CN113470585B - 一种防止lcd屏持续黑屏保护电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LCD屏防静电的技术领域，尤其涉及一种防止LCD屏持续黑屏保护电路及方法。包括LCD接口模块、电源开关模块和MCU控制模块；电源开关模块的输入端和输出端分别与供电电源、LCD屏电源端连接，控制端与MCU控制模块的使能端连接；MCU控制模块的使能端还与LCD屏电源端连接；MCU控制模块设置有两个信号端，两信号端分别与LCD屏两个通信端口连接，持续向LCD屏发送指令信号并监测LCD屏的应答信号；MCU控制模块控制电源开关模块打开对LCD屏的供电，并在应答信号终止或异常时，关断电源开关模块并通过使能端对LCD屏进行放电后重启。本发明能够有效的解决LCD屏容易受静电干扰而出现持续黑屏的问题，提高LCD屏使用时的可靠性，增加产品特别是车载LCD屏的市场竞争力。

Description

一种防止LCD屏持续黑屏保护电路及方法
技术领域
本发明涉及LCD屏防静电的技术领域，尤其涉及一种防止LCD屏持续黑屏保护电路及方法。
背景技术
液晶显示屏，英文简称为LCD屏(Liquid Crystal Display)，是属于平面显示器的一种，其用于电视机及计算机的屏幕显示，该显示屏的优点是耗电量低、体积小、辐射低，因此受到了广泛的应用。随着电子设备厚度的减小，容易增加LCD屏由于静电干扰问题引起软失效的风险，而软失效导致的黑屏现象非常影响用户体验。
当前，传统的LCD屏防静电方案，能够抵抗正负8KV以下的静电干扰，但当LCD屏遭受到正负15KV和25KV等级的静电干扰时，容易出现一直黑屏的现象，极大的影响了用户的使用体验。
发明内容
本发明为解决LCD屏受较强静电干扰时容易出现一直黑屏现象的技术问题，提供一种防止LCD屏持续黑屏保护电路及方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种防止LCD屏持续黑屏保护电路，包括LCD接口模块、电源开关模块和MCU控制模块；所述LCD接口模块包括有多个稳压组件；各所述稳压组件分别与LCD屏各接口连接；所述电源开关模块的输入端和输出端分别与供电电源、LCD屏电源端连接，控制端与所述MCU控制模块的使能端连接；所述MCU控制模块的使能端还与LCD屏电源端连接；所述MCU控制模块设置有两个信号端，两所述信号端分别与所述LCD屏两个通信端口连接，持续向LCD屏发送指令信号并监测LCD屏的应答信号；所述MCU控制模块控制电源开关模块打开对LCD屏的供电，并在应答信号终止或异常时，关断电源开关模块并通过使能端对LCD屏进行放电后重启；
所述电源开关模块包括MOS管和三极管；所述MOS管的源极和漏极分别与供电电源、LCD屏电源端连接，栅极通过第一分压电阻与所述MOS管的源极连接；所述三极管发射极接地，集电极通过第二分压电阻与所述MOS管的栅极连接，且基极与所述MCU控制模块的使能端连接；所述MCU控制模块的使能端与三极管基极之间设置有第三分压电阻和第四分压电阻；所述MCU控制模块的使能端通过第三分压电阻和第四分压电阻的串接电路接地，所述三极管的基极连接在所述第三分压电阻和第四分压电阻之间的节点；所述三极管的基极还通过滤波电容与地线连接。
进一步的，所述LCD屏电源端与MCU控制模块的使能端之间串接有限流电阻和第一二极管；所述第一二极管的阳极通过限流电阻与所述LCD屏电源端连接，阴极与所述MCU控制模块的使能端连接。
进一步的，所述MOS管为NMOS管；所述三极管为NPN型三极管。
进一步的，所述MOS管的源极和栅极之间串接有第一电容。
进一步的，所述稳压组件包括TVS管；所述LCD屏电源端和两个通信端口分别通过TVS管接地；所述LCD屏的通信端口还分别通过上拉电阻与供电电源连接。
进一步的，所述LCD接口模块还包括有电容组件，所述LCD屏的电源端通过电容组件与地线连接；所述电容组件设置有多个电容。
进一步的，所述MCU控制模块的使能端在LCD屏正常状态下输出高电平；在LCD屏的应答信号出现异常时，MCU控制模块进行重启操作，其中，重启操作包括将使能端的输出调整为低电平，并在持续预设时间后重新输出高电平。
本发明还提供一种防止LCD屏持续黑屏保护方法，其应用于上述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，所述方法包括：
使能电源开关模块，LCD屏上电；
对LCD屏进行初始化；
周期性向LCD屏发送刷新指令，接收并监测LCD屏应答信号；
判断是否接收到应答信号且应答信号正常；
若是，持续向LCD屏发送周期性刷新指令并监测；
若否，进行LCD屏断电重启操作。
本发明采用LCD接口模块为LCD屏提供基础的静电干扰防护，而利用MCU控制模块控制LCD屏的供电与断电，其周期性检测LCD屏响应，当LCD屏处于宕机、黑屏状态下，对LCD屏断电后快速放电并重启，从而解决LCD屏因受较强静电干扰而持续黑屏的问题。该电路简单有效，器件成本低，应用该电路的LCD屏抗干扰能力强，EMC性能好，该电路能够有效的解决LCD屏容易受静电干扰而出现持续黑屏的问题，提高LCD屏使用时的可靠性，增加产品特别是车载LCD屏的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例中防止LCD屏持续黑屏保护电路的电路结构图。
图2为本发明实施例防止LCD屏持续黑屏保护方法的步骤流程图。
其中：
LCD接口模块为10，电源开关模块为20，MCU控制模块为30。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
图1示出了本实施例中防止LCD屏持续黑屏保护电路的电路结构图。
如图1所示，本实施例提供一种防止LCD屏持续黑屏保护电路，具体的，该保护电路包括LCD接口模块10、电源开关模块20和MCU控制模块30，其中，LCD接口模块10的作用是为LCD屏提供基本的防静电干扰功能；LCD电源开关模块20的作用是控制LCD屏的电源端VCC供电，以及保证在关断LCD屏供电时，为LCD屏提供快速放电支路；而MCU控制模块30的作用则是与LCD屏进行通信，控制LCD屏输出的同时，根据LCD屏的应答情况，为电源开关模块20提供控制信号。
在具体的连接以及器件布局方面，LCD接口模块10包括有多个稳压组件，各稳压组件分别与LCD屏各接口连接，用于在低静电干扰情景下，将LCD屏各接口的电压钳制在LCD屏能够承受的电压值内。
在电源开关模块20方面，电源开关模块20的输入端和输出端分别与供电电源、LCD屏电源端VCC连接，其控制端与MCU控制模块30的使能端连接。同时，为了保证LCD屏断电时的快速放电，MCU控制模块30的使能端还与LCD屏电源端VCC连接。MCU控制模块30设置有两个信号端，两信号端分别与LCD屏两个通信端口连接，持续向LCD屏发送指令信号并监测LCD屏的应答信号，优选的，MCU控制模块30采用I2C总线(Inter－Integrated Circuit，双向二线制同步串行)或SPI总线(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与LCD屏进行通信连接。在本实施例中，MCU控制模块30采用I2C总线与LCD屏连接。工作时，MCU控制模块30控制电源开关模块20打开对LCD屏的供电，并在应答信号终止或异常时，关断电源开关模块20并通过使能端对LCD屏进行放电后重启。
具体的，其异常判断的原理在于，当LCD屏正常工作时，如果受到较高的静电电压干扰，静电电压会被稳压组件钳压到LCD屏可承受的电压值以内，但是由于静电电压较大，静电放电时产生的电磁干扰比较强，LCD屏通常由于受此强电磁干扰而导致LCD屏内的驱动芯片处于宕机状态，从而出现黑屏现象。因此，本实施例中，MCU控制模块30每隔一定时间，周期性地通过I2C总线对LCD屏进行刷新操作，向LCD屏发送指令并监测应答信号，刷新时若LCD屏的驱动芯片无反应，造成MCU没有接收到LCD屏的应答信号，则MCU判定LCD屏工作异常，并进行断电重启操作。
本实施例的好处在于，该防止LCD屏持续黑屏保护电路采用LCD接口模块10为LCD屏提供基础的静电干扰防护，而利用MCU控制模块30控制LCD屏的供电与断电，其周期性监测LCD屏响应，当LCD屏处于宕机、黑屏状态下，对LCD屏断电后快速放电并重启，从而解决LCD屏因受较强静电干扰而持续黑屏的问题。该电路简单有效，器件成本低，应用该电路的LCD屏抗干扰能力强，EMC性能好，该电路能够有效地解决LCD屏容易受静电干扰而出现持续黑屏的问题，提高LCD屏使用时的可靠性，增加产品特别是车载LCD屏的市场竞争力。
请一并参阅图1，以下提供本实施例的一些具体实施方式。
在一些实施方式中，为了保证LCD屏的放电可靠性，LCD屏电源端VCC与MCU控制模块30的使能端之间串接有限流电阻R5和第一二极管D1，其中，第一二极管D1的阳极通过限流电阻R5与LCD屏电源端VCC连接，阴极与MCU控制模块30的使能端连接。当LCD屏出现异常断电时，其电源端VCC处电容所积蓄的电量能够通过限流电阻R5和第一二极管D1快速放掉。
电源开关模块方面，在一些实施方式中，电源开关模块包括MOS管Q1和三极管Q2，其中，MOS管Q1的源极和漏极分别与供电电源、LCD屏电源端VCC连接，栅极通过第一分压电阻R1与MOS管Q1的源极连接。另外，三极管Q2发射极接地，集电极通过第二分压电阻R2与MOS管Q1的栅极连接，且基极与MCU控制模块30的使能端连接。通过上述结构，电源开关模块实现与MCU控制模块30实现控制连接，即当MCU控制模块30的使能端根据启闭需求输出相应信号时，电源开关模块能够通过MOS管Q1和三极管Q2的配合，实现供电电源与LCD屏电源端VCC之间的导通与关断。
优选的，在本实施例中，MOS管Q1为NMOS管Q1；三极管Q2为NPN型三极管Q2。同样优选的，MOS管Q1的源极和栅极之间还串接有第一电容C1。其中，第一电容C1的作用是保证电源开关模块在接收到导通信号后，能够实现缓慢导通。
另外的，MCU控制模块30的使能端与三极管Q2基极之间设置有第三分压电阻R3和第四分压电阻R4，MCU控制模块30的使能端通过第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的串接电路接地，三极管Q2的基极连接在第三分压电阻R3和第四分压电阻R4之间的节点；三极管Q2的基极还通过滤波电容C2与地线连接。
在LCD接口模块10方面，一些实施方式中，稳压组件包括TVS管(TransientVoltage Suppressor，瞬态二极管)，具体的，LCD屏电源端VCC和两个通信端口分别通过TVS管D2、D3、D4接地，为了保证电压的稳定，LCD屏的通信端口还分别通过上拉电阻与供电电源连接。
优选的，LCD接口模块10还包括有电容组件，LCD屏的电源端VCC通过电容组件与地线连接，电容组件设置有多个电容。在本实施例中，电容组件为电容，其数量设置为三个，三个电容相并联，且LCD屏的电源端VCC分别通过三个电容接地。
在一些实施例中，MCU控制模块30通过使能端的输出信号来对LCD屏进行控制。具体的，MCU控制模块30的使能端在LCD屏正常状态下输出高电平。而在LCD屏的应答信号出现异常时，MCU控制模块30进行重启操作，其中，重启操作包括将使能端的输出调整为低电平，并在持续预设时间后重新输出高电平。
请参阅图1，为了更好的使用体验，提供本实施例中保护电路具体的工作步骤，具体如下：
(1)当在启动LCD屏，且其未受静电干扰而正常工作时：
系统上电，供电电源VDD的电压稳定后，MCU控制模块30开始工作。首先，MCU控制模块30使能端，即端口GPIO1输出高电平，该高电平经过第三分压电阻R3和第四分压电阻R4的分压以及第二滤波电阻C2后，传输到三极管Q2的基极，使得三极管Q2饱和导通，此时，供电电源VDD对第一电容C1开始充电，当第一电容C1两端的电压达到MOS管Q1的导通阈值后，MOS管Q1开始慢慢导通，使得供电电源VDD经过MOS管Q1后开始向LCD屏输出。慢慢对电容C3、C4和C5充电，避免了电源VDD对电容C3、C4和C5快速充电而导致电源VDD电压下降。当电容C1两端的电压达到电阻R1和R2设定的分压值后，电容C1将停止被充电，LCD屏的VCC供电引脚获得稳定电压后，LCD屏开始工作。
正常工作后，MCU的两个信号端，即SDA1端口和SCL1端口，通过I2C总线输出相关通信指令信号，该指令信号分别通过两个限流电阻R6、R7后传输到LCD屏的两个通信端口，即SDA引脚和SCL引脚，LCD屏在接收该命令后，在SDA引脚上输出一个应答信号，同时LCD屏执行该命令，使LCD屏上显示相关内容。当MCU控制模块30接收到LCD屏的应答信号后，MCU判断出LCD屏工作正常。MCU控制模块30每隔一定时间后，周期性地通过I2C总线对LCD屏进行刷新操作，若MCU控制模块30能够正常接收到LCD屏的应答信号，则判定LCD屏是正常工作的，此时，MCU控制模块30的使能端，即GPIO1端口会一直输出高电平，使LCD屏的电源端VCC引脚上的电压一直保持稳定。
(2)当LCD屏受到较低的静电电压干扰时：
当LCD屏正常工作时，如果受到较低的静电电压干扰，例如，该静电干扰不大于8KV，静电电压会被SDA、SCL、VCC引脚信号上的TVS管D2、D3、D4钳压到LCD屏可承受的电压值以内，另外，由于静电电压较小，静电放电时产生的电磁干扰比较弱，LCD屏能够继续正常工作。
(3)LCD屏受到较高的静电电压干扰而出现LCD屏黑屏时：
当LCD屏正常工作时，如果受到较高的静电电压干扰，例如该静电干扰大于15KV，静电电压在SDA、SCL、VCC引脚信号上的TVS管D2、D3、D4钳压到LCD屏可承受的电压值以内，但是由于静电电压较大，静电放电时产生的电磁干扰比较强，LCD屏容易由于受此强电磁干扰而导致LCD屏内的驱动芯片处于宕机状态，从而出现黑屏现象。
此时，本实施例的MCU控制模块30每隔一定时间，周期性地通过I2C总线对LCD屏进行刷新操作，当刷新时，LCD屏的驱动芯片无反应，MCU控制模块30没有接收到LCD屏的应答信号，此时，MCU判定LCD屏工作异常，随后MCU将对LCD屏进行如下的重启操作。
具体的重启操作包括：
首先，MCU控制模块30使其使能端GPIO1端口输出低电平，并使该低电平维持预设时间，在此段时间内，该低电平经过第三分压电阻R3、第四分压电阻R4和滤波电容C2后传输到三极管Q2的基极，使得三极管Q2截止，而MOS管Q1的栅极和源极两端的电压差几乎为0V。此时，MOS管Q1不导通，LCD屏的VCC引脚上的电压开始下降，其并接的电容开始放电。放电过程中，由于MCU控制模块30的使能端GPIO1端口输出低电平，LCD屏电源端VCC并接的电容上的电压经过限流电阻R5和二极管D1后快速放电，则LCD屏的VCC引脚上的电压快速降为0V，LCD屏开始停止工作。
预设时间后，MCU控制模块使GPIO1端口输出高电平，该高电平使能电源开关模块20，使供电电源VDD经过MOS管Q1后向LCD屏的电源端VCC供电，此时，LCD屏重新开始工作；同样的，在LCD屏重新启动后，MCU通过信号端口对LCD屏通信连接，并监控其是否正常运行。若MCU控制模块30判定LCD屏是正常工作的，此时其使能端，GPIO1端口会一直输出高电平，则LCD屏的VCC引脚上的电压一直保持稳定；反之，MCU控制模块认为LCD屏工作异常，则将对LCD屏进行上述中的重启操作。
请参阅图2，图2示出了本实施例防止LCD屏持续黑屏保护方法的步骤流程图。
如图2所示，本实施例还提供一种防止LCD屏持续黑屏保护方法，其应用于上述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，该方法具体包括：
S1、MCU控制模块30使能电源开关模块20，LCD屏上电；
S2、MCU控制模块30通过通信接口向LCD屏发送通讯指令，对LCD屏进行初始化；
S3、MCU控制模块30周期性向LCD屏发送刷新指令，接收并监测LCD屏应答信号；
S4、判断是否接收到应答信号且应答信号正常；
若是，持续向LCD屏发送周期性刷新指令并监测；
若否，进行LCD屏断电重启操作。
该方法基于上述保护电路，其对LCD屏进行持续通讯，判断LCD屏是否出现黑屏状态，若出现黑屏状态则对LCD屏进行重启操作，从而在保证LCD屏具有一定防静电干扰能力的情况下，解决LCD屏因受较强静电干扰而持续黑屏的问题，提高LCD屏产品的可靠性。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，包括LCD接口模块(10)、电源开关模块(20)和MCU控制模块(30)；所述LCD接口模块(10)包括有多个稳压组件；各所述稳压组件分别与LCD屏各接口连接；所述电源开关模块(20)的输入端和输出端分别与供电电源、LCD屏电源端连接，控制端与所述MCU控制模块(30)的使能端连接；所述MCU控制模块(30)的使能端还与LCD屏电源端连接；所述MCU控制模块(30)设置有两个信号端，两所述信号端分别与所述LCD屏两个通信端口连接，持续向LCD屏发送指令信号并监测LCD屏的应答信号；所述MCU控制模块(30)控制电源开关模块(20)打开对LCD屏的供电，并在应答信号终止或异常时，关断电源开关模块(20)并通过使能端对LCD屏进行放电后重启；
所述电源开关模块包括MOS管(Q1)和三极管(Q2)；所述MOS管(Q1)的源极和漏极分别与供电电源、LCD屏电源端连接，栅极通过第一分压电阻(R1)与所述MOS管(Q1)的源极连接；所述三极管(Q2)发射极接地，集电极通过第二分压电阻(R2)与所述MOS管(Q1)的栅极连接，且基极与所述MCU控制模块(30)的使能端连接；所述MCU控制模块(30)的使能端与三极管(Q2)基极之间设置有第三分压电阻(R3)和第四分压电阻(R4)；所述MCU控制模块(30)的使能端通过第三分压电阻(R3)和第四分压电阻(R4)的串接电路接地，所述三极管(Q2)的基极连接在所述第三分压电阻(R3)和第四分压电阻(R4)之间的节点；所述三极管(Q2)的基极还通过滤波电容(C2)与地线连接。
2.根据权利要求1所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，所述LCD屏电源端与MCU控制模块(30)的使能端之间串接有限流电阻(R5)和第一二极管(D1)；所述第一二极管(D1)的阳极通过限流电阻(R5)与所述LCD屏电源端连接，阴极与所述MCU控制模块(30)的使能端连接。
3.根据权利要求1所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，所述MOS管(Q1)为NMOS管；所述三极管(Q2)为NPN型三极管。
4.根据权利要求1所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，所述MOS管(Q1)的源极和栅极之间串接有第一电容(C1)。
5.根据权利要求1所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，所述稳压组件包括TVS管；所述LCD屏电源端和两个通信端口分别通过TVS管(D2、D3、D4)接地；所述LCD屏的通信端口还分别通过上拉电阻与供电电源连接。
6.根据权利要求5所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，所述LCD接口模块(10)还包括有电容组件，所述LCD屏的电源端通过电容组件与地线连接；所述电容组件设置有多个电容。
7.根据权利要求1-6任一项所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，其特征在于，所述MCU控制模块(30)的使能端在LCD屏正常状态下输出高电平；在LCD屏的应答信号出现异常时，MCU控制模块(30)进行重启操作，其中，重启操作包括将使能端的输出调整为低电平，并在持续预设时间后重新输出高电平。
8.一种防止LCD屏持续黑屏保护方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的防止LCD屏持续黑屏保护电路，所述方法包括：
使能电源开关模块(20)，LCD屏上电；
对LCD屏进行初始化；
周期性向LCD屏发送刷新指令，接收并监测LCD屏应答信号；
判断是否接收到应答信号且应答信号正常；
若是，持续向LCD屏发送周期性刷新指令并监测；
若否，进行LCD屏断电重启操作。
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