CN102682721A - 一种led背光系统及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED背光系统及显示装置，该背光系统包括电源模块、LED阵列、主控开关模块、电流检测模块、电流均衡模块以及分流模块。其中，LED阵列与电源模块电连接，其包括多个共阳极的LED灯串，主控开关模块包括多个第一开关管，用于接收LED灯串开关控制PWM信号，电流检测模块用于输出与各LED灯串的电流对应的多个电流反馈信号，电流均衡模块与电流检测模块连接，其包括均衡控制单元及均衡开关单元，其中，均衡控制单元根据电流反馈信号控制均衡开关单元的导通或关断，分流模块与电流均衡模块并联，用于对电流均衡模块进行分流。通过上述方式，本发明能够降低电流均衡模块的功耗，从而降低LED驱动芯片的温度。

Description

一种LED背光系统及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种LED背光系统及显示装置。

背景技术

目前，现有背光系统包括LED灯串及其驱动LED灯串的背光驱动电路，其中，背光驱动电路主要包括电源以及LED驱动芯片。其中，电源只输出一组电压，用以提供LED灯串的电源能量，当LED灯串的电压差值不同时，LED驱动芯片控制与其连接的均衡开关上的压降，使得与均衡开关连接的电阻的电压恒定，以此控制流过各LED灯串的电流恒定。

但是，由于LED灯串之间的电流会全部加在均衡开关上，会造成均衡开关上的功耗比较大，如果均衡开关设置在LED驱动芯片内部，则会造成LED驱动芯片温度过高，限制了LED驱动芯片的应用；即便外置均衡开关，也会因需要较大电流规格的开关而导致成本上升。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种LED背光系统及显示装置，能够降低LED驱动芯片的温度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种LED背光系统，其包括：电源模块，用于提供电源；LED阵列，与电源模块电连接，其包括多个共阳极的LED灯串；该LED背光系统还包括：主控开关模块，该主控开关模块包括多个第一开关管，分别与各LED灯串对应串联连接，用于接收LED灯串开关控制PWM信号，以控制各LED灯串的开启与关闭；电流检测模块，串联在LED灯串的电流回路上，用于输出与各LED灯串的电流对应的多个电流反馈信号；电流均衡模块，与电流检测模块连接，电流均衡模块包括均衡控制单元及连接于均衡控制单元的均衡开关单元，其中，均衡控制单元根据电流反馈信号控制均衡开关单元的导通或关断以控制各个LED灯串的电流回路的阻抗，以此控制各个LED灯串亮度；分流模块，与电流均衡模块并联，用于对电流均衡模块进行分流。

其中，均衡控制单元包括多个比较器，比较器与LED灯串一一对应设置，多个比较器的使能端接收LED灯串开关控制PWM信号，多个比较器的同相输入端接收同一个基准电压信号，多个比较器的反相输入端分别接收电流检测模块输出的电流反馈信号，各比较器的输出端输出LED灯串的电流均衡控制信号。

其中，均衡开关单元包括多个与LED灯串一一对应设置的第二开关管，第二开关管的漏极接第一开关管的源极；第二开关管的源极接电流检测模块；第二开关管的控制端接比较器的输出端，用于接收比较器输出的LED灯串的电流均衡控制信号，并根据LED灯串电流均衡控制信号来控制第二开关管的导通或关断。

其中，分流模块包括与LED灯串数量相等的分流电阻，每一分流电阻的第一端与各LED灯串对应的第二开关管的漏极并联，每一分流电阻的第二端与各LED灯串对应的第二开关管源极并联。

其中，分流电阻的阻值与第二开关管的饱和导通阻抗之比为0.5～2。

其中，检测模块包括与LED灯串数量相等的检测电阻，每一检测电阻的第一端与对应的分流电阻连接，每一检测电阻的第二端接地，其中，每一检测电阻的第一端提供一个LED灯串电流反馈信号。

其中，第一开关管和第二开关管均为N沟道MOS管。

其中，第一开关管的控制端接收LED灯串开关控制PWM信号，在LED灯串开关控制PWM信号为低电平时，第一开关管的控制端电压被拉低继而使第一开关管关断，在LED灯串开关控制PWM信号为高电平时，第一开关管的控制端电压被拉高继而使第一开关管导通；

主控开关模块还进一步包括主控开关模块控制电路，主控开关模块控制电路包括稳压源、上拉电阻以及下拉电阻，其中，稳压源的输出端与上拉电阻的第一端连接，上拉电阻的第二端分别与下拉电阻的第一端以及第一开关管的控制端连接，下拉电阻的第二端接地。

其中，电源模块为BOOST升压线路。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种显示装置，其包括显示面板和背光系统，其中，该背光系统为上述所述的任一项的LED背光系统。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过设置多个第一开关管，用于接收LED灯串开关控制PWM信号，以控制各LED灯串的开启与关闭；电流检测模块，用于输出与各LED灯串的电流对应的多个电流反馈信号；电流均衡模块，包括均衡控制单元及连接于均衡控制单元的均衡开关单元，其中，均衡控制单元根据电流反馈信号控制均衡开关单元的导通或关断以控制各个LED灯串的电流回路的阻抗，以此控制各个LED灯串亮度；分流模块，与电流均衡模块并联，用于对电流均衡模块进行分流。通过上述设置，本发明降低电流均衡模块的功耗，从而降低LED驱动芯片的温度。

附图说明

图1是本发明一种LED背光系统的结构示意图；

图2是本发明LED背光系统的一种具体实施例的结构示意图；

图3是本发明一种显示装置的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明一种LED背光系统的结构示意图，如图1所示，本发明的LED背光系统100包括：电源模块10、LED阵列20、主控开关模块30、电流检测模块40、电流均衡模块50以及分流模块60。

其中，电源模块10用于提供电源。LED阵列20与电源模块10电连接，其包括多个LED灯串。

主控开关模块30用于提供LED阵列20中各LED灯串的开关控制信号，以控制各LED灯串的开启与关闭。

电流检测模块40串联在LED阵列20中各LED灯串的电流回路上，用于输出与各LED灯串的电流对应的多个电流反馈信号。电流均衡模块50与电流检测模块40连接，电流均衡模块50包括均衡控制单元510及连接于均衡控制单元510的均衡开关单元520。其中，均衡控制单元510根据电流检测模块40提供的电流反馈信号控制均衡开关单元520的导通或关断，以控制LED阵列20中各LED灯串的电流回路的阻抗，以此控制各LED灯串的亮度。

分流模块60与电流均衡模块50并联，用于对电流均衡模块50进行分流，以减小流过均衡开关单元520的电流，以此控制电流均衡模块50的功耗，降低LED驱动芯片的温度。

具体而言，请参考图2，图2是本发明LED背光系统的一种具体实施例的电路结构示意图。

其中，电源模块10用于提供电源，本实施例中，电源模块10为BOOST升压线路，其包括电源107、第一电容101、电感102、第三开关管103、二极管104以及第二电容105。具体地，第一电容101的第一端分别与电源107以及电感102的第一端连接，第一电容101的第二端接地。电感102的第二端分别与第三开关管103的漏极以及二极管104的正极连接，第三开关管103的控制端133接收电源开关控制PWM信号，第三开关管103的源极接地。二极管104的负极分别连接第二电容105的第一端以及LED阵列20，第二电容105的第二端接地。

LED阵列20与电源模块10电连接，本实施例中，LED阵列20包括多个共阳极的LED灯串，如图2中列举的LED灯串201、202以及203。

本实施例中，主控开关模块30包括多个第一开关管，如图2中的第一开关管301、302以及303，用于接收LED灯串201、202以及203的开关控制PWM信号，以控制对应的各LED灯串的开启与关闭。

其中，每一第一开关管的连接方式及作用皆相同，因此，仅举例说明第一开关管301的连接方式及其作用。

第一开关管301用于控制对应的LED灯串201的开启与关闭，第一开关管301的控制端312接收LED灯串201的开关控制PWM信号，第一开关管301的漏极连接LED灯串201，第一开关管301的源极连接分流模块60。

其中，主控开关模块30还进一步包括主控开关模块控制电路310，该主控开关模块控制电路310包括稳压源VCC、上拉电阻305以及下拉电阻306，其中，稳压源VCC的输出端与上拉电阻305的第一端连接，上拉电阻305的第二端分别与下拉电阻306的第一端以及第一开关管301的控制端312连接，下拉电阻306的第二端接地。

其中，在系统上电稳压源VCC达到稳定前，第一开关管301关断，LED灯串201没有电流流过，不发光。或者，当LED灯串201的开关控制PWM信号为低电平（低阻）时，第一开关管301也关断，LED灯串201也不发光。

分流模块60与电流均衡模块50并联，用于对电流均衡模块50进行分流。本实施例中，分流模块60包括与LED灯串数量相等的分流电阻，如图2中的分流电阻601、602以及603。

其中，每一分流电阻的连接方式及作用皆相同，因此，仅举例说明分流电阻601的连接方式及其作用。

具体地，分流电阻601的第一端611与第二开关管505的漏极521并联，分流电阻601的第二端612与第二开关管505的源极523并联。更进一步地，分流电阻601的第一端611还连接第一开关管301的源极。

电流检测模块40串联在LED灯串的电流回路上，用于输出与各LED灯串的电流对应的多个电流反馈信号。本实施例中，电流检测模块40包括与LED灯串数量相等的检测电阻，如图2中的检测电阻401、402以及403。

其中，每一检测电阻的连接方式及作用皆相同，因此，仅举例说明检测电阻401的连接方式及其作用。

具体地，检测电阻401的第一端411连接分流电阻601的第二端612，检测电阻401的第二端412接地。其中，检测电阻401的第一端411提供一个LED灯串201的电流反馈信号。详细而言，检测电阻401上的电压即为LED灯串201的电流反馈信号，其正比于流过LED灯串201的电流。

本实施中，电流均衡模块50设置在LED驱动芯片内部，其包括均衡控制单元510及连接于均衡控制单元510的均衡开关单元520。

其中，均衡控制单元510包括多个具有使能端的比较器，如图2中的比较器501、502以及503。比较器501、502以及503与LED灯串一一对应设置。

其中，每一比较器的连接方式及作用皆相同，因此，仅举例说明比较器501的连接方式及其作用。

具体地，比较器501的使能端511接收LED灯串201的开关控制PWM信号，比较器501的同相输入端512接收一个基准电压信号Vref，比较器501的反相输入端513连接检测电阻401的第一端411，以接收检测电阻401输出的电流反馈信号，比较器501的输出端514输出LED灯串201的电流均衡控制信号。

本实施例中，均衡开关单元520包括多个与LED灯串一一对应设置的第二开关管，如图2所示的第二开关管505、506以及507。

其中，每一第二开关管的连接方式及作用皆相同，因此，仅举例说明第二开关管505的连接方式及其作用。

具体地，第二开关管505的漏极521连接第一开关管301的源极，第二开关管505的源极523连接电流检测模块60，第二开关管505的控制端522连接比较器501的输出端514。

本实施中，第一开关管301、302、303、第二开关管505、506、507、以及第三开关管103均为N沟道MOS管。其中每一第一开关管、每一第二开关管以及第三开关管的控制端皆为N沟道MOS管的栅极。

以下说明本实施例所示的LED背光系统100的工作原理，因为各LED灯串线路的原理相同，因此，仅举例说明LED灯串201线路的原理，具体为：

当第三开关管103的控制端133接收的电源开关控制PWM信号为高电平时，第三开关管103导通，第一电容101对电源107输入的电流进行滤波，电感102存储电流能量，此时，二极管104的作用是防止电流倒灌。当第三开关管103的控制端133接收的电源开关控制PWM信号为低电平时，第三开关管103截止，此时存储在电感102中的电流流过二极管104并经过第二电容105进行进一步的滤波后进入LED灯串201。

当第一开关管301的控制端312接收的LED灯串201的开关控制PWM信号为低电平时，第一开关管301的控制端312的电压被拉低继而使第一开关管301关断，LED灯串201不工作。当LED灯串201的开关控制PWM信号为高电平时，第一开关管301的控制端312的电压被拉高继而使第一开关管301导通，此时LED灯串201开始工作。

本实施例中，LED灯串201的电流在电流检测电阻401产生的压降作为一个与LED灯串201的电流成正比例的电流反馈信号输入到比较器501的反相输入端513。比较器501把该电流反馈信号与基准电压信号Vref相比较，以输出LED灯串201的电流均衡控制信号。由此，根据该电流均衡控制信号来控制第二开关管505的导通或关断，以控制LED灯串201的电流回路的阻抗，以此控制LED灯串201的亮度。

分流电阻601对第二开关管505进行分流，以减小流过第二开关管505的电流，以此控制电流均衡模块50的功耗，降低LED驱动芯片的温度。

本实施例中，比较器501接收的LED灯串201的开关控制PWM信号与第一开关管301接收的LED灯串201的开关控制PWM信号同步，因此，在VCC电源达到稳定后，第一开关管301接收的LED灯串201的开关控制PWM信号为高电平时，LED灯串201开始工作，比较器501也开始工作。

如果LED灯串201表现为较亮的状态，此时检测电阻401提供的电流反馈信号对应的电压值就较大，当该电压值大于比较器501接收到的基准电压Vref的值时，比较器501输出低电平信号，第二开关管505关断，使得LED灯串201线路中的阻抗值增加，继而使得流过LED灯串201的电流减小，进而使得偏高的亮度经过调节而降低。因流过LED灯串201的电流不通过第二开关管505，而是全部流经分流电阻601。因此，分流电阻601起到分流的作用，使得第二开关管505避开较大的电流，继而降低电流均衡模块50的功耗，降低LED驱动芯片的温度。

如果LED灯串201表现为较暗的状态，此时检测电阻401提供的电流反馈信号对应的电压值就较小，当该电压值小于比较器501接收到的基准电压Vref的值时，比较器501输出高电平信号，第二开关管505导通。此时，由于分流电阻601与第二开关管505并联，因此使得LED灯串201线路中的阻抗值减小，继而使得流过LED灯串201的电流增大，进而使得偏低的亮度经过调节而增加。

本发明实施例中，分流电阻的阻值与第二开关管的饱和导通阻抗之比优选为0.5～2的范围。

请参考图3，图3是本发明一种显示装置的结构示意图。如图3所示，本发明的显示装置300包括显示面板301和背光系统302，其中背光系统302为显示面板301提供光源。

本实施例中，背光系统302为图1和图2所述的任一实施例中的LED背光系统100。

综上所述，本发明通过设置分流模块，用于对均衡开关单元进行分流，以减小流过均衡开关单元的电流，以此降低电流均衡模块的功耗，进而降低LED驱动芯片的温度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种LED背光系统，其包括：

电源模块，用于提供电源；

LED阵列，与所述电源模块电连接，其包括多个共阳极的LED灯串；

其特征在于，所述LED背光系统还包括：

主控开关模块，所述主控开关模块包括多个第一开关管，分别与各所述LED灯串对应串联连接，用于接收所述LED灯串开关控制PWM信号，以控制所述各LED灯串的开启与关闭；

电流检测模块，串联在所述LED灯串的电流回路上，用于输出与各所述LED灯串的电流对应的多个电流反馈信号；

电流均衡模块，与所述电流检测模块连接，所述电流均衡模块包括均衡控制单元及连接于所述均衡控制单元的均衡开关单元，其中，所述均衡控制单元根据所述电流反馈信号控制所述均衡开关单元的导通或关断以控制各个所述LED灯串的电流回路的阻抗，以此控制各个所述LED灯串亮度；

分流模块，与所述电流均衡模块并联，用于对所述电流均衡模块进行分流。

2.根据权利要求1所述的LED背光系统，其特征在于，所述均衡控制单元包括多个比较器，所述比较器与所述LED灯串一一对应设置，所述多个比较器的使能端接收所述LED灯串开关控制PWM信号，所述多个比较器的同相输入端接收同一个基准电压信号，所述多个比较器的反相输入端分别接收所述电流检测模块输出的所述电流反馈信号，各所述比较器的输出端输出LED灯串的电流均衡控制信号。

3.根据权利要求2所述的LED背光系统，其特征在于，所述均衡开关单元包括多个与所述LED灯串一一对应设置的第二开关管，所述第二开关管的漏极连接所述第一开关管的源极；所述第二开关管的源极连接所述电流检测模块；所述第二开关管的控制端连接所述比较器的输出端，用于接收所述比较器输出的所述LED灯串的电流均衡控制信号，并根据所述LED灯串的电流均衡控制信号来控制所述第二开关管的导通或关断。

4.根据权利要求3所述的LED背光系统，其特征在于，所述分流模块包括与所述LED灯串数量相等的分流电阻，每一所述分流电阻的第一端与各所述LED灯串对应的所述第二开关管的漏极并联，每一所述分流电阻的第二端与所述各LED灯串对应的所述第二开关管源极并联。

5.根据权利要求4所述的LED背光系统，其特征在于，所述分流电阻的阻值与所述第二开关管的饱和导通阻抗之比为0.5～2。

6.根据权利要求4所述的LED背光系统，其特征在于，所述检测模块包括与所述LED灯串数量相等的检测电阻，每一所述检测电阻的第一端与对应的所述分流电阻连接，每一所述检测电阻的第二端接地，其中，每一所述检测电阻的第一端提供一个所述LED灯串电流反馈信号。

7.根据权利要求6所述的LED背光系统，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为N沟道MOS管。

8.根据权利要求1所述的LED背光系统，其特征在于，所述第一开关管的控制端接收所述LED灯串开关控制PWM信号，在所述LED灯串开关控制PWM信号为低电平时，所述第一开关管的控制端电压被拉低继而使所述第一开关管关断，在所述LED灯串开关控制PWM信号为高电平时，所述第一开关管的控制端电压被拉高继而使所述第一开关管导通；

所述主控开关模块还进一步包括主控开关模块控制电路，所述主控开关模块控制电路包括稳压源、上拉电阻以及下拉电阻，其中，所述稳压源的输出端与所述上拉电阻的第一端连接，所述上拉电阻的第二端分别与所述下拉电阻的第一端以及所述第一开关管的控制端连接，所述下拉电阻的第二端接地。

9.根据权利要求1所述的LED背光系统，其特征在于，所述电源模块为BOOST升压线路。

10.一种显示装置，其包括显示面板和背光系统，其特征在于，所述背光系统为如权利要求1至9中任一项所述的LED背光系统。

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