CN101039540A - 发光设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种发光设备及控制方法。所述发光设备包括：发光部件；电源部件；切换部件，与发光部件串联；控制部件，用于将切换电压电平与比较电平进行比较，如果切换电压电平比所述比较电平大，则控制部件控制电源部件提供具有降低了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。所述控制方法包括：向发光部件提供驱动电源；发光；测量切换部件两端的切换电压电平，如果切换电压电平比所述比较电平大，则将驱动电源的电压电平降低参考电平。

Description

发光设备及其控制方法
本申请要求于2006年3月15日在韩国知识产权局提交的第10-2006-0024017号韩国专利申请的优先权，该申请公开于此以资参考。
                     技术领域
根据本发明的设备和方法涉及一种发光设备及其控制方法，更具体地讲，涉及一种能够使切换部件的功耗最小化的发光设备及其控制方法。
                     背景技术
通常，阴极射线管(CRT)和平板显示器(FPD)已被用于显示设备。此外，液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、有机发光二极管(OLED)、数字光处理器(DLP)等已被用于FPD。
这里，LCD、DLP等使用发光元件(诸如发光二极管(LED)等)作为背光单元的光源。LED是具有高亮度和良好的彩色再现的点光源。为了增强显示图像的质量，由电流驱动的发光设备(诸如LED)应该使输出电流的波动最小化，并且所述发光设备需要具有快速响应的驱动单元。这里，以线性类型工作的电流源用作该驱动单元。
当现有技术发光设备的发光部件正常工作时，电源部件提供具有预定电平的电压。提供的电压被施加于发光部件和切换部件。因此，切换部件两端的电压依赖于发光部件两端的电压。参照图5，如果发光部件两端的电压VL减小，则切换部件两端的电压Vd增加。
随着切换部件两端的电压Vd增加，其功耗也增加。特别地，在使用具有高亮度的LED作为显示设备的光源的情况下，对于相同的电流可能分别存在不同的电压。因此，考虑到这种变化，应该将驱动电压设置得足够大。
此外，如果在发光设备中发生损伤(诸如LED的短路)，则与该短路的LED的前向压降对应的电压被全部施加于切换部件，相应地，切换部件继续执行电流控制。
此外，如果LED的环境温度较低，则当LED被连续驱动时LED两端的电压敏感地减小。如果LED的环境温度较高或者LED在停止驱动之后再次被驱动，则LED两端的电压敏感地增加。如上所述，在现有技术发光设备中，根据由发光部件(诸如，LED)的损伤而导致的电压变化、各发光部件之间的电压偏差和由发光部件的温度变化而导致的发光部件的电压变化，切换部件两端的电压显著变化。
                      发明内容
本发明提供一种能够使与发光部件串联的切换部件两端的电压保持一致的发光设备及其控制方法。
本发明还提供一种使切换部件的功耗最小化的发光设备及其控制方法。
根据本发明的一方面，提供了一种发光设备，包括：发光部件，用于发光；电源部件，用于向发光部件提供驱动电源；切换部件，与发光部件串联；控制部件，用于将切换部件两端的切换电压电平与比较电平进行比较，并基于比较的结果控制电源部件提供驱动电源。
如果切换电压电平比所述比较电平大出阈值量，则控制部件可控制电源部件提供具有降低了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。
如果切换电压电平比所述比较电平小阈值量，则控制部件可控制电源部件提供具有增大了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。
所述控制部件可多次确定切换电压电平是否比所述比较电平大，并且如果切换电压电平连续多次比所述比较电平大，则控制部件可控制电源部件将驱动电源的电压电平降低参考电平那么多，所述控制部件可多次确定切换电压电平是否比所述比较电平小，并且如果切换电压电平连续多次比所述比较电平小，则控制部件可控制电源部件将驱动电源的电压电平增大参考电平那么多。
所述控制部件可存储驱动电源的电压电平的最大值和最小值。
如果当驱动电源达到所述最大值时切换电压电平小于所述比较电平，则控制部件可确定发光部件发生故障。
如果当驱动电源达到所述最小值时切换电压电平大于所述比较电平，则控制部件可确定发光部件发生故障。
所述发光设备可还包括：故障输出部件，用于输出关于发光部件是否发生故障的信息，其中，如果确定发光部件发生故障，则控制部件控制故障输出部件输出所述信息。
所述切换部件可包括：切换元件，用于接通和切断流入发光部件的电流；电流测量部件，用于测量流入发光部件的电流。
所述控制部件可通过电流测量部件测量流入发光部件的电流，并控制切换元件以使测量出的电流在一定范围内。
所述发光部件可包括发光二极管和激光二极管中的至少一种。
所述发光设备可还包括：照明部件，用于聚集从发光部件发出的光；显示单元，用于从照明部件接收光以形成图像；投影部件，用于放大由显示单元形成的图像并将其投影。
所述显示单元可包括数字微镜显示单元、硅基液晶单元和液晶显示单元中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于发光设备的控制方法，所述发光设备包括发光部件和与发光部件串联的切换部件，所述方法包括：向发光部件提供驱动电源；从发光部件发光；测量切换部件两端的切换电压电平，并将该切换电压电平与比较电平比较；基于比较的结果来改变驱动电源的电压电平。
改变电压电平的步骤可包括：如果切换电压电平比所述比较电平大，则将驱动电源的电压电平降低参考电平那么多。
该控制方法可还包括：如果切换电压电平比所述比较电平小，则将驱动电源的电压电平增大参考电平那么多。
降低驱动电源的电压电平的步骤可包括：多次确定切换电压电平是否比所述比较电平大，如果切换电压电平连续多次比所述比较电平大，则将驱动电源的电压电平降低所述参考电平那么多；增大驱动电源的电压电平的步骤包括：多次确定切换电压电平是否比所述比较电平小，如果切换电压电平连续多次比所述比较电平小，则将驱动电源的电压电平增大所述参考电平那么多。
所述控制方法可还包括：存储驱动电源的电压电平的最大值和最小值；如果当驱动电源达到所述最大值时切换电压电平小于所述比较电平，则输出发光部件发生故障的信息。
所述控制方法可还包括：存储驱动电源的电压电平的最大值和最小值；如果当驱动电源达到所述最小值时切换电压电平大于所述比较电平，则输出发光部件发生故障的信息。
                      附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，本发明的以上和其他方面将会变得清楚且更易于理解，其中：
图1是根据本发明示例性实施例的包括投影设备的发光设备的控制框图；
图2是根据本发明示例性实施例的发光设备的控制框图；
图3表示根据本发明示例性实施例的发光设备中的提供给发光部件的电流、从电源部件提供的驱动电压和切换部件两端的电压的变化；
图4是表示根据本发明示例性实施例的发光设备的操作的控制流程图；
图5表示现有技术发光设备中的提供给发光部件的电流、从电源部件提供的驱动电压和切换部件两端的电压的变化。
                    具体实施方式
现在将对本发明的示例性实施例进行详细的描述，其中，本发明的示例性实施例表示在附图中。在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。以下，参照附图对示例性实施例进行描述以解释本发明。
如图1中所示，根据本发明示例性实施例的发光设备包括投影设备，诸如投影电视(TV)。该发光设备包括：发光部件120、照明部件200、作为显示单元的数字微镜显示(DMD)单元300、投影部件400和屏幕500。
发光部件120提供用于在屏幕500上显示图像的光。发光部件120包括分别发出红光、绿光和蓝光的多个LED。发光部件120包括红色(R)LED 120a、绿色(G)LED 120b和蓝色(B)LED 120c，并且可包括发出其他颜色光的其他LED。例如，发光部件120可包括发出青色光的青色LED、发出黄色光的黄色LED、发出品红色光的品红色LED、发出白色光的白色LED或者发出其他颜色光的其他LED。另一方面，发光部件120可包括激光二极管而非LED。
照明部件200聚集从LED发出的R、G和B光，将R、G和B光转换成均匀的平行光以聚焦在DMD单元300上。
DMD单元300形成将在屏幕500上显示的图像。另一方面，阴极射线管(CRT)单元、LCD单元、LCOS单元等可用作显示单元以代替DMD单元300。
投影部件400包括多个透镜，以便放大通过DMD单元300形成的图像并将其投影到屏幕500上。
屏幕500形成为矩形或其他形状，并在其上显示图像。
如图2中所示，根据本发明示例性实施例的发光设备包括发光部件120和用于驱动发光部件120的驱动部件。这里，驱动部件表示图2中示出的除发光部件120之外的所有部件。
该发光设备包括：发光部件120、电源部件110、与发光部件120串联的切换部件130和控制上述部件的控制部件160。此外，该发光设备可还包括低通滤波器(LPF)170。
电源部件110是向发光部件120提供恒定电压的电源，并在控制部件160的控制下可变地向发光部件120输出电源，以便切换部件130两端的电压Vd保持一致。电源部件110最好从比提供给发光部件120的最大电压大的电平到比提供给发光部件120的最小电压小的电平来改变电源。
也就是说，由于发光部件120的前向压降VL减小直到稳定，所以电源部件110最好从足够高的电压到最优电压来改变电源。电源部件110是可变DC电压源，但另一方面，电源部件110可以是其他类型源。
发光部件120包括R LED 120a、G LED 120b和B LED 120c，但另一方面，发光部件120可还包括发出青色光的青色LED、发出黄色光的黄色LED、发出品红色光的品红色LED、发出白色光的白色LED或者发出其他颜色光的其他LED。
发光部件120的LED 120a、LED 120b和LED 120c串联在一起。另一方面，发光部件120可以是多个发光部件，各发光部件120可以串联、并联或者连接到单独的电路。发光部件120可包括至少一个LED。
切换部件130与发光部件120串联，并通过使用从电源部件110提供的恒定电压来产生恒定电流。切换部件130包括切换元件131，诸如场效应晶体管(FET)、双极型晶体管(BJT)等。由于流经BJT的集电极和发射极或者FET的漏极和源极的电流分别能够通过控制提供给BJT的基极或FET的栅极的信号而被控制，所以能够在快速切换速度和无噪声的情况下将电源精确地提供给发光部件120。例如，流经FET的漏极和源极的电流保持一致而与向其提供的电压无关，相应地，能够产生恒定的电流。
切换部件130包括电流测量部件135，该电流测量部件135测量施加于发光部件120的电流。电流测量部件135连接到切换元件131和接地端子，并测量流经切换元件131的电流的量。电流测量部件135的电阻很小，从而电流测量部件135两端的电压VR可以忽略。由于发光部件120、切换元件131和电流测量部件135串联，所以流经它们的电流相同。切换部件130包括电流测量部件135，但另一方面，电流测量部件135可相对于切换部件130单独设置。
电流测量部件135是简单的电阻器，但另一方面，电流测量部件135可以是包括用于测量电流的霍尔传感器的电流测量电路。
发光部件120、切换元件131和电流测量部件135依次排列，但是它们可以设置为其他方式。
LPF 170转换从控制部件160输入的控制信号以使其与电源部件110兼容。控制部件160包括设置有数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)的数字逻辑，LPF 170对从控制部件160输出的脉宽调制(PWM)信号进行滤波，以从该PWM信号提取直流分量。
另一方面，可提供数模转换器(DAC)来代替LPF 170。可提供模数转换器(ADC)来将输入给控制部件160的信号转换成数字信号。控制部件160可以设计为数字电路或模拟电路。
控制部件160包括主控制部件162和切换控制部件165。
切换控制部件165测量流经切换部件130的电流，并从主控制部件162接收具有一定范围的参考电流Ir来控制切换元件131，从而测量出的电流在所述范围内。所述范围可以预先确定。切换控制部件165测量电流测量部件135两端的电压，并使用电流测量部件135的电阻的固定值Rs根据公式V＝IR来计算提供给切换元件131的电流。
只要从电源部件110提供的电源保持为大于发光部件120的前向压降VL，切换控制部件165就能够进行控制以使测量出的电流在所述范围内，而与切换元件131的特性、提供的电源和前向压降VL无关。
主控制部件162包括比较电压产生部件161和比较部件163，并对电源部件110进行控制，以便切换部件130两端的电压在发光部件120两端的电压VL变化的情况下保持一致。切换部件130两端的电压最好是切换元件131两端的电压Vt，但实际上，切换部件130两端的电压可以是电压Vd，Vd是切换元件131两端的电压Vt与电流测量部件135两端的电压VR之和。然而，电流测量部件135两端的电压VR很小，从而电压VR可以忽略。因此，切换部件130两端的电压Vd近似于切换元件131两端的电压Vt。
切换部件130两端的电压Vd根据发光部件120两端的电压VL而变化。从电源部件110提供的驱动电源的电压电平分配为切换部件130两端的电压Vd和发光部件120两端的电压VL。当电压Vd增加时，切换部件130的功耗增加。
因此，虽然存在环境变化或者发光部件120的特性变化，但是通过改变提供给发光部件120的电源能够使切换部件130两端的电压Vd保持一致。此外，有利地将切换部件130两端的电压Vd设置为具有使切换部件130的功耗最小化的电压电平。
比较电压产生部件161将比较电平施加于比较部件163。比较部件163将从比较电压产生部件161接收的比较电平与切换部件130的电压电平(即，切换电压电平)比较。
主控制部件162基于比较部件163的比较结果来控制电源部件110提供的驱动电压Vin的电平。主控制部件162最好在向发光部件120提供电源之后过去一定时间时读取比较单元163的输出，这是因为需要一定时间来使流经发光部件120的电流的水平和比较单元163的输出稳定。所述一定时间可以预先确定。
如果切换电压电平比所述比较电平大出一定差值(即，阈值量)，则主控制部件162对电源部件110进行控制，以便电源部件110提供具有降低了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。如果切换电压电平比所述比较电平小一定差值(即，阈值量)，则主控制部件162对电源部件110进行控制，以便电源部件110提供具有增大了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。主控制部件162在发光部件120的正常工作期间及其初始工作期间连续控制电源部件110改变驱动电源的电平。发光部件120的正常工作期间指的是从提供给发光部件120的电流和电压已稳定的时间到发光部件120结束工作的时间的期间。
也就是说，主控制部件162在所述正常工作期间和所述初始工作期间连续将切换部件130两端的电压Vd与比较电平进行比较，并基于比较结果连续控制电源部件110的驱动电源的电平。因此，切换部件130两端的电压Vd的电平能够保持一致，而与发光部件120两端的电压VL的电平变化无关。
控制部件160可多次确定切换电压电平是否比由比较电压产生部件161产生的比较电平大出一定差值(即，阈值量)。控制部件160确定切换电压电平是否连续多次比所述比较电平大出阈值量。如果切换电压电平连续多次比所述比较电平大出一定差值，则控制部件160控制电源部件110提供具有降低了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。换句话说，控制部件160可随着时间进行多次不同的测量，并将这些测量彼此比较以确定电压电平是否随着这些测量而连续增加。如果切换电压电平相对于阈值电平连续增加一定量，则控制部件160控制电源部件110提供具有降低了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。
此外，控制部件160可多次确定切换电压电平是否比所述比较电平小一定差值。如果切换电压电平连续多次比所述比较电平小一定差值，则控制部件160控制电源部件110提供具有增大了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。控制部件160可向电源部件110输出PWM信号，相应地，电源部件110的驱动电源的电平能够基于该PWM信号的占空比而被调整。
如果切换电压电平多次比所述比较电平小一定差值，则控制部件160可增大输出给电源部件110的PWM信号的电平。如果切换电压电平多次比所述比较电平大一定差值，则控制部件160可降低从其输出的PWM信号的电平。
控制部件160可存储关于驱动电源的电压电平的最大值和最小值的信息。因此，当控制驱动电源的电压电平时，如果驱动电源的电压电平将要偏离最大值或最小值，或者尽管已到达最大值或最小值却仍需调整，则控制部件160能够确定发光部件120状态异常，即发生故障。关于驱动电源的电压电平的最大值和最小值的信息可单独存储。此外，所述最大值和最小值可对应于PWM信号的占空比100％和0％。
也就是说，如果驱动电源到达所述最大值并且切换电压电平多次被确定为比所述比较电平小一定差值，则控制部件160能够确定发光部件120处于开路状态。
如果驱动电源到达所述最小值并且切换电压电平多次被确定为比所述比较电平大一定差值，则控制部件160能够确定发光部件120处于短路状态。
所述发光设备可还包括：故障输出部件，用于输出关于发光部件120的工作状态的信息。故障输出部件可以是屏幕500，并且屏幕500能够显示发光部件120是否正常工作。另一方面，故障输出部件可包括：扬声器(未示出)，用于当发光部件120被确定为状态异常时产生嘟嘟声以通知用户。
参照图3，流经发光部件120的电流IO保持一致。比较电压Vdref被固定地设置。控制部件160根据切换部件130两端的电压Vd是否大于比较电压Vdref来控制从电源部件110输出的驱动电压Vin。当驱动电压Vin被调整时，切换部件130两端的电压Vd也能够被调整。因此，切换部件130两端的电压Vd能够在一定范围内保持一致。
以下，将参照图4来描述根据本发明示例性实施例的控制方法。
如图4中所示，发光部件120从电源部件110接收驱动电源(S11)。然后，发光部件120发光(S13)。这里，光强最好基于提供给发光部件120的电流来控制。
过去一段时间(S15)，然后，控制部件160测量切换部件130两端的切换电压电平Vd(S17)。然后，比较部件163将切换电压电平Vd与比较电平Vdref进行比较(S19)。
如果控制部件160确认切换电压电平Vd比比较电平Vdref大一定差值(S21)，则控制部件160确定切换电压电平Vd连续比比较电平Vdref大一定差值的次数是否达到k次(S23和S25)。如果未达到次数k，则再次测量切换电压电平Vd(S17)。
如果达到次数k，则控制部件160确定驱动电源的电压电平Vin是否达到最小值(S27)。
如果驱动电源的电压电平Vin未达到最小值，则控制部件160控制电源部件110将驱动电源的电压电平Vin降低参考电平那么多(S29)，然后返回至操作S17。如果驱动电源的电压电平Vin达到最小值，则控制部件160确认(即，确定)发光部件120短路(S31)。然后，控制部件160通过故障输出部件输出发光部件120短路的信息(S33)。
另一方面，如果控制部件160确认切换电压电平Vd并未比比较电平Vdref大一定差值(S21)，则控制部件160确定切换电压电平Vd是否比比较电平Vdref小一定差值(S35)。如果控制部件160确认切换电压电平Vd比比较电平Vdref小一定差值，则控制部件160确定切换电压电平Vd连续比比较电平Vdref小一定差值的次数是否达到p次(S37和S39)。
如果未达到次数p，则再次测量切换电压电平Vd(S17)。这里，操作S25中的k和操作S39中的p可以彼此相同或者不同。
如果达到次数p，则控制部件160确定驱动电源的电压电平Vin是否达到最大值(S41)。如果驱动电源的电压电平Vin未达到最大值，则控制部件160控制电源部件110将驱动电源的电压电平Vin增大参考电平那么多(S43)，然后返回至操作S17。如果驱动电源的电压电平Vin达到最大值，则控制部件160确定发光部件120处于开路状态(S45)。然后，控制部件160通过故障输出部件输出发光部件120处于开路状态的信息(S47)。
根据本发明示例性实施例的发光设备是投影TV。然而，根据本发明的发光设备也可以是其他设备，只要所述其他设备包括发光部件120、切换部件130和控制部件160。
根据本发明示例性实施例的发光设备可使切换部件130两端的电压Vd保持一致，而与各LED两端的电压的变化、由于LED的损伤而导致的电压变化和/或由LED的温度变化而导致的电压的变化无关。因此，根据本发明示例性实施例的发光设备能够使切换部件130的功耗及从切换部件130产生的热量最小化。
如上所述，根据本发明示例性实施例的发光设备及其控制方法能够使与发光部件串联的切换部件两端的电压保持一致。
因此，根据本发明示例性实施例的发光设备及其控制方法能够使切换部件的功耗及从切换部件产生的热量最小化。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行修改。

Claims (19)

1、一种发光设备，包括：
发光部件，用于发光；
电源部件，用于向发光部件提供驱动电源；
切换部件，与发光部件串联；
控制部件，用于将切换部件两端的切换电压电平与比较电平进行比较，并基于比较的结果控制电源部件提供驱动电源。
2、如权利要求1所述的发光设备，其中，如果切换电压电平比所述比较电平大，则控制部件控制电源部件提供具有降低了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。
3、如权利要求1所述的发光设备，其中，如果切换电压电平比所述比较电平小，则控制部件控制电源部件提供具有增大了参考电平那么多的电压电平的驱动电源。
4、如权利要求3所述的发光设备，其中，所述控制部件多次确定切换电压电平是否比所述比较电平大，并且如果切换电压电平连续多次比所述比较电平大，则控制部件控制电源部件将驱动电源的电压电平降低参考电平那么多，
所述控制部件多次确定切换电压电平是否比所述比较电平小，并且如果切换电压电平连续多次比所述比较电平小，则控制部件控制电源部件将驱动电源的电压电平增大参考电平那么多。
5、如权利要求4所述的发光设备，其中，所述控制部件存储驱动电源的电压电平的最大值和最小值。
6、如权利要求5所述的发光设备，其中，如果当驱动电源达到所述最大值时切换电压电平小于所述比较电平，则控制部件确定发光部件发生故障。
7、如权利要求5所述的发光设备，其中，如果当驱动电源达到所述最小值时切换电压电平大于所述比较电平，则控制部件确定发光部件发生故障。
8、如权利要求6或7所述的发光设备，还包括：故障输出部件，用于输出关于发光部件是否发生故障的信息，
其中，如果确定发光部件发生故障，则控制部件控制故障输出部件输出所述信息。
9、如权利要求1所述的发光设备，其中，所述切换部件包括：切换元件，用于接通和切断流入发光部件的电流；电流测量部件，用于测量流入发光部件的电流。
10、如权利要求9所述的发光设备，其中，所述控制部件通过电流测量部件测量流入发光部件的电流，并控制切换元件以使测量出的电流在一定范围内。
11、如权利要求1所述的发光设备，其中，所述发光部件包括发光二极管和激光二极管中的至少一种。
12、如权利要求11所述的发光设备，还包括：
照明部件，用于聚集从发光部件发出的光；
显示单元，用于从照明部件接收光以形成图像；
投影部件，用于放大由显示单元形成的图像并将其投影。
13、如权利要求12所述的发光设备，其中，所述显示单元包括数字微镜显示单元、硅基液晶单元和液晶显示单元中的至少一种。
14、一种用于发光设备的控制方法，所述发光设备包括发光部件和与发光部件串联的切换部件，所述方法包括：
向发光部件提供驱动电源；
发光部件发光；
测量切换部件两端的切换电压电平，并将该切换电压电平与比较电平比较；
基于比较的结果来改变驱动电源的电压电平。
15、如权利要求14所述的控制方法，其中，改变电压电平的步骤包括：如果切换电压电平比所述比较电平大，则将驱动电源的电压电平降低参考电平那么多。
16、如权利要求15所述的控制方法，其中，改变电压电平的步骤还包括：如果切换电压电平比所述比较电平小，则将驱动电源的电压电平增大参考电平那么多。
17、如权利要求16所述的控制方法，其中，降低驱动电源的电压电平的步骤包括：
多次确定切换电压电平是否比所述比较电平大，
如果切换电压电平连续多次比所述比较电平大，则将驱动电源的电压电平降低所述参考电平那么多；
增大驱动电源的电压电平的步骤包括：
多次确定切换电压电平是否比所述比较电平小，
如果切换电压电平连续多次比所述比较电平小，则将驱动电源的电压电平增大所述参考电平那么多。
18、如权利要求17所述的控制方法，还包括：
存储驱动电源的电压电平的最大值和最小值；
如果当驱动电源达到所述最大值时切换电压电平小于所述比较电平，则输出发光部件发生故障的信息。
19、如权利要求17所述的控制方法，还包括：
存储驱动电源的电压电平的最大值和最小值；
如果当驱动电源达到所述最小值时切换电压电平大于所述比较电平，则输出发光部件发生故障的信息。
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