CN109243379B - 液晶显示装置及多分区led背光的短路保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示装置及多分区LED背光的短路保护方法，包括在点亮背光过程，如果任意两路LED灯条的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值，则判定驱动电压值较低的LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条；在背光正常工作过程，如果驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条。本发明能够有效地提高液晶显示装置的安全性。
Description
本申请是2016年11月29日提出的发明名称为“液晶显示装置及多分区LED背光的短路保护方法”的中国发明专利申请201611076228.4的分案申请。
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，尤其涉及液晶显示装置的多分区背光驱动系统。
背景技术
目前，在电视领域，液晶面板的背光已经几乎全是LED背光。为了提高显示效果，高端电视，例如：ULED电视，一般是采用多分区LED背光，各分区LED背光可以根据显示画面的灰度调整来背光亮度。由于多分区LED背光需要使用多根LED灯条，灯条线数量和LED驱动数量也随之增加；如此一来，容易在生产过程中，由挤线、连焊和元器件失效等问题，导致LED短路的发生概率，相比于普通的LED背光电视，会大大增加。因此，实有必要对ULED电视的多分区LED背光技术进行改进，为多分区LED背光驱动系统更完善的故障保护设计，从而能够在提升效果的同时，能够有效地避免安全问题的产生。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种多分区LED背光的短路保护方法，能够有效地提高液晶显示装置的安全性。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种多分区LED背光的短路保护方法，包括：
使多分区背光驱动系统包括：LED驱动电源；多路LED灯条，各路LED灯条的阳极并接该LED驱动电源提供的驱动电压；微处理器，包括多个驱动单元，每个驱动单元用于控制对应的一路LED灯条的驱动电流；第一MOS管，与对应的LED灯条相连，受控于对应的驱动单元而闭合/断开；电流采样电阻，用于采样对应的LED灯条的驱动电流，提供给该驱动单元；
使每个驱动单元会按照一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高驱动电流，同时减少PWM占空比，使得驱动电流与PWM占空比的乘积能够达到并维持稳定在设定值，以结束点亮背光的启动并进入背光正常工作过程；
在点亮背光过程，如果任意两路LED灯条的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值，则判定驱动电压值较低的LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条；
在背光正常工作过程，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案还包括，提出一种液晶显示装置，包括液晶面板和多分区背光驱动系统，该多分区背光驱动系统包括：LED驱动电源；多路LED灯条，各路LED灯条的阳极并接该LED驱动电源提供的驱动电压；微处理器，包括多个驱动单元，每个驱动单元用于控制对应的一路LED灯条的驱动电流；第一MOS管，与对应的LED灯条相连，受控于对应的驱动单元而闭合/断开；电流采样电阻，用于采样对应的LED灯条的驱动电流，提供给该驱动单元；
其中，每个驱动单元会按照一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高驱动电流，同时减少PWM占空比，使得驱动电流与PWM占空比的乘积能够达到并维持稳定在设定值，以结束点亮背光的启动并进入背光正常工作过程；
在点亮背光过程，如果任意两路LED灯条的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值，则判定驱动电压值较低的LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条；
在背光正常工作过程，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条。
与现有技术相比，本发明通过使每个驱动单元会按照一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高驱动电流，同时减少PWM占空比，使得驱动电流与PWM占空比的乘积能够达到并维持稳定在设定值，在任意两路LED灯条的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值时，可以判定在点亮背光过程出现短路，在驱动电流达到设定的电流保护点时，可以判定在背光正常工作过程出现短路，进而可以在判定短路出现时，通过关断第一MOS管来断开短路的LED灯条，能够有效地提高液晶显示装置的安全性。
附图说明
图1是本发明的液晶显示装置中多分区背光驱动系统的原理框图。
图2是本发明的多分区LED背光的短路保护方法的流程图。
图3是本发明在点亮背光过程中LED灯条的短路保护方法的流程图。
图4是本发明在背光正常工作过程中LED灯条的短路保护方法的流程图。
图5是本发明的液晶显示装置中多分区背光驱动系统的电原理图。
图6是本发明的液晶显示装置中单个LED灯条驱动的电原理图。
图7是本发明在背光正常工作过程中LED灯条的短路保护的触发波形图。
其中，附图标记说明如下：100 多分区背光驱动系统 101 微处理器 102 LD接口103 多路LED驱动芯片 104 单路LED驱动输出单元 105 LED灯条 106 电压电流检测电路；503 多路LED驱动芯片 504 第一MOS管 505 LED灯条 506 电流采样电阻 508 LED驱动电源；5031 第二MOS管 5032 运算放大器；701 正常运行状态 702 短路触发过程 703 设定的电流保护值。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
参见图1，图1是本发明的液晶显示装置中多分区背光驱动系统的原理框图。本发明提出一种液晶显示装置，该液晶显示装置可以是液晶屏，也可以是液晶电视。该液晶显示装置包括液晶面板和为该液晶面板提供背光源的多分区背光驱动系统100。该多分区背光驱动系统100包括：微处理器101,LD（LOCAL DIMMING 动态区域背光调整）接口102，多路LED驱动芯片103，单路LED驱动输出单元104，LED灯条105以及电压电流检测电路106。
参见图2，图2是本发明的多分区LED背光的短路保护方法的流程图。多分区LED背光的短路保护方法包括以下步骤：
S201、使每个驱动单元会按照一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高驱动电流，同时减少PWM( Pulse-width modulation, 脉冲宽度调制)占空比，使得驱动电流与PWM占空比的乘积能够达到并维持稳定在设定值，以结束点亮背光的启动并进入背光正常工作过程；
S202、在点亮背光过程，如果任意两路LED灯条的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值，则判定驱动电压值较低的LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条；以及
S203、在背光正常工作过程，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条。
值得一提的是，上述在点亮背光过程以及在背光正常工作过程的两种短路保护设计，既可以在LED灯条中多数灯短路时，甚至LED灯条正负短路时，及时保护，防止高压大电流冲击烧坏器件、引起起火；也可以在LED灯条中少数灯，甚至一颗灯短路时，断开灯条，防止灯条长时间发热、引起起火。
参见图3，图3是本发明在点亮背光过程中LED灯条的短路保护方法的流程图。在点亮背光过程中LED灯条的短路保护方法包括以下步骤：
S301、LED驱动电路启动，用最小占空比，让各路LED灯条导通；
S302、判断是否存在某路LED灯条的导通电流超过设定的保护电流值，是的话，转步骤S308，否则的话，转步骤S303；
S303、逐步升高驱动电压，各路LED灯条按照压降高低会依次达到设定电流值；
S304、记录各路LED灯达到设定电流值时对应的驱动电压值；
S305、判断是否任意两路LED灯条的与设定电流值时对应的驱动电压值之差超过设定的短路保护电压门槛值，是的话，转步骤S307，否则的话，转步骤S306；
S306、启动结束，进入正常工作状态；
S307、判定与设定电流值时对应的驱动电压值较低的LED灯条存在短路，转步骤S309；
S308、判定导通电流超过设定的保护电流值的LED灯条存在短路，转步骤S309；
S309、断开短路的LED灯条。
参见图4，图4是本发明在背光正常工作过程中LED灯条的短路保护方法的流程图。在背光正常工作过程中LED灯条的短路保护方法包括以下步骤：
S401、如果某路LED灯条出现短路，其压降会降低；
S402、此路灯条的LED驱动单元提高驱动电压来提升灯条的导通电流，同时减少导通占空比；
S403、判断是否此路LED灯条的导通电流超过设定的保护电流值，是的话，转步骤S404，否则的话，转步骤S402；
S404、判定此路LED灯条存在短路；
S405、断开短路的LED灯条。
参见图5，图5是本发明的液晶显示装置中多分区背光驱动系统的电原理图。该多分区背光驱动系统500包括：多路LED驱动芯片503，第一MOS管504，LED灯条505，电流采样电阻506以及LED驱动电源508。
可以理解的是，该多路LED驱动芯片503为微处理器。该多路LED驱动芯片503包括多路驱动单元，能够对多路LED灯条505进行驱动控制。在本实施例中，该多路LED驱动芯片503能够驱动控制16路LED灯条505。在其他实施例中，该多分区背光驱动系统500可以应用在任意LED灯条505数量的LED背光应用，对于LED灯条505的数量超过16路的应用情形，既可以选用处理能力更强的多路LED驱动芯片503，也可以使用多个多路LED驱动芯片503。
该LED驱动电源508可以是任意拓扑结构的DC-DC变换电路或者AC-DC变换电路，用于根据输入电压VIN，提供的驱动电压VLED。该LED驱动电源508能够将驱动电压VLED反馈给到该多路LED驱动芯片503的端口FB1。具体而言，驱动电压VLED是经由电阻Rfb1和电阻Efb2的分压，再经过电阻Rfb3送入端口FB1。
结合参见图6，图6是本发明的液晶显示装置中单个LED灯条驱动的电原理图。单个LED灯条驱动包括：驱动单元5030，第一MOS管504，LED灯条505和电流采样电阻506。
该驱动单元5030相当于图5中多路LED驱动芯片503对应的一个G端口与一个S端口之间的等效电路。在本实施例中，该驱动单元5030包括一个第二MOS管5031和一个运算放大器5032。第一MOS管504和第二MOS管5031为相互串联的两个MOS管，第一MOS管504工作于开关状态，按照PWM控制通断，第二MOS管5031工作于线性状态，受运算放大器5032控制工作在线性区。
利用MOS管线性状态时，漏极电流（即LED电流）Id受驱动电压Vgs控制的特点，可以通过第二MOS管5031来控制LED灯条505的电流。其中，多路LED灯条505的阳极是并联在一起，与LED驱动电源提供的驱动电压VLED相连，各路LED灯条505的阴极与对应的第一MOS管504的漏极相连。在理想状态下，各路LED灯条505是没有压差的，各路LED灯条505在同样电流的情况下所需要的驱动电压是一样的。
该多分区背光驱动系统500在点亮背光过程中实现的LED短路保护的原理大致为：
在点亮背光过程中，先用最小占空比控制第一MOS管504，让各路LED灯条505导通，通过电流采样电阻506检测各路LED灯条505电流，如果电流超过设计保护点电流值，则判断LED灯条505出现短路，驱动单元5030停止启动，防止因短路造成器件损坏、发热、起火。如果LED灯条505电流正常，不触发保护，驱动单元5030继续启动，逐步抬高LED驱动电源508的驱动电压VLED，在驱动电压VLED从初始电压按步上升过程中，各路LED灯条505会按照压降高低依次达到设定电流值，同时记录每路 LED灯条505到达设定电流值时，对应的驱动电压VLED的值，如果任意两路LED灯条505对应的驱动电压VLED的差值，超过设定短路保护电压门槛值，则判定驱动电压VLED的值较低的LED灯条505出现LED短路，通过第一MOS管504断开短路的LED灯条505。其中，这个短路保护电压门槛值可以通过扫描正常背光的LED灯条505的驱动电压差值来由该多路LED驱动芯片503智能确定，也可以设定为固定的电压值。
该多分区背光驱动系统500在背光正常工作过程中实现的LED短路保护的原理大致为：
驱动电压Vgs在启动初始化后，基本保持不变。在LED背光驱动正常工作时，驱动单元5030按照一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高驱动电压Vgs以提高LED电流Id，同时减少PWM占空比，使得每路LED灯条505的电流Id*占空比D保持为设定电流值，达到并维持稳定，参见图7中的正常运行状态701。
如果出现元器件损坏引起的某路LED灯条505短路，这路LED灯条505压降会降低，驱动单元5030会按照前述的一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高存在短路的LED灯条505的电流，同时减少其导通占空比，以防止对应的第一MOS管504由于漏极-源极的压降过高而发热损坏。结合参见图7中的短路触发过程702，当这路LED灯条505电流达到设定的电流保护点703时，则判定为出现短路，通过关断该第一MOS管504断开短路的LED灯条505，防止LED灯条505长时间发热/引起起火，同时避免损坏故障的LED灯条505上的其他正常LED。
与现有技术相比，本发明通过使每个驱动单元5030会按照一定时间间隔、一定电压步长，来尝试提高驱动电流，同时减少PWM占空比，使得驱动电流与PWM占空比的乘积能够达到并维持稳定在设定值，在任意两路LED灯条505的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值时，可以判定在点亮背光过程出现短路，在驱动电流达到设定的电流保护点时，可以判定在背光正常工作过程出现短路，进而可以在判定短路出现时，通过关断第一MOS管504来断开短路的LED灯条505，能够有效地提高液晶显示装置的安全性。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多分区LED背光的短路保护方法，其特征在于，
使多分区背光驱动系统包括：LED驱动电源；多路LED灯条，各路LED灯条的阳极并接该LED驱动电源提供的驱动电压；微处理器，包括多个驱动单元，每个驱动单元用于控制对应的一路LED灯条的驱动电流；第一MOS管，与对应的LED灯条相连，受控于对应的驱动单元而闭合/断开；电流采样电阻，用于采样对应的LED灯条的驱动电流，提供给该驱动单元；
在点亮背光过程，如果任意两路LED灯条达到设定电流值时对应的驱动电压的差值超过设定的保护电压门槛值，则判定驱动电压值较低的LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条；
在背光正常工作过程，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条。
2.依据权利要求1所述的多分区LED背光的短路保护方法，其特征在于，使每个驱动单元包括第二MOS管，该第二MOS管的漏极与该第一MOS管的源极相连，该第二MOS管的源极与该电流采样电阻相连。
3.依据权利要求2所述的多分区LED背光的短路保护方法，其特征在于，使该第一MOS管工作于开关状态；该第二MOS管工作于线性状态。
4.依据权利要求3所述的多分区LED背光的短路保护方法，其特征在于，使每个驱动单元还包括运算放大器，该运算放大器的输出端接该驱动单元的第二MOS管的栅极，该运算放大器的一个输入端与该第一MOS管的栅极相连，该运算放大器的另一个输入端与该电流采样电阻相连。
5.依据权利要求1至4任一项所述的多分区LED背光的短路保护方法，其特征在于，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路具体为：如果某路LED灯条的压降降低，则逐渐升高驱动电压并降低占空比，在驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路。
6.一种液晶显示装置，包括液晶面板和多分区背光驱动系统，其特征在于，该多分区背光驱动系统包括：LED驱动电源；多路LED灯条，各路LED灯条的阳极并接该LED驱动电源提供的驱动电压；微处理器，包括多个驱动单元，每个驱动单元用于控制对应的一路LED灯条的驱动电流；第一MOS管，与对应的LED灯条相连，受控于对应的驱动单元而闭合/断开；电流采样电阻，用于采样对应的LED灯条的驱动电流，提供给该驱动单元；
在点亮背光过程，如果任意两路LED灯条的驱动电压达到设定电流值时对应的差值超过设定的保护电压门槛值，则判定驱动电压值较低的LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条；
在背光正常工作过程，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路，进而可通过关断第一MOS管来断开该路LED灯条。
7.依据权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，每个驱动单元包括第二MOS管，该第二MOS管的漏极与该第一MOS管的源极相连，该第二MOS管的源极与该电流采样电阻相连。
8.依据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，该第一MOS管工作于开关状态；该第二MOS管工作于线性状态。
9.依据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，每个驱动单元还包括运算放大器，该运算放大器的输出端接该驱动单元的第二MOS管的栅极，该运算放大器的一个输入端与该第一MOS管的栅极相连，该运算放大器的另一个输入端与该电流采样电阻相连。
10.依据权利要求6至9任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，如果某路LED灯条的驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路具体为：如果某路LED灯条的压降降低，则逐渐升高驱动电压并降低占空比，在驱动电流达到设定的电流保护点，则判定该路LED灯条出现短路。
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