CN113223449B - Led显示器的驱动电路及电容补偿方法 - Google Patents

Led显示器的驱动电路及电容补偿方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种LED显示器的驱动电路和电容补偿方法，该驱动电路包括：电压采样保持电路、比较器和多个固定电压产生电路。每一列恒流源各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路，每一行行扫各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路。所述电压采样保持电路连接所述比较器的第一输入端并通过采样开关连接至少一列的恒流源。本申请可以对LED芯片的寄生电容进行补偿，提高LED的显示性能。

Description

LED显示器的驱动电路及电容补偿方法
技术领域
本发明涉及LED显示技术领域，特别涉及一种LED显示器的驱动电路及电容补偿方法。
背景技术
在LED显示屏领域，根据LED灯珠的显示特性，需要恒流源电路提供准确的电流来给LED灯珠供电，这样才能保证色彩的均匀性。用于LED显示的恒流源有两种形式，一种是共阳极的吸流恒流源，一种是共阴极的放流恒流源。共阳极是LED灯珠的正极接行扫管，恒流源接灯珠负极；共阴极是灯珠的负极接行扫管，恒流源接灯珠的正极。
现有的LED显示驱动芯片的连接关系(以共阴极LED驱动40x45扫为例)如图1所示：40组RGB恒流源(共120个)，45路行扫开关管，每个恒流源连接45个LED灯珠的阳极，每个行扫连接40组RGB灯珠的阴极(共120个灯珠)，显示的时候通过行扫开关管切换，分时的显示不同行的内容，由于人眼有视觉暂留，不会看到扫描不同行的过程，看到的是整体的40x45个RGB灯珠的整体视频图像，每行中每个灯珠的亮度通过恒流源的PWM方式实现(即灯珠的点亮时间长短不同)。
通常每个恒流源有3种状态：恒流源打开，恒流源关闭且恒流源输出固定电平，恒流源关闭且恒流源输出高阻态。
通常每个行扫也有3种状态：行扫打开接地(共阴极)或正电源(共阳极)，行扫关闭且输出固定电平，行扫关闭且输出高阻态。
现有技术中，在扫描过程中，不同厂家芯片有不同选择，通常情况下在一行显示结束到下一行显示开始都会留有一定的时间，让所有行扫电平和恒流源电平固定的电平(此时所有恒流源和行扫都是关闭状态)。
在扫描一行的过程中，有一行行扫打开，其他行扫可以有关闭且输出固定电平或关闭且高阻态两种选择。同时恒流源除了打开状态外，关闭时也有固定电平和高阻态两种状态选择。其中关闭时的状态选择对于LED灯珠的寄生总电容有不同的影响。
通常情况下，选择关闭且高组态，总寄生电容小，但不同恒流源间容易出现耦合。选择关闭时输出固定电平，总的寄生电容大，但可以消除不同恒流源间的耦合，此时由于寄生电容大(相当于所有恒流源连接的LED灯珠的寄生电容并联)且不一致，电容有吸电流作用，吸得电流不一致，容易造成低亮度时亮度不一致现象。本专利针对关闭时输出固定电平情况进行处理
如图2所示，理想状况下，LED无寄生电容CP。恒流源打开前，LED两端电压为VPK(小于LED正向电压VF)。恒流源打开后，LED即刻导通，LED两端电压超过VF。以LED电流为10个单位电流I10为例，LED两端电压为V10。因无寄生电容CP，所有恒流源电流均流过LED。
如图3所示，实际情况下，所有LED灯均含有寄生电容CP，当采用45扫方式时，一个恒流源面对的寄生电容是相当于这个恒流源上连接的45个LED灯珠的寄生电容之和。恒流源打开时，因存在寄生电容CP，LED两端电压不会立即超过其正向电压VF而导通，而是在被恒流源电流ISRC充电至VF后，LED才开始导通。对寄生电容CP充电至VF所需时间tPreChg＝CP*(VF-VPK)/ISRC(例：10pF*1V/0.1mA＝100ns)。
如恒流源打开时间tSRC一定，对寄生电容CP充电至VF所需时间tPreChg越长，LED发光时间tLEDOn＝tSRC-tPreChg越短，人眼感受到的LED亮度(正比于单位时间内流过LED电流的积分)越低。或者可以认为，部分恒流源电流ISRC被用于对寄生电容CP充电，而不能流过LED发亮，导致LED实际亮度低于理想状况。在极低亮度(极低ISRC)情况下，对寄生电容CP充电至VF所需时间tPreChg甚至可能超过恒流源本身开启时间tSRC，导致LED电压无法超过VF而不发亮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED显示器的驱动电路及电容补偿方法，对LED寄生电容进行补偿。
本申请的一实施方式中公开一种LED显示器的驱动电路，所述LED显示器包括LED阵列，每一列LED连接一个恒流源，每一行LED连接一个行扫，所述驱动电路包括：电压采样保持电路、比较器和多个固定电压产生电路，其中：
每一列恒流源各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路，每一行行扫各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路；
所述电压采样保持电路连接所述比较器的第一输入端并通过采样开关连接至少一列的恒流源。
优选的，所述电压采样保持电路为电容，该电容的一端连接所述采样开关，另一端连接所述比较器的第一输入端。
优选的，所述LED阵列包括红色LED、绿色LED和蓝色LED，所述阵列LED的每列依次按红色LED、绿色LED和蓝色LED的顺序排布，所述比较器连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源。
优选的，所述驱动电路包括若干个电压采样保持电路和若干个比较器，所述若干个比较器各自连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源，所述若干个电压采样保持电路各自连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源。
本申请的一实施方式还公开了一种LED显示器的电容补偿方法，采用上述的驱动电路，该方法包括：
打开其中一列恒流源和至少一行行扫并闭合采样开关，以使得所述电压采样保持电路采样该列恒流源工作时的电压；
断开所述采样开关，使得所述比较器的第一输入端的电路保持在该列恒流源工作时的电压；
关闭所有恒流源和所有行扫，多个固定电压产生电路分别提供固定电压到所有恒流源和所有行扫；
打开该列恒流源，记录所述比较器的翻转时间，该翻转时间为该列LED寄生电容的等效充电时间；
根据每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
优选的，采用梯形波或三角波对LED的寄生电容进行充电。
优选的，所述梯形波和三角波的上升和/或下降是线性或几何级数上升和/或下降。
优选的，还包括：记录每一行每一列LED寄生电容的等效充电时间，根据每一行每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应行相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请的实施方式可以对LED芯片的寄生电容进行补偿，提高LED的显示性能。
附图说明
图1是现有技术中LED显示器驱动芯片的示意图。
图2是现有技术中LED在无寄生电容的理想情况下的工作波形图。
图3是现有技术中LED在有寄生电容的实际情况下的工作波形图。
图4是本发明一实施例中LED显示器的驱动电路的示意图。
图5是本发明一实施例中LED显示器的电压和电流的关系。
图6是本发明一实施例中LED显示器的工作波形图。
图7是本发明一实施例中LED显示器的电容补偿方法的流程图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各项权利要求所要求保护的技术方案。
部分术语解释：
PWM(Pulse Width Modulation)：脉冲宽度调制
共阴极驱动电路：RGB三色LED灯的阴极连接到一起，恒流源通过阳极给LED灯提供电流。
共阳极驱动电路：RGB三色LED灯的阳极连接到一起，恒流源通过阴极吸收电流的驱动方式。
行扫数：LED阵列多个LED灯珠的(阴极或阳极)连接到同一个恒流源上，通过分时控制LED灯珠的另一端的的电平，点亮不同的灯珠。这个连接到一个恒流源上的LED灯珠数量叫做行扫数。
本申请的一实施方式中公开一种LED显示器的驱动电路，如图4所示，所述LED显示器包括LED阵列11，每一列LED连接一个恒流源12，每一行LED连接一个行扫。所述驱动电路包括：电压采样保持电路13、比较器14和多个固定电压产生电路(LDO)15。每一列恒流源12各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路15，每一行行扫各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路15。所述电压采样保持电路13连接所述比较器14的第一输入端并通过采样开关S4连接至少一列的恒流源。
在一个实施例中，所述电压采样保持电路13S4为电容，该电容的一端连接所述采样开关，另一端连接所述比较器14的第一输入端。
在一个实施例中，所述LED阵列11包括红色LED、绿色LED和蓝色LED，所述阵列LED的每列依次按红色LED、绿色LED和蓝色LED的顺序排布，所述比较器连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源。
在一个实施例中，所述驱动电路包括若干个电压采样保持电路和若干个比较器，所述若干个比较器各自连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源，所述若干个电压采样保持电路各自连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源。
以下结合一个具体的例子对本发明的驱动电路技术方案进行详细说明。
本发明主要解决LED显示驱动芯片中，由于LED灯珠有寄生电容，且寄生电容存在偏差，在低亮度的情况下，由于寄生电容偏差会导致寄生电容吸收的电流不一致，实际流过LED灯的电流有偏差，亮度不均匀。
本发明中，设置一个电压采样保持电路(例如，电容)，恒流源内的多个恒流源通道设置开关，可以选择某个恒流源通道的电压接入电压采样保持电路。设置一个比较器和开关，比较器一端接采样电压，一端接恒流源输出电压。设置多个固定电压产生电路(LDO)，可以实现恒流源关断和行扫关断时输出固定电压。根据比较器的反馈值测出寄生电容的充电时间，并记录。
在一实施例中，测量过程如下：
1、打开行扫1和恒流源1，保持一定时间使电压稳定。
2、切断电压保持电路的开关S4，使比较器一端电压是恒流源的工作电压。
3、关闭所有恒流源和行扫线，使恒流源和行扫线处于固定电平。
4、打开恒流源1，记录比较器翻转所需时间，即为寄生电容的等效充电时间。
测量模式下：先测第一行第一列的LED灯珠，再测第一行第二列的LED灯珠，依次类推，再测第二行第一列的LED灯珠，依次类推，依次测量记录所有行所有列的LED灯珠。由于不同的LED灯珠在同样电流下导通电压是有偏差的，有必要每个LED灯珠都测试。如果为了节省时间，可以只测第一行的每列的寄生电容，其实是这一列所有的LED灯珠的电容之和，而且不同灯珠的VF偏差其实不大，可以只对不同列进行测量和补偿，而不区分是否不同行。
实际LED显示的时候额外增加测试出的电容等效充电时间，实现寄生电容的补偿，并且补偿过程中用值为1的电流充电640ns的实际等效于64的电流充电10ns。实际显示情况下由于电流等效时间有各种大小，在采用多级电流恒流源的情况下，为了比较准确的实现电容补偿，测量过程中采用最小电流作为采样电流，电容补偿时可以采用三角波的形式来产生PWM波形。比如等效电流时间是8，可以采用12221这样的单位时间波形。如果直接采用一个单位时间8的电流，容易跟测试结果不一致。
LED导通时其电压VLED会随其电流ILED变化，如图5所示(简化模型)。因LED导通电压与VF间有压差，当恒流源关闭后，寄生电容CP上存储的电荷CP*VLED会持续对LED放电，直至VLED降至VF。这部分放电会带来额外的LED发光，影响低灰度显示时对LED亮度的控制。为解决上述由LED寄生电容CP引起的低亮度控制问题，本申请提出如下解决方案：
将恒流源输出的单个电流方波信号，变为“梯形波”。例如，一个10个单位电流I10，持续时间为1CLK的方波信号，转换为I1+I2+I4+I2+I1各为1CLK的梯形波信号，如图6所示。这样在恒流源关闭时，VLED已经降至非常接近于VF，寄生电容CP上存储的电荷CP*(VLED-VF)可忽略不计。
在本发明的各种实施例中，恒流源输出电流梯形波的设计可根据应用需要而定。例如，其电流上升/下降沿可以是线性上升/下降，如I1+I2+I3+I4+I5+…，或I1+I3+I5+I7+I9+…，或者：也可以是几何级数上升/下降，如I1+I2+I4+I8+I16+…上升，…+I16+I8+I4+I2+I1下降，或是其他形式。
本申请的一实施方式还公开了一种LED显示器的电容补偿方法，采用图4中所述的驱动电路，该方法的流程图参考图7所示，包括如下步骤：
步骤701，打开其中一列恒流源和至少一行行扫并闭合采样开关，以使得所述电压采样保持电路采样该列恒流源工作时的电压；
步骤702，断开所述采样开关，使得所述比较器的第一输入端的电路保持在该列恒流源工作时的电压；
步骤703，关闭所有恒流源和所有行扫，多个固定电压产生电路分别提供固定电压到所有恒流源和所有行扫；
步骤704，打开该列恒流源，记录所述比较器的翻转时间，该翻转时间为该列LED寄生电容的等效充电时间；
步骤705，根据每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
在一个实施例中，采用梯形波或三角波对LED的寄生电容进行充电。
在一个实施例中，所述梯形波和三角波的上升和/或下降是线性或几何级数上升和/或下降。
在一个实施例中，还包括：记录每一行每一列LED寄生电容的等效充电时间，根据每一行每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应行相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。

Claims (8)

1.一种LED显示器的驱动电路，所述LED显示器包括LED阵列，每一列LED连接一个恒流源，每一行LED连接一个行扫，其特征在于，所述驱动电路包括：电压采样保持电路、比较器和多个固定电压产生电路，其中：
每一列恒流源各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路，每一行行扫各自通过开关连接一个所述固定电压产生电路，所述固定电压产生电路被配置为所述恒流源关断和所述行扫关断时输出固定电压；
所述电压采样保持电路连接所述比较器的第一输入端并通过采样开关S4连接至少一列的恒流源；
所述比较器的第二输入端连接所述恒流源的输出电压，所述比较器的翻转时间为寄生电容的等效充电时间，根据每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
2.如权利要求1所述的LED显示器的驱动电路，其特征在于，所述电压采样保持电路为电容，该电容的一端连接所述采样开关，另一端连接所述比较器的第一输入端。
3.如权利要求1所述的LED显示器的驱动电路，其特征在于，所述LED阵列包括红色LED、绿色LED和蓝色LED，所述LED阵列的每列依次按红色LED、绿色LED和蓝色LED的顺序排布，所述比较器连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源。
4.如权利要求3所述的LED显示器的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括若干个电压采样保持电路和若干个比较器，所述若干个比较器各自连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源，所述若干个电压采样保持电路各自连接所述红色LED、绿色LED和蓝色LED中一种所在的所有列的恒流源。
5.一种LED显示器的电容补偿方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的驱动电路，该方法包括：
打开其中一列恒流源和一行行扫并闭合采样开关，以使得所述电压采样保持电路采样该列恒流源工作时的电压；
断开所述采样开关，使得所述比较器的第一输入端的电路保持在该列恒流源工作时的电压；
关闭所有恒流源和所有行扫，多个固定电压产生电路分别提供固定电压到所有恒流源和所有行扫；
打开该列恒流源，记录所述比较器的翻转时间，该翻转时间为该行该列LED寄生电容的等效充电时间；
根据该行中每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
6.如权利要求5所述的LED显示器的电容补偿方法，其特征在于，采用梯形波或三角波对LED的寄生电容进行充电。
7.如权利要求6所述的LED显示器的电容补偿方法，其特征在于，所述梯形波和三角波的上升和/或下降是线性或几何级数上升和/或下降。
8.如权利要求5所述的LED显示器的电容补偿方法，其特征在于，还包括：记录每一行每一列LED寄生电容的等效充电时间，根据每一行每一列LED寄生电容的等效充电时间对相应行相应列LED寄生电容进行充电以进行电容补偿。
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