DLP背投影电视的光源及其控制方法转让专利
申请号 : CN200710203274.0
文献号 : CN100591109C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 李海青 , 牟剑 , 胥立 , 梅吉超
申请人 : 四川长虹电器股份有限公司
摘要 :
本发明提供了一种DLP背投影电视的光源及其控制方法，具有寿命长、色域覆盖范围广和显示图像没有彩虹效应的优点。DLP背投影电视的光源，由LED、LED驱动电源电路、LED控制电路组成，LED驱动电源电路连接至场效应管的漏极，LED控制电路连接至场效应管的栅极，LED通过电感连接至场效应管的源极。本发明采用LED作为DLP背投影电视的光源，大大提高了DLP系统的光源寿命，提高了DLP系统的色域覆盖范围，使DLP颜色更加鲜艳；并且由于本发明取消了色轮，所以显示图像没有彩虹效应。
权利要求 :
1、DLP背投影电视的光源，其特征在于：由LED、LED驱动电源电路、LED控制电路、亮 度和颜色传感器组成，LED驱动电源电路连接至场效应管的漏极，LED控制电路连接至场效应 管的栅极，LED通过电感连接至场效应管的源极，采用亮度和颜色传感器进行LED随着时间的 变化而导致的亮度变化和色坐标漂移，所述LED控制电路采用MC56F8013VFAE芯片做CPU。
2、根据权利要求1所述的DLP背投影电视的光源，其特征在于：所述LED采用红、绿、蓝 三色的三组LED阵列。
3、权利要求1所述的DLP背投影电视的光源的控制方法，其特征在于：用CPU上的三个 PWM输出口输出时序控制信号：PWM_R触发4.17ms，同时PWM_G截至，PWM_B截至；然后PWM_G 触发4.17ms，同时PWM_R截至，PWM_B截至；最后PWM_B触发4.17ms，同时PWM_R截至，PWM_G 截至，以此循环；用CPU的第一IO口产生120Hz的CWIndexDelay方波信号；用CPU的第二IO口 产生Lamplit信号。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种光源，特别是涉及一种DLP背投影电视的光源及其控制方法。
背景技术
作为新兴的投影显示技术——微显示技术的一支，DLP背投影电视(Digital Light Processing)的发展极其迅速，其工作原理是将一只高亮度的灯泡作光源，经过复杂的光路 ，利用数字微镜器件将光反射到屏幕上的显示技术。与普通的CRT背投影电视利用CRT管发光 显示不同，DLP背投影电视的光源是一只高亮度的超高压汞灯，这种灯泡一般只能工作8000 到10000小时，而且光源不是全光谱，限制了DLP技术在背投影上的应用和发展。
LED作为普通光源的替代品，有发光效率高、色域覆盖范围广、使用寿命长等优势。随 着蓝色LED技术的突破，在DLP投影技术上使用LED光源的趋势越来越明显。但如果使用白光 的LED光源直接代替灯泡作为光源，虽然实现起来比较简单，但是存在颜色很容易随着LED光 源发出光线变化而变化的缺点，而且由于存在色轮，所以显示图像的彩虹效应不能解决。
LED作为普通光源的替代品，有发光效率高、色域覆盖范围广、使用寿命长等优势。随 着蓝色LED技术的突破，在DLP投影技术上使用LED光源的趋势越来越明显。但如果使用白光 的LED光源直接代替灯泡作为光源，虽然实现起来比较简单，但是存在颜色很容易随着LED光 源发出光线变化而变化的缺点，而且由于存在色轮，所以显示图像的彩虹效应不能解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种DLP背投影电视的光源，具有寿命长、色域覆盖 范围广和显示图像没有彩虹效应的优点。
本发明还要提供一种上述电源的控制方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：DLP背投影电视的光源，由LED、LED驱动电 源电路、LED控制电路、亮度和颜色传感器组成，LED驱动电源电路连接至场效应管的漏极， LED控制电路连接至场效应管的栅极，LED通过电感连接至场效应管的源极，采用亮度和颜色 传感器进行LED随着时间的变化而导致的亮度变化和色坐标漂移，所述LED控制电路采用 MC56F8013VFAE芯片做CPU。
本发明的有益效果是：本发明采用LED作为DLP背投影电视的光源，大大提高了DLP系统 的光源寿命，提高了DLP系统的色域覆盖范围，使DLP颜色更加鲜艳；并且由于本发明取消了 色轮，所以显示图像没有彩虹效应。
本发明还要提供一种上述电源的控制方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：DLP背投影电视的光源，由LED、LED驱动电 源电路、LED控制电路、亮度和颜色传感器组成，LED驱动电源电路连接至场效应管的漏极， LED控制电路连接至场效应管的栅极，LED通过电感连接至场效应管的源极，采用亮度和颜色 传感器进行LED随着时间的变化而导致的亮度变化和色坐标漂移，所述LED控制电路采用 MC56F8013VFAE芯片做CPU。
本发明的有益效果是：本发明采用LED作为DLP背投影电视的光源，大大提高了DLP系统 的光源寿命，提高了DLP系统的色域覆盖范围，使DLP颜色更加鲜艳；并且由于本发明取消了 色轮，所以显示图像没有彩虹效应。
附图说明
图1是本发明的LED驱动电源电路示意图。
图2是本发明的LED控制电路示意图。
图2是本发明的LED控制电路示意图。
具体实施方式
在通常的DLP光机系统中，使用的是高压汞弧灯和色轮作为系统的光源和产生颜色的机 构，色轮以每分钟7200转的速度运转，色轮上的颜色依次是R、G、B、R、G、B，每种颜色都 成一个扇面，高压汞弧灯发出的光透过彩色的扇面，再通过一系列光路照射到数字微镜器件 上面。
本发明由LED、LED驱动电源电路、LED控制电路组成。LED驱动电源电路连接至场效应管 的漏极，提供驱动LED发光所必须的功率，保证LED的正常发光，LED控制电路连接至场效应 管的栅极，LED通过电感连接至场效应管的源极。
如图1所示，本发明的LED驱动电源电路可以使用三肯公司的电源控制芯片，为LED驱动 提供40V×3A(120W)的功率，继电器是控制系统开关的电路器件，通过待机控制信号控制 其开启和关闭，以达到电源开关的目的；STR-F6656是三肯公司的电源控制芯片，可以有效 地控制电源，适应不同负载的需要；变压器输出5V和60V，5V为控制电路正常工作所使用的 电压，60V是LED的工作电压。
图2是本发明的LED控制电路示意图，由于LED为电流控制元件，需要提供恒定的电流保 证其亮度恒定，所以LED控制电路可以使用飞思卡尔半导体(FREESCALE)的MC56F8013VFAE 芯片做CPU，用CPU输出的PWM包络(脉宽调制)信号控制三个MOS管(场效应管)的开通和关 断，通过检测反馈电流的方式，控制LED驱动电源电路能量的供给，给LED提供恒定的电流， 驱动LED发光，并且采用各种亮度和颜色的传感器进行LED随着时间的变化而导致的亮度变化 和色坐标漂移。
图2的电路实现的原理是：CPU(MC56F8013VFAE)输出低电压(3.3V)PWM包络波，至 MOS管(1N6622)，由MOS管(1N6622)根据MOS管(IRF3710Z)的源极电压对PWM波进行电压 提升，使IN6622输出的PWM脉冲电压能够导通MOS管(IRF3710Z)；在MOS管(IRF3710Z)的 漏极处(电源)输入60V电压，由PWM波控制MOS管(IRF3710Z)的开关，使电感储能，经过 电容滤波输出至LED灯，LED灯点亮；接地电阻上的电压反馈至CPU(MC56F8013VFAE)处，通 过检测电阻上的电压，计算出流过LED的电流，与预先设定的电流值比较，通过调节PWM波的 占空比，达到调节流过LED电流，使流过LED的电流为一固定值，达到使LED亮度恒定的目的 ；通过检测亮度sensor(传感器)的反馈值，CPU实时进行PWM波占空比的调整，调整流过 LED的电流，完成调整LED亮度的目的。
本发明要替代原有的高压汞弧灯和取消色轮，原来使用的六段式色轮，色轮的一圈按照 顺序是R、G、B、R、G、B六个部分，每个部分拥有相同的角度，如果按照驱动色轮的电机以 7200转/每分钟计算，每秒会有120转，也就是出现每种颜色的时间是4.17ms。
因此，本发明的控制方法是采用CPU上的三个PWM输出口输出这样的时序控制信号： PWM_R触发4.17ms，同时PWM_G截止，PWM_B截止；然后，PWM_G触发4.17ms，同时PWM_R截 止，PWM_B截止；最后，PWM_B触发4.17ms，同时PWM_R截止，PWM_G截止，这样完成一个 循环，模拟出红、绿、蓝三种颜色的光线轮流通过色轮的效果，以此重复。同时CPU随时监 控颜色传感器的信号，以判断各LED灯的亮度和颜色，并通过调整LED的通过电流以调整LED 的亮度。这样，R、G、B的LED阵列循环开关两次来模拟色轮转一圈、高压汞弧灯发出的光线 所透过的R、G、B、R、G、B分别转过部分的动作。
CPU发出的PWM波形可能因为LED使用的时间增加而变化，所以，本发明使用三组A/D转化 器来实时监视PWM输出的波形，如果A/D检查到的输出电压偏离设计范围，系统会随时自动调 节PWM的占空比，来达到调整输出电压值的目的，保证LED阵列的正常工作。通过测量，需要 模拟的反馈信号有CWIndexDelay和LampLit信号。CWIndexDelay信号是一个120Hz的方波，产 生的原因是色轮电机上有一个起始标志，同时有一个光线传感器检查这个标志，电机每转一 圈，这个传感器就产生一个脉冲，由于电机是以7200每分钟转动的，所以脉冲的频率是 120Hz，系统以这个脉冲为起点，处理图像按照R、G、B的顺序显示图像。由于本发明没有这 套转动、反馈的机构，所以，需要使用CPU的IO口来模拟CWIndexDelay脉冲信号。在与触发 第一个红色LED阵列的PWM信号同时，模拟一个高低脉冲，然后等待R、G、B、R、G、B循环完 成后，在和PWM_R触发的同时，模拟CWIndexDelay脉冲。这样，每个颜色的LED阵列点亮两 次，产生一个CWIndexDelay的脉冲，模拟了色轮转动时候的各种信号和效果。另外， LampLit信号是高压汞弧灯点亮时发出的信号，本发明使用CPU的IO口模拟出LampLit信号来 制造出高压汞弧灯点亮的假象。
简单说，本发明的控制方法是：由CPU控制，和红色LED阵列连接的PWM信号先行触发， 连续工作4.17ms后关闭，然后和绿色LED阵列连接的PWM信号触发，工作4.17ms后关闭，然后 和蓝色LED阵列连接的PWM信号触发，工作4.17ms后关闭，然后和红色LED阵列连接的PWM信号 触发，并以此重复。同时CPU随时监控颜色传感器的信号，以判断各LED灯的亮度和颜色，并 通过调整LED的通过电流以调整LED的亮度。用CPU的第一IO口产生120Hz的CWIndexDelay方波 信号，模拟色轮从起始标志每转一圈，R、G、B的LED阵列点亮两次的效果；用CPU的第二IO 口产生Lamplit信号模拟高压汞弧灯点亮。
本发明由LED、LED驱动电源电路、LED控制电路组成。LED驱动电源电路连接至场效应管 的漏极，提供驱动LED发光所必须的功率，保证LED的正常发光，LED控制电路连接至场效应 管的栅极，LED通过电感连接至场效应管的源极。
如图1所示，本发明的LED驱动电源电路可以使用三肯公司的电源控制芯片，为LED驱动 提供40V×3A(120W)的功率，继电器是控制系统开关的电路器件，通过待机控制信号控制 其开启和关闭，以达到电源开关的目的；STR-F6656是三肯公司的电源控制芯片，可以有效 地控制电源，适应不同负载的需要；变压器输出5V和60V，5V为控制电路正常工作所使用的 电压，60V是LED的工作电压。
图2是本发明的LED控制电路示意图，由于LED为电流控制元件，需要提供恒定的电流保 证其亮度恒定，所以LED控制电路可以使用飞思卡尔半导体(FREESCALE)的MC56F8013VFAE 芯片做CPU，用CPU输出的PWM包络(脉宽调制)信号控制三个MOS管(场效应管)的开通和关 断，通过检测反馈电流的方式，控制LED驱动电源电路能量的供给，给LED提供恒定的电流， 驱动LED发光，并且采用各种亮度和颜色的传感器进行LED随着时间的变化而导致的亮度变化 和色坐标漂移。
图2的电路实现的原理是：CPU(MC56F8013VFAE)输出低电压(3.3V)PWM包络波，至 MOS管(1N6622)，由MOS管(1N6622)根据MOS管(IRF3710Z)的源极电压对PWM波进行电压 提升，使IN6622输出的PWM脉冲电压能够导通MOS管(IRF3710Z)；在MOS管(IRF3710Z)的 漏极处(电源)输入60V电压，由PWM波控制MOS管(IRF3710Z)的开关，使电感储能，经过 电容滤波输出至LED灯，LED灯点亮；接地电阻上的电压反馈至CPU(MC56F8013VFAE)处，通 过检测电阻上的电压，计算出流过LED的电流，与预先设定的电流值比较，通过调节PWM波的 占空比，达到调节流过LED电流，使流过LED的电流为一固定值，达到使LED亮度恒定的目的 ；通过检测亮度sensor(传感器)的反馈值，CPU实时进行PWM波占空比的调整，调整流过 LED的电流，完成调整LED亮度的目的。
本发明要替代原有的高压汞弧灯和取消色轮，原来使用的六段式色轮，色轮的一圈按照 顺序是R、G、B、R、G、B六个部分，每个部分拥有相同的角度，如果按照驱动色轮的电机以 7200转/每分钟计算，每秒会有120转，也就是出现每种颜色的时间是4.17ms。
因此，本发明的控制方法是采用CPU上的三个PWM输出口输出这样的时序控制信号： PWM_R触发4.17ms，同时PWM_G截止，PWM_B截止；然后，PWM_G触发4.17ms，同时PWM_R截 止，PWM_B截止；最后，PWM_B触发4.17ms，同时PWM_R截止，PWM_G截止，这样完成一个 循环，模拟出红、绿、蓝三种颜色的光线轮流通过色轮的效果，以此重复。同时CPU随时监 控颜色传感器的信号，以判断各LED灯的亮度和颜色，并通过调整LED的通过电流以调整LED 的亮度。这样，R、G、B的LED阵列循环开关两次来模拟色轮转一圈、高压汞弧灯发出的光线 所透过的R、G、B、R、G、B分别转过部分的动作。
CPU发出的PWM波形可能因为LED使用的时间增加而变化，所以，本发明使用三组A/D转化 器来实时监视PWM输出的波形，如果A/D检查到的输出电压偏离设计范围，系统会随时自动调 节PWM的占空比，来达到调整输出电压值的目的，保证LED阵列的正常工作。通过测量，需要 模拟的反馈信号有CWIndexDelay和LampLit信号。CWIndexDelay信号是一个120Hz的方波，产 生的原因是色轮电机上有一个起始标志，同时有一个光线传感器检查这个标志，电机每转一 圈，这个传感器就产生一个脉冲，由于电机是以7200每分钟转动的，所以脉冲的频率是 120Hz，系统以这个脉冲为起点，处理图像按照R、G、B的顺序显示图像。由于本发明没有这 套转动、反馈的机构，所以，需要使用CPU的IO口来模拟CWIndexDelay脉冲信号。在与触发 第一个红色LED阵列的PWM信号同时，模拟一个高低脉冲，然后等待R、G、B、R、G、B循环完 成后，在和PWM_R触发的同时，模拟CWIndexDelay脉冲。这样，每个颜色的LED阵列点亮两 次，产生一个CWIndexDelay的脉冲，模拟了色轮转动时候的各种信号和效果。另外， LampLit信号是高压汞弧灯点亮时发出的信号，本发明使用CPU的IO口模拟出LampLit信号来 制造出高压汞弧灯点亮的假象。
简单说，本发明的控制方法是：由CPU控制，和红色LED阵列连接的PWM信号先行触发， 连续工作4.17ms后关闭，然后和绿色LED阵列连接的PWM信号触发，工作4.17ms后关闭，然后 和蓝色LED阵列连接的PWM信号触发，工作4.17ms后关闭，然后和红色LED阵列连接的PWM信号 触发，并以此重复。同时CPU随时监控颜色传感器的信号，以判断各LED灯的亮度和颜色，并 通过调整LED的通过电流以调整LED的亮度。用CPU的第一IO口产生120Hz的CWIndexDelay方波 信号，模拟色轮从起始标志每转一圈，R、G、B的LED阵列点亮两次的效果；用CPU的第二IO 口产生Lamplit信号模拟高压汞弧灯点亮。