楊彥卿，郭 晨

(太原航空儀表有限公司，太原030006)

1 引 言

背光模組為液晶顯示模塊(LCM)的重要組成部分，是液晶顯示器(LCD)能夠顯示畫面的前提。LED背光模組因其具有超長壽命、省電、低操作電壓、高顯色指數(shù)、低溫操作、反應(yīng)速度快以及符合環(huán)保要求等特點已經(jīng)成為液晶顯示的主要背光方式[1]。而在實際應(yīng)用當(dāng)中，LED為點光源，作為背光，須特別注意液晶顯示器的亮度均勻性。若有某串LED出現(xiàn)故障，就會出現(xiàn)暗線，應(yīng)將周邊的LED燈串加強點亮進行補光，彌補該處光度減弱的問題。因此，如果LED燈串具備故障自檢測能力就能保證液晶顯示器亮度均勻性，同時也能提高后期的維修效率。基于此，本文設(shè)計了一種LED背光模組中燈串故障自檢測電路。

2 總體設(shè)計

本文以546 mm(21.5 in)液晶顯示器的直下式LED背光模組[2]為例進行介紹。電路包括燈板和驅(qū)動板兩部分。燈板是由36串LED燈組成，每串24顆，作為LCD背光光源；驅(qū)動板由CPU、升壓電路、開關(guān)電路、恒流源電路和AD/DA轉(zhuǎn)換電路組成,總體框圖如圖1所示，硬件詳細設(shè)計見第三章。

圖1 總體框圖Fig.1 Main block diagram

燈串自檢測原理為：LED背光模組上電后，第一步設(shè)置ON/OFF_1=1，使得開關(guān)電路1導(dǎo)通，輸出直流+72 V,此時燈串1與恒流源電路1上產(chǎn)生電流，通過AD/DA轉(zhuǎn)換電路采集AD1信號，判斷燈串1是否故障(故障模式：斷路)；同樣，燈串7與恒流源電路2上也產(chǎn)生電流，通過AD/DA轉(zhuǎn)換電路采集AD2信號，判斷燈串7是否故障；燈串13與恒流源電路3上也產(chǎn)生電流，通過AD/DA轉(zhuǎn)換電路采集AD3信號，判斷燈串13是否故障；燈串19與恒流源電路4上也產(chǎn)生電流，通過AD/DA轉(zhuǎn)換電路采集AD4信號，判斷燈串19是否故障；燈串25與恒流源電路5上也產(chǎn)生電流，通過AD/DA轉(zhuǎn)換電路采集AD5信號，判斷燈串25是否故障；燈串31與恒流源電路6上也產(chǎn)生電流，通過AD/DA轉(zhuǎn)換電路采集AD6信號，判斷燈串31是否故障。第二步設(shè)置ON/OFF_2=1，使得開關(guān)電路2導(dǎo)通，輸出直流+72 V,按照第一步中的原理依次判斷燈串2、燈串8、燈串14、燈串20、燈串26、燈串32是否故障。第三步設(shè)置ON/OFF_3=1，使得開關(guān)電路3導(dǎo)通，輸出直流+72 V,依次判斷燈串3、燈串9、燈串15、燈串21、燈串27、燈串33是否故障。第四步設(shè)置ON/OFF_4=1，使得開關(guān)電路4導(dǎo)通，輸出直流+72 V,依次判斷燈串4、燈串10、燈串16、燈串22、燈串28、燈串34是否故障。第五步設(shè)置ON/OFF_5=1，使得開關(guān)電路5導(dǎo)通，輸出直流+72 V,依次判斷燈串5、燈串11、燈串17、燈串23、燈串29、燈串35是否故障。第六步設(shè)置ON/OFF_6=1，使得開關(guān)電路中6導(dǎo)通，輸出直流+72 V,依次判斷燈串6、燈串12、燈串18、燈串24、燈串30、燈串36是否故障。

3 硬件設(shè)計

3.1 燈板電路設(shè)計

546 mm(21.5 in)直下式LED背光模組燈板長508 mm(20 in)，寬203 mm(8 in)，在此面積內(nèi)均勻分布LED燈，以滿足最大亮度(不小于1 000 cd/m2)和亮度均勻性(不小于85%)的要求。通過計算和仿真，共需864顆LED燈，將其分為36串，每串24顆，其中6串1組，共劃分為6組。每組由一個恒流源電路進行控制，6串LED燈由開關(guān)電路輸出的6路電源分別供電。

3.2 驅(qū)動板電路設(shè)計

3.2.1 CPU

CPU采用TI公司的SM320F2812數(shù)字信號處理器，最高運行頻率可以達到150 MHz，內(nèi)部集成許多外設(shè)，能夠提供整套的片上系統(tǒng)，最終實現(xiàn)更簡單、高效的控制。其片上外設(shè)主要包括2×8路12位ADC，2路SCI，1路SPI，1路McBSP，1路eCAN接口，并帶有兩個時間管理模塊(EVA、EVB)，分別包括6路PWM/CMP,2路QEP，3路CAP，2路16位定時器。另外，還具有3個獨立的32位CPU定時器，多達56個獨立編程的GPIO引腳，以及18 k的SARAM和128 k字的FLASH等資源[3]。

3.2.2 升壓電路

升壓電路采用TI公司的LM3478，并輔以周邊典型的阻容器件實現(xiàn)，具體見圖2。LED燈串所需電源為直流+72 V，因此需將LM3478設(shè)置為直流+72 V輸出，根據(jù)LM3478輸出電壓配置公式(1)可得出R6阻值為2.1 kΩ。

R6= (1.26 V×R5)/(Vout-1.26 V)，

(1)

其中：R5=120 kΩ。

圖2 升壓電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of boost circuit

3.2.3 開關(guān)電路

開關(guān)電路主要由ROHM公司的NP雙管SP8M51FRA實現(xiàn)[4],具體原理見圖3。CPU輸出的6個離散量信號ON/OFF分別控制6個開關(guān)電路的通斷,當(dāng)ON/OFF=1時，開關(guān)電路導(dǎo)通，輸出直流+72 V，反之截止。

3.2.4 恒流源電路

恒流源電路由TI公司的軌對軌運算放大器TLV9062和AO公司的雙N通道MOSFET管AO4892組成[5]，恒流源電路1原理見圖4。

3.2.5 AD/DA轉(zhuǎn)換電路

AD/DA轉(zhuǎn)換電路主要采用TI公司的多通道模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器AMC7836，具體原理見圖5。

圖3 開關(guān)電路原理圖Fig.3 Schematic diagram of switching circuit

圖4 恒流源電路1原理圖Fig.4 Schematic diagram of constant current source 1

圖5 AD/DA轉(zhuǎn)換電路原理圖Fig.5 Schematic diagram of AD/DA conversion circuit

該芯片包含一個21通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、16 個具有可編程輸出范圍的12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、8個GPIO、一個內(nèi)部基準電壓以及一個本地溫度傳感器通道，且與CPU之間通過SPI總線進行接口通訊。

4 軟件設(shè)計

本設(shè)計采用的軟件開發(fā)環(huán)境是CCS3.1，該開發(fā)環(huán)境支持TI公司廣泛的微控制器和嵌入式處理器產(chǎn)品系列，它包含了用于優(yōu)化的C/C++編譯器、源碼編譯器、項目構(gòu)建環(huán)境、調(diào)試器、描述器等功能[6]。軟件流程見圖6。

具體實現(xiàn)如下：

(1)初始化CPU；

(2)初始化AMC7836；

(3)將ON/OFF_1對應(yīng)的GPIO設(shè)置為高電

平輸出，其余GPIO設(shè)置為低電平輸出；

(4)開啟AMC7836采集；

(5)順序讀取AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6對應(yīng)的ADC通道數(shù)據(jù)；

(6)驗證6個通道采集的數(shù)據(jù)是否正確，以此判斷燈串1、燈串7、燈串13、燈串19、燈串25、燈串31有無故障；

(7)將ON/OFF_2對應(yīng)的GPIO設(shè)置為高電平輸出，其余GPIO設(shè)置為低電平輸出；

(8)開啟AMC7836采集；

(9)順序讀取AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6對應(yīng)的ADC通道數(shù)據(jù)；

(10)驗證6個通道采集的數(shù)據(jù)是否正確，以此判斷燈串2、燈串8、燈串14、燈串20、燈串26、燈串32有無故障；

(11)將ON/OFF_3對應(yīng)的GPIO設(shè)置為高電平輸出，其余GPIO設(shè)置為低電平輸出；

圖6 軟件設(shè)計流程圖Fig.6 Software flow chart

(12)開啟AMC7836采集；

(13)順序讀取AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6對應(yīng)的ADC通道數(shù)據(jù)；

(14)驗證6個通道采集的數(shù)據(jù)是否正確，以此判斷燈串3、燈串9、燈串15、燈串21、燈串27、燈串33有無故障；

(15)將ON/OFF_4對應(yīng)的GPIO設(shè)置為高電平輸出，其余GPIO設(shè)置為低電平輸出；

(16)開啟AMC7836采集；

(17)順序讀取AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6對應(yīng)的ADC通道數(shù)據(jù)；

(18)驗證6個通道采集的數(shù)據(jù)是否正確，以此判斷燈串4、燈串10、燈串16、燈串22、燈串28、燈串34有無故障；

(19)將ON/OFF_5對應(yīng)的GPIO設(shè)置為高電平輸出，其余GPIO設(shè)置為低電平輸出；

(20)開啟AMC7836采集；

(21)順序讀取AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6對應(yīng)的ADC通道數(shù)據(jù)；

(22)驗證6個通道采集的數(shù)據(jù)是否正確，以此判斷燈串5、燈串11、燈串17、燈串23、燈串29、燈串35有無故障；

表1 LED燈串自檢結(jié)果(正常)Tab.1 Self-detection result of LED string (normal)

表2 LED燈串自檢結(jié)果(故障)Tab.2 Self-detection result of LED string (fault)

(23)將ON/OFF_6對應(yīng)的GPIO設(shè)置為高電平輸出，其余GPIO設(shè)置為低電平輸出；

(24)開啟AMC7836采集；

(25)順序讀取AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6對應(yīng)的ADC通道數(shù)據(jù)；

(26)驗證6個通道采集的數(shù)據(jù)是否正確，以此判斷燈串6、燈串12、燈串18、燈串24、燈串30、燈串36有無故障；

(27)將自檢結(jié)果進行存儲。

5 結(jié)果分析

設(shè)置AD/DA轉(zhuǎn)換電路中AMC7836的DA1～DA6輸出電壓為738 mV，LED燈串自檢結(jié)果見表1所示；人為置燈串6和燈串25故障(斷路)，LED燈串自檢結(jié)果見表2所示。

6 結(jié) 論

本文設(shè)計了一種LED燈串故障自檢測的電路，并以546 mm(21.5 in)液晶顯示器的直下式LED背光模組的設(shè)計為例，詳細闡述了硬件電路的組成，燈板、驅(qū)動板中CPU、升壓電路、開關(guān)電路、恒流源電路和AD/DA轉(zhuǎn)換電路的具體設(shè)計，以及軟件的設(shè)計流程。結(jié)果表明：該電路可有效的對LED燈串進行故障自檢測。目前該設(shè)計電路已經(jīng)成功應(yīng)用于我公司多種型號的LED背光模組中。