基于低电势端开关控制的LED背光驱动电路及驱动方法与流程

基于低电势端开关控制的led背光驱动电路及驱动方法
技术领域
1.本发明涉及led显示技术领域，尤其涉及一种基于低电势端开关控制的led背光驱动电路及驱动方法。


背景技术：

2.现有技术中的led背光驱动一般采用直驱模式或行列扫描驱动模式。如图1所示，为现有技术中的直驱模式的led背光控制，在该led背光驱动电路中，每一个led灯串的正极端(高电势端)均连接驱动电压v
led
。在每一个led灯串的负极端(低电势端)均连接有选线控制开关器件及恒流模块。这种直驱模式下的led背光驱动电路的优势在于能够保证每一个led灯串均可以实现100％亮度显示，即当某一个led灯串需要最大亮度输出时，只需要控制恒流模块输出最大led灯串最大工作电流，且选线控制开关器件设置为100％占空比即可。但是直驱模式的缺陷也十分明显，即其需要led背光驱动电路中的每一个led灯串通道均设置有独立的恒流源模块以实现led灯串通道的独立控制，这使得硬件成本和控制成本极高。
3.如图2所示，为现有技术中采用行列扫描驱动模式的led背光驱动电路，在该led背光驱动电路中，多个led灯串被归集为一组，例如图中所示，每4个led灯串被设定为一组，每一个led灯串的高电势端均设置有行扫描开关控制器件，而每一组led灯串的低电势端共用一个列扫描控制开关器件即恒流模块，通过上述结构实现了led背光驱动控制电路的极大的简化，降低了led背光驱动控制电路的硬件成本。但是这种模式下的的led背光驱动电路的缺陷也十分明显。首先，由于多个led灯串共用恒流源模块，因此为了每一个led灯串均能够满足实现最大亮度的电流值，所使用的的恒流源的驱动电流值需要是单个led灯串所需电流值的多倍。且高电势端进行的行扫描切换需要与低电势端的列扫描切换进行控制匹配，控制难度大大增加。同时这种led背光控制方式下的由于高电势端在切换时电流较大，由此造成的显示“鬼影”(残影)现象十分明显，即使额外增加预充电控制也很难完全消除。最明显的缺陷是在这种led背光控制方式下是无法实现某一单个led灯串的亮度单独的提高，仅仅只能实现一组led灯串亮度的同时提高。这就使得该led背光控制方式下在提供某种特殊的局部画面短时亮度暴增(例如爆炸画面)时显示效果不佳。
4.由此可见现有技术中急需一种能够实现对每一个led灯串的亮度进行单独控制且硬件成本较低的led背光驱动电路及驱动方法。


技术实现要素：

5.本发明所要实现的技术目的在于实现对每一个led灯串的亮度进行单独的调节使其突破均分占空比上限的限制，并且同时大大简化led驱动电路的复杂程度以降低电路成和驱动控制成本。
6.为实现上述技术目的本发明提供了一种基于低电势端开关控制的led背光驱动电路，所述led背光驱动电路包括多个led灯串1、通道控制开关器件2、恒流模块3、通道切换控制模块4、信号控制单元5和spi接口单元单元6；
7.每个所述led灯串1的高电势端直接连接于led驱动电压v
led
，低电势端连接有一个通道控制开关器件2；多个led灯串1形成一组led灯串，每组led灯串共用一个恒流模块3，每组led灯串中的多个通道控制开关器件2连接于一个通道切换控制模块4；所述通道切换控制模块4用于控制本组内led灯串的开启；
8.所述通道切换控制模块4连接于信号控制单元5，所述信号控制单元5连接于spi接口单元6；所述spi接口单元6接收外部的显示信号，并传输至信号控制单元5，由信号控制单元5根据显示亮度需求来确定每组led灯串内的每一个led灯串的开启占空比，并将开启占空比数据传输至对应的通道切换控制模块4用于控制每组每组led灯串内的每一个led灯串的开启占空比。
9.在一个实施例中，所述恒流模块3采用idac电流源或vdac电压源。
10.基于前述本发明所提供的led背光驱动电路，本发明还提供了一种基于低电势端开关控制的led背光驱动方法，所述方法包括：
11.确定每组led灯串中每个led灯串的亮度需求占空比及均分占空比上限；
12.计算每个led灯串的亮度需求占空比与均分占空比上限之间的差值以获取占空比剩余额度；
13.将占空比剩余额度补偿给亮度需求占空比超出均分占空比上限的led灯串，以提高该led灯串的显示亮度；
14.在一个实施例中，若占空比剩余额度与均分占空比上限之和大于亮度需求占空比超出均分占空比上限的led灯串的亮度需求占空比，则该led灯串的实际开启占空设置为其亮度需求占空比；
15.若占空比剩余额度与均分占空比上限之和小于亮度需求占空比超出均分占空比上限的led灯串的亮度需求占空比，则该led灯串的实际开启占空比设置为占空比剩余额度与均分占空比上限之和。
16.在一个实施例中，以四个led灯串设置为一组，其均分占空比上限为25％；
17.第一通道led灯串的的亮度需求占空比为t1，且t1》25％；
18.第二通道led灯串的的亮度需求占空比为t2，且t2《25％；
19.第三通道led灯串的的亮度需求占空比为t3，且t3《25％；
20.第四通道led灯串的的亮度需求占空比为t4，且t4《25％。
21.则，占空比剩余额度ts为(25％-t2)+(25％-t3)+(25％-t4)；
22.当ts+25％大于t1时，第一通道led灯串的开启占空比设置为t1；
23.当ts+25％小于t1时，第一通道led灯串的开启占空比设置为ts+25％。
24.基于前述本发明所提供的led背光驱动电路，本发明还提供了一种基于低电势端开关控制的led背光驱动方法，所述方法包括：
25.确定每组led灯串中每个led灯串的亮度需求占空比及均分占空比上限；其中亮度需求占空比超出均分占空比上限的led灯串记为l
max
；该led灯串的的亮度需求占空比记为t
max
；
26.计算占空比余量tq，所述占空比余量tq为100％-t
max
；
27.除led灯串l
max
之外的其余led灯串根据其亮度需求占空比数值等比例分配所述占空比余量tq。
28.在一个实施例中，以四个led灯串设置为一组，其均分占空比上限为25％；
29.第一通道led灯串的的亮度需求占空比为t1，且t1》25％；
30.第二通道led灯串的的亮度需求占空比为t2，且t2《25％；
31.第三通道led灯串的的亮度需求占空比为t3，且t3《25％；
32.第四通道led灯串的的亮度需求占空比为t4，且t4《25％。
33.则，占空比余量tq为100％-t1；
34.且，第二通道led灯串的开启占空比调节为tq*t2/(t2+t3+t4)；
35.第三通道led灯串的开启占空比调节为tq*t3/(t2+t3+t4)；
36.第四通道led灯串的开启占空比调节为tq*t4/(t2+t3+t4)。
37.基于前述本发明所提供的led背光驱动电路，本发明还提供了一种基于低电势端开关控制的led背光驱动方法，所述方法包括：
38.确定每组led灯串中每个led灯串的亮度需求占空比及均分占空比上限；
39.根据每组led灯串中每个led灯串的亮度需求占空比之间的比例关系分配每组led灯串中每个led灯串的开启占空比；
40.在一个实施例中，以四个led灯串设置为一组，其均分占空比上限为25％；
41.第一通道led灯串的的亮度需求占空比为t1，且t1》25％；
42.第二通道led灯串的的亮度需求占空比为t2，且t2《25％；
43.第三通道led灯串的的亮度需求占空比为t3，且t3《25％；
44.第四通道led灯串的的亮度需求占空比为t4，且t4《25％。
45.则，第一通道led灯串的开启占空比调节为t1/(t1+t2+t3+t4)；
46.第二通道led灯串的开启占空比调节为t2/(t1+t2+t3+t4)；
47.第三通道led灯串的开启占空比调节为t3/(t1+t2+t3+t4)；
48.第四通道led灯串的开启占空比调节为t4/(t1+t2+t3+t4)。
49.与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
50.1.由于其将若干led灯串设置为一组并共用恒流模块，因此相比于现有技术中的直驱模式大大简化了电流结构，节省了电路结构成本。
51.2.本发明中由于在led灯串的高电势端没有设置行扫描切换电路，因此避免了在切换时产生的大电流，消除显示中的残影现象；同时能够调节同组内的led灯串能够突破均分占空比上限，达到更高的亮度。。
52.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
53.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
54.图1是现有技术中采用直驱模式的led背光驱动控制电路示意图；
55.图2是现有技术中采用行列扫描模式的led背光驱动控制电路示意图；
56.图3是本发明的led背光驱动控制电路示意图；
具体实施方式
57.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
58.如图3所示为本发明的基于低电势端开关控制的led背光驱动电路，在本发明中每一个led灯串1的高电势端均直接连接于驱动电压v
led
，同时每一个led灯串1的低电势端连接一个通道控制开关器件2。多个led灯串1组合构成一组led灯串，每一组led灯串共用一个恒流模块3。每组led灯串中的多个通道控制开关器件2均连接于通道切换控制模块4，所述通道切换控制模块4连接于信号控制单元5，同时信号控制单元5与spi接口单元单元6。
59.实施例1
60.本实施例中，每四个led灯串构成一组，及四个led灯串共用一个恒流模块。由于有四个led灯串共用恒流模块，因此在所有通道led灯串均分恒流模块的情况下，每一个通道的led灯串的所能够达到的均分占空比上限为25％。且所有通道的led的开启占空比的总和最大为100％，即四个通道享有恒流模块的全部占空比之和最大为100％。
61.但是当某一个led灯串的亮度需求占空比超出25％时，本实施例的led背光驱动方法中将同组内的其他led灯串未中达到25％占空比的占空比余量补充到需要亮度增加的led灯串中，从而使得该led灯串突破25％的占空比限制。
62.如通道1、通道2、通道3、通道4的led灯串亮度需求分别为35％、15％、20％、25％。从上述亮度需求可知，通道1的led灯串的亮度需求已经超出的均分占空比上限，即超过了25％占空比。而通道2和通道3的亮度需求只有15％和20％。即通道2产生了10％的占空比余量，通道3产生了5％的占空比余量，占空比余量总额达到15％。而通道1的亮度需求占空比超额增幅只需要35％-25％＝10％，因此当占空比余量总额完全能够覆盖亮度需求占空比超额增幅时，可以通过通道切换控制模块4将通道1的开启占空比提高至35％，而通道2、通道3、通道4的占空比根据其亮度需求分别设定为15％、20％、25％。
63.如通道1、通道2、通道3、通道4的led灯串亮度需求分别为60％、15％、20％、25％。从上述亮度需求可知，通道1的led灯串的亮度需求已经超出的均分占空比上限，即超过了25％占空比。而通道2和通道3的亮度需求只有15％和20％。即通道2产生了10％的占空比余量，通道3产生了5％的占空比余量，占空比余量总额达到15％。而通道1的亮度需求占空比超额增幅需要60％-25％＝35％。在这种情况下，占空比余量总额不能够覆盖亮度需求占空比超额增幅，因此在不影响其他通道亮度需求的情况下，通道1所能达到的最高的亮度需求占空比智能最高达到25％+15％＝40％。因此通过通道切换控制模块4将通道1的开启占空比提高至40％，而通道2、通道3、通道4的占空比根据其亮度需求分别设定为15％、20％、25％。
64.本实施例中，通过将所有通道的亮度需求占空比余量补充到有亮度需求占空比超额的通道中，从而实现了部分led灯串通道的亮度上限被提高，以达到显示亮度增加的效果。
65.实施例2
66.与实施例1相同的，本实施例中，每四个led灯串构成一组，及四个led灯串共用一个恒流模块。由于有四个led灯串共用恒流模块，因此在所有通道led灯串均分恒流模块的情况下，每一个通道的led灯串的所能够达到的最大的占空比为25％。但是当某一个led灯
串的亮度需求超出25％时，本实施例的led背光驱动方法中将同组内的其他led灯串未中达到25％占空比的占空比余量补充到需要亮度增加的led灯串中，从而使得该led灯串突破25％的占空比限制。
67.如通道1、通道2、通道3、通道4的led灯串亮度需求分别为60％、15％、20％、25％。从上述亮度需求可知，通道1的led灯串的亮度需求已经超出的均分占空比上限，即超过了25％占空比。而通道2和通道3的亮度需求只有15％和20％，而通道4的亮度需求恰好为均分占空比上限25％。
68.本实施例中为了保证通道1亮度需求占空比达到60％，对其余通道2、通道3、通道4的亮度需求占空比进行压缩，具体的压缩方法为：当通道1的亮度需求占空比为60％时，则通道2、通道3的通道4的总的占空比最高为40％。因此通过通道切换控制模块4将通道2、通道3的通道4在的实际显示时的占空比根据亮度需求占空比的比例对40％占空比进行分配。
69.即，通道2的占空比为40％*15％/(15％+20％+25％+)＝10％；
70.通道3的占空比为40％*20％/(15％+20％+25％+)＝13.3％；
71.通道4的占空比为40％*25％/(15％+20％+25％+)＝16.7％。
72.本实施例中的led背光驱动方法中在完全保证亮度增高的led灯串的需求时，适当降低其他led灯串的亮度，从而实现了部分led灯串通道的亮度上限被提高，以达到显示亮度增加的效果。
73.实施例3
74.与实施例1相同的，本实施例中，每四个led灯串构成一组，及四个led灯串共用一个恒流模块。由于有四个led灯串共用恒流模块，因此在所有通道led灯串均分恒流模块的情况下，每一个通道的led灯串的所能够达到的最大的占空比为25％。但是当某一个led灯串的亮度需求超出25％时，本实施例的led背光驱动方法中将同组内的其他led灯串未中达到25％占空比的占空比余量补充到需要亮度增加的led灯串中，从而使得该led灯串突破25％的占空比限制。
75.如通道1、通道2、通道3、通道4的led灯串亮度需求分别为60％、15％、20％、25％。从上述亮度需求可知，通道1的led灯串的亮度需求已经超出的均分占空比上限，即超过了25％占空比。而通道2和通道3的亮度需求只有15％和20％，而通道4的亮度需求恰好为均分占空比上限25％。
76.本实施例中，通过等比例的压缩通道1、通道2、通道3、通道4的亮度需求占空比，从而实现通道1的led灯串的亮度适当提高的效果。通过通道切换控制模块4对通道1、通道2、通道3、通道4的开启占空比按如下比例进行调整。
77.即，通道1的开启占空比为60％*/(60％+15％+20％+25％+)＝50％
78.通道2的占空比为15％*/(60％+15％+20％+25％+)＝12.5％；
79.通道3的占空比为20％*/(60％+15％+20％+25％+)＝16.7％；
80.通道4的占空比为25％*/(60％+15％+20％+25％+)＝20.8％。
81.本实施例中的led背光驱动方法中通过等比例压缩通道1、通道2、通道3、通道4的亮度需求占空比，从而实现了部分led灯串通道的亮度上限被提高，突破均分占空比上限，以达到显示亮度增加的效果。
82.从上市实施例1、实施例2和实施例3的记载可知，本发明对led灯串的驱动控制的
开启占空比调节依赖于本发明前述的led背光驱动电路结构。只有通过在led灯串的低电势端设置开关器件及通道切换控制模块才能够实现本发明上述实施例中对占空比的调节。
83.针对本发明中的led驱动控制电路，由于其将若干led灯串设置为一组并共用恒流模块，因此相比于现有技术中的直驱模式大大简化了电流结构，节省了电路结构成本。
84.另一方面，本发明中由于在led灯串的高电势端没有设置行扫描切换电路，因此避免了在切换时产生的大电流，消除显示中的残影现象；同时能够调节同组内的led灯串能够突破均分占空比上限，达到更高的亮度。
85.以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。