驱动用于背光的发光二极管的电路和方法及背光驱动设备的制作方法
专利名称：驱动用于背光的发光二极管的电路和方法及背光驱动设备的制作方法
技术领域：
以下描述涉及驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，更具体地，涉及一种驱动用于背光的LED的电路和方法以及使用该电路和方法的背光驱动设备，所述驱动用于背光的LED的电路和方法可通过实质上避免闪烁的发生来稳定地保持LED的亮度。
背景技术：
作为代表性平板显示器的液晶显示器(LCD)通过使用液晶的电学和光学属性来显示图像。与其它显示设备相比，由于纤薄、轻、低功耗和低驱动电压的优点，IXD已经被广泛使用。然而，由于用于显示图像的液晶显示面板是非自发光装置，故IXD需要用于对液晶显示面板提供光的单独的背光。背光主要使用冷阴极萤光灯(CCFL)和LED中的一种。由于使用CCFL的背光使用汞，故对环境有害并且具有慢响应速度。此外，使用CCFL的背光还有低色彩再现以及产生预设白光的缺点。同时，使用LED的背光具有以下优点不使用危险物质，能够实现快速响应，以及能够实现脉冲驱动。此外，使用LED的背光还具有较高的色彩再现，并可通过控制红、蓝和绿色LED的光量来自由地调节光的色彩坐标和亮度。由于这样的LED背光通过适当地互相混合红光、蓝光和绿光来产生白光，故LED背光包括用于发射红光的多个红色LED阵列、用于发射蓝光的多个蓝色LED阵列和用于发射绿光的多个绿色LED阵列。LED背光通过使用调光方法来调节LED的亮度。所述调光方法包括模拟调光方法和数字调光方法。根据模拟调光方法，通过控制施加到用于背光的每个LED的电流的量来调节LED的亮度。在模拟调光方法的情况中，如果施加到用于背光的每个LED的电流的量减少了 50%，则用于背光的每个LED的亮度减小50%。根据数字调光方法，例如脉冲宽度调制(PWM)调光方法，通过响应于PWM信号控制用于背光的每个LED的通断时间的比率，来调节每个用于背光的LED的亮度。使用PWM调光方法的LED驱动设备通过控制流过LED阵列的电流来调节LED的亮度。LED驱动设备包括将用于电流控制的PWM信号发送到LED驱动电路的控制器或微控制器单元(MCU)。当控制器或MCU产生用于调节LED的亮度的PWM信号，并将PWM信号提供给 LED驱动电路时，PWM信号被不希望的外部电磁干扰(EMI)影响，导致PWM信号的占空比的失真。这引起噪声并因此发生LED的闪烁。因此，不能稳定地保持LED的亮度。在现有技术中，为了稳定地调节LED的亮度，通过使用模拟滤波器将噪声从PWM信号中去除。根据这样的使用模拟滤波器的方法，可使用低通滤波器来去除瞬时施加的高频噪声。此外，可去除滤带(filter band)中的低频噪声。然而，当PWM信号的占空比失真时， 噪声不会被去除，并且由于LED的亮度的不稳定会发生闪烁。
发明内容
在一个总体方面，提供了一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，所述电路包括滤波单元，被配置为接收脉冲宽度调制(PWM)信号并去除预定的带的噪声；占空比稳定单元，被配置为稳定由滤波单元滤波的PWM信号的占空比；调光信号产生单元，被配置为基于由占空比稳定单元稳定的PWM信号来产生调光信号；LED驱动单元，被配置为基于由调光信号产生单元产生的调光信号来驱动用于背光的LED。所述电路还可包括滤波单元，该滤波单元包括低通滤波器，被配置为去除高频带的噪声。所述电路还可包括滤波单元，该滤波单元还包括电阻电容(RC)滤波器。所述电路还可包括滤波单元，被配置为执行滞后(hysteresis)功能，以实质上避免PWM信号的直流(DC)电平的改变。所述电路还可包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行取样，对取样的 PWM信号的占空比进行累加，并平均PWM信号的占空比。所述电路还可包括占空比稳定单元，被配置为与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。所述电路还可包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。所述电路还可包括占空比稳定单元，该占空比稳定单元包括数字滤波器。所述电路还可包括占空比稳定单元，该占空比稳定单元还包括累加器，被配置为对取样的PWM信号的占空比进行累加。所述电路还可包括LED驱动单元，该LED驱动单元还包括连接到LED的金属氧化物半导体(MOS)晶体管，所述MOS晶体管被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号被驱动。所述电路还可包括电流控制单元，被配置为调节流过LED的电流；切换单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来对LED驱动单元提供电流控制单元的输出信号。在另一总体方面，提供了一种背光驱动设备，包括用于背光的发光二极管(LED) 阵列；脉冲宽度调制(PWM)信号产生器，被配置为产生PWM信号；直流-直流(DC-DC)转换器，被配置为基于PWM信号产生器的PWM信号来对用于背光的LED阵列提供电压；LED驱动电路，被配置为从PWM信号产生器接收PWM信号，稳定PWM信号的占空比，并产生调光信号， 所述调光信号被配置为基于具有稳定的占空比的PWM信号来驱动用于背光的LED阵列，所述LED驱动电路包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行取样，对取样的PWM信号的占空比进行累加，并平均PWM信号的占空比。所述背光驱动设备还可包括占空比稳定单元，该占空比稳定单元包括累加器，被配置为对取样的PWM信号的占空比进行累加。所述背光驱动设备还可包括占空比稳定单元，被配置为与时钟信号同步地对 PWM信号进行取样。所述背光驱动设备还可包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。所述背光驱动设备还可包括LED驱动电路，该LED驱动电路包括滤波单元，被配置为接收PWM信号，对预定的带的噪声和PWM信号的直流(DC)电平的改变进行滤波，并将滤波的PWM信号提供给占空比稳定单元。所述背光驱动设备还可包括滤波单元，该滤波单元包括低通滤波器，被配置为执行滞后功能。所述背光驱动设备还可包括LED驱动电路，还包括调光信号产生单元，被配置为从占空比稳定单元接收具有稳定的占空比的PWM信号，并产生调光信号；LED驱动单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来驱动用于背光的LED阵列。在另一总体方面，提供了一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的方法，包括对脉冲宽度调制(PWM)信号进行滤波，稳定滤波的PWM信号的占空比，从具有稳定的占空比的 PWM信号产生具有固定(constant)占空比的调光信号，以及基于调光信号来驱动用于背光的 LED。所述方法还可包括对PWM信号进行滤波的步骤包括去除PWM信号的直流(DC)电平的改变。所述方法还可包括对PWM信号进行滤波的步骤包括对PWM信号进行低通滤波。所述方法还可包括稳定占空比的步骤包括对PWM信号进行取样，对取样的PWM信号的占空比进行累加，并平均取样的P丽信号的占空比。所述方法还可包括对PWM信号进行取样的步骤包括与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。所述方法还可包括对PWM信号进行取样的步骤包括对PWM信号进行至少两个周期的取样。通过以下详细描述、附图和权利要求，其它特点和方面将会变得清楚。
图1是背光驱动设备的框图的示例。图2是图1中示出的背光驱动设备的详细电路图的示例。图3是示出图2中示出的背光驱动设备的操作波形的示图的示例。贯穿整个附图和详细描述，除非另有描述，相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，可夸大这些元件的相对大小和描述。
具体实施例方式提供以下详细描述以助于读者全面理解在此描述的方法、设备和/或系统。因此， 在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物将被建议给本领域的普通技术人员。描述的处理步骤和/或操作的程序是示例；然而，步骤和/或操作的顺序不限于在此所列出的，并可以改变为本领域公知的步骤和/或操作，除非步骤和/或操作必须以特定顺序发生。另外，为了清楚和更加简洁，可省略已知功能和结构的描述。图1是示出背光驱动设备的配置的框图的示例。参照图1，背光驱动设备包括脉冲宽度调制(PWM)信号产生器100、直流-直流(DC-DC)转换器200、发光二极管(LED)驱动电路300和LED阵列400。 P丽信号产生器100被配置为产生具有预定占空比的P丽信号PWMIN，并将P丽信号PWMIN提供给DC-DC转换器200。PWM信号产生器100可包括控制器或微控制器单元(MCU)。DC-DC转换器200被配置为从PWM信号产生器100接收PWM信号PWMIN，并将用于驱动LED的输出电压提供给用于背光的LED阵列400。DC-DC转换器200可包括增压 (boost-up)转换器，该增压转换器被配置为通过对输入电压进行增压来产生期望的高电压，并将高电压提供给用于背光的LED阵列400。 LED驱动电路300被配置为从PWM信号产生器100接收PWM信号PWMIN，产生用于调节LED的亮度的调光信号，并将调光信号提供给用于背光的LED阵列400。如图2所示， LED阵列400可包括多个LED彼此串行连接的LED灯串(string)LS。在图2中，LED阵列 400包括一个LED灯串。然而，多个LED灯串可以彼此并行连接。图2是图1的背光驱动设备的详细示图的示例，该详细示图是LED驱动电路300 的详细电路图。参照图2，LED驱动电路300包括滤波单元310、占空比稳定单元320、调光信号产生单元330、电流控制单元340、切换单元350和LED驱动单元360。滤波单元310被配置为从PWM信号产生器100接收PWM信号PWMIN，并仅输出PWM 信号PWMIN的期望的带的频率信号。滤波单元310可包括去除高频带的信号以确保噪声容限的低通滤波器。滤波单元310可包括作为模拟滤波器的电阻电容(RC)滤波器。滤波单元310另外执行滞后功能，从而确保对于PWM信号PWMIN的DC电平的改变的噪声容限。占空比稳定单元320被配置为稳定由滤波单元310滤波的PWM信号的占空比。占空比稳定单元320被配置为平均滤波的PWM信号的占空比失真，并且占空比稳定单元320 可包括数字滤波器。占空比稳定单元320可包括对关于PWM信号的占空比的信息进行累加的累加器。占空比稳定单元320被配置为通过使用系统时钟Fsys来对PWM信号的占空比进行预定的时间的取样，并通过对取样的占空比进行累加来计算平均值。因此，占空比稳定单元320可产生具有稳定的占空比的PWM信号。调光信号产生单元330被配置为接收占空比稳定单元320的输出信号，并产生用于驱动LED阵列400的LED灯串LS的调光信号DM。由于用于背光的LED阵列400仅包括一个LED灯串LS，故仅产生一个调光信号DM。然而，当LED阵列400包括多个LED灯串时， 可产生多个调光信号，并且所述多个调光信号被分别提供到所述多个LED灯串。调光信号DM用于开启和关闭LED阵列400的LED灯串LS，并且调光信号DM具有近似0%到近似100%的占空比。可通过下面提供的等式1来计算调光信号DM的占空比。占空比 DPWM = HTFPWM/TFPWM(1)在等式1中，HTFPWM表示当占空比稳定单元320与系统时钟同步地对滤波单元 310滤波的PWM信号进行取样时取样的PWM信号的高电平时间。TFPWM表示PWM信号的总取样时间。TFPWM可包括至少两个周期的PWM信号的取样时间。电流控制单元340被配置为控制流过LED阵列400的LED灯串LS的电流。电流控制单元340可包括运算放大器341和电流限制电阻345。运算放大器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参考电压Vref，运算放大器341的输出端子经由切换单元350和LED驱动单元360反馈连接到所述反相端子。 电流限制电阻345连接到运算放大器341的反相端子。
可通过下面提供的等式2来表述流过LED灯串LS的电流。I (LED) = Vref/R(2)在等式2中，Vref表示提供到运算放大器341的非反相端子的参考电压，R表示电流限制电阻345的电阻值。切换单元350被配置为基于来自调光信号产生单元330的调光信号DM来将电流控制单元340的输出信号提供到LED驱动单元360。切换单元350可包括由调光信号DM控制的开关。LED驱动单元360被配置为响应于电流控制单元340的输出信号来驱动LED阵列 400的LED灯串LS，该输出信号通过切换单元350被提供。LED驱动单元360可包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管，该MOS晶体管具有连接到LED阵列400的LED灯串LS的一个端子的漏极、连接到电流控制单元340的源极以及通过切换单元350接收电流控制单元340 的输出信号的栅极。将参照示出操作波形的图3来描述图1和图2中示出的LED驱动装置的操作。通过P丽信号产生器100产生PWM信号PWMIN，并且PWM信号P丽IN被提供到DC-DC 转换器200。DC-DC转换器200被配置为通过对输入电压进行增压来产生期望的高电压，并将高电压提供给LED阵列400。同时，P丽信号P丽IN从P丽信号产生器100被提供给LED驱动电路300。当在 PWM信号PWMIN中出现噪声或占空比失真时，滤波单元310执行用于去除PWM信号PWMIN的高频噪声并同时确保DC噪声容限的滤波操作。因此，滤波单元310将滤波的PWM信号PWMF 提供给占空比稳定单元320。占空比稳定单元320被配置为与系统时钟信号Fsys同步地对由滤波单元310去除噪声的PWM信号PWMF进行取样。在图3中，滤波的PWM信号PWMF被取样PWM信号的三个周期。然而，PWM信号可被取样至少两个周期。占空比稳定单元320被配置为通过对取样的PWM信号的占空比进行累加来计算平均值。通过以上等式1计算平均值，通过将在总占空比平均区间(section)中的所有逻辑高持续时间彼此相加来获得该平均值。随后，产生用于下一占空比平均计算区间的具有统一占空比的PWM信号PWMA。因此，占空比稳定单元320将如图3所示的具有统一占空比的PWM信号PWMA提供给调光信号产生单元330。调光信号产生单元330被配置为从占空比稳定单元320接收具有稳定的占空比的 PWM信号PWMA，并输出稳定调光信号DM2。当如现有技术中一样占空比稳定单元320没有被提供时，由于PWM信号的占空比失真的部分A，会出现具有非统一占空比的调光信号(诸如，调光信号DMl)。因此，在调光信号DMl的占空比是非统一的部分B会发生闪烁。在图3中，VIH(输入高的电压)表示用于确定“高”逻辑状态的“输入高阈值电压”。如果输入电压高于VIH，则该输入电压被确定为高逻辑状态。VIL (输入低的电压)表示用于确定“低”逻辑状态的“输入低阈值电压”。如果输入电压低于VIL，则该输入电压被确定为低逻辑状态。也就是说，如图3所示，如果P丽信号P丽IN的电压增加到高于VIH，则P丽信号 PWMIN被确定为高状态。因此，如部分“B”所示，由毛刺(glitch)产生的信号也被识别为 PWM占空比信息和一个频率的占空比(30%占空比)。相反，当占空比稳定单元320被提供时，即使提供具有失真的占空比的PWM信号PWMIN，也可通过占空比稳定单元320的占空比平均操作来产生具有统一占空比的调光信号 DM2。切换单元350的开关基于调光信号DM2被接通和断开，LED驱动单元360的MOS晶体管由电流控制单元340驱动。由于MOS晶体管被驱动，LED阵列400的LED灯串LS被驱动。电流流过包括LED灯串LS的LED阵列400，从而可稳定地保持LED的期望的亮度。因此，即使施加具有失真的占空比的PWM信号PWMIN，调光信号产生单元330也可通过占空比稳定单元320的占空比平均操作来产生具有统一占空比的调光信号DM2。因此， LED的亮度被固定地保持，而不管PWM信号PWMIN的占空比失真的部分A，从而可实质上避免闪烁的发生。由于电流控制单元340的电阻345限制流过LED灯串LS的电流，流过LED灯串LS 的电流被反馈到运算放大器341的反相端子，故流过LED灯串LS的电流可被固定地保持。根据驱动用于背光的LED的电路和方法的总体方面，即使出现外部噪声或PWM信号失真，PWM信号的占空比被取样、累加和平均，从而P丽信号的占空比被稳定。因此，产生具有统一占空比的调光信号，从而可实质上避免闪烁的发生，并可稳定地保持LED的亮度。上面已经描述了若干示例。然而，将理解可作出各种修改。例如，如果以不同顺序执行所述技术和/或如果以不同方式组合所述系统、架构、装置或电路中的组件和/或由其它组件或它们的等同物替换或补充所述系统、架构、装置或电路中的组件，可实现合适的结果。因此，其它实现落入权利要求的范围内。
权利要求
1.一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，所述电路包括 滤波单元，被配置为接收脉冲宽度调制(PWM)信号；以及去除预定的带的噪声；占空比稳定单元，被配置为稳定由滤波单元滤波的PWM信号的占空比； 调光信号产生单元，被配置为基于由占空比稳定单元稳定的PWM信号来产生调光信号；以及LED驱动单元，被配置为基于由调光信号产生单元产生的调光信号来驱动用于背光的LED。
2.如权利要求1所述的电路，其中，滤波单元包括低通滤波器，被配置为去除高频带的噪声。
3.如权利要求2所述的电路，其中，滤波单元还包括电阻电容(RC)滤波器。
4.如权利要求2所述的电路，其中，滤波单元还被配置为执行滞后功能，以避免PWM信号的直流(DC)电平的改变。
5.如权利要求1所述的电路，其中，占空比稳定单元还被配置为 对PWM信号进行取样；对取样的PWM信号的占空比进行累加；以及平均P丽信号的占空比。
6.如权利要求5所述的电路，其中，占空比稳定单元还被配置为与时钟信号同步地对 PWM信号进行取样。
7.如权利要求6所述的电路，其中，占空比稳定单元还被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。
8.如权利要求5所述的电路，其中，占空比稳定单元包括数字滤波器。
9.如权利要求8所述的电路，其中，占空比稳定单元还包括累加器，被配置为对取样的 PWM信号的占空比进行累加。
10.如权利要求1所述的电路，其中，LED驱动单元还包括连接到LED的金属氧化物半导体(MOS)晶体管，所述MOS晶体管被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号被驱动。
11.如权利要求1所述的电路，还包括电流控制单元，被配置为调节流过LED的电流；以及切换单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来对LED驱动单元提供电流控制单元的输出信号。
12.一种背光驱动设备，包括用于背光的发光二极管(LED)阵列；脉冲宽度调制(PWM)信号产生器，被配置为产生PWM信号；直流-直流(DC-DC)转换器，被配置为基于PWM信号产生器的PWM信号来对用于背光的LED阵列提供电压；LED驱动电路，被配置为 从PWM信号产生器接收PWM信号；稳定PWM信号的占空比；以及产生调光信号，所述调光信号被配置为基于具有稳定的占空比的PWM信号来驱动用于背光的LED阵列，所述LED驱动电路包括占空比稳定单元，被配置为 对PWM信号进行取样； 对取样的PWM信号的占空比进行累加；以及平均PWM信号的占空比。
13.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，占空比稳定单元包括累加器，被配置为对取样的PWM信号的占空比进行累加。
14.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，占空比稳定单元还被配置为与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。
15.如权利要求13所述的背光驱动设备，其中，占空比稳定单元还被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。
16.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，LED驱动电路还包括滤波单元，被配置为接收PWM信号；对预定的带的噪声和PWM信号的直流(DC)电平的改变进行滤波；以及将滤波的PWM信号提供给占空比稳定单元。
17.如权利要求16所述的背光驱动设备，其中，滤波单元包括低通滤波器，被配置为执行滞后功能。
18.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，LED驱动电路还包括调光信号产生单元，被配置为从占空比稳定单元接收具有稳定的占空比的PWM信号， 并产生调光信号；以及LED驱动单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来驱动用于背光的 LED阵列。
19.一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的方法，包括 对脉冲宽度调制(PWM)信号进行滤波；稳定滤波的PWM信号的占空比；从具有稳定的占空比的P丽信号产生具有固定占空比的调光信号；以及基于调光信号来驱动用于背光的LED。
20.如权利要求19所述的方法，其中，对PWM信号进行滤波的步骤包括去除PWM信号的直流(DC)电平的改变。
21.如权利要求19所述的方法，其中，对PWM信号进行滤波的步骤包括对PWM信号进行低通滤波。
22.如权利要求19所述的方法，其中，稳定占空比的步骤包括 对PWM信号进行取样；以及对取样的PWM信号的占空比进行累加，并平均取样的PWM信号的占空比。
23.如权利要求22所述的方法，其中，对PWM信号进行取样的步骤包括与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。
24.如权利要求23所述的方法，其中，对PWM信号进行取样的步骤包括对PWM信号进行至少两个周期的取样。
全文摘要
一种驱动用于背光的发光二极管的电路和方法及背光驱动设备。一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，可包括滤波单元，被配置为接收脉冲宽度调制(PWM)信号并去除预定的带的噪声；占空比稳定单元，被配置为稳定由滤波单元滤波的PWM信号的占空比；调光信号产生单元，被配置为基于由占空比稳定单元稳定的PWM信号来产生调光信号；LED驱动单元，被配置为基于由调光信号产生单元产生的调光信号来驱动用于背光的LED。
文档编号G09G3/34GK102237043SQ20111011549
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年4月30日
发明者申斗秀, 白承凡, 金应宣, 金美辰 申请人:美格纳半导体有限公司
技术领域：
以下描述涉及驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，更具体地，涉及一种驱动用于背光的LED的电路和方法以及使用该电路和方法的背光驱动设备，所述驱动用于背光的LED的电路和方法可通过实质上避免闪烁的发生来稳定地保持LED的亮度。
背景技术：
作为代表性平板显示器的液晶显示器(LCD)通过使用液晶的电学和光学属性来显示图像。与其它显示设备相比，由于纤薄、轻、低功耗和低驱动电压的优点，IXD已经被广泛使用。然而，由于用于显示图像的液晶显示面板是非自发光装置，故IXD需要用于对液晶显示面板提供光的单独的背光。背光主要使用冷阴极萤光灯(CCFL)和LED中的一种。由于使用CCFL的背光使用汞，故对环境有害并且具有慢响应速度。此外，使用CCFL的背光还有低色彩再现以及产生预设白光的缺点。同时，使用LED的背光具有以下优点不使用危险物质，能够实现快速响应，以及能够实现脉冲驱动。此外，使用LED的背光还具有较高的色彩再现，并可通过控制红、蓝和绿色LED的光量来自由地调节光的色彩坐标和亮度。由于这样的LED背光通过适当地互相混合红光、蓝光和绿光来产生白光，故LED背光包括用于发射红光的多个红色LED阵列、用于发射蓝光的多个蓝色LED阵列和用于发射绿光的多个绿色LED阵列。LED背光通过使用调光方法来调节LED的亮度。所述调光方法包括模拟调光方法和数字调光方法。根据模拟调光方法，通过控制施加到用于背光的每个LED的电流的量来调节LED的亮度。在模拟调光方法的情况中，如果施加到用于背光的每个LED的电流的量减少了 50%，则用于背光的每个LED的亮度减小50%。根据数字调光方法，例如脉冲宽度调制(PWM)调光方法，通过响应于PWM信号控制用于背光的每个LED的通断时间的比率，来调节每个用于背光的LED的亮度。使用PWM调光方法的LED驱动设备通过控制流过LED阵列的电流来调节LED的亮度。LED驱动设备包括将用于电流控制的PWM信号发送到LED驱动电路的控制器或微控制器单元(MCU)。当控制器或MCU产生用于调节LED的亮度的PWM信号，并将PWM信号提供给 LED驱动电路时，PWM信号被不希望的外部电磁干扰(EMI)影响，导致PWM信号的占空比的失真。这引起噪声并因此发生LED的闪烁。因此，不能稳定地保持LED的亮度。在现有技术中，为了稳定地调节LED的亮度，通过使用模拟滤波器将噪声从PWM信号中去除。根据这样的使用模拟滤波器的方法，可使用低通滤波器来去除瞬时施加的高频噪声。此外，可去除滤带(filter band)中的低频噪声。然而，当PWM信号的占空比失真时， 噪声不会被去除，并且由于LED的亮度的不稳定会发生闪烁。
发明内容
在一个总体方面，提供了一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，所述电路包括滤波单元，被配置为接收脉冲宽度调制(PWM)信号并去除预定的带的噪声；占空比稳定单元，被配置为稳定由滤波单元滤波的PWM信号的占空比；调光信号产生单元，被配置为基于由占空比稳定单元稳定的PWM信号来产生调光信号；LED驱动单元，被配置为基于由调光信号产生单元产生的调光信号来驱动用于背光的LED。所述电路还可包括滤波单元，该滤波单元包括低通滤波器，被配置为去除高频带的噪声。所述电路还可包括滤波单元，该滤波单元还包括电阻电容(RC)滤波器。所述电路还可包括滤波单元，被配置为执行滞后(hysteresis)功能，以实质上避免PWM信号的直流(DC)电平的改变。所述电路还可包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行取样，对取样的 PWM信号的占空比进行累加，并平均PWM信号的占空比。所述电路还可包括占空比稳定单元，被配置为与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。所述电路还可包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。所述电路还可包括占空比稳定单元，该占空比稳定单元包括数字滤波器。所述电路还可包括占空比稳定单元，该占空比稳定单元还包括累加器，被配置为对取样的PWM信号的占空比进行累加。所述电路还可包括LED驱动单元，该LED驱动单元还包括连接到LED的金属氧化物半导体(MOS)晶体管，所述MOS晶体管被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号被驱动。所述电路还可包括电流控制单元，被配置为调节流过LED的电流；切换单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来对LED驱动单元提供电流控制单元的输出信号。在另一总体方面，提供了一种背光驱动设备，包括用于背光的发光二极管(LED) 阵列；脉冲宽度调制(PWM)信号产生器，被配置为产生PWM信号；直流-直流(DC-DC)转换器，被配置为基于PWM信号产生器的PWM信号来对用于背光的LED阵列提供电压；LED驱动电路，被配置为从PWM信号产生器接收PWM信号，稳定PWM信号的占空比，并产生调光信号， 所述调光信号被配置为基于具有稳定的占空比的PWM信号来驱动用于背光的LED阵列，所述LED驱动电路包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行取样，对取样的PWM信号的占空比进行累加，并平均PWM信号的占空比。所述背光驱动设备还可包括占空比稳定单元，该占空比稳定单元包括累加器，被配置为对取样的PWM信号的占空比进行累加。所述背光驱动设备还可包括占空比稳定单元，被配置为与时钟信号同步地对 PWM信号进行取样。所述背光驱动设备还可包括占空比稳定单元，被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。所述背光驱动设备还可包括LED驱动电路，该LED驱动电路包括滤波单元，被配置为接收PWM信号，对预定的带的噪声和PWM信号的直流(DC)电平的改变进行滤波，并将滤波的PWM信号提供给占空比稳定单元。所述背光驱动设备还可包括滤波单元，该滤波单元包括低通滤波器，被配置为执行滞后功能。所述背光驱动设备还可包括LED驱动电路，还包括调光信号产生单元，被配置为从占空比稳定单元接收具有稳定的占空比的PWM信号，并产生调光信号；LED驱动单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来驱动用于背光的LED阵列。在另一总体方面，提供了一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的方法，包括对脉冲宽度调制(PWM)信号进行滤波，稳定滤波的PWM信号的占空比，从具有稳定的占空比的 PWM信号产生具有固定(constant)占空比的调光信号，以及基于调光信号来驱动用于背光的 LED。所述方法还可包括对PWM信号进行滤波的步骤包括去除PWM信号的直流(DC)电平的改变。所述方法还可包括对PWM信号进行滤波的步骤包括对PWM信号进行低通滤波。所述方法还可包括稳定占空比的步骤包括对PWM信号进行取样，对取样的PWM信号的占空比进行累加，并平均取样的P丽信号的占空比。所述方法还可包括对PWM信号进行取样的步骤包括与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。所述方法还可包括对PWM信号进行取样的步骤包括对PWM信号进行至少两个周期的取样。通过以下详细描述、附图和权利要求，其它特点和方面将会变得清楚。
图1是背光驱动设备的框图的示例。图2是图1中示出的背光驱动设备的详细电路图的示例。图3是示出图2中示出的背光驱动设备的操作波形的示图的示例。贯穿整个附图和详细描述，除非另有描述，相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，可夸大这些元件的相对大小和描述。
具体实施例方式提供以下详细描述以助于读者全面理解在此描述的方法、设备和/或系统。因此， 在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物将被建议给本领域的普通技术人员。描述的处理步骤和/或操作的程序是示例；然而，步骤和/或操作的顺序不限于在此所列出的，并可以改变为本领域公知的步骤和/或操作，除非步骤和/或操作必须以特定顺序发生。另外，为了清楚和更加简洁，可省略已知功能和结构的描述。图1是示出背光驱动设备的配置的框图的示例。参照图1，背光驱动设备包括脉冲宽度调制(PWM)信号产生器100、直流-直流(DC-DC)转换器200、发光二极管(LED)驱动电路300和LED阵列400。 P丽信号产生器100被配置为产生具有预定占空比的P丽信号PWMIN，并将P丽信号PWMIN提供给DC-DC转换器200。PWM信号产生器100可包括控制器或微控制器单元(MCU)。DC-DC转换器200被配置为从PWM信号产生器100接收PWM信号PWMIN，并将用于驱动LED的输出电压提供给用于背光的LED阵列400。DC-DC转换器200可包括增压 (boost-up)转换器，该增压转换器被配置为通过对输入电压进行增压来产生期望的高电压，并将高电压提供给用于背光的LED阵列400。 LED驱动电路300被配置为从PWM信号产生器100接收PWM信号PWMIN，产生用于调节LED的亮度的调光信号，并将调光信号提供给用于背光的LED阵列400。如图2所示， LED阵列400可包括多个LED彼此串行连接的LED灯串(string)LS。在图2中，LED阵列 400包括一个LED灯串。然而，多个LED灯串可以彼此并行连接。图2是图1的背光驱动设备的详细示图的示例，该详细示图是LED驱动电路300 的详细电路图。参照图2，LED驱动电路300包括滤波单元310、占空比稳定单元320、调光信号产生单元330、电流控制单元340、切换单元350和LED驱动单元360。滤波单元310被配置为从PWM信号产生器100接收PWM信号PWMIN，并仅输出PWM 信号PWMIN的期望的带的频率信号。滤波单元310可包括去除高频带的信号以确保噪声容限的低通滤波器。滤波单元310可包括作为模拟滤波器的电阻电容(RC)滤波器。滤波单元310另外执行滞后功能，从而确保对于PWM信号PWMIN的DC电平的改变的噪声容限。占空比稳定单元320被配置为稳定由滤波单元310滤波的PWM信号的占空比。占空比稳定单元320被配置为平均滤波的PWM信号的占空比失真，并且占空比稳定单元320 可包括数字滤波器。占空比稳定单元320可包括对关于PWM信号的占空比的信息进行累加的累加器。占空比稳定单元320被配置为通过使用系统时钟Fsys来对PWM信号的占空比进行预定的时间的取样，并通过对取样的占空比进行累加来计算平均值。因此，占空比稳定单元320可产生具有稳定的占空比的PWM信号。调光信号产生单元330被配置为接收占空比稳定单元320的输出信号，并产生用于驱动LED阵列400的LED灯串LS的调光信号DM。由于用于背光的LED阵列400仅包括一个LED灯串LS，故仅产生一个调光信号DM。然而，当LED阵列400包括多个LED灯串时， 可产生多个调光信号，并且所述多个调光信号被分别提供到所述多个LED灯串。调光信号DM用于开启和关闭LED阵列400的LED灯串LS，并且调光信号DM具有近似0%到近似100%的占空比。可通过下面提供的等式1来计算调光信号DM的占空比。占空比 DPWM = HTFPWM/TFPWM(1)在等式1中，HTFPWM表示当占空比稳定单元320与系统时钟同步地对滤波单元 310滤波的PWM信号进行取样时取样的PWM信号的高电平时间。TFPWM表示PWM信号的总取样时间。TFPWM可包括至少两个周期的PWM信号的取样时间。电流控制单元340被配置为控制流过LED阵列400的LED灯串LS的电流。电流控制单元340可包括运算放大器341和电流限制电阻345。运算放大器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参考电压Vref，运算放大器341的输出端子经由切换单元350和LED驱动单元360反馈连接到所述反相端子。 电流限制电阻345连接到运算放大器341的反相端子。
可通过下面提供的等式2来表述流过LED灯串LS的电流。I (LED) = Vref/R(2)在等式2中，Vref表示提供到运算放大器341的非反相端子的参考电压，R表示电流限制电阻345的电阻值。切换单元350被配置为基于来自调光信号产生单元330的调光信号DM来将电流控制单元340的输出信号提供到LED驱动单元360。切换单元350可包括由调光信号DM控制的开关。LED驱动单元360被配置为响应于电流控制单元340的输出信号来驱动LED阵列 400的LED灯串LS，该输出信号通过切换单元350被提供。LED驱动单元360可包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管，该MOS晶体管具有连接到LED阵列400的LED灯串LS的一个端子的漏极、连接到电流控制单元340的源极以及通过切换单元350接收电流控制单元340 的输出信号的栅极。将参照示出操作波形的图3来描述图1和图2中示出的LED驱动装置的操作。通过P丽信号产生器100产生PWM信号PWMIN，并且PWM信号P丽IN被提供到DC-DC 转换器200。DC-DC转换器200被配置为通过对输入电压进行增压来产生期望的高电压，并将高电压提供给LED阵列400。同时，P丽信号P丽IN从P丽信号产生器100被提供给LED驱动电路300。当在 PWM信号PWMIN中出现噪声或占空比失真时，滤波单元310执行用于去除PWM信号PWMIN的高频噪声并同时确保DC噪声容限的滤波操作。因此，滤波单元310将滤波的PWM信号PWMF 提供给占空比稳定单元320。占空比稳定单元320被配置为与系统时钟信号Fsys同步地对由滤波单元310去除噪声的PWM信号PWMF进行取样。在图3中，滤波的PWM信号PWMF被取样PWM信号的三个周期。然而，PWM信号可被取样至少两个周期。占空比稳定单元320被配置为通过对取样的PWM信号的占空比进行累加来计算平均值。通过以上等式1计算平均值，通过将在总占空比平均区间(section)中的所有逻辑高持续时间彼此相加来获得该平均值。随后，产生用于下一占空比平均计算区间的具有统一占空比的PWM信号PWMA。因此，占空比稳定单元320将如图3所示的具有统一占空比的PWM信号PWMA提供给调光信号产生单元330。调光信号产生单元330被配置为从占空比稳定单元320接收具有稳定的占空比的 PWM信号PWMA，并输出稳定调光信号DM2。当如现有技术中一样占空比稳定单元320没有被提供时，由于PWM信号的占空比失真的部分A，会出现具有非统一占空比的调光信号(诸如，调光信号DMl)。因此，在调光信号DMl的占空比是非统一的部分B会发生闪烁。在图3中，VIH(输入高的电压)表示用于确定“高”逻辑状态的“输入高阈值电压”。如果输入电压高于VIH，则该输入电压被确定为高逻辑状态。VIL (输入低的电压)表示用于确定“低”逻辑状态的“输入低阈值电压”。如果输入电压低于VIL，则该输入电压被确定为低逻辑状态。也就是说，如图3所示，如果P丽信号P丽IN的电压增加到高于VIH，则P丽信号 PWMIN被确定为高状态。因此，如部分“B”所示，由毛刺(glitch)产生的信号也被识别为 PWM占空比信息和一个频率的占空比(30%占空比)。相反，当占空比稳定单元320被提供时，即使提供具有失真的占空比的PWM信号PWMIN，也可通过占空比稳定单元320的占空比平均操作来产生具有统一占空比的调光信号 DM2。切换单元350的开关基于调光信号DM2被接通和断开，LED驱动单元360的MOS晶体管由电流控制单元340驱动。由于MOS晶体管被驱动，LED阵列400的LED灯串LS被驱动。电流流过包括LED灯串LS的LED阵列400，从而可稳定地保持LED的期望的亮度。因此，即使施加具有失真的占空比的PWM信号PWMIN，调光信号产生单元330也可通过占空比稳定单元320的占空比平均操作来产生具有统一占空比的调光信号DM2。因此， LED的亮度被固定地保持，而不管PWM信号PWMIN的占空比失真的部分A，从而可实质上避免闪烁的发生。由于电流控制单元340的电阻345限制流过LED灯串LS的电流，流过LED灯串LS 的电流被反馈到运算放大器341的反相端子，故流过LED灯串LS的电流可被固定地保持。根据驱动用于背光的LED的电路和方法的总体方面，即使出现外部噪声或PWM信号失真，PWM信号的占空比被取样、累加和平均，从而P丽信号的占空比被稳定。因此，产生具有统一占空比的调光信号，从而可实质上避免闪烁的发生，并可稳定地保持LED的亮度。上面已经描述了若干示例。然而，将理解可作出各种修改。例如，如果以不同顺序执行所述技术和/或如果以不同方式组合所述系统、架构、装置或电路中的组件和/或由其它组件或它们的等同物替换或补充所述系统、架构、装置或电路中的组件，可实现合适的结果。因此，其它实现落入权利要求的范围内。
权利要求
1.一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，所述电路包括 滤波单元，被配置为接收脉冲宽度调制(PWM)信号；以及去除预定的带的噪声；占空比稳定单元，被配置为稳定由滤波单元滤波的PWM信号的占空比； 调光信号产生单元，被配置为基于由占空比稳定单元稳定的PWM信号来产生调光信号；以及LED驱动单元，被配置为基于由调光信号产生单元产生的调光信号来驱动用于背光的LED。
2.如权利要求1所述的电路，其中，滤波单元包括低通滤波器，被配置为去除高频带的噪声。
3.如权利要求2所述的电路，其中，滤波单元还包括电阻电容(RC)滤波器。
4.如权利要求2所述的电路，其中，滤波单元还被配置为执行滞后功能，以避免PWM信号的直流(DC)电平的改变。
5.如权利要求1所述的电路，其中，占空比稳定单元还被配置为 对PWM信号进行取样；对取样的PWM信号的占空比进行累加；以及平均P丽信号的占空比。
6.如权利要求5所述的电路，其中，占空比稳定单元还被配置为与时钟信号同步地对 PWM信号进行取样。
7.如权利要求6所述的电路，其中，占空比稳定单元还被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。
8.如权利要求5所述的电路，其中，占空比稳定单元包括数字滤波器。
9.如权利要求8所述的电路，其中，占空比稳定单元还包括累加器，被配置为对取样的 PWM信号的占空比进行累加。
10.如权利要求1所述的电路，其中，LED驱动单元还包括连接到LED的金属氧化物半导体(MOS)晶体管，所述MOS晶体管被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号被驱动。
11.如权利要求1所述的电路，还包括电流控制单元，被配置为调节流过LED的电流；以及切换单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来对LED驱动单元提供电流控制单元的输出信号。
12.一种背光驱动设备，包括用于背光的发光二极管(LED)阵列；脉冲宽度调制(PWM)信号产生器，被配置为产生PWM信号；直流-直流(DC-DC)转换器，被配置为基于PWM信号产生器的PWM信号来对用于背光的LED阵列提供电压；LED驱动电路，被配置为 从PWM信号产生器接收PWM信号；稳定PWM信号的占空比；以及产生调光信号，所述调光信号被配置为基于具有稳定的占空比的PWM信号来驱动用于背光的LED阵列，所述LED驱动电路包括占空比稳定单元，被配置为 对PWM信号进行取样； 对取样的PWM信号的占空比进行累加；以及平均PWM信号的占空比。
13.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，占空比稳定单元包括累加器，被配置为对取样的PWM信号的占空比进行累加。
14.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，占空比稳定单元还被配置为与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。
15.如权利要求13所述的背光驱动设备，其中，占空比稳定单元还被配置为对PWM信号进行至少两个周期的取样。
16.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，LED驱动电路还包括滤波单元，被配置为接收PWM信号；对预定的带的噪声和PWM信号的直流(DC)电平的改变进行滤波；以及将滤波的PWM信号提供给占空比稳定单元。
17.如权利要求16所述的背光驱动设备，其中，滤波单元包括低通滤波器，被配置为执行滞后功能。
18.如权利要求12所述的背光驱动设备，其中，LED驱动电路还包括调光信号产生单元，被配置为从占空比稳定单元接收具有稳定的占空比的PWM信号， 并产生调光信号；以及LED驱动单元，被配置为基于来自调光信号产生单元的调光信号来驱动用于背光的 LED阵列。
19.一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的方法，包括 对脉冲宽度调制(PWM)信号进行滤波；稳定滤波的PWM信号的占空比；从具有稳定的占空比的P丽信号产生具有固定占空比的调光信号；以及基于调光信号来驱动用于背光的LED。
20.如权利要求19所述的方法，其中，对PWM信号进行滤波的步骤包括去除PWM信号的直流(DC)电平的改变。
21.如权利要求19所述的方法，其中，对PWM信号进行滤波的步骤包括对PWM信号进行低通滤波。
22.如权利要求19所述的方法，其中，稳定占空比的步骤包括 对PWM信号进行取样；以及对取样的PWM信号的占空比进行累加，并平均取样的PWM信号的占空比。
23.如权利要求22所述的方法，其中，对PWM信号进行取样的步骤包括与时钟信号同步地对PWM信号进行取样。
24.如权利要求23所述的方法，其中，对PWM信号进行取样的步骤包括对PWM信号进行至少两个周期的取样。
全文摘要
一种驱动用于背光的发光二极管的电路和方法及背光驱动设备。一种驱动用于背光的发光二极管(LED)的电路，可包括滤波单元，被配置为接收脉冲宽度调制(PWM)信号并去除预定的带的噪声；占空比稳定单元，被配置为稳定由滤波单元滤波的PWM信号的占空比；调光信号产生单元，被配置为基于由占空比稳定单元稳定的PWM信号来产生调光信号；LED驱动单元，被配置为基于由调光信号产生单元产生的调光信号来驱动用于背光的LED。
文档编号G09G3/34GK102237043SQ20111011549
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年4月30日
发明者申斗秀, 白承凡, 金应宣, 金美辰 申请人:美格纳半导体有限公司
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