LED显示屏驱动方法及LED电源控制电路

摘要

本发明提供了一种LED显示屏驱动方法及LED电源控制电路，通过在驱动LED显示屏的每两行的间隙中，控制泄放掉刚驱动完的LED显示屏的行上输出电源部分的寄生电荷，从而完整解决LED扫描显示屏中鬼影、毛毛虫、十字线的问题，大幅提高LED显示屏显示效果；同时解决电源芯片由于没有保护电路容易烧毁以及PCB板布线性能和效率问题。

说明书

技术领域

本发明涉及LED显示驱动领域，尤其是指一种LED显示屏驱动方法及LED 电源控制电路。

背景技术

时下的LED显示屏中主要分为静态显示屏与扫描显示屏两种。

其中，LED静态显示屏是每个象素点(三色点R/G/B)LED都有一个独立的 驱动芯片输出控制端，所有图像数据在一帧内整个屏幕同时显示。

而LED扫描显示屏则是指连续几行像素点(三色点R/G/B)LED共用一个驱 动芯片输出控制端，这几行又通过一定扫描时序，依次供电，最后达到显示完 整图像的目的。举个例子：以1/32扫描为例，先将一帧时间分为32份，在0-1/32 时间内先显示第一行，1/32-2/32时间内就显示第二行，以此类推，最后 31/32-32/32时间内显示第32行，完成一帧显示。

相比上述两种LED显示屏，由于LED扫描显示屏的整个图像数据不是同时 显示，同样是上述例子，意味着R/G/B LED同等峰值电流下1/32LED扫描显示 屏的耗电仅为LED静态显示屏的1/32。虽然同时LED扫描显示屏的亮度也约只 有LED静态显示屏的1/32。但由于LED扫描显示屏中多行共用一路驱动芯片输 出控制端，所以其恒流控制电路将大大减少，使用驱动芯片也大大减少，成本 也就随之降低，因此近些年来LED扫描显示屏逐渐成为市场主流。

参见图1为一个现有技术中32扫描行的LED扫描显示屏示意图，图中扫描 译码电路为地址译码器，把输入行地址信号解码为控制驱动信号，电源控制电 路则控制依次输出LED阵列阳极V1(第1行)-V32(第32行)电压。

再看图2则为图1对应32扫描行LED扫描显示屏理想电源输出时序图，其 工作原理是在l帧图像显示周期内每行电源V1-V32按控制要求各开启1/32帧 周期时间，并从第1行到第32行逐行进行输出行电压。但实际中，由于寄生电 荷的存在，电源V1-V32上升沿和下降沿会计较慢。实际电源输出时序图如图3 所示，第1行电源波形V1下降沿，其下降沿T_falling将大约300ns，第2行 电源波形V2上升T_rising沿缓慢上升大约200ns，由此，第1行与第2行会有 约150ns的重叠时间(以第一行下降到50％到第二行上升到50％计算)。为便于 分析计算，我们可以将重叠时间T_overlap近似为上升沿时间1/2*T_falling。 即：T_overlap＝1/2*T_falling＝150ns。可见，实际中，在扫描显示第2行数据 时，前一行(第1行)仍然会在T_overlap时间内以第2行的控制方式发光， 如果第2行的数据是灯亮，那么在观看者的视觉里就会看到前一行在微微发亮。 亮度的大小与两行重叠时间与显示时间的比例成正比，即与T_overlap/T_line 成正比。这里我们定义T_overlap/T_line为重叠比，还以50Hz帧频为例， T_overlap/T_line＝150/625＝24％。在如此高的重叠比下，拖尾现象将会十分明 显，同时，如果提高帧率，拖尾现象更严重。由此LED显示屏在显示上就会出 现行业内俗称的鬼影(或毛毛虫、十字线)现象。该鬼影现象正式由于寄生电 荷的存在，扫描相邻两行的LED会出现显示互相干扰的情况，因此大大影响了 显示效果。

此外，传统从图1、4可以看出，传统LED扫描显示屏驱动中使用扫描译码 电路输出到电源控制电路的连线控制驱动信号，基本和扫描行数一致，比如在 1/32扫LED扫描显示屏上，必须走32根线。这就使得当LED扫描显示屏间距变 小的情况下，PCB板布线空间变密的情况下，控制驱动信号的多少，直接会影响 布线的性能和效率。

再者，现在LED扫描显示屏驱动时，相邻电源线如果出现交叠现象，不光 会造成鬼影，而且还会烧毁PCB板和电源控制芯片，因此工作稳定度、可靠度 上有所欠缺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：消除LED扫描显示屏驱动过程中出现的鬼 影，从而提高显示效果，同时解决电源芯片由于没有保护电路容易烧毁以及PCB 板布线性能不佳和效率不高问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种LED显示屏驱动 方法，它包括：逐行驱动LED显示屏进行上电的行驱动步骤；于驱动LED显示 屏的每两行的行驱动时间间隙，将驱动LED显示屏完成扫描的行的寄生电荷泄 放的电荷消除步骤。

本发明还涉及一种LED电源控制电路，它包括控制模块及驱动消隐模块； 所述驱动消隐单元包括多组开关单元与消隐单元；所述开关单元设有电源输入 端、LED显示屏行驱动输出端及控制端；所述开关单元的控制端与控制模块相连； 所述消隐单元设有输入端、泄放端及使能端，消隐单元的输入端与开关单元的 LED显示屏行驱动输出端相连，泄放端接地，使能端与控制模块相连；所述控制 模块，用于逐一控制驱动消隐模块中每组开关单元的控制端，从而逐行驱动LED 显示屏进行上电的行驱动，并于驱动LED显示屏的每两行的行驱动时间间隙， 使能该组中消隐单元的使能端从而将驱动LED显示屏完成扫描的行的寄生电荷 泄放至地。

本发明的有益效果在于：在驱动LED显示屏的每两行的间隙中，泄放掉刚 驱动完的LED显示屏的行上输出电源部分的寄生电荷，从而可以完整解决LED 扫描显示屏中鬼影、毛毛虫、十字线的问题，大幅提高LED显示屏显示效果。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为现有技术中传统32扫描行LED扫描显示屏驱动电路示意图；

图2为现有技术中传统32扫描行LED扫描显示屏驱动的理想输出时序图；

图3为现有技术中传统32扫描行LED扫描显示屏驱动的实际输出时序图；

图4为现有技术中传统32扫描行LED扫描显示屏通过138译码器的LED电 源控制电路级联示意图；

图5为本发明的LED电源控制电路的电路模块示意图；

图6为本发明的LED电源控制电路的移位锁存器的电路模块示意图；

图7为本发明的LED电源控制电路的控制模块的一实施例电路示意图；

图8为本发明的LED电源控制电路的保护模块的一实施例电路示意图；

图9为本发明的LED电源控制电路的级联示意图；

图10为本发明的LED显示屏驱动时序图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合 实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于:通过对LED扫描显示屏驱动过程中行上寄生电 荷进行泄放，从而避免电荷遗留所导致的LED扫描显示屏的行被点亮的鬼影产 生。此外，改进了LED电源控制电路，使多行驱动的多个LED电源控制电路之 间只需一个输入数据信号，其余通过串接方式即可依次完成行扫描驱动，进而 简化产品布线复杂度。此外，对每个LED电源控制电路的输出数据信号前加入 逻辑运算电路，保护了避免产生交叠电源现象。

本发明首先提供了一种LED显示屏驱动方法，它包括，

逐行驱动LED显示屏进行上电的行驱动步骤；

于驱动LED显示屏的每两行的行驱动时间间隙，将驱动LED显示屏完成扫 描的行的寄生电荷泄放的电荷消除步骤。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在驱动LED显示屏的每两行的 间隙中，泄放掉刚驱动完的LED显示屏的行上输出电源部分的寄生电荷，从而 可以完整解决LED扫描显示屏中鬼影、毛毛虫、十字线的问题，大幅提高LED 显示屏显示效果。

实施例1：

在上述方法的行驱动步骤中，于接收到输入数据信号时，在间隔输入信号 出现下降沿至间隔输入信号出现上升沿的过程中执行。

本实施例中，行驱动的步骤是根据外部触发而开启的，触发条件由输入数 据信号和间隔输入信号决定。通过该方法可方便的在有输入数据信号时方便的 调整行驱动时间。

实施例2：

在上述方法的电荷消除步骤中，根据触发信号将驱动LED显示屏完成扫描 的行的寄生电荷泄放。

本实施例中，电荷消除步骤是由触发信号来控制的，即寄生电荷泄放时间 的长短在驱动LED显示屏的每两行的行驱动时间间隙中还可通过外部触发信号 进一步精确控制，以满足实际应用中不同情况的调整需求。

实施例3：

本实施例进一步提供了一种电荷消除步骤的具体实施例，具体包括如下步 骤：

S1)、初始化至少两个锁存输出为低电平/高电平；所述锁存输出与驱动LED 显示屏进行驱动的行数相对应；

S2)、接收到输入数据信号；

S3)、待移位时钟信号出现时，将首个锁存输出变为高电平/低电平；

S4)、待移位时钟信号再次出现时，将当前的锁存输出变为低电平/高电平 并将下一个锁存输出变为高电平/低电平；

S5)、待驱动LED显示屏的上一行的行驱动结束至移位时钟信号再次出现之 间执行步骤S6；

S6)、对当前为高电平/低电平的锁存输出对应的LED显示屏的行作为驱动 LED显示屏完成扫描的行进行寄生电荷泄放。

本实施例提供了一种至少对LED显示屏两行进行驱动且电荷消除的方法， 驱动与电荷消除根据外部输入的输入数据信号、移位时钟信号来有序的开启、 控制。

实施例4：

进一步的在实施例3的基础上，行驱动的具体实施例可采用：待移位时钟 信号与间隔输入信号同时消失至间隔输入信号再次出现时当前为高电平/低电 平的锁存输出对应的LED显示屏的行进行驱动。

本实施例中，LED显示频的行驱动的触发是根据移位时钟信号与间隔输入信 号同时决定的。

由此，整个LED显示屏驱动中，不论是行驱动步骤还是电荷消除步骤只需 由移位时钟信号与间隔输入信号两个信号即可有机的实现控制，大大简化了LED 显示屏驱动的复杂度。

本发明还提供了一种LED电源控制电路，如图5所示，它包括控制模块及 驱动消隐模块；所述驱动消隐单元包括多组开关单元与消隐单元；所述开关单 元设有电源输入端、LED显示屏行驱动输出端及控制端；所述开关单元的控制端 与控制模块相连；所述消隐单元设有输入端、泄放端及使能端，消隐单元的输 入端与开关单元的LED显示屏行驱动输出端相连，泄放端接地，使能端与控制 模块相连；

所述控制模块，用于逐一控制驱动消隐模块中每组开关单元的控制端，从 而逐行驱动LED显示屏进行上电的行驱动，并于驱动LED显示屏的每两行的行 驱动时间间隙，使能该组中消隐单元的使能端从而将驱动LED显示屏完成扫描 的行的寄生电荷泄放至地。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过开关单元驱动LED显示屏 执行行扫描，进一步的在每两行的间隙中，通过消隐单元的控制从而将刚驱动 完的LED显示屏的行上输出电源部分的寄生电荷泄放到地，从而可以完整解决 LED扫描显示屏中鬼影、毛毛虫、十字线的问题，大幅提高LED显示屏显示效果。

实施例1：

上述结构中，所述驱动消隐模块的每组的开关单元包括第一MOS管；消隐 单元包括第二MOS管及泄放电阻，所述泄放电阻连接第二MOS管的泄放端与地 之间。

本实施例中，采用MOS管分别作为行驱动与电荷泄放路径上的可控开关， 拥有功率承载能力较大的优点。

实施例2：

上述结构中，所述控制模块设有间隔输入信号端及移位时钟信号端。由此 控制模块是依据输入的间隔输入信号及移位时钟信号进行控制输出。

实施例3：

进一步的LED电源控制电路还包括移位锁存器，移位锁存器设有输入数据 信号端、移位时钟信号端、第一锁存输出端及第二锁存输出端；所述驱动消隐 模块包括两组开关单元与消隐单元；所述移位寄存器的第一锁存输出端及第二 锁存输连接控制模块。

如图6所示，所述移位锁存器包括第一触发器及第二触发器，所述移位时 钟信号端分别连接第一触发器及第二触发器的输入端，第一触发器输入还连接 输入数据信号端、输出连接第一锁存输出端及第二触发器的输入，第二触发器 输出连接第二锁存输出端；

如图7所示，所述控制模块包括第一或门、第一与门、第二或门及第二与 门；

移位锁存器对输入的输入数据信号锁存、移位进而作为驱动两路开关单元 的触发；

所述第一或门正向输入连接间隔输入信号端、移位时钟信号端及第二锁存 输出端，反向输入连接第一锁存输出端，输出连接第一组开关单元的控制端；

所述第一与门的正向输入连接间隔输入信号端及第一锁存输出端，反向输 入连接移位时钟信号端及第二锁存输出端，输出连接第一组消隐单元的使能端；

所述第二或门的正向输入连接间隔输入信号端、第一锁存输出端及移位时 钟信号端，反向输入第二锁存输出端，输出连接第二组开关单元的控制端；

所述第二与门正向输入间隔输入信号端及第二锁存输出端，反向输入移位 时钟信号端及第一锁存输出端，输出连接第二组消隐单元的使能端。

本实施例给出的是一个可提供LED显示屏两行驱动的电路结构，其通过移 位锁存器对输入的输入信号进行锁存进而形成第一锁存输出、第二锁存输出结 合间隔输入信号及移位时钟信号的控制即可使得控制模块仅采用简单的逻辑电 路就实现对两行驱动、电荷泄放的控制。

此外本实施例中通过控制模块采用的逻辑电路以及移位锁存器从而省掉传 统LED扫描显示屏所需扫描译码电路，大大简化PCB走线设计。

实施例4：

进一步的LED电源控制电路还包括保护模块，如图8所示，所述保护模块 包括第三非门及第三与门，所述第三非门的输入连接第一锁存输出端，输出连 接第三与门输入，第三与门输入还与第二锁存输出端相连，输出连接有输出数 据信号端。由此，通过加入保护模块，从而可保证出现异常时不会烧毁芯片和 电路。

下面，就本发明的技术方案给出一具体示例：

本示例提供的一种LED电源控制电路，如图5所示为一个单模块包括两路 电源控制电路(V1/V2)，诚然，本发明方案不限于两路电源控制电路，原理可 以用于多路电源控制电路应用。

具体的，本示例LED电源控制电路中包括移位锁存器(D1/D2)、逻辑型的控 制模块(CONTROLER)、驱动消隐模块、保护模块，而控制时序则是根据间隔输 入信号BLANK、移位时钟信号CLOCK、输入数据信号DATAIN等三路输入逻辑信 号和系统电源VCC、地GND，以及输出数据信号DATAOUT、第1行电源V1、第2 行电源V2等输出信号。

由此，上述器件能实现的功能如下：

其中，移位所存器D1/D2如图6所示，第一触发器D1/第二触发器D2通过 输入移位时钟信号CLOCK将输入数据信号DATAIN分别串行移位、锁存形成第一 锁存输出Q1及第二锁存输出Q2输出，其中移位时钟信号CLOCK输入采用上拉 结构，在没有输入信号时将被上拉到高电平VCC。

逻辑型的控制模块CONTROLER如图5所示，通过输入间隔输入信号BLANK、 输入移位时钟信号CLOCK以及移位所存器D1/D2的输出Q1/Q2经过逻辑运算， 输出CTRL1/CTRL2/DISCHARGE1/DISCHARGE2，分别控制开关管1/开关管1/消隐 单元1/消隐单元2，其中输入间隔输入信号BLANK采用上拉结构，在没有输入 信号时将被上拉到高电平VCC。

驱动消隐模块中的消隐部分包括有消隐单元1、消隐单元2及泄放电阻，用 于泄放掉输出电源(V1/V2)上的寄生电荷。

保护模块如图7所示，利用Q2和Q1取反进行与操作，输出输出数据信号 DATAOUT。

如果多路级联，可以采取图9所示依次级联，即第一个LED电源控制电路 的移位锁存器输入输入数据信号，其输出数据信号作为第二个LED电源控制电 路的输入数据信号，以此类推。

上述电路的控制方法与原理：

为了实现控制，其关键需产生如图10所示的消隐和驱动控制信号：CTRL1/ CTRL2/DISCHARGE1/DISCHARGE2，从而在适当的时候驱动LED显示屏行以及在间 隙实现消隐控制功能。以下具体说明：

本示例中，整体的输入信号被简化为DATAIN/BLANK/CLOCK三个，而输出的 控制信号则为CTRL1/CTRL2/DISCHARGE1/DISCHARGE2；Q1/Q2为中间信号。

上述中，输入数据信号DATAIN为周期信号，其与LED扫描显示屏帧频率一 致。在每一帧的第一行开始扫描时发出一次，如果LED扫描显示屏为32扫， DATAIN在32行扫描时间内的第一行扫描时间发送一次，下一个32行扫描时间 内的第一行扫描再发送第二次，脉冲宽度不大于行周期为宜；

上述中，间隔输入信号BLANK为周期信号，其也与LED扫描显示屏行频率 一致，即每行发出一次，用于信号间隔。其中BLANK下降沿与DATAIN下降沿对 齐，脉冲宽度不大于1/2行周期为宜。

上述中，位移时钟信号CLOCK为周期信号，与LED扫描显示屏行频率一致， 即每行发出一次，用于移位。其中CLOCK下降沿与DATAIN下降沿对齐，同时保 证第一行CLOCK上沿可以采样到DATAIN信号的高电平，以及CLOCK的上升沿晚 于BLANK的上升沿。

而CTRL1/CTRL2/DISCHARGE1/DISCHARGE2的用途在于：

1、当CTRL1为低电平，DISCHARGE1也是低电平时，开关管1是PMOS开关， 此时开关管1开启，系统电源经过开关管1传输到第1行电源V1，此时为第1 行电源V1工作时间；

2、当CTRL1为高电平，DISCHARGE1也是高电平时。开关管1是PMOS开关， 此时开关管1关闭，系统电源不能传输到第1行电源V1，同时，消隐单元1是 NMOS开关，此时消隐单元1打开，将第1行电源V1上的残余电荷泄放到零；

3、当CTRL1再次变为高电平，DISCHARGE1是低电平时，此时开关管1关闭， 消隐单元1关闭，第1行电源V1为高阻状态；

4、最后，经过一段延时后，第2行电源V2重复类似第1行电源V1的过程， 即，正常工作，泄放残余电荷，高阻三个过程。

进一步的CTRL1/CTRL2/DISCHARGE1/DISCHARGE2四个控制信号是基于上述 三个信号通过逻辑运算得到的，产生方式为：

通过移位锁存器(D1/D2)，利用移位时钟信号CLOCK，将输入数据信号DATAIN 依次输入到D1/D2的输出端Q1/Q2,并经过逻辑控制电路的计算，得到电源开关 管/消隐电路的控制信号CTR1/CTR2/DISCHARGE1/DISCHARGE2/，控制电源输出 (V1/V2)，同时利用消隐单元1/消隐单元2的泄放功能，将输出电源在切换时不 出现交叠情况，达到消隐效果，同时Q1/Q2经过保护模块，使得在输入串行数 据发生错误时起到保护作用。

DATAIN高脉冲来的时候，意味着LED扫描显示屏第1行电源即将工作，当 CLOCK上升沿(T1时刻)采样到DATAIN高电平时，如图5所示，移位锁存器中 的第一触发器D1/D2，将依次输出高电平，如图10所示Q1/Q2，在T1时刻，Q1 输出为高电平，Q2还是保持低电平；当第二个CLOCK上升沿(T4时刻)，Q1输 出才变为低电平，Q2输出将变为高电平；当第三个CLOCK上升沿来时，Q1/Q2 输出一起变为低电平，这样移位锁存器(D1/D2)就实现数据移位锁存功能。

逻辑控制电路如图7所示，将BLANK/CLOCK/Q1/Q2进行逻辑运算，得到如 下结果：

CTRL1＝BLANK+CLOCK+(～Q1)+Q2

DISCHARGE1＝BLANK*(～CLOCK)*Q1*(～Q2)

CTRL2＝BLANK+CLOCK+Q1+(～Q2)

DISCHARGE2＝BLANK*(～CLOCK)*(～Q1)*Q2

从图10中可以看到，

在T2时刻，CTRL1为低电平，开关管1为PMOS管，此时将会打开，系统电 源VCC将会输出到第1行电源V1，DISCHARGE1为低，消隐单元1为NMOS管， 不打开，保持高阻状态，不会出现放电功能；

在T3时刻，LED扫描显示屏第1行关断，进行消隐阶段，CTRL1变为高电 平，开关管1为PMOS管，此时将会关闭，开关管1将变为高阻状态，DISCHARGE1 变为高电平，消隐单元1为NMOS管，将会打开，将第1行电源V1存储的电荷 进行放电，将V1拉低到低电平；

在T4时刻，LED扫描显示屏第1行关断消隐阶段，CTRL1为高电平，开关 管1为PMOS管，此时关闭，开关管1将保持高阻状态，DISCHARGE1变为低电平， 消隐单元1为NMOS管，将会关闭，NMOS1也处于高阻状态，V1保持高阻；

T4到T5之间的时间(移位时钟信号CLOCK高电平时间，)可看为是第一行 电源消隐结束到第二行电源输出开始工作，可以保证第一行电源消隐和第二行 电源正常工作不会有时序交叠；

在T5时刻，重复第1行的操作，CTRL2为低电平，开关管2为PMOS管，此 时将会打开，系统电源VCC将会输出到第2行电源V2，DISCHARGE2为低，消隐 单元2为NMOS管，不打开，保持高阻状态，不会出现放电功能；

依次，第2行重复进行打开消隐，关断消隐并保持高阻的状态，完成第2 行电源输出的开启、消隐、高阻过程。

从上面描述可以知道，第1行电源V1和第2行电源V2都经历打开、关断 并消隐、关断消隐保持高阻的过程。值得注意的是，第1行电源V1与第2行电 源V2由于有BLANK、CLOCK信号的存在，不会出现同时打开V1/V2的局面，所 以避免了原来LED扫描显示屏的鬼影出现，即完成LED扫描显示屏的消隐和保 护功能。

同时，上述LED电源控制电路要驱动多行LED显示屏时候，可采用级联方 式，如图9所示，通过内置移位锁存器，只需要一根连线，从第N颗电路(芯 片)DATAOUT引脚到第N+1颗电路(芯片)DATAIN引脚，同时3根信号线 DATAIN/CLKIN/BLANK走线简单。

相对于传统图4的级联方案，所示扫描译码电路(138芯片)以及扫描译码 电路到电源控制芯片之间所有的控制驱动信号连线(如图4圆形所示)，连线相 对于本发明(图9)大大增加，本发明大大简化了PCB板的布线问题。

最后，如图8所示，Q2与Q1取反进行与操作，保证在DATAIN长时间保持 高电平时，～Q1保持低电平，DATAOUT保持低电平，保证后续电源芯片不会全部 点亮发热，造成电路和芯片烧毁。

综上可见，本示例的的最大特点在于，通过BLANK/CLOCK/DATAIN等输入信 号，进行移位锁存，并执行逻辑运算，得到图10所示的输出信号 CTRL1/CTRL2/DISCHARGE1/DISCHARGE2，使得LED扫描显示屏相邻两行电源不会 出现同时导通现象；同时通过消隐电路，泄放掉输出电源部分的寄生电荷，可 以完整解决LED扫描显示屏中鬼影、毛毛虫、十字线的问题，大幅提高LED显 示屏显示效果；并且通过内部运算，内置移位锁存器功能，省掉LED扫描显示 屏所需扫描译码电路，简化PCB设计；最后通过保护模块，保证出现异常时不 会烧毁芯片和电路。

以上所述仅为本发明的实施例，此外文中涉及的第一、第二……只代表其 名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同，因此具体实施例内容 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。