用于LED显示屏的控制器的制作方法

本实用新型涉及LED显示屏领域，尤其涉及用于LED显示屏的控制器。

背景技术：

发光二极管LED被广泛用于照明、背光、显示等领域。将LED作为像素点实现大屏幕显示的优点包括：亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定，因此其应用越来越广泛。

图1示出了一种根据现有技术的LED显示屏的控制电路的电路示意图(CN103854598A)。如图1所示，LED显示屏由M行*N列LED矩阵排列构成。LED显示屏的控制电路包括LED显示屏驱动电路30、三个驱动控制电路、与驱动控制电路对应的恒流通道组以及多个P型金属氧化物半导体(PMOS)开关。三个驱动控制电路的内部架构相同，并且在LED显示屏驱动电路30的控制下，驱动LED阵列的显示。图1中所示的P-MOS开关，受控于行供电控制端口，实现LED阵列的逐行供电控制，单行LED的阳极互联至P-MOS的漏极，单列LED基色的共同阴极互联至驱动控制电路的恒流输入端；P-MOS的源极连接到供电端VCC，栅极连接到LED显示屏驱动电路30的控制端口；在显示驱动电路30的控制下，打开某一P-MOS的漏极，为这一行LED的阳极供电，同时恒流控制信号输出端口控制LED驱动电路的逻辑电路，控制恒流阵列的有序导通，实现这一行LED电流的有序导通至GND，实现LED的有序点亮。

目前随着小点间距、高密度LED显示屏技术进一步发展，用于LED显示屏的控制电路的技术复杂程度不断增加，导致LED显示屏受到集成电路技术、驱动控制、电源技术以及可靠性方面的挑战。

例如，在图1的控制电路中，作为电源开关的PMOS器件，由于其载流子为空穴，迁移率低，导通电阻高，在应用到LED大屏幕显示时，在同样负载电流条件下，由于开关管PMOS导通电阻大，会导致芯片功耗增大，温度升高，降低芯片的可靠性。

针对现有技术中，LED显示屏的控制电路占用面积大、功耗大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对现有技术中，LED显示屏的控制电路占用面积大、功耗大的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此本实用新型的主要目的是提供一种LED显示屏的控制电路，以解决上述问题。

采用NMOS开关作为LED显示屏的行驱动电源开关。NMOS开关的载流子是电子，而PMOS开关的载流子是空穴，通常情况下，电子迁移率是空穴迁移率的2～4倍，因此在同样的负载下，NMOS开关的导电能力更强。

另一方面，在同样的导通电阻参数下，NMOS开关的管芯面积要比PMOS开关的管芯的面积小得多，同一晶圆产出率提高，从而节约资源并降低成本。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于LED显示屏的控制器，包括：译码器，所述译码器具有多个输入端以及多个输出端，所述译码器接收控制数据并输出驱动控制信号；多个驱动控制器，所述多个驱动控制器中的每一个连接至所述译码器的多个输出端中的一个，其中每个驱动控制器包括驱动电路和NMOS开关，所述驱动电路的输出端连接至NMOS开关的栅极，所述NMOS开关的漏极连接至电源电压，所述NMOS开关的源极作为所述驱动控制器的输出端，所述驱动电路基于所述驱动控制信号驱动NMOS开关导通或截止。

该控制器还包括升压变换器，所述升压变换器将电源电压升高至变换器电压并提供给驱动电路，所述驱动电路基于所述驱动控制信号并利用所述变换器电压驱动NMOS开关导通或截止。升压变换器可以是电荷泵。升压变换器还可以是开关电源。

进一步地，升压变换器电压的输出电压至少为所述电源电压加上阈值V_th。

进一步地，所述升压变换器电压的输出电压为所述电源电压的两倍。

进一步地，每个所述驱动控制器的输出端连接至LED显示面板的一行或多行。

进一步地，所述NMOS开关是多个并联连接的NMOS晶体管开关，每个NMOS晶体管开关的栅极连接到所述驱动电路的输出端，每个NMOS晶体管开关的漏极连接至电源电压，每个NMOS晶体管开关的源极连接至所述驱动控制器的输出端。

进一步地，所述驱动控制器还包括保护电路。

进一步地，所述驱动电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管以及反相器，其中第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的源极分别连接至所述升压变换器输出的变换器电压，其中第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管的源极分别接地，其中第一晶体管、第六晶体管的漏极分别连接至驱动电路的输出端，其中第一晶体管、第六晶体管栅极连接至一节点，其中第二晶体管的漏极、第三晶体管的栅极与第五晶体管的漏极相互连接并连接至所述节点，其中第二晶体管的栅极、第三晶体管的漏极与第四晶体管的漏极相互连接，其中所述驱动电路的输入端连接至反相器的输入端以及第四晶体管的栅极，所述反相器的输出端连接至第五晶体管的栅极，其中驱动电路的第一输出端连接至NMOS开关的栅极。

进一步地，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管为P型金属氧化物半导体晶体管；第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管为N型金属氧化物半导体晶体管。

进一步地，所述译码器是3-8译码器，所述3-8译码器接收三个二进制代码并在八个输出端处输出八个输出电平信号至对应的驱动控制器。

进一步地，所述译码器是2-4译码器，所述2-4译码器接收两个二进制代码并在四个输出端处输出四个输出电平信号至对应的驱动控制器。

进一步地，所述译码器是4-16译码器，所述4-16译码器接收四个二进制代码并在十六个输出端处输出十六个输出电平信号至对应的驱动控制器。

进一步地，该控制器还包括消隐控制电路和可控放电电路，所述可控放电电路连接在NMOS开关的源极与下拉电源之间，所述消隐控制电路连接在NMOS开关的栅极与可控放电电路之间。

与利用PMOS开关作为行驱动电源开关相比，本实用新型利用NMOS开关作为LED显示屏的行驱动电源开关具有如下优点：1)由于NMOS开关的以电子作为载流子，迁移率高，导电能力强，在相同半导体芯片面积上形成的NMOS开关，能降低电源开关的导通电阻；2)由于同等性能的NMOS开关所占用的管芯面积远小于PMOS开关所占用的芯片面积，为实现相同的导通电流NMOS开关所需的芯片面积小，同一晶圆产出率提高，从而能够降低LED驱动电路的成本，并且有利于LED显示屏的控制电路的进一步小型化。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1是根据现有技术的LED显示屏的控制电路的电路示意图。

图2是根据本实用新型的一个实施例的用于LED显示屏的控制系统200的框图。

图3是根据本实用新型的一个实施例的用于LED显示屏的行控制器300的框图。

图4是根据本实用新型的图3所示的行控制器中的驱动控制器的一个实施例400的框图。

图5是根据本实用新型的图3所示的行控制器中的驱动控制器的另一个实施例500的框图。

图6示出根据本实用新型的一个实施例的驱动控制器与升压变换器相连接的电路600框图。

图7示出图5所示驱动控制器中的驱动电路501的具体电路图的一个实施例。

图8示出根据本实用新型的一个实施例的电荷泵800的框图。

图9示出根据本实用新型的一个实施例的升压变换器与行控制器结合的行控制电路900的框图。

图10示出根据本实用新型的一个实施例的包含消隐控制电路1003和可控放电电路1004的驱动控制器的部分电路框图。

图11示出了本实用新型用于LED显示屏的控制器的结构框图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本实用新型的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

LED显示屏的基本组成部分是由LED显示面板、控制系统、电源系统、框架等部分组成。LED显示屏控制系统是LED图文显示屏的核心部件。LED显示屏控制系统接收来自输入端口的图像显示信息，置入帧存储器，按分区驱动方式生成LED显示屏所需的串行显示数据和扫描控制时序。

图2是根据本实用新型的一个实施例的用于LED显示屏的控制系统200的框图。如图2所示，控制系统200包括图像处理装置201、一个或多个行控制器202-1至202-N(N≥1)以及一个或多个列控制器203-1至203-M(M≥1)。图像处理装置201通过输入端口接收图像信息，对其进行处理以形成相互搭配的行控制数据和列控制数据，并分别将其输出到一个或多个行控制器202-1至202-N以及一个或多个列控制器203-1至203-M。一个或多个行控制器202-1至202-N以及一个或多个列控制器203-1至203-M分别对行控制数据和列控制数据进行译码并基于经译码的控制数据形成行和列驱动控制信号，以驱动LED显示面板204的行和列，从而在LED显示面板上形成图像。

图3是根据本实用新型的一个实施例的用于LED显示屏的行控制器300的框图。如图3所示，行控制器300可包括译码器301、驱动控制器302-1至驱动控制器302-L。译码器301接收行控制数据并对其进行译码，以在其输出端处输出驱动控制信号。驱动控制器302-1至驱动控制器302-L分别连接至译码器301的一个输出端。驱动控制器302-1至驱动控制器302-L的内部电路结构基本相同，并且它们的输出端305-1至305-L分别连接至LED显示面板的一行或多行。驱动控制器302-1至驱动控制器302-L基于从译码器接收的驱动控制信号控制是否向与其输出端305-1至305-L相连的LED显示面板的一行或多行供电。

在本实用新型的一个实施例中，行控制器300还可包括偏置电路303。偏置电路303连接到驱动控制器302-1至驱动控制器302-L中的每一个，并向驱动控制器302-1至驱动控制器302-L提供所需的偏置电流或偏置电压。

在本实用新型的一个实施例中，译码器301可以是3-8译码器。在这种情况下，译码器301可接收三个二进制代码并将其转换成输出八个输出电平信号。八个输出电平信号分别被提供给驱动控制器302-1至302-8。在正常工作状态下，基于三个输入端的值，3-8译码器的八个输出电平信号中的一个为高电平。在本实用新型的另一个实施例中，译码器301可以是2-4译码器或4-16译码器。然而，本实用新型中使用的译码器并不限于上述译码器类型，只要该译码器能用于对LED显示面板进行行控制即可用作本实用新型的译码器。

在本实用新型的一个实施例中，控制器300还可以包括逻辑单元304，该逻辑单元304作为控制器300的内部信号控制端，进行内部逻辑处理，以便在特定状态下将驱动控制器302-1至驱动控制器302-N的输出全部关断。

图4示出根据本实用新型的图3所示的行控制器300中的驱动控制器的一个实施例400的框图。如图4所示，驱动控制器400包括驱动电路401和NMOS开关402。驱动电路401的输出端411连接到NMOS开关402的栅极。NMOS开关402的源极S作为输出端405，NMOS开关402的漏极D连接至电源电压VDD。驱动电路401在第一输入端406接收来自译码器301的驱动控制信号，并基于驱动控制信号的电平确定是否向NMOS开关402的栅极提供驱动电压，从而控制NMOS开关402的导通或截止。当NMOS开关402导通时，电源VDD通过NMOS开关402为LED显示面板的一行或多行供电。当NMOS开关402截止时，电源VDD无法通过NMOS开关402为LED显示面板的一行或多行供电。

驱动电路401可具有第二输入端407，用于接收驱动NMOS开关402所需的驱动电压，下文中将对NMOS开关402的驱动电压和驱动电路401的第二输入端407进行详细描述。

在本实用新型的实施例中，采用NMOS开关402作为LED显示屏的行驱动电源开关。NMOS开关的载流子是电子，而PMOS开关的载流子是空穴，通常情况下，电子迁移率是空穴迁移率的2～4倍，因此在同样的负载电流下，NMOS开关的导电能力更强。

与利用PMOS开关作为行驱动电源开关的驱动控制器相比，利用NMOS开关作为LED显示屏的行驱动电源开关具有如下优点：1)由于NMOS开关的以电子作为载流子，迁移率高，导电能力强，在相同半导体芯片面积上形成的NMOS开关，能降低电源开关的导通电阻；2)由于同等性能的NMOS开关所占用的管芯面积远小于PMOS开关所占用的芯片面积，为实现相同的导通电流NMOS开关所需的芯片面积小，同一晶圆产出率提高，从而能够降低LED驱动电路的成本，并且有利于LED显示屏的控制电路的进一步小型化。

图5是根据本实用新型的图3所示的行控制器300中的驱动控制器的另一个实施例500的框图。如图5所示，驱动控制器500包括驱动电路501、一个或多个NMOS开关502以及保护电路503。保护电路503在第一输入端506接收从译码器301输出的驱动控制信号并且监视驱动电路501的输出端511以及驱动控制器500的输出端505。当保护电路503检测到输入端506、输出端511以及输出端505处的电压和/或电流大于特定阈值时，保护电路503执行保护功能。驱动电路501可具有第二输入端507，用于接收驱动NMOS开关502所需的驱动电压，下文中将对驱动电路501的驱动电压的第二输入端507进行详细描述。

在本实用新型的一个实施例中，一个或多个NMOS开关502可以是多个并联连接的NMOS开关，驱动电路501的输出端511连接到这些NMOS开关502中的每一个的栅极并向其提供栅极驱动电压。NMOS开关502中的每一个的源极S作为输出端505，NMOS开关502中的每一个的漏极D连接至电源电压VDD。基于NMOS开关502栅极处的电压电平，控制NMOS开关502是否导通，从而控制是否向LED显示面板的一行或多行供电。在一个实施例中，一个或多个NMOS开关502可以是800个并联连接的NMOS开关，从而允许驱动LED显示面板的一行或多行所需的电流流过。在另一个实施例中，一个或多个NMOS开关502也可以是400、600或1000个并联连接的NMOS开关。一个或多个NMOS开关502的数量取决于驱动LED显示面板的一行或多行所需的电流大小以及每个NMOS开关晶体管的特性。只要该NMOS开关能够允许LED显示面板的一行或多行所需的电流流过即可用作本实用新型的NMOS开关502，而不受其数量限制。

如图4和图5所示，对于NMOS开关402或502，当NMOS开关的栅极电压V_G比NMOS开关的源极电压高过特定阈值V_th时，NMOS开关即可导通，由此当NMOS开关的源极电压为电源电压VDD时，若要使该NMOS开关导通，NMOS开关的栅极电压需要满足V_G≥VDD+V_th。因此，为了驱动NMOS开关使其导通，需要在NMOS开关的栅极提供足够高的栅极电压V_G。在一个实施例中，可将栅极电压设置为：V_G＝2VDD。

在本实用新型的实施例中，为了提供所需栅极电压V_G，可以设置一个升压变换器。升压变换器用于将电源电压VDD升压至变换器电压VPPI，使得VPPI≥VDD+V_th。在一个实施例中，VPPI＝2VDD。升压变换器将变换器电压VPPI提供给驱动电路401或501的第二输入端407或507。驱动电路401或501基于驱动控制信号的电平确定是否向NMOS开关的栅极提供变换器电压VPPI，从而控制NMOS开关的导通或截止。

图6示出根据本实用新型的一个实施例的将升压变换集成到驱动控制器600的电路框图。如图6所示，升压变换器601对电源电压进行升压变换以形成变换器电压VPPI，并将变换器电压VPPI提供给驱动电路401或501，驱动电路401或501利用变换器电压VPPI驱动NMOS开关的栅极。

在本实用新型的实施例中，可将升压变换器与驱动控制器集成在同一管芯上作为行控制器的一部分，或者可将升压变换器集成到驱动控制器中作为驱动控制器的一部分。在本实用新型的另一个实施例中，升压变换器是单独形成的集成电路芯片，与驱动控制器或行控制器分离，并且通过特定接口将变换器电压提供给驱动控制器中的驱动电路。在本实用新型的又一个实施例中，可不包括升压变换器，行控制器通过特定接口从外部电源接收所需的驱动电压。

图7示出图5所示驱动控制器中的驱动电路501的具体电路图的一个实施例。如图7所示，驱动电路501包括位于上部的第一晶体管701、第二晶体管702和第三晶体管703，以及位于下部的第四晶体管704、第五晶体管705和第六晶体管706。驱动电路501还包括反相器708。第一晶体管701、第二晶体管702和第三晶体管703为P型金属氧化物半导体晶体管。第一晶体管701、第二晶体管702和第三晶体管703的源极分别连接至升压变换器输出的变换器电压VPPI。第四晶体管704、第五晶体管705和第六晶体管706为N型金属氧化物半导体晶体管。第四晶体管704、第五晶体管705和第六晶体管706的源极分别连接至接地节点GND。第一晶体管701和第六晶体管706的漏极分别连接至驱动电路501的输出端511。第一晶体管701和第六晶体管706的栅极连接至节点707。节点707可以作为驱动电路501的第二输出端512。第二输出端512提供与输出端511的输出信号相反的反相信号。第二晶体管702的漏极、第三晶体管703的栅极与第五晶体管705的漏极相互连接并连接至节点707。第二晶体管702的栅极、第三晶体管703的漏极与第四晶体管704的漏极相互连接。驱动电路501的输入端连接至反相器708的输入端以及第四晶体管704的栅极，反相器708的输出端连接至第五晶体管705的栅极。

驱动电路501的第一输出端511连接至NMOS开关402或502的栅极。驱动电路501基于输入信号的电平判断是否将电压VPPI提供给第一输出端511，从而使得NMOS开关402或502导通或截止。

现在回到图6，在本实用新型的一个实施例中，升压变换器601可以是电荷泵。在本实用新型的另一个实施例中，升压变换器601还可以是开关电源。然而，本实用新型的升压变换器的范围不限于本文所列出的这些示例，只要能将电源电压升压至所需的高驱动电压即可用作本实用新型所述的升压变换器。

图8示出根据本实用新型的一个实施例的电荷泵800的框图。电荷泵800包括振荡器801、泵电容器802、逻辑控制器803和输出电压控制器804。电荷泵800通过控制器为泵电容器供电或断电来进行电压转换。

图9示出根据本实用新型的一个实施例的升压变换器与行控制器结合的行控制电路900的框图。如图9所示，首先通过滤波稳压电路903将电源电压提供给升压变换器901，升压变换器901将电源电压升压至所需的变换器电压VPPI并将该变换器电压VPPI提供给行控制器902中的驱动电路，驱动电路利用变换器电压VPPI驱动NMOS开关的栅极。电路900还包括设置在行控制电路900的输入输出引脚处的静电保护电路904，从图像处理器输出的行控制数据经过静电保护电路904传送到行控制器902，经行控制器902译码后驱动电源开关对LED显示面板进行行控制。

在实际应用中，行控制器的每个输出端可连接到LED显示面板的一行或多行，根据行控制器中译码器型号，特定行控制器可控制LED显示面板的特定数量的行。例如，在译码器为3-8译码器的情况下，一个行控制器可具有八个输出端，每个输出端控制LED显示面板的一行或多行；在译码器为2-4译码器的情况下，一个行控制器具有四个输出端，每个输出端控制LED显示面板的一行或多行。根据LED显示面板的实际尺寸，可通过外部控制将多个行控制器级联起来，实现LED大屏幕显示器的驱动控制。

图10示出根据本实用新型的一个实施例的包含消隐控制电路1003和可控放电电路1004的驱动控制器局部电路框图。如图10所示，驱动电路1001的输出端连接到NMOS开关1002的栅极。NMOS开关1002的源极S作为输出端1005，NMOS开关1002的漏极连接至电源电压VDD。可控放电电路1004连接在NMOS开关1002的源极S与下拉电源Vdc之间。可控放电电路1004用于在NMOS开关1002关断时将NMOS开关1002的源极S与下拉电源相连，从而对NMOS开关1002的源极S进行放电。消隐控制电路1003连接在NMOS开关1002的栅极与可控放电电路1004之间。当NMOS开关1002栅极的控制信号为关断状态时，消隐控制电路1003向可控放电电路1004输出下拉脉冲。可控放电电路1004在接收到下拉脉冲时，将NMOS开关1002的源极S连接到下拉电源，对NMOS开关1002的源极S进行放电。可控放电电路1004在没有接收到下拉脉冲时，将NMOS开关1002的源极S置为高阻态，停止对NMOS开关1002的源极S进行放电。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。