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大功率背光源用LED驱动电路的研究现状与进展

作者:时间:2012-05-30来源:网络收藏

摘要:结合具体的控制芯片,对峰值电流控制型、平均电流控制型、单级单开关非隔离型的原理、优缺点和性能改进措施做了论述。给出了采用频率抖动技术的的传导EMI峰值及平均值测量结果和基于IR2540的平均电流控制型LED驱动电路的工作波形及效率测量结果,并对脉冲恒流源型LED驱动电路的原理做了简要的介绍,最后从恒流精度、效率、成本3个方面综合分析了LED驱动电路的发展趋势。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/167967.htm

1引言

作为LCD的背,LED现在已显露出取代CCFL的趋势。与传统的CCFL相比,LED背具有色域宽、色彩还原性好、可控性强、寿命长、不含汞蒸气和其他有害气体等优点。LED背还能实现CCFL无法相比的分区域色彩和亮度调节功能,从而更加精确地实现色彩还原和画面的动态调整,在显示不同画面时,可以使亮度与对比度进行动态修正,以实现更好的画质。

据预测,到2013年,将有90%的笔记本电脑和40%的液晶电视使用LED背光源。由于LED是一个低压非线性半导体器件,LED的正向电压会随着电流和温度的变化而变化,需要有驱动电路才能保证其稳定可靠地工作,因此,背光源用LED驱动电路的解决方案,是一项具有前沿性和现实性的工作。

目前,背光源用LED驱动电路有峰值电流控制型、平均电流控制型、单级单开关型3种类型,这3种LED驱动电路各有特点。本文结合具体的LED驱动电路控制芯片,从原理、优缺点、性能改进措施等方面对这3种类型的LED驱动电路进行了分析,并对正处于研发阶段的高性能脉冲恒流源型LED驱动电路的原理做了简要的介绍,最后分析了背光源用LED驱动电路的发展趋势。

2峰值电流控制型LED驱动电路

峰值电流控制型LED驱动电路目前应用最为广泛,这种电路的效率可达90%以上,而且具有电路简单、成本低的特点。HV9982是这种电路的典型控制芯片。HV9982有三路输出,R、G、B各一路,最高输入电压为40V,最多可以同时驱动54颗LED,具有输出短路保护、输出过压保护、Hiccup模式保护功能。图1是HV9982的应用电路。图中只画出了一路输出,其余两路输出与这一路相同。

图1 HV9982 应用电路

图1HV9982应用电路

HV9982的工作原理为:L1、D2、Q1、C14组成Boost升压变换器电路,CS引脚检测流过Q1的电流,当流过Q1的电流超过一定值时,Q1关断,从而实现恒流输出。Q2起输出过压保护和调光的作用,OVP引脚用来检测过电压,当此引脚的电压超过5V时,Q2关断,同时HV9982内部的计时器开始计时,当计时完成后,再次检测OVP引脚上的电压是否超过5V,不超过则Q2导通,超过则Q2继续关断,如此重复。调光时,当PWMD引脚为高电平时,Q2导通;当PWMD引脚为低电平时,Q2关断,将LED从电路中断开,防止输出电容通过LED放电。改变PWMD引脚调光信号的占空比,就可调节LED的亮度。

峰值电流控制型LED驱动电路虽然具有电路简单、成本低等优点,但也存在一定的缺点,具体表现在:

(1)电路可能会因次谐波振荡存在运行不稳定的风险,采用斜坡补偿可以解决这个问题,但是如果某些LED驱动芯片不支持振荡器电容连接,斜坡补偿会很难实施。另外,斜坡补偿也会引起被检测电流与实际LED电流之间的误差。有的学者试图采用固定关断时间(而不是固定频率)的工作方式来解决这一问题,这样虽然可以解决次谐波振荡问题,且占空比也大于50%,但是为了增加占空比就必须降低频率,从而导致频率在占空比范围内的大幅波动。

(2)对噪声敏感,抗噪声性能差。因为电感处于连续储能电流状态,与控制电压编程决定的电流、电平相比较,开关器件的电流信号的上升斜坡通常较小,电流信号上的较小噪声就很容易使开关器件改变关断时刻,使系统进入次谐波振荡。

(3)峰值电感电流的大小不能与平均电感电流的大小一一对应,在占空比不同的情况下,相同的峰值电感电流可以对应不同的平均电感电流,在输入电压变动的情况下,流过LED的平均电流发生改变,恒流精度不高。

为了进一步提高峰值电流控制型LED驱动电路的性能,目前,人员主要在以下几个方面对其进行改进:

(1)采用频率抖动技术改善EMI特性。未采用频率抖动技术时,各次谐波较窄而且离散,幅值在谐波频率处较高。图2是采用了频率抖动技术的LED驱动电路的传导EMI峰值和平均值测试结果。采用该技术可使谐波幅值降低并且变的平滑,高次谐波接近连续响应,减少EMI的效果十分显著。

图2  传导EMI 峰值和平均值测试结果

图2传导EMI峰值和平均值测试结果

(2)采用补偿峰值电流控制技术提高LED驱动电路的恒流性能,解决在输入电压变动的情况下流过LED的平均电流发生改变的问题。国内华润矽微科技有限公司推出的PT4107LED驱动电路控制芯片就采用了该技术。图3是补偿峰值电流控制技术原理图。

图3 峰值补偿电流控制技术原理

图3峰值补偿电流控制技术原理。

3平均电流控制型LED驱动电路

平均电流控制型LED驱动电路克服了峰值电流控制型LED驱动电路可能会出现次谐波振荡等不足,具有以下优点:

(1)平均电感电流能够高精度地跟踪电流编程信号;(2)不需要斜坡补偿;(3)抗噪声性能优越。

美国国际整流器公司(IR)推出的IRS2540是一种平均电流控制型LED驱动芯片,可驱动200V的MOSFET。该LED驱动芯片采用独有的高侧驱动器,可连续监控负载电流,并通过时间延迟滞后控制法,精确调节电流,从而提供优势明显的平均电流控制功能;内置短路保护功能,可以通过简单的外部电路实现开路保护功能,同时为同步整流设计提供一个低压侧驱动。IRS2540的应用电路如图4所示。

图4  IR2540 应用电路

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