中大尺寸LCD屏的LED背光策略
Radow 2022-08-03

  近年来,LED在背光应用方面得到了长足发展,不但在小尺寸LCD显示屏的背光应用中得到普及,而且开始迈入需要更高性能和更长工作时间的中大尺寸LCD显示屏背光应用,如GPS、P-DVD、数码像框(DPF)、及上网本等设备。

  LED背光技术很多优点,包括寿命更长、功耗更低等。更重要的是,LED完全符合环保要求,不会造成环境污染等问题。

  LED是电流型器件,需要专用的。它的亮度与流过的电流成正比。用驱动IC控制LED的电流一般有恒压源和恒流源两种方式。前者无法准确控制LED亮度,而后者则能很好地避免LED离散性带来的影响,从而精确地控制LED亮度。恒流源控制方式是目前LED驱动的主流模式。下面结合无锡芯朋微电子有限公司的LED背光做一些介绍。

  线性恒流驱动又称LDO均流驱动,这种方法成本最低,且没有问题,但其主要问题是电池电压下降到一定值以下时,亮度将出现明显变化。因此,这种驱动IC方法一般用于低成本的便携式产品中。芯朋微电子的AP3600、AP3601、AP3602等就是这样的驱动IC。

  电荷泵混合模式驱动解决了在电池电压比较低的情况下,输出电流下降明显的问题。根据输入电压,芯片工作在线性、1.5X或2X模式。这种方式具有输入电压范围广、无需电感、体积小等优点,广泛用于手机等小型LCD屏幕。这些驱动IC包括芯朋微电子的AP3324、AP3325等。

  跟电荷泵方式相比,PWM恒流驱动模式可以得到比输入更高的电压,且驱动能力更强,能支持更多数量的LED,可以应用于更大尺寸的产品(如GPS、P-DVD、DPF、及上网本等产品)的LCD背光模块。芯朋微电子的AP3127、AP3293等就是PWM恒流驱动IC。

  AP3127、AP3293是芯朋微电子专为中尺寸LCD屏幕设计的升压型背光LED驱动电路,采用高达1MHz的工作频率,允许采用小巧的外部电感和电容元件。LED采用串联的连接形式,保证流过每个LED的电流相同,从而获得一致的亮度。250mV的反馈电压使得在电流设定电阻上消耗的功率很小,尽可能优化了在白光LED驱动应用时的效率。

  AP3127的开关管峰值电流可高达500mA,并且可承受高达22V的电压,可驱动一串6个LED和三串多达21个LED,采用SOT23-6L封装形式。

  AP3293的开关管峰值电流可高达1,000mA,可承受高达40V的电压,驱动一串10个LED和三串多达24个LED,采用SOT23-6L或WDFN8封装形式。

  由于AP3127/3293的反馈电压仅为250mV,所以电阻上的功耗就很小,效率大大提高,延长了电池的使用时间。

  由于是直接控制输出电流而不是电压,当负载电阻变大时,输出电压必须增大以维持恒定的电流。而一旦负载开路,输出电压会立即上升直到超出芯片最大允许电压,击穿芯片。传统的一般要求在输出端与LED并联放置一个齐纳二极管来限制输出电压。AP3127/3293在设计中考虑了负载开路保护的问题,在内部加入了一个过压保护电路,无需外加二极管保护。

  此外,该芯片支持PWM调光,利用人眼的视觉暂停原理,以一定的频率和占空比,周期性地控制白光LED的导通电流在零电流到额定工作电流之间来回切换,从而调整亮度。与改变驱动电流大小的调光方式相比,这种调光方式的优点是不会产生色移。在应用中,为确保人眼看不到LED闪烁,PWM调光频率一般大于100Hz。AP3127/3293支持20Hz~100kHz的调光频率范围,大大方便了系统设计。

  针对10英寸到12英寸的上网本,芯朋微电子正在研制AP3295。其输入电压在4.5V~24V,这使得LED背光模组既可以兼容原来CCFL的输入电压,也可以由电池或者适配器直接供电,从而减少电源变换环节,提高系统的整体效率。该方案也支持PWM调光。由于接口兼容,用户只需将其背光源由CCFL灯管换成铝基的LED发光条,同时将高压复杂的交流驱动器换成低压简单的直流驱动器即可。其综合成本与传统的CCFL背光模块已非常接近。

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