发光二极管背光源的驱动电路及其驱动方法与流程

本申请涉及led背光源领域，所述led背光源在电视机中使用以照亮液晶显示器(lcd)。

现代电视机实现了高分辨率。例如，超高清(uhd)的电视机具有4000像素的分辨率。这种电视机中的背光源由多个块或段来实现，且每个背光段照亮优选为矩形的lcd的部分。背光源的每段被独立控制，以便它可以根据lcd上显示的图片内容进行调暗。这被称为局部调光。例如，段的数量在4和512之间变化。这些段的每一个，也称为通道，通常由一串led形成，该串被独立控制。

本申请从led背光源的实施状态处着手，该led背光源具有给led背光源的所有段供电的单个电源。可以以具有最高压降的段限定供电电平的方式来调节所述电源。这意味着具有小压降的其它段必须耗散多余的能量。在所述段中产生的热量需要额外的外部散热器。因此，led背光源的效率很差。

因此，一个目的是定义一种led背光源的驱动电路及其驱动方法，其能够提高led背光源的效率。

该目的通过独立权利要求的主题来完成。实施例和改进是从属权利要求的主题。

以上描述的定义也用于以下的描述，除非另有规定。

在一个实施例中，用于至少具有第一段和第二段的发光二极管led背光源的驱动电路，具有第一、第二、第三、第四和第五端子，第一和第二电流调节电路以及控制单元。所述第一端子用于连接电源单元，电源单元又可以连接至第一段和第二段的第一连接点以提供供电电压。所述第二端子用于连接第一段的第二连接点并用于检测第一信号。所述第三端子用于连接第一电流产生单元以给第一段提供第一驱动电流。所述第一电流调节电路耦接至第二端子和第三端子以控制第一电流产生单元。所述第三端子用于连接第二段的第二连接点并用于检测第二信号。所述第五端子用于连接第二电流产生单元以给第二段提供第二驱动电流。所述第二电流调节电路耦接至第四端子和第五端子以控制第二电流产生单元。所述控制单元通过第一和/或第二电流调节电路调节供电电压和调节取决于第一和/或第二信号的第一和/或第二驱动电流。

供电电压通过电源单元提供给第一段和第二段。另外，在第一电流调节电路的控制下，第一段由第一电流产生单元提供有第一驱动电流。在第二电流调节电路的控制下，第二段由第二电流产生单元提供有第二驱动电流。控制单元评估第一和第二信号并相应地调节供电电压。随后，根据第一和第二信号的检测结果，控制单元使用第一和/或第二电流调节电路来调节第一和/或第二驱动电流。

通过供电电压的调节与随后的第一和第二信号的不断检测，以及第一和/或第二驱动电流的相应调节，减小了第一段和第二段之间的压降差。因此，更少的功率或热量必须消耗在第一段和第二段中。该驱动电路使得驱动led背光源的整体效率提高了。

在一改进中，根据第一段上的压降来检测所述第一信号，并且根据第二段上的压降来检测所述第二信号。

第一段和第二段上的压降各自取决于供电电压、驱动电流的电平、以及led的数量和它们的正向电压。

在另一改进中，所述第一电流调节电路被适配为给第二端子提供第一脉宽调制信号以调节第一驱动电流的占空比，以及给第三端子提供第一电流控制信号以调节第一驱动电流的电平。所述第二电流调节电路被适配为给第三端子提供第二脉宽调制信号以调节第二驱动电流的占空比，以及给第五端子提供第二电流控制信号以调节第二驱动电流的电平。

基于在调节供电电压之后不断检测第一段和第二段上的压降，控制单元通过发指令给第一和/或第二电流调节电路实现了调节第一和/或第二驱动电流，以提供第一和/或第二电流控制信号，以使得第一和/或第二驱动电流的电平同时降低以提供第一和/或第二脉宽调制信号，以使得第一和/或第二驱动电流的占空比增加。因此，每个段设置有驱动电流，其被调节到该段设想的工作点。因此更少的功率和热量必须消耗在该段中。

在一个实施例中，led背光源布置包括如上所述的驱动电路、电源单元、第一段和第二段以及第一和第二电流产生单元。所述电源单元耦接至驱动电路的第一端子。第一段具有至少两个发光二极管led的第一串行连接。所述第一串行连接耦合在第一段的第一和第二连接点之间。第二段具有至少两个led的第二串行连接。在其中，串行连接耦合在第二段的第一和第二连接点之间。第一电流产生单元耦接至第一段的第二连接点并与第一段串联。第二电流产生单元耦接至第二段的第二连接点并与第二段串联。

电源单元以并联的方式为第一段和第二段供电。在第一信号中反映的第一段上的压降达到第一段上多个led的正向电压的总值。通过第二信号检测的第二段上的压降达到组成第二段的多个led的正向电压的总值。为了在所采用的所有led中具有相等的正向电压，无需对在第一段和第二段中使用的多个led进行绑定，第一段中的压降将与第二段中的压降不同。通过使用上述驱动电路，有利地补偿了led背光源布置的各段上压降的这种不同或差异。因此，在第一段和第二段在冷却电路元件上不必花费太多努力，这减少了实施驱动电路所需的面积，例如在印刷电路板pcb中。也不再需要外部散热器。另外，在led背光源布置中，当使用所提出的的驱动电路led的装箱变得冗余时，可以使用更便宜的led。

在一改进中，第一电流产生单元包括第一可调电流吸收器和第一晶体管开关。第二电流产生单元包括第二可调电流吸收器和第二晶体管开关。

第一和/或第二可调电流吸收器也可以分别由电流源或电阻器来实现。

在进一步的改进中，所述第一晶体管开关的受控端连接至驱动电路的第二端子，第一晶体管开关的受控部分耦合在第一段的第二连接点和驱动电路的第三端子之间。所述第二晶体管开关的控制端连接至驱动电路的第三端子，第二晶体管开关的受控部分耦合在第二段的第二连接点和驱动电路的第五端子之间。

在另一改进中，第一可调电流吸收器连接在驱动电路的第三端子和参考电平端之间。第二可调电流吸收器连接在驱动电路的第五端子和参考电平端之间。

在另一实施例中，所述第一和第二晶体管开关各自包括场效应晶体管mosfet，或者双极型晶体管。

无论何时使用mosfet，第一信号都表示第一晶体管开关的栅极电势。第二信号表示第二晶体管开关的栅极电势。根据使用双极型晶体管的第二选择，第一信号反映了第一晶体管开关的基极电流且第二信号反映了第二晶体管开关的基极电流。

在一个实施例中，驱动至少具有第一段和第二段的led背光源的方法包括以下步骤：

-给第一段提供供电电压和第一驱动电流，

-给第二段提供供电电压和第二驱动电流，

-降低供电电压的电平，直到达到供电电压的指定第二电平或者满足第一段或第二段的第一预定条件，

-检测取决于第一段上压降的第一信号，

-检测取决于第二段上压降的第二信号，-通过估计第一和第二信号来确定第一段和第二段上的最大压降，

-降低具有最大压降的段的驱动电流，直到达到第一段或第二段中的第二预定条件。

通过降低供电电压及随后调节具有最大压降的段的驱动电流，可以补偿第一段和第二段之间的压降差异。因此，通常由压降上这种差异所引起的过剩能量的量被大大减少了，这使得驱动led背光源的整体效率提高了。

本方法可以在上述详细说明的led背光源驱动电路中执行。

可能，由所提出的的方法来驱动的led背光源具有两个以上的段。在那种情况下对每个附加的段，检测取决于该段上压降的信号。通过估计这些信号来确定包括于led背光源中的段上的压降最大值。随后，降低具有最大压降的段的驱动电流。该注意的是，具有两个以上段的led背光源，一个以上的段可以使它的驱动电流降低，因为其压降值接近预定的最大值。

在一改进中，当降低供电电压的电平时，只要第一或者第二信号在预定的阈值以下，就满足第一段或第二段中的第一预定条件。

所述阈值被预定为，例如，由本方法驱动的led背光源的段的净空电压。其中，净空电压指的是允许段中led校正操作的附加电压或电压储备的值。

因此，供电电压被降低到指定值，或者被降低到仍可确保段中led校正操作的最小电压电平。例如，在考虑段中led的数量和它们正向电压的情况下，指定值可以预先确定。

在进一步的改进中，降低供电电压的电平是逐步完成的。所述降低包括：在降低供电电压电平的每个步骤之后，检测第一信号和检测第二信号并将第一信号和第二信号与预定的阈值进行比较。

这样，保证了供电电压不会降低到用于校正操作的最低电平以下。

在另一个改进中，供电电压和第一驱动电流各自设置在预定的电平处。第一驱动电流以脉宽调制的方式设置有预定的占空比。第二驱动电流设置在预定的电平处，且以脉宽调制的方式设置有预定的占空比。

在进一步的改进中，降低具有最大压降的段的驱动电流包括：降低具有最大压降的段的驱动电流(i1、i2)的电平，并增加其占空比。

通过这样，避免了段中的任何亮度差异。

在另一个改进中，当降低具有最大压降的段的驱动电流时，只要第一或者第二信号达到预定的阈值，就满足第二预定条件。

在降低驱动电流期间，调制下的段的信号被监测以不超过阈值，也就是段的净空电压。这再次保证了受调制的段中所有led的校正操作。

在另一个改进中，降低具有最大压降的段的驱动电压以及增加其占空比是以逐步的方式完成的。所述降低包括：在降低受调制的段的驱动电流的电平以及增加其占空比的每个步骤之后，检测第一信号、检测第二信号并将第一信号和第二信号与预定的阈值进行比较。

下文参考附图使用示例性实施例详细说明了提出的驱动电路、led背光源布置以及驱动方法。功能相同或具有相同效果的组件和电路元件具有相同的附图标记。至于电路部分或组件在功能上与另一个电路部分或组件相对应，则在以下的每个附图中将不再重复它们的描述。

图1显示了所提出的具有驱动电路的led背光源布置的一实施例；

图2显示了所提出的方法的一实施例；

图3a显示了在所提出的方法开始时的图1实施例中的情况；

图3b显示了在所提出的方法执行之后的图1实施例中的情况。

图1显示了具有所提出的驱动电路的所提出的led背光源布置的一实施例。led背光源布置包括驱动电路drv、电源单元ps、第一段s1、至少第二段s2、第一电流产生单元t1、cs1以及第二电流产生单元t2、cs2。

所述驱动电路drv具有第一端子11、第二端子12、第三端子13、第一电流调节电路pwm1、第四端子22、第五端子23、第二电流调节电路pwm2以及控制单元ctl，所述第一端子11连接至电源单元ps。所述第一电流调节电路pwm1耦接至第二端子12和第三端子13。所述第二电流调节电路pwm2耦接至第四端子22和第五端子23。所述控制单元ctl耦接至第一电流调节电路pwm1、第二电流调节电路pwm2，并耦接至第一端子11、第二端子12和第四端子22。要注意的是驱动电路drv是准备用于驱动led背光源布置的。当驱动电路drv用于此目的时，它连接在本文描述的led背光源内。

所述电源单元ps包括，例如所谓的开关式电源，其可以由dc/dc转换器或者ac/dc转换器来实现。所述第一段s1包括串行连接的至少两个led，其耦合在第一连接点cp1和第二连接点cp2之间。第一连接点cp1耦接至电源单元ps的输出。所述第二段s2包括串行连接的至少两个led，其耦合在第一连接点cp1和第二段s2的第二连接点cp3之间。

所述第一电流产生单元t1、cs1包括第一可调电流吸收器cs1和第一晶体管开关t1。第一晶体管开关t1的控制端连接至驱动电路drv的第二端子12。第一晶体管开关t1的受控部分耦合在第一段s1的第二连接点cp2和驱动电路drv的第三端子13之间。第一可调电流吸收器cs1连接在驱动电路drv的第三端子13和参考电平端10之间。第二可调电流吸收器连接在驱动电路drv的第五端子23和参考电平端10之间。第二晶体管开关t2的控制端连接至驱动电路drv的第四端子22。第二晶体管开关t2的受控部分耦合在第二段s2的第二连接点cp3和驱动电路drv的第五端子23之间。

第一和第二晶体管开关t1、t2可由场效应晶体管(mosfet)来实现。在这种情况中，术语“控制端”是指门接线端且“受控部分”是指所讨论的晶体管的漏极源部分。在可替代的方案中，每个晶体管开关t1、t2中可以通过双极晶体管实现。在这种情况中，基极端表示控制端且受控部分延伸于发射端和集电极端。

电源单元ps给第一段和第二段s1、s2提供供电电压vled。在第一电流调节电路pwm1的控制下，第一驱动电流i1通过第一电流产生单元cs1、t1提供给第一段s1。事实上，第一电流调节电路pwm1给第三端子13提供第一电流控制信号scs1以调节第一驱动电流i1的电平。另外，第一电流调节电路pwm1给第二端子12提供第一脉宽调制信号sd1以调节第一驱动电流i1的占空比。因此，本领域技术人员可知，第一驱动电流i1在第一电流产生单元t1、cs1中产生。

类比于第一电流产生单元cs1、t1，第二电流产生单元cs2、t2产生提供给第二段s2的第二驱动电流i2。第二驱动电流i2的产生由第二电流调节电路pwm2控制，第二电流调节电路pwm2为此给第五端子提供第二电流控制信号scs2以调节第二驱动电流i2的电平，以及给第四端子22提供第二脉宽调制信号sd2以调节第二驱动电流的占空比。

用供电电压vled和第一驱动电流i1驱动第一段s1致使了第一段s1上的压降vf1。类似地，用供电电压vled和第二驱动电流i2驱动第二段s2导致了第二段s2上的压降vf2。第一段s1上的压降vf1在第二端子12处测量，并作为第一信号sg1提供给驱动电路drv的控制单元ctl。第二段s2上的压降vf2在第四端子22处测量，并作为第二信号sg2提供给驱动电路drv的控制单元ctl。控制单元ctl又可以通过第一端子11给电源单元ps提供反馈信号vfb，以调节供电电压vled。

另外，控制单元ctl给第一电流调节单元pwm1提供第一控制信号sc1，以调节第一驱动电流i1。类似地，控制单元ctl给第二电流调节单元pwm2提供第二控制信号sc2，以调节第二驱动电流i2。第一控制信号sc1根据第一信号sg1的评估来提供。第二控制信号sc2根据第二信号sg2的评估来提供。第一脉宽调制信号sd1和第一电流控制信号scs1提供作为第一控制信号sc1的函数。另外，第二脉宽调制信号sd2和第二电流控制信号scs2提供作为第二控制信号sc2的函数。

以下通过图2中描述的方法以及图3a和3b的电路来详细说明路drv的背光源布置的功能。

图2显示了驱动所提出的led背光源的方法的实施例示例，其中led背光源至少具有第一段和第二段。举例来说，使用图1中描述的led背光源布置和驱动电路来实施本方法。

本方法用步骤101开始，其中供电电压vled提供给第一段s1。并且，第一驱动电流i1提供给第一段s1。

在步骤102中，供电电压vled和第二驱动电流i2提供给第二段s2。

图3a显示了在开始执行本方法时有关电压和电流电平的详细信息。可以看出供电电压vled设置为50.5v。第一和第二电流吸收器cs1、cs2被调节以分别提供100ma电平的第一驱动电流i1和第二驱动电流i2。可以进一步看出第一和第二驱动电流i1、i2的占空比被预先调节为50％。第一段s1上产生的压降vf1达到50v。第二段s2上产生的压降vf2达到47v。因此，第一晶体管开关t1的漏极端的电压为0.5v，然而第二晶体管开关t2的漏极端处的电压为3.5v。以下步骤中描述的调节旨在补偿第一段和第二段s1、s2之间压降上的这个差值。

第一和第二晶体管开关t1、t2的漏极端处的电压分别反映在第一和第二信号sg1、sg2中。

在步骤103中，供电电压vled通过一个步骤来降低。第一和第二信号sg1、sg2被感测并每个都被与预定的阈值进行比较。这个预定的阈值定义了在第一段和第二段s1、s2工作在期望亮度情况下，第一和第二晶体管开关t1、t2的工作点。在示例性实施方式中，预定的阈值大致与第一和第二晶体管开关t1、t2的阈值电压相对应。

在步骤104中，检测第一或第二信号sg1、sg2是否在预定的阈值以下。可选地，考虑到段中led数量及其正向电压，测试供电电压vled是否已经降低到预先规定的电平。只要这些测试证明都不为正，则进一步降低供电电压vled且重复步骤103和104。在降低供电电压vled的两个步骤之间，等待给电源单元ps赋新值。

图3b显示了供电电压结果降低至47.5v。

只要第一或第二信号sg1、sg2在预定的阈值以下，或者当供电电压vled已经达到了规定的更低电平时，第一和第二信号在步骤105和106中被再次检测。

在步骤107中，第一段或第二段s1、s2上的最大压降vfl、vf2通过比较第一和第二信号sgl、sg2来决定。

接下来，在步骤108中，具有最大压降的段的驱动电流逐步降低。在图3b所示的电路中，第一段s1使它的驱动电流被调节。为此，第一驱动电流i1的电平通过第一电流控制信号scs1最终调节至90ma。同时，第一驱动电流i1的占空比通过第一脉宽调制信号sdl被调节至55％。如图3b所示，在段中产生的压降vfl、vf2的值达到47v。

在降低所讨论的段的驱动电流的每个步骤108之后，在步骤109中检测是否满足第二预定条件，也就是第一或第二信号sgl、sg2是否达到净空电压的电平。只要让其驱动电流被调节的段的信号达到了阈值，例如3v，就进行补偿并且结束此方法。

从图3b中可以推测出，在完成本方法后，第一和第二晶体管开关t1、t2的漏极端处的电压等于0.5v。

在本方法的可选实施例中，修改步骤的顺序以使得在步骤101和102之后，第一和第二信号根据步骤105和106来感测，且最大压降值根据步骤107来确定。随后，降低供电电压直到满足预定的条件或者根据步骤103和104达到了第二电平。最后，如步骤108和109，降低驱动电流。

在本方法的另一个可选实施例中，修改步骤的顺序以使得在步骤101和102之后，第一和第二信号根据步骤105和106来感测，且最大压降值根据步骤107来确定。随后，如步骤108和109，降低驱动电流。最后，降低供电电压直到满足预定的条件或者根据步骤103和104达到了第二电平。

应理解为，除非另有说明，否则关于任一实施例描述的任何特征可以单独使用，或者可以与描述的其它特征结合使用，并且还可以与任何其它实施例的一个或多个特征结合使用，或者在任何其它实施例的任意组合中使用。此外，在不偏离所附权利要求所限定的驱动电路、led背光源布置和方法的范围的情况下，也可以采用以上未描述的等同和修改。

参考列表

10参考电平端

11、12、13、22、23驱动电路端

drv驱动电路

pwm1、pwm2电流调节电路

ctl控制单元

ps电源单元

s1、s2段

cs1、cs2电流吸收器

t1、t2晶体管开关

cp1、cp2、cp3连接点

vled供电电压

vf1、vf2压降

sg1、sg2、sd1、sd2信号

sc1、sc2、scs1、scs2信号

vfb信号

i1、i2驱动电流

101、102、103、104、105步骤

106、107、108、109步骤