CN104282281A - 一种 led 背光驱动电路及其故障检测方法 - Google Patents

一种 led 背光驱动电路及其故障检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LED背光驱动电路及其故障检测方法。该电路包括电源单元、LED灯串、升压单元、检测单元和驱动芯片。其中，驱动芯片一方面电连接升压单元的控制端，向其输出门极控制信号，用以调节电源单元经升压单元提供给LED灯串的驱动电压，另一方面电连接在检测单元的输出端与LED灯串的负端之间，形成LED灯串电流路径。当检测单元输出变化的测试电压时，驱动芯片控制流经LED灯串的电流随测试电压变化而变化，同时根据LED灯串负端的电压与设定的阈值电压的比较结果来判断是否断开其与LED灯串的连接。由此根据LED灯串熄灭的情况，能够准确地判断出LED灯串的短路/虚开故障。

Description

一种 LED 背光驱动电路及其故障检测方法
技术领域
本发明涉及显示面板背光驱动技术，尤其是一种具有故障检测功能的LED背光驱动电路及其故障检测方法。 
背景技术
现今图像显示技术领域中，TFT LCD液晶显示装置以其卓越的性能脱颖而出，在手机、电脑和电视等各种应用领域迅速扩展开来。由于液晶显示装置是利用本身不发光的液晶在电压的作用下发生偏转来控制背光源的透过率，实现图像的显示功能，因此背光模组是液晶显示装置一个重要的组成部件。 
目前，多数生产厂家采用如图1所示的LED背光系统作为液晶显示面板的背光源。该LED背光系统主要包括电源单元110和若干LED灯串120，电连接在电压电源110与若干LED灯串120之间的升压单元130，以及电连接在若干LED灯串120与升压单元130之间的驱动芯片140。其中，驱动芯片140一方面根据LED灯串120反馈的电流和电压，输出门极控制信号Vmos给升压单元130中的晶体管131，用以调节电源单元110经过升压单元130输出给LED灯串120的驱动电压Vout，另一方面根据LED灯串120反馈的电流和电压，在工作电压Va的作用下，通过调整PWM占空比的方式调节流经LED灯串120的电流Iled(也即调节LED灯的发光亮度)。 
同时，上述驱动芯片140还具备LED灯串120故障检测功能。具体地，驱动芯片侦测LED灯串负端的电压值(即驱动电压Vout与LED灯串实际所需电压的差值)。当某个LED灯串出现故障而导致其负端电压超过给定的阈值电压时，驱动芯片就触发自我保护功能，断开与此LED灯串的电路连接。通常，阈值电压的设置是驱动芯片内部固定设计，通常是3V、6V、9V或12V中的一种。 
然而，本发明的技术人员通过反复观测发现上述驱动芯片在实际工作时会经常出现误判的情况。这是由于每个LED灯串的电性特性不尽相同，在流经相同的电流时，各LED灯串实际所需的电压存在差异，从而导致各LED灯串负端的电 压值也不尽相同。例如，某个LED灯串的阻值偏小，即使该LED灯串工作正常，但是其负端电压超过了阈值电压，驱动芯片就会因此触发保护功能而断开与该LED灯串的电路连接。又或者，即使某个LED灯串出现故障，但是其负端电压未超过阈值电压，驱动芯片就不会触发保护功能。特别是当某个LED灯串只有一个LED灯珠短路/虚断时，由于负端电压变化不大且未超过阈值电压，因此驱动芯片很难正确识别此故障。此外，由于背光模组内部导光板、膜片等配件遮挡的原因人工检测也很难察觉此故障。这样会导致电路异常状态持续恶化，存在一定的安全隐患。 
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种能够正确识别LED故障的LED背光驱动电路及其故障检测方法。 
本发明提供的LED背光驱动电路，其包括： 
电源单元； 
LED灯串； 
升压单元，电连接在所述电源单元的输出端与所述LED灯串的正端之间； 
检测单元，在正常模式下输出固定的工作电压，在测试模式下输出变化的测试电压； 
驱动芯片，一方面电连接所述升压单元的控制端，向其输出门极控制信号，用以调节所述电源单元经升压单元提供给LED灯串的驱动电压，另一方面电连接在所述检测单元的输出端与所述LED灯串的负端之间，形成LED灯串电流路径；其中， 
当所述检测单元输出固定的工作电压时，所述驱动芯片以调整PWM占空比的方式调节流经所述LED灯串的电流； 
当所述检测单元输出变化的测试电压时，所述驱动芯片控制流经所述LED灯串的电流随所述测试电压变化而变化，同时根据所述LED灯串负端的电压与设定的阈值电压的比较结果来判断是否断开其与所述LED灯串的电路连接。 
进一步地，当所述检测单元输出固定的工作电压时，所述驱动芯片同样根据所述LED灯串负端的电压与设定的阈值电压的比较结果来判断是否断开其与所述LED灯串的电路连接。 
根据本发明的实施例，所述升压单元包括： 
电感，其一端电连接所述电源单元的输出端； 
整流二极管，其阳极电连接所述电感的另一端，其阴极电连接所述LED灯串的正端； 
电解电容，其一端电连接所述整流二极管的阴极，其另一端电性接地； 
晶体管，其漏极连接所述整流二极管的阳极，其源极电性接地，其控制端为所述升压单元的控制端。 
根据本发明的实施例，所述检测单元包括： 
第一输入端，用于接收所述工作电压； 
第二输入端，用于接收所述测试电压； 
第三输入端，用于接收模式切换指令的电压信号； 
开关二极管，其阳极电连接所述第一输入端，其阴极电连接所述第二输入端，同时其阴极还作为所述检测单元的输出端； 
开关晶体管，其漏极电连接所述开关二极管的阳极，其源极电性接地，其控制端电连接所述第三输入端。 
具体地，在正常模式下，所述检测单元的第一输入端接收工作电压，在测试模式下，所述检测单元的第二输入端接收测试电压；根据所述模式切换指令的电压信号，所述开关晶体管导通，使所述检测单元从正常模式切换到测试模式。 
具体地，在测试模式下，所述检测单元输出变化的测试电压，使LED灯串流经的电流逐渐减小，LED灯串负端的电压由此逐渐增大。 
根据本发明的实施例，针对单颗LED所需电压为6V的情况，所述阈值电压可以设置为9V。 
此外，本发明还提供上述LED背光驱动电路的故障检测方法，包括以下步骤： 
S100、向检测单元的第三输入端提供模式切换指令的电压信号，使得检测单元从正常模式切换到测试模式； 
S200、向检测单元的第二输入端提供变化的测试电压，使流经各LED灯串的电流逐渐减小，各LED灯串负端的电压由此逐渐增大； 
S300、当某一LED灯串负端的电压超过阈值电压时，驱动芯片断开与此LED灯串的电路连接； 
S400、根据LED灯串熄灭情况，判断LED灯串故障。 
根据本发明的实施例，在所述步骤S400中，如果只有一个LED灯串熄灭，其余LED灯串发光，则可以判定该LED灯串中有LED短路。 
根据本发明的实施例，在所述步骤S400中，如果只有一个LED灯串发光，其余LED灯串熄灭，则可以判定该LED灯串中有LED虚开。 
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果： 
本发明的实施例对现有的LED背光驱动电路做出改进，增设了检测单元。该检测单元在正常模式下向驱动芯片提供固定的工作电压，在测试模式下向驱动芯片提供变化的测试电压。在测试模式下，通过调整测试电压的大小，瞬间减小流经LED灯串的电流幅值，使得LED灯串的负端电压增大，然后根据LED灯串因其负端电压超过驱动芯片阈值电压而被熄灭的情况，能够准确地判断出LED灯串的短路/虚开故障。本发明尤其能够准确地判断出LED灯串中单颗LED异常的情况。 
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： 
图1是现有技术中一个LED背光系统的电路结构示意图； 
图2是本发明实施例提出的LED背光驱动电路的结构示意图； 
图3是本发明实施例提出的LED背光驱动电路的故障检测方法的流程图。 
具体实施方式
如图2所示，为了解决上述技术问题，本发明对现有的LED背光驱动电路做了进一步的改进。从图2可以看出，本发明的LED背光驱动电路除了包括电源单元210和若干LED灯串220，电连接在电压电源210与若干LED灯串220之间的升压单元230，电连接在若干LED灯串220与升压单元230之间的驱动芯片240之外，还包括一个与驱动芯片240电连接的检测单元250。其中，所述检测单元250既能够在正常模式下向驱动芯片240提供固定的工作电压Va，也能够在测试模式下向驱动芯片240提供变化的测试电压Vb。 
下面结合图2详细地说明上述LED背光驱动电路中各功能单元的具体设置。需要注意的是，虽然在下面的描述中阐述了很多细节以便于充分理解本发明，但 是本发明还可以采用不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 
电源单元210的输出端连接升压单元230的输入端，向升压单元230输出电源电压。 
升压单元230包括晶体管231、电感232、整流二极管234、电解电容235。其中：电感232的一端作为升压单元230的输入端连接电源单元210的输出端，电感232的另一端连接整流二极管234的阳极；整流二极管234的阴极通过电解电容235电性接地，同时整流二极管234的阴极还作为升压单元230的输出端连接LED灯串220的正端，向LED灯串220输出驱动电压Vout；晶体管231的漏极连接整流二极管234的阳极，源极电性接地，晶体管231的控制端则作为升压单元230的控制端连接驱动芯片240。 
驱动芯片240的控制信号输出端连接升压单元230的控制端，向升压单元230输出门极控制信号Vmos，用以调节电源单元210经升压单元130提供给LED灯串120的驱动电压Vout。此外，驱动电压240的一方面连接检测单元250的输出端，另一方面通过多个引脚连接各LED灯串220的负端，构成完整的电流路径。其中，驱动芯片240的内部电路以及驱动芯片240与各LED灯串220的电路连接均为现有技术，此处不再赘述。 
检测单元250包括一个开关二极管251和一个开关晶体管252。其中，开关二极管251的阳极作为第一输入端接收固定的工作电压Va，阴极作为第二输入端接收变化的测试电压Vb，同时开关二极管251的阴极还作为检测单元250的输出端连接驱动芯片240；开关晶体管251的漏极连接开关二极管251正极，源极电性接地，开关晶体管251的控制端则作为检测单元250的第三输入端接收模式切换指令的电压信号Vs。其中，当开关晶体管251对地导通时，检测单元250切换到测试模式工作。 
下面详细地说明上述LED背光驱动电路的工作原理。 
1)在正常模式下： 
检测单元250的第一输入端接收固定的工作电压Va。在工作电压Va的作用下，检测单元250的开关二极管251导通，从而将工作电压Va传递给驱动芯片240。在工作电压Va的作用下，驱动芯片240导通LED灯串210的电流路径。此时，各LED灯串220的电流路径中的电流Iled的幅值为Va/RL，为一固定值。 其中，RL是各LED灯串电流路径中所配置的电阻221的阻值。由于此为现有技术，因此不再细述。 
2)在测试模式下： 
检测单元250的第三输入端接收大于开关晶体管252门限电压的电压信号Vs，使得开关晶体管252保持导通状态，同时检测单元250的第二输入端接收变化的测试电压Vb。由于开关晶体管252对地导通，因此检测单元250将测试电压Vb传递给驱动芯片240。在测试电压Vb的作用下，驱动芯片240导通LED灯串220的电流路径。此时，各LED灯串220的电流路径中的电流Iled的幅值为Vb/RL，为一变化量，会随测试电压Vb变化而改变。 
在上述电路的基础上，本发明的技术人员提出在测试模式下，通过改变测试电压Vb的大小，来降低各LED灯串220的电流路径中的电流幅值，进而达到准确识别LED故障的目的。下面举例说明该故障检测方法的实施步骤及其工作原理。 
如图3所示，首先向检测单元的第三输入端提供模式切换指令的电压信号，使得开关晶体管对地导通，检测单元从而工作在测试模式下。然后向检测单元的第二输入端提供变化的测试电压Vb，使得各LED灯串电流路径中流过的电流幅值逐渐减小，各LED灯串负端的电压值由此逐渐增大。在此过程中，观测各LED灯串的熄灭情况。 
如果只有一个LED灯串熄灭，其余LED灯串发光，则可以判定该LED灯串中存在LED短路的异常现象。这是因为如果一个LED灯串中有一颗LED短路，那么该LED灯串的阻值会变小，该LED灯串实际所需的电压会小于正常情况下所需的电压。这就使得出现异常的LED灯串的负端电压要比其它正常的LED灯串的负端电压高。因此当不断调整测试电压来降低电流幅值时，出现短路现象的LED灯串的负端电压会最先达到阈值电压，从而触发驱动芯片的保护功能而被熄灭。 
如果只有一个LED灯串发光，其余LED灯串熄灭，则可以判定该LED灯串中存在LED虚开的异常现象。这是因为如果一个LED灯串中有一颗LED虚开，那么该LED灯串的阻值会变大，该LED灯串实际所需的电压会大于正常情况下所需的电压。这就使得驱动电压Vout高于正常值，进而使得其它正常的LED灯串的负端电压比出现异常的LED灯串的负端电压高。因此当不断调整测试电压来 降低电流幅值时，其它正常的LED灯串的负端电压会最先达到阈值电压，从而触发驱动芯片的保护功能而被熄灭，只留下出现虚开的LED灯串仍然发光。 
此外，为了减少乃至避免正常工作情况下驱动芯片出现误判的情况，进一步地，还可以在设计时为驱动芯片设置较高的阈值电压。例如，针对单颗LED所需电压为6V的情况，可以将驱动芯片的阈值电压设置为9V。 
综上所述，本发明利用LED灯串两端电压随流经的电流幅值大小变化而改变的特性，通过瞬间减小流经LED灯串的电流幅值大小，使得LED灯串负端电压增大，根据LED灯串因其负端电压超过驱动芯片阈值电压而被熄灭的情况，判断LED故障。而且本发明尤其适用于检测LED灯串中是否有单颗LED出现异常的情况，解决了现有技术中单颗LED故障难以识别的技术问题。本发明在一定程度上提高了显示面板背光源工作的可靠性。 
虽然本发明所披露的实施方式如上，但是所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，在实施的形式上及细节上所作的任何修改与变化，都应该在本发明的专利保护范围内。 

Claims (10)

1.一种LED背光驱动电路，其特征在于，包括：
电源单元；
LED灯串；
升压单元，电连接在所述电源单元的输出端与所述LED灯串的正端之间；
检测单元，在正常模式下输出固定的工作电压，在测试模式下输出变化的测试电压；
驱动芯片，一方面电连接所述升压单元的控制端，向其输出门极控制信号，用以调节所述电源单元经升压单元提供给LED灯串的驱动电压，另一方面电连接在所述检测单元的输出端与所述LED灯串的负端之间，形成LED灯串电流路径；其中，
当所述检测单元输出固定的工作电压时，所述驱动芯片以调整PWM占空比的方式调节流经所述LED灯串的电流；
当所述检测单元输出变化的测试电压时，所述驱动芯片控制流经所述LED灯串的电流随所述测试电压变化而变化，同时根据所述LED灯串负端的电压与设定的阈值电压的比较结果来判断是否断开其与所述LED灯串的电路连接。
2.如权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于：
进一步地，当所述检测单元输出固定的工作电压时，所述驱动芯片同样根据所述LED灯串负端的电压与设定的阈值电压的比较结果来判断是否断开其与所述LED灯串的电路连接。
3.如权利要求1或2所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述升压单元包括：
电感，其一端电连接所述电源单元的输出端；
整流二极管，其阳极电连接所述电感的另一端，其阴极电连接所述LED灯串的正端；
电解电容，其一端电连接所述整流二极管的阴极，其另一端电性接地；
晶体管，其漏极连接所述整流二极管的阳极，其源极电性接地，其控制端为所述升压单元的控制端。
4.如权利要求1或2所述的LED背光驱动电路，其特征在于，所述检测单元包括：
第一输入端，用于接收所述工作电压；
第二输入端，用于接收所述测试电压；
第三输入端，用于接收模式切换指令的电压信号；
开关二极管，其阳极电连接所述第一输入端，其阴极电连接所述第二输入端，同时其阴极还作为所述检测单元的输出端；
开关晶体管，其漏极电连接所述开关二极管的阳极，其源极电性接地，其控制端电连接所述第三输入端。
5.如权利要求4所述的LED背光驱动电路，其特征在于：
在正常模式下，所述检测单元的第一输入端接收工作电压；
在测试模式下，所述检测单元的第二输入端接收测试电压；
根据所述模式切换指令的电压信号，所述开关晶体管导通，使所述检测单元从正常模式切换到测试模式。
6.如权利要求4或5所述的LED背光驱动电路，其特征在于：
在测试模式下，所述检测单元输出变化的测试电压，使所述LED灯串流经的电流逐渐减小，所述LED灯串负端的电压由此逐渐增大。
7.如权利要求1所述的LED背光驱动电路，其特征在于：
针对单颗LED所需电压为6V的情况，所述阈值电压设置为9V。
8.一种如权利要求1至7任意一项所述的LED背光驱动电路的故障检测方法，包括以下步骤：
S100、向检测单元的第三输入端提供模式切换指令的电压信号，使得检测单元切换到测试模式；
S200、向检测单元的第二输入端提供变化的测试电压，使流经各LED灯串的电流逐渐减小，各LED灯串负端的电压由此逐渐增大；
S300、当某一LED灯串负端的电压超过阈值电压时，驱动芯片断开与此LED灯串的电路连接；
S400、根据LED灯串熄灭情况，判断LED灯串故障。
9.如权利要求8所述故障检测方法，其特征在于：
在所述步骤S400中，如果只有一个LED灯串熄灭，其余LED灯串发光，则判定该LED灯串中有LED短路。
10.如权利要求8所述故障检测方法，其特征在于：
在所述步骤S400中，如果只有一个LED灯串发光，其余LED灯串熄灭，则判定该LED灯串中有LED虚开。
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