CN112116898B

CN112116898B - 一种背光驱动模块的供电电路

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Publication number: CN112116898B
Application number: CN201910543116.2A
Authority: CN
Inventors: 梁生辉; 姚亮; 黄睿欣; 施正
Original assignee: Xiamen Yaxon Networks Co Ltd
Current assignee: Xiamen Yaxon Networks Co Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2039-06-21
Also published as: CN112116898A

Abstract

一种背光驱动模块的供电电路，用于为背光驱动模块供电，包括输入电压、DCDC模块、比较器电路、参考电源、开关电路和反馈电阻模块；该DCDC模块输入端连接输入电压，输出端连接反馈电阻模块，用于对输入电压进行降压以输出供电电压；该比较器电路的比较输入端与输入电压相连，参考输入端与参考电源相连，输出端与开关电路相连，用于比较输入电压与参考电压并根据比较结果控制开关电路的通断；该开关电路与反馈电阻模块相连以调整反馈电阻值，进一步实现输出供电电压的自动调整。本发明完全采用硬件实现电压自动调整，电路结构简单可靠，易于实现，可有效地降低HUD的整机功耗。

Description

一种背光驱动模块的供电电路

技术领域

本发明涉及一种背光驱动模块的供电电路。

背景技术

目前，市面上的乘用车集成型HUD一般采用TFT屏投影显示方案，为了实现用PWM的占空比精确地控制HUD屏的亮度，背光电源一般会采用升压型的背光驱动IC去驱动TFT屏的背光LED灯。

在电源设计中，有时会遇到背光驱动IC的允许的最大输入电压小于HUD最大工作电压的情况，因此，HUD的背光电源设计一般是先用DCDC将输入电压降低，然后再给背光驱动IC供电。这种供电方案会有以下问题：HUD整机长期在额定电压供电的情况下，电源转换效率不高。原因是：车厂要求HUD工作电压范围是9～16V，为了使DCDC在该工作电压范围条件稳定地输出，同时基于DCDC EMI设计方面的考虑，需要将输出电压设定在9V以下。一方面，DCDC的较大的降压幅度使得电源转换效率降低；另一方面，背光驱动IC电路一直用低于9V的电压供电时，由于升压幅度较大，电源转换效率也不高。

由于背光驱动IC电路是整机功耗最大的模块，尤其是TFT屏在最大亮度下工作时，背光驱动IC电路的功耗甚至可达到整机功耗的80％以上，因此常规的电源设计方案会导致HUD的电源转换效率不高，整机功耗无法降低。

为了提高背光驱动IC电路的电源转换效率，需要保证DCDC在9～16V供电时稳定工作的前提下，降低背光驱动IC电路输出电压与输入电压的差值。因此，设计一种输出电压随的输入电压进行自动调整的DCDC降压电路给背光驱动IC供电，对于降低HUD的整机功耗显得很有意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的背光驱动IC电源转换效率不高，整机功耗较大的缺陷，提出一种输出电压随输入电压自动调整的背光驱动模块的供电电路。

本发明采用如下技术方案：

一种背光驱动模块的供电电路，用于为背光驱动模块供电，其特征在于：包括输入电压、DCDC模块、比较器电路、参考电源、开关电路和反馈电阻模块；该DCDC模块输入端连接输入电压，输出端连接反馈电阻模块，用于对输入电压进行降压以输出供电电压；该比较器电路的比较输入端与输入电压相连，参考输入端与参考电源相连，输出端与开关电路相连，用于比较输入电压与参考电压并根据比较结果控制开关电路的通断；该开关电路与反馈电阻模块相连以调整反馈电阻值，进一步实现输出供电电压的自动调整。

包括有第一比较器电路、第二比较器电路、第一开关电路和第二开关电路；该第一比较器电路输出端与第一开关电路相连，该第二比较器电路输出端与第二开关电路相连；所述反馈电阻模块包括反馈电阻RfA和反馈电阻RfB，该反馈电阻RfA和反馈电阻RfB的一端分别与第一开关电路和第二开关，另一端与所述DCDC模块输出端接地侧相连。

所述第一比较器电路包括电阻R1、电容C4、电阻R2、电容D3和比较器A1；该电阻R1一端与输入电压相连，另一端连接比较器A1的比较输入端；该电容C4一端、电阻R2一端、电容D3正极与比较器A1的比较输入端相连，另一端接地。

所述第二比较器电路包括电阻R3、电容C6、电阻R4、电容D5和比较器A2；该电阻R3一端与输入电压相连，另一端连接比较器A2的比较输入端；该电容C6一端、电阻R4一端、电容D5正极与比较器A2的比较输入端相连，另一端接地。

所述第一开关电路包括电阻R5、电阻R6、电容C5、二极管D4和三极管Q1；该电阻R5一端连接所述第一比较器电路输出端，另一端连接三极管Q1基极；该电阻R6一端、电容C5一端、二极管D4的负极连接三极管Q1基极，另一端接地；三极管Q1的集电极连接反馈电阻RfA，发射极接地。

所述第二开关电路包括电阻R7、电阻R8、电容C7、二极管D6和三极管Q2；该电阻R7一端连接所述第二比较器电路输出端，另一端连接三极管Q2基极；该电阻R8一端、电容C7一端、二极管D6的负极连接三极管Q2基极，另一端接地；三极管Q2的集电极连接反馈电阻RfB，发射极接地。

所述反馈电阻模块还包括反馈电阻Rf1和反馈电阻Rf2，该反馈电阻Rf1连接于所述DCDC模块的输出端，该反馈电阻Rf2连接于所述DCDC模块输出端的接地侧。

所述参考电源包括电阻R9和二极管D7，该电阻R9一端连接所述输入电压，另一端连接二极管D7负极，该二极管D7正极接地。

所述二极管D7为稳压二极管或稳压集成电路。

所述DCDC模块采用BUCK型DCDC模块。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明利用电压比较器比较参考电平与分压后的输入电压，根据比较器的比较结果来调整DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻阻值来实现输出电压的自动调整功能，降低了背光驱动IC电路的输入电压与输出电压的值差，提高了背光驱动IC电路的电源转换效率。

本发明完全采用硬件实现电压自动调整，电路结构简单可靠，易于实现，可有效地降低HUD的整机功耗。

附图说明

图1为本发明原理图；

图2为本发明具体电路图；

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参见图1、图2，一种背光驱动模块的供电电路，用于为背光驱动模块供电，该背光驱动模块用于对背光LED提供恒流驱动。该供电电路包括输入电压、DCDC模块、比较器电路、参考电源、开关电路和反馈电阻模块等。

该DCDC模块输入端连接输入电压，输出端连接反馈电阻模块，用于对输入电压进行降压以输出供电电压。该DCDC模块可采用BUCK型DCDC模块。其可设有VIN脚、EN脚、SW脚、BOOT脚、FB脚、GND脚等。其VIN脚连接输入电压VIN且连接有电容C1，SW脚与BOOT脚之间连接有电容C2，EN脚与VIN脚相连。SW脚还连接有二极管D2负极和电感L1一端，该二极管D2正极接地，电感L1另一端输出供电电压。

该反馈电阻模块包括有反馈电阻RfA、反馈电阻RfB、反馈电阻Rf1和反馈电阻Rf2。该反馈电阻Rf1连接于DCDC模块的FB脚和电感L1另一端，反馈电阻Rf2连接于FB脚和地GND之间。反馈电阻RfA和反馈电阻RfB一端连接FB脚。该反馈电阻模块的阻值影响输出供电电压值。反馈电阻模块电阻不限于此，可根据需要设计。

该比较器电路的比较输入端与输入电压相连，参考输入端与参考电源相连，输出端与开关电路相连，用于对分压后的输入电压与参考电压进行比较并根据比较结果控制开关电路的通断。

该比较器电路包括有第一比较器电路和第二比较器电路，其数量根据反馈电阻数学设置，不限制于此。该第一比较器电路包括电阻R1、电容C4、电阻R2、电容D3和比较器A1，该电阻R1一端与输入电压相连，另一端与比较器A1的比较输入端相连。该电容C4一端、电阻R2一端、电容D3正极与比较器A1的比较输入端相连，另一端接地。

该第二比较器电路包括电阻R3、电容C6、电阻R4、电容D5和比较器A2，该电阻R3一端与输入电压相连，另一端连接比较器A2的比较输入端。该电容C6一端、电阻R4一端、电容D5正极与比较器A2的比较输入端相连，另一端接地。

该参考电源包括电阻R9和二极管D7，该电阻R9一端连接输入电压VIN，另一端连接二极管D7负极，该二极管D7正极接地。该二极管D7为稳压二极管或稳压集成电路，该稳压集成电路可采用TL431。

该开关电路输入端与比较器电路输出端相连，输出端与反馈电阻模块相连以根据比较结果，调整反馈电阻值，进一步实现输出供电电压的自动调整。其包括第一开关电路和第二开关电路，分别与第一比较器电路和第二比较器电路一一对应连接。开关电路数量可根据反馈电阻进行设置，不限于此。

第一开关电路包括电阻R5、电阻R6、电容C5、二极管D4和三极管Q1；该电阻R5一端连接比较器A1输出端，另一端连接三极管Q1基极，该电阻R6一端、电容C5一端、二极管D4的负极连接三极管Q1基极，另一端接地；三极管Q1的集电极连接反馈电阻RfA另一端，发射极接地。

第二开关电路包括电阻R7、电阻R8、电容C7、二极管D6和三极管Q2；该电阻R7一端连接比较器A2输出端，另一端连接三极管Q2基极，该电阻R8一端、电容C7一端、二极管D6的负极连接三极管Q2基极，另一端接地；三极管Q2的集电极连接反馈电阻RfB另一端，发射极接地。

本发明开关电路中，可采用其他开关元件替代三极管。本发明工作原理如下：

将9～16V的输入电压VIN范围细分为三个小范围：9～Va，Va～Vb，Vb～16V，则DCDC模块在不同的输入电压范围条件下，输出不同的输出电压。

假设反馈电阻Rf2与反馈电阻RfA的并联电值为Rf2’；Rf2、RfA与RfB并联的电阻值为Rf2”，则有以下等式

Rf2’＝Rf2*RfA/(Rf2+RfA) (2-1)

Rf2”＝Rf2’*RfB/(Rf2’+RfB) (2-2)

因此，有如下几种情况：

1)当9V≤VIN<Va时：

Va＝VIN*R2/(R1+R2)<VREF_TL431，比较器A1输出低电平，Q1截止；

Vb＝VIN*R4/(R3+R4)<VREF_TL431，比较器A2输出低电平，Q2截止；

因此，RfA和RfB对地呈高阻态，DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻值为Rf2，输出供电电压为：VCC＝Vref*(1+Rf1/Rf2)。

2)当Va≤VIN<Vb时：

Va＝VIN*R2/(R1+R2)>VREF_TL431，比较器A1输出高电平，Q1导通；

Vb＝VIN*R4/(R3+R4)<VREF_TL431，比较器A2输出低电平，Q2截止；

因此，DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻值为Rf2与RfA的并联电值Rf2’，输出供电电压为：VCC＝Vref*(1+Rf1/Rf2’)。

3)当Vb≤VIN≤16V时：

Va＝VIN*R4/R3>Vref，比较器A1输出高电平，Q1导通；

Vb＝VIN*R6/R5>Vref，比较器A2输出高电平，Q2导通；

因此，DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻值为Rf2、RfA与RfB并联的电阻值，输出供电电压为：VCC＝Vref*(1+Rf1/Rf2”)。

本发明中反馈电阻Rf2、反馈电阻RfA与反馈电阻RfB的取值计算：假设Vd为DCDC模块可稳定输出最大允许输出电流时输入与输出允许的最低压差，为了使背光驱动IC电源达到较理想的电源转换效率，设置DCDC模块的输出供电电压与输入电压的对应关系如下：

9V≤VIN<Va时：VCC＝(9-Vd)V

Va≤VIN<Vb时：VCC＝(Va-Vd)V

Vb≤VIN≤16V时：VCC＝(Vb-Vd)V

所以，由DCDC模块的输出电压计算公式可得

Vref*(1+Rf1/Rf2)＝(9-Vd)V (2-3)

Vref*(1+Rf1/Rf2’)＝(Va-Vd)V (2-5)

Vref*(1+Rf1/Rf2”)＝(Vb-Vd)V (2-6)

在Rf1、Vd确定的条件下，由式2-1，2-2，2-3，2-4，2-5，2-6可计算出Rf2、RfA、RfB的值。

本发明电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的取值计算

由于第一比较器电路和第二比较器电路的电压阈值分别为Va和Vb，所以有以下等式

Va*R2/(R1+R2)＝VREF_TL431 (2-7)

Vb*R4/(R3+R4)＝VREF_TL431 (2-8)

在电阻R1和电阻R3的取值确定的情况下，由式(2-7)和(2-8)可计算出R2和R4的值。

本发明电阻R9的取值，计算如下：

在选择电阻R9时必须保证TL431工作的必要条件，即通过阴极的电流要大于1mA。由于DCDC在输出(9－Vd)V时，流过TL431阴极的电流最小，可设置此时流过TL431阴极的电流为2mA，故R9的取值需满足以下条件：

(9－Vd－VREF_TL431)/R9＝2mA (2-9)

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种背光驱动模块的供电电路，用于为背光驱动模块供电，其特征在于：包括输入电压、DCDC模块、比较器电路、参考电源Vref、开关电路和反馈电阻模块；该DCDC模块输入端连接输入电压，输出端连接反馈电阻模块，用于对输入电压进行降压以输出供电电压；该比较器电路的比较输入端与输入电压相连，参考输入端与参考电源相连，输出端与开关电路相连，用于比较输入电压与参考电压并根据比较结果控制开关电路的通断；该开关电路与反馈电阻模块相连以调整反馈电阻值，进一步实现输出供电电压的自动调整；

包括有第一比较器电路、第二比较器电路、第一开关电路和第二开关电路；该第一比较器电路输出端与第一开关电路相连，该第二比较器电路输出端与第二开关电路相连；所述反馈电阻模块包括反馈电阻RfA和反馈电阻RfB，该反馈电阻RfA和反馈电阻RfB的一端分别与第一开关电路和第二开关电路相连，另一端与所述DCDC模块输出端接地侧相连；

将9～16V的输入电压VIN范围细分为三个小范围：9～Va，Va～Vb，Vb～16V；假设反馈电阻Rf2与反馈电阻RfA的并联电值为Rf2’；Rf2、RfA与RfB并联的电阻值为Rf2”，参考电源为Vref，输入电压为VIN，则有以下等式

Rf2’＝Rf2*RfA/(Rf2+RfA)

Rf2”＝Rf2’*RfB/(Rf2’+RfB)

Vd为DCDC模块可稳定输出最大允许输出电流时输入与输出允许的最低压差，为了使背光驱动IC电源达到较理想的电源转换效率，设置DCDC模块的输出供电电压与输入电压的对应关系如下：

9V≤VIN<Va时：VCC＝(9-Vd)V

Va≤VIN<Vb时：VCC＝(Va-Vd)V

Vb≤VIN≤16V时：VCC＝(Vb-Vd)V

因此，有如下几种情况：

1)当9V≤VIN<Va时：RfA和RfB对地呈高阻态，DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻值为Rf2，输出供电电压为：VCC＝Vref*(1+Rf1/Rf2)；

2)当Va≤VIN<Vb时：DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻值为Rf2与RfA的并联电值Rf2’，输出供电电压为：VCC＝Vref*(1+Rf1/Rf2’)；

3)当Vb≤VIN≤16V时，DCDC模块输出端接地一侧的反馈电阻值为Rf2、RfA与RfB并联的电阻值，输出供电电压为：VCC＝Vref*(1+Rf1/Rf2”)。

2.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述第一比较器电路包括电阻R1、电容C4、电阻R2、电容D3和比较器A1；该电阻R1一端与输入电压相连，另一端连接比较器A1的比较输入端；该电容C4一端、电阻R2一端、电容D3正极与比较器A1的比较输入端相连，另一端接地。

3.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述第二比较器电路包括电阻R3、电容C6、电阻R4、电容D5和比较器A2；该电阻R3一端与输入电压相连，另一端连接比较器A2的比较输入端；该电容C6一端、电阻R4一端、电容D5正极与比较器A2的比较输入端相连，另一端接地。

4.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述第一开关电路包括电阻R5、电阻R6、电容C5、二极管D4和三极管Q1；该电阻R5一端连接所述第一比较器电路输出端，另一端连接三极管Q1基极；该电阻R6一端、电容C5一端、二极管D4的负极连接三极管Q1基极，另一端接地；三极管Q1的集电极连接反馈电阻RfA，发射极接地。

5.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述第二开关电路包括电阻R7、电阻R8、电容C7、二极管D6和三极管Q2；该电阻R7一端连接所述第二比较器电路输出端，另一端连接三极管Q2基极；该电阻R8一端、电容C7一端、二极管D6的负极连接三极管Q2基极，另一端接地；三极管Q2的集电极连接反馈电阻RfB，发射极接地。

6.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述反馈电阻模块还包括反馈电阻Rf1和反馈电阻Rf2，该反馈电阻Rf1连接于所述DCDC模块的输出端，该反馈电阻Rf2连接于所述DCDC模块输出端的接地侧。

7.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述参考电源包括电阻R9和二极管D7，该电阻R9一端连接所述输入电压，另一端连接二极管D7负极，该二极管D7正极接地。

8.如权利要求7所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述二极管D7为稳压二极管或稳压集成电路。

9.如权利要求1所述的一种背光驱动模块的供电电路，其特征在于：所述DCDC模块采用BUCK型DCDC模块。