CN102231261B - 一种led背光源驱动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种LED背光源驱动电路及其控制方法，包括开关电源电路、LED光源、调整管和控制模块，电源输入的电流依次经过开关电源电路、LED光源和调整管，所述的控制模块输出的控制信号输送至调整管，由调整管调节LED光源亮度，其特征在于：所述的开关电源电路设有两个且并联后接入电路，所述的调整管设有两个且各串联有一个保险丝后并联再接入电路。该驱动电路可以轻易获得10000∶1的高亮和高对比度的背光源，同时开关电源电路、调整管、控制芯片均为冗余备份结构，设置了两个，从而提高了系统的可靠性和稳定性。

Description

一种LED背光源驱动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及液晶显示器LED背光源驱动电路。

背景技术

LED光源常被用于液晶显示器的背光源，当液晶屏幕是使用在航空领域时，对于LED背光源的要求就会很高，其不仅要求具有很高的可靠性，还需要具有高亮和高对比度，这样能够保证在白昼太阳直射的情况下依旧能够显示清晰的字符，而且晚上也能够自动降低亮度，让使用者视觉舒适。

目前对LED光源调光常使用PWM调光，以达到线性控制的目的，其驱动电路中的电源电路和控制电路的各个部件均只设置一个，当部件出现损坏时，背光源就不能正常使用，对于航空领域使用的LED背光驱动电路，这样的可靠性是不够的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够容易实现高亮和高对比度的背光源驱动电路，而且该电路具有很高可靠性，在电路部分部件损坏的情况下，电路仍可以正常运作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种LED背光源驱动电路，包括开关电源电路、LED光源、调整管和控制模块，第一开关电源电路和第二开关电源并联后接入电源正极和LED光源正极引脚之间，第一、二调整管各串联一个保险丝后并联再接入LED光源负极引脚和电源负极之间，当第一开关电源电路或第一调整管损坏，第二开关电源和第二调整管代替工作，所述的控制模块的信号输出端分别与第一、二调整管输入端连接。

所述的控制模块的控制芯片设有两个，分别为单片机和FPGA。

所述的控制模块中用户输入的控制信号输送至4选1模拟开关，同时经串口通信输送至单片机和FPGA；

系统采集的采样信号直接输送至单片机，同时经过多路A/D转换后输送至FPGA；

所述的单片机和FPGA输出的控制信号经三态门组和多路D/A转换电路输送至4选1模拟开关，所述的4选1模拟开关输出的控制信号经过比较放大电路输送至调整管；所述的单片机和FPGA输出的PWM调光信号经三态门组和比较放大电路输送至调整管，所述的单片机和FPGA输出的自检信号输送至组合逻辑电路，所述的组合逻辑电路输出控制信号至4选1模拟开关和三态门组。

所述的调整管串联有电流采样电阻，所述电阻采集的采样信号反馈至比较放大电路。

所述的保险丝选取原则为，2×正常工作最大电流＜保险丝型号安培数值＜0.7×支路容许流过的最大电流。

一种如权利要求1-5所述的LED背光源驱动电路控制方法，该方法包括以下步骤：

单片机和FPGA同时接收用户控制信号和采样信号后发出控制信号、PWM调光信号和自检信号；

组合逻辑电路接收单片机和FPGA发出的自检信号；

经组合逻辑电路判断，若单片机正常，则输出信号至三态门组，控制三态门组只输出单片机信号，同时输出信号至4选1模拟开关，控制4选1模拟开关只接收三态门输出的控制信号；

若单片机异常而FPGA正常，若单片机和FPGA均正常，则输出信号至三态门组，控制三态门组只输出FPGA信号，同时输出信号至4选1模拟开关，控制4选1模拟开关只接收三态门输出的控制信号；

若单片机和FPGA均异常，则三态门关闭PWM调光信号通道，同时输出信号至4选1模拟开关，使4选1模拟开关不接受三态门组输出控制信号，而开启昼夜两种开关控制模式。

本发明的优点在于该驱动电路可以轻易获得10000∶1的高亮和高对比度的背光源，同时开关电源电路、调整管、控制芯片均为冗余备份结构，设置了两个，从而提高了系统的可靠性和稳定性。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为LED背光源驱动电路的电路图；

图2为背光源控制流程图；

上述图中的标记均为：1、控制模块；2、第一开关电源电路；3、LED光源；4、单片机；5、FPGA；6、组合逻辑电路；7、4选1模拟开关；8、第一调整管；9、第二调整管；10、第二开关电源电路。

具体实施方式

参见图1可知，本发明的为一种具有冗余备份结构的LED背光源驱动电路，包括电源电路和控制模块1，电源输入电流依次经过开关电源电路、LED光源3、调整管后形成回路，其中输入电流电源为+28V，其经过开关电源电路转换成合适的电压，开关电源电路并联有采样电阻R1，LED光源3设有多个相互串联形成LED灯串，开关电源的输出电压设定为3.5V×n，n是LED灯串联的个数。低温下白色LED灯两端电压一般不会超过3.4V，调整管8属于线性电源部分其实现恒流控制，线性调整LED光源3的亮度。

电路中开关电源电路2、10和调整管8、9均采用了冗余措施设置有两个，第一开关电源电路2和第一开关电源电路10并联后接入电路，第一开关电源电路2路损坏则第二开关电源电路10继续工作并且具有驱动负载的能力。第一调整管8和第二调整管9各串联一个保险丝后在相互并联接入电路中，这样调整管8、9短路，则其下保险丝熔断；如果调整管8、9断路，则自动脱离电流回路。当第一调整管8支路断开时，另一路能够独立承担工作电流，其中保险丝的选取原则：2×正常工作最大电流＜保险丝型号(几A)＜0.7×支路容许流过的最大电流。

控制模块1输出端分别与两个调整管8、9连接，同时输送控制信号至调整管8、9，控制模块1的控制芯片采用1个单片机4和1个FPGA5相互备份。FPGA5内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分，为现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件。控制模块1结构为用户控制面板经串口通讯与单片机4和FPGA5连接，同时也与4选1模拟开关7的A0端口连接；光敏传感器、电源电路中电流采样电路、温度传感器的信号输出端与单片机4的A/D口连接，同时通过多路A/D转换电路与FPGA5连接，单片机4和FPGA5的自检信号输出端与组合逻辑电路6输入端连接，控制信号输出端经三态门组和D/A转换电路与4选1模拟开关7的10、11端口连接，PWM调光信号输出端经三态门组、比较放大电路与调整管8连接，4选1模拟开关7的信号输出端经比较放大电路与调整管8、9连接，电源电路上设有电流采样电阻，该电阻采集的采样信号反馈至比较放大电路。

控制模块1的工作原理为：单片机4和FPGA5同时接收光敏传感器、电源电路中电流采样电路、温度传感器的采样信号以及用户输入的控制命令，根据这些信息做出分析和判断后输出控制信号、PWM调光信号和自检信号，控制信号和PWM调光信号输送至三态门组，自检信号输送至组合逻辑电路6并尤其进行判断，并将判断后的控制信号输送至三态门组以及4选1模拟开关7。单片机4输出的自检信号为A，FPGA5输出的自检信号为B，组合逻辑电路6检测若A、B信号是高电平则相应的芯片为正常工作状态，若A、B信号存在低电平，则相应的芯片为异常工作状态，单片机4和FPGA5的输出信号是一致的，到底是哪个控制芯片的信号能够输出，由组合逻辑电路6输出的信号A控制的三态门决定。

更具体的说，若单片机4正常工作，不管FPGA5异常还是正常，组合逻辑电路6控制三态门组只输出单片机4的控制信号至4选1模拟开关7，同时输出单片机4的PWM调光信号，若单片机4异常工作，而FPGA5正常工作，则FPGA5充当主控制器，组合逻辑电路6控制三态门组输出FPGA5的控制信号至4选1模拟开关7，同时输出FPGA5的PWM调光信号；若单片机4和FPGA5均异常，则PWM调光通道被三态门关闭，同时输出信号至4选1模拟开关7，使4选1模拟开关7的不接受三态门组输出控制信号，4选1模拟开关的低位选通端A0有效，此时线性电源全时间段工作，系统失去调光能力，有用户控制可以选择两个档位的亮度，即只能选择昼夜模式工作的两种电流，此时LED光源3只有两种亮度。

当单片机4和FPGA5有一个正常工作便可以线性的调控背光灯，增加系统的稳定性，这种状态时，三态门输出控制信号经过D/A转换后至4选1模拟开关7，由4选1模拟开关7设定线性电源的工作电流经比较放大电路输送至调整管8、9，同时PWM调光信号经三态门组和比较放大电路直接输送至调整管8、9，变化的工作电流联合PWM调光可以轻易获得10000∶1的高亮和高对比度的背光源，并且满足驱动电路可靠性强的要求。

Claims (4)

1.一种LED背光源驱动电路，包括开关电源电路、LED光源（3）、调整管和控制模块（1），其特征在于：第一开关电源电路（2）和第二开关电源（10）并联后接入电源正极和LED光源（3）正极引脚之间，第一、二调整管（ 8 、 9）各串联一个保险丝后并联再接入LED光源（3）负极引脚和电源负极之间，当第一开关电源电路（2）或第一调整管（8）损坏后由第二开关电源（10）、第二调整管（9）代替工作，所述的控制模块（1）的信号输出端分别与第一、二调整管（ 8 、 9）输入端连接；

所述的控制模块（1）的控制芯片设有两个，分别为单片机（4）和FPGA（5）；

所述的控制模块（1），其中用户输入的控制信号输送至4选1模拟开关（7），同时经串口通信输送至单片机（4）和FPGA（5）；

系统采集的采样信号直接输送至单片机（4），同时经过多路A/D转换后输送至FPGA（5）；

所述的单片机（4）和FPGA（5）输出的控制信号经三态门组和多路D/A转换电路输送至4选1模拟开关（7），所述的4选1模拟开关（7）输出的控制信号经过比较放大电路输送至调整管（8、9）；所述的单片机（4）和FPGA（5）输出的PWM调光信号经三态门组和比较放大电路输送至调整管（8、9），所述的单片机（4）和FPGA（5）输出的自检信号输送至组合逻辑电路（6），所述的组合逻辑电路（6）输出控制信号至4选1模拟开关（7）和三态门组。

2.根据权利要求1所述的LED背光源驱动电路，其特征在于：所述的调整管（8、9）串联有电流采样电阻，所述电阻采集的采样信号反馈至比较放大电路。

3.根据权利要求1所述的LED背光源驱动电路，其特征在于：所述的保 险丝选取原则为，两倍的正常工作最大电流 <保险丝型号的安培数值<0.7倍支路容许流过的最大电流。

4.一种如权利要求1-3之一所述的LED背光源驱动电路的控制方法，该方法包括以下步骤：

单片机（4）和FPGA（5）同时接收用户控制信号和采样信号后发出控制信号、PWM调光信号和自检信号；

组合逻辑电路（6）接收单片机（4）和FPGA（5）发出的自检信号；

经组合逻辑电路（6）判断，若单片机（4）正常，则输出信号至三态门组，控制三态门组只输出单片机（4）信号，同时输出信号至4选1模拟开关（7），控制4选1模拟开关（7）只接收三态门输出的控制信号；

若单片机（4）异常而FPGA（5）正常，则输出信号至三态门组，控制三态门组只输出FPGA（5）信号，同时输出信号至4选1模拟开关（7），控制4选1模拟开关（7）只接收三态门输出的控制信号；

若单片机（4）和FPGA（5）均异常，则三态门关闭PWM调光信号通道，同时输出信号至4选1模拟开关（7），使4选1模拟开关（7）不接受三态门组输出控制信号，而开启昼夜两种开关控制模式。 

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