隨著成本和功率效率推動新系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展和克服設(shè)計挑戰(zhàn),，業(yè)內(nèi)大尺寸液晶電視的背光正不斷從冷陰極熒光燈(CCFL)過渡到白光LED。液晶電視設(shè)計人員在LED背光方面所面臨的主要挑戰(zhàn)就是如何在系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性,、元件成本和功率轉(zhuǎn)換效率之間取得平衡,。液晶電視LED背光的總系統(tǒng)效率受到幾個因素的影響。新型LED背光驅(qū)動IC正力求解決這些挑戰(zhàn),，為液晶電視設(shè)計人員提供了切實可行的解決方案,。
LED背光類型
在CCFL背光向白光LED背光轉(zhuǎn)變的過程中出現(xiàn)了兩大類白光LED背光解決方案。大多數(shù)解決方案通常屬于“直下式”或“側(cè)入式”LED背光方案。
·“直下式”LED背光是指LED直接在液晶面板后方投射燈光,。直下式背光系統(tǒng)通常由短的LED串組成,，一般是排列成多個通道或“模塊”的8至12組白光LED。每塊液晶面板使用模塊或通道的數(shù)量多達64至128個,。相比原先的CCFL系統(tǒng),，直下式背光系統(tǒng)的優(yōu)勢在于對比度更佳，因為每個LED串或模塊本身都是液晶顯示屏畫面的獨立發(fā)光源,。直下式背光系統(tǒng)的缺點在于較高的系統(tǒng)成本和控制復(fù)雜性,。
·側(cè)入式背光系統(tǒng)將LED在液晶面板側(cè)邊或頂部和底部排列成較長的串或“燈條”。每根燈條的LED串可包含多達20至50組LED,。側(cè)入式背光優(yōu)勢在于更低的系統(tǒng)成本和復(fù)雜性,。但由于液晶面板照射并非直入，因此對比度品質(zhì)常常會與原先的CCFL系統(tǒng)一樣,。側(cè)入式背光的一大優(yōu)勢在于它可用于替代幾乎不能調(diào)整背光系統(tǒng)信號或硬件的傳統(tǒng)CCFL,。
設(shè)計挑戰(zhàn)和解決方案
直下式和側(cè)入式背光系統(tǒng)通常都會遇到的設(shè)計挑戰(zhàn)便是功率轉(zhuǎn)換效率及其相關(guān)散熱問題。目前市場上已有幾種液晶電視LED背光驅(qū)動集成電路可為這一問題提供技術(shù)解決方案,。
所有液晶電視系統(tǒng)（包括直下式和側(cè)入式背光系統(tǒng)）設(shè)計人員都必須確定既定系統(tǒng)所需LED串和/或通道的數(shù)量,，以及每條串所需的LED數(shù)量。系統(tǒng)設(shè)計人員還需要確定達到規(guī)定液晶背光亮度所需的最大正向電流,。一旦確定了這些最高級別的系統(tǒng)要求,，下一步必須要考慮的技術(shù)問題便是LED正向電壓(VF)以及因LEDVF差總值而導(dǎo)致的后續(xù)LED串電壓變化。加上每個LED串之間的VF差將對總系統(tǒng)效率產(chǎn)生最大的影響,。
所有白光LED的VF差在同一生產(chǎn)類型中的差別高達500mV,，有時甚至更大?？紤]到成本因素,，實際測試分類和部件裝箱只能將LEDVF差縮小至大約±100mV的范圍?？傠妷鹤畲骎F的LED串將決定LED高側(cè)電源輸出電壓,。接下來產(chǎn)生的問題則是利用較低VF總值控制LED亮度的電流阱必須耗盡過量電壓差生成的電源。既定串中的LED數(shù)量越多VF差越大,，這一規(guī)律不容忽視,。例如，圖4中系統(tǒng)的LED串共有10組,，每組VF差都為±100mV,，因而導(dǎo)致的LED串電壓失配高達2V。若VF差高于±100mV,，或使用的LED超過10個,，那么通道之間的失配率將會增加,。
背光控制IC提供的第一項重要功能是一種電壓反饋方法，即將電壓從LED通道電流阱回饋至可調(diào)節(jié)LED(VLED)電源的交流/直流(AC-DC)或直流/直流(DC_DC)升壓轉(zhuǎn)換器,。每個LED通道電流阱的內(nèi)部電壓傳感電路均為多路傳輸,，可選擇電壓降最低的電流阱。電壓降最低的電流阱將代表VF總計最高的最差條件下LED串,。選擇要求最高電壓的LED串將確保所有LED串的運行在工作電流給定的情況下可獲得足夠的電壓余度,。對混合VF要求較低的相鄰?fù)ǖ蓝裕^剩功耗將以熱的形式散失掉,，但電源反饋將維持最低電壓以保證系統(tǒng)的正常運行,。如果沒有電源反饋，一個固定的LED設(shè)備電壓必須設(shè)置成超出所需水平,，并會導(dǎo)致系統(tǒng)功率效率的下降,。
在使用配有集成電流阱的背光控制IC時，設(shè)計人員必須對LED通道電壓差進行測量和*估,，并計算每個LED控制IC的最差條件下混合功耗,，以確保在周圍工作溫度給定的情況下，它們不會超過IC最大功耗定額,。一般的液晶電視系統(tǒng)運行時的內(nèi)部環(huán)境溫度在65°C以上,，大部分IC的額定運行環(huán)境溫度高達85°C以上。因此不會給系統(tǒng)運行留下很多散熱空間,。其次,，在運行的正向電流水平達到70mA至120mA時（常見于很多直下式背光應(yīng)用），配有集成電流阱的IC最適合于LED串系統(tǒng),，不超過8到12串LED,，并且具備了十分匹配的VF特性。如果要進行8至12串LED驅(qū)動,，LED電壓源將達到35V至45V之間,，最新一代背光驅(qū)動器IC通常為45V至50V的額定運行電壓。如果LED串短路,，這些IC器件在保護下不會被損壞,。此外，液晶電視通用電壓是12V至24V,，而額定高壓IC通?？芍苯釉谶@樣的電壓下工作,。它們并不需要額外的本地降壓調(diào)節(jié)器,，這樣可以節(jié)省設(shè)計時間、印刷電路板(PCB)空間和成本,。
直下式背光系統(tǒng)的功能要優(yōu)于控制IC額定功率側(cè)入式背光系統(tǒng),，后者不管在什么地方通常都要求某個指定的LED串要達到20-50甚至更多串LED，而直下式背光系統(tǒng)則要求采取不同的方法。這項應(yīng)用提出了配有集成電流阱的控制IC所無法解決的兩大問題,。首先是電流阱的功耗問題,，其次是LED串工作電壓遠大于控制IC的絕對最大額定值。對這些應(yīng)用而言,，控制IC可調(diào)節(jié)每個LED串的外部電流阱金屬氧化半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET),。外部MOSFET有助于分散控制IC以外的功率損耗，并可調(diào)整大小來滿足系統(tǒng)需求,。對于用在側(cè)入式背光燈條等地方的高壓LED串應(yīng)用來說,，VLED工作電壓最高可達到200V至300V。在這些情況下,，可將另一個高壓支柱型串聯(lián)MOSFET放置在電流阱MOSFET和LED串之間,，以便在LED串發(fā)生短路的情況下緩沖低側(cè)電流控制。
圖5：配有外部MOSFET電流阱和可保護每個LED通道的高壓支柱型串聯(lián)MOSFET的IC背光驅(qū)動器圖示
用來安裝LED背光驅(qū)動器及其相應(yīng)電路的印刷電路板(PCB)對實現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能至關(guān)重要,。許多傳統(tǒng)的液晶電視采用的是低成本的雙面印刷電路板,。而在新的LED背光液晶電視系統(tǒng)中，印刷電路板不再只是一種安裝和連接元件的方法,，它應(yīng)被視作是一個復(fù)雜的電源管理系統(tǒng)中電路的一部分,。電路板設(shè)計師發(fā)現(xiàn)，有專門電源層和地層的四層電路板可大大增強性能,。電源層和地層增加了電路板銅的份量,，這就提高了電路板的熱質(zhì)和導(dǎo)熱性能。這些外加層還為輸入電源供應(yīng)器提供低阻抗路徑以及與高速數(shù)字數(shù)據(jù)信號和其它噪音源相隔離的電源地面返回路徑,。此外,，元件安放和走線設(shè)計必須手動完成。為了使背光控制IC能夠發(fā)揮有效作用,，各元件應(yīng)安放在印刷電路板物理尺寸所允許的最大距離外,。理念就是分散印刷電路板上的IC和外部電流阱MOSFET（如果使用的話），以便更好地分散電路板上功耗點源及其產(chǎn)生的熱量,。印刷電路板走線在設(shè)計時應(yīng)為所有功率輸入和輸出提供盡可能最低的阻抗連接,。為最大程度上降低印刷電路板走線的阻抗和實現(xiàn)印刷電路板蓄熱功能的最大化，建議針對所有電源走線使用一盎司或兩盎司銅,。對數(shù)據(jù)信號走線來說,，半盎司銅就足夠了，但使用最大量的銅則會產(chǎn)生最佳的效果,。
許多傳統(tǒng)的CCFL背光系統(tǒng)無法向CCFL燈管添加相位延遲,。基于這點,，許多LED背光設(shè)計人員就延續(xù)這種做法,，不向LED背光串添加任何相位延遲,，但具有波動噪聲降低和許多高端直下式背光架構(gòu)的高級液晶除外。這些傳統(tǒng)CCFL背光系統(tǒng)的設(shè)計人員常常沒有可用于多通道脈寬調(diào)制相位延遲的控制信號,。此外,，有限的時間和資源限制了為電視系統(tǒng)增加新的控制界面和微控制器。最新一代的LED背光IC控制器可針對LED背光電流阱脈寬調(diào)制調(diào)光信號內(nèi)部生成用戶可編程的相位延遲,，從而解決了這個難題,。圖7顯示，針對CCFL背光設(shè)計的液晶電視具有在120Hz到480Hz范圍內(nèi)的簡單脈寬調(diào)制調(diào)光信號,，并使用了可編程相位延遲,。在這種情況下，一個側(cè)入式背光應(yīng)用可使用6個LED電流阱通道,，從而實現(xiàn)了從現(xiàn)有的CCFL液晶電視到LED背光的升級,。這6個通道就具有60度相位延遲，可用于平均分配通道開啟/關(guān)閉時間,，并通過LED串交流-直流或直流-直流升壓電源降低峰值電流和平均電流,。這就提高了電源效率，并且通過降低峰值電感電流,，可為系統(tǒng)選擇具有更低飽和電流規(guī)格的低成本電感器,。
結(jié)論
隨著LED電視背光系統(tǒng)的不斷發(fā)展，新型液晶電視LED背光控制IC為設(shè)計人員帶來了更好的解決方案,。在選擇LED背光控制IC時,，應(yīng)考慮以下系統(tǒng)特點：
LED VF規(guī)格和容差
根據(jù)LED VF量所需的LED串電壓總值
系統(tǒng)可以使用配有集成電流阱的IC或需要帶有外置MOSFET的控制器嗎？
計算并聯(lián)LED電壓失配造成的功率消耗以及所需的最大LED電流
一旦最高級別的系統(tǒng)參數(shù)降低后,，就可以選擇IC,。設(shè)計人員必須解決最糟糕的情況下LED串功率消耗的問題。LED電源設(shè)計應(yīng)具有來自控制IC電流阱的正反饋信號,，以降低LED串過多的電源電壓,，從而使總系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換效率最大化。在排布背光電源印刷電路板時,，請考慮電路板和放置元件的熱屬性,，盡可能分散消耗功率，使電路板的熱量和熱源分布最大化,。此外,，設(shè)計人員應(yīng)利用最新一代LED背光控制IC里先進的新功能，如脈寬調(diào)制調(diào)光相位延遲控制,、電源電流檢測反饋以及根據(jù)既定串為任意數(shù)量的LED配置多個LED串和/或通道的功能,。具有更佳額定電壓的IC現(xiàn)已面市，可直接在12V至24V電源下工作,，并且可在50V時關(guān)閉,。對于那些對電壓和LED電流要求更高的設(shè)計而言,，可選擇驅(qū)動外置MOSFET的控制器,，并可將其升級至能夠滿足當今高級液晶電視背光應(yīng)用的要求,。