CN114141207B - 一种恒流背光器及平衡电感 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种恒流背光器,包括:电能输入电路;包括n个电感线圈的平衡电感,其中,n个电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,各个电感线圈分别绕制对应于电感线圈的匝数,并且n个电感线圈的第一端均与电能输入电路连接;分别与n个电感线圈的第二端连接的n路背光电路,n为不小于2的正整数。应用本申请的方案,通过平衡电感实现了n路背光电路的电流控制,成本较低,也不会出现传统方案中由于采用多个背光控制芯片而导致的体积大,易受干扰、损耗大等问题。本申请还提供了一种平衡电感,具有相应技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域,特别是涉及一种恒流背光器及平衡电感。
背景技术
近年来,随着人们生活品质的提高,大尺寸、高清、高亮成为显示产品的发展趋势之一,背光模组中LED亮度是提升整机亮度的重要方法,因此LED的数量也越来越多。但是,多颗LED的使用必然采用串联或并联的方式,而由于LED的数量众多,为了安全考虑,不会采用一串到底的设计,通常采用的是多路的并联设计。
在传统方案中,一般采用多个背光控制芯片来控制多路灯条,实现各路的电流控制。但是,这样的方案板卡设计面积偏大,不利于系统散热,每多并联一串灯条,便需要多一路控制芯片来控制。并且,多个背光控制芯片并联使用时,容易产生相互之间的干扰,例如启动时会出现不同区域先后点亮、开机闪屏等现象。此外,多个背光控制芯片驱动控制所需要的MOS及二极管数量多,导致板卡效率偏低,损耗很大。
综上所述,如何有效地实现多路灯条的电流控制,又不会出现多个背光控制芯片所带来的体积大,易受干扰、损耗大等问题,是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种恒流背光器及平衡电感,以有效地实现多路灯条的电流控制,又不会出现多个背光控制芯片所带来的体积大,易受干扰、损耗大等问题。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种恒流背光器,包括:
电能输入电路;
包括n个电感线圈的平衡电感,其中,n个所述电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,各个所述电感线圈分别绕制对应于所述电感线圈的匝数,并且n个所述电感线圈的第一端均与所述电能输入电路连接;
分别与n个所述电感线圈的第二端连接的n路背光电路,n为不小于2的正整数。
优选的,所述电能输入电路包括:
整流电路,用于将接收的交流电转换为直流电;
直流变换电路,用于接收所述直流电并进行降压;
原边绕组与所述直流变换电路连接,副边绕组作为所述电能输入电路的输出端的变压器;
所述恒流背光器还包括:
电流检测电路,用于检测n路所述背光电路的总电流;
控制电路,用于根据所述总电流对所述直流变换电路进行反馈控制,以控制所述总电流等于预设的恒流值。
优选的,还包括:
n个整流二极管,n个所述整流二极管的阳极均与所述变压器的副边绕组的第一端连接,所述变压器的副边绕组的第二端接地,n个所述整流二极管的阴极分别与n个所述电感线圈的第一端连接;
n个稳压电容,n个所述稳压电容的第一端分别与n个所述电感线圈的第二端连接,n个所述稳压电容的第二端均接地。
优选的,所述控制电路还用于:
当所述总电流超出预设的过流阈值时,关闭所述恒流背光器。
优选的,还包括:
过压保护电路,用于在n路背光电路中的任意一路过压时,输出过压信号;
开路保护电路,用于在n路背光电路中的任意一路开路时,输出开路信号;
所述控制电路还用于:
当接收到所述过压信号或者所述开路信号时,关闭所述恒流背光器。
优选的,所述控制电路包括:第一比较器,第二比较器,第一电阻,第二电阻,第三电阻,第四电阻,第一二极管,第二二极管,第三二极管,第一开关管,第二开关管,第一电容,耦合器,控制器;
其中,所述第一比较器的正向输入端分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端,所述第一电容的第一端以及所述第二二极管阴极连接,所述第一比较器的负向输入端与第一检测电阻的第一端连接,所述第一比较器的输出端与所述第一二极管阳极连接;所述第一电阻的第一端接收第一电信号;所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端均接地;
所述第二比较器的正向输入端分别与所述第一检测电阻的第一端和所述第三二极管阴极连接,所述第二比较器的负向输入端分别与所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端以及所述第一开关管的第一端连接,所述第二比较器的输出端分别与所述第二二极管阳极和所述第三二极管阳极连接;
所述第三电阻的第一端与第二电源正极连接;所述第四电阻的第二端接地;所述第一开关管的第二端接地,所述第一开关管的控制端用于接收所述过压信号;所述第一二极管的阴极分别与所述第二开关管的第一端以及所述耦合器输入端负极连接;所述第二开关管的第二端接地,所述第二开关管的控制端用于接收所述开路信号;所述耦合器输入端正极与第三电源正极连接,所述耦合器输出端负极接地;
所述第一检测电阻的第一端分别与n路背光电路连接,所述第一检测电阻的第二端接地;
所述控制器与所述耦合器输出端正极连接,用于根据所述耦合器的输出对所述直流变换电路进行反馈控制,以控制所述总电流等于预设的恒流值,并且当所述总电流超出预设的过流阈值时,或者当接收到所述过压信号或者所述开路信号时,关闭所述恒流背光器。
优选的,n路背光电路均包括:
背光灯串;
与所述背光灯串串联的限流电阻,且各个所述限流电阻的第二端均与第一检测电阻的第一端连接,所述第一检测电阻的第二端接地;
相应的,所述开路保护电路,包括:第五电阻,第六电阻,第七电阻,第三开关管,三端网络稳压器,n个开路保护二极管;
其中,所述第五电阻的第一端分别与所述第七电阻的第二端和第四电源正极连接,所述第五电阻的第二端分别与所述第六电阻的第一端和所述三端网络稳压器的控制端连接;所述第七电阻的第一端与所述第三开关管的第二端连接;所述第三开关管的控制端与所述三端网络稳压器的第一端连接,所述第三开关管的第一端作为所述开路保护电路的输出端的;所述三端网络稳压器的第二端接地;所述第六电阻的第二端分别与n个所述开路保护二极管的阳极连接;n个所述开路保护二极管的阴极分别与n路背光电路中的限流电阻的第一端连接。
优选的,还包括:
视频控制器,用于接收视频信号并解码为亮度数据信号;
视频信号转换器,用于根据所述亮度数据信号确定出对应的n路PWM信号;
n路背光电路中均串联设置了用于调光的调光开关管;
所述控制电路还用于:当接收到n路PWM信号时,根据n路PWM信号控制n路背光电路中的所述调光开关管的占空比。
优选的,当所述控制电路为如权利要求6所述的控制电路时,所述控制电路还用于:
当未接收到n路PWM信号时,控制所述第一电信号为第一电压值,当接收到n路PWM信号时,确定出n路背光电路中的所述调光开关管的占空比的平均值,并控制所述第一电信号的幅值等于所述第一电压值,控制所述第一电信号的占空比等于计算出的所述平均值。
一种平衡电感,包括:n层PCB线圈和穿过n层PCB线圈中部的磁芯,并且,n层PCB线圈均以所述磁芯为轴,以相同绕制方式进行绕制。
应用本发明实施例所提供的技术方案,利用平衡电感便可以实现电流控制,成本较低。具体的,本申请的平衡电感包括n个电感线圈,由于n个电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,因此,按照互感原理,该磁芯上的所有电感线圈的电压与绕制匝数成正比,电流则与绕制匝数成反比。以各个电感线圈的绕制匝数均相同为例,当任意1个电感线圈中的电流变化时,其余电感线圈均会产生相同的感应电动势,而由于n个电感线圈均是以相同绕制方式绕制了相同匝数,因此各个电感线圈的电感量相同,也就使得n个电感线圈的电流均相同。可以看出,当各个电感线圈的绕制匝数均相同时,本申请通过平衡电感的设计,实现了n路背光电路的均流。而如果n路背光电路需要不同的电流时,通过调整各个电感线圈的绕制匝数便可以实现。
综上可知,本申请的方案通过平衡电感实现了n路背光电路的电流控制,成本较低,也不会出现传统方案中由于采用多个背光控制芯片而导致的体积大,易受干扰、损耗大等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中恒流背光器的一种结构示意图;
图2为本发明中恒流背光器的另一种结构示意图;
图3为本发明一种具体实施方式中过压保护电路的结构示意图;
图4为本发明一种具体实施方式中控制电路的结构示意图;
图5为本发明另一种具体实施方式中控制电路的结构示意图;
图6为本发明一种具体实施方式中开路保护电路的结构示意图;
图7a为本发明一种具体实施方式中PCB线圈的PCB绘制图;
图7b为本发明一种具体实施方式中平衡电感的骨架结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种恒流背光器,通过平衡电感实现了n路背光电路的电流控制,成本较低,也不会出现传统方案中由于采用多个背光控制芯片而导致的体积大,易受干扰、损耗大等问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参考图1,图1为本发明中一种恒流背光器的结构示意图,该恒流背光器可以包括:
电能输入电路10;
包括n个电感线圈的平衡电感30,其中,n个电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,各个电感线圈分别绕制对应于电感线圈的匝数,并且n个电感线圈的第一端均与电能输入电路10连接;
分别与n个电感线圈的第二端连接的n路背光电路20,n为不小于2的正整数。
电能输入电路10可以接收电能输入并为n路背光电路20供电,具体的电路构成可以根据需要进行设定和调整,通常接收的是交流电输入,并转换为直流电进行输出。
平衡电感30包括n个电感线圈和一个共同的磁芯,n个电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,即除了绕制匝数之外,绕制方向以及与磁芯的间距等影响互感系数的参数均应当是一致的。
各个电感线圈分别绕制对应于该电感线圈的匝数,便于理解先以各个电感线圈所绕制的匝数均相同为例进行说明,在这种情况下,可以有效地实现n路背光电路20的均流。
根据互感原理,当某一个线圈电流发生变化时,在临近的另一线圈中会产生感应电动势,表示为:
E表示绕组两端的感应电动势,M表示互感系数,表示单位时间内电流的变化率。由于n个电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,且绕制匝数相同,因此,不同组的互感系数均相等。即,变化的电流通过L1时,在L2中会产生相同的感应电动势,同理,在L3、L4...Ln中也会产生相同的感应电动势,此处的L1至Ln即依次表示构成平衡电感30的n个电感线圈。
公式(2)中的U表示绕组两端的电压,L表示电感,表示单位时间内电流的变化率。由公式(2)可知,电感线圈的端电压即其电感与的乘积,由于n个电感线圈产生的感应电动势均相同,因此,互感所产生各支路的均相等。由于所有电感线圈均绕制在同一磁芯且绕制匝数一致,因此所有电感线圈的感量均相等,因此可以得出结论:通过平衡电感30的n个电感线圈的电流均相等。
而由于n个电感线圈分别连接n路背光电路20,即n路背光电路20分别串联在n个电感线圈的第二端,因此,通过n路背光电路20的电流均相等,实现了n路背光电路20的均流。
在上文中,各个电感线圈所绕制的匝数均相同,也是实际应用中通常采用的方案,可以实现n路背光电路20的均流。
而根据互感原理,相同磁芯上的所有电感线圈的电压与绕制匝数成正比,电流则与绕制匝数成反比。因此,如果需要不同的电流时,仅需要调整各路电感线圈的绕制匝数,便可以让多路输出不同的电流。例如一种场合中,采用的是三色灯(红、绿、蓝)制作的恒流背光器,由于每种LED灯珠的压降不同,因此各路背光电路20所需要的电压不同,此时,便可以在平衡电感30中通过合理地配置各个电感线圈的绕制匝数,实现三色恒流背光器的工作。
n路背光电路20分别与n个电感线圈串联,具体的电路构成可以根据需要进行设定和调整,通常每一路背光电路20均是由若干LED灯串联构成,当然,后文的实施方式中,还设置有限流电阻和调光开关管。n路背光电路的输入端20分别与n个电感线圈的第二端连接,n路背光电路的输入端接地。
可参阅图2,在本发明的一种具体实施方式中,电能输入电路10包括:
整流电路,用于将接收的交流电转换为直流电;
直流变换电路,用于接收直流电并进行降压;
原边绕组与直流变换电路连接,副边绕组作为电能输入电路10的输出端的变压器;
恒流背光器还包括:
电流检测电路,用于检测n路背光电路20的总电流;
控制电路40,用于根据总电流对直流变换电路进行反馈控制,以控制总电流等于预设的恒流值。
该种实施方式中的电能输入电路10是较为常用的电能输入电路10,整流电路可以接收电网电压,进而整流为直流电。在实际应用中,还可以设置滤波电路以提高电能质量。直流变换电路可以接收直流电并进行降压,即本申请的直流变换电路为降压电路,通过对直流变换电路中的开关管的通断控制,在变压器的原边绕组中可以形成线性变化电流,变压器的副边绕组与原边绕组的耦合也形成线性变化的感应电流。变压器的副边绕组连接平衡电感30,即变压器的副边绕组作为电能输入电路10的输出端,此时平衡电感30中通过的也是线性变化电流。
在前文中,通过平衡电感30,可以控制各路背光电路20之间的电流,例如n个电感线圈的绕制匝数相同时,可以实现n路背光电路20的均流。而该种实施方式中,还通过电流检测电路检测n路背光电路20的总电流,进而使得控制电路40可以根据总电流对直流变换电路进行反馈控制,以控制总电流等于预设的恒流值,即,使得n路背光电路20的总电流能够稳定在预设的恒流值附近,相当于是实现了负载的恒流。
电流检测电路和控制电路40的具体电路构成可以根据实际需要进行设定和调整,能够实现本申请的通过负反馈实现负载恒流的目的即可。
此外可以理解的是,电流检测电路检测n路背光电路20的总电流并向控制电路40输出时,该总电流可以以电压信号体现,也可以以电流信号体现,只要电流检测电路输出的信号能够携带有n路背光电路20的总电流这一信息即可,例如,可以通过电流互感器进行电流检测,又如图2的实施方式中,将第一检测电阻R11串联在n路背光电路20与地之间,使得通过检测第一检测电阻R11的端电压,便可以确定出流经第一检测电阻R11的电流值,该电流值也就是n路背光电路20的总电流。
控制电路40对直流变换电路进行反馈控制时,通过控制直流变换电路的开关频率或者直流变换电路中的开关管的占空比,可以调节负载电流,即调整n路背光电路20的总电流,使得负载电流稳定在预设的恒流值附近。
在本发明的一种具体实施方式中,还可以包括:
n个整流二极管,n个整流二极管的阳极均与变压器的副边绕组的第一端连接,变压器的副边绕组的第二端接地,n个整流二极管的阴极分别与n个电感线圈的第一端连接;
n个稳压电容,n个稳压电容的第一端分别与n个电感线圈的第二端连接,n个稳压电容的第二端均接地。
该种实施方式中,通过设置n个稳压电容可以进行稳压、储能。当直流变换电路中的开关管处于开通状态时,n个稳压电容可以储能,而当直流变换电路中的开关管处于关断状态时,n个稳压电容可以为n路背光电路20供电。而n个整流二极管正向导通,反向截止,可以避免稳压电容的电荷向变压器倒灌,保障直流变换电路有效地实现直流变换的功能。
图2中,用Cw1,Cw2,Cw3...Cwn表示该种实施方式中的n个稳压电容,用Dm1,Dm2,Dm3...Dmn表示该种实施方式中的n个整流二极管。
在本发明的一种具体实施方式中,控制电路40还可以用于:
当总电流超出预设的过流阈值时,关闭恒流背光器。
该种实施方式中,通过控制电路40还可以实现过流保护的功能,从而提高本申请的恒流背光器的可靠性,具体实现过流保护的电路逻辑可以根据需要进行设定和调整。
在本发明的一种具体实施方式中,还可以包括:
过压保护电路,用于在n路背光电路20中的任意一路过压时,输出过压信号;
开路保护电路,用于在n路背光电路20中的任意一路开路时,输出开路信号;
控制电路40还用于:
当接收到过压信号或者开路信号时,关闭恒流背光器。
该种实施方式中,通过控制电路40还可以实现过压保护,进一步地提高了恒流背光器的可靠性。
并且,相较于过流保护和过压保护这两种较为常用的保护,该种实施方式中还会进行开路保护,有效地提高恒流背光器的可靠性。
同样的,过压保护电路和开路保护电路的具体电路构成,以及控制电路40实现过压保护和过流保护的电路逻辑,均可以根据需要进行设定和调整,能够实现本申请的目的即可。
例如图3的实施方式中,是一种较为简单的过压保护电路,通过n个二极管和三个电阻实现。具体的,图3中的n个二极管分别标示为Df1,Df2...Dfn,分别与n路背光电路20连接,例如可以分别连接至n路背光电路20的输入端,图2中,将n路背光电路20的输入端分别标记为LED1+,LED2+,LED3+...LEDn+,同样的,在图3中,将n个二极管的阳极端分别标记为LED1+,LED2+...LEDn+,以表示这n个二极管分别与n路背光电路20连接。图3中的三个电阻分别标示为R31,R32以及R33。在正常情况下,控制电路40的端口FB1为低电平,如果任意1路背光电路20过压,便会通过电阻R31和R32接地,如果让端口FB1的电平超过0.7V,控制电路40便可以确定接收到了过压信号。
在本发明的一种具体实施方式中,控制电路40可以包括:第一比较器U1,第二比较器U2,第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,第四电阻R4,第一二极管D1,第二二极管D2,第三二极管D3,第一开关管Q1,第二开关管Q2,第一电容C1,耦合器41,控制器42。
其中,第一比较器U1的正向输入端分别与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端,第一电容C1的第一端以及第二二极管D2阴极连接,第一比较器U1的负向输入端与第一检测电阻R11的第一端连接,第一比较器U1的输出端与第一二极管D1阳极连接;
第一电阻R1的第一端接收第一电信号,第二电阻R2的第二端和第一电容C1的第二端均接地;
第二比较器U2的正向输入端分别与第一检测电阻R11的第一端和第三二极管D3阴极连接,第二比较器U2的负向输入端分别与第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第一端以及第一开关管Q1的第一端连接,第二比较器U2的输出端分别与第二二极管D2阳极和第三二极管D3阳极连接;
第三电阻R3的第一端与第二电源VCC2正极连接;第四电阻R4的第二端接地;第一开关管Q1的第二端接地,第一开关管Q1的控制端用于接收过压信号的;第一二极管D1的阴极分别与第二开关管Q2的第一端以及耦合器41输入端负极连接;第二开关管Q2的第二端接地,第二开关管Q2的控制端用于接收开路信号;耦合器41输入端正极与第三电源VCC3正极连接,耦合器41输出端负极极地;
第一检测电阻R11的第一端分别与n路背光电路20连接,第一检测电阻R11的第二端接地;
控制器42与耦合器41输出端正极连接,用于根据耦合器41的输出对直流变换电路进行反馈控制,以控制总电流等于预设的恒流值,并且当总电流超出预设的过流阈值时,或者当接收到过压信号或者开路信号时,关闭恒流背光器;
该种实施方式中,以过压信号为高电平信号,开路信号为低电平信号为例进行说明,即正常情况下,未发生过压也未发生开路时,过压保护电路输出的是低电平信号,开路保护电路则输出的是高电平信号。此时,该种实施方式中的第一开关管Q1便需要选取控制端为高电平时导通的开关管,第二开关管Q2则需要选取控制端为低电平时导通的开关管。例如图4的实施方式中,第一开关管Q1选取的是NPN型三极管,而第二开关管Q2选取的是PNP型三极管。
当然,可以理解的是,其他场合中,过压信号可以为低电平信号,则需要相应地调整第一开关管Q1的类型。同样的,开路信号可以为高电平信号,则需要相应地调整第二开关管Q2的类型。
在正常情况下,过压信号为高电平信号,即FB1常置于低电平,开路信号为低电平信号,即FB2常置于高电平。
在正常情况下,当第一比较器U1的正向输入端的电压高于第一比较器U1的负向输入端电压时,第一比较器U1的输出端输出高电平,第一二极管D1正向导通。例如图5的场合中,耦合器41具体选取的是光电耦合器41,则第一比较器U1的输出端输出高电平时,第一二极管D1正向导通,使得通过耦合器41中的二极管的电流减小,进而使得耦合器41初级侧的三极管电流减小,控制器42会根据耦合器41的输出对直流变换电路进行反馈控制,该种实施方式中,此时控制器42可以提高直流变换电路的开关频率或增大直流变换电路中的开关管的占空比,以提高负载电流,即,使得n路背光电路20的总电流上升。
图4中的Isense表示的是电流检测电路的输出端,即图2中的第一检测电阻R11的第一端。由于第一检测电阻R11串联在n路背光电路20与地之间,使得通过检测第一检测电阻R11的端电压,便可以确定出流经第一检测电阻R11的电流值,该电流值也就是n路背光电路20的总电流。
n路背光电路20的总电流上升时,Isense电压便会提高。进而导致当第一比较器U1的正向输入端的电压低于第一比较器U1的负向输入端电压,此时第一比较器U1的输出端输出低电平,第一二极管D1截止,使得通过耦合器41中的二极管的电流增大,进而使得耦合器41初级侧的三极管电流增大,控制器42会根据耦合器41的输出对直流变换电路进行反馈控制,此时也就是降低直流变换电路的开关频率或降低直流变换电路中的开关管的占空比,以降低负载电流,即,使得n路背光电路20的总电流下降。
可以看出,通过控制电路40中的第一比较器U1,第一二极管D1,耦合器41以及控制器42,可以实现n路背光电路20的总电流的反馈控制,使得n路背光电路20的总电流稳定在所需要的恒流值上,达到负载恒流的目的。
第二比较器U2则可以用来触发过流保护和过压保护。
具体的,第二比较器U2的输出端在正常工作条件下输出为低电平,当Isense的电压超过一定值时,说明n路背光电路20的总电流超出了预设的过流阈值,此时会导致第二比较器U2的正向输入端的电压高于第二比较器U2的负向输入端电压,第二比较器U2的输出端将输出高电平,而该高电平信号通过第三二极管D3反馈至第二比较器U2的正向输入端并一直处于高电平,使得第二比较器U2的正向输入端的电压始终高于第二比较器U2的负向输入端电压,因此第二比较器U2的输出端一直会处于置高状态,也就是第二比较器U2的输出端被锁定为高电平状态。锁定之后,第一比较器U1的正向输入端的电压会一直高于第一比较器U1的负向输入端电压,致使第一比较器U1的输出端一直输出高电平,第一二极管D1持续正向导通,使得通过耦合器41中的二极管的电流持续减小,耦合器41初级侧的三极管电流也就持续减小,控制器42便会持续提高直流变换电路的开关频率或增大直流变换电路中的开关管的占空比,以提高负载电流,进而导致触发OCP(Over Current Protection,过电流保护)电路,通过OPC电路关闭恒流背光器。
需要说明的是,该种实施方式中,控制器42是通过触发OCP电路来关闭恒流背光器,其他场合中,也可以设置为通过控制器42自身来关闭恒流背光器,例如,将图4中第一比较器U1的正向输入端所连接的电路与第一比较器U1的负向输入端所连接的电路切换,并不影响上述的通过负反馈达到负载恒流的功能,同时,可以在过流时将第一比较器U1的输出端锁定为输出低电平,从而使得控制器42持续降低直流变换电路的开关频率或降低直流变换电路中的开关管的占空比,直至恒流背光器停止工作。
在正常情况下,过压信号为高电平信号,即FB1常置于低电平,不会使第一开关管Q1导通。当任意一路过压时,FB1处的电压也会上升,使得FB1处的电压超过0.7V,即此时的控制电路40便接收到了过压信号,此时的第一开关管Q1导通,使得第二比较器U2的负向输入端的电压被拉低,导致第二比较器U2的正向输入端的电压高于第二比较器U2的负向输入端电压,第二比较器U2的输出端将输出高电平。并且与上文同理,由于第三二极管D3的存在,会置高第二比较器U2的正向输入端的电平并持续保持第二比较器U2的输出端为高电平。后续的分析与上文同理,第二比较器U2的输出端持续为高电平之后,可以令恒流背光器停止工作。
在正常情况下,开路信号为低电平信号,即FB2常置于高电平,使得第二开关管Q2为截止状态,即FB2不会对正常情况下的负反馈系统产生干扰。但是触发了开路保护时,FB2为低电平,第二开关管Q2处于导通状态,无论第一二极管D1为什么状态,耦合器41中的二极管的阴极对地短路,电流急剧加大,处于初级部分的耦合器41的三极管的电流也急剧加大。此时控制器42便会根据耦合器41的输出对直流变换电路进行反馈控制,即此时会降低直流变换电路的开关频率或降低直流变换电路中的开关管的占空比,以降低负载电流,直到恒流背光器停止工作。当然,如果在恒流背光器停止工作之前,开路信号消失,则通过负反馈调节,可以让n路背光电路20的总电流重新恢复至恒流值,即开路保护并不会造成死锁。
由上述的分析可知,本申请的该种实施方式中,控制电路40同时实现了恒流控制,过流保护,过压保护以及开路保护的功能,在提高了产品的可靠性的同时,相较于分别通过不同的控制电路40实现这些功能,有利于降低电路中的器件数量,也就有利于降低成本,减小体积,提高电路的可靠性。
此外,该种实施方式中,通过比较器的串联工作以及相应的二极管的设计,实现了过流保护和过压保护的锁死控制,这种锁死控制在掉电后才能恢复,避免因故障引起的更恶劣情况的发生。
本申请的耦合器41可以采用光电耦合器或磁耦合器,常用的方案是图5中的光电耦合器41。控制器42具体可以选择直流变换控制器芯片,可以用来控制直流变换电路中的开关管占空比,而如果选取的是PFM控制芯片,则可以用来控制直流变换电路中的开关管的开关频率。
此外,图5的实施方式中,还在第一比较器U1的两个输入端,第二比较器U2的两个输入端,第一开关管Q1的控制端,第二开关管Q2的控制端,以及耦合器41的输入端正极处串联设置了相应的限流电阻,以保障各器件的安全运行。
第二电源VCC2,第三电源VCC3的具体取值均可以根据需要进行设定和调整,例如图5的实施方式中,第二电源VCC2设置为5V,第三电源VCC3例如可以选用任意1个背光电路20的输入端电压。第一电信号在图4和图5中均标示为Vref。
此外由电路结构可以看出,第一电阻R1的第一端接收的第一电信号,经过第一电阻R1和第二电阻R2的分压之后,需要用于与Isense电压进行比较,通过控制电路40中的第一比较器U1,第一二极管D1,耦合器41以及控制器42,可以实现n路背光电路20的总电流的反馈控制,使得n路背光电路20的总电流稳定在所需要的恒流值上,因此第一电信号的取值需要与Isense电压相配合,实现n路背光电路20的总电流的恒流控制。在部分场合中,例如可以将第一电源的正极输出作为第一电信号,第一电源例如可以设置为5V。
在本发明的一种具体实施方式中,n路背光电路20均包括:
背光灯串;
与背光灯串串联的限流电阻,且各个限流电阻的第二端均与第一检测电阻R11的第一端连接,第一检测电阻R11的第二端接地;
相应的,开路保护电路,包括:第五电阻R5,第六电阻R6,第七电阻R7,第三开关管Q3,三端网络稳压器U3,n个开路保护二极管
其中,第五电阻R5的第一端分别与第七电阻R7的第二端和第四电源正极连接,第五电阻R5的第二端分别与第六电阻R6的第一端和三端网络稳压器U3的控制端连接;第七电阻R7的第一端与第三开关管Q3的第二端连接;第三开关管Q3的控制端与三端网络稳压器U3的第一端连接,第三开关管Q3的第一端作为开路保护电路的输出端;三端网络稳压器U3的第二端接地;第六电阻R6的第二端分别与n个开路保护二极管的阳极连接;n个开路保护二极管的阴极分别与n路背光电路20中的限流电阻的第一端连接。
该种实施方式中,每一路背光电路20中除了有背光灯串之外,还串联了限流电阻,以避免背光灯串被损坏。
图6的实施方式中,第四电源具体选取的是12V的直流电,FB2即表示开路保护电路的输出端。
图6中。n个开路保护二极管分别标示为DR1,DR2...DRn。并且,图6中,将n个开路保护二极管的阴极端分别标记为LED1-,LED2-...LEDn-,分别与n路背光电路20中的限流电阻的第一端连接,图2中将n路背光电路20中的限流电阻的第一端分别标记为LED1-,LED2-,LED3-...LEDn-。
在正常条件下,FB2为低电平,三端网络稳压器U3导通。此时,一种具体场合中,第五电阻R5与第六电阻R6之间的电位对地等于1.25V,用电路公式可表达为:
公式(4)中的R11即表示第一检测电阻R11的电阻值,RLn表示与背光灯串串联的限流电阻的电阻值,ILED表示的是通过各路背光电路20的电流,n表示为背光电路20的路数。0.7表示开路保护二极管的压降为0.7V。在图2中,与n路背光灯串串联的限流电阻分别标示为RL1,RL2,RL3…RLn。
该种例子中,三端网络稳压器U3的控制端电压低于1.25V时,三端网络稳压器U3的第一端与三端网络稳压器U3的第二端之间截止,而三端网络稳压器U3的控制端电压高于1.25V时,三端网络稳压器U3的第一端与三端网络稳压器U3的第二端之间导通。
在正常工作条件下,第六电阻R6与DRn之间的电位为:
0.7V+(n×R11+RLn)×ILED 公式(5)
使得三端网络稳压器U3处于导通状态,第三开关管Q3导通。此时12V通过第七电阻R7给FB2供电,FB2为高电平。
例如当第n背光电路20开路时,并联的二极管阳极由于处于同一电位,因此第六电阻R6与DRn之间的电位由开路支路支配。由于RLn处电流为0,此时第六电阻R6与DRn之间的电位降低至0.7V+n×R11×ILED。此时第五电阻R5与第六电阻R6的连接处的电位为:
公式(6)的结果会小于1.25V,使得三端网络稳压器U3截止,即三端网络稳压器U3的第一端与其第二端之间关断,导致第三开关管Q3截止,12V无法通过第七电阻R7给FB2供电,FB2为低电平,即此时的开路保护电路输出了开路信号。
此外,该种实施方式中,利用了线路中的二极管正向导通,反向截止的功能,即由于设置了n个开路保护二极管,并联的二极管阳极由于处于同一电位,因此第六电阻R6与DRn之间的电位由开路的背光电路20支配,也就使得正常的背光电路20的电流不会向开路的背光电路20流入,导致出现检测不准确的情况。
在本发明的一种具体实施方式中,还可以包括:
视频控制器50,用于接收视频信号并解码为亮度数据信号;
视频信号转换器60,用于根据亮度数据信号确定出对应的n路PWM信号;
n路背光电路20中均串联设置了用于调光的调光开关管;
控制电路40还用于:根据n路PWM信号控制n路背光电路20中的调光开关管的占空比。
Local dimming方案是近两年兴起的一种调光技术,实现不同灰阶产生不同电流形成更高对比度的方案,这样的产品显示效果更加鲜艳,画质更好。但传统的Localdimming需要专用的驱动芯片进行驱动,且这类芯片成本很高。并且,传统的Local dimming方案的恒流控制一般都是共电压的方式,芯片内置或外置的MOS管工作在开关状态或线性放大状态。由于线路上阻抗很小,芯片内置MOS管工作在开关状态时在启动时会存在浪涌冲击,MOS管工作在放大状态时,MOS管工作在线性区域,但灯珠压差较大时,MOS管上的损耗很高。
本申请的方案中,由于采用的是平衡电感30设计,弥补了浪涌冲击的缺陷,即电感电流不能突变的原理,确保了启动时无大电流直接对灯珠进行冲击。
并且该种实施方式中,可以实现Local dimming调光。
具体的,该种实施方式需要在n路背光电路20中均串联设置用于调光的调光开关管,图2中,将n个调光开关管分别标示为QL1,QL2,QL3…QLn,实际应用中,调光开关管可以采用MOS管,IGBT等开关管实现。并且可以理解的是,如果不需要实现Local dimming调光,则无需设置视频控制器50,视频信号转换器60以及各个调光开关管。
视频控制器50的主要作用是解码音视频信号并在显示屏幕上进行播放,本申请的该种实施方式中,通过视频控制器50接收视频信号并解码为亮度数据信号,即把视频信号通过不同的灰阶算法转换成0x01~0xFF的亮度数据信号。
这些亮度数据进入视频信号转换器60后与OxFF按比例形成占空比,即根据亮度数据信号可以确定出对应的n路PWM信号。黑场亮度数据为0x01,则黑场部分占空比为0x01/0xFF,即1/256=0.39%。而白场亮度数据为0xFF,则白场部分占空比为0xFF/0xFF=100%。不同颜色条件下其色域不同,因此产生的占空比也不同。由于占空比控制的是电流的工作时间,电流最大值不变。因此在LED上产生的亮度与工作时间成正比。最终可得到在不同颜色的区域,显示屏上的电流呈不同趋势。
控制电路40则可以根据n路PWM信号控制n路背光电路20中的调光开关管的占空比。
此外需要说明的是,这种区域控光电路要求模组背光灯珠所在区域在可编程控制器中形成固定的矩阵排列,且视频控制器50的软件中对于亮度信号的矩阵排列与可编程控制器的矩阵排列保持一致,避免不同色域的亮度信号的转换相互错位,分区越多显示效果约细腻。
进一步的,在本发明的一种具体实施方式中,当控制电路40为上述实施例中的包括:第一比较器U1,第二比较器U2,第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,第四电阻R4,第一二极管D1,第二二极管D2,第三二极管D3,第一开关管Q1,第二开关管Q2,第一电容C1,耦合器41,控制器42的控制电路40时,控制电路40还用于:
当未接收到n路PWM信号时,控制第一电信号为第一电压值,当接收到n路PWM信号时,确定出n路背光电路中的调光开关管的占空比的平均值,并控制第一电信号的幅值等于第一电压值,控制第一电信号的占空比等于计算出的平均值。
具体的,当没有采用Local dimming调光时,n路背光电路中的调光开关管的占空比相当于是均保持为1,第一电信号可以设置为固定值,例如设置为上文实施例中描述的5V,而当采用了Local dimming调光时,n路背光电路中的调光开关管存在各自的占空比,也就使得n路背光电路的总电流发生变化,而由前文的描述可知,第一电信号的取值与Isense电压相配合实现n路背光电路20的总电流的恒流控制,因此,当n路背光电路的总电流发生变化时,如果为了简化设计,仍然将第一电信号设置为固定值,在部分场合中便可能出现由于第一电信号设置地不合理而导致出现电路过流的情况。因此,该种实施方式中,会相适应地调整第一电信号。
该种实施方式中,控制电路40接收到n路PWM信号时,说明采用了Local dimming调光,便计算出n路背光电路中的调光开关管的占空比的平均值,并控制第一电信号的幅值等于第一电压值,控制第一电信号的占空比等于计算出的平均值,相当于是随着n路背光电路的总电流的降低,相适应地降低了第一电信号的有效值,以实现n路背光电路20的总电流的恒流控制。
此外,确定出n路背光电路中的调光开关管的占空比的平均值时,可以由控制电路40计算而得到,也可以是视频信号转换器60计算出并发送给控制电路40,并不影响本发明的实施。
应用本发明实施例所提供的技术方案,利用平衡电感30便可以实现电流控制,成本较低。具体的,本申请的平衡电感30包括n个电感线圈,由于n个电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,因此,按照互感原理,该磁芯上的所有电感线圈的电压与绕制匝数成正比,电流则与绕制匝数成反比。以各个电感线圈的绕制匝数均相同为例,当任意1个电感线圈中的电流变化时,其余电感线圈均会产生相同的感应电动势,而由于n个电感线圈均是以相同绕制方式绕制了相同匝数,因此各个电感线圈的电感量相同,也就使得n个电感线圈的电流均相同。可以看出,当各个电感线圈的绕制匝数均相同时,本申请通过平衡电感30的设计,实现了n路背光电路20的均流。而如果n路背光电路20需要不同的电流时,通过调整各个电感线圈的绕制匝数便可以实现。
综上可知,本申请的方案通过平衡电感30实现了n路背光电路20的电流控制,成本较低,也不会出现传统方案中由于采用多个背光控制芯片而导致的体积大,易受干扰、损耗大等问题。
相应于上面的恒流背光器的实施例,本发明实施例还提供了一种平衡电感30,可与上文相互对应参照。
该平衡电感30可以包括:n层PCB线圈和穿过n层PCB线圈中部的磁芯,并且,n层PCB线圈均以磁芯为轴,以相同绕制方式进行绕制。
参见上文的描述可知,本申请的平衡电感30中的n个电感线圈均需要围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,即除了绕制匝数之外,绕制方向以及与磁芯的间距等影响互感系数的参数均应当是一致的。
进一步的,在实际应用中,每1层PCB线圈的走线间距均一致,每1层PCB线圈的走线宽度均一致,有利于进一步地保障n个电感线圈的一致性,不容易发生漏磁,也有利于实现自动化生产。
如附图所示,本实施例的PCB线圈包含有直部98和弧形部99,可在不影响功能的情况下,缩减PCB的大小,降低折弯处的角度。
在实际应用中,实现均流时,会确保n个电感线圈的线圈匝数、电感量及绕线方向均是一致的,从而确保各路背光电路20的均流。
在传统方案中,通常是采用漆包线绕制,这种绕制需要人工绕制或者半自动化绕制,每一层还要使用绝缘胶带进行隔离避免短路,批量生产时很难保证其产品一致性。一致性较差的产品会产生一定的漏磁,导致无法很好地实现本申请的平衡电感30的均流效果,且会导致发热严重。
本申请中,采用的是在PCB上绘制铜箔的方式实现平衡电感30的设计。在实际应用中,可以将铜箔面置于底层,顶层则作为隔离避免短路。
可参阅图7a和图7b,图7a为PCB线圈的PCB绘制图,图7b为平衡电感30的骨架结构示意图。可以理解的是,n层PCB线圈以相同绕制方式进行绕制,因此在绘制PCB时需保持各层的外型、PCB线宽及PCB箔距均是一致的,可以在所有层的PCB的中间预留磁芯中柱孔。将所有PCB叠堆起来之后,电感接头处采用铜针插入并焊接好,再通过磁芯压合固定。这样,所有的PCB线圈均能保持相等的感量及圈数,亦可方便地实现自动化生产。此外,当需要不同的PCB层设计不同的绕制匝数时,该种方案也能够很好地实现。
还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。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,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种恒流背光器,其特征在于,包括:
电能输入电路10;
包括n个电感线圈的平衡电感30,其中,n个所述电感线圈均围绕同一颗磁芯以相同绕制方式进行绕制,各个所述电感线圈分别绕制对应于所述电感线圈的匝数,并且n个所述电感线圈的第一端均与所述电能输入电路连接;
分别与n个所述电感线圈的第二端连接的n路背光电路20,n为不小于2的正整数;
所述电能输入电路包括:
整流电路,用于将接收的交流电转换为直流电;
直流变换电路,用于接收所述直流电并进行降压;
原边绕组与所述直流变换电路连接,副边绕组作为所述电能输入电路的输出端的变压器;
所述恒流背光器还包括:
电流检测电路,用于检测n路所述背光电路的总电流;
控制电路,用于根据所述总电流对所述直流变换电路进行反馈控制,以控制所述总电流等于预设的恒流值;
所述恒流背光器还包括:
过压保护电路,用于在n路背光电路中的任意一路过压时,输出过压信号;
开路保护电路,用于在n路背光电路中的任意一路开路时,输出开路信号;
所述控制电路还用于:
当接收到所述过压信号或者所述开路信号时,关闭所述恒流背光器;
所述控制电路包括:第一比较器,第二比较器,第一电阻,第二电阻,第三电阻,第四电阻,第一二极管,第二二极管,第三二极管,第一开关管,第二开关管,第一电容,耦合器,控制器;
其中,所述第一比较器的正向输入端分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端,所述第一电容的第一端以及所述第二二极管阴极连接,所述第一比较器的负向输入端与第一检测电阻的第一端连接,所述第一比较器的输出端与所述第一二极管阳极连接;所述第一电阻的第一端接收第一电信号;所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端均接地;
所述第二比较器的正向输入端分别与所述第一检测电阻的第一端和所述第三二极管阴极连接,所述第二比较器的负向输入端分别与所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端以及所述第一开关管的第一端连接,所述第二比较器的输出端分别与所述第二二极管阳极和所述第三二极管阳极连接;
所述第三电阻的第一端与第二电源正极连接;所述第四电阻的第二端接地;所述第一开关管的第二端接地,所述第一开关管的控制端用于接收所述过压信号;所述第一二极管的阴极分别与所述第二开关管的第一端以及所述耦合器输入端负极连接;所述第二开关管的第二端接地,所述第二开关管的控制端用于接收所述开路信号;所述耦合器输入端正极与第三电源正极连接,所述耦合器输出端负极接地;
所述第一检测电阻的第一端分别与n路背光电路连接,所述第一检测电阻的第二端接地;
所述控制器与所述耦合器输出端正极连接,用于根据所述耦合器的输出对所述直流变换电路进行反馈控制,以控制所述总电流等于预设的恒流值,并且当所述总电流超出预设的过流阈值时,或者当接收到所述过压信号或者所述开路信号时,关闭所述恒流背光器。
2.根据权利要求1所述的恒流背光器,其特征在于,还包括:
n个整流二极管,n个所述整流二极管的阳极均与所述变压器的副边绕组的第一端连接,所述变压器的副边绕组的第二端接地,n个所述整流二极管的阴极分别与n个所述电感线圈的第一端连接;
n个稳压电容,n个所述稳压电容的第一端分别与n个所述电感线圈的第二端连接,n个所述稳压电容的第二端均接地。
3.根据权利要求1所述的恒流背光器,其特征在于,所述控制电路还用于:
当所述总电流超出预设的过流阈值时,关闭所述恒流背光器。
4.根据权利要求1所述的恒流背光器,其特征在于,n路背光电路均包括:
背光灯串;
与所述背光灯串串联的限流电阻,且各个所述限流电阻的第二端均与第一检测电阻的第一端连接,所述第一检测电阻的第二端接地;
相应的,所述开路保护电路,包括:第五电阻,第六电阻,第七电阻,第三开关管,三端网络稳压器,n个开路保护二极管;
其中,所述第五电阻的第一端分别与所述第七电阻的第二端和第四电源正极连接,所述第五电阻的第二端分别与所述第六电阻的第一端和所述三端网络稳压器的控制端连接;所述第七电阻的第一端与所述第三开关管的第二端连接;所述第三开关管的控制端与所述三端网络稳压器的第一端连接,所述第三开关管的第一端作为所述开路保护电路的输出端的;所述三端网络稳压器的第二端接地;所述第六电阻的第二端分别与n个所述开路保护二极管的阳极连接;n个所述开路保护二极管的阴极分别与n路背光电路中的限流电阻的第一端连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的恒流背光器,其特征在于,还包括:
视频控制器,用于接收视频信号并解码为亮度数据信号;
视频信号转换器,用于根据所述亮度数据信号确定出对应的n路PWM信号;
n路背光电路中均串联设置了用于调光的调光开关管;
所述控制电路还用于:当接收到n路PWM信号时,根据n路PWM信号控制n路背光电路中的所述调光开关管的占空比。
6.根据权利要求5所述的恒流背光器,其特征在于,当所述控制电路为如权利要求1所述的控制电路时,所述控制电路还用于:
当未接收到n路PWM信号时,控制所述第一电信号为第一电压值,当接收到n路PWM信号时,确定出n路背光电路中的所述调光开关管的占空比的平均值,并控制所述第一电信号的幅值等于所述第一电压值,控制所述第一电信号的占空比等于计算出的所述平均值。
7.一种平衡电感,其特征在于,包括:n层PCB线圈和穿过n层PCB线圈中部的磁芯,并且,n层PCB线圈均以所述磁芯为轴,以相同绕制方式进行绕制;
所述平衡电感设置在如权利要求1至6任一项所述的恒流背光器中。
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