CN202275588U - 补偿led背光导通压降差异的电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种补偿LED背光导通压降差异的电路，包括：恒流控制器以及相互并联的若干个LED串，每个LED串的一端接电源，另一端串联有第一开关单元，恒流控制器包括用于设定各LED串的恒定电流的恒流源；用于检测流过各LED串的工作电流的电流检测单元；用于比较电流检测单元输出的工作电流及恒流源输出的恒定电流的比较器；以及用于根据比较结果输出不同频率的方波驱动信号，驱动相应的LED串的第一开关单元在对应的频率下工作的可变频率驱动方波产生器。本实用新型通过改变LED串的导通频率，消除了LED串之间存在的导通压降差异，使各LED串上的LED亮度均衡，最大限度的减少能量损耗，提高能量转换效率。

Description

补偿LED背光导通压降差异的电路
技术领域
本实用新型涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种补偿LED背光导通压降差异的电路。 
背景技术
目前，LED(发光二极管)由于具有寿命长、省电节能及驱动方便等诸多优点，作为背光源被广泛应用在液晶显示器的背光模组中。现有的液晶显示器的LED背光源包括直下式与侧入式两种。直下式背光源是将若干LED直接放置在液晶显示屏的下面，侧入式背光源是将若干LED分布在液晶显示屏的周边，通过导光板将LED光均匀的导向液晶显示屏。各LED以串联的方式串接成不同的LED灯组，以实现更好的显示效果。 
由于LED背光所用的发光源为多个LED串联，因各LED制作工艺上的差异，使得不同LED串导通压降Vf值会有差异，因电压差异产生的能量消耗在与LED串接的MOS管(薄膜晶体管)上，MOS管因发热而温度升高，不仅影响MOS管的性能，同时控制各LED串恒流的恒流IC(Integrated Circuit，集成电路)也因MOS管的温升而发热，由此造成能量损耗，降低能量效率。 
目前，消除LED串之间压降差异的方法是提高LED串的电流，并减少LED串的MOS管的导通时间t(即减小占空比D)，保持频率F不变。其实现原理如下： 
根据占空比公式：D＝t/T＝t*F；式中，t为导通时间，T为导通周期，F为导通频率，若设定一个LED串的导通压降值Vf＝40V，电流I＝10mA，导通时间t＝1s，导通周期T＝10s，占空比D＝10％；则该LED串的导通能量为：W＝Vf*I*D*T＝0.4J。 
由于LED导通压降的差异，假设另一个LED串的导通压降值Vf＝50V，电流I＝15mA，若要保持占空比D不变，则该LED串的能量为：W＝0.75J，由于两个LED串的能量不相同，由此影响LED发光的均匀度，使得两个LED 串中LED的亮度不相同。 
如果通过改变导通时间t而保持导通频率F不变的方式来改变占空比D，使D＝5.33％，则另一个LED串的能量W＝0.4J，由此达到两个LED串的导通能量相等的目的。 
但是，现有的消除LED串之间压降差异的方法存在以下缺陷：由于恒流IC内部结构的特点，导通时间t不可能无限减小，因此能量损耗不可能得到充分的降低。 
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种补偿LED背光导通压降差异的电路，旨在降低LED背光导通压降差异造成的能量损耗。 
为了达到上述目的，本实用新型提出一种补偿LED背光导通压降差异的电路，包括：相互并联的若干个LED串，每个LED串的一端接电源，另一端串联有第一开关单元，该电路还包括用于控制各第一开关单元的导通频率的恒流控制器，所述恒流控制器包括： 
恒流源，用于设定各LED串的恒定电流； 
电流检测单元，用于检测流过各LED串的工作电流； 
比较器，用于比较所述电流检测单元输出的工作电流及所述恒流源输出的恒定电流，并输出比较结果； 
可变频率驱动方波产生器，用于根据所述比较结果输出不同频率的方波驱动信号，驱动相应的LED串的第一开关单元在对应的频率下工作。 
优选地，所述第一开关单元为MOS管，所述第一开关单元的漏极与所述LED串连接，栅极与所述可变频率驱动方波产生器的输出端连接，源极与所述电流检测单元的输入端连接；所述电流检测单元的输出端与所述比较器的第一输入端连接；所述恒流源的输出端与所述比较器的第二输入端连接；所述比较器的输出端与所述可变频率驱动方波产生器的输入端连接。 
优选地，该电路还包括恒流设定电阻，所述恒流源的输入端与所述恒流设定电阻的一端连接，所述恒流设定电阻的另一端接地。 
优选地，该电路还包括电流检测电阻，所述第一开关单元的源极与所述电流检测电阻的一端连接，所述电流检测电阻的另一端接地。 
优选地，所述可变频率驱动方波产生器包括：若干第二开关单元及振荡 器，所述第二开关单元为MOS管，所述第二开关单元的栅极连接所述比较器的输出端，漏极与所述振荡器的输入端连接，源极接地；所述振荡器的输出端与相应的LED串的第一开关单元的栅极连接，用于根据所述第二开关单元的输出阻抗输出相应频率的方波驱动信号。 
优选地，所述可变频率驱动方波产生器还包括：放大器，连接在所述振荡器的输出端与相应的LED串的第一开关单元的栅极之间，用于对所述振荡器输出的方波驱动信号进行放大。 
优选地，所述第一开关单元及第二开关单元均为N型MOS管。 
优选地，所述振荡器为石英晶体振荡器。 
优选地，该电路还包括恒流IC，所述恒流控制器及第一开关单元均设置在所述恒流IC内。 
本实用新型提出的一种补偿LED背光导通压降差异的电路，通过恒流控制器中的恒流源设定LED串的恒定电流，同时检测流过各LED串的实际工作电流，通过比较器比较各LED串实际工作电流与恒定电流，根据比较结果生成不同频率的方波驱动信号，驱动相应的LED串的MOS管在对应的频率下工作，因此本实用新型通过改变MOS管的导通频率，进而改变LED串的导通周期，消除了LED串之间存在的导通压降差异，使各LED串上的LED亮度均衡，最大限度的减少了恒流IC的能量损耗，降低其温度，提高能量转换效率及MOS管性能。 
附图说明
图1是本实用新型补偿LED背光导通压降差异的电路一实施例的结构示意图； 
图2是本实用新型补偿LED背光导通压降差异的电路一实施例中可变频率驱动方波产生器的内部结构示意图。 
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 
具体实施方式
以下将结合附图及实施例，对实现实用新型目的的技术方案作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 
请参照图1所示，图1是本实用新型补偿LED背光导通压降差异的电路一实施例的结构示意图。本实用新型一实施例提出的一种补偿LED背光导通压降差异的电路，包括：相互并联的两个LED串10、20及分别与上述两个LED串10、20连接的一恒流控制器30，其中，每个LED串10、20均包括若干个相互串联的LED，具体如图1所示的LED串10包括依次串联的LED D2、D1、D4、D3；LED串20包括依次串联的LED D6、D5、D8、D7。两个LED串10、20的一端均接电源V+，另一端分别串联有第一开关单元Q1、Q2，本实施例中第一开关单元Q1、Q2均为N型MOS管。恒流控制器30用于控制两个LED串10、20的第一开关单元Q1、Q2的导通频率。 
由于两个LED串10、20的一端均与电源V+连接，因此两个LED串10、20的输入电压相同，但是由于制作工艺上的差异等原因，使得两个LED串10、20的导通压降不同，导致加在第一开关单元Q1和Q2上的电压也不相同，在LED串10、20的导通周期内，两个第一开关单元Q1和Q2上产生的损耗也不同。 
根据MOS管的占空比与导通频率T之间的关系，占空比D＝t*F，本实施例通过改变第一开关单元Q1或者Q2的导通频率F来改变占空比D，以消除两个LED串10、20之间的导通压降Vf的差异，达到两个LED串10、20中的LED亮度均衡、降低能量损耗、提高能量转换效率的目的。 
具体地，本实施例通过恒流控制器30改变第一开关单元Q1或者Q2的导通频率F来改变占空比D。 
该恒流控制器30包括：恒流源301、电流检测单元302、比较器303以及可变频率驱动方波产生器304，其中： 
第一开关单元Q1、Q2的漏极D分别与两个LED串10、20的另一端连接，第一开关单元Q1、Q2的栅极G分别与可变频率驱动方波产生器304的输出端连接，第一开关单元Q1、Q2的源极S分别与电流检测单元302的输入端连接；电流检测单元302的输出端与比较器303的第一输入端连接；恒流源301的输出端与比较器303的第二输入端连接；比较器303的输出端与 可变频率驱动方波产生器304的输入端连接。 
本实施例中恒流控制器30的工作原理为： 
首先，设定两个LED串10、20的恒定电流，恒流源301在其输入端串接有一恒流设定电阻R3，通过设定该恒流设定电阻R3的阻值大小来设定恒流源301的电流，作为两个LED串10、20的预定的恒定电流，为比较器303提供参考值。 
然后，电流检测单元302检测流过两LED串10、20的工作电流，具体通过电流检测电阻R1和R2来实现对流过两LED串10、20的工作电流进行检测。 
电流检测电阻R1的一端与第一开关单元Q1的源极S连接，另一端接地；电流检测电阻R2的一端与第一开关单元Q2的源极S连接，另一端接地。将电流检测电阻R1和R2上的对地电压分别送入电流检测单元302，电流检测单元302侦测流过两LED串10、20的实际工作电流，并分别送入比较器303中，比较器303将两LED串10、20的实际工作电流和恒流源301输出的恒定电流进行比较，并将产生的比较结果送入可变频率驱动方波产生器304。 
可变频率驱动方波产生器304根据比较结果输出不同频率的方波驱动信号，驱动相应的LED串10、20的第一开关单元Q1、Q2在对应的频率下工作。 
从而通过改变第一开关单元Q1或者Q2的导通频率F来改变占空比D，消除了两个LED串10、20之间的导通压降Vf的差异，使两个LED串10、20的亮度均衡，降低了能量损耗，提高了能量转换效率。 
如图2所示，图2为本实施例中可变频率驱动方波产生器304的内部结构示意图。本实施例中可变频率驱动方波产生器304包括：两个第二开关单元Q3、Q4及分别对应与两第二开关单元Q3、Q4连接的两个振荡器3041、3042，其中： 
第二开关单元Q3、Q4均为N型MOS管，两第二开关单元Q3、Q4的栅极G均连接比较器303的输出端，第二开关单元Q3的漏极D与振荡器3041的输入端连接，该第二开关单元Q3的源极S接地，振荡器3041的输出端与相应的LED串10的第一开关单元Q1的栅极G连接，用于根据第二开关单元Q3的输出阻抗输出相应频率的方波驱动信号，以驱动LED串10的第一开关单元Q1按此对应的方波驱动信号的频率工作。 
同理，第二开关单元Q4的漏极D与振荡器3042的输入端连接，该第二开关单元Q4的源极S接地，振荡器3042的输出端与相应的LED串20的第一开关单元Q2的栅极G连接，用于根据第二开关单元Q4的输出阻抗输出相应频率的方波驱动信号，以驱动LED串20的第一开关单元Q2按此对应的方波驱动信号的频率工作。 
为了获得更好的方波驱动信号，本实施例在振荡器3041、3042的输出端与相应的LED串10、20的第一开关单元Q1、Q2的栅极G之间分别串接有放大器3043、3044，用于分别对振荡器3041、3042输出的方波驱动信号进行放大处理。 
具体地，本实用新型可变频率驱动方波产生器304的工作原理为： 
第二开关单元Q3、Q4分别接收比较器303输出的比较信号(比较结果)，该比较信号改变第二开关单元Q3、Q4的输出阻抗，通过第二开关单元Q3、Q4的输出阻抗分别调整振荡器3041、3042的振荡频率，得到相应频率的方波驱动信号，方波驱动信号经过放大器3043、3044的放大之后，分别驱动LED串10、20的第一开关单元Q1、Q2以相应的方波驱动信号的频率工作。由于两个第一开关单元Q1、Q2分别处于不同的工作频率状态，从而通过改变第一开关单元Q1或者Q2的导通频率F来改变占空比D，消除了两个LED串10、20之间的导通压降Vf的差异，使两个LED串10、20的亮度均衡，降低了能量损耗，提高了能量转换效率。 
本实施例中振荡器3041、3042为石英晶体振荡器。石英晶体振荡器是一种高精度、高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路以及通信***中，用于为频率发生器、数据处理设备产生时钟信号以及为特定***提供基准信号。 
需要说明的是，上述实施例中仅以两个LED串10、20为例进行说明，在实际应用场景中，LED串10、20的数量根据需要可以设定若干个，比如三个或三个以上，相应的，可变频率驱动方波产生器304中的第二开关单元Q3、Q4、振荡器3041、3042及放大器3043、3044也为相同数量的三个或三个以上。 
上述恒流控制器30可以设置在现有的恒流IC中，也可以将恒流控制器30、第一开关单元Q1、Q2均设置在恒流IC内。 
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。 

Claims (9)

1.一种补偿LED背光导通压降差异的电路，包括：相互并联的若干个LED串，每个LED串的一端接电源，另一端串联有第一开关单元，其特征在于，还包括用于控制各第一开关单元的导通频率的恒流控制器，所述恒流控制器包括：
恒流源，用于设定各LED串的恒定电流；
电流检测单元，用于检测流过各LED串的工作电流；
比较器，用于比较所述电流检测单元输出的工作电流及所述恒流源输出的恒定电流，并输出比较结果；
可变频率驱动方波产生器，用于根据所述比较结果输出不同频率的方波驱动信号，驱动相应的LED串的第一开关单元在对应的频率下工作。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关单元为MOS管，所述第一开关单元的漏极与所述LED串连接，栅极与所述可变频率驱动方波产生器的输出端连接，源极与所述电流检测单元的输入端连接；所述电流检测单元的输出端与所述比较器的第一输入端连接；所述恒流源的输出端与所述比较器的第二输入端连接；所述比较器的输出端与所述可变频率驱动方波产生器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括恒流设定电阻，所述恒流源的输入端与所述恒流设定电阻的一端连接，所述恒流设定电阻的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括电流检测电阻，所述第一开关单元的源极与所述电流检测电阻的一端连接，所述电流检测电阻的另一端接地。
5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可变频率驱动方波产生器包括：若干第二开关单元及振荡器，所述第二开关单元为MOS管，所述 第二开关单元的栅极连接所述比较器的输出端，漏极与所述振荡器的输入端连接，源极接地；所述振荡器的输出端与相应的LED串的第一开关单元的栅极连接，用于根据所述第二开关单元的输出阻抗输出相应频率的方波驱动信号。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述可变频率驱动方波产生器还包括：放大器，连接在所述振荡器的输出端与相应的LED串的第一开关单元的栅极之间，用于对所述振荡器输出的方波驱动信号进行放大。
7.根据权利要求5或6所述的电路，其特征在于，所述第一开关单元及第二开关单元均为N型MOS管。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述振荡器为石英晶体振荡器。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，还包括恒流IC，所述恒流控制器及第一开关单元均设置在所述恒流IC内。 
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