自适应电压的恒流电路和校准装置及方法与流程

本发明涉及面板检测技术领域，具体地涉及自适应电压的恒流电路和校准装置及方法。

背景技术：

近年来，随着lcd、oled屏幕的快速发展，作为给屏幕提供亮度的led背光源功率也越来越大，同时随着用户对屏幕闪烁，即所谓flicker质量的要求越来越高，屏幕厂商也需要专门针对生产的屏幕面板和led背光做flicker测试。

led是一种比较特殊的发光器件，在工作时，额定电压不变，如果要改变亮度，那么只能去控制led的电流。而作为生产flicker测试设备的厂商来说，flicker测试仪器的准确度是尤为关注的，需要用很多不同频闪、不同发光功率的光源对flicker测试仪器做校准测试。

当前对于多种不同频闪不同发光功率的led光源如何驱动则尚无较好的解决方案。这一问题的根源在于当前市面上的大多数芯片厂商都会针对具体型号的屏幕模组开发针对这一型号屏幕模组的专用恒流源驱动芯片。但是flicker测试仪的校准自测过程由于需要用到大量不同功率不同闪烁频率的光源，所以很难使用专用芯片完成led光源驱动电路。

针对这一问题，当前几乎所有的flicker测试仪器制造厂商的解决方案都是使用模拟器件搭建恒流驱动电路，具体原理如下：

使用模拟软件搭建基本的恒流驱动电路；在现有技术的恒流驱动电路中，电源提供led光源的阳极电压，运算放大器的正相输入端输入变化的波形信号；由于运算放大器的正相输入端和反相输入端的稳态时电压基本相同，所以用于分压的分压电阻上的压降基本等于正相输入端的输入电压，从而根据欧姆定律，分压电阻上的电流就会随着输入的波形信号的变化而变化，并且运算放大器的正相输入端和反相输入端上流经的电流极小，且电流控制器的放大信号输入端上流经的电流也极小，所以分压电阻上的电流变化基本等于led光源的电流变化。调整输入的波形信号，采集分压电阻上的电流，即可计算出led光源上的电压，从而实现对不同led光源的额定电压的校准。

出于兼容所有可能的led光源额定电压的目的，现有技术所搭建的恒流驱动电路中的电源所提供的电压一定会大于等于led光源串联后的额定电压、分压电阻上的电压以及电流控制器的两端的电压这三者之和。这是因为如果希望该恒流电压能够接入不同额定电压的led光源，那么其中的电源提供的电压就必须大于最大led光源的额定电压，这样才能使led光源正常工作。

这种做法在一定范围内是可行的。但当接入额定电压较小的led光源时，如果分压电阻上的电流不变，那么多余的电压就全部被电流控制器承担，根据p=u*i可知，电流控制器的功率也会随之增大，从而导致发热严重的情况出现。因此通常这种电路会配置巨大的散热片供电流控制器散热。还有厂家会在此基础上设置温度控制器及相关的复杂配套设备，导致成本居高不下。

此外，由于使用模拟器件搭建的恒流电路在最开始工作时都会进行电流校准，校准时运算放大器的正向输入端会输入恒定的直流电压，稳定之后才能进行校准，用时较长，效率低下。

由上可知，现有技术的缺点在于：

1.搭建的恒流驱动电路的结构简单，通常只能适用于较窄范围的额定电压；

2.电流控制器的两端的电压会受到接入的led光源额定电压的变化而变化导致发热严重的情况出现，从而进一步降低了整个电路的工作效率，甚至出现电流控制器烧毁的情况；

3.每次校准工作前都需要前期准备时间，稳定之后才能进行校准，用时较长，效率低下；

4.需要额外增设散热、温控设备，导致成本居高不下。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供了自适应电压的恒流电路和校准装置及方法，其目的降低整个电路的发热损耗，并实现基本兼容市面上所有的led光源的额定电压。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种自适应电压的恒流电路，包括：

恒流源模块：用于为接入本恒流电路的用电设备提供恒流；所述恒流源模块包含电流控制器，用于控制经过所述用电设备的电流；

电压源模块：用于为接入恒流电路的用电设备提供第一电压；

供电接口：用于接入用电设备；所述供电接口包含第一端子和第二端子；所述供电接口的第一端子与所述恒流源模块耦接；所述供电接口的第二端子与所述电压源模块的第一电压输出端耦接；

反馈调节模块：用于采集和分析所述电流控制器两端的电压并将结果反馈至电压源模块,实现对电压源模块输出电压的自动调节。

优选地，所述恒流源模块还包含：用于提供放大信号的运算放大器和用于分压的分压电阻；

所述电流控制器包含电流输出端和电流输入端；所述分压电阻的一端接地，另一端与所述电流输入端耦接，所述供电接口的第一端子与所述电流输出端耦接；

所述运算放大器包含：放大信号输出端，反相输入端以及用于接收波形信号的正相输入端；

所述电流控制器还包含放大信号输入端；

所述放大信号输出端与所述电流控制器的放大信号输入端耦接的；所述反相输入端与所述电流控制器的电流输入端耦接。

优选地，所述电流控制器为npn型三极管，或pnp型三极管，或nmos管，或pmos管。

优选地，所述反馈调节模块包含：

adc，用于采集所述电流控制器两端的电压并转为数字信号输出至控制单元；

控制单元，与所述adc电连接，用于根据采集到的电压对所述电流控制器进行功率分析并输出反馈调节信号；

dac，与所述控制单元以及所述电压源模块分别电连接，用于将所述控制单元输出的数字信号转为模拟信号并输出至所述电压源模块。

优选地，所述运算放大器的正相输入端与所述控制单元的波形信号输出端耦接。

优选地，所述adc包含第一电压采集端口、第二电压采集端口，所述电流输入端上设有第一电压采集点，所述电流输出端上设有第二电压采集点；

所述adc的第一电压采集端口通过pcb导线与所述第一电压采集点耦接；所述adc的第一电压采集端口与所述第一电压采集点之间串联有第一分压电阻；所述adc的第二电压采集端口通过pcb导线与所述第二电压采集点耦接；所述adc的第二电压采集端口与所述第二电压采集点之间串联有第二分压电阻。

优选地，所述用电设备为led光源。

一种利用所述恒流电路驱动所述led光源工作的flicker测试仪的校准装置。

一种利用所述校准装置的flicker测试仪的校准方法，包含步骤：

s100.在恒流电路的供电接口上插接led光源，然后开启校准装置；

s200.所述反馈调节模块根据所述led光源的额定电压实时调整所述led光源两端的电压为额定电压；待所述led光源两端的电压稳定在额定电压后，所述反馈调节模块持续控制led光源进行闪烁；

s300.将flicker测试仪的光信号采集端口对准所述led光源；

s400.所述flicker测试仪根据采集到的光信号进行校准。

优选地，所述所述反馈调节模块根据所述led光源的额定电压实时调整所述led光源两端的电压为额定电压，包含以下步骤：

将采集到的所述电流控制器两端的电压与人工预设的稳态电压阈值上限和人工预设的稳态电压阈值下限进行对比，并根据对比结果作出如下操作：

如果所述电流控制器两端的电压超过所述稳态电压阈值上限，则将所述阳极电压降低，直至所述电流控制器两端的电压低于所述稳态电压阈值上限；

如果所述电流控制器两端的电压低于所述稳态电压阈值下限，则将所述阳极电压提升，直至所述电流控制器两端的电压高于所述稳态电压阈值下限；

否则，保持当前的所述阳极电压不变。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：

1.由于本发明的校准装置采用的恒流电路的发热被主动控制，从而无需额外增设散热、温控设备，极大降低了成本；

2.由于本发明的恒流电路中使用mcu针对不同参数的led光源，根据其额定电压实时将其在恒流电路中的两端电压调整为额定电压，从而实现了兼容不同额定电压的led光源，基本兼容市面上所有的led光源的额定电压，普适性非常好；

3.由于本发明的恒流电路中使用了mcu实时计算恒流源生成部分的功耗，并利用电压反馈调节机制主动控制电流控制器的功耗，从而可以间接的控制电路的发热，在接入额定电压低的光源时能够通过降低阳极电压来降低整个电路的发热损耗；

4.由于本发明的校准装置采用的恒流电路基本兼容市面上所有的led光源的额定电压，从而普适性非常好；

5.由于在本发明的校准装置可以通过adc直接读取分压电阻上的电压，从而能够通过与运算放大器输入的放大信号输出端进行比对实现快速校准，工作效率非常高。

附图说明

图1为本发明具体实施例的恒流电路的基本结构示意图；

图2为现有技术的恒流电路结构示意图；

图3为本发明具体实施例一种实际应用的结构示意图；

图4为本发明具体实施例一种实际应用的优选方案的结构示意图；

图5为本发明具体实施例的校准装置结构示意图；

图6为本发明具体实施例的校准方法流程示意图。

其中，1.恒流源模块，2.电压源模块，3.供电接口，4.反馈调节模块，110.led，210.第一电压输出端，220.模拟信号输入端，300.运算放大器，310.放大信号输出端，320.反相输入端，330.正相输入端，400.电流控制器，410.电流输入端，411.第一电压采集点，420.电流输出端，421.第二电压采集点，430.放大信号输入端，500.adc，510.第一电压采集端口，520.第二电压采集端口，600.控制单元，620.控制信号输出端，630.波形信号输出端，700.dac，710.控制信号输入端，720.模拟信号输出端，800.分压电阻，810.第一分压电阻，820.第二分压电阻。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的具体实施例基于如图1所示的一种自适应电压的恒流电路，包括。

恒流源模块1：用于为接入本恒流电路的用电设备提供恒流；恒流源模块1包含电流控制器400，用于控制经过用电设备的电流；流源模块1还包含分压电阻800，用于分压；电流控制器400包含电流输出端420和电流输入端410；分压电阻800的一端接地，另一端与电流输入端410耦接；电压源模块2：用于为接入恒流电路的用电设备提供第一电压；供电接口3：用于接入用电设备；供电接口3包含第一端子和第二端子；供电接口3的第二端子与电压源模块2的第一电压输出端210耦接；供电接口3的第一端子与恒流源模块1耦接，具体来说，供电接口3的第一端子与电流输出端420耦接；反馈调节模块4：用于采集和分析电流控制器400两端的电压并将结果反馈至电压源模块2，实现对电压源模块2输出电压的自动调节。

作为对比，现有技术所采用的恒流电路如图2所示：现有技术采用的恒流电路不具备反馈功能，更没有主动计算调节功能。出于兼容所有可能的led光源额定电压的目的，现有技术中的电压源模块提供的所提供的电压是恒定的，且一定会大于等于led光源串联后的额定电压、分压电阻上的电压以及电流控制器的两端的电压这三者之和。但当接入额定电压较小的led光源时，多余的电压就全部被电流控制器承担，电流控制器的功率也会随之增大，从而导致发热严重的情况出现。

本具体实施例的恒流电路的一种方案如图3所示，包含：

恒流源模块1：用于为接入本恒流电路的用电设备提供恒流；恒流源模块1包含电流控制器400，用于控制经过用电设备的电流，和分压电阻800，用于分压。

本具体实施例中，用电设备为led光源；led光源包含多个串联的led110。

电流控制器400还包含放大信号输入端430。

电流控制器400可以采用三极管或mos管来实现，对整个恒流源没有影响；具体来说分为以下四种情况。

如果电流控制器400为npn型三极管，则放大信号输入端430为基极、电流输入端410为集电极、电流输出端420为射极。

如果电流控制器400为nmos管，则放大信号输入端430为栅极、电流输入端410为漏极、电流输出端420为源极。

如果电流控制器400为pnp型三极管，则放大信号输入端430为基极、电流输入端410为射极、电流输出端420为集电极。

如果电流控制器400为pmos管，则放大信号输入端430为栅极、电流输入端410为源极、电流输出端420为漏极。

本具体实施例中，电流控制器400选用mje182g型三极管；作为备选方案，电流控制器400也可选用irf530型mos管；选择mje182g型三极管或irf530型mos管作为电流控制器400的原因在于本发明的电流控制器400要求三极管的vce耐受电压，或mos管的vds耐受电压要大于电压源模块2的第一电压，以避免短路或失调时被击穿；综合考虑性能与成本后，mje182g型三极管或irf530型mos管属于性价比较高的选择。

分压电阻800的一端接地，另一端与电流控制器400的电流输入端410耦接。

恒流源模块1还包含：用于提供放大信号的运算放大器300。

运算放大器300包含：放大信号输出端310，反相输入端320以及用于接收波形信号的正相输入端330；运算放大器300的正相输入端330与控制单元600的波形信号输出端630耦接。

本具体实施例中，运算放大器300选用lm6172芯片；选择lm6172芯片的原因在于，本发明的运算放大器300所需压摆率较高；综合考虑性能与成本后，lm6172芯片属于性价比较高的选择。

放大信号输出端310与电流控制器400的放大信号输入端430耦接的；反相输入端320与电流控制器400的电流输入端410耦接。

电压源模块2：用于为接入恒流电路的用电设备提供第一电压；供电接口3：用于接入用电设备；供电接口3包含第一端子和第二端子；供电接口3的第二端子与电压源模块2的第一电压输出端210耦接；供电接口3的第一端子与恒流源模块1耦接，具体来说，供电接口3的第一端子与电流输出端420耦接。

反馈调节模块4：用于采集和分析电流控制器400两端的电压并将结果反馈至电压源模块2，实现对电压源模块2输出电压的自动调节。

馈调节模块4包含：adc500，用于采集电流控制器400两端的电压并转为数字信号输出至控制单元600；控制单元600，与adc500电连接，用于根据采集到的电压对电流控制器400进行功率分析并输出反馈调节信号；dac700，与控制单元600以及电压源模块2分别电连接，用于将控制单元600输出的数字信号转为模拟信号并输出至电压源模块2。

adc500包含第一电压采集端口510、第二电压采集端口520，电流输入端410上设有第一电压采集点411，电流输出端420上设有第二电压采集点421。

在本具体实施例中，adc500的第一电压采集端口510通过pcb导线与第一电压采集点411耦接；adc500的第一电压采集端口510与第一电压采集点411之间串联有第一分压电阻810；adc500的第二电压采集端口520通过pcb导线与第二电压采集点421耦接；adc500的第二电压采集端口520与第二电压采集点421之间串联有第二分压电阻820。

如图4所示作为一种替代方案，第一分压电阻810和第二分压电阻820可以省去。

如图2所示，控制单元600的控制信号输出端620与dac700的控制信号输入端710耦接；控制单元600的波形信号输出端630与运算放大器300的正相输入端330耦接；控制单元600的波形信号由控制单元600内置的dac产生并输出。

如图4所示作为一种替代方案，运算放大器300的正相输入端330也可以不耦接控制单元600的波形信号输出端630，而是由本恒流电路以外的设备提供波形信号。

模拟信号输出端720包含于dac700上；模拟信号输出端720与电压源模块2的模拟信号输入端220耦接。

本具体实施例中，模拟信号输出端720为dac的电压输出管脚，而模拟信号输入端220则为电压源模块2的反馈管脚；此外dac的电压输出管脚也可以代替控制单元600的波形信号输出端630，直接与运算放大器300的正相输入端330耦接，提供波形信号。

本具体实施例中，控制单元600选用stm32f103vct6芯片，adc500选用ad7685芯片，dac700选用dac80501芯片。

在本具体实施例中，adc500与控制单元600之间通过iic或者spi总线连接；这两种总线的连接方式都是可以通过控制单元600的通用io管脚进行模拟的，如果是使用iic总线，只需要adc500的scl和sda两个管脚连接至控制单元600的任意io管脚即可进行通信；而如果是使用spi进行通信，则adc500的miso、mosi、spi_clk、cs四个信号管脚也与控制单元600的任意四个io管脚连接即可进行通信；同理dac700与控制单元600的连接方式也是相同的，只要是任意的控制单元600的io管脚都能够进行通信；在本具体实施例中，选择spi还是iic总线，仅仅只是通信形式的不同，对于本发明的实现没有任何区别和影响。

控制单元600的控制信号输出端620与dac700的控制信号输入端710耦接；dac700的模拟信号输出端720与电压源模块2的模拟信号输入端220耦接。

如图5所示，一种利用恒流电路驱动led光源工作的flicker测试仪的校准装置，利用恒流电路为led光源提供第一电压电压，由多个led110串联成为led光源，然后插接到供电接口100中；通过选取不同规格的led、调整led的闪烁方式，为flicker测试仪提供用于校准的光信号。

如图6所示，一种利用校准装置的flicker测试仪的校准方法，包含步骤。

s100.在恒流电路的供电接口3上插接led光源，然后开启校准装置。

s200.反馈调节模块4根据led光源的额定电压实时调整led光源两端的电压为额定电压；待led光源两端的电压稳定在额定电压后，反馈调节模块4持续控制led光源进行闪烁。

s300.将flicker测试仪的光信号采集端口对准led光源。

s400.flicker测试仪根据采集到的光信号进行校准。

其中，反馈调节模块4根据led光源的额定电压实时调整led光源两端的电压为额定电压，包含以下步骤。

将采集到的电流控制器400两端的电压与人工预设的稳态电压阈值上限和人工预设的稳态电压阈值下限进行对比，并根据对比结果作出如下操作。

如果电流控制器400两端的电压超过稳态电压阈值上限，则将第一电压降低，直至电流控制器400两端的电压低于稳态电压阈值上限；具体来说，如果两端的电压超过稳态电压阈值上限，则向dac700发出降低电压信号；dac700将收到的降低电压信号转为模拟信号，发给第一电压；第一电压在模拟信号的驱动下，将第一电压电压降低，直至两端的电压低于稳态电压阈值上限。

如果电流控制器400两端的电压低于稳态电压阈值下限，则将第一电压提升，直至电流控制器400两端的电压高于稳态电压阈值下限；具体来说，如果两端的电压低于稳态电压阈值下限，则向dac700发出升高电压信号；dac700将收到的升高电压信号转为模拟信号，发给第一电压；第一电压在模拟信号的驱动下，将第一电压电压提升，直至两端的电压高于稳态电压阈值下限。

否则，保持当前的第一电压不变。

稳态电压阈值上限通过以下方法获得：

获取电流控制器400的最大功率、流经电流控制器400的电流输入端410的电流；根据下式计算稳态电压阈值上限。

。

其中，umax为稳态电压阈值上限；pmax为电流控制器400的最大功率，通过查找技术手册得到；i800为流经分压电阻800的电流；α为安全系数，由人工预设，取值范围为[0.5,1]。

稳态电压阈值下限由人工预设；在本具体实施例中，安全系数设为0.5。

本发明要解决的问题针对的是现有技术的两个缺陷，即兼容的led较少和发热量大；本发明的关键点在于：通过加入控制单元600和adc500对电流控制器400的两端的电压进行实时监控，从而当电路中的led光源的额定电压发生变化时，即时调整电压源模块2的第一电压电压的输出。

具体来说当整个电路处于稳态时，更换一个额定电压低的led光源，由于分压电阻800上的压降始终跟随运算放大器300的输入电压，控制单元600就能及时计算得到电流控制器400的两端的电压增加，从而去控制dac700将电压源模块2输出的第一电压电压降低；当第一电压电压降低到一定值时，控制单元600监控到电流控制器400的电流输出端处的电压也随之降低，于是再通过dac700去调节电压源模块2让其略微升高输出的第一电压电压，如此往复，直至至分压电阻800上的压降变化范围与电路处于稳态时相同，则此时整个电路又达到稳态，且三极管的发热被控制；而又由于控制单元600的计算速度极快，电压源模块2调节时间短，所以在调节过程中电流控制器400增加的热量是完全处于可控范围的，所以本发明即使去除了用于监视电流控制器400温度变化的温度传感器，也仍然可以将电流控制器400的两端的电压和温度都控制在合理范围之内。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。