专利名称：一种led灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的装置及方法。
背景技术：
目前，在LED显示电路中，当有某一灯串发光二极管发生短路时，其它未发生发光 二极管短路的灯串因未被IC保护而正常工作，此时液晶画面将变暗。虽然很多液晶显示器 产品在用户使用模式下可以调节显示器的亮度，但是其调光亮度并没有调到100% PWM (设 计时留有预度)。一般设定值为80%左右，所以无法达到Panel的最高亮度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显 示用背光的装置及方法，该发明自动化程度高，能使液晶画面亮度更适合使用者的要求。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光装置，包括短路保护侦测模组 3、光源控制模组1、驱动模组9和光源模组7，其特征在于光源控制模组1通过调光信号输 出端302和开关信号输出端303输出信号给驱动模组9，短路保护侦测模组3通过短路保护 侦测输出端301电性连接于光源控制模组1及各个LED灯串之间，当有任一 LED灯串发生 短路且被驱动控制器保护时，短路保护侦测输出端输出信号给光源控制模组中的图像处理 器，图像处理器就会输出一持续不变的信号给光源控制模组的调光控制电路，使其调光控 制电路输出一持续高电平的调光信号给驱动模组内对应的驱动控制器，调光控制电路输出 100%的调光控制信号，以补偿整体的LED灯管的平均亮度。当没有LED灯串发生短路保护时，短路保护侦测信号为一第一位准即，侦测信号 为低电平或为与调光频率相同的突发模式的脉冲方波；当有任一 LED灯串发生短路保护 时，侦测信号为一第二位准，即侦测信号为持续高电平。本发明LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的方法，其特征在于 包括以下步骤(1)通过短路保护侦测模组，采集短路保护信号，经处理后在短路保护侦测 模组的输出端输出高电平或低电平信号，程序判断其是否为持续的高电平，若是持续高电 平则执行步骤(2)，否则执行步骤(3); (2)调光控制电路输出最大占空比为100%的突发模 式(Burst-mode)调光控制信号，加载在LED驱动PWM IC的DIM调光控制引脚上，从而提升 LED屏幕的亮度；(3)保持原有占空比低于100%的突发模式(Burst-mode)调光控制信号不 变，以维持LED亮度不变；(4)程序结束。本发明能够自动检测LED灯串工作状态，当某一 LED灯串发光二极体短路，当图 像处理器接收到短路保护侦侧模组输出端输出的侦测信号为第二位准时，图像处理器发出 一指令让调光控制电路输出一 100%的调光信号(即持续高电平的调光信号)给驱动控制器，以补偿整体的LED灯管的平均亮度。步骤(1)中，持续高电平时间为大于1个突发模式(Burst-mode)调光信号的脉冲 周期。本发明能够自动检测LED灯串工作状态，使LED灯串输出的亮度始终满足用户的 使用要求。因此，将该发明应用于液晶显示产品中具有实际意义。
图1是本发明实施例子的电路连接原理图。图2是本发明实施例子的具体电路图。图3是本发明实施例子相关程序流程图。图4是本发明实施例子相关电路引脚波形图。
具体实施例方式本发明的一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光装置，包括短路 保护侦测模组3、光源控制模组1、驱动模组9和光源模组7，其特征在于光源控制模组1通 过调光信号输出端302和开关信号输出端303输出信号给驱动模组9，短路保护侦测模组3 通过短路保护侦测输出端301电性连接于光源控制模组1及与各个LED灯串输出端701， 702，-70η相连，当有任一 LED灯串发生短路且被驱动控制器保护时，短路保护侦测输出 端输出信号给光源控制模组中的图像处理器，图像处理器就会输出一持续不变的信号给光 源控制模组的调光控制电路，使其调光控制电路输出一持续高电平的调光信号给驱动模组 内对应的驱动控制器，调光控制电路输出100%的调光控制信号，以补偿整体的LED灯管的 平均亮度。请参见图2，显示用背光装置100包含一光源控制模组1、一驱动模组9、LED灯管7 (光 源模组)及一短路保护侦测模组3。LED灯管7受驱动模组9驱动点亮，驱动模组9自LED 灯7的各个LED灯串71，72…7η取得回馈信号以便让各个LED灯串在正常工作时的电流为 做恒定电流及判断LED灯管7的各个LED灯串71，72…7η是否有发光二极体发生短路而需 要被保护；如图2，驱动模组9具有一驱动控制器94，若某一 LED灯串(如LED灯串71)中 有发光二极体出现短路，且该灯串对应的驱动控制器94的回馈引脚端(如回馈引脚9451) 电压达到驱动控制器94内部的设定的短路保护电压值时，该LED灯串被驱动控制器94保 护，而其未被驱动控制器94保护的LED灯串(如LED灯串72，…7η仍能正常工作)。再参阅图1，短路保护侦测模组3电性连接于光源控制模组1及LED灯管7的各个 灯串71，72…7η的输出端之间，接收LED灯串71，72…7η之回馈端701，702···70η的回馈信 号并输出一侦测信号通过短路保护侦测模组3的短路保护侦测输出端301予光源控制模组 1，当短路保护侦测模组3的各个输入端(即LED灯串71，72…7η输出端701，702…70η)所 侦测到的回馈信号表示未有任一的LED灯串71，72…7η中的发光二极体发生短路保护时， 该短路保护侦测输出端301输出的侦测信号为一第一位准，即侦测信号为低电平或为与调 光频率相同的突发模式脉冲方波，且于有任一 LED灯串的LED灯发生被短路保护时，短路保 护侦测输出端301输出的侦测信号为一第二位准，即侦测信号为持续高电平。本发明显示 用背光装置100之控制方法包括下述步骤。
首先，在显示用背光装置100的光源控制模组1及LED灯串71，72…7η之间电性连 接短路保护侦测模组3，短路保护侦测模组3接收LED灯串71，72…7η的输出端701，702… 70η之回馈信号，并通过短路保护侦测模组3的短路保护侦测输出端301输出一侦测信号 予光源控制模组1，当短路保护侦测模组3的各个输入端(即LED灯串71，72…7η的输出端 701，702··· 70η)所侦测到的回馈信号表示未有任一的LED灯串71，72…7η发生被短路保护 时，短路保护侦测输出端301输出的侦测信号为一第一位准，即侦测信号为低电平或为与 调光频率相同的突发模式的脉冲方波，且于有任一 LED灯串的LED灯发生被短路保护时的 短路保护侦测输出端301输出的侦测信号为一第二位准，即侦测信号为持续高电平。当光 源控制模组1判断短路保护侦测输出端301输出的侦测信号为第二位准时，光源控制模组 1的调光信号输出端302输出一 100%的调光信号(即持续高电平的调光信号)给驱动模组 9。需说明的是，调光控制电路12控制驱动模组9的驱动控制器94的突发模式的调光信号 的波宽占空比只要大于所有LED灯串均未被短路保护时的波宽占空比，就属于本发明保护 的范畴，不以100%为限制。参阅图2，现将本发明显示用背光装置100的具体实施电路原理详述如下 光源控制模组1具有一图像处理器10、前述的开关控制电路11及前述的调光控制电路12。驱动模组9具有一升压电路91、一输出滤波电路92、一过压保护侦测电路93、一 过流保护侦测电路95及驱动控制器94 ；LED灯管7具有数个LED灯串71、72…7η。在驱动模组9中，升压电路91、输出滤波电路92及过压保护侦测电路93、过流保 护侦测电路95是现有技术且非本发明重点，在此不多加赘述，与本发明相关的驱动控制器 94的部分相关引脚功能说明如下。调光接脚942是从光源控制模组1的一调光控制电路12的调光信号输出端302 输出一突发模式(Burst-mode)调光信号(也可称为低频率的PWM调光信号，目前该调光信 号频率通常被设计在150HZ以上，人眼将因视觉暂留的影响而感觉不到灯管的亮暗变化， 只能感觉到这个变化的平均值)，藉此调节LED灯串71、72…7η的平均亮度。开关接脚941是从光源控制模组1的一开关控制电路11的开关信号输出端303 输出一高电平或一低电平的开关信号来控制驱动控制器94是否要运作或是停止运作(ON/ OFF)。脉宽输出接脚943是输出脉宽控制信号控制升压电路91运作，且升压电路91是 属于直流转直流的升压型(DC-DC Boost)。过电压保护接脚944是通过过压保护侦测电路93侦测输出滤波电路92的输出电 压是否有超出预设定值，当输出滤波电路92的输出电压有超出预设定值时，驱动控制器94 就会控制输出滤波电路92的输出电压不变或停止运作。过流保护接脚946是通过过流保护侦测电路95侦测升压电路91内部的开关MOS 管漏极与源极之间电流最大值是否有超过预设定值，当升压电路91内部的开关MOS管漏极 与源极之间电流最大值有超过预设定值，驱动控制器94就会控制脉宽输出接脚943输出 PWM的占空比不变或停止输出PWM方波给升压电路91，回馈接脚组945是接收回馈端701，702... 70η之回馈信号，回馈接脚9451、9452…945η 的其中之一功能是用以侦测LED灯串71、72…7η当中是否有发光二极体发生短路，当某一 LED灯串71、72…7η的发光二极体短路个数达到驱动控制器94内部预设值时，该发生发光二极体短路的那一 LED灯串，如LED灯串71将被关闭，而其他未发生短路而未被保护的LED 灯串，如LED灯串72…7η正常运作，发生短路保护的那一 LED灯串71输出端连接到相对应 回馈接脚9451的驱动控制器94内部的电晶体被关闭，使得该LED灯串的电流无法通过回 馈接脚9451的驱动控制器94内部电晶体。图像处理器10具有一开关信号输出接脚101、一调光信号输出接脚102及一侦测 接脚103，开关接脚101电性连接开关控制电路11，开关控制电路11是接受图像处理器10 的开关信号输出接脚101调控，用以产生控制开关与否的控制指令予驱动控制器94的开 关信号输入接脚941 ；调光控制电路12电性连接且受图像处理器10的调光信号输出接脚 102调控，用以产生控制突发模式的脉冲方波的占空比大小的控制指令予驱动控制器94的 调光信号输入接脚942。短路保护侦测模组3包括数量与LED灯串71，72…7η相同的数个二极体Dtl··· Dtn、一稳压二极体S)l、一电容Cl、一第一电阻Rl及一第二电阻R2，各二极体Dtl^'Dtn的 正极与各LED灯串71…7n的输出端701，702··· 70η电性连接，各二极体Dtl···Dtn的负极 与稳压二极体ZDl的负极相连接，稳压二极体ZDl的正极与第一电阻Rl的一端相连接，第 一电阻Rl的另一端与第二电阻R2 —端及电容Cl 一端且相连接于图像处理器10的侦测接 脚103，接脚103为图像处理器10的通用输入输出接脚(即为GPIO脚，该脚可由软体编写做 为侦测信号的输入脚，也可通过软体编写为输出脚)且第二电阻R2另一端及电容Cl的另一 端为接地。本发明LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的方法，如图3所示， 包括以下步骤(1)通过短路保护侦测模组，采集短路保护信号，经处理后在短路保护侦测模组的输出 端输出高电平或低电平信号，程序判断其是否为持续的高电平，若是持续高电平则执行步 骤(2)，否则执行步骤(3)；(2)调光控制电路输出最大占空比为100%的突发模式(Burst-mode)调光控制信号，加 载在LED驱动PWM IC的DIM调光控制引脚上，从而提升LED屏幕的亮度；(3)保持原有占空比低于100%的突发模式(Burst-mode)调光控制信号不变，以维持 LED亮度不变；(4)程序结束。图像处理器10先判断侦测接脚103是否侦测到持续高电平的时间大于预定时间 tm(步骤401)；若是，图像处理器10令调光控制电路12输出100%的调光信号给驱动控制 器94(步骤40 ；若否，图像处理器10令调光控制电路12输出维持原来的调光信号给驱 动控制器94 (步骤403)，需要说明的是，预定时间tm需要设置大于突发模式的调光信号的 一个周期T以上，如预定时间tm=2T，3T等等，详细控制说明如下。参阅图2，并配合图4，时间区间tl时，调光控制电路12的调光信号输出端302输 出一高准位的调光信号，使得驱动控制器94的脉宽输出接脚943输出PWM脉冲方波给升 压电路91让其开始正常工作并提供能量给输出滤波电路92，同时驱动控制器94反馈引脚 9451、9452···945η对应的驱动控制器内部电晶体被导通使得LED灯串71、72…7η同时发亮， 此时LED灯串71、72…7η中每一颗发光二极体正向导通电压Vfl约为3. 0疒3. 3V左右，且 此时LED灯串71、72…7η之输出依次连接在驱动控制器94的各个相对应的回馈接脚9451、9452." 945η 上。在驱动模组9正常工作时，驱动控制器94的回馈接脚9451、9452···945η具有使每 个LED灯管工作电流为恒定电流及LED灯串短路保护功能，且在驱动模组9正常工作时，几 乎所有输出滤波电路92输出端电压都降落在每个LED灯串71、72…7η中，而驱动控制器94 的回馈接脚9451、9452···945η只会产生一个较低的回馈电压Vfbl约为2V以内，当有某一 LED灯串如LED灯串71中有m个发光二极体发生短路但还未达到驱动控制器94回馈接确 内部预设定的短路保护电压值时，且调光控制电路12的调光信号输出端302输出一个高电 平信号时，所有LED灯串71、72…7η仍然都正常工作，由于回馈接脚9451、9452…945η具有 使LED灯串71、72…7η工作时为恒流特点，故此时有m个发光二极体发生短路的那一灯串 71对应的回馈接脚9451上电压将增加到Vfbl，=Vfbl+m*Vfl，其中各参数说明如下Vfbl :LED灯串正常工作时且该灯串未有任何发光二极体短路时的LED灯串71的输出 端电压，此电压约为2V以内；m 驱动控制器允许LED灯串71、72…7η的短路个数，即灯串短路m个LED发光二极体 时，该灯串仍能正常工作；灯串短路m+1个LED发光二极体时，该灯串被保护不工作，例如 型号MP3389的驱动控制器m=l、型号TA9690的驱动控制器m=2 ；Vfl :LED灯管正常工作时LED灯串71、72…7η正常工作时每颗发光二极体正向导通电 压，一般为3疒3. 3V之间。当某一 LED灯串如灯串71中有m+1个发光二极体发生短路且达到驱动控制器94 对应回馈接脚9451内部所预设定好的保护电压值时，该灯串71被短路保护，而此时其他 未发生短路保护的灯串仍正常工作，如未发生发光二极体短路的LED灯串72…7η所对应 驱动控制器94的回馈接脚9452…945η电压仍为Vfbl ；该发生短路的LED灯串71被驱动控 制器94保护，此时该LED灯串71对应回馈接脚9451内部的电晶体被关闭，使得该LED灯串 71电流无法通过相对应的回馈接脚9451而停止工作，该被短路保护的LED灯串的剩余未 短路的发光二极体还存在约为Vf2=2疒2. 4V左右的临界崩溃正向导通电压，此时被短路保 护的那一灯串71输出端将存在一下较高电压，其电压值约为Vfb "=Vin-Vf2* (X- (m+1)) =33V-2. 2V* (10-2) =15. 4V，各参数说明如下X 每一 LED灯串71、72…7η中所有串联的发光二极体个数，如Χ=10 ； Vin =LED灯管7输入端电压，如:Vin=33V ；m+1 短路保护时，发生短路的发光二极体个数，如MP3389型号的驱动控制器的m=l ； Vf2 :LED灯串71、72…7n不工作时，仍存在临界崩溃正向导通电压，如Vf2=2. 2V。本较佳实施例中，可选择稳压值稍为大于驱动控制器94对应回馈接脚9451、 9452…945η内部预设定的短路保护电压值Vset电压(如驱动控制器型号ΜΡ3389 Vset=5. 8V)的稳压二极体ZD1，目的是为了 1.当在时间区间tl，即LED灯串71、72…7η正常运作未被短路保护时，ZDl不导通，此 时短路保护侦测输出端301能够输出一个为低电平的侦测信号，图像处理器10的侦测接脚 103能够接收到一个低准位电压。2.当在时间区间t2、时间区间tm，或时间区间tm+1, LED灯串71、72…7n不工作 或LED灯串71被短路保护时，ZDl导通，通过设置第一电阻Rl与第二电阻R2的阻值比例 来确保短路保护侦测输出端301能够输出一个为高电平的侦测信号，图像处理器10的侦测7接脚103能够接收到一个高准位电压。时间区间t2时，调光控制电路12的调光信号输出端302输出一低准位的调光信 号，使得LED灯串71、72…7η同时被截止而不发亮；由于LED灯串71、72…7η在截止时仍 存在临界崩溃电压，而此时LED灯串71、72…7η中每一颗发光二极体临界崩溃的正向导通 电压Vf2约为2. OV 2. 4V左右，因此，LED灯串71、72…7η的输出端701、702··· 70η的电压 Vfb2=Vin-Vf2*X是一较高电压，X为LED灯串71、72…7n的发光二极体串联数，若Vin=33V ； Vf2=2. 2V ；X=IO ；则Vfb2=llV，此时短路保护侦测输出端301输出一个为高电平的侦测信 号，图像处理器10的侦测接脚103接收到一个高准位电压。本较佳实施例的侦测接脚103采用通用输入/输出(General Purpose Input Output ； GPIO)的控制接脚，并将图像处理器103脚所侦测到的侦测信号设计为标准的TTL 电压，即GPI0控制接脚侦测到的电压<0. 8V时判读为低电压，GPIO控制接脚侦测到的电压 >2V时为高电压。图像处理器10判断侦测接脚103从短路保护侦测输出端301接收的侦测信号持 续为高准位电压的时间超过预定时间tm，即令调光控制电路12持续输出100%调光信号给 驱动控制器94，这样就可通过图像处理器10的程式设计，以达到当某一 LED灯串，如LED灯 串71出现被短路保护时，程式即时侦测并将令图像处理器10的输出端102输出一持续不 变的信号给调光控制电路12，使得调光控制电路12的调光信号输出端302输出一持续高 电平的调光信号给驱动控制器94的调光输入接脚942，使得其他未被保护的LED灯串，如 LED灯串72…7η亮度提高，藉此补偿提高LED灯管7中有某一灯串已经被短路保护之后的 LED灯管7的整体平均亮度，使得显示用背光装置的亮度更适合使用者观看。综上所述，本发明克服现有缺失的技术方案，是在显示用背光装置100增加短路 保护侦测模组3以即时侦测LED灯串71、72…7η输出端701，702···70η电压，并通过短路保 护侦测输出端301将侦测信号传送给光源控制模组1并且藉由光源控制模组1判断短路保 护侦测输出端301输出的侦测信号是否为第二位准，即侦测信号是否为持续时间大于tm的 高电平，若是，则图像处理器10令调光控制电路12输出100%的调光信号给驱动控制器94 藉此补偿整体的LED灯管7的平均亮度，使得显示用背光装置100的亮度更适合使用者观 看，故确实能达成本发明之目的。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光装置，包括短路保护侦测模 组3、光源控制模组1、驱动模组9和光源模组7，其特征在于光源控制模组1通过调光信 号输出端302和开关信号输出端303输出信号给驱动模组9，短路保护侦测模组3通过短路 保护侦测输出端301电性连接于光源控制模组1及各个LED灯串之间，当有任一 LED灯串 发生短路且被驱动控制器保护时，短路保护侦测输出端输出信号给光源控制模组中的图像 处理器，图像处理器就会输出一持续不变的信号给光源控制模组的调光控制电路，使其调 光控制电路输出一持续高电平的调光信号给驱动模组内对应的驱动控制器，调光控制电路 输出100%的调光控制信号，以补偿整体的LED灯管的平均亮度。
2.根据权利要求1所述的一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光装 置，其特征在于当没有LED灯串发生短路保护时，短路保护侦测信号为一第一位准即，侦 测信号为低电平或为与调光频率相同的突发模式的脉冲方波；当有任一 LED灯串发生短路 保护时，侦测信号为一第二位准，即侦测信号为持续高电平。
3.—种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的方法，其特征在于，包括 以下步骤(1)通过短路保护侦测模组，采集短路保护信号，经处理后在短路保护侦测模组的输出 端输出高电平或低电平信号，程序判断其是否为持续的高电平，若是持续高电平则执行步 骤(2)，否则执行步骤(3)；(2)调光控制电路输出最大占空比为100%的突发模式(Burst-mode)调光控制信号，力口 载在LED驱动PWM IC的DIM调光控制引脚上，从而提升LED屏幕的亮度；(3)保持原有占空比低于100%的突发模式(Burst-mode)调光控制信号不变，以维持 LED亮度不变；程序结束。
4.根据权利要求3所述的一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的方 法，其特征在于步骤(1)中，持续高电平时间为大于1个突发模式(Burst-mode)调光信号 的脉冲周期。
全文摘要
本发明涉及一种LED灯串被短路保护时自动补偿亮度的显示用背光的装置及方法，其特征在于光源控制模组1通过调光信号输出端302和开关信号输出端303输出信号给驱动模组9，短路保护侦测模组3通过短路保护侦测输出端301电性连接于光源控制模组1及与各个LED灯串输出端701，702，…70n相连，当有任一LED灯串发生短路且被驱动控制器保护时，短路保护侦测输出端输出信号给光源控制模组中的图像处理器，图像处理器就会输出一持续不变的信号给光源控制模组的调光控制电路，使其调光控制电路输出一持续高电平的调光信号给驱动模组内对应的驱动控制器，调光控制电路输出100%的调光控制信号，以补偿整体的LED灯管的平均亮度。本发明自动化程度高，能使液晶画面亮度更适合使用者的要求。
文档编号H05B37/02GK102054442SQ201010593850
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者余祚尚, 李宗晏, 武永华 申请人:福建捷联电子有限公司