專利名稱：單片集成led背光與lcd電源驅動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種LED背光 驅動和為IXD提供電源的系統(tǒng)，特別是一種單片集成LED 背光和LCD電源驅動系統(tǒng)。
背景技術：
液晶顯示屏(IXD)已成為電視、電腦和各種顯示器的主角，在各類平板顯示中占 據(jù)了主導地位。但由于液晶顯示屏本身并不發(fā)光，所以為液晶顯示屏提供光源的背光源扮 演著十分重要的角色。由于LED具有不含汞，色彩還原好、響應速度快、節(jié)能、安全、體積小 等優(yōu)點，正吸引著越來越多的廠商開始研制LED背光源。在小尺寸的背光應用中，LED背光 源基本已經取代了 CCFL，成為背光源的主流，而全球中大尺寸液晶顯示屏的大幅增產必然 帶動其背光的產量提升。在中大尺寸液晶屏的應用中，LED背光源取代CCFL背光源已成為 趨勢，必將成為LED產業(yè)增長的熱點。當液晶屏的尺寸逐漸增大時，需要幾十甚至幾百顆高亮度LED同時點亮以提供足 夠的光源。這就意味著LED背光驅動器必須能夠提供更高的驅動電壓，更大的驅動電流，更 嚴格的散熱要求，更靈活的控制方式。這就對中大尺寸液晶顯示屏的LED背光驅動提出了 更高的要求。目前中型尺寸的LED背光方案中更多地只是增加了 LED的數(shù)量，并將串并聯(lián) 后LED組作為一個整體負載來考慮，通過控制流過這個LED組的總體電流來調節(jié)LCD屏的 亮度。LDO驅動LED組是比較常用的驅動方案，通過外置的采樣電阻，設定輸出的總電流值， 即可保持輸出的總電流恒定，并且支持PWM調光。LDO驅動LED組最大的優(yōu)勢在于電路非常 簡單，而且基本沒有EMI的問題，比較適合和LED燈組做在一起，直接放置在IXD屏內。其主 要的問題是效率比較低。為提高整個LED組的驅動效率，用開關電源代替LDO是最直接的 方法。采用這種方法的LED背光驅動芯片很多。該方法提高了電源的利用效率，但驅動能 力有限，在中型尺寸的LED背光方案中無法用單片驅動芯片完成，并且無法為每個通道提 供開路、短路檢測，這在開關電源供電的方案中非常重要。為了彌補這些驅動芯片的不足， 一些半導體廠商推出了高級的驅動芯片。這些芯片的驅動能力強，具有開路、短路、過流、過 壓等多種保護。但這些芯片的價格較貴，單片的價格超過了 2美元。另外，為了給IXD提供電源，所以采用專用LED驅動芯片的方案中還需要一塊電源 芯片為IXD提供13V的電源。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，將LED背光與LCD電源驅動進行功 能整合，提供一種單片集成LED背光和LCD電源驅動系統(tǒng)，該驅動系統(tǒng)不但有較強的驅動能 力，提供完善的保護功能，而且還為LCD提供電源，減少一塊電源芯片，具有較高的性價比。為了達到上述目的，本發(fā)明的構思是本發(fā)明充分利用單片機上的片上資源，在外 接MOSFET驅動、可控恒流源、MOSFET,晶體管、電感、電阻、電容等的基礎上集成LED背光與 IXD電源驅動。如圖1所示，單片機上的AD對輸入電壓進行檢測后，其片上的一個PWM模塊輸出的PWM信號，經過MOSFET驅動放大后，驅動一組升壓(boost)電路，為LED提供電源。在 升壓電路啟動的過程中，單片機上的AD不斷檢測升壓電路的電流和電壓，以及各通道LED 電流。AD測量的結果為升壓電路提供過流保護和電壓調節(jié)，為各LED通道提供短路和開路 保護。完成LED背光驅動啟動后，單片機上的另一個PWM模塊輸出PWM信號，經MOSFET驅 動放大后，驅動另一組升壓電路，將5V輸入電源升壓至13V，為LCD提供電源，以節(jié)省一塊電 源芯片，降低成本；同樣，單片機監(jiān)控升壓電路的電流和電壓，為升壓電路提供過流保護和 電壓調節(jié)。完成設置后，單片機不停的監(jiān)控兩個升壓電路的電流和電壓，以及各通道LED電 流，監(jiān)控各模塊的工作狀態(tài)。單片機上的定時器模塊為LED提供PWM調光支持。所以，該驅 動系統(tǒng)不但有較強的驅動能力和靈活性，提供完善的保護功能，而且還為LCD提供電源，減 少一塊電源芯片，具有較高的性價比。根據(jù) 上述發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案
一種單片集成LED背光與IXD電源驅動系統(tǒng)，包括主控單片機，兩路MOSFET驅動，兩組 由L1、D1、Q1、C1、R1、R2、R3，L2、D2、Q2、C2、R4、R5、R6組成的升壓電路和路可控恒流源， 為自然數(shù)，其特征在于單片機上的一個PWM模塊輸出的PWM信號，經過一路MOSFET驅動放 大后，驅動一組升壓電路，將12V輸入電源升壓至30V左右，驅動路與恒流源串聯(lián)的9顆 串接的LED ；單片機上的另一個PWM模塊輸出的PWM信號，經另外一路MOSFET驅動放大后， 驅動另一組升壓電路，將5V輸入電源升壓至13V，為IXD提供電源，以節(jié)省一塊電源芯片，降 低成本；單片機上的AD模塊不斷檢測兩個升壓電路的電流和電壓，以及路LED電流，監(jiān)控 各模塊的工作狀態(tài)，為系統(tǒng)提供完善的保護功能；單片機的片上16位定時器輸出200Hz的 PWM控制信號，連接到η路恒流源的控制端，實現(xiàn)高分辨率PWM調光。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下顯而易見的實質性特點和顯著優(yōu)點
1.單片集成LED背光與LCD電源驅動系統(tǒng)基于市場成熟的單片機為設計平臺，充分地 利用了單片機上的資源，具有較高的性價比。2.集成了 IXD電源驅動，節(jié)省了一塊電源芯片；
3.驅動能力強，LED背光驅動能力為110左右，并可根據(jù)實際要求擴展，具有很好的靈 活性；
4.200Hz PWM調光，由具有16位分辨率的定時器Tl控制，調光精度高。


圖1是單片集成LED背光與IXD電源驅動系統(tǒng)原理圖； 圖2是單片集成LED背光與LCD電源驅動系統(tǒng)實例原理圖； 圖3是軟件工作流程圖。具體實施方法
技術領域：
本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合

如下
實施例一參見圖1，本單片集成LED背光與LCD電源驅動系統(tǒng)，包括主控單片機，兩路 MOSFET 驅動，兩組由 L1、D1、Q1、C1、R1、R2、R3，L2、D2、Q2、C2、R4、R5、R6 組成的升壓(boost) 電路和路可控恒流源，η為自然數(shù)，其特征在于單片機上的一個PWM模塊輸出的PWM信 號，經過一路MOSFET驅動放大后，驅動一組升壓電路，將12V輸入電源升壓至30V左右，驅 動η路與恒流源串聯(lián)的9顆串接的LED ；單片機上的另一個PWM模塊輸出的PWM信號，經另外一路MOSFET驅動放大后，驅動另一組升壓電路，將5V輸入電源升壓至13V，為IXD提供電源，以節(jié)省一塊電源芯片，降低成本；單片機上的AD模塊不斷檢測兩個升壓模塊的電流 和電壓，以及路LED電流，監(jiān)控各模塊的工作狀態(tài)，為系統(tǒng)提供完善的保護功能；單片機的 片上16位定時器輸出200Hz的PWM控制信號，連接到路恒流源的控制端，實現(xiàn)高分辨率 PWM調光。實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下本實施例的具體電路 結構如圖2所示，主要由主控單片機，MOSFET驅動，由Li、Dl、Ql、Cl、Rl、R2、R3組成的 12 - 30V升壓電路，由L2、D2、Q2、C2、R4、R5、R6組成的5 — 13V升壓電路，12路可控恒 流源等組成。主控單片機采用美國Microchip Technology Inc.(美國微芯科技公司)的 PIC16F1937，工作頻率為32MHz。PIC16F1937內部PWM2模塊輸出PWM信號，將輸入的12V 直流電源升壓到30V左右，驅動9(串)X12(并)顆LED。PWMl模塊輸出另一路PWM信號， 驅動5-13V升壓電路，將輸入的5V直流電源升壓到13V，為LCD提供電源。在升壓電路工 作期間，單片機上的AD不斷檢測兩個升壓電路的電流和電壓，以及各通道LED電流，監(jiān)控各 模塊的工作狀態(tài)。系統(tǒng)上電后，主控單片機先對輸入電壓進行檢測，然后軟啟動12 - 30V LED背光 驅動升壓電路，再啟動5 — 13V IXD電源驅動升壓電路。完成設置后監(jiān)控各模塊的工作狀 態(tài)，主控MCU的工作流程圖如圖3所示。輸入電壓判斷在IXD電源驅動5 — 13V升壓電路中，采樣電阻R5、R6分別為2K 和15K。在正常輸出為13V時，采樣電壓為1.5294V。當升壓電路不工作時，采樣電壓為 (0. 4941 - 0. 6118)(輸入電壓為4. 5V到5. 5V，消特基二極管壓降約為0. 3V)。所以，AD 轉換值的區(qū)間為(247 — 305)。如果AD測量值滿足要求，則把5V電壓檢測完成標志清零；進入12V輸入電壓判 斷。否則，進入錯誤處理。輸入電壓判斷在LED驅動12 — 30V升壓電路中，采樣電阻R2、R3分別為2K和 39K。當升壓電路不工作時，采樣電壓為(0.5268 — 0.5756)(輸入電壓為11. 5V到12. 5V， 消特基二極管壓降約為0.4V)。所以，AD轉換值的區(qū)間為(263 — 300)。如果AD測量值滿 足要求，則把12V電壓檢測完成標志清零；使能PWM信號輸出；開啟TO定時器0. 5ms定時； 置位12-30V升壓電路軟啟動標志，進入12-30V電源軟啟動。否則，進入錯誤處理。升壓電路軟啟動12-30V升壓電路軟啟動時脈寬值初始化為5。P麗2模塊的初始化頻率為444. 444KHz，脈寬每0. 5ms上升4，經過10次上升，歷 時5ms后上升至44。脈寬達到預定的要求后，清零12-30V軟啟動標志，0. 5秒計時器開始 計時。升壓電路軟啟動5_13V升壓電路軟啟動時脈寬值初始化為7。PWMl模塊的初始化頻率為444. 444KHz，脈寬每0. 5ms上升5，經過8次上升，歷時 4ms后上升至47。然而，脈寬每0. 5ms上升1，在脈寬增加的過程中，如果輸出電壓達到要求 (12. 5V-13. 5V)，則脈寬停止增加。否則，Ims后上升到49。脈寬達到預定的要求后，清零5-13V軟啟動標志。調光在允許PWM調光后，清零允許PWM調光標志，把正在進行調光標志置位。計 算設置調光參數(shù)。
PWM調光周期為5ms，控制段為10%到90%，S卩1對應500us，100對應4500us，每 一刻度對應40。根據(jù)需要的調光比例，計算出PWM調光的“亮周期”和“暗周期”，置位PWM 調光信號輸出腳RA4和PWM高電平標志，并把PMW2模塊的設置參數(shù)臨時保存，開啟定時器 Tl。Tl是16位定時/計數(shù)器，根據(jù)設定的“亮周期”和“暗周期”時間，在中斷程序中， 進行PWM調光“亮周期”和“暗周期”的切換。在PWM調光的“暗周期”，清零PWM調光信號輸 出腳RA4，LED上沒有電流流過。此時，PWM仍然輸出一個很窄的脈沖，維持輸出電壓不變。 實測時表明，輸出電壓不變可以有效緩解電感上產生噪聲。各通道電流檢測PIC16F1937共有14個AD采樣通道，而本例中單片集成LED背 光與IXD電源驅動共有16個通道需要AD監(jiān)控。所以通過4個低成本MOSFET開關共享了 2個采樣通道，給LED電流檢測使用，使PIC16F1937的采樣通道達到系統(tǒng)要求的16個。每隔0. 5秒，進行一次LED各通道電流檢測。在LED各通道電流開始檢測前，先把 通道正在檢測標志清零，設置好AD采樣通道，把AD通道對準標志置1。為了防止在PWM調 光時“暗周期”采樣，把PWM調光時LED “亮周期”標志清零，從下一個亮周期才開始進行AD 轉換。AD采樣通道設置好后，如果正在進行PWM調光，則等到調光“亮周期”后，清零對準 標志和LED調光“亮周期”標志，延時5us，開始轉換。如果沒有進行PWM調光，則清零對準 標志，延時5us，開始轉換。 AD轉換結束后，進行數(shù)據(jù)處理。如果當前的采樣值小于LED的額定電流(本例中 LED的額定電流為20mA，精度為2. 5%，即電流為19. 5-20. 5時滿足要求)，則把LED通道出 現(xiàn)電流不符合要求標志置1，記錄采樣通道，如果AD采樣值小于一個非常小的值(本例中設 為0. 2mA)，通道出現(xiàn)斷路標志置1，判斷該通道斷路；如果采樣值大于額定電流，則把LED通 道出現(xiàn)電流過大標志置1，記錄采樣通道；當LED通道AD指示等于12時，本次12通道電流 檢測采樣結束，清零各通道檢測標志，把數(shù)據(jù)處理標志置1。數(shù)據(jù)處理完后，某通道正在檢測 標志置1，開始下一次通道的電流檢測。電壓調節(jié)如果LED通道電流值不在設定的范圍內，則進行12-30V電壓調節(jié)。如 果均值小于額定電流，置位升壓指示標志，調用升壓函數(shù)，升高電壓。如果均值大于額定電 流，置位降壓指示標志，調用降壓函數(shù)，降低電壓。升壓電路最佳電壓如果升壓指示標志置位，且LED通道電流滿足要求，則把此 時的脈寬作為當前輸入的最佳調制參數(shù)，并測量12-30V升壓電路的輸出電壓，作為最佳電 壓，暫存。如果下次在LED通道電流滿足要求的情況下，測得的電壓大于最佳電壓0. 5V，則 調低電壓，并繼續(xù)尋找最佳電壓。升壓電路電壓調節(jié)在5-13V升壓電路正常工作時，如果輸出電壓偏移13V的中心 點0. 2V，則對5-13V升壓電路進行調節(jié)，每次調節(jié)范圍為0. IV，以減小輸出電壓波動。盡管本發(fā)明已經參考一些具體實施方式
進行了描述，但本領域的普通技術人員將 會理解可對本發(fā)明作出許多變形和改變而不偏離所附的權利要求及其等效所限定的本發(fā) 明的精神或范圍。
權利要求
1. 一種單片集成LED背光與LCD電源驅動系統(tǒng)，包括主控單片機，兩路MOSFET驅動，兩 組由 L1、D1、Q1、C1、R1、R2、R3，L2、D2、Q2、C2、R4、R5、R6 組成的升壓(boost)電路和/ 路 可控恒流源，η為自然數(shù)，其特征在于單片機上的一個PWM模塊輸出的PWM信號，經過一路 MOSFET驅動放大后，驅動一組升壓電路，將12V輸入電源升壓至30V左右，驅動路與恒流 源串聯(lián)的9顆串接的LED ；單片機上的另一個PWM模塊輸出的PWM信號，經另外一路MOSFET 驅動放大后，驅動另一組升壓電路，將5V輸入電源升壓至13V，為IXD提供電源，以節(jié)省一 塊電源芯片，降低成本；單片機上的AD模塊不斷檢測兩個升壓模塊的電流和電壓，以及路 LED電流，監(jiān)控各模塊的工作狀態(tài)，為系統(tǒng)提供完善的保護功能；單片機的片上16位定時器 輸出200Hz的PWM控制信號，連接到路恒流源的控制端，實現(xiàn)高分辨率PWM調光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單片集成LED背光與LCD電源驅動系統(tǒng)。該驅動系統(tǒng)包括主控單片機，兩路MOSFET驅動，兩組由L1、D1、Q1、C1、R1、R2、R3，L2、D2、Q2、C2、R4、R5、R6組成的升壓(boost)電路和n路可控恒流源，n為自然數(shù)。單片機上的一個PWM模塊輸出的PWM信號，經過MOSFET驅動放大后，驅動一組升壓電路，為LED提供電源，驅動大約110顆LED，并可根據(jù)實際要求靈活擴展。單片機上的另一個PWM模塊輸出的PWM信號，經另外一路MOSFET驅動放大后，驅動另一組升壓電路，將5V輸入電源升壓至13V，為LCD提供電源，以節(jié)省一塊電源芯片，降低成本。在升壓電路工作期間，單片機上的AD不斷檢測兩個升壓電路的電流和電壓，以及各通道LED電流，監(jiān)控各模塊的工作狀態(tài)，為系統(tǒng)提供完善的保護功能。單片機上的定時器模塊為LED提供PWM調光支持。所以，單片集成LED背光與LCD電源驅動系統(tǒng)具有較高的性價比。
文檔編號G09G3/36GK102074214SQ201010600938
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年12月23日
發(fā)明者蘇文鵬, 邵勇, 陳光化 申請人:上海大學