应用于LCD模块老化试验台的多路电流巡回检测及保护电路设计

摘要：介绍了应用于LCD模块老化试验台中的多路电流检测及保护电路的工作原理、设计过程，并论述了信号巡回检测与过流保护等电路及相关软件程序设计。

关键词：巡回检测；保护；单片机

引言

本文介绍的多路电流巡回检测及保护电路，是针对某型号的手机彩屏而设计的，以单片机为控制核心实现全程监控的自动化测控装置。可同时进行200块手机彩屏及同类LCD产品的老化试验，即在高温环境下输入检测信号，观测液晶面板的显示情况，同时出现不良产品造成单路电流超出正常范围时，及时检测并切断供电电源以达到保护的目的，进而给出故障单元指示。

硬件电路结构

整机系统采用主从式结构，图1为多路电流检测、保护及屏驱动电路框图，构成了整个系统的下位机测量控制电路。由双CPUAT89C2051和P89C51RD2HBP单片机为核心构成一个控制单元电路，负责10块彩屏的驱动和检测，20组控制电路板以阵列形式对称分布，同时对200块彩屏模块进行老化测试，并将测量结果和参数通过RS485串行通讯方式传送至上位机，由上位机统一协调管理。

图1　线路原理结构图

下面以一组控制电路为例介绍其工作原理及设计方案。AT89C2051是一个仅有20个引脚的体积小、价格低的Flash ROM型单片机，利用两片74HC595扩展输出口使硬件设计简单，该CPU主要用来完成温度的测量和三路电源电流检测，具有过流保护及故障指示功能;P89C51RD2HBP具有与MCS-51完全兼容的指令系统，1kBRAM和64kB Flash是非易失性程序存储器，适用于彩屏图案和动画等大容量驱动程序的存储。双CPU既简化了时序控制和软件设计的复杂性又利于管理和维护。

电源扩流及保护电路
LCD模块通电老化需三种可调电压，(1)逻辑电源VDD:2～5V±0.1V，最大工作电流200mA±2%；(2)背光源LED驱动电源：3～5V±0.1V，最大工作电流180mA±2%；(3)亮度调整电压：0～3V±0.1V，最大工作电流3mA。通过键盘输入电压设定值，并存入上位机E²PROM中，控制D/A输出三路电压信号作为基准，经图2电路扩流后提供给LCD模块。图2中V1即为电压源参考电压，TIP122为NPN型大功率达林顿管，最大电流达5A，完全满足工作要求。1Ω精密电阻为电流采样电阻，经过检测电路处理测量后，如单片机检测出该路电流过载则输出控制信号CV0为高电平，经74HC04反相驱动红色发光二极管LR点亮，给出过流指示，同时74LS06输出为低电平，关断TIP122起到保护作用(V_I-1≈0)。如果电路正常工作，控制信号CV0输出低电平，由于74LS06为0C驱动器，不影响正常输出电压(V_I-1≈V1)，绿灯亮。三路电源电路结构相同，3mA小电流电源电路可选用三极管9013代替TIP122，其电路及原理不再赘述。

图2　扩流及保护电路

过流检测电路
电流经1Ω采样电阻转换为电压信号，如图3所示，四运放LM224构成电压跟随器和差动放大电路，该采样信号放大10倍后与比较器LM293反相端基准电压2.5V比较，结果送入单片机AT89C2051输入口P10，由P10状态判断是否过载。

图3　电流过流检测电路

由于提供10个LCD模块的电源达30路。要求任一路过载都能及时检测并保护，单片机必须做到实时监控，将30路电源分成两组，每组由两片16通道模拟开关CD4067在单片机P12～P15引脚控制下巡回检测，不妨设某时刻图2中的1Ω采样电阻被切入检测电路，在正常工作电流0～200mA情况下，P10口输入为低电平，只要电流超过250mA则会使P10电平翻转，单片机即刻输出控制信号CV0，保护电路有效。当然可以通过改变电路参数来调整过电流动作阈值。

电流采样及I/O口扩展电路设计
CD4067为十六路模拟开关，其内部包括一个16选1的译码器和被译码输出所控制的16个双向模拟开关，当禁止端INH为有效低电平时，X0～X15中被选中的一个输入端与输出公共端Y(即1脚)接通，被选通端由外部地址输入端A～D决定。设计中由两片CD4067可检测15路电源电流，扩展后可满足对系统中30路电源电流的巡回检测要求。

单片机AT89C2051作为用户I/O口的资源有限，对于本系统来说不可避免地要进行I/O口的扩展，实现对多路电源的过流保护和故障单元指示控制，采用两片串入并出带有锁存功能的74HC595级联，最大可扩展16个并行输出口。足以实现管理10块液晶彩屏的任务。有关电路参看图4部分电路。

图4　电流检测及单片机控制部分电路原理图

软件设计

软件设计采用模块化设计方法，可读性强、便于今后改进和升级。软件主要包括自检程序、主程序、数据处理程序、通讯子程序等，限于篇幅具体程序没有给出。此外还采用软硬件抗干扰措施保证系统的可靠性，在软件上采用指令冗余和软件陷阱，将可能跑飞的程序拉回到正常的序列中。在硬件上使用看门狗电路，并考虑电源去耦及印刷电路走线，都极大地提高了系统的抗干扰能力。同时采用数字滤波算法提高测控精度，均达到了理想的效果。

本文介绍的应用于LCD模块老化试验台的多路电流检测及保护电路，经长期的实际运行证明，完全达到设计指标要求，运行稳定可靠，操作维护方便，性能价格比高，并取得了良好的经济效益。