CN114708822B - 一种led屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法 - Google Patents

一种led屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LED屏背光恒流防短路控制***，包括：电源、电子开关单元、电感单元、Boost开关单元、LED背光负载单元、采样电阻单元、采样电压电路单元和CPU控制单元；电源与所述电子开关单元连接；电子开关单元与通过电感单元与Boost开关单元连接；所述Boost开关单元与LED背光负载单元连接；电源的电流依次通过电子开关单元、电感单元和Boost开关单元到达LED背光负载单元，用以驱动所述LED背光负载单元上的LED灯工作；所述LED背光负载单元还与所述采样电阻单元连接，并借助于所述采样电阻单元接地。本发明提供的防短路控制***避免了电路负载短路的问题，同时保护了整个LED屏的背光驱动电路。

Description

一种LED屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法
技术领域
本发明属于汽车工业车载LED屏背光控制技术领域，尤其涉及一种LED屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法。
背景技术
如图1所示，目前LED屏背光内部一般采用多个LED灯串联成组后再多组并联，即上图中的背光负载简图部分，在实际电路处理时，一般通过boost电路，将VCC电压升压到一定电压，驱动液晶屏LED灯，其驱动电流回路如图2所示：LED背光的恒流控制是通过流过采样电阻Rs上电流形成的电压保持恒定来实现背光回路电流的稳定。负载LED背光有一定波动时，即负载波动时，导致采样电阻Rs上流过的电流暂时反向波动(boost输出电压暂时不变)，即此时在Rs上的压降形成反向波动，而此电压通过反馈回路去控制boost开关的占空比Ton，从而调节输出boost电压，如监测到Rs上的电流变大，则Rs上的电压Vs变大，从而控制boost输出电压Vout变小，根据boost输出电压与输入电压关系Vout＝Vcc/(1-D)，其中D为占空比，因此开关占空比变小后，从而输出电压变小，在背光负载保持前述一致的情况下，回路电流将变小，从而维持电路电流稳定。
但是该回路有一个非常致命的问题，在某些环境下，如高温环境，如果背光负载有巨大波动时，则整个回路电流将变得很大，从而会在Rs上形成较大功率损耗，当背光内阻很小，甚至短路时，在电流回路中形成较大电流回路，从而出发反馈回路进行自动调节，即将占空比调小，同时由于Boost开关占空比最小为0，即完全失去boost能力，此时整个电流回路即为如图3所示：此时电源Vcc经过电感、二极管、背光LED灯、采样电阻Rs后至地GND，如果此时背光LED灯内阻很小，则回路电流流过Rs后的功耗将随着背光内阻的降低而变大，内阻低于某一程度时，将Rs上功耗将大于电阻能承受的最大功耗，从而烧毁Rs，进行破坏LED背光驱动回路，导致显示屏显示异常。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种LED屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法，避免了电路负载短路的问题，同时保护了整个LED屏的背光驱动电路。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种LED屏背光恒流防短路控制***，包括：电源、电子开关单元、电感单元、Boost开关单元、LED背光负载单元、采样电阻单元、采样电压电路单元和CPU控制单元；
所述电源与所述电子开关单元连接；
所述电子开关单元与通过所述电感单元与所述Boost开关单元连接；
所述Boost开关单元与所述LED背光负载单元连接；
所述电源的电流依次通过所述电子开关单元、所述电感单元和所述Boost开关单元到达所述背负载单元，用以驱动所述LED背光负载单元上的LED灯工作；
所述LED背光负载单元还与所述采样电阻单元连接，并借助于所述采样电阻单元接地；
所述采样电阻单元分别与所述Boost开关单元和所述采样电压电路单元连接用以将回采电压信息分别反馈至所述Boost开关单元和所述CPU控制单元；
所述CPU控制单元分别与所述电子开关单元和所述采样电压电路单元连接；
所述CPU控制单元能够根据所述回采电压信息按照设定的策略决定控制所述电子开关单元关断电源。
优选地，所述电子开关单元上包括：EN端口、Current-limit端口、Vin端口和Vout端口；
所述EN端口和所述Current-limit端口分别与所述CPU控制单元连接；
所述Vin端口与电源直连；
所述Vout端口通过所述电感单元与所述Boost开关单元连接。
优选地，所述Boost开关单元包括：肖特基二极管和Boost开关；
所述电感单元与所述Boost开关连接；
所述Boost开关与所述肖特基二极管的一端连接；
所述肖特基二极管的另一端与所述LED背光负载单元连接；
通过所述Boost开关的电源能够借助于所述肖特基二极管升压输出至所述LED背光负载单元。
优选地，所述采样电压电路单元包括：第一连接线、第二连接线和模拟调理电路；
所述采样电阻单元与所述第一连接线连接；
所述第一连接线与所述模拟调理电路连接；
所述模拟调理电路与所述第二连接线连接；
所述第二连接线与所述CPU控制单元连接；
所述回采电压信息通过所述模拟调理电路放大后借助于所述第二连接件发送至所述CPU控制单元。
优选地，所述CPU控制单元上包括：IO1端口、IO2端口、IO3端口和ADC端口；
所述IO1端口与所述EN端口连接；
所述IO1端口与所述Vin端口之间设有上拉电阻；
所述IO2端口与所述模拟调理电路连接；
所述IO3端口与所述Current-limit端口连接；
所述电源与所述IO2端口之间设有上拉电阻；
所述ADC端口借助于所述第二连接线与所述模拟调理电路连接。
优选地，所述回采电压信息经过所述模拟调理电路运放后分两路输出进入所述CPU控制单元；
其一为通过所述第二连接线和所述ADC端口进入所述CPU控制单元；
其二为通过所述IO2端口进入所述CPU控制单元。
优选地，所述LED背光负载单元包括多个LED灯组；
所述多个LED灯组之间并联；
每一所述LED灯组包括多个串连的LED灯珠。
本技术方案还提供一种基于上述任一方案所述LED屏背光恒流防短路控制***的防短路故障控制方法，
上电后，CPU控制单元根据接收到的回采电压Vs与设定的第一触发中断电压Vs2比较：
若Vs大于Vs2则触发直接中断模式；
若Vs小于Vs2则继续监测Vs。
优选地，所述方法还包括：
当第一次触发直接中断模式时，CPU控制单元延时20ms后根据最新的Vs判断是否触发直接中断模式；
若再次触发直接中断模式，则CPU控制单元控制电子开关单元关断电源，同时记录并上传故障信息；
若未再次触发直接中断模式，则继续监测Vs电压，等待下一次的触发，前一次的触发无效，标志位清除。
优选地，所述方法还包括：
若Vs小于Vs2则继续监测电压Vs，并进入预关断监测模式；
CPU控制单元根据接收到的回采电压Vs分别与设定的第二触发电压Vs1和额定电压Vs0比较；
若Vs1＞Vs>Vs0成立，则CPU控制单元延时10ms监测一次Vs，连续监测三次；
若均满足Vs>Vs0，则CPU控制单元控制电子开关单元开启限流，限制电流为正常电流的一半，同时记录并上传故障信息；
保持监测Vs，若Vs大于Vs2则触发直接中断模式。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种LED屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法，具有以下有益效果：
1、保护整个信号回路，包括采样电阻；
2、提出预关断和关断的条件，目前业内无液晶屏背光时效处理方案，然而在工程机械或其他工况恶劣的环境下，液晶屏背光LED灯在高温高湿环境下可能不断失效，从而有效保护采样电阻，也会减缓液晶屏失效过程，特别是在显示控制一体的产品中，更有意义，因为器件损坏，有可能会导致产品本身失效。
3、通过本申请的方法，能够方便定位故障，通过总线即可详细了解故障信息、预关断和关断信息、各自时间、Vs电压等；同时也为客户在预关断时间内提供操作的时间，这在显示控制一体的产品中体现的尤为明显。
附图说明
图1为本发明背景技术中的电路示意图；
图2为本发明背景技术中的电路示意图；
图3为本发明背景技术中的电路示意图；
图4为本发明提供的一种LED屏背光恒流防短路控制***的电路结构示意图；
图5为本发明一种LED屏背光恒流防短路控制***及防短路故障控制方法中的方法流程图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图4所示：本实施例中公开了一种LED屏背光恒流防短路控制***，包括：电源、电子开关单元、电感单元、Boost开关单元、LED背光负载单元、采样电阻单元、采样电压电路单元和CPU控制单元；所述电源与所述电子开关单元连接；所述电子开关单元与通过所述电感单元与所述Boost开关单元连接；所述Boost开关单元与所述LED背光负载单元连接。所述电源的电流依次通过所述电子开关单元、所述电感单元和所述Boost开关单元到达所述背负载单元，用以驱动所述LED背光负载单元上的LED灯工作。所述LED背光负载单元还与所述采样电阻单元连接，并借助于所述采样电阻单元接地；所述采样电阻单元分别与所述Boost开关单元和所述采样电压电路单元连接用以将回采电压信息分别反馈至所述Boost开关单元和所述CPU控制单元；所述CPU控制单元分别与所述电子开关单元和所述采样电压电路单元连接。所述CPU控制单元能够根据所述回采电压信息按照设定的策略决定控制所述电子开关单元关断电源。
本实施例中所述电子开关单元上包括：EN端口、Current-limit端口、Vin端口和Vout端口；所述EN端口和所述Current-limit端口分别与所述CPU控制单元连接；所述Vin端口与电源直连；所述Vout端口通过所述电感单元与所述Boost开关单元连接。
应说明的是，该LED屏背光恒流防短路控制***为应用于汽车工业车载显示屏领域，在实际应用中不仅提升了显示屏的显示效果，适应于复杂的电路环境，而且还能够保护整个***的稳定运行。
本实施例中所述Boost开关单元包括：肖特基二极管和Boost开关；所述电感单元与所述Boost开关连接；所述Boost开关与所述肖特基二极管的一端连接；所述肖特基二极管的另一端与所述LED背光负载单元连接；通过所述Boost开关的电源能够借助于所述肖特基二极管升压输出至所述LED背光负载单元。用以驱动LED背光负载单元进行工作。
本实施例中所述采样电压电路单元包括：第一连接线、第二连接线和模拟调理电路；所述采样电阻单元与所述第一连接线连接；所述第一连接线与所述模拟调理电路连接；所述模拟调理电路与所述第二连接线连接；所述第二连接线与所述CPU控制单元连接；所述回采电压信息通过所述模拟调理电路放大后借助于所述第二连接件发送至所述CPU控制单元。
本实施例中所述CPU控制单元上包括：IO1端口、IO2端口、IO3端口和ADC端口；所述IO1端口与所述EN端口连接；所述IO1端口与所述Vin端口之间设有上拉电阻；所述IO2端口与所述模拟调理电路连接；所述IO3端口与所述Current-limit端口连接；所述电源与所述IO2端口之间设有上拉电阻；所述ADC端口借助于所述第二连接线与所述模拟调理电路连接。
本实施例中所述回采电压信息经过所述模拟调理电路运放后分两路输出进入所述CPU控制单元；其一为通过所述第二连接线和所述ADC端口进入所述CPU控制单元；其二为通过所述IO2端口进入所述CPU控制单元。
本实施例中所述LED背光负载单元包括多个LED灯组；所述多个LED灯组之间并联；每一所述LED灯组包括多个串连的LED灯珠。
应说明的是：该LED背光负载单元借助于所述采样电阻单元接地。
本实施例中的电源VCC通过一个受控的电子开关(控制信号为CPU-POWER-SWITCH，由CPU控制单元的IO1端口控制)后进入Boost开关单元，SW为NMOS开关，电源VCC经过电感单元，Boost开关单元的tps61165后，再通过肖特基二极管，实现升压输出，用于驱动LED背光负载单元，经过背光LED灯后再通过采样电阻Rs至地，采样电阻Rs电压回采反馈至TPS61165的FB，用于调节背光电流恒定，同时回采电压信息Vs通过运放放大G倍后进入CPU控制单元的ADC端口，CPU控制单元通过监测Vs如果超过某一个值，直接通过IO1端口输出关断信号CPU-POWER-SWITCH，使整个回路断开，直至背光负载恢复正常，这样避免Rs损坏，同时故障信息存储在CPU控制单元内部，通过其他总线(如CAN总线)与外部进行交互，方便故障处理和解决，同时故障指示灯报警。
由于一般电阻能承受100ms以下的数倍的过功率，按照通常的6倍来计算，相当于电流达到2.45倍时，即此时Vs电压为正常Vs0的2.45倍，即Vs2＝2.45Vs0，直接触发CPU控制单元的中断信号，CPU控制单元直接关断背光电源；如果功率达到2倍时，即电流为正常的1.42倍，Vs电压为Vs1＝1.42Vs0，进行预关断处理，通过电子开关单元限制背光电流为正常的一半，这样既能保护***，也能进行预判断。
如图5所示：本实施例中还提供一种基于LED屏背光恒流防短路控制***的防短路故障控制方法，
上电后，CPU控制单元根据接收到的回采电压Vs与设定的第一触发中断电压Vs2比较：
若Vs大于Vs2则触发直接中断模式；
若Vs小于Vs2则继续监测Vs。
本实施例中所述方法还包括：当第一次触发直接中断模式时，CPU控制单元延时20ms后根据最新的Vs判断是否触发直接中断模式；
若再次触发直接中断模式，则CPU控制单元控制电子开关单元关断电源，同时记录并上传故障信息；
若未再次触发直接中断模式，则继续监测Vs电压，等待下一次的触发，前一次的触发无效，标志位清除。
本实施例中所述的方法还包括：若Vs小于Vs2则继续监测电压Vs，并进入预关断监测模式；
CPU控制单元根据接收到的回采电压Vs分别与设定的第二触发电压Vs1和额定电压Vs0比较；
若Vs1＞Vs>Vs0成立，则CPU控制单元延时10ms监测一次Vs，连续监测三次；
若均满足Vs>Vs0，则CPU控制单元控制电子开关单元开启限流，限制电流为正常电流的一半，同时记录并上传故障信息；
保持监测Vs，若Vs大于Vs2则触发直接中断模式。
具体地，如图5所示：(1)上电后，CPU控制单元的IO1端口输出控制信号CPU-POWER-SWITCH为低，将电子开关单元的TPS2034D打开，同时Current-limit开关配置电流I1为背光正常电流I0的1.5倍。
(2)判断CPU控制单元的IO2端口是否已触发中断；判断条件：Vs＞Vs2时(注：Vs2＝2.45Vs0)，自动触发电平中断，低电平有效，CPU控制单元继续监测Vs到电压。
(3)在已触发中断的条件下，CPU控制单元延时20ms后继续监测电压Vs，如果继续触发中断，则认为中断有效，不是模拟干扰脉冲导致，CPU控制单元的IO1端口CPU-POWER-SWITCH输出高电平直接关断背光电源，报警指示灯常亮，总线输出错误帧，便于用户快速定位，否则继续监测Vs电压，等待下一次的触发，前一次的触发无效，标志位清除。
(4)如果Vs电压不足以触发中断，则监测Vs电压，判断是否Vs1＞Vs＞Vs0，其中Vs1＝1.42Vs0，如果成立，则CPU控制单元恒流控制进行预关断模式，将IO3端口和Current-limit端口的电流限制开关配置电流为正常电流的0.5倍，持续时间10分钟，期间故障指示灯闪烁，频率0.5Hz，故障信息通过总线数据帧输出，10分钟期间不断监测Vs电压，如果电压达到中断触发条件，则按照中断处理，即关断背光电源，如果没有达到中断触发条件，则10分钟后电流降为正常电流的1/3，方便客户在屏上进行操作，同时故障灯闪烁，故障数据帧输出。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LED屏背光恒流防短路控制***，其特征在于，
包括：电源、电子开关单元、电感单元、Boost开关单元、LED背光负载单元、采样电阻单元、采样电压电路单元和CPU控制单元；
所述电源与所述电子开关单元连接；
所述电子开关单元与通过所述电感单元与所述Boost开关单元连接；
所述Boost开关单元与所述LED背光负载单元连接；
所述电源的电流依次通过所述电子开关单元、所述电感单元和所述Boost开关单元到达所述LED背光负载单元，用以驱动所述LED背光负载单元上的LED灯工作；
所述LED背光负载单元还与所述采样电阻单元连接，并借助于所述采样电阻单元接地；
所述采样电阻单元分别与所述Boost开关单元和所述采样电压电路单元连接用以将回采电压信息分别反馈至所述Boost开关单元和所述CPU控制单元；
所述CPU控制单元分别与所述电子开关单元和所述采样电压电路单元连接；
所述CPU控制单元能够根据所述回采电压信息按照设定的策略决定控制所述电子开关单元关断电源；
所述电子开关单元上包括：EN端口、Current -limit端口、Vin端口和Vout端口；
所述EN端口和所述Current -limit端口分别与所述CPU控制单元连接；
所述Vin端口与电源直连；
所述Vout端口通过所述电感单元与所述Boost开关单元连接；
所述Boost开关单元包括：肖特基二极管和Boost开关；
所述电感单元与所述Boost开关连接；
所述Boost开关与所述肖特基二极管的一端连接；
所述肖特基二极管的另一端与所述LED背光负载单元连接；
通过所述Boost开关的电源能够借助于所述肖特基二极管升压输出至所述LED背光负载单元；
所述采样电压电路单元包括：第一连接线、第二连接线和模拟调理电路；
所述采样电阻单元与所述第一连接线连接；
所述第一连接线与所述模拟调理电路连接；
所述模拟调理电路与所述第二连接线连接；
所述第二连接线与所述CPU控制单元连接；
所述回采电压信息通过所述模拟调理电路放大后借助于所述第二连接线发送至所述CPU控制单元；
所述CPU控制单元上包括：IO1端口、IO2端口、IO3端口和ADC端口；
所述IO1端口与所述EN端口连接；
所述IO1端口与所述Vin端口之间设有上拉电阻；
所述IO2端口与所述模拟调理电路连接；
所述IO3端口与所述Current-limit端口连接；
所述电源与所述IO2端口之间设有上拉电阻；
所述ADC端口借助于所述第二连接线与所述模拟调理电路连接。
2.根据权利要求1所述的防短路控制***，其特征在于，
所述回采电压信息经过所述模拟调理电路运放后分两路输出进入所述CPU控制单元；
其一为通过所述第二连接线和所述ADC端口进入所述CPU控制单元；
其二为通过所述IO2端口进入所述CPU控制单元。
3.根据权利要求2所述的防短路控制***，其特征在于，
所述LED背光负载单元包括多个LED灯组；
所述多个LED灯组之间并联；
每一所述LED灯组包括多个串连的LED灯珠。
4.一种基于如权利要求1-3任一项所述LED屏背光恒流防短路控制***的防短路故障控制方法，其特征在于，
上电后，CPU控制单元根据接收到的回采电压Vs与设定的第一触发中断电压Vs2比较：
若Vs大于Vs2则触发直接中断模式；
若Vs小于Vs2则继续监测Vs。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当第一次触发直接中断模式时，CPU控制单元延时20ms后根据最新的Vs判断是否触发直接中断模式；
若再次触发直接中断模式，则CPU控制单元控制电子开关单元关断电源，同时记录并上传故障信息；
若未再次触发中断模式，则继续监测Vs电压，等待下一次的触发，前一次的触发无效，标志位清除。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若Vs小于Vs2则继续监测电压Vs，并进入预关断监测模式；
CPU控制单元根据接收到的回采电压Vs分别与设定的第二触发电压Vs1和额定电压Vs0比较；
若Vs1＞Vs>Vs0成立，则CPU控制单元延时10ms监测一次Vs，连续监测三次；
若均满足Vs>Vs0，则CPU控制单元控制电子开关单元开启限流，限制电流为正常电流的一半，同时记录并上传故障信息；
保持监测Vs，若Vs大于Vs2则触发直接中断模式。
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