LED显示屏及其保护电路及控制方法与流程

本发明涉及LED显示技术，更具体地，涉及LED显示屏及其保护电路及控制方法。

背景技术：

在LED显示屏使用的像素元件是LED。LED显示屏具有以下方面的优越性：高灰度、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。因此，LED显示屏被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。在LED显示屏中，可以采用电流控制法和导通时间控制法来实现多级灰度。在电流控制法中，通过调节LED中流过的电流大小来控制其灰度。在导通时间控制法中，维持恒流驱动，通过改变占空比来控制LED的灰度。

在实际产品中，已经广泛地采用逐位分时显示的导通时间控制法，根据灰度数据来表现多级灰度。为此，在LED显示屏系统中，控制端与显示屏端进行通信，向后者提供数据信号和控制信号。该控制信号例如包括时钟信号、使能信号和锁存信号。LED显示屏端的驱动电路接收数据信号，并且在控制信号的控制下进行锁存。LED显示屏端的驱动电路根据数据信号点亮/熄灭对应的LED，以实现图像信息的显示。

然而，LED显示屏经常存在着通信异常中断的情形，例如，因故障或停电等原因造成控制端停止工作时，或控制端与显示屏端的信号线脱落。此时，LED显示屏端的锁存数据未清零，由于保存了通信中断之前的数据，LED显示屏会出现错误的显示内容、或全屏随机闪烁、或图像混乱。显示屏的通信异常中断不仅导致图像显示错误，而且可能导致LED长时间点亮，导致LED屏的功耗增加以降低LED的寿命降低。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种LED显示屏及其保护电路及控制方法，其中采用保护电路在通信异常时禁用LED显示屏，从而改善图像显示以及降低LED屏功耗和延长LED屏寿命。

根据本发明的第一方面，提供一种用于LED显示屏的控制方法，所述LED显示屏包括用作像素的多个LED，所述方法包括：提供串行数据信号、时钟信号和第一输出使能信号；对所述时钟信号进行滤波以产生第二输出使能信号；根据第一输出使能信号和第二输出使能信号产生第三输出使能信号；以及根据所述串行数据信号向所述多个LED提供驱动电流，其中，所述第三输出使能信号用于启用或禁用向所述LED提供驱动电流。

优选地，在所述第一输出使能信号和所述第二输出使能信号均有效时，所述第三输出使能信号有效，以及在所述第一输出使能信号和所述第二输出使能信号任一个无效时，所述第三输出使能信号无效。

优选地，所述第一输出使能信号和所述第二输出使能电路在高电平时有效，所述第三使能信号在低电平时有效。

根据本发明的第二方面，提供一种LED显示屏，包括：LED显示控制器，用于提供串行数据信号、时钟信号和第一输出使能信号；LED保护电路，与所述LED显示控制器相连接，根据所述时钟信号和所述第一输出使能信号产生所述第三输出使能信号；以及多个LED驱动电路，与所述LED显示控制器和所述LED保护电路相连接，根据所述串行数据信号提供驱动电流，多个LED，与所述多个LED驱动电路相连接，并且在驱动电流的作用下点亮，从而作为所述LED显示屏的像素。

优选地，所述多个LED驱动电路分别驱动所述多个LED中的相应一组LED。

优选地，所述多个LED驱动电路彼此级联连接，并且安装在多个LED单元板上。

优选地，所述多个LED驱动电路包括邻近所述LED显示控制器的第一LED驱动电路，所述LED驱动电路位于所述LED显示控制器和所述第一LED驱动电路之间，从而向所述多个LED驱动电路提供公共的所述第三输出使能信号。

优选地，所述LED保护电路包括多个保护模块，所述多个保护模块分别与所述多个LED驱动电路相连接，从而向所述多个LED驱动电路分别提供各自的所述第三输出使能信号。

优选地，所述多个LED驱动电路分别与相应的一个保护模块集成在同一个芯片中。

优选地，所述多个LED驱动电路分别包括：恒流源电路，用于根据串行数据信号，向LED驱动电路的输出端提供驱动电流；以及输出使能电路，用于根据所述第三输出使能信号，启用或禁用所述恒流源电路。

优选地，所述恒流电路包括：恒流源，用于产生大致恒定的电流作为驱动电流；以及开关管，与所述恒流源串联连接，在所述开关管导通时，在LED驱动电路的输出端提供所述驱动电流。

优选地，所述输出使能电路包括：非门，用于接收所述第三输出使能信号，并且产生所述第三输出使能信号的反相信号；以及与门，用于接收所述第三输出使能信号的反相信号以及所述串行数据信号，并且向所述开关管提供开关控制信号，以控制所述开关管的导通状态。

优选地，所述LED驱动电路还包括：移位寄存器，用于对所述串行数据信号进行移位以及存储多位数字值；以及锁存器，用于暂时寄存并且向所述输出使能电路提供所述多位数字值，其中，所述LED显示控制器向所述移位寄存器提供所述时钟信号和所述串行数据信号，所述LED显示控制器向所述锁存器提供锁存信号。

根据本发明的第三方面，提供一种用于LED显示屏的保护电路，包括：滤波电路，用于接收时钟信号，以及对时钟信号进行滤波以产生第二输出使能信号；逻辑电路，与所述滤波电路相连接，用于接收所述第二输出使能信号，并且接收第一输出使能信号，以及根据第一输出使能信号和第二输出使能信号产生第三输出使能信号，其中，所述第三输出使能信号用于启用或禁用向所述LED显示屏的LED提供驱动电流。

优选地，所述滤波电路包括选自RC滤波电路、LC滤波电路、有源低通滤波电路中的一种。

优选地，所述逻辑电路的工作使得在所述第一输出使能信号和所述第二输出使能信号均有效时，所述第三输出使能信号有效，以及在所述第一输出使能信号和所述第二输出使能信号任一个无效时，所述第三输出使能信号无效。

优选地，所述逻辑电路为与非门，所述第一输出使能信号和所述第二输出使能电路在高电平时有效，所述第三使能信号在低电平时有效。

根据本发明实施例的LED保护电路通过检测时钟信号，产生第二输出使能信号，进一步根据第一输出使能信号和第二输出使能信号产生第三输出使能信号。LED驱动电路根据第三输出使能信号启用或禁用输出端。因此，在LED显示控制器与LED单元板之间的通信断开时，由于第一输出使能信号和第二输出使能信号均为无效状态，因此可以禁用LED驱动电路的输出端，直至通信恢复正常。

进一步地，根据本发明实施例的LED显示屏及控制方法，采用LED保护电路实现LED显示屏无信号时的自动关断，从而保证了LED显示屏不出现错误图像。本发明电路简单、实用、可靠，既延长了发光二极管的使用寿命，同时还降低了系统的能耗。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1为根据现有技术的LED显示屏的示意性框图；

图2为根据本发明实施例的LED显示屏的示意性框图；

图3示出在图2所示的LED显示屏中采用的LED驱动电路的示意性框图；

图4示出在图2所示的LED显示屏中采用的LED保护电路的示意性框图；

图5示出根据本发明实施例的LED显示屏的工作波形图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1为根据现有技术的LED显示屏的示意性框图。LED显示屏系统100包括LED显示控制器110和N个串接的LED单元板120-1至120-N，其中N是大于等于1的整数。

每一个LED单元板包括A个LED驱动电路，每个LED驱动电路用于驱动B个LED，其中A和B分别是大于等于1的整数。因此，该LED显示屏可以驱动总共N*A*B个LED。

LED显示控制器向LED单元板120-1提供串行数据信号SDI，并且分别向LED单元板120-1至LED单元板120-N提供一组控制信号，包括时钟信号CLK、锁存信号LE和第一输出使能信号OE。第一LED单元板120-1上的第一LED驱动电路从LED显示控制器接收串行数据信号SDI，并且在移位和锁存之后，将串行数据信号SDI输出至该单元板上的下一个LED驱动电路。每一个LED驱动电路根据锁存的串行数据信号SDI产生输出信号。LED单元板120-1至LED单元板120-N中的LED驱动电路根据第一输出使能信号OE提供驱动电流。LED按照逐位分时显示的方式点亮或熄灭，以实现图像信息的显示。

例如，在导通时间控制法中，为了显示一帧图像，对于每一个LED像素提供16位灰度数据D[0:15]。灰度数据D[0:15]的每一位对应于不同权重的有效显示时间，其权重采用2nT表示，其中n表示数据位。从16位灰度数据中逐位提取一个位数据，分为16次点亮/熄灭对应的LED。该LED的点亮有效时间累加的灰度效果作为该像素的灰度级。

图2为根据本发明实施例的LED显示屏的示意性框图。LED显示屏系统200包括LED显示控制器210和N个串接的LED单元板220-1至220-N，其中N是大于等于1的整数。

每一个LED单元板包括A个LED驱动电路，每个LED驱动电路用于驱动B个LED，其中A和B分别是大于等于1的整数。因此，该LED显示屏可以驱动总共N*A*B个LED。

LED显示控制器210向LED单元板220-1提供串行数据信号SDI，并且分别向LED单元板220-1至LED单元板220-N提供一组控制信号，包括时钟信号CLK、锁存信号LE和第一输出使能信号OE。

与图1所示的LED显示屏100不同，根据该实施例的LED显示屏200还包括LED保护电路230。在该实施例中，LED保护电路230连接在LED显示控制器210和LED单元板220-1之间，用于根据第一输出使能信号OE和时钟信号CLK产生第三输出使能信号LED单元板220-1至LED单元板220-N中的LED驱动电路根据第三输出使能信号提供驱动电流。

根据该实施例的LED显示屏200的其他方面与图1所示的LED显示屏相同，在此不再进行详述。

在该实施例中，将LED保护电路230设置在LED显示控制器210和第一个LED单元板之间。在一个替代的实施例中，LED保护电路230可以设置在LED显示控制器210内部，从而在控制端提供整个LED显示屏的保护功能。在另一个替代的实施例中，LED保护电路230可以设置在LED单元板的内部，甚至与LED驱动电路集成在一起，形成单个芯片，从而提供单个LED模组的保护功能。

图3示出在图2所示的LED显示屏中采用的LED驱动电路的示意性框图。如图3所示，LED单元板220-1至LED单元板220-N中的每个LED单元板可以包含一个或多个LED驱动电路。每个LED驱动电路具有相同的结构和功能。在此以其中一个LED驱动电路221为例进行说明。

LED驱动电路221包括移位寄存器2211、锁存器2212、反相器U11、多个与门U0至Un、多个开关管Q0至Qn、以及多个恒流源IS0至ISn。

移位寄存器2211接收时钟信号CLK和串行数据信号SDI，其中，时钟信号CLK来自LED显示控制端210，串行数据信号SDI来自LED显示控制端210或者前一级的LED驱动电路221。在时钟信号CLK的控制下，移位寄存器2211对串行数据信号SDI进行移位，并且将移位后的串行数据信号SDO提供至下一级的LED驱动电路221。移位寄存器2211存储多位数字值。在锁存信号LE的控制下，锁存器2212暂时锁存移位寄存器2211存储的多位数字值。

与门U0至Un各自的第一输入端分别连接至锁存器2212，以接收多位数字值，第二输入端共同连接至非门U11。非门U11的输入端接收第三输出使能信号非门U11与与门U0至Un一起组成输出使能电路，在第三输出使能信号有效时，与门U0至Un的输出端提供多位数字值。

与门U0至Un的输出端分别连接至开关管Q0至Qn的控制端，用于控制开关管Q0至Qn的导通和断开。开关管Q0至Qn分别与恒流源IS0至ISn分别串联连接在输出端至和地之间，从而在开关管导通时在输出端至分别提供与各个数字值相对应的驱动电流，从而驱动LED发光。

在该实施例中，第三输出使能信号通过与门U0至Un控制输出端至的输出电平。当第三输出使能信号为有效时，经反相器反相后“关断”输出端的与门，LED熄灭。当第三输出使能信号为无效时，经反相器反相后“开通”输出端的与门，允许各LED在D0～Dn为高电平时点亮。

在该实施例中，描述了图3所示的LED驱动电路包括移位寄存器、锁存器、由非门和多个与门组成的输出使能电路、由恒流源和开关管串联组成的恒流源电路。然而，本发明不限于此。本发明可以应用于任何包括输出使能电路的驱动电路。

在该实施例中，第三输出使能信号在低电平时有效，在高电平时无效，输出使能电路中的反相器U11用于将第三输出使能信号的低电平转换成高电平，或反之。然而，本发明不限于此。如果第三输出使能信号在高电平时有效，在低电平时有效，则可以省去输出使能电路中的反相器U11。

图4示出在图2所示的LED显示屏中采用的LED保护电路的示意性框图。LED保护电路230例如连接在LED显示控制器210和第一个LED单元板之间。如图4所示，LED保护电路230包括滤波电路231和与非门U21。

滤波电路231的输入端接收时钟信号CLK，输出端提供第二输出使能信号EN。滤波电路231例如为选自RC滤波电路、LC滤波电路、有源低通滤波电路中的一种，时钟信号CLK滤波电路231之后产生第二输出使能信号EN。

与非门U21的第一输入端和第二输入端分别接收第一输出使能信号OE和第二输出使能信号EN，输出端提供第三输出使能信号

LED显示控制器210提供的第一输出使能信号OE在高电平时有效，使得LED点亮，在低电平时无效，使得LED熄灭。相应地，LED保护电路230提供的第三输出使能信号在低电平时有效，使得LED点亮，在高电平时无效，使得LED熄灭。

在LED显示屏系统的控制端与显示屏端之间的通信正常时，滤波电路231将时钟信号CLK的低电平过滤掉，滤波电路231产生的第二输出使能信号EN为高电平信号。此时，若第一输出使能信号OE为高电平，所述与非门的输出信号即第三输出使能信号为低电平。第三输出使能信号控制LED驱动电路，并且在低电平时有效，从而可以点亮LED。若第一输出使能信号OE为低电平，所述与非门的输出信号即第三输出使能信号为高电平。第三输出使能信号控制LED驱动电路，并且在高电平时无效，从而可以关断LED。

在LED显示屏系统的控制端与显示屏端之间的通信异常时，时钟信号CLK没有输入，滤波电路231产生的第二输出使能信号EN为低电平信号。此时，无论第一输出使能信号OE为高电平还是低电平，所述与非门的输出信号即第三输出使能信号为高电平。第三输出使能信号控制LED驱动电路，并且在高电平时有效，从而始终关断LED。

在该实施例中，第三输出使能信号在低电平时有效，在高电平时有效，输出使能电路中的反相器U11用于将第三输出使能信号的低电平转换成高电平，或反之。然而，本发明不限于此。如果第三输出使能信号在高电平时有效，在低电平时无效，则可以省去输出使能电路中的反相器U11。

所述LED显示控制器210可在LED显示屏有故障、线断或控制端停止工作时，关断LED显示屏，节省功耗，延长LED发光二极管寿命。

图5示出根据本发明实施例的LED显示屏的工作波形图。图5示出图2中的LED显示屏200的工作波形图。

LED显示控制器210向LED单元板提供串行数据信号SDI，以及包括时钟信号CLK、锁存信号LE和第一输出使能信号OE的控制信号。LED保护电路230根据时钟信号CLK产生第二输出使能信号EN，进一步根据第一输出使能信号OE和第二输出使能信号EN产生第三输出使能信号LED单元板上的LED驱动电路221采用时钟信号、锁存信号LE和第三输出使能信号作为控制信号，根据串行数据信号SDI中的多位数据驱动多个LED。

如图5所示，在LED显示控制器210与LED单元板的正常通信期间，LED驱动电路221中的移位寄存器在时钟信号CLK的控制下对串行数据信号SDI进行移位，并且存储多位数据用于驱动LED。

在时刻t0，锁存信号LE从无效状态转变为有效状态，LED驱动电路221中的锁存器在锁存信号LE的控制下，暂时锁存移位寄存器获得的多位数据。

在时刻t1，第一输出使能信号OE从无效状态转变为有效状态。由于在正常通信期间，LED保护电路230始终可以获得时钟信号CLK，根据时钟信号CLK产生的第二输出使能信号EN始终为高电平，LED保护电路230根据第一输出使能信号OE和第二输出使能信号EN产生第三输出使能信号此时，第三输出使能信号是第一输出使能信号OE的反相版本。在第一输出使能信号OE从无效状态转变为有效状态的同时，第三输出使能信号也从无效状态转变为有效状态。

在第二输入使能信号的控制下，LED驱动电路221的输入使能电路将根据锁存器暂时锁存的多位数据而导通和断开，在输出端至分别提供与各个数字值相对应的驱动电流，从而驱动LED发光。

在时刻t2，第一输出使能信号OE从有效状态转变为无效状态，相应地，第二输入使能信号也从有效状态转变为无效状态。LED驱动电路221完成一个驱动周期的控制，开始中一下个驱动周期的显示。该驱动周期即从时刻t0至t2的时间段。

在连续的多个驱动周期中，LED驱动电路221根据串行数据信号SDI驱动LED发光，从而完成一帧图像的显示。在连续的的多个帧周期中，LED驱动电路221驱动LED发光，从而完成动态图像的显示。

在该实施例中，第一输出使能信号OE在高电平时有效，第三输出使能信号在低电平时有效。在替代的实施例中，根据电路的设计需要，第一输出使能信号OE可以在低电平时有效，第三输出使能信号可以在高电平时有效。

与上述的正常通信不同，在LED显示控制器210与LED单元板的通信异常时，LED驱动电路221中的移位寄存器和锁存器仍然存储着上一驱动周期中的多位数字值。

LED显示控制器210将不再向LED单元板提供时钟信号CLK。LED保护电路230通过滤波电路产生的第二输出使能信号EN始终为低电平，LED保护电路230根据第一输出使能信号OE和第二输出使能信号EN产生第三输出使能信号此时，第三输出使能信号始终维持为高电平。

因此，不论LED驱动电路221存储的多位数字值如何，也不论是否接收到错误的锁存信号LE和第一输出使能信号OE，LED驱动电路221始终断开恒流源中的开关管，从而禁止向输入端提供驱动电路，从而使得LED熄灭。

在上述的实施例中，描述了LED保护电路通过检测时钟信号CLK，产生第二输出使能信号EN，进一步根据第一输出使能信号OE和第二输出使能信号EN产生第三输出使能信号LED驱动电路根据第三输出使能信号启用或禁用输出端。因此，在LED显示控制器与LED单元板之间的通信断开时，由于第一输出使能信号和第二输出使能信号均为无效状态，因此可以禁用LED驱动电路的输出端，直至通信恢复正常。

本发明采用LED保护电路实现LED显示屏无信号时的自动关断，从而保证了LED显示屏不出现错误图像。本发明电路简单、实用、可靠，既延长了发光二极管的使用寿命，同时还降低了系统的能耗。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。