CN102970803A - 驱动多串发光二极管的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种驱动多串发光二极管的装置及其方法。该装置包括：电压变换电路，电耦接至LED串，为多串LED提供驱动电压；多个PNP晶体管，发射极分别电连接至各LED串的阴极；多个采样电阻，分别电连接在多个PNP晶体管的集电极和地之间；以及控制芯片，包括：多个运算放大器，每个运算放大器的第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至相应PNP晶体管的集电极和相应的采样电阻，输出端电连接至相应PNP晶体管的基极；以及控制电路，电耦接至多个PNP晶体管的基极，根据各PNP晶体管的基极电压产生控制信号，以控制电压变换电路。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及LED串的驱动，尤其涉及驱动多串LED的装置和方法。
背景技术
目前，发光二极管(light emitting diode，LED)因其具有体积小、功耗低、发光效率高、寿命长等诸多优点而被广泛应用于各种电子产品的显示设备中，比如作为液晶显示器的背光器件其正在不断取代传统的放电灯。在LED作为背光器件的各种应用中，系统运行的安全性以及故障检测、故障保护等是非常重要的，另外，在采用多个LED/LED串的背光应用中，它们发光的均匀性和一致性也是用户所期待的，这就要求流过每个LED/LED串的电流必须均匀匹配。
现有技术中的LED驱动装置为了实现上述各种功能，大多采用DC-DC转换器作为LED的供电电路，并且采用各种分立电路和分立器件与DC-DC转换器相结合以达到故障检测、故障保护以及均流的目的。如图1所示为现有技术中的一种LED驱动装置100的电路示意图。该LED驱动装置100包括：电压变换器101，用于接收供电电压Vin，并将其转换为合适的输出电压Vdc以驱动多个LED/LED串发光；电流源电路102，电耦接于所述多个LED/LED串，以调节每个LED/LED串的电流；故障检测电路103，用于检测一个或者多个LED/LED串的开路或者短路并提供故障信号；故障保护电路104，用于接收所述故障信号，提供触发信号至所述电压变换器101以触发其执行故障保护功能。通常电流源电路102由对应耦接于每个LED/LED串的分立电流镜电路实现；故障检测电路103可能包括分别用于检测每个LED/LED串的开路或者短路状况的电路；故障保护电路104则提供相应于每种特定故障状况的处理及保护电路。例如，在现有技术的LED驱动装置中，针对每个LED串，控制芯片上至少要设置三个引脚来实现上述的电流均衡功能。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种驱动多串LED的装置及方法。
根据本发明的实施例，提供了一种驱动多串发光二极管的装置，包括：电压变换电路，电耦接至所述多串发光二极管，为所述多串发光二极管提供直流驱动电压；多个PNP晶体管，该多个PNP晶体管的发射极分别电连接至各发光二极管串的阴极；多个采样电阻，分别电连接在所述多个PNP晶体管的集电极和地之间；以及控制芯片，包括：多个运算放大器，其中每个运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至相应PNP晶体管的集电极和相应的采样电阻，输出端电连接至相应PNP晶体管的基极；以及控制电路，电耦接至所述多个PNP晶体管的基极，根据各PNP晶体管的基极电压产生控制信号，以控制所述电压变换电路。
根据本发明的另一实施例，提供了一种驱动多串发光二极管的方法，其中，每串发光二极管与相应的电流调节电路连接，并且每个电流调节电路包括：PNP晶体管，其发射极电连接至相应的发光二极管串的阴极；采样电阻，电连接在所述PNP晶体管的集电极和地之间；以及运算放大器，第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至所述PNP晶体管的发射极和所述采样电阻，输出端电连接至所述PNP晶体管的基极，该方法包括：为所述多串发光二极管提供直流驱动电压；通过多个电流调节电路调节流过所述多串发光二极管的电流；根据多个电流调节电路中PNP晶体管的基极电压产生控制信号；以及根据所述控制信号调节所述直流驱动电压。
利用上述方案，以较为简单的LED驱动装置提高了LED发光元件的发光均匀性和一致性。
另外，本发明的实施例还以简单的结构提供了故障检测和保护功能。
附图说明
下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例。
图1为现有技术中的一种LED驱动装置100的电路示意图；
图2为根据本发明一个实施例的LED驱动装置200的电路示意图；
图3为根据本发明另一实施例的LED驱动装置300的电路示意图；
图4为根据本发明再一实施例的LED驱动装置400的电路示意图；
图5为根据本发明实施例的LED驱动方法的流程图。
具体实施方式
下面详细说明本发明实施例的LED串的驱动装置。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本发明的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本发明的实施例也可以被实现。
为了以较为简单的结构来驱动多串LED并且避免控制芯片因为均流元件而导致变热，本发明的实施例提供一种驱动多串发光二极管的装置。该装置包括电压变换电路、多个PNP晶体管、多个采样电阻和控制芯片。电压变换电路电耦接至所述多串发光二极管，为多串发光二极管提供直流驱动电压。多个PNP晶体管的发射极分别电连接至各发光二极管串的阴极。多个采样电阻分别电连接在所述多个PNP晶体管的集电极和地之间。控制芯片包括控制电路和多个运算放大器。多个运算放大器中的每个运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至相应PNP晶体管的集电极和相应的采样电阻，输出端电连接至相应PNP晶体管的基极。控制电路电耦接至所述多个PNP晶体管的基极，根据各PNP晶体管的基极电压产生控制信号，以控制所述电压变换电路。根据上述的实施例，将PNP晶体管作为均流元件设置在控制芯片外部，不但避免了控制芯片的发热问题，而且明显减少了控制芯片的管脚的数目，使得控制芯片的结构变得更为简单。
图2为根据本发明一个实施例的LED驱动装置的电路示意图，该装置200包括电压变换电路201、控制芯片202、多个PNP晶体管Q1、Q2、...、Qn，多个采样电阻Rs1、Rs2、...、Rsn。
电压变换电路201具有输入端、输出端和控制端。输入端接收输入电压Vin，输出端电耦接至各LED串，控制端接收来自控制芯片202的控制信号CTRL。电压变换电路201将输入端接收的输入电压Vin转换为各LED串需要的直流驱动电压Vdc。该电压变换电路201可为任何直流/直流变换电路或交流/直流变换电路，例如升压电路、降压电路、反激电路等。电压变换电路201的控制方法可以为脉冲宽度调制(PWM，pulse width modulation)、脉冲频率调制(PFM，pulsefrequency modulation)等，控制方法的实现方式可为峰值电流控制、平均电流控制、滞环电流控制等。
每串LED均有电流调节电路与之相连，该电流调节电路包括PNP晶体管Qk和采样电阻Rsk以及位于控制芯片202内部的运算放大器OPk，调节流过相应LED串的电流至所需值，其中k＝1，2，3......，n。PNP晶体管Qk的发射极电连接至相应LED串的阴极。采样电阻Rsk电连接在PNP晶体管Qk的集电极和地之间。
运算放大器OPk具有第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端接收电流参考值，第二输入端通过反馈管脚FBk电连接至相应PNP晶体管Qk的集电极和相应的采样电阻Rsk，输出端通过控制管脚CTLk电连接至相应PNP晶体管Qk的基极。控制电路203电耦接至多个PNP晶体管的基极，根据各PNP晶体管的基极电压产生控制信号CTRL。电压变换电路201根据控制信号CTRL调节直流驱动电压Vdc。
图3为根据本发明另一实施例的LED驱动装置300的电路示意图。为了简洁起见，图3中与图2相同的内容不再详细描述。如图3所示，该实施例的LED驱动装置300中的控制芯片202包括控制电路203。控制电路203包括电压选择电路205、误差放大电路和脉宽调制(PWM)电路204。
电压选择电路205电耦接至PNP晶体管Q1～Qn的基极，选择输出PNP晶体管基极电压中的最小电压Vmin。误差放大电路电耦接至电压选择电路205，基于参考电压Vref1与所述最小电压Vmin，产生补偿信号COMP。脉冲宽度调制(PWM)电路204电耦接至误差放大电路，基于补偿信号COMP产生控制信号CTRL，控制电压变换电路201。
图3中，电压选择电路205由n个二极管Ds1～Dsn构成。该n个二极管的阴极分别电连接至相应的PNP晶体管的基极，而阳极电连接在一起，输出n个PNP晶体管基极电压中的最小电压Vmin。误差放大电路包括误差放大器AMP。误差放大器AMP的同相输入端接收参考电压Vref1，反相输入端电连接至电压选择电路205以接收最小电压Vmin，输出端输出补偿信号COMP。参考电压Vref1的值取决于PNP晶体管Qk的开启电压、电流参考值Vref以及采样电阻Rsk。
图4为根据本发明再一实施例的LED驱动装置400的电路示意图。如图4所示，LED故障保护模块41，42，...，4n对应耦接于相应PNP晶体管的基极，接收基极处的电压，通过比较接收的基极电压与预订的故障阈值电压(例如，开路阈值或短路阈值)来产生故障信号Trigger1～Triggern。
在一个实施例中，每个LED故障保护模块均包括LED开路检测比较器402、LED短路检测比较器403以及触发电路404。LED开路检测比较器402接收对应的PNP晶体管的基极电压，并将该基极电压与开路阈值电压VOTH相比较以产生开路故障信号。如果该基极电压大于该开路阈值电压VOTH，则所述开路故障信号为表征LED正常的逻辑状态，如果该基极电压小于该开路阈值电压VOTH，则所述开路故障信号为表征LED开路的逻辑状态。
LED短路检测比较器403接收对应的PNP晶体管的基极电压，并将该基极电压与短路阈值电压VSTH相比较以产生短路故障信号。如果该基极电压小于该短路阈值电压VSTH，则所述短路故障信号为表征LED正常的逻辑状态，如果该电压大于该短路阈值电压VSTH，则所述短路故障信号为表征LED短路的逻辑状态。
触发电路404接收所述开路故障信号和所述短路故障信号，以产生触发信号Triggerk(k＝1、2......n)。根据本发明的一个实施例，当耦接于PNP晶体管Qk的LED串开路时，PNP晶体管Qk的基极电压将被拉到地，因而该基极电压将小于所述开路阈值电压VOTH，那么所述开路故障信号将为表征LED开路的逻辑状态。当耦接于PNP晶体管Qk的LED串短路时，该PNP晶体管Qk的基极电压将被拉到高电位，因而该基极电压将大于短路阈值电压VSTH，那么短路故障信号将为表征LED短路的逻辑状态。然后，触发电路404具体为或门电路，对LED开路检测比较器402和LED短路检测比较器403输出的表示故障状态的逻辑信号进行或运算后，输出该LED串的故障信号Triggerk。
虽然在上述实施例中，触发电路404对开路故障信号和短路故障信号进行或运算后输出，作为故障信号，但是在其他实施例中，每个LED故障保护模块也可以不包括触发电路404，而是直接输出LED开路检测比较器402和LED短路检测比较器403的检测结果，即开路故障信号和短路故障信号，作为故障指示信号。
图5为根据本发明实施例的LED驱动方法的流程图，包括步骤501～504。
根据本发明的实施例的方法，每串发光二极管与相应的电流调节电路连接，并且每个电流调节电路包括：PNP晶体管，其发射极电连接至相应的发光二极管串的阴极；采样电阻，电连接在所述PNP晶体管的集电极和地之间；以及运算放大器，第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至所述PNP晶体管的发射极和所述采样电阻，输出端电连接至所述PNP晶体管的基极。如图5所示，该方法包括：
步骤501，为多串发光二极管提供直流驱动电压；
步骤502，通过多个电流调节电路调节流过所述多串发光二极管的电流；
步骤503，根据多个电流调节电路中PNP晶体管的基极电压产生控制信号；以及
步骤504，根据所述控制信号调节所述直流驱动电压。
根据本发明的其他实施例，步骤503包括：选择PNP晶体管基极电压中的最小电压；基于参考电压和所述最小电压，产生补偿信号；以及基于补偿信号，产生所述控制信号。
根据本发明的其他实施例，还可以检测LED串的故障。该方法还包括步骤：将PNP晶体管的基极电压与开路阈值电压和短路阈值电压进行比较，其中开路阈值电压低于短路阈值电压；当该基极电压低于开路阈值电压时，产生代表相应的发光二极管串开路的开路指示信号；当该基极电压高于短路阈值电压时，产生代表相应的发光二极管串短路的短路指示信号。
上述本发明的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本发明实施例的LED驱动装置进行了说明，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。
Claims (9)
1.一种驱动多串发光二极管的装置，包括：
电压变换电路，电耦接至所述多串发光二极管，为所述多串发光二极管提供直流驱动电压；
多个PNP晶体管，该多个PNP晶体管的发射极分别电连接至各发光二极管串的阴极；
多个采样电阻，分别电连接在所述多个PNP晶体管的集电极和地之间；以及
控制芯片，包括：
多个运算放大器，其中每个运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至相应PNP晶体管的集电极和相应的采样电阻，输出端电连接至相应PNP晶体管的基极；以及
控制电路，电耦接至所述多个PNP晶体管的基极，根据各PNP晶体管的基极电压产生控制信号，以控制所述电压变换电路。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制电路包括：
电压选择电路，电耦接至所述多个PNP晶体管的基极，选择输出PNP晶体管基极电压中的最小电压；
误差放大电路，电耦接至所述电压选择电路，基于参考电压与所述最小电压，产生补偿信号；以及
脉冲宽度调制电路，电耦接至所述误差放大电路，基于所述补偿信号产生控制信号。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述控制芯片还包括多个故障检测电路，分别连接到所述多个PNP晶体管的基极，将相应PNP晶体管的基极电压与开路阈值电压和短路阈值电压进行比较，其中开路阈值电压低于短路阈值电压；
当该基极电压低于开路阈值电压时，所述故障检测电路输出代表相应的发光二极管串开路的开路指示信号；
当该基极电压高于短路阈值电压时，所述故障检测电路输出代表相应的发光二极管串短路的短路指示信号。
4.如权利要求3所述的装置，其中每个故障检测电路包括：
第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接到相应PNP晶体管的基极，接收该PNP晶体管的基极电压，第二输入端接收开路阈值电压，输出端输出所述开路指示信号；
第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接到相应PNP晶体管的基极，接收该PNP晶体管的基极电压，第二输入端接收短路阈值电压，输出端输出所述短路指示信号。
5.如权利要求4所述的装置，其中每个故障检测电路还包括：
触发电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接到所述第一比较器的输出端，第二输入端电耦接到所述第二比较器的输出端，输出端输出故障指示信号。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述触发电路为或门电路。
7.一种驱动多串发光二极管的方法，其中，每串发光二极管与相应的电流调节电路连接，并且每个电流调节电路包括：PNP晶体管，其发射极电连接至相应的发光二极管串的阴极；采样电阻，电连接在所述PNP晶体管的集电极和地之间；以及运算放大器，第一输入端接收电流参考值，第二输入端电连接至所述PNP晶体管的发射极和所述采样电阻，输出端电连接至所述PNP晶体管的基极，该方法包括：
为所述多串发光二极管提供直流驱动电压；
通过多个电流调节电路调节流过所述多串发光二极管的电流；
根据多个电流调节电路中PNP晶体管的基极电压产生控制信号；以及
根据所述控制信号调节所述直流驱动电压。
8.如权利要求7所述的方法，其中产生控制信号的步骤包括：
选择PNP晶体管基极电压中的最小电压；
基于参考电压和所述最小电压，产生补偿信号；以及
基于补偿信号，产生所述控制信号。
9.如权利要求7所述的方法，还包括：
将PNP晶体管的基极电压与开路阈值电压和短路阈值电压进行比较，其中开路阈值电压低于短路阈值电压；
当该基极电压低于开路阈值电压时，产生代表相应的发光二极管串开路的开路指示信号；
当该基极电压高于短路阈值电压时，产生代表相应的发光二极管串短路的短路指示信号。
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Application publication date: 20130313 |