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CN119836655A - Led驱动系统及方法 - Google Patents

Led驱动系统及方法 Download PDF

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CN119836655A
CN119836655A CN202280098458.8A CN202280098458A CN119836655A CN 119836655 A CN119836655 A CN 119836655A CN 202280098458 A CN202280098458 A CN 202280098458A CN 119836655 A CN119836655 A CN 119836655A
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CN
China
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voltage
led
output signal
output
driving system
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CN202280098458.8A
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刘洪云
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Shanghai Xianyao Display Technology Co ltd
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Shanghai Xianyao Display Technology Co ltd
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Publication date
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Abstract

本公开提供了一种LED驱动系统（100，500）和方法（600）。所述LED驱动系统（100，500）包括：转换电路（110），其被配置为基于控制输入将第一电压（Vdd）转换为第二电压（Vdv），所述第二电压（Vdv）具有相对于所述第一电压（Vdd）的电压差（Vgs）；驱动电路（120），其耦合到所述转换电路（110）以接收所述第二电压（Vdv），并被配置为基于所述第二电压（Vdv）生成输出信号（PWM_OUT）；以及控制电路（130），其耦合到所述驱动电路（120），并且被配置为基于所述输出信号（PWM_OUT）来控制LED（140）的亮度。

Description

LED驱动系统及方法
技术领域
本公开文本总体上涉及显示技术，更具体地，涉及LED驱动系统和方法。
背景技术
LED显示器的灰度主要决定用于显示诸如图片和视频图像等内容的亮度的灰度级。亮度是与亮度相对应的可测量的光质量。每个LED像素的亮度是可调的，并且调节的精细度是显示器的灰度级。灰度级越高，即亮度等级的数量越高，所显示的图像就越精致和丰富多彩。
一种发光单元，包括红色、绿色和蓝色LED和驱动电路。通常用于提供驱动电路的驱动芯片包括具有内置串并移位寄存器单元和输出锁存单元的芯片。驱动芯片的控制输入信号包括数据 (R, G, B)、移位脉冲（例如由时钟（CLK）提供）、锁存脉冲（例如由选通提供）等。
通常，线性调节LED电流的方案用于改变其亮度。还公开了一种通过调整脉冲数量来调整LED灰度的方法。但是，灰度级需要微调，以获得更好的显示效果。
发明内容
本公开文本的实施方案提供了一种LED驱动系统。所述LED驱动系统包括：转换电路，其被配置为基于控制输入将第一电压转换为第二电压，所述第二电压具有相对于所述第一电压的电压差；驱动电路，其耦合到所述转换电路以接收所述第二电压，并被配置为基于所述第二电压生成输出信号；以及控制电路，其耦合到所述驱动电路，并且被配置为基于所述输出信号来控制LED的亮度。
本公开文本的实施方案还提供了一种LED驱动方法。所述方法包括：基于控制输入将第一电压转换为第二电压，所述第二电压具有相对于所述第一电压的电压差；基于所述第二电压生成输出信号；以及基于所述输出信号控制LED的亮度。
附图说明
在下面的详细描述和附图中展示了本公开文本的实施方案和各个方面。附图中示出的各种特征未按比例绘制。
图1示出了根据本公开文本的一些实施方案的示例性LED驱动系统的示意图结构。
图2示出了根据本公开文本的一些实施方案的第二电压与输出信号之间的示例性关系。
图3示出了根据本公开文本的一些实施方案的输入PWM信号与输出信号之间的示例性关系。
图4示出了根据本公开文本的一些实施方案的第二电压与输出信号之间的另一示例性关系。
图5示出了根据本公开文本的一些实施方案的示例性LED驱动系统的另一结构图。
图6示出了根据本公开文本的一些实施方案的示例性LED驱动方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施方案，所述示例性实施方案的例子在附图中展示。以下描述参考附图，其中不同附图中的相同数字表示相同的或相似的元件，除非另有表示。在示例性实施方案的以下描述中阐述的实现方式并不代表与本发明一致的所有实现方式。相反，它们仅是与本发明有关的、同所附权利要求中所列举的方面一致的设备和方法的例子。下面更详细地描述了本公开文本的特定方面。如果与通过引用并入的术语和/或定义相冲突的话，则以本文提供的术语和定义为准。
图1示出了根据本公开文本的一些实施方案的示例性LED驱动系统100的结构图。参照图1，LED驱动系统100包括转换电路110、驱动电路120、控制电路130和LED 140。驱动电路120的输入耦合到转换电路110的输出。控制电路130的第一输入耦合到驱动电路120的输出，并且控制电路130的输出耦合到LED 140以控制LED 140的亮度（例如，灰度）。在一些实施方案中，转换电路110和控制电路130都耦合到工作电压Vdd。在一些实施方案中，转换电路110可以包括一个或多个控制输入引脚VSET，用于接收表示控制输入的多个位作为输入。转换电路110可以由芯片实现。
转换电路110被配置为基于在一个或多个引脚VSET上接收的控制输入将第一电压，即工作电压Vdd，转换为第二电压Vdv。第二电压Vdv与第一电压Vdd具有电压差Vgs。第一电压Vdd，即工作电压，可以是例如+5V。第二电压Vdv低于第一电压Vdd，例如，在+2V至+3V的范围内。当确定第二电压Vdv的范围时，确定电压差Vgs的变化范围，Vgs=Vdd-Vdv。在这个例子中，电压差Vgs的变化范围在1V的变化区间内，即3V-2V=1V。电压差Vgs的变化范围可以响应于控制输入而量化和调整。因此，通过在不同等级上调节控制输入，可以生成第二电压Vdv的不同值。在一些实施方案中，控制输入由多个位设置，例如，控制输入由芯片的所述一个或多个引脚VSET配置。VSET引脚可配置为接收代表控制输入的8位、10位或12位等。VSET为多位输入，控制输入可作为二进制组合接收。例如，对于8位输入，VSET<7:0>的范围可以是(00000000)至(11111111)。在这个例子中，如果电压差Vgs的1V的变化范围被量化为8位（例如，被配置为用于接收的所述一个或多个引脚VSET是具有8位的引脚），则电压差范围（例如，1V）被分成256个等级，并且每个等级的电压变化是1/256V。相应地，转换电路110可以转换并输出第二电压Vdv的256个电压值。例如，当VSET<7:0>=(00000000)时，电压差Vgs具有最小值，例如2V。当VSET<7:0>=(111111111)时，电压差Vgs具有最大值，例如3V。在一些实施方案中，如果将电压差Vgs的1V的变化范围量化为10位，则电压差范围被分成1024个等级，每个等级的电压变化为1/1024 V。相应地，转换电路110可以转换并输出第二电压Vdv的1024个电压值。在一些实施方案中，如果电压差Vgs的1V的变化范围被量化为12位，则电压差范围被分成4096个等级，并且每个等级的电压变化是1/4096V。相应地，转换电路110可以转换并输出第二电压Vdv的4096个电压值。因此，转换电路110可以基于控制输入将第二电压Vdv转换并输出为不同的大小。
驱动电路120耦合到转换电路110，并被配置为基于第二电压Vdv生成输出信号。例如，驱动电路120的输出信号随第二电压Vdv的变化而变化。例如，图2示出了根据本公开文本的一些实施方案的第二电压Vdv与驱动电路120的输出信号之间的示例性关系。如图2所示，驱动电路120的输出信号的电压跟随第二电压Vdv。当第二电压Vdv增加时，输出信号增加；并且当第二电压Vdv减小时，输出信号减小。在一些实施方案中，驱动电路120的输出信号可以是数字信号，例如脉宽调制（PWM）信号。再次参考图1，驱动电路120被耦合以接收输入PWM信号PWM_IN。驱动电路120被配置为基于输入信号PWM_IN和第二电压Vdv来确定输出信号PWM_OUT。基于输入信号PWM_IN确定输出信号PWM_OUT的占空比。输出信号PWM_OUT的高电平可以与输入信号PWM_IN的电压相同，在这个例子中，PWM_IN的电压与工作电压Vdd相同。在一些实施方案中，PWM_IN的电压可以不同于工作电压Vdd。基于工作电压Vdd和第二电压Vdv确定输出信号PWM_OUT的低电平。图3示出了根据本公开文本的一些实施方案的输入PWM信号与输出信号PWM_OUT之间的示例性关系。如图3所示，输出信号PWM_OUT的占空比和频率与输入信号PWM_IN的占空比和频率相同。输出信号PWM_OUT的高电平等于工作电压Vdd，输出信号PWM_OUT的低电平等于第二电压Vdv。图4示出了根据本公开文本的一些实施方案的第二电压Vdv与输出信号PWM_OUT之间的另一示例性关系。更具体地，图4示出了输入信号PWM_IN、第二电压Vdv和输出信号PWM_OUT。如图4所示，输出信号PWM_OUT的低电平随着第二电压Vdv而变化。如上所述，由于第二电压Vdv可以被调节到不同的大小，所以输出信号PWM_OUT可以被改变到不同的大小。
在一些实施方案中，输出信号PWM_OUT的占空比可在一个脉冲周期内调节，即，输出高电平Vdd和输出低电平Vdv在一个脉冲周期内的比率可调节。例如，通过调整输入信号PWM_IN的占空比来调整输出信号PWM_OUT的占空比。因此，也可以通过所述调节来控制LED的亮度。
返回参考图1，控制电路130耦合到驱动电路120并被配置为基于输出信号PWM_OUT来控制LED 140的亮度（例如，显示器的灰度）。控制电路130基于输出信号生成输出电流Iout。输出电流Iout可以控制LED 140的亮度。当输出电流Iout为低时，LED 140的亮度为低；当输出电流Iout为高时，LED 140的亮度为高。控制电路130可生成输出电流Iout的等级越多，可实现的灰度级的精细度就越大。由于输出信号PWM_OUT可以被改变为不同的大小，例如，在256个等级、1024个等级或4096个等级中变化，基于输出信号PWM_OUT生成的输出电流Iout也可以被调整为不同的大小（例如，等级）。利用输出电流Iout的多个等级来控制LED 140的亮度，显著提高了显示的精细度。
在一些实施方案中，控制电路130可以进一步连接到工作电压Vdd。输出电流Iout通过比较输出信号和工作电压Vdd来确定。在这个例子中，由于工作电压Vdd和第二电压Vdv之间的电压差Vgs的变化范围被量化为多个等级，并且输出信号PWM_OUT的低电平等于Vdv，因此可以更精确地量化由电压差Vgs直接确定的输出电流Iout，从而提高显示的精细度。
在一些实施方案中，LED 140可以是具有任何颜色的LED，例如，LED 140是白色LED、红色LED、蓝色LED或黄色LED中的一种。
图5示出了根据本公开文本的一些实施方案的示例性LED驱动系统500的另一结构图。参照图5，LED驱动系统500包括如图1所示配置的前述转换电路110和驱动电路120。系统500进一步包括作为MOS（金属氧化物半导体）晶体管131提供的控制电路130。MOS晶体管131的源极耦合到第一电压Vdd，MOS晶体管131的栅极耦合到驱动电路120的输出，并且MOS晶体管131的漏极耦合到LED 140。在系统500中，LED 140包括二极管141。MOS晶体管131的漏极耦合到二极管141的正极。二极管141的负极连接到大地VSS。当驱动电路120的输出信号PWM_OUT为低电平时，Vgs=Vdd-Vdv，MOS晶体管131导通。通过调整VSET的配置（例如，数字值），Vgs的变化范围可以量化为许多等级，例如256、1024、4096等数量的等级。在系统500中，MOS晶体管131的源极与栅极之间的电压差Vgs与流经LED 140的输出电流Iout正相关。通过调节电压差Vgs，可以获得不同的Iout值，并且当不同的Iout流经LED 140时，可以产生不同的亮度。转换电路110被配置为调整输出信号PWM_OUT的低电平Vdv，其可以被量化为8位、10位和12位。因此，可以获得非常大量的低电平Vdv值。因此，亮度调节（例如，图像显示的灰度）变得更加精确。驱动电路120被配置为通过调整输入信号PWM_IN的占空比来在一个脉冲周期内调整输出信号PWM_OUT的占空比。通过调整输出信号PWM_OUT的占空比，可以调整输出电流Iout，从而调整LED 140的亮度。
图6示出了根据本公开文本的一些实施方案的示例性LED驱动方法600的流程图。方法600可以由LED驱动系统100执行。如图6所示，方法600包括步骤602至608。
在步骤602，基于控制输入将第一电压Vdd转换为具有电压差的第二电压Vdv。第二电压Vdv与第一电压Vdd具有电压差Vgs。第一电压Vdd可以是工作电压，例如+5V。第二电压Vdv低于第一电压Vdd，例如，在+2V至+3V的范围内。当确定第二电压Vdv的范围时，确定电压差Vgs的变化范围。在这个例子中，电压差Vgs的变化范围在1V的区间内，即3V-2V=1V。
在步骤604，基于控制输入的数字值量化电压差的变化范围。电压差Vgs的变化范围可以通过控制输入进行量化和调整。因此，可以通过调节控制输入来生成第二电压Vdv的不同值。在一些实施方案中，控制输入由多个位设置，例如，控制输入由芯片的一个（或多个）引脚VSET设置。VSET可以是具有8位、10位或12位等的一个或多个引脚，这可以由所选芯片确定。VSET为多位输入，控制输入可作为二进制组合接收。例如，对于8位输入，VSET<7:0>的范围可以是(00000000)至(11111111)。在这个例子中，如果电压差Vgs的1V的变化范围被量化为8位（例如，一个（或多个）引脚VSET接收8位），则电压差范围（例如，1V）被分成256个等级，并且每个等级的电压变化是1/256V。相应地，转换电路110可以转换并输出第二电压Vdv的256个电压值。如果电压差Vgs的1V的变化范围被量化为10位，则电压差范围被分成1024个等级，并且每个等级的电压变化是1/1024V。相应地，转换电路110可以转换并输出第二电压Vdv的1024个电压值。如果电压差Vgs的1V的变化范围被量化为12位，则电压差范围被分成4096个等级，并且每个等级的电压变化是1/4096V。相应地，转换电路110可以转换并输出第二电压Vdv的4096个电压值。因此，转换电路110可以基于控制输入转换并输出具有不同大小的第二电压Vdv。
在步骤606，基于第二电压Vdv生成输出信号。例如，基于第二电压Vdv改变输出信号PWM_OUT。例如，输出信号的电压跟随第二电压Vdv，如图2所示。当第二电压Vdv增加时，输出信号增加；并且当第二电压Vdv减小时，输出信号减小。在一些实施方案中，输出信号可以是数字信号，例如PWM信号。输入PWM信号PWM_IN可以是驱动电路120的另一输入。基于输入信号PWM_IN和第二电压Vdv确定输出信号PWM_OUT。基于输入信号PWM_IN确定输出信号PWM_OUT的占空比。输出信号PWM_OUT的高电平可以与输入信号PWM_IN的电压相同。在这个例子中，PWM_IN的电压与工作电压Vdd相同。在一些实施方案中，PWM_IN的电压可以不同于工作电压Vdd。基于工作电压Vdd和第二电压Vdv确定输出信号PWM_OUT的低电平。例如，输出信号PWM_OUT的占空比和频率可以与输入信号PWM_IN的占空比和频率相同。如图3所示，输出信号PWM_OUT的高电平等于工作电压Vdd，输出信号PWM_OUT的低电平等于第二电压Vdv。在一些实施方案中，输出信号PWM_OUT的低电平随着第二电压Vdv而改变，如图4所示。如上所述，由于第二电压Vdv可以被调节到不同的大小，所以输出信号可以被改变到不同的大小。
在一些实施方案中，输出信号PWM_OUT的占空比可在一个脉冲周期内调节，即，输出高电平Vdd和输出低电平Vdv在一个脉冲周期内的比率可调节。例如，通过调整输入信号PWM_IN占空比来调整输出信号PWM_OUT的占空比。因此，也可以通过所述调节来控制LED的亮度。
在步骤608，基于输出信号控制LED的亮度。用于LED 140的电流ILED基于输出信号，其可以控制LED 140的亮度。当电流ILED低时，LED 140的亮度低；当电流ILED高时，LED 140的亮度高。电流ILED可以具有的级别越多，灰度级达到的精细度就越高。LED 140的亮度与电流ILED正相关。由于输出信号可以改变到不同的大小，例如256个等级、1024个等级或4096个等级，基于输出信号生成的电流ILED也可以调整到不同的大小（例如等级）。利用电流ILED的多个等级来控制LED 140的亮度，显著提高了显示的精细度。
在一些实施方案中，通过比较输出信号和工作电压Vdd来确定电流ILED。在这个例子中，由于工作电压Vdd与第二电压Vdv之间的电压差Vgs的变化范围被量化为多个等级，并且输出信号的低电平等于Vdv，因此可以更精确地量化由电压差Vgs直接确定的电流ILED，从而显示更加精细。
应当注意的是，本文中的关系术语，诸如“第一”和“第二”，仅用于将实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或暗示这些实体或操作之间的任何实际关系或顺序。此外，词语“包括（comprising）”、“具有（having）”、“包含（containing）”和“包括（including）”和其他类似的形式旨在是在意义上是等效的，并且是开放式的，在这些词语中的任何一个后面的一个或多个项并不意味着是这样一个或多个项的详尽列表，或者意味着仅限于所列出的一个或多个项。
如本文所使用的，除非另有明确说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果声明数据库可以包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则所述数据库可以包括A、或B、或A和B。作为第二例子，如果声明数据库可以包括A、B或C，则除非另有明确说明或不可行，否则所述数据库可以包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。
在前面的说明书中，已经参考许多具体细节描述了实施方式，这些细节可以因实现方式而异。可以对所描述的实施方案进行某些改动和修改。考虑到在此公开的本发明的说明书和实践，其他实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。说明书和例子旨在被视为仅是示例性的，本发明的真实范围和精神是通过以下权利要求来指示的。附图中示出的步骤顺序也旨在仅用于说明目的，而不旨在限于任何特定的步骤顺序。因此，本领域技术人员可以理解，这些步骤可以在实现相同方法的同时以不同的顺序执行。
在附图和说明书中，已经公开了示例性实施方案。然而，可以对这些实施方案进行许多变化和修改。因此，尽管采用了特定的术语，但它们仅用于一般性和描述性的意义，而不是出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种LED驱动系统，其包括：
转换电路，其被配置为基于控制输入将第一电压转换为第二电压，所述第二电压具有相对于所述第一电压的电压差；
驱动电路，其耦合到所述转换电路以接收所述第二电压，并被配置为基于所述第二电压生成输出信号；以及
控制电路，其耦合到所述驱动电路，并且被配置为基于所述输出信号来控制LED的亮度。
2.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其中，所述电压差的变化范围由所述控制输入的数字值量化。
3.根据权利要求2所述的LED驱动系统，其中，当所述变化范围被量化为8位时，所述变化范围被划分为256个等级；当所述变化范围被量化为10位时，所述变化范围被划分为1024个等级；并且当所述变化范围被量化为12位时，所述变化范围被划分为4096个等级。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED驱动系统，其中，所述驱动电路被耦合以接收输入信号，所述输出信号基于所述输入信号和所述第二电压生成。
5.根据权利要求4所述的LED驱动系统，其中，所述输入信号是输入脉宽调制（PWM）信号，并且所述输出信号是输出PWM信号。
6.根据权利要求5所述的LED驱动系统，其中，所述输出PWM信号在脉冲周期中包括第一电压处的高电平和第二电压处的低电平。
7.根据权利要求5或6所述的LED驱动系统，其中，所述输出PWM信号的占空比在脉冲周期内是可调的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的LED驱动系统，其中，所述控制电路包括金属氧化物半导体（MOS）晶体管，所述MOS晶体管的源极被耦合以接收所述第一电压，所述MOS晶体管的栅极被耦合到所述驱动电路的输出，并且所述MOS晶体管的漏极被耦合到所述LED。
9.根据权利要求8所述的LED驱动系统，其中，所述第一电压与所述第二电压之间的所述电压差等于所述MOS晶体管的源极和栅极之间的电压差。
10.根据权利要求8或9所述的LED驱动系统，其中，所述LED的亮度基于所述漏极的电流输出来控制。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的LED驱动系统，其中，所述LED是白色LED、红色LED或蓝色LED中的一种。
12.一种LED驱动方法，包括：
基于控制输入将第一电压转换为第二电压，所述第二电压具有相对于所述第一电压的电压差；
基于所述第二电压生成输出信号；以及
基于所述输出信号控制LED的亮度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在基于控制输入将所述第一电压转换为第二电压之后，所述方法进一步包括：
基于所述控制输入的数字值量化所述电压差的变化范围。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述电压差的变化范围被量化为8位时，所述变化范围被划分为256个等级；当所述变化范围被量化为10位时，所述变化范围被划分为1024个等级；并且当所述变化范围被量化为12位时，所述变化范围被划分为4096个等级。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，基于所述第二电压生成所述输出信号进一步包括：
基于所述第二电压和输入信号生成所述输出信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述输入信号是输入脉宽调制（PWM）信号，并且所述输出信号是输出PWM信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述输出PWM信号在脉冲周期中包括第一电压处的高电平和第二电压处的低电平。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述输出PWM信号的占空比在脉冲周期内是可调的。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中，在基于所述第二电压生成所述输出信号之后，所述方法进一步包括：
基于所述输出信号控制所述LED的电流；并且
基于所述输出信号控制所述LED的亮度进一步包括：
基于所述电流控制所述LED的亮度。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述LED的亮度与所述电流正相关。
CN202280098458.8A 2022-08-01 2022-08-01 Led驱动系统及方法 Pending CN119836655A (zh)

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