CN116643080B - 一种脉冲式直流电流采样测量装置 - Google Patents

一种脉冲式直流电流采样测量装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种脉冲式直流电流采样测量装置，用于显示屏背光电流检测，包括：主点屏系统，内置MCU控制器，MCU控制器与外部的上位机电连接；排线，包括相对的第一端和第二端，第一端与MCU控制器电连接；电源板，集成有电流输出单元、采样单元和ADC转换单元，第二端与电源板电连接，电源板与外部的待测显示屏电连接；其中，MCU控制器控制电流输出单元输出方波脉冲电流，采样单元对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，ADC转换单元将电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并回传给MCU控制器，MCU控制器基于原始ADC测量值进行测量，得到电流测量结果并输出，以及，MCU控制器还基于电流测量结果进行电流调控和过流保护。

Description

一种脉冲式直流电流采样测量装置
技术领域
本申请涉及显示屏电流检测领域，具体而言，涉及一种脉冲式直流电流采样测量装置。
背景技术
在当前的显示屏背光控制技术下，很多显示屏背光通过脉冲电流驱动，如90帧的刷新率，其实背光电流并不是恒定的电流，而是一个90Hz的方波脉冲电流。而脉冲式的电流用传统方法是无法直接测量，通常是通过硬件RC滤波方式转化成均匀的直流测量。但如果要适用于不同频率的电流检测，例如频率任意变化(60Hz、75Hz、90Hz、120Hz等)或频率过低，则会降严重影响RC滤波的效果，导致跳动过大，并且，对电流的响应也会明显变迟钝。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种脉冲式直流电流采样测量装置，以直接测量脉冲电流，并且能够在控制脉冲频率发生变化时不改变硬件仍可稳定测量，电流发生变化时能够快速响应，且能实现过流保护。
为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：
第一方面，本申请实施例提供一种脉冲式直流电流采样测量装置，用于显示屏背光电流检测，包括：主点屏系统，内置MCU控制器，所述MCU控制器与外部的上位机电连接；排线，包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述MCU控制器电连接；电源板，集成有电流输出单元、采样单元和ADC转换单元，所述第二端与所述电源板电连接，所述电源板与外部的待测显示屏电连接；其中，所述MCU控制器控制所述电流输出单元输出方波脉冲电流，所述采样单元对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，所述ADC转换单元将所述电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并回传给所述MCU控制器，所述MCU控制器基于所述原始ADC测量值进行测量，得到电流测量结果并输出，以及，所述MCU控制器还基于所述电流测量结果进行电流调控和过流保护。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述MCU控制器，还用于获取待测显示屏的型号并发送给所述上位机，接收所述上位机基于待测显示屏的型号确定出的电流参数，并基于所述电流参数控制所述电流输出单元输出方波脉冲电流。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述MCU控制器，用于判断所述电流测量结果是否超出安全阈值，若超出安全阈值，关闭电流输出。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述电流测量结果未超出安全阈值，基于所述电流测量结果和所述电流参数，调节所述电流输出单元的方波脉冲电流输出。
结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述MCU控制器的电流输出电路为n路，1≤n≤6；对应的，采样电路为n路，ADC转换电路支持n路转换。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述电流输出单元采用横流输出转换器MP3314，通过自身的SDA端口和SCL端口与所述MCU控制器的SDA端口和SCL端口对应连接，进行IIC通信。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述采样单元采用LMP8645。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述ADC转换单元采用ADS7828。
结合第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述排线采用FFC软排线。
结合第一方面，在第一方面的第九种可能的实现方式中，采用互感器激励单元和DC互感器单元替代所述采样单元。
有益效果：
1.脉冲式直流电流采样测量装置利用MCU控制器控制电流输出单元输出方波脉冲电流，采样单元对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，ADC转换单元将电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并回传给MCU控制器，MCU控制器基于原始ADC测量值进行测量，得到电流测量结果并输出，以及，MCU控制器还基于电流测量结果进行电流调控和过流保护。这样可以直接测量脉冲电流，并且能够在控制脉冲频率发生变化时，不改变硬件仍可稳定测量，能够适用于不同频率的电流检测场景，且能够在电流发生变化时快速响应，还能实现过流保护。以及，可以基于电流测量结果进行反馈式的电流调控，有利于提高检测的可靠性。
2.采用基本的电路器件，能够节约硬件成本，便于后期维护。
3.设计n路检测，能适用于不同型号显示屏(不同的显示屏，其测量电路的路数可能不同)的电流检测，可准确检测出不良品，且提升了数据准确定性，响应快速，对于工业产品的检测效率和品质控制起到重要作用。
4.采用互感器激励单元和DC互感器单元替代采样单元，DC互感器单元可以通过互感线圈感应电路中的电流，且内阻小，较采样电阻，量测几乎不产生的压降，准确度更高。而互感器由于其隔离的特性本身工作不影响原电路，不会产生漏电偏置，有利于进行更高准确度的电流检测。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的脉冲式直流电流采样测量装置的示意图。
图2为本申请实施例提供的脉冲式直流电流采样测量装置的系统框图。
图3为采用横流输出转换器MP3314的电流输出单元的电路图。
图4为采用LMP8645的采样单元的电路图。
图5为采用互感器激励单元和DC互感器单元替代采样单元的示意图。
图6为采用ADS7828的ADC转换单元的电路图。
图7为应用于显示屏背光电流检测的脉冲式直流电流测量方法的流程图。
图8为一路原始ADC测量值的示意图。
图9为对原始ADC测量值进行数值剔除的示意图。
图10为进行阈值分离后的剩余数值的示意图。
图11为第一数据的示意图。
图12为第二数据的示意图。
图标：10-脉冲式直流电流采样测量装置；11-主点屏系统；12-排线；13-电源板；131-电流输出单元；132-采样单元；1321-互感器激励单元；1322-DC互感器单元；133-ADC转换单元；20-上位机；30-待测显示屏。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
请参阅图1和图2，图1为本申请实施例提供的脉冲式直流电流采样测量装置10的示意图；图2为本申请实施例提供的脉冲式直流电流采样测量装置10的系统框图。
在本实施例中，脉冲式直流电流采样测量装置10包括主点屏系统11、排线12和电源板13，主点屏系统11与电源板13之间通过排线12电连接(排线12包括相对的第一端和第二端，第一端与MCU控制器电连接，第二端电源板13电连接)。
示例性的，主点屏系统11内置MCU控制器，MCU控制器与外部的上位机20电连接，实现主点屏系统11与上位机20之间的通信。而主点屏系统11还包括壳体、指示灯、接口等必要部件，但并非本方案的重点，因此，此处不做赘述。
示例性的，排线12可以采用FFC软排线12，起到信号的传输作用，且便于弯折，方便适配主点屏系统11的结构设计。
示例性的，电源板13集成有电流输出单元131、采样单元132和ADC转换单元133，电源板13与外部的待测显示屏30电连接。
在本实施例中，MCU控制器的电流输出电路可以设计为n路，1≤n≤6。对应的，采样电路为n路，ADC转换电路支持n路转换。本实施例以3路为例进行说明，不应视为对本申请的限定。
请参阅图3，图3为采用横流输出转换器MP3314的电流输出单元131的电路图。电流输出单元131采用横流输出转换器MP3314，搭配外围电路，通过其自身的SDA端口和SCL端口与MCU控制器的SDA端口和SCL端口对应连接，实现MP3314与MCU控制器的IIC通信，最终在MCU控制器的控制下输出3路方波脉冲电流(LEDA1、LEDA2、LEDA3)，其中的各元件如电阻R、电容C、电感L、二极管D等均已在电路中标出，详见图3，此处不对电路做赘述。
请参阅图4，图4为采用LMP8645的采样单元132的电路图。采样单元132采用LMP8645，搭配外围电路，实现对方波脉冲电流的采样和转化，最终输出电压信号。其中，对LEDA1采样并转换得到的电压信号通过LED1_I输出，对LEDA2采样并转换得到的电压信号通过LED2_I输出，对LEDA3采样并转换得到的电压信号通过LED3_I输出。其中的各元件均已在电路中标出，详见图4，此处不对电路做赘述。
当然，本实施例中不仅可以通过采样单元132实现对方波脉冲电流的采样，还可以通过DC互感器来实现对方波脉冲电流的采样和转化。请参阅图5，可以将采样单元132替换为互感器激励单元1321与DC互感器单元1322的搭配，DC互感器单元1322可以通过互感线圈感应电路中的电流，且内阻小，较采样电阻，量测几乎不产生的压降，准确度更高。而互感器由于其隔离的特性本身工作不影响原电路，不会产生漏电偏置，有利于进行更高准确度的电流检测。
请参阅图6，图6为采用ADS7828的ADC转换单元133的电路图。ADC转换单元133采用ADS7828，采样单元132输出的3路电压信号(分别经LED1_I、LED2_I、LED3_I输出)，可以分别通过ADS7828的6～8号引脚(即CH5、CH6、CH7)输入，当然，也可以通过变换电路采用其他引脚输入，此处仅为示例，不作限定。搭配外围电路，采样单元132可以实现对3路电压信号的模数转换，得到对应的原始ADC测量值，经IIC总线(即SDA端口和SCL端口的信号线)回传给MCU控制器。其中的各元件均已在电路中标出，详见图6，此处不对电路做赘述。
请再次参阅图2，MCU控制器可以控制电流输出单元131输出方波脉冲电流，采样单元132对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，ADC转换单元133将电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并回传给MCU控制器，而MCU控制器可以基于原始ADC测量值进行测量，得到电流测量结果并输出，以及，MCU控制器还可以基于电流测量结果进行电流调控和过流保护。
示例性的，为了适应对不同显示屏的电流测量，MCU控制器还可以获取待测显示屏30的型号并发送给上位机20，通过上位机20查找待测显示屏30的型号对应的电流参数(即背光电流参数)，然后接收上位机20基于待测显示屏30的型号确定出的电流参数，再基于电流参数控制电流输出单元131输出相应的方波脉冲电流。
而经过采样单元132对方波脉冲电流的采样和转化，以及ADC转换单元133的模数转换，MCU控制器可以得到原始ADC测量值，针对每一路的原始ADC测量值，MCU控制器可以运行应用于显示屏背光电流检测的脉冲式直流电流测量方法，得到电流测量结果。
请参阅图7，图7为应用于显示屏背光电流检测的脉冲式直流电流测量方法的流程图。应用于显示屏背光电流检测的脉冲式直流电流测量方法可以包括步骤S10、步骤S20、步骤S30、步骤S40、步骤S50。
首先，MCU控制器可以运行步骤S10。
步骤S10：获取原始ADC测量值，其中，所述MCU控制器控制所述电流输出单元131输出方波脉冲电流，所述采样单元132对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，所述ADC转换单元133将所述电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并由所述ADC转换单元133将所述原始ADC测量值传输给所述MCU控制器。
在本实施例中，MCU控制器可以获取到每一路原始ADC测量值，具体过程可参阅前文。
例如，可以进行固定间隔时间采集，如1ms采一次，同时打开定时器计时，定时100ms(此处以100ms为例，定时时间只要是方波频率的整数倍即可，无需关注准确的采样开始时间)，保存出100组数据，作为一路原始ADC测量值，如图8所示。
之后，MCU控制器可以运行步骤S20。
步骤S20：对所述原始ADC测量值进行阈值分离，得到第一数据。
在本实施例中，MCU控制器可以将原始ADC测量值中低于设定阈值(例如设定阈值为60)的数值剔除(如图9所示)，得到剩余数值(如图10所示)。
然后，MCU控制器可以将剩余数值组合，得到第一数据，如图10所示。此时，由于去除了空白部分(即过滤掉了低于设定阈值的部分数值)，组合后可以得到如图11所示的连续的波峰数据(即第一数据)，但是有一定的波动和尖峰。
基于此，MCU控制器可以运行步骤S30。
步骤S30：对所述第一数据进行排序，得到第二数据。
在本实施例中，MCU控制器可以对第一数据中的所有数值进行升序排序，得到第二数据。得到的第二数据，如图12所示。
得到第二数据后，MCU控制器可以运行步骤S40。
步骤S40：从所述第二数据中确定出一组待定数据，进行均值计算，得到电压均值。
在本实施例中，MCU控制器可以从第二数据确定出位于正中央的x个数值，作为待定数据，其中，x的数量不超过第二数据中数值总量的本实施例中以确定位于正中央的10个数值为例。
然后，MCU控制器可以计算待定数据的均值，得到电压均值。
得到电压均值后，MCU控制器可以运行步骤S50。
步骤S50：基于所述电压均值和欧姆定律，计算出真实电流值并生成电流检测结果。
在本实施例中，MCU控制器可以利用电压均值，采用以下公式计算真实电流值：
其中，Imeasure为真实电流值，Uaverage为电压均值，R为电阻，阻值已知。
而后，MCU控制器可以基于真实电流值，生成包含真实电流值的电流检测结果。
示例性的，MCU控制器可以基于电压均值，将待定数据划分为高值组和低值组，其中，高值组中的每个数值均高于电压均值，低值组中的每个数值均低于电压均值。
然后，MCU控制器可以计算高值组的均值，将高值组的均值减去电压均值得到电压浮值，以及，计算低值组的均值，将电压均值减去低值组的均值得到电压沉值。再将电压浮值除以电阻R的阻值(即计算真实电流值时已知的阻值)，得到电流浮值，以及，将电压沉值除以电阻R的阻值，得到电流沉值。
据此，MCU控制器可以生成包含真实电流值、电流浮值和电流沉值的电流检测结果。
当然，在其他一些实施例中，可以无需计算电流浮值和电流沉值，直接生成包含真实电流值的电流检测结果，此处不作限定。
确定出电流检测结果后，MCU控制器还可以基于电流测量结果进行电流调控和过流保护。
示例性的，MCU控制器可以判断电流测量结果中的真实电流值是否超出安全阈值。若真实电流值超出安全阈值，MCU控制器可以关闭电流输出以保护后级。若真实电流值未超出安全阈值，MCU控制器可以基于电流测量结果调节电流输出单元131输出的方波脉冲电流。
具体的，MCU控制器可以获取待测显示屏30的电流参数，并进行判断。若真实电流值高于电流参数，MCU控制器基于以下公式计算第一补偿电流值：
其中，ΔI1为第一补偿电流值，Idown为电流沉值，Ie为电流参数，Imeasure为真实电流值。
据此，MCU控制器可以在方波脉冲电流的基础上减去第一补偿电流值，得到调节后的方波脉冲电流并输出。
若真实电流值低于电流参数，MCU控制器基于以下公式计算第二补偿电流值：
其中，ΔI2为第二补偿电流值，Iup为电流浮值，Ie为电流参数，Imeasure为真实电流值。
据此，MCU控制器可以在方波脉冲电流的基础上加上第二补偿电流值，得到调节后的方波脉冲电流并输出。
当然，在其他一些实施例中，调控精度弱一些的场景中，也可以直接基于真实电流值和电流参数之间的差异，对方波脉冲电流进行补偿后输出，实现方波脉冲电流的调控，此处不作限定。
应用于显示屏背光电流检测的脉冲式直流电流测量方法，可以直接测量脉冲电流，并且能够在控制脉冲频率发生变化时，不改变硬件仍可稳定测量，能够适用于不同频率的电流检测场景，在电流发生变化时，可以快速响应。对原始ADC测量值进行阈值分离，得到第一数据；对第一数据进行排序，得到第二数据；从第二数据中确定出一组待定数据，进行均值计算，得到电压均值；基于电压均值和欧姆定律，计算出真实电流值并生成电流检测结果。这样的方式，可以应对不同频率的电流测量，且利用阈值分离、排序和选取排序后电流中央的数据作为待定数据(这组待定数据能够很好地反映真实电流值)，测量出的电流值更接近真实的电流值，检测更准确。以及，MCU控制器还可以基于电流测量结果实现过流保护，调控输出的方波脉冲电流，有利于提高检测的可靠性。基于电压均值，将待定数据划分为高值组和低值组，计算电压浮值和电压沉值，可以进一步计算得到电流浮值和电流沉值，生成包含真实电流值、电流浮值和电流沉值的电流检测结果。判断真实电流值是否超出安全阈值；超出安全阈值则关闭电流输出以保护后级；未超出安全阈值则进一步调控输出的脉冲方波电流。而调控的方式，不仅考虑测量的真实电流值，还能分情况考虑电流沉值的影响和电流浮值的影响，计算出相应的补偿值进行补偿调控，使得调控的方波脉冲电流能够快速精准地达到待测显示屏3030的电流参数，有利于提升后续检测的可靠性，提高产品品质的把控。
综上所述，本申请实施例提供一种脉冲式直流电流采样测量装置10，脉冲式直流电流采样测量装置10利用MCU控制器控制电流输出单元131输出方波脉冲电流，采样单元132对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，ADC转换单元133将电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并回传给MCU控制器，MCU控制器基于原始ADC测量值进行测量，得到电流测量结果并输出，以及，MCU控制器还基于电流测量结果进行电流调控和过流保护。这样可以直接测量脉冲电流，并且能够在控制脉冲频率发生变化时，不改变硬件仍可稳定测量，能够适用于不同频率的电流检测场景，且能够在电流发生变化时快速响应，还能实现过流保护。以及，可以基于电流测量结果进行反馈式的电流调控，有利于提高检测的可靠性。采用基本的电路器件，能够节约硬件成本，便于后期维护。设计n路检测，能适用于不同型号显示屏(不同的显示屏，其测量电路的路数可能不同)的电流检测，可准确检测出不良品，且提升了数据准确定性，响应快速，对于工业产品的检测效率和品质控制起到重要作用。
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。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，用于显示屏背光电流检测，包括：
主点屏系统，内置MCU控制器，所述MCU控制器与外部的上位机电连接；
排线，包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述MCU控制器电连接；
电源板，集成有电流输出单元、采样单元和ADC转换单元，所述第二端与所述电源板电连接，所述电源板与外部的待测显示屏电连接；
其中，所述MCU控制器控制所述电流输出单元输出方波脉冲电流，所述采样单元对方波脉冲电流进行采样并转化为电压信号，所述ADC转换单元将所述电压信号进行模数转换，得到原始ADC测量值，并回传给所述MCU控制器，所述MCU控制器基于所述原始ADC测量值进行测量，得到电流测量结果并输出，以及，所述MCU控制器还基于所述电流测量结果进行电流调控和过流保护；
其中，采用互感器激励单元和DC互感器单元替代所述采样单元；
获取原始ADC测量值后，所述MCU控制器具体用于：
对所述原始ADC测量值进行阈值分离，得到第一数据；
对所述第一数据进行排序，得到第二数据；
从所述第二数据中确定出一组待定数据，进行均值计算，得到电压均值；
基于所述电压均值和欧姆定律，计算出真实电流值并生成电流检测结果；
其中，对所述原始ADC测量值进行阈值分离，得到第一数据，包括：
将所述原始ADC测量值中低于设定阈值的数值剔除，得到剩余数值；将所述剩余数值组合，得到所述第一数据；
其中，从所述第二数据中确定出一组待定数据，进行均值计算，得到电压均值，包括：
从所述第二数据确定出位于正中央的x个数值，作为所述待定数据，其中，x的数量不超过所述第二数据中数值总量的计算所述待定数据的均值，得到所述电压均值。
2.根据权利要求1所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述MCU控制器，还用于获取待测显示屏的型号并发送给所述上位机，接收所述上位机基于待测显示屏的型号确定出的电流参数，并基于所述电流参数控制所述电流输出单元输出方波脉冲电流。
3.根据权利要求2所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述MCU控制器，用于判断所述电流测量结果是否超出安全阈值，若超出安全阈值，关闭电流输出。
4.根据权利要求3所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述电流测量结果未超出安全阈值，基于所述电流测量结果和所述电流参数，调节所述电流输出单元的方波脉冲电流输出。
5.根据权利要求1所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述MCU控制器的电流输出电路为n路，1≤n≤6；对应的，采样电路为n路，ADC转换电路支持n路转换。
6.根据权利要求5所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述电流输出单元采用横流输出转换器MP3314，通过自身的SDA端口和SCL端口与所述MCU控制器的SDA端口和SCL端口对应连接，进行IIC通信。
7.根据权利要求5所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述采样单元采用LMP8645。
8.根据权利要求5所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述ADC转换单元采用ADS7828。
9.根据权利要求1所述的脉冲式直流电流采样测量装置，其特征在于，所述排线采用FFC软排线。
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