一种冗余灯条驱动电路及方法与流程

本发明属于灯条驱动技术领域，尤其涉及一种冗余灯条驱动电路及方法。

背景技术：

随着智慧城市的发展，户外高亮度显示设备的应用越来越广泛，而其中应用最广泛的就是高分辨率、大尺寸液晶屏。由于户外环境光亮度非常高，液晶屏为了实现高亮度则需要很高功率进行背光驱动，这就导致背光灯条功率密度、温升都非常高，大屏幕液晶屏中将采用几千颗灯珠，只要有一个损坏，液晶屏将出现黑条，因此如何实现高可靠性和高寿命，就带来非常大的挑战。可见，现有技术液晶屏存在低可靠性和低寿命的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种冗余灯条驱动电路，旨在解决现有技术液晶屏存在低可靠性和低寿命的问题。

本发明实施例提供一种冗余灯条驱动电路，包括：电源变换电路；背光驱动控制器；灯条开关切换电路；电流回测电路；以及分别与所述电源变换电路、灯条开关切换电路、以及电流回测电路连接的双重冗余灯组，所述双重冗余灯组可控制切换；所述电源变换电路分别于所述背光驱动控制器、灯条开关切换电路、以及电流回测电路连接，所述灯条开关切换电路以及电流回测电路分别于所述背光驱动控制器连接。

更进一步地，所述双重冗余灯组包括：第一冗余灯条、以及第二冗余灯条；所述第一冗余灯条正极与电源变换电路连接，所述第一冗余灯条负极与所述灯条开关切换电路连接；所述第二冗余灯条正极设置在所述第一冗余灯条正极与所述电源变换电路之间的连接线上，所述第二冗余灯条负极与所述电流回测电路连接。

更进一步地，所述电源变换电路通过灯组驱动电流信号与所述背光驱动控制器连接；

所述灯条开关切换电路通过第一灯条使能信号以及第一回测电流信号与所述背光驱动控制器连接，所述第一灯条使能信号以及第一回测电流信号与所述第一冗余灯条对应；

所述电流回测电路通过第二灯条使能信号以及第二回测电流信号与所述背光驱动控制器连接，所述第二灯条使能信号以及第二回测电流信号与所述第二冗余灯条对应。

更进一步地，所述背光驱动控制器为arm处理器。

更进一步地，所述电源变换电路包括：dcdc变换器。

本发明实施例提供了一种冗余灯条驱动方法，用于上述实施例提供的冗余灯条驱动电路中，该冗余灯条驱动方法包括以下步骤：

检测到电源信号时，调节背光驱动恒电电流值并输出给所述电源变换电路；

根据所述背光驱动恒电电流值以及使能信号打开每组双重冗余灯组；所述使能信号与所述双重冗余灯组对应，所述使能信号包括用于控制第一冗余灯条的第一灯条使能信号以及用于控制第二冗余灯条的第二灯条使能信号；

检测所述每组双重冗余灯组电流值；

根据所述双重冗余灯组电流值以及所述背光驱动恒电电流值判断所述双重冗余灯组是否存在故障；

若存在故障，则对双重冗余灯组进行切换控制。

更进一步地，所述检测每组双重冗余灯组电流值的步骤包括：

检测第一冗余灯条的第一回测电流信号，并转换为第一回测电流值；

检测第二冗余灯条的第二回测电流信号，并转换为第二回测电流值；

其中，正常情况下，所述第一回测电流值与所述第二回测电流值相同，所述第一回测电流值与所述第二回测电流值之和等于所述背光驱动恒电电流值。

更进一步地，所述根据所述双重冗余灯组电流值以及所述背光驱动恒电电流值判断所述双重冗余灯组是否存在故障的步骤包括：

对所述第一回测电流值、第二回测电流值进行求和；

若所述第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于所述背光驱动恒电电流值，则判断所述双重冗余灯组存在故障。

更进一步地，所述若所述第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于所述背光驱动恒电电流值，则判断所述双重冗余灯组存在故障的步骤包括：

预先设置一预设电流值，正常情况下，所述第一回测电流值的预设电流值与所述第二回测电流值的预设电流值相等，且所述第一回测电流值的预设电流值与第二回测电流值的预设电流值之和等于所述背光驱动恒电电流值；

若所述第一回测电流值低于所述预设电流值，所述第二回测电流值低于所述预设电流值，则所述第一回测电流值与所述第二回测电流值之和不等于所述背光驱动恒电电流值，则判断所述双重冗余灯组中所述第一冗余灯条以及第二冗余灯条均发生故障；

若所述第一回测电流值低于所述预设电流值，所述第二回测电流值等于所述预设电流值，则所述第一回测电流值与所述第二回测电流值之和不等于所述背光驱动恒电电流值，则判断所述双重冗余灯组中所述第一冗余灯条发生故障；

或者，若所述第一回测电流值等于所述预设电流值，所述第二回测电流值低于所述预设电流值，则所述第一回测电流值与所述第二回测电流值之和不等于所述背光驱动恒电电流值，则判断所述双重冗余灯组中所述第二冗余灯条发生故障。

更进一步地，所述若存在故障，则对所述双重冗余灯组进行切换控制的步骤包括：

若所述双重冗余灯组中所述第一冗余灯条以及第二冗余灯条均发生故障，则进行整屏双重冗余灯组奇偶切换控制；

若所述双重冗余灯组中所述第一冗余灯条发生故障，则进行相邻双重冗余灯组中第一冗余灯条奇偶切换控制；

或者，若所述双重冗余灯组中所述第二冗余灯条发生故障，则进行相邻双重冗余灯组中第二冗余灯条奇偶切换控制。

本发明所达到的有益效果，本发明采用电源变换电路；背光驱动控制器；灯条开关切换电路；电流回测电路；以及分别与所述电源变换电路、灯条开关切换电路、以及电流回测电路连接的双重冗余灯组进行配合控制驱动双重冗余灯组。当双重冗余灯组出现故障时，能够实现了冗余灯条备份、故障检测、以及可将故障灯条自动切换到备份灯条，允许灯条极限半数损坏的情况下依然可以驱动背光保持液晶屏显示。本发明解决现有技术液晶屏存在低可靠性和低寿命的问题，进而实现液晶屏的高可靠性以及高寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种冗余灯条驱动电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种冗余灯条驱动方法流程示意图。

其中，1、背光驱动控制器；2、电源变换电路；3、第一冗余灯条；4、第二冗余灯条；5、双重冗余灯组；6、灯条开关切换电路；7、电流回测电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种冗余灯条驱动电路的结构示意图；该冗余灯条驱动电路包括：电源变换电路2；背光驱动控制器1；灯条开关切换电路6；电流回测电路7；以及分别与电源变换电路2、灯条开关切换电路6、以及电流回测电路7连接的双重冗余灯组5，双重冗余灯组5可控制切换；电源变换电路2分别于背光驱动控制器1、灯条开关切换电路6、以及电流回测电路7连接，灯条开关切换电路6以及电流回测电路7分别于背光驱动控制器1连接。

进一步的，背光驱动控制器1为arm处理器；电源变换电路2包括：dcdc变换器；灯条开关切换电路6包括switch开关一；电流回测电路7包括switch开关二。

进一步的，双重冗余灯组5包括：第一冗余灯条3、以及第二冗余灯条4；第一冗余灯条3正极与电源变换电路2连接，第一冗余灯条3负极与灯条开关切换电路6连接；第二冗余灯条4正极设置在第一冗余灯条3正极与电源变换电路2之间的连接线上，第二冗余灯条4负极与电流回测电路7连接。

进一步的，电源变换电路2通过灯组驱动电流信号与背光驱动控制器1连接。灯条开关切换电路6通过第一灯条使能信号以及第一回测电流信号与背光驱动控制器1连接，第一灯条使能信号以及第一回测电流信号与第一冗余灯条3对应。电流回测电路7通过第二灯条使能信号以及第二回测电流信号与背光驱动控制器1连接，第二灯条使能信号以及第二回测电流信号与第二冗余灯条4对应。

其中，上述双重冗余灯组5可以为双重冗余led灯组，上述第一冗余灯条3可以为第一冗余led灯条，该第一冗余led灯条包括led灯一，上述第二冗余灯条4可以为第二冗余led灯条，该第二冗余led灯条包括led灯二。

该arm处理器包括：引脚led-dim，用于输出背光驱动恒电电流信号；引脚gnd，用于接地；引脚led-en1，用于输出第一灯条使能信号；引脚led-ifb1，用于接收第一回测电流信号；引脚led-en2，用于输出第二灯条使能信号；引脚led-ifb2，用于接收第二回测电流信号。在arm处理器中均设置有用于控制各个引脚对应功能的功能模块。

上述dcdc变换器包括：引脚vin，用于接入电源；引脚gnd，用于接地；引脚dim，用于接收引脚led-dim传输的背光驱动恒电电流信号；引脚vled+，用于输出背光驱动恒电电流信号控制双重冗余灯组5，具体的，用于连接第一冗余灯条3正极以及第二冗余灯条4正极；引脚vled-，用于分别连接switch开关一以及switch开关二。该dcdc变换器均设置有用于控制各个引脚对应功能的功能模块。

上述switch开关一包括：引脚gnd，用于接地；引脚led-en，用于接收arm处理器中引脚led-en1输出的第一灯条使能信号；引脚i-led，用于输出第一冗余灯条3的第一回测电流信号给arm处理器中引脚led-ifb1；引脚vled+，用于连接dcdc变换器中的引脚vled-形成回路；引脚led-k-，用于连接第一冗余灯条3的负极形成回路。

上述switch开关二包括：引脚gnd，用于接地；引脚led-en，用于接收arm处理器中引脚led-en2输出的第二灯条使能信号；引脚i-led，用于输出第二冗余灯条4的第二回测电流信号给arm处理器中引脚led-ifb2；引脚vled+，用于连接dcdc变换器中的引脚vled-形成回路；引脚led-k-，用于连接第二冗余灯条4的负极形成回路。

在本发明实施例中，本发明采用电源变换电路2；背光驱动控制器1；灯条开关切换电路6；电流回测电路7；以及分别与电源变换电路2、灯条开关切换电路6、以及电流回测电路7连接的双重冗余灯组5进行配合控制驱动双重冗余灯组5。当双重冗余灯组5出现故障时，能够实现了冗余灯条备份、故障检测、以及可将故障灯条自动切换到备份灯条，允许灯条极限半数损坏的情况下依然可以驱动背光保持液晶屏显示。本发明解决现有技术液晶屏存在低可靠性和低寿命的问题，进而实现液晶屏的高可靠性以及高寿命。

如图2所示，图2是本发明实施例提供了一种冗余灯条驱动方法流程示意图，用于上述实施例提供的冗余灯条驱动电路中，该冗余灯条驱动方法包括以下步骤：

s101、检测到电源信号时，调节背光驱动恒电电流值并输出给电源变换电路。

s102、根据背光驱动恒电电流值以及使能信号打开每组双重冗余灯组；使能信号与双重冗余灯组对应，使能信号包括用于控制第一冗余灯条的第一灯条使能信号以及用于控制第二冗余灯条的第二灯条使能信号。

s103、检测每组双重冗余灯组电流值。

s104、根据双重冗余灯组电流值以及背光驱动恒电电流值判断双重冗余灯组5是否存在故障。

s105、若存在故障，则对双重冗余灯组进行切换控制。

具体的，led的伏安特性是正系数，也就是说led随着电流的增加，电压降也会增大，本发明中冗余灯条由于采用了双重冗余，因此可以采取电源变换电路总背光驱动电流不变的情况下，让第一冗余led灯条、第二冗余led2灯条同时驱动点亮的逻辑，此时亮度与单根灯条点亮时亮度基本一致，但是每根冗余led灯条的电流减半，冗余led灯条的电压降更小，而冗余led灯条中led灯差不多80%的功率是在发热，因此降低电压后，直接效果就是发热量有效降低，温升更小；而led灯的寿命是跟温度呈反比的，并且由于所有led同时点亮时，热阻更小，散热更好，总温升也会更小。行业粗略估算数据就是led结温每降低10度，寿命提高大约2倍；并且由于采用了双重冗余灯组，冗余灯条翻倍，led灯珠数量也翻倍，因此总寿命理论上可以延长2倍以上。

进一步的，电源变换电路的总led背光驱动电流是由背arm处理器中的led-dim信号（背光驱动恒电电流信号）控制，电源变换电路的功率电流输出由vled+输出、vled-返回。第一冗余灯条、第二通冗余灯条的回路电流回测第一回测电流、第二回测电流之和等于电源变换电路的总输出电流，也即第一回测电流值、第二回测电流值之和等于电源变换电路的背光驱动恒电电流值。由于灯条是采用完全相同的灯珠焊接方法且位于相邻位置，因此正常工作的时候，第一回测电流值、第二回测电流值几乎相同，由于高亮led的失效模式为开路，所以通过第一回测电流值、第二回测电流值或绝对值和相对值即可判断出灯条是否发生失效故障，当发生故障的时候，背光驱动控制器即可通过第一灯条使能信号、第二灯条使能信号对第一冗余灯条、第二冗余灯条进行冗余切换。

由于液晶屏一般采用了几十根冗余灯条，为了实现最长寿命和最高冗余度，必定存在最优切换逻辑。正常情况下所有灯条均驱动点亮，此时光效均匀、发热最小、寿命最长；当发生单根灯条失效时候，也就是灯组失效时，进行整屏灯组奇偶切换（例如奇数组某个灯组故障，则关闭所有奇数组灯组，开启偶数组灯组），此时屏幕亮度仍具有完美的一致性；当发生灯组内某灯条故障时，则进行相邻组奇偶灯条切换，由于灯珠排布进行了特殊设计，所以此时屏幕亮度差异非常小，无明显差异，此时最多可实现整屏半数灯条故障，仍能保持基本正常的显示，此时具有最大的冗余度。

本发明采用了一组功率驱动电源同时驱动冗余灯组内的两根灯条，因此整个电路设计与非冗余驱动电路相比，功率驱动部分电路是相同的，仅仅增加了电流检测电路和灯条数量，因此可以用最低的成本和板面实现冗余功能，并且采用了平时第一冗余灯条以及第二冗余灯条的灯珠同时点亮、故障时进行整屏或单组灯条切换，因此极限可以允许半数灯条损坏情况下，依然可以正常工作。

由于冗余灯条的恒流驱动电源采用了同一组，因此即使冗余检测电路发生错误切换的情况下，由于恒流驱动电源的驱动电流是恒定值，所以不会导致电路器件发生电过应力过载等情况发生，电路依然是安全不会损坏，因此具有很高的安全性与可靠性。

在led寿命方面，由于采用了led灯条平时全部同时点亮的方案，每个灯珠的电流减半，因此led灯珠具有更低的管压降和发热量，光衰更小，寿命更长，实现了延长寿命的目的。

本发明除了采用通过降低led结温提高寿命的基本控制策略外，还采用了双重冗余的驱动及检测电路，在灯条发生故障的时候，仍能正常工作，这将大幅度提高户外显示器有效寿命，具有良好的自修复特性，可以产生较大的经济价值。

更进一步地，s103包括：

检测第一冗余灯条的第一回测电流信号，并转换为第一回测电流值。

检测第二冗余灯条的第二回测电流信号，并转换为第二回测电流值。

其中，正常情况下，第一回测电流值与第二回测电流值相同，第一回测电流值与第二回测电流值之和等于背光驱动恒电电流值。

更进一步地，s104包括：

对第一回测电流值、第二回测电流值进行求和。

若第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于背光驱动恒电电流值，则判断双重冗余灯组5存在故障。

更进一步地，若第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于背光驱动恒电电流值，则判断双重冗余灯组5存在故障的步骤包括：

预先设置一预设电流值，正常情况下，第一回测电流值的预设电流值与第二回测电流值的预设电流值相等，且第一回测电流值的预设电流值与第二回测电流值的预设电流值之和等于背光驱动恒电电流值。

若第一回测电流值低于预设电流值，第二回测电流值低于预设电流值，则第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于背光驱动恒电电流值，则判断双重冗余灯组中第一冗余灯条以及第二冗余灯条均发生故障。

若第一回测电流值低于预设电流值，第二回测电流值等于预设电流值，则第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于背光驱动恒电电流值，则判断双重冗余灯组中第一冗余灯条发生故障。

或者，若第一回测电流值等于预设电流值，第二回测电流值低于预设电流值，则第一回测电流值与第二回测电流值之和不等于背光驱动恒电电流值，则判断双重冗余灯组中第二冗余灯条发生故障。

更进一步地，若存在故障，则对双重冗余灯组进行切换控制的步骤包括：

若双重冗余灯组中第一冗余灯条以及第二冗余灯条均发生故障，则进行整屏双重冗余灯组奇偶切换控制。

若双重冗余灯组中第一冗余灯条发生故障，则进行相邻双重冗余灯组中第一冗余灯条奇偶切换控制。

或者，若双重冗余灯组中第二冗余灯条发生故障，则进行相邻双重冗余灯组中第二冗余灯条奇偶切换控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。