專利名稱：驅動用于背光的發(fā)光二極管的電路和方法及背光驅動設備的制作方法
技術領域：
以下描述涉及驅動用于背光的發(fā)光二極管(LED)的電路，更具體地，涉及一種驅動用于背光的LED的電路和方法以及使用該電路和方法的背光驅動設備，所述驅動用于背光的LED的電路和方法可通過實質上避免閃爍的發(fā)生來穩(wěn)定地保持LED的亮度。
背景技術：
作為代表性平板顯示器的液晶顯示器(LCD)通過使用液晶的電學和光學屬性來顯示圖像。與其它顯示設備相比，由于纖薄、輕、低功耗和低驅動電壓的優(yōu)點，IXD已經被廣泛使用。然而，由于用于顯示圖像的液晶顯示面板是非自發(fā)光裝置，故IXD需要用于對液晶顯示面板提供光的單獨的背光。背光主要使用冷陰極螢光燈(CCFL)和LED中的一種。由于使用CCFL的背光使用汞，故對環(huán)境有害并且具有慢響應速度。此外，使用CCFL的背光還有低色彩再現(xiàn)以及產生預設白光的缺點。同時，使用LED的背光具有以下優(yōu)點不使用危險物質，能夠實現(xiàn)快速響應，以及能夠實現(xiàn)脈沖驅動。此外，使用LED的背光還具有較高的色彩再現(xiàn)，并可通過控制紅、藍和綠色LED的光量來自由地調節(jié)光的色彩坐標和亮度。由于這樣的LED背光通過適當地互相混合紅光、藍光和綠光來產生白光，故LED背光包括用于發(fā)射紅光的多個紅色LED陣列、用于發(fā)射藍光的多個藍色LED陣列和用于發(fā)射綠光的多個綠色LED陣列。LED背光通過使用調光方法來調節(jié)LED的亮度。所述調光方法包括模擬調光方法和數字調光方法。根據模擬調光方法，通過控制施加到用于背光的每個LED的電流的量來調節(jié)LED的亮度。在模擬調光方法的情況中，如果施加到用于背光的每個LED的電流的量減少了 50%，則用于背光的每個LED的亮度減小50%。根據數字調光方法，例如脈沖寬度調制(PWM)調光方法，通過響應于PWM信號控制用于背光的每個LED的通斷時間的比率，來調節(jié)每個用于背光的LED的亮度。使用PWM調光方法的LED驅動設備通過控制流過LED陣列的電流來調節(jié)LED的亮度。LED驅動設備包括將用于電流控制的PWM信號發(fā)送到LED驅動電路的控制器或微控制器單元(MCU)。當控制器或MCU產生用于調節(jié)LED的亮度的PWM信號，并將PWM信號提供給 LED驅動電路時，PWM信號被不希望的外部電磁干擾(EMI)影響，導致PWM信號的占空比的失真。這引起噪聲并因此發(fā)生LED的閃爍。因此，不能穩(wěn)定地保持LED的亮度。在現(xiàn)有技術中，為了穩(wěn)定地調節(jié)LED的亮度，通過使用模擬濾波器將噪聲從PWM信號中去除。根據這樣的使用模擬濾波器的方法，可使用低通濾波器來去除瞬時施加的高頻噪聲。此外，可去除濾帶(filter band)中的低頻噪聲。然而，當PWM信號的占空比失真時， 噪聲不會被去除，并且由于LED的亮度的不穩(wěn)定會發(fā)生閃爍。

發(fā)明內容
在一個總體方面，提供了一種驅動用于背光的發(fā)光二極管(LED)的電路，所述電路包括濾波單元，被配置為接收脈沖寬度調制(PWM)信號并去除預定的帶的噪聲；占空比穩(wěn)定單元，被配置為穩(wěn)定由濾波單元濾波的PWM信號的占空比；調光信號產生單元，被配置為基于由占空比穩(wěn)定單元穩(wěn)定的PWM信號來產生調光信號；LED驅動單元，被配置為基于由調光信號產生單元產生的調光信號來驅動用于背光的LED。所述電路還可包括濾波單元，該濾波單元包括低通濾波器，被配置為去除高頻帶的噪聲。所述電路還可包括濾波單元，該濾波單元還包括電阻電容(RC)濾波器。所述電路還可包括濾波單元，被配置為執(zhí)行滯后(hysteresis)功能，以實質上避免PWM信號的直流(DC)電平的改變。所述電路還可包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為對PWM信號進行取樣，對取樣的 PWM信號的占空比進行累加，并平均PWM信號的占空比。所述電路還可包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為與時鐘信號同步地對PWM信號進行取樣。所述電路還可包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為對PWM信號進行至少兩個周期的取樣。所述電路還可包括占空比穩(wěn)定單元，該占空比穩(wěn)定單元包括數字濾波器。所述電路還可包括占空比穩(wěn)定單元，該占空比穩(wěn)定單元還包括累加器，被配置為對取樣的PWM信號的占空比進行累加。所述電路還可包括LED驅動單元，該LED驅動單元還包括連接到LED的金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，所述MOS晶體管被配置為基于來自調光信號產生單元的調光信號被驅動。所述電路還可包括電流控制單元，被配置為調節(jié)流過LED的電流；切換單元，被配置為基于來自調光信號產生單元的調光信號來對LED驅動單元提供電流控制單元的輸出信號。在另一總體方面，提供了一種背光驅動設備，包括用于背光的發(fā)光二極管(LED) 陣列；脈沖寬度調制(PWM)信號產生器，被配置為產生PWM信號；直流-直流(DC-DC)轉換器，被配置為基于PWM信號產生器的PWM信號來對用于背光的LED陣列提供電壓；LED驅動電路，被配置為從PWM信號產生器接收PWM信號，穩(wěn)定PWM信號的占空比，并產生調光信號， 所述調光信號被配置為基于具有穩(wěn)定的占空比的PWM信號來驅動用于背光的LED陣列，所述LED驅動電路包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為對PWM信號進行取樣，對取樣的PWM信號的占空比進行累加，并平均PWM信號的占空比。所述背光驅動設備還可包括占空比穩(wěn)定單元，該占空比穩(wěn)定單元包括累加器，被配置為對取樣的PWM信號的占空比進行累加。所述背光驅動設備還可包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為與時鐘信號同步地對 PWM信號進行取樣。所述背光驅動設備還可包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為對PWM信號進行至少兩個周期的取樣。所述背光驅動設備還可包括LED驅動電路，該LED驅動電路包括濾波單元，被配置為接收PWM信號，對預定的帶的噪聲和PWM信號的直流(DC)電平的改變進行濾波，并將濾波的PWM信號提供給占空比穩(wěn)定單元。所述背光驅動設備還可包括濾波單元，該濾波單元包括低通濾波器，被配置為執(zhí)行滯后功能。所述背光驅動設備還可包括LED驅動電路，還包括調光信號產生單元，被配置為從占空比穩(wěn)定單元接收具有穩(wěn)定的占空比的PWM信號，并產生調光信號；LED驅動單元，被配置為基于來自調光信號產生單元的調光信號來驅動用于背光的LED陣列。在另一總體方面，提供了一種驅動用于背光的發(fā)光二極管(LED)的方法，包括對脈沖寬度調制(PWM)信號進行濾波，穩(wěn)定濾波的PWM信號的占空比，從具有穩(wěn)定的占空比的 PWM信號產生具有固定(constant)占空比的調光信號，以及基于調光信號來驅動用于背光的 LED。所述方法還可包括對PWM信號進行濾波的步驟包括去除PWM信號的直流(DC)電平的改變。所述方法還可包括對PWM信號進行濾波的步驟包括對PWM信號進行低通濾波。所述方法還可包括穩(wěn)定占空比的步驟包括對PWM信號進行取樣，對取樣的PWM信號的占空比進行累加，并平均取樣的P麗信號的占空比。所述方法還可包括對PWM信號進行取樣的步驟包括與時鐘信號同步地對PWM信號進行取樣。所述方法還可包括對PWM信號進行取樣的步驟包括對PWM信號進行至少兩個周期的取樣。通過以下詳細描述、附圖和權利要求，其它特點和方面將會變得清楚。


圖1是背光驅動設備的框圖的示例。圖2是圖1中示出的背光驅動設備的詳細電路圖的示例。圖3是示出圖2中示出的背光驅動設備的操作波形的示圖的示例。貫穿整個附圖和詳細描述，除非另有描述，相同的附圖標號將被理解為表示相同的元件、特征和結構。為了清楚、說明和方便，可夸大這些元件的相對大小和描述。
具體實施例方式提供以下詳細描述以助于讀者全面理解在此描述的方法、設備和/或系統(tǒng)。因此， 在此描述的系統(tǒng)、設備和/或方法的各種改變、修改和等同物將被建議給本領域的普通技術人員。描述的處理步驟和/或操作的程序是示例；然而，步驟和/或操作的順序不限于在此所列出的，并可以改變?yōu)楸绢I域公知的步驟和/或操作，除非步驟和/或操作必須以特定順序發(fā)生。另外，為了清楚和更加簡潔，可省略已知功能和結構的描述。圖1是示出背光驅動設備的配置的框圖的示例。參照圖1，背光驅動設備包括脈沖寬度調制(PWM)信號產生器100、直流-直流(DC-DC)轉換器200、發(fā)光二極管(LED)驅動電路300和LED陣列400。 P麗信號產生器100被配置為產生具有預定占空比的P麗信號PWMIN，并將P麗信號PWMIN提供給DC-DC轉換器200。PWM信號產生器100可包括控制器或微控制器單元(MCU)。DC-DC轉換器200被配置為從PWM信號產生器100接收PWM信號PWMIN，并將用于驅動LED的輸出電壓提供給用于背光的LED陣列400。DC-DC轉換器200可包括增壓 (boost-up)轉換器，該增壓轉換器被配置為通過對輸入電壓進行增壓來產生期望的高電壓，并將高電壓提供給用于背光的LED陣列400。 LED驅動電路300被配置為從PWM信號產生器100接收PWM信號PWMIN，產生用于調節(jié)LED的亮度的調光信號，并將調光信號提供給用于背光的LED陣列400。如圖2所示， LED陣列400可包括多個LED彼此串行連接的LED燈串(string)LS。在圖2中，LED陣列 400包括一個LED燈串。然而，多個LED燈串可以彼此并行連接。圖2是圖1的背光驅動設備的詳細示圖的示例，該詳細示圖是LED驅動電路300 的詳細電路圖。參照圖2，LED驅動電路300包括濾波單元310、占空比穩(wěn)定單元320、調光信號產生單元330、電流控制單元340、切換單元350和LED驅動單元360。濾波單元310被配置為從PWM信號產生器100接收PWM信號PWMIN，并僅輸出PWM 信號PWMIN的期望的帶的頻率信號。濾波單元310可包括去除高頻帶的信號以確保噪聲容限的低通濾波器。濾波單元310可包括作為模擬濾波器的電阻電容(RC)濾波器。濾波單元310另外執(zhí)行滯后功能，從而確保對于PWM信號PWMIN的DC電平的改變的噪聲容限。占空比穩(wěn)定單元320被配置為穩(wěn)定由濾波單元310濾波的PWM信號的占空比。占空比穩(wěn)定單元320被配置為平均濾波的PWM信號的占空比失真，并且占空比穩(wěn)定單元320 可包括數字濾波器。占空比穩(wěn)定單元320可包括對關于PWM信號的占空比的信息進行累加的累加器。占空比穩(wěn)定單元320被配置為通過使用系統(tǒng)時鐘Fsys來對PWM信號的占空比進行預定的時間的取樣，并通過對取樣的占空比進行累加來計算平均值。因此，占空比穩(wěn)定單元320可產生具有穩(wěn)定的占空比的PWM信號。調光信號產生單元330被配置為接收占空比穩(wěn)定單元320的輸出信號，并產生用于驅動LED陣列400的LED燈串LS的調光信號DM。由于用于背光的LED陣列400僅包括一個LED燈串LS，故僅產生一個調光信號DM。然而，當LED陣列400包括多個LED燈串時， 可產生多個調光信號，并且所述多個調光信號被分別提供到所述多個LED燈串。調光信號DM用于開啟和關閉LED陣列400的LED燈串LS，并且調光信號DM具有近似0%到近似100%的占空比?？赏ㄟ^下面提供的等式1來計算調光信號DM的占空比。占空比 DPWM = HTFPWM/TFPWM(1)在等式1中，HTFPWM表示當占空比穩(wěn)定單元320與系統(tǒng)時鐘同步地對濾波單元 310濾波的PWM信號進行取樣時取樣的PWM信號的高電平時間。TFPWM表示PWM信號的總取樣時間。TFPWM可包括至少兩個周期的PWM信號的取樣時間。電流控制單元340被配置為控制流過LED陣列400的LED燈串LS的電流。電流控制單元340可包括運算放大器341和電流限制電阻345。運算放大器341具有非反相 (non-inversion)端子和反相(inversion)端子，所述非反相端子被施加參考電壓Vref，運算放大器341的輸出端子經由切換單元350和LED驅動單元360反饋連接到所述反相端子。 電流限制電阻345連接到運算放大器341的反相端子。
可通過下面提供的等式2來表述流過LED燈串LS的電流。I (LED) = Vref/R(2)在等式2中，Vref表示提供到運算放大器341的非反相端子的參考電壓，R表示電流限制電阻345的電阻值。切換單元350被配置為基于來自調光信號產生單元330的調光信號DM來將電流控制單元340的輸出信號提供到LED驅動單元360。切換單元350可包括由調光信號DM控制的開關。LED驅動單元360被配置為響應于電流控制單元340的輸出信號來驅動LED陣列 400的LED燈串LS，該輸出信號通過切換單元350被提供。LED驅動單元360可包括金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，該MOS晶體管具有連接到LED陣列400的LED燈串LS的一個端子的漏極、連接到電流控制單元340的源極以及通過切換單元350接收電流控制單元340 的輸出信號的柵極。將參照示出操作波形的圖3來描述圖1和圖2中示出的LED驅動裝置的操作。通過P麗信號產生器100產生PWM信號PWMIN，并且PWM信號P麗IN被提供到DC-DC 轉換器200。DC-DC轉換器200被配置為通過對輸入電壓進行增壓來產生期望的高電壓，并將高電壓提供給LED陣列400。同時，P麗信號P麗IN從P麗信號產生器100被提供給LED驅動電路300。當在 PWM信號PWMIN中出現(xiàn)噪聲或占空比失真時，濾波單元310執(zhí)行用于去除PWM信號PWMIN的高頻噪聲并同時確保DC噪聲容限的濾波操作。因此，濾波單元310將濾波的PWM信號PWMF 提供給占空比穩(wěn)定單元320。占空比穩(wěn)定單元320被配置為與系統(tǒng)時鐘信號Fsys同步地對由濾波單元310去除噪聲的PWM信號PWMF進行取樣。在圖3中，濾波的PWM信號PWMF被取樣PWM信號的三個周期。然而，PWM信號可被取樣至少兩個周期。占空比穩(wěn)定單元320被配置為通過對取樣的PWM信號的占空比進行累加來計算平均值。通過以上等式1計算平均值，通過將在總占空比平均區(qū)間(section)中的所有邏輯高持續(xù)時間彼此相加來獲得該平均值。隨后，產生用于下一占空比平均計算區(qū)間的具有統(tǒng)一占空比的PWM信號PWMA。因此，占空比穩(wěn)定單元320將如圖3所示的具有統(tǒng)一占空比的PWM信號PWMA提供給調光信號產生單元330。調光信號產生單元330被配置為從占空比穩(wěn)定單元320接收具有穩(wěn)定的占空比的 PWM信號PWMA，并輸出穩(wěn)定調光信號DM2。當如現(xiàn)有技術中一樣占空比穩(wěn)定單元320沒有被提供時，由于PWM信號的占空比失真的部分A，會出現(xiàn)具有非統(tǒng)一占空比的調光信號(諸如，調光信號DMl)。因此，在調光信號DMl的占空比是非統(tǒng)一的部分B會發(fā)生閃爍。在圖3中，VIH(輸入高的電壓)表示用于確定“高”邏輯狀態(tài)的“輸入高閾值電壓”。如果輸入電壓高于VIH，則該輸入電壓被確定為高邏輯狀態(tài)。VIL (輸入低的電壓)表示用于確定“低”邏輯狀態(tài)的“輸入低閾值電壓”。如果輸入電壓低于VIL，則該輸入電壓被確定為低邏輯狀態(tài)。也就是說，如圖3所示，如果P麗信號P麗IN的電壓增加到高于VIH，則P麗信號 PWMIN被確定為高狀態(tài)。因此，如部分“B”所示，由毛刺(glitch)產生的信號也被識別為 PWM占空比信息和一個頻率的占空比(30%占空比)。相反，當占空比穩(wěn)定單元320被提供時，即使提供具有失真的占空比的PWM信號PWMIN，也可通過占空比穩(wěn)定單元320的占空比平均操作來產生具有統(tǒng)一占空比的調光信號 DM2。切換單元350的開關基于調光信號DM2被接通和斷開，LED驅動單元360的MOS晶體管由電流控制單元340驅動。由于MOS晶體管被驅動，LED陣列400的LED燈串LS被驅動。電流流過包括LED燈串LS的LED陣列400，從而可穩(wěn)定地保持LED的期望的亮度。因此，即使施加具有失真的占空比的PWM信號PWMIN，調光信號產生單元330也可通過占空比穩(wěn)定單元320的占空比平均操作來產生具有統(tǒng)一占空比的調光信號DM2。因此， LED的亮度被固定地保持，而不管PWM信號PWMIN的占空比失真的部分A，從而可實質上避免閃爍的發(fā)生。由于電流控制單元340的電阻345限制流過LED燈串LS的電流，流過LED燈串LS 的電流被反饋到運算放大器341的反相端子，故流過LED燈串LS的電流可被固定地保持。根據驅動用于背光的LED的電路和方法的總體方面，即使出現(xiàn)外部噪聲或PWM信號失真，PWM信號的占空比被取樣、累加和平均，從而P麗信號的占空比被穩(wěn)定。因此，產生具有統(tǒng)一占空比的調光信號，從而可實質上避免閃爍的發(fā)生，并可穩(wěn)定地保持LED的亮度。上面已經描述了若干示例。然而，將理解可作出各種修改。例如，如果以不同順序執(zhí)行所述技術和/或如果以不同方式組合所述系統(tǒng)、架構、裝置或電路中的組件和/或由其它組件或它們的等同物替換或補充所述系統(tǒng)、架構、裝置或電路中的組件，可實現(xiàn)合適的結果。因此，其它實現(xiàn)落入權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種驅動用于背光的發(fā)光二極管(LED)的電路，所述電路包括 濾波單元，被配置為接收脈沖寬度調制(PWM)信號；以及去除預定的帶的噪聲；占空比穩(wěn)定單元，被配置為穩(wěn)定由濾波單元濾波的PWM信號的占空比； 調光信號產生單元，被配置為基于由占空比穩(wěn)定單元穩(wěn)定的PWM信號來產生調光信號；以及LED驅動單元，被配置為基于由調光信號產生單元產生的調光信號來驅動用于背光的LED。
2.如權利要求1所述的電路，其中，濾波單元包括低通濾波器，被配置為去除高頻帶的噪聲。
3.如權利要求2所述的電路，其中，濾波單元還包括電阻電容(RC)濾波器。
4.如權利要求2所述的電路，其中，濾波單元還被配置為執(zhí)行滯后功能，以避免PWM信號的直流(DC)電平的改變。
5.如權利要求1所述的電路，其中，占空比穩(wěn)定單元還被配置為 對PWM信號進行取樣；對取樣的PWM信號的占空比進行累加；以及平均P麗信號的占空比。
6.如權利要求5所述的電路，其中，占空比穩(wěn)定單元還被配置為與時鐘信號同步地對 PWM信號進行取樣。
7.如權利要求6所述的電路，其中，占空比穩(wěn)定單元還被配置為對PWM信號進行至少兩個周期的取樣。
8.如權利要求5所述的電路，其中，占空比穩(wěn)定單元包括數字濾波器。
9.如權利要求8所述的電路，其中，占空比穩(wěn)定單元還包括累加器，被配置為對取樣的 PWM信號的占空比進行累加。
10.如權利要求1所述的電路，其中，LED驅動單元還包括連接到LED的金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，所述MOS晶體管被配置為基于來自調光信號產生單元的調光信號被驅動。
11.如權利要求1所述的電路，還包括電流控制單元，被配置為調節(jié)流過LED的電流；以及切換單元，被配置為基于來自調光信號產生單元的調光信號來對LED驅動單元提供電流控制單元的輸出信號。
12.一種背光驅動設備，包括用于背光的發(fā)光二極管(LED)陣列；脈沖寬度調制(PWM)信號產生器，被配置為產生PWM信號；直流-直流(DC-DC)轉換器，被配置為基于PWM信號產生器的PWM信號來對用于背光的LED陣列提供電壓；LED驅動電路，被配置為 從PWM信號產生器接收PWM信號；穩(wěn)定PWM信號的占空比；以及產生調光信號，所述調光信號被配置為基于具有穩(wěn)定的占空比的PWM信號來驅動用于背光的LED陣列，所述LED驅動電路包括占空比穩(wěn)定單元，被配置為 對PWM信號進行取樣； 對取樣的PWM信號的占空比進行累加；以及平均PWM信號的占空比。
13.如權利要求12所述的背光驅動設備，其中，占空比穩(wěn)定單元包括累加器，被配置為對取樣的PWM信號的占空比進行累加。
14.如權利要求12所述的背光驅動設備，其中，占空比穩(wěn)定單元還被配置為與時鐘信號同步地對PWM信號進行取樣。
15.如權利要求13所述的背光驅動設備，其中，占空比穩(wěn)定單元還被配置為對PWM信號進行至少兩個周期的取樣。
16.如權利要求12所述的背光驅動設備，其中，LED驅動電路還包括濾波單元，被配置為接收PWM信號；對預定的帶的噪聲和PWM信號的直流(DC)電平的改變進行濾波；以及將濾波的PWM信號提供給占空比穩(wěn)定單元。
17.如權利要求16所述的背光驅動設備，其中，濾波單元包括低通濾波器，被配置為執(zhí)行滯后功能。
18.如權利要求12所述的背光驅動設備，其中，LED驅動電路還包括調光信號產生單元，被配置為從占空比穩(wěn)定單元接收具有穩(wěn)定的占空比的PWM信號， 并產生調光信號；以及LED驅動單元，被配置為基于來自調光信號產生單元的調光信號來驅動用于背光的 LED陣列。
19.一種驅動用于背光的發(fā)光二極管(LED)的方法，包括 對脈沖寬度調制(PWM)信號進行濾波；穩(wěn)定濾波的PWM信號的占空比；從具有穩(wěn)定的占空比的P麗信號產生具有固定占空比的調光信號；以及基于調光信號來驅動用于背光的LED。
20.如權利要求19所述的方法，其中，對PWM信號進行濾波的步驟包括去除PWM信號的直流(DC)電平的改變。
21.如權利要求19所述的方法，其中，對PWM信號進行濾波的步驟包括對PWM信號進行低通濾波。
22.如權利要求19所述的方法，其中，穩(wěn)定占空比的步驟包括 對PWM信號進行取樣；以及對取樣的PWM信號的占空比進行累加，并平均取樣的PWM信號的占空比。
23.如權利要求22所述的方法，其中，對PWM信號進行取樣的步驟包括與時鐘信號同步地對PWM信號進行取樣。
24.如權利要求23所述的方法，其中，對PWM信號進行取樣的步驟包括對PWM信號進行至少兩個周期的取樣。
全文摘要
一種驅動用于背光的發(fā)光二極管的電路和方法及背光驅動設備。一種驅動用于背光的發(fā)光二極管(LED)的電路，可包括濾波單元，被配置為接收脈沖寬度調制(PWM)信號并去除預定的帶的噪聲；占空比穩(wěn)定單元，被配置為穩(wěn)定由濾波單元濾波的PWM信號的占空比；調光信號產生單元，被配置為基于由占空比穩(wěn)定單元穩(wěn)定的PWM信號來產生調光信號；LED驅動單元，被配置為基于由調光信號產生單元產生的調光信號來驅動用于背光的LED。
文檔編號G09G3/34GK102237043SQ20111011549
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2010年4月30日
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