原创 LCD背景光源理想驱动电路设计

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马爱文  何福友  李德良  王长龙

(军械工程学院控制工程系，石家庄 050003)

摘要  目前在一些测试系统中，一般都采用点阵图形式液晶来显示汉字及图形。为了显示清晰，通常需要带背景光。背景光有两种形式:LED -极管式和EL场致发光式。在较大的液晶显示模块中，尤以场致发光式最多，但是场致发光需要设计合适的驱动光源，流行的场致发光光源目前都不太理想，一是亮度不够，二是颜色调整不灵敏，效果不能令人满意。本文以最新进口芯片 IMP525 系列为例，详细介绍了不同驱动电压、驱动功率的电路设计和不同频率即不同背景光颜色的电路设计，对典型的液晶模块128X160HG16501 (EL)实际背景光驱动电路作了详细介绍，可供不同用户在设计相应尺寸及点阵数液晶显示驱动电路时参考。
关健词 背景光 驱动电压 液晶  输出功率 

带背景光的液晶显示图像清晰，不受环境光的影响，既可在阳光直射下进行观察，也可在夜晚无光的情况下进行，深受用户的欢迎。但是这种液晶都需配背景光驱动电源，特别是EL场致发光液晶显示器对电源的电压幅值、工作频率和输出功率都有一定的要求，而目前市场上流行的一些光源往往不能较好地满足其要求，从而造成图像清晰度差，对比度小，强光下看不清，背光颜色调整不灵敏，有的调整基本不起作用。鉴于以上情况，我们选用了最近投放市场的进口芯片INM525 系列场致发光驱动器，以典型液晶模块128 X 160HG16501为对象，采用IMP525 芯片设计了点阵式液晶背景光驱动电源。

1 IMP525芯片介绍

该驱动器芯片需要的供电电压可在0.9V～3.6V 范围内可靠工作，非常适于电池供电的场合，其输出的驱动电压典型值为 112V 频率的变化范围为  20OHz～2400Hz，外围元件少，只需一个电感，一个二极管，一个电容和两个电位器，并有使能禁止控制端，即当不需背光时可将其关闭，这对电池供电系统来说是必要的。其内部结构如图1所示。图中，开关电源振荡器OSC1与运放C、场效应管G构成逆变器，将输入的直流电压变为高频方波电压，并借助电感电容将其幅度升高到直流电压合适值。该逆变器的工作频率由2脚对VDD的电阻决定，可在lOKHz～150KHz选择。一般情况下频率高则效率高，输出功率也相对较大，但对器件的特性要求也高，故一般选在50KHz以下，建议用40KHz，此时Rsw大约在  O<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />.5MΩ～1MΩ之间，用1MΩ电位器就可以。该振荡频率要求不太严格，如果将2脚接地，则该振荡器停振，VA、VB无输出。

4脚即Lx 脚为外接电感端，即在4、1 端外接一个电感，该电感将影响输出功率。当电感L值比较小时，提供的电流大，电感增大时提供的电流也将下降，因此可根据负载即驱动对象的窗口面积适当选择L值，一般可在 80µH～800µH 范围内选取，具体参数选择参考表1。

                表1  参数选择

3脚为输出功率驱动芯片的电源端，它需要的电源由开关电源逆变输出经整流滤波后产生，因此4脚到3脚并接一快速整流二极管D，正极接4脚，负极接3脚，3脚对地接一电容，从而使驱动功率模块得到一高压直流电。

7脚为互补对称输出端，该部分利用乙类互补对称输出，为了提高带载能力又专门设计了互补对称驱动管。从VA、VB 输出波形一般为方波，通常情况下6、 7端加接一个1000PF～3000PF的电容，可使负载得到一个近似正弦波。

8脚为驱动振荡器OSC2的频率调整端，从该脚到VDD接一个电阻，通常用电位器来改变其阻值，从而可以改变振荡器的工作频率。该振荡器的输出经功率驱动模块使负载得到一个频率可调的背景光驱动波。一般情况下背景光驱动电源的频率设在400Hz～2000Hz范围内，由图2可以看出电位器取1MΩ就可以了。

2 实际应用电路

实际应用电路如图3所示。

    电路说明：

1)两个电位器的参数选择。电路中REL 电位器最好用一个200KΩ电阻与一个 1MΩ电位器串联使用，这样频率范围可在300Hz到2200Hz内变化。电位器选用3096型105的比较好。Rsw可选择一个500KΩ电阻与一个1MΩ电位器串联得到，使开关电源的工作频率不会过高或过低，此时开关电源的频率范围在20KHz到40KHz内可调，具体调到何值可根据所选液晶实验确定，故仍用3096型105电位器较好。

2)关于电容的参数选择。图中电容CS 最重要，电路中的开关电源工作时，其功率场效应管工作在开关状态。在压控振荡器的正方波作用下充分导通，DS间的压降很小，近似视为短路。在压控振荡器的负方波作用下，场效应管完全截止，此时L两端由于电流突然下降为零，根据Ldi/dt 将产生较高的反电势；该电势通过二极管D向电容CS 充电，使电容得到较高的电压。分压电阻R1、R2和运算放大器C构成闭环反馈系统以控制压控振荡器的占空比，从而使3脚得到合适的对地电压幅值以满足负载的需要，因此该电容的参数选择应足够重视，图中标的为100V留有余地，建议采用160V的更好，其容量选择与负载有一定关系，通常负载重则C、取大些，负载轻则C、取小些。图中标的0.1µF为下限值，实际用时可根据负载情况适当增大，但一般不宜超过0.47µF。负载端并的电容没有严格要求，主要作用是对驱动模块输出的带有上冲、下冲毛刺的方波进行整形，使液晶得到接近正弦波的驱动电压，因此一般选择1000PF～3000PF就可以了，太小有残留毛刺，太大会降低电源效率。

关于电源滤波电容，图中选用了一个0.1µF 电容，这对电池供电方式来说已经足够了，但实际使用中通常直接用用户处理系统的5V电源。由于驱动模块不能直接用5V电源，故在这种情况下可用图4所示电路。

D1、D2采用普通3A以上的整流二极管就可以了，而C1用0.lµF /16V，C2用

470µF /16V,这样模块可得到3.5V的工作直流电压。但这里要注意，对大面积液晶模块来说，要求的驱动功率也比较大，当使用用户的处理系统的5V电源时应考虑其本身的容量。

3)关于电感L的参数选择。这个电感提供电压自举，在开关场效应管作用下，将Lx端即4脚交替对地接通和断开，每断开一次则电感L将产生回扫电压通过二极管D向CS充电，从而使CS得到高电压。但电感值增加时，开关电源的开关频率必须相应增加以避免磁饱和。一般情况下电感量小些能够提供更大的电流。当用较大面积的液晶时应适当减小其电感量。该电感可以用高频磁环或磁芯方便地绕制，其电感量控制在O.1mH到1mH之间，若用高频磁环，其匝数也就在几到几十圈左右，用0.31以上的漆包线就可以。

4)关于二极管D。二极管D负责将L中的能量提供给电容CS，从电路角度来看，

D和CS构成整流滤波电路，由于输入电压工作频率比较高，因此D不能用一般的整流二极管，而选用快速开关管，MOR2100是快恢复高速二极管，通过的电流为2A，耐压高达1000V，可以胜任此任务。

5)驱动背光模块IMP525的使能控制。在智能处理系统中，可方便地实现对模块的启动禁山控制。图中将Rsw电阻端接一个CMOS门，其输入端接处理系统CPU的某根控制线。由于CMOS门输出高电平时为VDD，低电平时为零，则可以方便地实现使能禁止控制。

3 结论

该电路经过实验证明，它能提供足够高的背景光驱动电压，而且电压可在一定的范围内(80V-120V)根据用户需要调整，其驱动频率在300Hz～2200Hz范围内，对应液晶的颜色变化明显，可根据用户喜好选择。此外其带载能力极强，对目前市场上流行的液晶如128 X 160，160 X 240等液晶显示屏效果非常理想，完全克服了市场上流行的产品的亮度不够、颜色变化不明显、效率低等不足，即使在驱动128 X 160以上的大屏幕液晶长时间工作时，其模块的温升也不明显。此外，其成本低，体积小，可直接做在用户系统的印制板上，但这种情况下应注意其输出端可能造成的干扰，一般合理安排其在印制板的位置或采用一定的屏蔽措施就可以可靠地工作。

参考文献：

【1】李维提，郭强，液晶显示应用技术，电子工业出版社，2000.3；

【2】陆坤，奚大顺，李之权，电子设计技术【M】，电子科技大学出版社，1997；

Designation of Drive Circuit for Ideal LCD's Background Light

     Ma Aiwen ， He Fuyou，Wang Changlong，Li Deliang

 (Department of Control Engineering，Ordnance Engineering College，050003)

Abstract，Now some test systems adapt to the form of lattice figure liquid crystal to display the Chinese characters and figures。In order to display legibly，the background light is usually needed。There are two forms of background light，which are the LED diode and EL electroluminescence。 In the bigger liquid crystal display (LCD) model，the form of

Electroluminescence is at best。But electroluminescence needs right drive source of light，while this popular kind of light source isn't ideal，because it isn't bright enough and the color adjusting isn't effective。This paper gave an example of IMP525 which is the import chip of up

to minute to introduce in detail the circuits' designation of different drive voltages，drive powers and different frequencies，namely different background light's colors。It is introduced in detail that the practical background light's drive circuit of typical liquid crystal model 128 X 160HG16501(EL)。 This offered the reference to design various display drive circuits。

Key words background light；drive voltage；LCD；output power