CN104267249A - 一种led灯串间电压差值的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量装置，其公开了一种LED灯串间电压差值的测量装置，以快速检测出各LED灯串在工作时的电压差异，提高产线生产良率，保证产品可靠性。其包括顺次相连的电压跟随电路单元、分压单元、模数转换器、信号处理器、数模转换器、同相比例运算放大器单元；电压跟随电路单元的输入信号为各个LED灯串的负极电压，其输出信号经过分压单元进行分压后进入模数转换器，经过模数转换后的电压输入信号处理器进行最大电压和最小电压判别、差值运算，并通过数模转换器转换为模拟信号，数模转换器的输出信号连接至同相比例运算放大器单元的输入端，经过信号放大后的输出即为目标电压中最大电压和最小压的电压差值。本发明适用于LED灯串电压测试。

Description

一种LED灯串间电压差值的测量装置

技术领域

本专利涉及一种LED灯串间电压差值的测量装置，适用于以多颗LED作为发光源的LED液晶电视、显示器、照明设备等的LED灯串间的电压差值测试，同时也可应用于对多个目标电压中的最大电压和最小电压的电压差值的测量等多种场合。

背景技术

随着电视以及相关显示器、照明设备产业的发展，越来越多的使用LED作为发光源。LED以其“绿色光源”的称号以及多种技术优势，已经逐步取代了之前的CCFL、日光灯等光源。而目前的LED电视、显示器、照明设备等绝大部分采用了多颗LED作为发光源，以保证其显示亮度。通常情况下，多颗LED由一定的串并(多个LED灯串联后，各个串联支路并联)结构组成电气连接关系，并且由一路升压电路进行驱动，同时工作在恒流模式。在背光源包含2串以上LED灯串时，由于采用一路升压电路进行驱动，同时LED个体特性之间的差异，每串LED在恒流驱动时，其电压降是有差异的。在这种情况下，会造成与LED灯条串接的后级恒流电路的元器件(比如恒流MOS管、三极管、集成芯片等)上存在电压的差异。LED灯串之间电压降差异越大，后级元器件的电压差异也就越大，部分通道的元器件会承受很高的电压，造成工作功率过大，发热量大，严重时可烧坏后级元器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种LED灯串间电压差值的测量装置，以快速检测出各LED灯串在工作时的电压差异，提高产线生产良率，保证产品可靠性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种LED灯串间电压差值的测量装置，包括顺次相连的电压跟随电路单元、分压单元、模数转换器、信号处理器、数模转换器、同相比例运算放大器单元；所述电压跟随电路单元的输入信号为各个LED灯串的负极电压，其输出信号经过分压单元进行分压后进入模数转换器，经过模数转换后的电压输入信号处理器进行信号的最大电压和最小电压判别、差值运算，并通过数模转换器将最大电压和最小电压的差值转换为模拟信号，数模转换器的输出信号连接至同相比例运算放大器单元的输入端，经过同相比例运算放大器单元进行信号放大后的输出即为目标电压中最大电压和最小压的电压差值。

具体的，所述电压跟随电路单元包括与LED灯串个数相同的运算放大器，各个运算放大器的同相输入端与各个LED灯串的负极电压一一对应连接，其反相输入端连接输出端，每个运算放大器的输出端连接一个分压单元。

具体的，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接电压跟随电路单元的输出信号，另一端通过第二电阻接地；所述第一电阻与第二电阻的节点连接模数转换器的输入端。

具体的，所述分压单元的第一电阻为可调电阻器，第二电阻为固定电阻器。

具体的，所述同相比例运算放大器单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；所述第一电阻一端连接数模转换器的输出端，另一端连接运算放大器的同相输入端；所述第二电阻一端连接运算放大器的同相输入端，另一端接地；所述第三电阻一端连接运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述运算放大器的反相输入端通过串联的第四电阻、第五电阻连接其输出端。

具体的，所述同相比例运算放大器单元的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻为固定电阻器，第四电阻为可调电阻器。

本发明的有益效果是：可以快速、准确的测量出目标电压中的最大电压和最小电压的电压差值，提高产品可靠性。

附图说明

图1为待测LED灯串结构示意图；

图2为本发明实施例的测量装置示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种LED灯串间电压差值的测量装置，以快速检测出各LED灯串在工作时的电压差异，提高产线生产良率，保证产品可靠性。

本发明通过对LED各个灯串后级恒流元器件上电压值的采样，通过由运算放大器组成的电压跟随器电路隔离后，输入模数转换器，将采样到的目标电压进行模数转换。此时，如果采样的电压过高，可通过调节可变电阻器，将采样电压先以一定的分压比处理后，再送入模数转换器进行转换。经过模数转换的目标电压输入信号处理器进行信号的最大电压和最小电压判别、差值运算等的工作，再通过数模转换器将最大电压和最小电压的电压差值转换为模拟信号。由于此时输出的电压差值信号时通过一定分压比后(假设分压比为)的电压差值，所以此时需要一个放大倍数为A的同相比例运算放大器对信号进行放大。放大倍数同样可以通过调节可调电阻器进行设定。信号通过同相比例运算放大器后，输出即为目标电压中的最大电压和最小电压的电压差值。

图1是传统的LED灯串驱动电路示意图，在图1中，背光源由n串LED灯串组成n个通道，并且每串由n颗LED串接。LED灯串正极通过一路VLED+进行驱动，负级通过理想恒流源电路进行恒流控制，并且每个通道均以恒定电流I进行恒流驱动。在实际应用中，由于LED个体特性之间的差异，在n个通道采用相同的恒定电流进行驱动时，在每个LED灯串上的电压降是不一致的，如图1所示，Vled1和Vledn将会产生差异，此时，V1＝VLED+-Vled1，…Vn＝VLED+-Vledn，所以会造成恒流源电路上的V1～Vn之间存在差异性。V1～Vn之间的最大电压会引起恒流源电路工作在较高的功率下，发热量大，长时间工作甚至会引起部分元器件烧坏的可靠性问题。这种问题主要因LED个体特性之间的差异引起，所以需要及时测量出LED灯串在工作时的电压降情况以及灯串之间的最大电压和最小电压的电压差值，才能确认此灯条的工作状态是否满足要求。在图1中，假设Vled1是n串LED灯条中的电压降最大值，Vledn是n串LED灯条中的电压降最小值，也就是需要测量出Vled1-Vledn的电压差值。由于V1＝VLED+-Vled1，Vn＝VLED+-Vledn，故电压差值Vled1-Vledn＝Vn-V1。所以在实际测量时，可以对LED负极的电压V1～Vn进行测量，并计算出最大电压和最小电压的电压差值即可。

参见图2，本例中的LED灯串间电压差值的测量装置包括顺次相连的电压跟随电路单元、分压单元、模数转换器、信号处理器、数模转换器、同相比例运算放大器单元；

其中，所述电压跟随电路单元包括与LED灯串个数相同的运算放大器，各个运算放大器的同相输入端与各个LED灯串的负极电压一一对应连接，其反相输入端连接输出端，每个运算放大器的输出端连接一个分压单元。

所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接电压跟随电路单元的输出信号，另一端通过第二电阻接地；所述第一电阻与第二电阻的节点连接模数转换器的输入端。

所述同相比例运算放大器单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；所述第一电阻一端连接数模转换器的输出端，另一端连接运算放大器的同相输入端；所述第二电阻一端连接运算放大器的同相输入端，另一端接地；所述第三电阻一端连接运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述运算放大器的反相输入端通过串联的第四电阻、第五电阻连接其输出端。

上述装置的工作原理为：

V1～Vn电压输入电压跟随器电路，由于电压跟随器电路具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，可以有效与所测量电路进行隔离，减小本装置工作时对前级电路的影响，保证测量准确性。A1～An为特性相同的运算放大器，其输出端接在由分压电阻器R1、R2组成的分压电路上，如图2中的1、2、3、4所标示，负责对过高的目标电压以一定分压比进行分压(此处假设分压比为)，以确保后级电路可以有效进行信号处理。分压电路由可变电阻器R1和固定电阻器R2组成，并且n路的分压电路一致，分压电路的存在，可以使本装置对更宽范围的目标电压进行采样处理。通过分压比电路后，输出电压Vin1～Vinn，根据以上可知，为更好的说明本发明方案，此处假设可变电阻器R1为满刻度，也即 $\mathrm{Vin}1=V1*\frac{1}{A}=V1*\frac{R2}{R1+R2},$ 分压系数 $\frac{1}{A}=\frac{R2}{R1+R2}$ (式1)。

经过分压电路的电压输入模数转换器5转换为数字信号后，再送入信号处理器6进行信号处理。本发明中的模数转换器5包含但不限于8位、10位、12位等各种分辨率的转换芯片，实际应用当中根据需要所测量的信号精度进行选择。

信号处理器6包括但不限于各种MCU、ARM等信号处理芯片，主要负责对转换后的Vin1～Vinn电压进行比对及运算，计算出数字电压中的最大电压和最小电压的电压差值Vmax1＝Max(Vin1…Vinn)-Min(Vin1…Vinn)并输出给数模转换器7。数模转换器7包含但不限于8位、10位、12位等各种分辨率的转换芯片，实际应用当中根据需要所测量的信号精度进行选择。

数模转换器7负责将数字信号Vmax1转换为模拟信号Vout1。此时，模拟信号Vout1＝Max(Vin1…Vinn)-Min(Vin1…Vinn)。由于Vout1是经过分压比转换后的最大电压和最小电压的电压差值，也即，此时 $\mathrm{Vout}1=\frac{1}{A}(\mathrm{Max}(V1...\mathrm{Vn})-\mathrm{Min}(V1...\mathrm{Vn}))$ (式2)，所以需要对其进行等比例放大，放大倍数为A，放大后的电压差值信号即为目标电压中的最大电压和最小电压的电压差值，也即 $\mathrm{Vout}=A*\mathrm{Vout}1=A*\frac{1}{A}(\mathrm{Max}(V1...\mathrm{Vn})-\mathrm{Min}(V1...\mathrm{Vn}))=\mathrm{Max}(V1...\mathrm{Vn})$ $-\mathrm{Min}(V1...\mathrm{Vn}).$ 在图2中，8、9、10、11、12、13组成同相比例运算放大器，其中8、9、10、13为固定电阻器，12为可变电阻器，11为运算放大器。此处，R1、R2阻值与分压比电路中的R1、R2阻值相等。通过调整不同的电阻值，使根据同相比例运算放大器的放大比例关系式可以得出(式3)，所以其放大倍数

结合式1、式2、式3，故 $\mathrm{Vout}=\frac{R1+R2}{R2}*\mathrm{Vout}1=\frac{R1+R2}{R2}*\frac{1}{A}(\mathrm{Max}(V1...\mathrm{Vn})-\mathrm{Min}(V1...\mathrm{Vn}))=$ $\frac{R1+R2}{R2}*\frac{R2}{R1+R2}(\mathrm{Max}(V1...\mathrm{Vn})-\mathrm{Min}(V1...\mathrm{Vn}))=\mathrm{Max}(V1...\mathrm{Vn})-\mathrm{Min}(V1...\mathrm{Vn}).$

在图2中，Vref、Vcc分别为模数转换器和数模转换器的参考电压以及信号处理器的电源供电电压。在实际应用时，需要确保Max(Vin1…Vinn)电压值不超过Vcc。

本发明所要求保护方案包含但不仅限于上述实施例，本领域技术人员根据上述实施例描述所作出的等同替换/修改，皆在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种LED灯串间电压差值的测量装置，其特征在于，包括顺次相连的电压跟随电路单元、分压单元、模数转换器、信号处理器、数模转换器、同相比例运算放大器单元；所述电压跟随电路单元的输入信号为各个LED灯串的负极电压，其输出信号经过分压单元进行分压后进入模数转换器，经过模数转换后的电压输入信号处理器进行信号的最大电压和最小电压判别、差值运算，并通过数模转换器将最大电压和最小电压的差值转换为模拟信号，数模转换器的输出信号连接至同相比例运算放大器单元的输入端，经过同相比例运算放大器单元进行信号放大后的输出即为目标电压中最大电压和最小压的电压差值。

2.如权利要求1所述的一种LED灯串间电压差值的测量装置，其特征在于，所述电压跟随电路单元包括与LED灯串个数相同的运算放大器，各个运算放大器的同相输入端与各个LED灯串的负极电压一一对应连接，其反相输入端连接输出端，每个运算放大器的输出端连接一个分压单元。

3.如权利要求1所述的一种LED灯串间电压差值的测量装置，其特征在于，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接电压跟随电路单元的输出信号，另一端通过第二电阻接地；所述第一电阻与第二电阻的节点连接模数转换器的输入端。

4.如权利要求3所述的一种LED灯串间电压差值的测量装置，其特征在于，所述分压单元的第一电阻为可调电阻器，第二电阻为固定电阻器。

5.如权利要求4所述的一种LED灯串间电压差值的测量装置，其特征在于，所述同相比例运算放大器单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；所述第一电阻一端连接数模转换器的输出端，另一端连接运算放大器的同相输入端；所述第二电阻一端连接运算放大器的同相输入端，另一端接地；所述第三电阻一端连接运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述运算放大器的反相输入端通过串联的第四电阻、第五电阻连接其输出端。

6.如权利要求5所述的一种LED灯串间电压差值的测量装置，其特征在于，所述同相比例运算放大器单元的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻为固定电阻器，第四电阻为可调电阻器。