[发明专利]一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法

说明书

本发明公开了一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法，属于LED显示领域。针对现有技术中LED显示中行驱动IC和列驱动IC在消除鬼影中存在不确定性、调试的复杂性、LED反向击穿的风险、高低灰耦合以及无法完全兼容LED短路检测的缺点，本发明提供一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法，电路包括消鬼影耦合防反压模块和LED开短路检测模块，消鬼影耦合防反压模块与电路中LED并联；LED开短路检测模块串联在电路列线中，本发明可以实现自适应的泄放掉行线和列线寄生电容存储的电荷，消除LED的鬼影现象、耦合以及防止LED反向击穿，并对LED的损坏进行自检，输出自检信号方便修复或者更换。

技术领域

本发明涉及LED显示领域，更具体地说，涉及一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法。

背景技术

目前市面上常见的典型LED显示阵列由M行和N列的LED组成，在显示时常采用动态扫描的方式对显示阵列扫描后进行显示。随着集成度越来越高，每行和每列显示的像素点越来越多，导致行线和列线上均具有较大的寄生电容，当行或列进行切换的时候，寄生电容上的电荷会从已熄灭的LED中流过，导致LED微微导通，形成了LED的鬼影现象，目前解决鬼影的办法需要在行驱动芯片和列驱动芯片中分别采用鬼影消除电路，对行和列的电压进行钳位，控制LED熄灭后的两端电压，采取过压保护措施，并根据不同的LED特性及应用条件还需要调整行驱动芯片和列驱动芯片的鬼影消除的参数，使得LED的两端电压小于其导通电压。另外当开关频率较高时，LED之间也会产生信号耦合，导致LED微微导通，耦合现象目前无法根治，只能通过优化PCB走线，降低寄生电容或者降低开关频率来减轻耦合。另外在户外高亮度的应用环境下，驱动电流很大，由于PCB的行线和列线有较大的寄生电感电容，导致行线和列线上的电压在LED导通和关闭时刻震荡，长期使用下容易导致LED反向击穿而失效，需要一种保护机制对LED进行保护，如果LED失效，也需要一种自检机制把它准确的定位方便修复或者更换。

目前常见的LED显示的应用案例如图1所示，显示阵列由M行和N列LED组成，常见的N和M的数值有16，32，64，128，256等等，采用动态扫描的显示方式，把一帧画面的显示时间分成M份，刚好等于LED阵列的行数M，这样每一行被分配到1/M的帧画面显示时间，在该行被扫描到的时间内，N列LED会根据灰度的高低要求进行不同的脉宽显示(也称为PWM)。这样只需要M行和N列就可以同时驱动M*N个LED，由于显示的像素点越来越多，所以行线和列线上的寄生电容效应越来越明显。行和列分别由行驱动IC及列驱动IC来驱动，行驱动IC及列驱动IC通常也称为恒流IC。目前常用的列驱动IC有集创北方公司的ICND2053、ICND2055，行驱动IC有ICND2018、ICND2016等等。图1中Cr1、Cr2、Crm-1、Crm分别为第一行、第二行至第M-1行和第M行的LED的行寄生电容，Cc1、Cc2、Ccn-1、Cn分别为第一列、第二列至第N-1列和第N列的LED的列寄生电容，Sr1a、Sr2a、Srm-1a、Srma是行驱动IC集成的第一行、第二行至第M-1行、第M行的功率开关，分别控制每一行的导通及关闭，Sr1b、Sr2b、Srm-1b、Srmb是行驱动IC集成的上鬼影消除开关，V1为可编程上鬼影消除钳位电压，可通过编程改变其电压值满足不同的应用条件，该值通常的范围为0V～0.5*VDD，上鬼影消除是指上鬼影消除开关导通对行寄生电容中的电荷进行放电，直至放至V1的电压设置值结束，该开关与行功率开关交错工作。Sc1a、Sc2a、Scn-1a、Scna是列驱动IC集成的第一列、第二列至第N-1列、第N列的恒流选择开关，分别控制每一列的导通及关闭，Sc1b、Sc2b、Scn-1b、Scnb是列驱动IC集成的下鬼影消除开关，V2为可编程下鬼影消除钳位电压，可通过编程改变其电压值满足不同的应用条件，该值通常的范围为0.5*VDD～VDD，下鬼影消除是指下鬼影消除开关导通对列寄生电容进行充电，直至充至V2的电压设置值结束，该开关与行功率开关交错工作。D11、D12、D1n-1、D1n为第一行第一列LED、第一行第二列LED至第1行第N-1列LED及第一行第N列LED，下标分别表示行和列，以此类推。上鬼影现象形成的原因是：假设第一行第一列LED元件D11在扫描到第一行时刻Sr1a导通Sc1a关闭，此时D11关闭，由于其他列有LED导通，此时第一行线寄生电容Cr1会被充至接近电源电压VDD，当第一行结束扫描，Sr1a关闭，此时Cr1上的电荷由于没有放电通路仍然维持接近VDD电压，第二行扫描开启，Sr2a导通，如果D21需要导通，则Sc1a导通，此时由于D21导通，列寄生电容Cc1上的电压被拉至低电位，由于Cr1上的电压此时仍维持在高电位，此时刻D11由于阳极连接Cr1为高电压，阴极连接Cc1为低电压，会微微导通直至Cr1上的电荷被充分泄放。由于物理上D11处于第一行而D21处于第二行，D11在D21的上方，通常我们称该现象为上鬼影。为了消除上鬼影现象，在行驱动芯片中当某行扫描结束时刻，需要泄放行线上寄生电容中的电荷，比如在第一行扫描结束时刻，需要把Sr1b导通，把Cr1上的电荷对V1泄放，电流泄放的方向如图一行芯片内箭头所指方向，由于V1电位较低，当第二行扫描开始时，Cr1上的电压较低，D11处于关闭状态，上鬼影现象较好的被抑制，其他行的处理方式以此类推。下鬼影现象形成的原因是：假设D11在第一行扫描时刻处于导通状态，此时Sr1a及Sc1a均导通，Cr1被充至接近行电源电压VDD，由于D11导通，Cc1电压较低。当第一行扫描结束，Sr1a及Sc1a均关闭，Cc1仍处于较低电压状态，第二行扫描时刻Sr2a导通，Cr2被充至接近电源电压VDD，假设此时D21需要处于关闭状态，Sc2a处于关闭状态，但由于D21的阳极连接到Cr2处于接近电源电压VDD状态，而阴极连到Cc1仍处于较低电压状态，D21会微微导通，直至Cc1被充至较高电位。由于物理上D21处于第二行，而D11处于第一行，D21在D11的下方，我们称该现象为下鬼影。为了消除下鬼影现象，在列驱动芯片中当某行扫描结束时刻需要导通充电通路，将列线上的寄生电容冲至较高电位V2，充电方向如图一种列芯片内箭头所指方向。比如在第一行扫描结束时刻，需要把Sc1b导通，把Cc1上的电压冲至较高电位V2，当第二行扫描开始时，虽然Cr2电位较高，但是由于Cc1上也是较高电位，D21仍然保持关闭状态，下鬼影现象较好的被抑制，其他列的处理方式以此类推。