加固液晶显示器自动温控技术

摘要：随着电子技术的发展，液晶显示器在军、民品中的应用越来越广泛，已逐渐替代了CRT显示器成为了显示领域的主流产品。介绍了液晶显示器加固过程中的温控原理，通过CPLD／FPGA编程的方法实现了低温加热的自动控制，拓宽了液晶显示器低温工作范围。

近年来，随着电子技术的发展，液晶显示器以其体积小、重量轻、功耗低、电磁兼容性好等突出优势，已逐渐替代CRT显示器而成为军、民品显示领域的主流。国内多家单位相继研发了加固型液晶显示器。由于商用液晶显示器在环境温度低于OV时，液晶材料就会变成粘稠状，温度更低时，液晶材料甚至“结晶”，从而导致液晶显示器在低温启动工作时，显示画面变色、亮度低、出现“拖尾”现象，严重时根本看不清图形、图像显示，不能满足军用环境条件要求。为了将液晶显示器用于军用环境条件，可以采取在低温时对液晶显示屏进行加热，从而拓宽液晶显示器的低温工作范围。本文讨论了加固液晶显示器的低温加热控制原理，设计了一套有效的温控电路，给出了基于FPGA编程的VHDL语言设计代码，为广大的电路设计工程师提供一定的参考。

1 低温对液晶显示器的影响

军用加固液晶显示器，要求能适应的环境温度范围较大，一般要求在一2O℃至55℃温度范嗣内能正常工作。但由于液晶材料的在低温时，液晶的阈值电压升高，响应速度变慢，甚至液晶品格结晶，使得液晶显示器不能正常工作。以SHARP公司的TFT—LCD宽温型液晶屏为例，常温型器件低温正常工作点为-5℃，宽温型器件低温正常工作点为-1O℃ ，低于此温度后，液晶屏的响应速度就会变慢。虽然目前国外已有个别公司研制出具有较高清亮点、较低粘度系数、内值电压的变化在较宽温度范围内阈值特性较为一致的宽温液晶材料，但由于其价格昂贵，不能推广应用。

因此在加固液晶显示器研制中，必须采取措施，拓宽液晶显示器的低温工作范围，确保其在低温环境中能正常工作和有较快的响应速度。

2 低温加热原理分析及实现

加热电路一般包括处理器、温度传感器、比较器、加热控制开关、加热器件（加热膜或加热带）等，加热方式一般有定流加热与脉冲调宽加热两种方式。

定流加热方式采用设定的电流对加热器件进行供电加热，特点是加热速度与加热器件温度无关，此种方式加热电路简单，易于控制，缺点是在加热器件温度较高时对液晶模块热冲击大，加热器件不能直接对液晶显示屏加热，加热效果受到一定的影响。脉冲调宽加热方式为一种变功率加热方式，在低温时加热功率大，速度快，随着温度的升高，逐渐调小加热控制开关的开关占空比，以达到逐渐减小加热功率的目的，此种加热方式加热器件可以放在液晶模块偏光板背后对液晶显示屏进行直接加热，加热效率高，缺点是加热电路结构设计复杂，设计成本高。

本文结合特定的产品介绍一种无需处理器介入的定流加热控制方式，采用CPLD或FPGA编程实现加热的控制，电路简单，设计成本低。

加热电路包括FPGA／CPLD、温度传感器、比较器、加热控制开关、加热器件等，电路图如图1。

如图l所示，由D1、RT1（负温度系数）、Rl—R5组成的电压比较网络对温度进行监控，信号TUP与TDOWN与温度关系如表1。

图1 加热电路图

表1 TUP／TDOWN逻辑与温度关系表

当环境温度低于0℃ ，此时TUP与TDOWN均为高电平，FPGA／CPLD输出高电平HEAT_UP，加热电路工作。当环境温度介于0℃与20℃之间时，如果此时正在加热，则继续加热，如果当前未加热，则无需加热。当环境温度高于20℃时，则停止加热。

由c2与R7组成的Rc电路加大了Q2的开关信号导通与关断的时间，减轻了加热电路对12V供电电路的冲击。

FPGA／CPLD编程如下（VHDL语言）：

仿真波形如图2。

3 结束语

以上我们主要讨论了液晶显示器低温加热的控制方法，并给出了定流加热的一个应用实例。本设计电路简单，设计成本低，文中的VHDL语言原代码经仿真及实际测试效果良好，成果已经应用于某系列加固液晶显示器。该系列加固液晶显示器已广泛用于军用电子装备之中。