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大电流LED调光方法的对比分析

作者:时间:2012-04-05来源:网络收藏

随着LED显示屏的市场不断增长,高度变成了一个时髦的词。最近,业内一家电子制造商巨头推出了具备动态LED背光控制的高清晰度70英寸LCD电视,其度高达500,000:1,耗电量却减少了一半。该公司将如此高的度归功于技术的采用。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/168201.htm

对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩(白色)与最暗色彩(黑色)的发光度比率。可以通过控制进入的正向来调节LED的亮度级别,即模拟。LED的色彩可以随着正向的变化而位移,因此对于一些可容忍色彩位移的低档照明系统而言,模拟不失为一个合适的选择。但是,对于基于LED的LCD显示屏等的高端应用来说,为获得想要的色彩一致性和各种亮度级别,就必须采用更复杂的调光技术。针对高端应用的LED驱动器一般都采用固定频率工作模式与PWM调光机制。在PWM调光中,LED正向以减少的占空比在0%至100%间转换,以进行亮度控制。然而,PWM调光信号的频率必须大于100Hz,以免出现闪烁或抖动。为尽量降低可听到噪声和辐射,高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹。可是,更高的调光频率将大幅缩小驱动的调光范围,反而降低系统的最大亮度。本文将探讨在固定频率、时间延迟磁滞控制和固定导通时间的降压式LED驱动器中,高频PWM调光技术的性能表现,并通过测试数据来衡量不同配置下的性能。

调光范围

在PWM调光中,LED正向电流以受控的占空比(DDim)进行开/关(ON/OFF),以达到想要的亮度级别。DDim的动态范围定义了PWM调光配置所能实现的最大亮度级别。如上所述,LED亮度与LED正向电流成比例,因此,在使用PWM调光配置时所得到的最高和最低LED电流平均值分别由式1和式2表示。

ILED_Max=DDim_Max×ILED (1)

ILED_Min=DDim_Min×ILED (2)

其中,ILED为LED电流,ILED_Max为LED电流的平均最高值,ILED_Min为LED电流的平均最低值,DDim_Max为最大调光占空比,DDim_Min为最小调光占空比。因此,最高和最低LED明亮的比率,又被看作PWM调光范围,用式3表示。

调光范围=DDim_Max/DDim_Min (3)

式3表示PWM调光范围与最大、最小调光占空比之间的关系。对于给定的调光频率FDim,DDim_Max表示最大占空比,即LED电流在下一个调光周期开始前,从所需的正向电流降低至零的时间;DDim_Min表示最小占空比,即LED电流由零升至所需的正向电流(IF)的时间。

可以采用多个不同的电路来实现正向LED电流的开/关切换

20.jpg

在使能调光方案中,LED电流的开/关是通过把开关稳压器或者电源FET驱动器设置成使能(Enable)或失效(Disable)来实现的。使能调光的缺点是调光延迟较大(tD,tSU&tSD)。tD指需要启动开关稳压器电路所需的时间。如果利用调光信号去开/关电源FET驱动器,而不是去开关稳压器,则可以消除这种延迟。tSU和tSD指电感器电流上升至所需LED电流,并将电流下降到零电流所需的时间,这种延迟很大程度视乎LED驱动器的传动特性。使能调光方案可以在低调光频率下提供较大的调光范围。但是,由于调光延迟比较大,如果增加调光频率,会明显降低调光范围。

串行调光方案将一个开关与LED串联在一起,这样,LED电流从IF和零之间的切换将随着串联开关的导通(ON)和断开(OFF)来执行。在这种配置中,当串行开关器导通时,峰值检测器被用来确保电压信号在反馈引脚(FB)处的连续性。串行调光没有延迟时间tD和tSD,因此要优于使能调光。不过,这种的tSU较大,在高调光频率下所能达至的调光范围比较小。

并行调光方案把一个分流开关与LED并联在一起。一旦将这个开关设置成OFF或ON,立刻会有电流IF流进或者流出LED。并行调光能明显减少tD、tSU和tSD,因为它可长期维持连续的电感器电流,这个电流的平均值大约等于所需的LED正向电流。因此,这种调光配置适合那些在高调光频率下要求宽调光范围的应用。但是,并行调光必须配合开关稳理器拓朴来使用,因为只有这种布局才可提供连续的输出电感器电流。此外,由于分流开关(shunt switch)的功率耗散,这种方式将降低整体系统的效率。下文将探讨与固定频率、磁滞和固定导通时间降压式LED驱动器一起工作时,使能调光和并行调光方案的性能。

固定频率降压LED驱动器的调光

固定频率电流模式降压LED驱动器。驱动器可通过选用Enable_Dim控制或Shunt_Dim控制,配置成使能调光或并行调光。LED驱动器的典型使能调光波形,这些波形是用LM3045(1A的16MHz固定频率LED驱动器)来产生的。

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