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为便携式MFF显示器选择合适的LED背光驱动器

作者:时间:2012-05-07来源:网络收藏

在高达19英寸的媒体外观()中,白光正在迅速取代冷阴极灯管(CCFL)成为LCD(边缘或侧面)照明的首选。这些可能需要多达100个。为了在不牺牲亮度质量的情况下延长电池使用寿命,确定最佳的并联和串联连接以及亮度调节方法具有一定的挑战性。本文将指导您如何针对显示器挑选最的白光LED,从而以最低的总成本实现高效率(长电池使用寿命)和最佳亮度。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/168056.htm

为什么WLED将取代显示器中的CCFL?

淘汰CCFL始于欧盟的RoHS计划,该计划旨在禁止消费类电子产品使用多种有害物质,其中就包括日光灯管的主要成份水银。不过,相比CCFL,WLED还拥有下列优势,包括:固态器件;定向光源;超低电压工作;亮度调节范围更大、更容易;亮度调节更线性。

WLED定向照明使得显示器可以使用更小的扩散板和导光板,从而制造出更轻薄的平板显示器和笔记本电脑。

WLED拓扑结构

WLED的亮度会随着通过的电流呈线性变化。为了使各WLED串获得最佳的WLED电流精度以及一致的WLED亮度,LED应该调节通过LED的电流电压而非调节LED两端的电流电压。图1显示了如何轻松地将任何一个可调式DC/DC转换器重新配置为一个恒流源来驱动串联的多个WLED。只要输出大于LED正向电压之和,电压(VLED)就会下降。

通过调节VSENSE(电流感应电阻器(RSENSE两端的电压而非输出电压(VO)),驱动器实质上就成为一个恒定电流源,这使得其输出电压(VO)可以随电流和温度产生的VLED变化自我调节。WLED具有范围为3.0V到4.0V的压降,该压降变化与LED电流大小成正比关系,而与温度高低成反比关系。因此,WLED驱动器的输出电压必须至少能够达到WLED串的电压总和,同时各个WLED串在最大LED电流时VLED压降也达到最大。

尽管大多数应用的输入电压都在3.6V~48VDC的范围内,但是多数MFFLCD背光驱动器却使用7.2V~21V叠层锂离子(Li-Ion)电池来驱动24~100个LED。不同MFF面板尺寸的WLED数目不尽相同,介于36个(12.1英寸面板)至72个WLED(17英寸面板)之间。

使用图1所示配置对单个WLED串中的多达72个LED进行调节,会导致电压高达72×4V=288V。因此,大多数LED背光驱动器均基于升压转换器内核。高压、单电感升压转换器较为昂贵,且难以设计,这是因为它们要求:额定电压更高、体积更大、更昂贵的功率FET,以及相应的额定二极管和输出电容;一个具有87.5%~96%占空比(D=Vout/(Vout+Vin))的升压控制器,在开关频率为1MHz下需要875~960ns的启动时间(tON),并且较难控制40ns的最小关闭时间(tOFF);一个高成本、占用空间的绝缘层,以防止电弧击穿底板(chassis);高压处理和测试程序;更高的消费类电子产品安全等级;由于更高的共模电流,它们还会产生更多电磁干扰(EMI),计算方法为ICM=CPARVOUTfSW,其中,CPAR为漏极到接地的寄生电路板电容,fSW为升压转换器开关频率。

采用反激式拓扑结构而非基于电感的升压拓扑结构让设计人员可以使用一个标准、低成本的升压控制器IC,但是会增加定制设计变压器的复杂度。因此,为维持IC和配套无源组件的低成本,集成FET的升压驱动器的制造商宁愿将驱动器输出限定在60V以下。由这类升压转换器驱动的单个LED串可能会被限定在20个LED以下,这几乎无法驱动较大的MFF面板。因此,图1所示的转换器具有几个并联的m串,每个串都有n个LED和10电阻器,以帮助均衡流经各串的电流以及各串两端的电压。流经WLED的电流和WLED两端的电压越接近,则每个串的颜色和亮度就会越一致。

对图1所示镇流电阻器进行大小排列以达到各串之间的最佳匹配十分困难。较好的方法是将升压转换器和多个电流调节器(汲入)结合,这样便可真正地将流经各串的相同电流导入单个驱动器IC中(图2)。驱动器感应各个VIFBx引脚上的压降,并利用升压转换器来提供刚好足够的输出功率,以便将最低的VIFBx引脚电压(VIFBmin)维持在电流调节器的最大压降电压之上。

图2:具有集成电流阱的升压转换器背光驱动器。

接下来的问题是如何n和m?

优化LED串的数目

升压驱动器的n和m时需要考虑如下几个因素:nMAX×VLEDmin<升压转换器的最大输出电压;nMIN×VLEDmin>VINmax;m决定亮度要求,并设定转换器的最大负载电流ILOADma=m×ILEDmax。

测得数据证明,在每个串输入电压和ILED相同的条件下,一个m=6且n=12(即12S6P)配置的驱动器比9S8P配置的相同转换器更加高效。为什么这么说呢?升压转换器和电流调节器的详细的效率分析报告并不在本文的讨论范围内,但答案可想而知。

升压转换器输出功率增加的同时,其损耗也随之增加。升压转换器输出功率随VOUT和/或输出负载的上升而增加。升压转换器输出电压随n串联LED数目的增加而上升,同时输出负载随m串数目的增加(或者每个串电流的升高)而上升。电流调节器的损耗为每个串的电流乘以各电流反馈引脚的电压IFBx。很显然,随着各串电流升高或对于具备较大V

以统计方法来看,存在一个m串、每个串n个LED的最佳数字,以最小化功耗的同时最大化驱动器效率。结合LED压降的平均值、差值和标准偏差来对电流调节器的损耗进行统计分析,其表明电流调节器损耗与m串数目呈正比例关系,但是只有在每个串n个LED数量的平方根时才成立。

图3显示了特定驱动器中升压转换器和电流调节器效率模型的结果。

图3:Vin=11V、VIFBx=0.4V及ILED=20mA时LED总数量与总驱动器损耗之间的对比关系。

该结果随VIN、ILED和VIFB发生些许变化,同时很显然大多数MFF面板的背光均会在4

调光

如图4所示,调节一个WLED串亮度的最简单方法是在D占空比的固定频率上向图1所示驱动器启动引脚施加一个脉宽调制(PWM)信号。该平均WLED电流为PWM信号的占空比乘以LED最大电流ILED-max,即ILED-avg=DxILED-max。由于流经LED的最大电流相同,因此PWM调光会带来一个非常线性的亮度变化。另外,由于LED的发射光谱随其压降大小而变化,而该压降又随ILED而变化,因此PWM调节过程中LED背光的色度、色彩和色调(即实际“白”的程度)均十分出色。

led显示器相关文章:led显示器原理



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