LED背光驅(qū)動(dòng)技術(shù)探討
摘要： 面對(duì)全球環(huán)境保護(hù)意識(shí)日益高漲,，產(chǎn)生了針對(duì)含有對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的電子產(chǎn)品的限制與歐盟電子電機(jī)設(shè)備中有害物質(zhì)...
Abstract：
Key words :
面對(duì)全球環(huán)境保護(hù)意識(shí)日益高漲,，產(chǎn)生了針對(duì)含有對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的電子產(chǎn)品的限制與歐盟電子電機(jī)設(shè)備中有害物質(zhì)禁用指令(RoHS),。因此全球各地液晶顯示屏(LCD)面板廠商積極地尋求冷陰極熒光燈(CCFL)的替代解決方案。過(guò)去數(shù)年,，LED已得到廣泛的應(yīng)用,，其中成長(zhǎng)最快的應(yīng)用領(lǐng)域是LCD的背光應(yīng)用；數(shù)年間LED尤其在小尺寸顯示屏的背光應(yīng)用得到普及,，并已取代了CCFL，而在中大尺寸的應(yīng)用中,，LED取代CCFL也正成為趨勢(shì),；LED背光已開(kāi)始邁入需要更高性能和更長(zhǎng)工作時(shí)間的中大尺寸顯示屏背光應(yīng)用，如GPS,、P-DVD,、DPF、NOTEBOOK,、E-PC等設(shè)備,。
LED背光技術(shù)相對(duì)于CCFL有諸多的優(yōu)點(diǎn)，更好的亮度均勻性,，更鮮艷的色彩,，更長(zhǎng)的壽命，在屏幕輕薄程度以及耗電量上也有很大的優(yōu)勢(shì),。更重要的是,，沒(méi)有CCFL帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。
LED是電流型器件,，需要專用的驅(qū)動(dòng)IC,，它的亮度與流過(guò)的電流成正比,。驅(qū)動(dòng)IC控制LED的電流一般可以由兩種方式：
1、直接由芯片提供一個(gè)恒壓源,，然后通過(guò)LED的VI特性和限流電阻來(lái)決定輸出電流,，但是由計(jì)算公式可以看出，電流對(duì)LED正向壓降VF很敏感,，考慮到LED本身離散性,，不同個(gè)體之間Ｖf會(huì)有幾十到幾百個(gè)ｍＶ的差異，所以這種方法無(wú)法準(zhǔn)確控制LED亮度,。
２,、芯片提供一個(gè)恒流源。與上面的恒壓方式不同,，這種方法通過(guò)控制取樣電阻上的電壓直接控制輸出電流,，理論上驅(qū)動(dòng)的ＬＥＤ電流與LED的VF沒(méi)有關(guān)系，很好的避免了LED離散性的影響,，可以精確地控制LED亮度,。
1,、線性恒流方式驅(qū)動(dòng)
這種方法成本比較低，同時(shí)沒(méi)有ＥＭＩ的問(wèn)題,，但主要問(wèn)題是電池電壓下降到一定值（比如3.6V）以下,，亮度會(huì)有明顯的變化。
２,、線性+電荷泵(charge pump)混合模式驅(qū)動(dòng)
用電荷泵解決了在電池電壓比較低的情況下,，輸出電流下降明顯的問(wèn)題，根據(jù)輸入電壓,，芯片工作在線性,、1.5X或2X模式。這種方式由輸入電壓范圍廣,、無(wú)需電感,、體積小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于手機(jī)等小型LCD屏幕,。
３,、DC-DC step-up恒流驅(qū)動(dòng)
跟charge pump方式相比，step-up也可以得到比輸入更高的電壓,，而且驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng),，可以支持更多顆的LED，因此比較多的應(yīng)用與中大尺寸的LCD模塊中。
4,、近期推向市場(chǎng)的中小尺寸TFT-LCD屏LED背光新產(chǎn)品CP2122,。
CP2122是一款特別為白光LED驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，采用高達(dá)1.4MHz的工作頻率,，允許采用小巧的外部電感和電容元件,。LED采用串聯(lián)的連接形式，這樣保證流過(guò)每個(gè)LED的電流相同,，從而可以獲得一致的亮度,。300mV的反饋電壓使得在電流設(shè)定電阻上消耗的功率很小，盡可能的優(yōu)化了在白光LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)的效率,。CP2122的開(kāi)關(guān)管的峰值電流可高達(dá)700mA,，并且可承受高達(dá)34V的電壓，可驅(qū)動(dòng)一串9個(gè)LED,，三串多達(dá)21個(gè)LED,，使得CP2122非常適合于中大LCD屏的背光應(yīng)用。采用SOT23-5L封裝形式,。
流過(guò)LED的電流由VFB/R1來(lái)決定,，普通DC-DC converter的反饋電壓ＶFB一般為1.2V左右，這樣電阻上的功耗就很大,，嚴(yán)重影響了轉(zhuǎn)換效率,；而2122的ＶFB僅為300mV，相對(duì)傳統(tǒng)方法,，效率大為提高,，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間?？梢杂?jì)算出設(shè)定２０ｍＡ的ＬＥＤ電流需要的R1值：
R1＝VFB/ ILED=300mV/20mA=15 ohm
CP2122采用電流模式的控制方式：外環(huán)通過(guò)控制FB電壓來(lái)控制LED平均輸出電流,；內(nèi)環(huán)通過(guò)芯片內(nèi)部采樣電阻來(lái)控制開(kāi)關(guān)管峰值電流，具備優(yōu)秀的電壓和負(fù)載調(diào)節(jié)能力,。
由于是直接控制輸出電流而不是電壓，當(dāng)負(fù)載電阻變大時(shí),，輸出電壓必須增大來(lái)維持恒定的電流,。而一旦負(fù)載開(kāi)路，輸出電壓會(huì)立即上升直到超出芯片最大允許電壓,，擊穿芯片,。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)芯片一般要求與在輸出端與LED并聯(lián)放置一個(gè)齊納二極管，來(lái)限制輸出電壓,。2122在設(shè)計(jì)中考慮了負(fù)載開(kāi)路保護(hù)的問(wèn)題,，在內(nèi)部加入了一個(gè)過(guò)壓保護(hù)（OVP），無(wú)需外加二極管保護(hù)。
同時(shí),，芯片支持PWM調(diào)光,，利用人眼的視覺(jué)暫停原理，以一定的頻率和占空比來(lái)周期性的控制白光LED的導(dǎo)通電流在零電流到額定工作電流之間來(lái)回切換,，從而調(diào)整亮度,，這種調(diào)光方式與改變驅(qū)動(dòng)電流大小的調(diào)光方式相比優(yōu)點(diǎn)就是不會(huì)產(chǎn)生色移。在應(yīng)用時(shí),，為了確保人眼看不到LED閃爍,，PWM調(diào)光的頻率一般要大于100Hz，2122可以支持0~100kHz的調(diào)光頻率范圍,，這樣大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì),。
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