPI等等,数据传输速率完全可以满足高速传输的要求。
图4为本发明LED背光驱动方法实施例一的流程图;图5为本发明LED背光驱动方法实施例一的时序图,如图4和图5所示,具体地,在本实施例中,基准时钟信号为Vsyc,以Vsyc的一个周期作为一个调整周期。
本实施例的LED背光驱动方法包括:
步骤21、设置Vsyc,使得抗干扰空信号(Dummy)开始于Vsyc的上升沿,并使得在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入灰阶数据(GrayData)和电流数据(Current Data);
由于灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)是在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入并存储的,设置抗干扰空信号(Dummy)开始于Vsyc的上升沿,即在一个调整周期的起始,就导入并存储灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)。
步骤22、接收Vsyc并进行倍频处理,输出作为计数器时钟输入的时钟信号(CCCLK);
***启动后,先对Vsyc进行倍频处理。倍数是8的整数倍。现在常用的是8bit或10bit的灰阶,所以倍数选择256或者1024,或者更高,以便于实现对LED的更精确的控制。经倍频后的时钟信号(CCCLK)作为计数器的时钟输入。
步骤23、根据所述时钟信号(CCCLK)计数并输出计数器输出信号(COUT);
步骤24、比较计数器输出信号(COUT)和在抗干扰空信号存在的时间内导入的灰阶数据(Gray Data),产生控制恒流源的片选信号(CCOUT)并输出;
计数器输出信号(COUT)和灰阶数据(Gray Data)作为比较器的两个输入,进行比较。其中,灰阶数据(Gray Data)为在抗干扰空信号存在的时间内(从Vsyc的上升沿开始到Hsyc的脉冲1之间的时间)导入的。当计数器输出信号(COUT)小于灰阶数据(Gray Data)时,比较器的输出片选信号(CCOUT)为“0”,当计数器输出信号(COUT)等于或者大于灰阶数据(GrayData)时,比较器的输出片选信号(CCOUT)为“1”。例如,若灰阶数据(GrayData)=2000,则计数器计数到1~1999这段时间,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“0”,当计数器计数到2000以后,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“1”。比较器输出的片选信号(CCOUT)连接到可控恒流源电路的控制端(CS)。
步骤25、根据片选信号(CCOUT)和在抗干扰空信号存在的时间内导入的电流数据(Current Data),向LED输出PWM电流。
对于可控恒流源,当片选信号(CCOUT)为“0”时,保持恒流源输出,即输出电流(OUTPUT)为高电平;当片选信号(CCOUT)为“1”时,关断恒流源,即输出电流(OUTPUT)为0。若灰阶数据(Gray Data)=2000,则计数器计数到1~1999这段时间,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“0”,保持恒流源输出,即输出电流(OUTPUT)为高电平;当计数器计数到2000以后,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“1”,关断恒流源,即输出电流(OUTPUT)为0。
其中,输出电流(OUTPUT)的值由电流数据(Current Data)决定,电流数据(Current Data)在抗干扰空信号存在的时间内(从Vsyc的上升沿开始到Hsyc的脉冲1之间的时间)导入并保持。
同时,对于上述的每一个部分,当Vsyc重新刷新时,所有的器件都要复位,恒流源的输出电流(OUTPUT)复位为0,片选信号(CCOUT)复位为0。在一个调整周期内,灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)在抗干扰空信号存在的时间内导入并保持,到下一个调整周期,灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)要重新导入。
本发明实施例提供的LED背光驱动方法通过在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内获取灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data),并对Vsyc进行倍频处理,获得与灰阶数据(Gray Data)相比较的时钟信号,在时钟信号小于灰阶数据(Gray Data)的时间里输出PWM电流信号,即利用灰阶数据(Gray Data)控制PWM电流信号的占空比以及电流数据(CurrentData)控制PWM电流信号的高电平的幅度,从而获得恒流PWM输出,进而实现对LED的控制,该方法可以精确控制每一个LED的工作情况,为现有的LED背光源的区域控制,以及未来的颜色空间内的多维处理,创造了条件,易于实现,可靠性较高。
图6为本发明LED背光驱动方法实施例二的流程图;图7为本发明LED背光驱动方法实施例二的时序图,如图6和图7所示,具体地,在本实施例中,基准时钟信号为Hsyc,以Hsyc的一个周期作为一个调整周期,使灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)在抗干扰空信号(Dummy)存在的期间内导入。
本实施例的LED背光驱动方法包括:
步骤31、设置Hsyc,使得抗干扰空信号(Dummy)开始于Hsyc的上升沿,并使得在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入灰阶数据(GrayData)和电流数据(Current Data);
由于灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)是在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内导入并存储的,设置抗干扰空信号(Dummy)开始于Hsyc的上升沿,即在一个调整周期的起始,就导入并存储灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)。
步骤32、接收Hsyc并进行倍频处理,输出作为计数器时钟输入的时钟信号(CCCLK);
***启动后,先对Hsyc进行倍频处理,倍数是8的整数倍。现在常用的是8bit或10bit的灰阶,所以倍数选择256或者1024,或者更高,以便于实现对LED的更精确的控制。经倍频后的时钟信号(CCCLK)作为计数器的时钟输入。
步骤33、根据所述时钟信号(CCCLK)计数并输出计数器输出信号(COUT);
步骤34、比较计数器输出信号(COUT)和在抗干扰空信号存在的时间内导入的灰阶数据(Gray Data),产生控制恒流源的片选信号(CCOUT)并输出;
计数器输出信号(COUT)和灰阶数据(Gray Data)作为比较器的两个输入,进行比较。其中,灰阶数据(Gray Data)为在抗干扰空信号存在的时间内导入的,当计数器输出信号(COUT)等于或者大于灰阶数据(Gray Data)时,比较器的输出片选信号(CCOUT)为“1”,当计数器输出信号(COUT)小于灰阶数据(Gray Data)时,比较器的输出片选信号(CCOUT)为“0”。例如,若灰阶数据(Gray Data)=2000,则计数器计数到1~1999这段时间,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“0”,当计数器计数到2000以后,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“1”。比较器输出的片选信号(CCOUT)连接到可控恒流源电路的控制端(CS)。
步骤35、根据片选信号(CCOUT)和在抗干扰空信号存在的时间内导入的电流数据(Current Data),向LED输出PWM电流。
对于可控恒流源,当片选信号(CCOUT)为“0”时,保持恒流源输出,及输出电流(OUTPUT)为高电平;当片选信号(CCOUT)为“1”时,关断恒流源,即输出电流(OUTPUT)为0。若灰阶数据(Gray Data)=2000,则计数器计数到1~1999这段时间,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“0”,保持恒流源输出,即输出电流(OUTPUT)为高电平;当计数器计数到2000以后,比较器输出的片选信号(CCOUT)都为“1”,关断恒流源,即输出电流(OUTPUT)为0。
其中,输出电流(OUTPUT)的值由电流数据(Current Data)决定,电流数据(Current Data)在抗干扰空信号存在的时间内导入并保持。
同时,对于上述的每一个部分,当Hsyc重新刷新时,所有的器件都要复位。恒流源的输出电流(OUTPUT)复位为0,片选信号(CCOUT)复位为0。在一个调整周期内,灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)在抗干扰空信号存在的时间内导入并保持,到下一个调整周期,灰阶数据(Gray Data)和电流数据(Current Data)要重新导入。
本发明实施例提供的LED背光驱动方法通过在抗干扰空信号(Dummy)存在的时间内获取灰阶数据(Gray DATA)和电流数据(Current Data),并对Hsyc进行倍频处理,继而获得与灰阶数据(Gray Data)相比较的时钟信号,在时钟信号小于灰阶数据(Gray Data)的时间里输出PWM电流信号,即利用灰阶数据(Gray Data)控制PWM电流信号的占空比以及电流数据(Current Data)控制PWM电流信号的高电平的幅度,从而获得PWM恒流输出,进而实现对LED的控制,该方法易于实现,可靠性较高,该方法可以精确控制每一个LED的工作情况,为现有的LED背光源的区域控制,以及未来的颜色空间内的多维处理,创造了条件,易于实现,可靠性较高。
需要说明的是,由于Hsyc的周期更小,以Hsyc作为基准时钟信号,即以Hsyc的一个周期作为一个调整周期为更优选的方案。
图8为本发明恒流源的结构示意图,如图8所示,本发明实施例的恒流源包括:第一选择开关1、第二选择开关2、第一电阻3(R1)、数个控流电阻4(R3、R4......Rn)、第二电阻5(R2)、第一三极管6和第二三极管7,其中,第一选择开关1,其控制端与比较器的输出端(CCOUT)连接,选择端连接恒定电压或接地,输出端与所述第一电阻3、数个控流电阻4和第一三极管6的源极相连接;第二选择开关2,其控制端接收LED的输入电流数据(Current Data),选择端与所述数个控流电阻4中的任意一个相连接,输出端与所述第一电阻3、第一三极管6的栅极和第二三极管7的源极相连接;第二三极管7,其源极与所述第一三极管6的漏极、第二电阻5相连接,其漏极与LED相连接;第二电阻5,其一端接所述第一三极管6的漏极和第二三极管7的栅极,另一端接地。
当CCOUT=0时,第一选择开关1的选择端连接VCC,该恒流源电路工作。当CCOUT=1时,第一选择开关1的选择端连接GND,该恒流源电路不工作。
电流数据(Current Data)决定第一电阻3(R1)与数个控流电阻4(R3、R4......Rn)中哪一个相并联。
恒流源输出电流I近似等于VCC/(R1||Rx),其中X=3,4,...n。输出电流I利用LED的电流特性控制LED发光。由于I的输出是周期性的,这就形成了一种PWM产生电路,通过PWM电流实现对LED的控制。
本发明实施例提供的恒流源输出周期性的电流,形成了一种PWM产生电路,进而实现对LED的控制,该电路可以精确控制每一个LED的工作情况,为现有的LED背光源的区域控制,以及未来的颜色空间内的多维处理,创造了条件,易于实现,可靠性较高。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。