CN107527578B - 精确量化上电时序的led屏幕测试电源控制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路及方法，控制电路包括MCU，MCU的输出端分别与DC/DC电源模块、DAC数模转换器连接，DAC数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端连接，运算放大器AMP1的正相输入端与分压电路连接，运算放大器AMP1的输出端与MOS管的一个输入端连接，所述DC/DC电源模块的输出端与MOS管的另一个输入端连接，所述MOS管的第三端为输出端，输出电压Vout，DAC数模转换器根据MCU的控制向运算放大器AMP1输入电压控制波形，电压控制波形包括LED屏幕供电电源要求的电压值和上电时间Tset，运算放大器AMP1对接收的电压控制波形进行线性放大并输出至MOS管，DC/DC电源模块根据MCU的控制向MOS管输出电压Vdc。

Description

精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路及方法
技术领域
本发明涉及LED驱动技术领域，具体地指精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路及方法。
背景技术
LED屏幕测试过程中，经常需要多路供电。不同路电源用途和输出值均有差异。使用过程中，经常要求不同路的供电电源在上电时精确控制时序。而现有的电源设备，无论是开关电源还是线性稳压源，上电时间及波形均依赖于固定的硬件参数。常用的解决办法是在电源的输出端口上设计开关电路，用PWM方式控制开关导通，结合输出电容滤波来控制上电时间。这种控制方式的缺点有：
(1)上电时间控制依赖于电容参数，电容误差大，上电时间不够精确；
(2)同一组控制参数，实际的控制精度随输出电压、负载电流不同而不同，直接导致载相同的控制参数、不同负载下，上电时间不同。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路及方法，可以对上电时间精确控制，从而对不同路电压之间的时序精确配置。
为实现上述目的，本发明所设计的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，包括MCU，其特殊之处在于，所述MCU的输出端分别与DC/DC电源模块、DAC数模转换器连接，所述DAC数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端连接，所述运算放大器AMP1的正相输入端与分压电路连接，所述运算放大器AMP1的输出端与MOS管的一个输入端连接，所述DC/DC电源模块的输出端与MOS管的另一个输入端连接，所述MOS管的第三端为输出端，输出电压Vout，所述DAC数模转换器根据MCU的控制向运算放大器AMP1输入电压控制波形，所述电压控制波形包括LED屏幕供电电源要求的电压值和上电时间Tset，所述运算放大器AMP1对接收的电压控制波形进行线性放大并输出至MOS管，所述DC/DC电源模块根据MCU的控制向MOS管输出电压Vdc。
进一步地，所述分压电路由第一分压电阻R1和第二分压电阻R2构成，所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2根据输出电压Vout、DAC数模转换器的输出值Vdac和上电时间Tset设定。
更进一步地，所述DC/DC电源模块向MOS管输出电压Vdc与输出电压Vout之间具有压差，所述压差不大于2V。
更进一步地，所述DC/DC电源模块、DAC数模转换器、运算放大器AMP1、MOS管组成一个供电单元，每一个供电单元的输出电压Vout与LED屏幕的一路电源连接，所述MCU同时控制若干个供电单元。
更进一步地，所述MCU向每个供电单元输出的电压控制波形相同或者不同。
更进一步地，所述输出电压Vout为负电压时，数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端之间设置有反向运算放大器AMP2及反向分压电路。
更进一步地，所述反向分压电路包括第一反向分压电阻R6、第二反向分压电阻R7。
一种用于上述精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路的方法，其特殊之处于，包括如下步骤：
1)根据输出电压Vout的值设置DC/DC电源模块输出电压Vdc，所述LED屏幕供电电源要求的电压值＝输出电压Vout；
2)根据输出电压Vout的值和放大比例b设置DAC数模转换器的输出值Vdac，Vout＝b*Vdac，根据LED屏幕供电电源要求的上电时间Tset设置波形斜率a，a＝Vdac/Tset；
3)MCU向DC/DC电源模块输出电压，向DAC数模转换器输出电压控制波形；
4)所述DAC数模转换器根据电压控制波形输出Vdac，所述运算放大器AMP根据DAC数模转换器的输出值Vdac和分压电路将线性放大，并输出至MOS管；
5)所述DC/DC电源模块向MOS管输出输出电压，所述MOS管根据DAC数模转换器的输出值输出输出电压Vout。
优选地，所述步骤1)中所述DC/DC电源模块输出电压Vdc＝输出电压Vout+压差，所述压差不大于2V。
优选地，所述分压电路中第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值满足1+R1/R2＝a。
本发明较现有技术的有益之处在于：
(1)本发明可以对上电时间精确控制，从而对不同路电压之间的时序精确配置；
(2)本发明所提出的电源结构，主功率器件MOS管工作于线性稳压状态，利用这种线性稳压特性可以很好的滤除DC/DC中的低频噪声，起到滤波作用。在很多屏幕测试场合，屏幕对于电压的低纹波要求越来越高，纯粹的DC/DC电源很难满足要求。而本方案所提供的电路不但可以精确控制上电时序，而且对DC/DC纹波起到抑制效果，极大地提高电压质量；
(3)本发明可以灵活控制MOS管前后的压差，从而最大限度的减小功耗；很多线性稳压电路功耗较大，本发明所提出的电路可以灵活控制最终输出电压和输入的DC/DC电压的压差，将电路的功耗降到最低，实现低压差线性稳压，降低功耗成本，提高电路可靠性。
附图说明
图1为本发明精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路的电路示意图。
图2为本发明第一个实施例的输出波形示意图。
图3为本发明第二个实施例的电路示意图。
图4为本发明第三个实施例的电路示意图。
图5为本发明第四个实施例的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明所提供的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，包括MCU、DC/DC电源模块、DAC数模转换器、运算放大器AMP1、MOS管。MCU的输出端分别与DC/DC电源模块、DAC数模转换器连接，DAC数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端连接，运算放大器AMP1的正相输入端与分压电路连接。分压电路由第一分压电阻R1和第二分压电阻R2构成，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2根据输出电压Vout、DAC数模转换器的输出值Vdac和上电时间Tset设定。
运算放大器AMP1的输出端与MOS管的G极连接，DC/DC电源模块的输出端与MOS管的D极连接，MOS管的S极为输出端，输出电压Vout，DAC数模转换器根据MCU的控制向运算放大器AMP1输入电压控制波形，电压控制波形包括LED屏幕供电电源要求的电压值和上电时间Tset，运算放大器AMP1对接收的电压控制波形进行线性放大并输出至MOS管，DC/DC电源模块根据MCU的控制向MOS管输出电压Vdc。DC/DC电源模块向MOS管输出电压Vdc与输出电压Vout之间具有压差，压差不大于2V。
本发明的第一个实施例如图1所示，为单路电源控制电路。其中，DC/DC电源模块为可调节输出的开关电源；DAC数模转换器在MCU控制之下，生成控制波形，此处为从零起始，沿斜坡爬升至某一设定值，并保持此设定值；运算放大器AMP1驱动MOS管MOSFET；MOSFET作为主功率器件，承担电流放大功能。
运算放大器AMP1与MOS管组成放大电路，将DAC数模转换器生成的斜坡波形按照设定比例放大。上电时，电压输出从0开始，按照DAC数模转换器设定的斜率爬升至规定电压值，并保持在此电压值上。这个爬升时间将严格复现DAC数模转换器的波形，从而实现对电源上电时间的严格控制。
MCU控制DAC数模转换器和DC/DC电压模块的输出。例如，当LED屏幕供电电源要求的电压值为24V时，则设定输出电压值Vout＝24V，MCU控制DC/DC电源模块输出Vdc略高于Vout，Vdc＝26V。使得最终输出Vout与MOS管S极电压形成一定压差(此处为2V)。当DC/DC电压模块达到设定的值Vdc＝26V后，再控制DAC数模转换器生成斜坡波形，此斜坡波形从零开始，沿某一斜率达到设定值Vdac。Vdac与Vout的关系为：Vout＝Vdac*(1+R1/R2)。DAC数模转换器生成的斜坡波形的斜率a＝Vdac/Tset。Tset即此一路电源的上电时间10ms。将放大比例b为10，则Vdac＝Vout/10＝2.4V。波形如图2所示。
本发明的第二个实施例如图3所示，为单路正电压输出控制电路。MCU控制DAC数模转换器电压输出，运算放大器AMP1驱动MOS管。MOS管作为功率器件控制电源输出的电流。第一分压电阻R1和第二分压电阻R2构成分压网络，与DAC数模转换器提供的参考电压一起控制运放AMP1的输出。整个电路构成一个输出电压程控可调的线性稳压器。这里，MOS管使用P沟道器件，运算放大器AMP1的输出端与P-MOS管的G极连接，DC/DC电源模块的输出端与MOS管的D极连接，MOS管的S极为输出端，输出电压Vout可以使得运算放大器AMP1和MOS管使用同一个输入电压源(DC/DC)，节省成本。
本发明的第三个实施例如图4所示，为单路负电压输出控制电路。输出电压Vout为负电压时，数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端之间设置有反向运算放大器AMP2及反向分压电路。MCU控制DAC数模转换器电压输出反向运算放大器AMP2将DAC数模转换器输出的正电压反向，输出负电压作为运算放大器AMP1的参考电压；运算放大器AMP1驱动MOS管，MOS管作为功率器件控制电源输出的电流。第一分压电阻R1和第二分压电阻R2构成分压网络，与反向运算放大器AMP2提供的参考电压一起控制运算放大器AMP1的输出。整个电路构成一个输出电压程控可调的线性稳压器。这里，MOS管使用N沟道器件，可以使得运放和MOS管使用同一个输入电压源(DC/DC)，节省成本。
本发明的第四个实施例如图5所示，由DC/DC电源模块、DAC数模转换器、运算放大器AMP1、MOS管组成一个供电单元，每一个供电单元的输出电压Vout与LED屏幕的一路电源连接，MCU同时控制若干个供电单元。MCU向每个供电单元输出的电压控制波形不同。当多路电源同时工作，可将以上单路电源组合，并根据实际要求，分别对每一路电源的上电时间严格设定，形成多路电源之间时序的精确配置。以多路正电压输出为例，电路结构如图5所示。MCU可以根据每个LED屏幕不同的时序要求，控制每个供电单元中DAC数模转换器的输出，各路电压的输出波形将与DAC数模转换器的输入形成一个严格的线性比例关系，作为DAC数模转换器输出波形的线性放大输出。只要提供参考电压波形的各路DAC数模转换器形成一个严格的时序关系，最终的输出就可以遵循严格的时序对应。
本发明还提出一种精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路的方法，适用于上述四种实施方式，具体包括如下步骤：
1)根据输出电压Vout的值设置DC/DC电源模块输出电压Vdc，LED屏幕供电电源要求的电压值＝输出电压Vout；DC/DC电源模块输出电压Vdc＝输出电压Vout+压差，压差不大于2V。
2)根据输出电压Vout的值和放大比例b设置DAC数模转换器的输出值Vdac，Vout＝b*Vdac，根据LED屏幕供电电源要求的上电时间Tset设置波形斜率a，a＝Vdac/Tset。
3)MCU向DC/DC电源模块输出电压，向DAC数模转换器输出电压控制波形。
4)DAC数模转换器根据电压控制波形输出Vdac，运算放大器AMP根据DAC数模转换器的输出值Vdac和分压电路将线性放大，并输出至MOS管；分压电路中第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值满足1+R1/R2＝a。
5)DC/DC电源模块向MOS管输出输出电压，MOS管根据DAC数模转换器的输出值输出输出电压Vout。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以设计出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，包括MCU，其特征在于：所述MCU的输出端分别与DC/DC电源模块、DAC数模转换器连接，所述DAC数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端连接，所述运算放大器AMP1的正相输入端与分压电路连接，所述运算放大器AMP1的输出端与MOS管的一个输入端连接，所述DC/DC电源模块的输出端与MOS管的另一个输入端连接，所述MOS管的第三端为输出端，输出电压Vout，所述DAC数模转换器根据MCU的控制向运算放大器AMP1输入电压控制波形，所述电压控制波形包括LED屏幕供电电源要求的电压值和上电时间Tset，所述运算放大器AMP1对接收的电压控制波形进行线性放大并输出至MOS管，所述DC/DC电源模块根据MCU的控制向MOS管输出电压Vdc；所述分压电路由第一分压电阻R1和第二分压电阻R2构成，所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2根据输出电压Vout、DAC数模转换器的输出值Vdac和上电时间Tset设定。
2.根据权利要求1所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，其特征在于：所述DC/DC电源模块向MOS管输出电压Vdc与输出电压Vout之间具有压差，所述压差不大于2V。
3.根据权利要求1所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，其特征在于：所述DC/DC电源模块、DAC数模转换器、运算放大器AMP1、MOS管组成一个供电单元，每一个供电单元的输出电压Vout与LED屏幕的一路电源连接，所述MCU同时控制若干个供电单元。
4.根据权利要求3所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，其特征在于：所述MCU向每个供电单元输出的电压控制波形相同或者不同。
5.根据权利要求1所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，其特征在于：所述输出电压Vout为负电压时，数模转换器的输出端与运算放大器AMP1的反相输入端之间设置有反向运算放大器AMP2及反向分压电路。
6.根据权利要求5所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路，其特征在于：所述反向分压电路包括第一反向分压电阻R6、第二反向分压电阻R7。
7.一种根据权利要求1所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据输出电压Vout的值设置DC/DC电源模块输出电压Vdc，所述LED屏幕供电电源要求的电压值＝输出电压Vout；
2)根据输出电压Vout的值和放大比例b设置DAC数模转换器的输出值Vdac，Vout＝b*Vdac，根据LED屏幕供电电源要求的上电时间Tset设置波形斜率a，a＝Vdac/Tset；
3)MCU向DC/DC电源模块输出电压，向DAC数模转换器输出电压控制波形；
4)所述DAC数模转换器根据电压控制波形输出Vdac，所述运算放大器AMP根据DAC数模转换器的输出值Vdac和分压电路将线性放大，并输出至MOS管；
5)所述DC/DC电源模块向MOS管输出输出电压，所述MOS管根据DAC数模转换器的输出值输出输出电压Vout。
8.根据权利要求7所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路的方法，其特征在于：所述步骤1)中所述DC/DC电源模块输出电压Vdc＝输出电压Vout+压差，所述压差不大于2V。
9.根据权利要求7所述的精确量化上电时序的LED屏幕测试电源控制电路的方法，其特征在于：所述分压电路中第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值满足1+R1/R2＝a。
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