ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ И ДРАЙВЕР СВЕТОДИОДНОЙ ПОДСВЕТКИ С ТАКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
UP CONVERTER FOR LEDS AND DRIVER OF LED LIGHTING WITH SUCH CONVERTER

Область техники
Настоящее изобретение относится к технологии изготовления жидкокристаллического дисплея, более конкретно - к повышающему преобразователю для светодиодов и к драйверу светодиодной подсветки с таким преобразователем.
Предпосылки для создания изобретения
В последние годы зафиксировано широкое использование жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев) в широкой гамме электронных изделий, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и цветные телевизоры, при тенденции к уменьшению толщины дисплеев.
Поскольку жидкие кристаллы не излучают света, панели ЖК-дисплеев также неспособны излучать свет. Панели ЖК-дисплеев, которые требуют наличия источника освещения, поэтому относятся к устройствам фоновой подсветки дисплеев. ЖК-дисплеи формируют изображения, когда молекулы жидкого кристалла меняют направление, после того как на электроды в панелях подается напряжение, этим позволяя пучкам света от модулей подсветки проходить через них и достигать эффекта излучения света. Фоновая подсветка - это оптический модуль, который может создавать подсветку в ЖК-дисплеях. Поэтому качество подсветки определяет важные параметры ЖК-дисплеев, такие как яркость экрана дисплея, равномерность возникающего света и градация цвета. Фактически качество подсветки в большой степени определяет эффекты свечения ЖК-дисплеев.
В качестве подсветки ЖК-дисплеев светизлучающие диоды (светодиоды) проявляют тенденцию к замене флуоресцентных ламп с холодным катодом (CCFL) из-за своих преимуществ, выражающихся в более широкой цветовой гамме, меньшего снижения цветности, повышенной управляемости, более длительном сроке службы, отсутствии паров ртути или других вредных газов и т.д. Поскольку светодиод является низковольтным нелинейным полупроводниковым устройством, его положительное напряжение будет изменяться вместе с изменением тока и температуры. В результате необходима схема драйвера, чтобы гарантировать стабильные и надежные эксплуатационные характеристики. Поэтому изучение схем драйверов для светодиодов является одним из основных вопросов для специалиста в данной области техники.
pk
2D
pk
3D
В настоящее время при расчете схемы драйвера светодиодной подсветки, особенно повышающего преобразователя для светодиодов, используется одна и та же точка детектирования напряжения ISEN для защиты от перегрузки по току в режимах двухмерного и трехмерного отображения. Фактически пиковые значения индуктивных токов в инверторах в режимах двухмерного и трехмерного отображения отличаются одно от другого. Помимо этого, из-за различий в типовых конструкциях и рабочих состояниях светодиодов значения I_ и I_ также могут отличаться друг от друга.
1
Однако в обычной конструкции, которая показана на Фиг. 1, резистор детектирования (R на Фиг. 1) рассчитан в соответствии с выдерживаемым током индуктора в режиме двухмерного отображения. Когда используется режим трехмерного отображения, то, поскольку пиковый ток изменяется, защита от перегрузки по току, выполняемая детектированием на выводе ISEN контроллера (микросхема GEC 8310), не может функционировать так же, как в режиме двухмерного отображения. В зависимости от разных типовых конструкций элемент может выйти из строя или же работоспособность схемы защиты нарушится.
Поэтому одной из главных задач, которые необходимо решить в известном уровне техники, является устранение вышеупомянутых недостатков, чтобы обеспечить одинаковую защиту от перегрузки по току для схем в разных режимах отображения, чтобы предотвратить выход элементов из строя или нарушение работоспособности схемы защиты.
Раскрытие изобретения
Одна из технических задач, решаемых настоящим изобретением, заключается в том, чтобы предложить повышающий преобразователь для светодиодов, который может осуществлять одинаковую защиту схем от перегрузки по току в разных режимах отображения, чтобы не допустить выход элемента из строя или нарушение работоспособности схемы защиты. Помимо этого, также предложен драйвер светодиодной подсветки, в котором используется вышеупомянутый повышающий преобразователь для светодиодов.
Для решения вышеуказанных технических задач настоящее изобретение предлагает повышающий преобразователь для светодиодов, который включает индуктивную повышающую схему, используемую в разных режимах отображения для повышения входного напряжения до рабочего напряжения, необходимого для работы светодиодов в текущем режиме отображения; схему детектирования, соединенную с индуктивной повышающей схемой и используемую в разных режимах отображения для выбора разных резисторов детектирования в разных режимах отображения, чтобы обеспечить разные детектируемые токи индуктивной повышающей схемы; и контроллер, используемый для подачи сигнала ШИМ, возбуждающего индуктивную повышающую схему, и для детектирования, превышает ли детектируемое напряжение, соответствующее детектируемому току, значение опорного напряжения, при этом контроллер включает контакт GATE, соединенный с индуктивной повышающей схемой, и входной контакт для детектированного тока, соединенный со схемой детектирования, причем упомянутые режимы отображения включают режим двухмерного отображения и режим трехмерного отображения.
pk
2D
pk
3D
В одном варианте осуществления, когда индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения меньше, чем индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме трехмерного отображения, схема детектирования, кроме того, включает: первый резистор, один вывод которого соединен с заземлением и другой вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора в индуктивной повышающей схеме; второй резистор, один вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора вместе с первым переключающим транзистором; и первый переключающий транзистор, затвор которого соединен с контактом входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов, сток которого соединен с другим выводом второго резистора и исток которого соединен с заземлением.
pk
2D
pk
3D
В одном варианте осуществления, когда индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения больше, чем индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме трехмерного отображения, схема детектирования, кроме того, включает: первый резистор, один вывод которого соединен с опорным заземлением и другой вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы; второй резистор, один вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора вместе с первым резистором; первый переключающий транзистор, сток которого соединен с другим выводом второго резистора и исток которого соединен с заземлением; третий резистор; и второй переключающий транзистор, затвор которого соединен с контактом входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов, сток которого соединен с источником напряжения через третий резистор и далее с затвором первого переключающего транзистора, и исток соединен с заземлением.
В одном варианте осуществления, когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал двухмерного режима, первый переключающий транзистор отключается, и значение сопротивления, детектируемого в режиме двухмерного отображения, равно значению сопротивления первого резистора; и когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал трехмерного режима, первый переключающий транзистор включается и сопротивление, детектируемое в режиме трехмерного отображения, равно значению сопротивления первого резистора и второго резистора в параллели.
В одном варианте осуществления, когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал двухмерного режима, второй переключающий транзистор отключается и первый переключающий транзистор включается, и значение сопротивления, детектируемого в режиме двухмерного отображения, равно значению сопротивления первого резистора и второго резистора в параллели; и когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал трехмерного режима, первый переключающий транзистор отключается и второй переключающий транзистор включается, и значение сопротивления, детектируемого в режиме трехмерного отображения, равно значению сопротивления первого резистора.
В одном варианте осуществления значения сопротивления первого резистора и второго резистора соответственно могут быть вычислены как:
2D
3D
где R и R - значения сопротивления, детектируемые в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения соответственно, которые могут быть вычислены как:
P
pk_2D
pk
3D
где U - опорное напряжение контроллера и I и I_ - индуктивные пиковые токи индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения соответственно, которые могут быть вычислены как:
o
2D
o
2D
о
3D
o
3D
IN
где I_ и V_ - ток и напряжение, необходимые для светодиодов в режиме двухмерного отображения, соответственно, I_ и V_ - ток и напряжение, необходимые для светодиодов в режиме трехмерного отображения, соответственно, V - входное напряжение, L - значение индуктивности индуктивной повышающей схемы, ƒ - частота переключения переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен драйвер светодиодной подсветки, который включает индуктивную повышающую схему, используемую в разных режимах отображения для повышения входного напряжения до рабочего напряжения, необходимого для работы светодиодов в текущем режиме отображения; схему детектирования, соединенную с индуктивной повышающей схемой и используемую в разных режимах отображения для выбора разных резисторов детектирования в разных режимах отображения, чтобы обеспечить разные детектируемые токи в индуктивной повышающей схеме; и контроллер, используемый для подачи сигнала ШИМ, возбуждающего индуктивную повышающую схему, и для детектирования того, превышает ли детектируемое напряжение, соответствующее детектируемому току, опорное напряжение, контроллер, включающий контакт GATE, соединенный с индуктивной повышающей схемой, и входной контакт для детектируемого тока, соединенный со схемой детектирования, при этом режимы отображения включают режим двухмерного отображения и режим трехмерного отображения.
pk
2D
pk
3D
В одном варианте осуществления, когда индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения меньше, чем индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме трехмерного отображения, схема детектирования, кроме того, включает: первый резистор, один вывод которого соединен с заземлением и другой вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора в индуктивной повышающей схеме; второй резистор, один вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора вместе с первым резистором; и первый переключающий транзистор, затвор которого соединен с контактом входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов, сток которого соединен с другим выводом второго резистора и исток которого соединен с заземлением.
pk
2D
pk
3D
В одном варианте осуществления, когда индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения больше, чем индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме трехмерного отображения, схема детектирования, кроме того, включает: первый резистор, один вывод которого соединен с заземлением и другой вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора в индуктивной повышающей схеме; второй резистор, один вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора вместе с первым резистором; первый переключающий транзистор, сток которого соединен с другим выводом второго резистора и исток которого соединен с заземлением; третий резистор и второй переключающий транзистор, затвор которого соединен с контактом входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов, сток которого соединен с источником напряжения через третий резистор и далее с затвором первого переключающего транзистора и исток которого соединен с заземлением.
По сравнению с известным уровнем техники один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения могут иметь следующие преимущества.
Настоящее изобретение может избежать возможного выхода элементов из строя или нарушения работоспособности схемы защиты в режиме трехмерного отображения путем размещения схемы детектирования в повышающем преобразователе для светодиодов, предлагая резисторы детектирования ISEN, соответствующие рабочим токам в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения соответственно.
Настоящее изобретение будет описано в связи с предпочтительными вариантами его осуществления и их применением. Однако специалист в данной области техники должен понимать, что настоящее изобретение не ограничено этими вариантами осуществления. Скорее, настоящее изобретение предназначено для охвата всех замен, модификаций и эквивалентов описанных вариантов осуществления, но без нарушения объема и сущности раскрытого изобретения, которое ограничено только прилагаемой формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые представлены для более детального объяснения настоящего изобретения, являются частью раскрытия и используются для облегчения более глубокого понимания настоящего изобретения вместе с вариантами осуществления. Однако настоящее изобретение ими не ограничено. На чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - принципиальная схема повышающего преобразователя для светодиодов в известном уровне техники.
Фиг. 2 - принципиальная схема повышающего преобразователя для светодиодов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 - принципиальная схема первого варианта осуществления повышающего преобразователя для светодиодов согласно настоящему изобретению.
Фиг. 4 - принципиальная схема второго варианта осуществления повышающего преобразователя для светодиодов согласно настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления
Для того чтобы лучше объяснить цели, принципы и преимущества настоящего изобретения, оно будет подробно описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
Со ссылкой на Фиг. 2, где показан повышающий преобразователь для светодиодов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Повышающий преобразователь для светодиодов посредством расположенной в нем схемы детектирования можно использовать в режимах двухмерного/трехмерного отображения для выбора разных резисторов детектирования, чтобы создать разные точки детектирования тока ISEN для входных контактов для детектируемого тока ISEN, которые могут управлять ИС без выхода элементов из строя или нарушения работоспособности схемы защиты, которое может произойти в режиме трехмерного отображения. Светодиоды в настоящем изобретении могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. В вариантах осуществления настоящего изобретения светодиоды в реальных схемах соединены в последовательно-параллельную комбинированную цепь. Последовательность светодиодов в последовательно-параллельной комбинированной цепи будет подробно описана ниже.
Повышающий преобразователь для светодиодов включает индуктивную повышающую схему 100, которая может быть использована в разных режимах отображения для повышения входного напряжения до рабочего напряжения, необходимого для работы светодиодов в текущем режиме отображения. Индуктивная повышающая схема 100 включает индуктор, переключающий транзистор, диод и конденсатор.
В индуктивной повышающей схеме 100 индуктор является устройством для взаимного преобразования электрической энергии и энергии магнитного поля. Когда переключающий транзистор включается, индуктор преобразует электрическую энергию в энергию магнитного поля, которая сохраняется; и когда переключающий транзистор отключается, индуктор преобразует хранящуюся энергию магнитного поля в энергию электрического поля. Энергия электрического поля после добавления к входному напряжению проходит через диод и конденсатор для фильтрации, чтобы создать плавное напряжение постоянного тока для полезной нагрузки. Поскольку напряжение постоянного тока представляет собой сочетание входного напряжения и электрической энергии, преобразованной из индуктивной энергии магнитного поля, выходное напряжение больше, чем входное напряжение.
Повышающий преобразователь для светодиодов, кроме того, включает схему детектирования 200, которая может использоваться в разных режимах отображения для выбора разных резисторов детектирования в разных режимах отображения, чтобы обеспечить разные детектируемые токи в индуктивной повышающей схеме 100. Схема детектирования 200 соединена с истоком переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы 100.
Повышающий преобразователь для светодиодов, кроме того, включает контроллер 300 (обычно ИС драйвера схемы), который может использоваться для подачи сигнала ШИМ (широтно-импульсной модуляции), возбуждающего индуктивную повышающую схему 100, и для детектирования того, превышает ли детектируемое напряжение, соответствующее детектируемому току, опорное напряжение. Контроллер 300 включает контакт GATE, который соединен с затвором переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы 100, и контакт для входа сигнала детектируемого тока (ISEN), который соединен со схемой детектирования 200. Режимы отображения настоящего изобретения включают режим двухмерного отображения и режим трехмерного отображения.
pk
2D
pk
3D
1
2
1
2
На Фиг. 3 показана принципиальная схема первого варианта осуществления повышающего преобразователя для светодиодов согласно настоящему изобретению. Эта схема может использоваться, когда индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения 100 меньше, чем индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме трехмерного отображения. Как показано на Фиг. 3, схема детектирования 200 включает: первый резистор R, один вывод которого соединен с заземлением, и другой вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы 100; второй резистор R, один вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы 100 вместе с первым резистором R; и первый переключающий транзистор Q3, затвор которого соединен с контактом входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов, сток соединен с другим выводом второго резистора R и исток соединен с заземлением.
1
Ниже будет подробно объяснено, как защита от перегрузки по току проводится посредством схемы детектирования 200. Когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал двухмерного режима (сигнал низкого напряжения), первый переключающий транзистор Q3 отключается. В это время значение сопротивления резистора детектирования в режиме двухмерного отображения равно значению сопротивления первого резистора R.
1
2
Когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал трехмерного режима (сигнал высокого напряжения), первый переключающий транзистор Q3 включается. Значение сопротивления резистора детектирования в режиме трехмерного отображения равно значению сопротивления первого резистора R и второго резистора R в параллели.
1
1
2
В заключение контакт ISEN контроллера 300 получает детектируемый ток индуктора в данной индуктивной повышающей схеме 100 согласно детектируемому в настоящее время значению сопротивления (значение сопротивления первого резистора R или значение сопротивления первого резистора R и второго резистора R в параллели) и затем использует детектируемый ток для определения, превышает ли детектируемое напряжение, соответствующее детектируемому току, опорное напряжение. Конкретно, при фактической эксплуатации, если детектируемый ток превышает заданный защитный ток, то ИС драйвера схемы автоматически останавливает работу и, таким образом, также прекращает подачу рабочего напряжения и тока на светодиоды.
pk
2D
pk
3D
1
2
1
2
5
5
На Фиг. 4 показана принципиальная схема второго варианта осуществления повышающего преобразователя для светодиодов настоящего изобретения. Эта схема может использоваться, когда индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения 100 больше, чем индуктивный пиковый ток I_ индуктивной повышающей схемы в режиме трехмерного отображения. Как показано на Фиг. 4, схема детектирования 200, кроме того, включает: первый резистор R, один вывод которого соединен с заземлением и другой вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора в индуктивной повышающей схеме 100; второй резистор R, один вывод которого соединен с истоком переключающего транзистора в индуктивной повышающей схеме 100 вместе с первым резистором R; первый переключающий транзистор Q3, сток которого соединен с другим выводом второго резистора R и исток которого соединен с заземлением; и второй переключающий транзистор Q2, затвор которого соединен с контактом входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов, сток которого соединен с источником напряжения (напряжение 5В, как показано на Фиг. 4) через третий резистор R и далее с затвором первого переключающего транзистора Q3 и исток которого соединен с заземлением. Третий резистор R используется главным образом для ограничения тока, когда второй переключающий транзистор Q2 включается.
Ниже будет подробно объяснено, как защита от перегрузки по току проводится посредством схемы детектирования 200.
1
2
Когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал двухмерного режима, второй переключающий транзистор Q2 отключается и первый переключающий транзистор Q3 включается. Значение сопротивления резистора детектирования в режиме двухмерного отображения равно значению сопротивления первого резистора R и второго резистора R в параллели.
Конкретно, когда подводится сигнал двухмерного режима, напряжение на затворе второго переключающего транзистора Q2 низкое, и, таким образом, второй переключающий транзистор Q2 отключается. Напряжение на затворе первого переключающего транзистора Q3 соединено с источником напряжения через третий резистор R5, и, таким образом, первый переключающий транзистор Q3 включается. Можно легко понять, что значение сопротивления резистора детектирования в режиме двухмерного отображения равно значению сопротивления первого резистора R1 и второго резистора R2 в параллели.
1
Когда контакт входа сигнала переключения двухмерного/трехмерного режимов выводит сигнал трехмерного режима, первый переключающий транзистор Q3 отключается и второй переключающий транзистор Q2 включается. Значение сопротивления резистора детектирования в режиме трехмерного отображения равно значению сопротивления первого резистора R.
Конкретно, когда подводится сигнал трехмерного режима, напряжение на затворе второго переключающего транзистора Q2 высокое, и, таким образом, второй переключающий транзистор Q2 включается. В этот момент напряжение на затворе первого переключающего транзистора Q3 снижается, и, таким образом, Q3 отключается, так что второй резистор R2 исключается из цепи. Поэтому значение сопротивления резистора детектирования в режиме трехмерного отображения равно значению сопротивления первого резистора R1.
1
1
2
В заключение контакт ISEN контроллера 300 получает детектируемый ток индуктора в данной индуктивной повышающей схеме 100 согласно детектируемому в настоящее время значению сопротивления (значение сопротивления первого резистора R или значение сопротивления первого резистора R и второго резистора R в параллели) и затем использует детектируемый ток для определения, превышает ли детектируемое напряжение, соответствующее детектируемому току, опорное напряжение. Если да, то ИС 300 драйвера схемы автоматически прекращает работать. Поскольку резисторы детектирования соответствуют рабочим токам в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения соответственно, выхода элементов из строя или нарушения работоспособности схемы защиты в режиме трехмерного отображения можно избежать.
Более того, значения сопротивления первого резистора и второго резистора соответственно могут быть вычислены как:
2D
3D
где R и R - значения сопротивления резисторов детектирования в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения соответственно, и такие значения можно вычислить по следующим формулам:
P
pk
2D
pk
3D
где U - опорное напряжение контроллера и I_ и I_ — индуктивные пиковые токи индуктивной повышающей схемы в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения, соответственно, которые могут быть вычислены как:
o
2D
j
2D
o
2D
j
2D
IN
где I_ и V_ - ток и напряжение, необходимые для светодиодов в режиме двухмерного отображения, соответственно, I_ и V_ - ток и напряжение, необходимые для светодиодов в режиме трехмерного отображения, соответственно, V — входное напряжение, L - значение индуктивности индуктивной повышающей схемы и ƒ — частота переключения переключающего транзистора индуктивной повышающей схемы.
Настоящее изобретение, кроме того, относится к драйверу светодиодной подсветки, который включает вышеописанный повышающий преобразователь для светодиодов.
В заключение согласно настоящему изобретению возможного выхода элементов из строя или нарушения работоспособности схемы защиты в режиме трехмерного отображения можно избежать за счет схемы детектирования в повышающем преобразователе для светодиодов, включающей резисторы детектирования ISEN для рабочих токов в режиме двухмерного отображения и режиме трехмерного отображения соответственно.
Настоящее изобретение было описано в связи только с предпочтительными вариантами его осуществления, но при этом понимается, что объем настоящего изобретения ими не ограничен. Легко понятные изменения и замены в описанных вариантах осуществления могут быть выполнены, если они не нарушают объем или сущность настоящего изобретения, которое должно быть ограничено только прилагаемой формулой изобретения.