一种LED背光源亮度控制系统和方法与流程

本发明涉及液晶显示，特别是涉及一种led背光源亮度控制系统和方法。

背景技术：

1、随着显示技术的不断发展，led显示屏因其高亮度、低功耗、长寿命及良好的色彩饱和度等特性，在户外广告、舞台演出、体育赛事直播等领域得到了广泛应用。然而，在led显示屏的实际应用中，如何精确控制其背光源的亮度，以满足不同场景下的视觉效果需求，成为了一个亟待解决的问题。

2、传统的led显示屏背光源亮度调节方法大多直接通过调整输入电压或电流来改变led的发光强度。这种方法虽然简单直接，但由于led的发光特性受温度、老化程度等多种因素影响，导致实际亮度与设定值之间存在较大偏差，难以实现高精度的亮度控制。

3、此外，随着led显示屏分辨率和尺寸的不断提升，对背光源亮度调节的均匀性和动态响应速度也提出了更高的要求。传统的控制方法难以满足这些要求，容易导致显示屏上出现亮度不均、色彩失真等问题，影响观看体验。

4、为了克服上述技术缺陷，提高led显示屏背光源亮度的调节精度和均匀性，本发明提出了一种led显示屏背光源亮度调节系统和方法。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种led背光源亮度控制系统和方法，用于解决现有技术中调光精度有限、难以实现动态调节，无法快速响应亮度的变化需求，导致画面亮度的突变或延迟，影响用户体验等问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种led背光源亮度控制系统。

3、包括恒流驱动单元、调光单元和电流控制单元；

4、所述恒流驱动单元包括ac/dc恒压变换器、开关网络和pwm调制器，用于将输入的交流电转换为直流电，并通过所述pwm调制器控制开关网络，以输出恒定电流驱动led负载；

5、所述调光单元包括上位机、gpu、mcu和电阻分压网络，用于处理待显示图像，提取亮度值，并将其转换为pwm信号，再通过电阻分压网络转换为适合电流控制单元的外加电压信号；

6、所述电流控制单元用于实时检测led负载的电流，并将其预设的目标电流信号进行比较，生成误差信号，对所述误差信号进行处理，利用所述pwm调制器调整所述开关网络的导通与开关状态，从而控制通过led负载的电流。

7、可选地，所述开关网络包括第一功率开关、第二功率开关、rc滤波电路和采样电阻，所述rc滤波电路由电感和输出电容组成，所述ac/dc恒压变换器与所述第一功率开关的漏极连接，所述电感一端连接有两路，一路与所述第一功率开关的源级连接，另一路与所述第二功率开关的漏极连接，所述电感另一端连接有两路，一路与所述输出电容的正极连接，另一路与所述led负载连接，所述第二功率开关的源极连接有两路，一路与所述输出电容的负极连接，另一路与所述采样电阻连接，所述输出电容的负极与所述采样电阻连接，所述采样电阻和led负载连接；所述第一功率开关和所述第二功率开关的栅极、所述pwm调制器和所述电流控制单元依次连接，所述电流控制单元连接于所述led负载和所述采样电阻之间。

8、可选地，所述电阻分压网络包括第三功率开关、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、滤波电容和电压跟随器，所述第一分压电阻、第二分压电阻串联在外部供电电压和电源地之间，所述第三功率开关的栅极连接pwm信号输入，所述第三功率开关的漏极连接有三路，分别连接所述第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述第三功率开关的源级连接有三路，分别为所述电源地、第二分压电阻和滤波电容，所述第三电阻连接于所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，所述滤波电容与所述第三分压电阻和所述电压跟随器的正极连接，所述电压跟随器的输出与所述电流控制单元连接；所述mcu连接于所述led负载和所述采样电阻之间。

9、可选地，所述电流控制单元包括反馈放大器和环路补偿器，所述反馈放大器和所述环路补偿器串联在第一功率开关、第二功率开关与电阻分压网络之间。

10、可选地，还包括温度检测单元，所述温度检测单元与所述led负载连接和所述电流控制单元连接，用于实时监测led负载的工作温度。

11、本发明还提供了一种led背光源亮度控制方法，包括：

12、s1、将待显示图像划分为若干独立的显示区域，每个区域对应一组led负载；

13、s2、设定一个或多个目标电流值，每个目标电流值代表一个或多个显示区域led负载所期望达到的目标电流水平，所述目标电流水平与特定的亮度值相对应；

14、s3、将目标电流值转换为pwm信号，利用电阻分压网络生成外加电压信号，电流控制单元根据外加电压信号和led负载的电流映射关系，确定每个显示区域led负载的期望电流值；

15、s4、在每个显示区域内，通过电流控制单元实时获取led负载的实际电流；

16、s5、将实际电流的与期望电流值进行比较，生成误差信号；利用反馈放大器和环路补偿器对误差信号进行处理，根据处理结果动态调整与该显示区域相关联的pwm信号的占空比；

17、s6、调整后的pwm信号控制对应的功率开关的导通与关断，从而精确调节每个显示区域led负载的实际电流，使之趋近于期望电流值，进而实现亮度的精确调节；

18、s7、重复步骤s4至s6，对每个显示区域进行反馈控制，直到所有区域的led负载电流均达到或接近期望电流值，从而实现整个显示屏的亮度调节。

19、可选地，所述外加电压信号获取方法包括如下：

20、当pwm信号为低电平时，电阻分压网络的开关管截止，通过第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点相对于电源地的电压为：

21、

22、其中，为外部电源电压，、分别为第一分压电阻和第二分压电阻；

23、外加电压信号与pwm信号的占空比成反比，经过滤波后，外加电压信号与pwm信号的占空比关系为

24、

25、

26、其中，为外加电压信号，为pwm信号的占空比。

27、可选地，所述外加电压信号与led负载的电流的关系如下：

28、

29、

30、其中，为电流控制单元的期望电流值，为电流采样系数，为电流反馈系数，为调光反馈系数，为led负载的平均电流值。

31、如上所述，本发明提出的一种led背光源亮度控制系统和方法，具有以下有益效果：

32、本发明能够实时检测led负载的实际电流，并与预设的目标电流信号进行比较，生成误差信号，并据此动态调整pwm信号的占空比，从而精确控制通过led负载的电流。这种反馈控制方式显著提高了亮度调节的精度，确保了显示效果的稳定性和一致性；

33、本发明采用了分区控制的策略，每个显示区域都可以独立地进行亮度调节，且通过反馈控制保证了每个区域内led负载电流的均匀性，从而避免了传统方法中因电流分配不均导致的亮度差异，提升了整个显示屏的视觉均匀性；

34、本发明通过调整电阻分压网络中的分压电阻的取值，改变分压电阻之间连接节点到电源地的电压范围，进而实现对调光精度和调光范围的调整。当需要更高的调光精度时，可以适当减小分压电阻的阻值，使得电压范围更加精细，从而允许更细微的亮度调节。相反，当需要更宽的调光范围时，可以增大分压电阻的阻值，以扩大电压范围，覆盖更广泛的亮度区间。这种可调性使得本发明能够适应不同应用场景下的多样化需求。