电源冗余备份控制电路和LED显示系统的制作方法

电源冗余备份控制电路和led显示系统
技术领域
1.本技术涉及电源控制领域，特别是涉及电源冗余备份控制电路和led显示系统。


背景技术：

2.相关技术为实现电源冗余备份的方法有以下两种。
3.方案一：采用现成的带均流功能的冗余电源，整机设计时将两个电源进行并联，两个电源之间的均流线进行线缆互联实现冗余备份。
4.其缺点为：均流电源成本高实现代价大，同时由于电源均流是通过两个电源之间的均流母线实现的，因此需要外接均流线缆做两个电源之间的电流检测，一旦线缆松动或者线缆安装异常两个电源就无法完成电压电流调整，并联在一起的两个电源可能会产生电流倒灌，出现可靠性问题。
5.方案二：采用常规不带均流功能的普通电源直接进行并联，不做任何处理输出给受电设备直接进行供电。
6.其缺点为：实际应用时两个电源都是会出现电压差，导致两个电源输出就会产生电源倒灌的情况，而且当其中一个电源出现故障输出短路时，由于两者是直接并联在一起就会影响另外一个电源，达不到冗余备份的目的。
7.目前针对相关技术中电源冗余备份的可靠性低的问题，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

8.本技术实施例提供了一种电源冗余备份控制电路和led显示系统，以至少解决相关技术中电源冗余备份的可靠性低的问题。
9.第一方面，本技术实施例提供了一种电源冗余备份控制电路，包括：两个电源控制模块(u)、两个开关单元(k)、电源输入端(in)和电源输出端(out)，所述电源控制模块(u)包括处理单元(m)、电源输入检测端(a)、电源输出检测端(c)和控制输出端(gate)，所述开关单元(k)包括受控端(g)、第一连接端(s)和第二连接端(d)，各所述电源控制模块(u)的电源输出端(out)共接形成公共输出端(o)；
10.所述开关单元(k)的第一连接端(s)连接所述电源输入端(in)，所述开关单元(k)的第二连接端(d)连接所述电源输出端(out)；
11.所述电源输入检测端(a)连接所述电源输入端(in)，所述电源输出检测端(c)连接所述电源输出端(out)，所述控制输出端(gate)连接所述开关单元(k)的受控端(g)；
12.所述处理单元(m)用于根据由所述电源输入检测端(a)和所述电源输出检测端(c)检测到的输入电源信号和输出电源信号，控制所述开关单元(k)的所述第一连接端(d)和所述第二连接端(s)之间的通断。
13.在其中一些实施例中，所述开关单元(k)包括mosfet，所述mosfet的栅极连接所述控制输出端(gate)，所述mosfet的漏极连接所述电源输入端(in)，所述mosfet的源极连接
所述电源输出端(out)。
14.在其中一些实施例中，所述电源冗余备份控制电路包括传输模块(e)，所述电源控制模块(u)包括第一反馈端(stat)，所述处理单元(m)用于根据所述电源输入检测端(a)和所述电源输出检测端(c)检测到的输入电源信号和输出电源信号生成输出电源状态信号，所述第一反馈端(stat)用于将所述输出电源状态信号反馈至所述传输模块(e)。
15.在其中一些实施例中，所述电源冗余备份控制电路包括分压单元(r)，所述电源控制模块(u)包括欠压检测端(uv)，所述欠压检测端(uv)与所述分压单元(r)连接。
16.在其中一些实施例中，所述电源冗余备份控制电路包括分压单元(r)，所述电源控制模块(u)包括过压检测端(ov)，所述过压检测端(ov)与所述分压单元(r)连接。
17.在其中一些实施例中，所述电源冗余备份控制电路包括传输模块(e)，所述电源控制模块(u)包括第二反馈端(pg)，所述处理单元(m)用于根据欠压信号和/或过压信号生成输入电源状态信号，所述第二反馈端(pg)用于将所述输入电源状态信号反馈至所述传输模块(e)。
18.在其中一些实施例中，所述传输模块(e)包括相互连接的接收卡(e1)和发送卡(e2)；其中，
19.所述接收卡(e1)与所述第一反馈端(stat)连接，所述接收卡(e1)用于接收所述输出电源状态信号，所述发送卡(e2)用于将所述输出电源状态信号发送出去；或者，
20.所述接收卡(e1)与所述第二反馈端(pg)连接，所述接收卡(e1)用于接收所述输入电源状态信号，所述发送卡(e2)用于将所述输入电源状态信号发送出去；或者，
21.所述接收卡(e1)与所述第一反馈端(stat)和所述第二反馈端(pg)连接，所述接收卡(e1)用于接收所述输出电源状态信号和所述输入电源状态信号，所述发送卡(e2)用于将所述输出电源状态信号和所述输入电源状态信号发送出去。
22.第二方面，本技术实施例提供了一种led显示系统，包括led显示装置，还包括上述第一方面所述的电源冗余备份控制电路，所述电源冗余备份控制电路连接所述led显示装置，用于为所述led显示装置提供电源。
23.在其中一些实施例中，所述led显示装置包括行控制模块(111)、r列控制模块(112)、g列控制模块(113)和b列控制模块(114)，所述行控制模块(111)、所述g列控制模块(113)和所述b列控制模块(114)分别连接所述电源冗余备份控制电路的公共输出端(o)，所述led显示装置还包括降压模块(115)，所述降压模块(115)的输入端连接所述电源冗余备份控制电路的公共输出端(o)，所述降压模块(115)的输出端连接所述r列控制模块(112)。
24.在其中一些实施例中，所述led显示系统还包括终端，所述终端连接所述电源冗余备份控制电路的传输模块(e)，用于根据所述电源冗余备份控制电路发送的反馈信号监控所述led显示系统的供电状态。
25.相比于相关技术，本技术实施例提供的电源冗余备份控制电路和led显示系统，解决了相关技术中电源冗余备份的可靠性低的问题，提升了电源冗余备份的可靠性。
26.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1是本技术实施例的电源冗余备份控制电路的结构框图一；
29.图2是本技术实施例的开关单元的结构示意图；
30.图3是本技术实施例的电源冗余备份控制电路的结构框图二；
31.图4是本技术实施例的带有欠压检测功能的电源冗余备份控制电路的结构框图；
32.图5是本技术实施例的带有过压检测功能电源冗余备份控制电路的结构框图；
33.图6是本技术实施例的带有欠压检测功能和过压检测功能的电源冗余备份控制电路的结构框图；
34.图7是本技术实施例的分压单元的结构示意图；
35.图8是本技术实施例的电源冗余备份控制电路的结构框图三；
36.图9是本技术实施例的传输模块的结构示意图；
37.图10是本技术优选实施例的电源冗余备份控制电路的硬件结构示意图；
38.图11是本技术实施例的led显示装置的硬件结构示意图；
39.图12是本技术优选实施例的led显示系统的结构框图。
40.附图标记：
41.u、电源控制模块；in、电源输入端；out、电源输出端；o、公共输出端；gnd、接地端；m、处理单元；a、电源输入检测端；c、电源输出检测端；gate、控制输出端；uv、欠压检测端；ov、过压检测端；stat、第一反馈端；pg、第二反馈端；
42.k、开关单元；g、受控端；s、第一连接端；d、第二连接端；
43.r、分压单元；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；
44.e、传输模块；e1、接收卡；e2、发送卡；
45.111、行控制模块；112、r列控制模块；113、g列控制模块；114、b列控制模块；115、降压模块。
具体实施方式
46.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
47.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相
结合。
48.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
49.本实施例提供了一种电源冗余备份控制电路，该电源冗余备份控制电路可以应用于led显示装置，为led显示装置提供供电电源。图1是本技术实施例的电源冗余备份控制电路的结构框图一，如图1所示，该电源冗余备份控制电路包括：
50.两个电源控制模块u、两个开关单元k、电源输入端in和电源输出端out，电源控制模块u包括处理单元m、电源输入检测端a、电源输出检测端c和控制输出端gate，开关单元k包括受控端g、第一连接端s和第二连接端d，各电源控制模块u的电源输出端out共接形成公共输出端o；开关单元k的第一连接端s连接电源输入端in，开关单元k的第二连接端d连接电源输出端out；电源输入检测端a连接电源输入端in，电源输出检测端c连接电源输出端out，控制输出端gate连接开关单元k的受控端g；处理单元m用于根据由电源输入检测端a和电源输出检测端c检测到的输入电源信号和输出电源信号，控制开关单元k的第一连接端s和第二连接端d之间的通断。
51.其中，处理单元m对输入电源信号和输出电源信号进行预设逻辑的运算，得到控制信号，并发送控制信号给开关单元k，该控制信号用于改变开关单元k的受控端g的电平，实现开关单元k的第一连接端s和第二连接端d之间的通断，从而控制电源输入端in和电源输出端out之间的通断。如果处理单元m检测到输出电源正常，则控制开关单元k导通，如果处理单元m检测到输出电源异常，则控制开关单元k断开。
52.当两个处理单元m检测得到的输出电源均为正常时，两个开关单元k均处于导通状态，当其中一个处理单元m检测得到的输出电源为异常时，则将控制对应的开关单元k断开，使得处于异常状态的输出电源不会被输送至公共输出端o，只有处于正常状态的输出电源会被输送至公共输出端o，保证输出的电源符合受电设备正常运行的要求。
53.本实施例通过电源控制模块u控制对应开关单元k实现电源输入端in至电源输出端out之间的通断，在供电电源处于正常情况下，各路供电电源均导通，当检测到其中部分供电电源有异常时控制切换相应的开关单元k，以实现多路电源的冗余备份，增加了不同路电源之间的隔离，省去了外部均流线缆，避免了多路电源输出端直接相连而产生的电流倒灌现象，解决了电源冗余备份的可靠性低的问题，提升了电源冗余备份的可靠性。
54.在一些实施例中，开关单元k包括mosfet(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管)，mosfet的栅极连接控制输出端
gate，mosfet的源极连接电源输入端in，mosfet的漏极连接电源输出端out。
55.参考图2，开关单元k并联稳压二极管z，稳压二极管z的负极连接第一连接端s，稳压二极管z的正极连接第二连接端d。当输入电压过大时，稳压二极管z可以稳定开关单元k两端的电压，对开关单元k起到保护作用。
56.参考图3，在其中一些实施例中，电源冗余备份控制电路包括传输模块e，电源控制模块u包括第一反馈端stat，处理单元m用于根据电源输入检测端a和电源输出检测端c检测到的输入电源信号和输出电源信号生成输出电源状态信号，第一反馈端stat用于将输出电源状态信号反馈至传输模块e。
57.其中，第一反馈端stat和传输模块e以电连接的形式传输输出电源状态信号，传输模块e可以通过和其他终端建立通信连接，以向其他终端发送输出电源状态信号。例如，传输模块e可以和计算机终端通信连接，传输模块e将输出电源状态信号发送至计算机终端，并在计算机终端上展示，以供工作人员观察供电电源的供电情况。又例如，传输模块e还可以和存储介质通信连接，传输模块e将输出电源状态信号发送至存储介质进行存储，以形成供电电源的供电情况的记录。
58.参考图4
‑
6，在其中一些实施例中，电源冗余备份控制电路包括分压模块w，电源控制模块u包括欠压检测端uv和/或过压检测端ov，欠压检测端uv和/或过压检测端ov与分压模块w连接，图4
‑
6分别示出了其中一种情形。处理单元m元中存储有欠压阈值和/或过压阈值，通过将输入电源信号和相应的欠压阈值和/或过压阈值进行比较，确定输入电源信号是否处于欠压状态和/或过压状态。
59.参考图7，在一些实施例中，分压模块w包括第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元与欠压检测端uv连接，第二分压单元与过压检测端ov连接。
60.其中，第一分压单元包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1和第二电阻r2串联在电源输入端in和接地端gnd之间，欠压检测端uv连接至第一电阻r1和第二电阻r2之间的连线节点，第一电阻r1和第二电阻r2用于实现欠压门限的设定。
61.第二分压单元包括第三电阻r3和第四电阻r4，第三电阻r3和第四电阻r4串联在电源输入端in和接地端gnd之间，过压检测端ov连接至第三电阻r3和第四电阻r4之间的连线节点，第三电阻r3和第四电阻r4用于实现过压门限的设定。
62.参考图8，在图4
‑
6的基础上，电源控制模块u包括第二反馈端pg，处理单元m用于根据欠压信号和/或过压信号生成输入电源状态信号，第二反馈端pg用于将输入电源状态信号反馈至传输模块e。
63.参考图9，传输模块e包括相互连接的接收卡e1和发送卡e2，接收卡e1分别与第一反馈端stat和第二反馈端pg连接，接收卡e1用于接收输出电源状态信号和输入电源状态信号，发送卡e2用于将输出电源状态信号和输入电源状态信号发送出去。接收卡e1和发送卡e2均内置软件，可以把电源控制模块u的输出电源状态信号进行编码转换成机器指令，再把机器指令发送给计算机。
64.下面将通过优选实施例介绍本技术的电源冗余备份控制电路。
65.图10是本技术优选实施例的电源冗余备份控制电路的硬件结构示意图，如图10所示，电源控制模块u可采用集成的电源控制器，电源控制模块u包括处理单元m、电源输入检测端a、电源输出检测端c、控制输出端gate、欠压检测端uv、过压检测端ov、第一反馈端stat
和第二反馈端pg，电源控制模块u的外围器件包括开关单元k(mosfet)、二级稳压管z、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6。其中，第五电阻r5的一端连接电源输入端，第五电阻r5的另一端连接第一反馈端stat。第六电阻r6的一端连接电源输入端，第六电阻r6的另一端连接第二反馈端pg。此外，电源冗余备份控制电路还包括接收卡e1和发送卡e2。
66.在本优选实施例中，第一反馈端stat用于发送输出电源状态信号至接收卡e1，第二反馈端pg用于发送输入电源状态信号至接收卡e1。
67.电源控制模块u通过电源输入检测端a和电源输出检测端c实现对输出电源信号的监测。当供电电源正常时，电源输入端in输入的电源均为 3.8v。控制输出端gate控制mosfet的受控端g(栅极)以导通第一连接端s(源极)和第二连接端d(漏极)，即导通电源输入端in至电源输出端out之间的电通路。当供电电源异常时，控制输出端gate控制受控端g(栅极)使mosfet关断第一连接端s(源极)和第二连接端d(漏极)，即切断电源输入端in至电源输出端out之间的电通路，而且，在该情况下，还将改变第一反馈端stat的电平，接收卡e1接收第一反馈端stat的电平状态，并通过网线反馈输出电源状态信号给发送卡e2，发送卡e2上传输出电源状态信号给终端进行供电状态监测。
68.当电源控制模块u判断到欠压检测端uv的输入电压处于欠压状态或者过压检测端ov的输入电压处于过压状态时，电源控制器会改变第二反馈端pg的电平状态，接收卡e1接收第二反馈端pg的电平状态，并通过网线反馈输入电源状态信号给发送卡e2，发送卡e2上传输入电源状态信号给终端进行供电状态监测。
69.电源控制模块u分别控制各自的mosfet实现电源输入端in至电源输出端out之间的通断，正常情况下两者实现同时导通，当两个电源控制模块u中的其中任意一者检测供电电源有异常时，将控制切换相应的mosfet断开。
70.结合上述实施例的电源冗余备份控制电路，本实施例还提供了一种led显示系统，该系统包括led显示装置，还包括上述实施例的电源冗余备份控制电路，电源冗余备份控制电路和led显示装置连接，电源冗余备份控制电路用于为led显示装置提供电源。
71.电源冗余备份控制电路已在上述实施例介绍，本实施例不再赘述，本实施例的led显示系统，解决了led显示装置的电源冗余备份的可靠性低的问题，提升了led显示装置的电源冗余备份的可靠性。
72.图11是本技术实施例的led显示装置的硬件结构示意图，如图11所示，led显示装置包括行控制模块111、r列控制模块112、g列控制模块113和b列控制模块114。其中，r代表红色led灯珠，g代表蓝色led灯珠，b代表绿色led灯珠。行控制模块111可采用mosfet实现对led灯珠的行控制。每一行led灯珠的阴极共用同一根总线，与行控制模块111的mosfet的d极进行连接，mosfet的s极与led显示装置的接地端gnd连接，通过行控制模块111控制驱动mosfet的g极实现led阴极对地通路的选通。各列控制模块负责输出pwm(脉冲宽度调制)信号驱动led灯珠的阳极，控制实现led列驱动。
73.在本实施例中，led显示装置还包括降压模块115，降压模块115的输入端连接电源冗余备份控制电路的公共输出端o，其中，行控制模块111、g列控制模块113和b列控制模块114分别连接电源冗余备份控制电路的公共输出端o，r列控制模块112连接降压模块115的输出端。降压模块115可采用dc
‑
dc降压转换电路，用于将3.8v电压降压为2.8v。
74.led显示装置接收经过冗余供电后的 3.8v输入电源，其中 3.8v负责给行控制模块111、g列控制模块113和b列控制模块114进行供电，在 3.8v电源后设置降压模块115，降压模块115将 3.8v转换为 2.8v给r列控制模块112进行供电。
75.在本实施例中，通过在led显示装置内部设置降压模块115，根据led灯珠颜色进行电压区分供电，以达到在降低功耗的同时实现电源的冗余备份。
76.在其中一些实施例中，led显示系统还包括终端，终端和电源冗余备份控制电路的传输模块e连接，用于根据电源冗余备份控制电路发送的反馈信号监控led显示系统的供电状态。
77.终端可以包括一个或多个处理器(处理器可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)和用于存储数据的存储器，可选地，上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备以及输入输出设备。本领域普通技术人员可以理解。
78.图12是本技术优选实施例的led显示系统的结构框图，如图12所示，该系统包括ac
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dc电源模块、led灯板模组、电源控制模块、接收卡、发送卡和客户端。其中，ac
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dc电源模块采用220v转3.8v低压输出，两个ac
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dc电源模块通过接入两路不同的220v电源，实现输入冗余备份。电源控制模块接入两路来自电源模块输出的电源信号，首先会设置一定的欠压和过压保护点，通过与输入电压进行对比，完成对输入电源状态的判断并反馈给接收卡，将电源状态通过发送卡上报客户端进行状态检测，同时根据获取到两个电源模块的状态控制切换冗余控制电路输出一路3.8v电源给led模组、接收卡进行供电。led灯板模组采用3.8v电路供电输入，在灯板模组内部设置降压电路，一部分经过降压电路转换为2.8v，其中3.8v给蓝色、绿色led灯珠和驱动芯片进行供电，2.8v给红色led灯珠和驱动芯片进行供电，以降低灯板功耗。
79.本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
80.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。