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背光驱动电路的挑选战略和使用介绍
来源:http://www.lgbtdome.com 责任编辑:ag环亚娱乐平台 更新日期:2018-10-14 11:41

  背光驱动电路的挑选战略和使用介绍

   越来越多的便携式消费电子产品装备了五颜六色显示屏,例如手机、数码相机、PDA、MP3、PMP播放器等,其间手机又占有了这个商场的绝大部分比例,然后导致了这两年来中小尺度显示屏产业链的飞速开展。依据使用的不同,显示屏会有不同的品种,例如TFT-LCD、CSTN-LCD以及OLED显示屏,从商场的使用看,OLED显示屏仅仅在折叠式手机的副屏以及MP3的商场上占有必定的比例,而商场的干流依然是TFT和CSTN,这两品种型的LCD屏占有了现有的中小尺度显示屏出货量的绝大部分。本文要点就中小尺度的LCD显示屏的背光驱动处理计划作一个剖析介绍。
图1:一种典型的串联驱动电路

  背光驱动的技能剖析

  LCD显示屏本身并不发光,为了能够清楚地看到LCD显示屏的内容,需求必定的白光背光源。在中小尺度LCD显示屏中,一般选用白光LED作为显示屏的背光源。白色LED背光电源由数个白光LED组成,如手机、数码相机一般仅需求2到3个白光LED,而PDA和PMP则依据其显示屏的面积,可能需求3到6个LED。对背光驱动电路的要求是:

  1. 满意背光的亮度要求;

  2. 整个显示屏亮度均匀(不答应有某一部分较亮、另一部分较暗的状况);

  3. 亮度能够方便地调理;

  4. 驱动电路占PCB空间要小;

  5. 作业功率高;

  6. 归纳本钱低;

  7. 对体系其它模块搅扰小。

  依据使用场合不同,体系规划者重视的要点可能会有所不同,例如关于低本钱的产品计划,可能会把整个驱动电路的本钱放在第一位;关于手机使用,白光驱动电路对其他模块是否会发生EMI搅扰则是要要点考虑的要素;而在MP3使用中,利来国际老牌博彩,又有可能对EMI搅扰不太关怀。

  

  白光LED驱动器根本上有两种驱动办法:1. 选用电感升压式DC/DC升压改换的原理来驱动,一切的LED串联接在一同,一般也叫做串联型驱动办法;2. 选用升压式电荷泵驱动电路,所发生的电压一般在5V/4.5V或许是依据LED的正导游通电压而自适应断定的一个电压,一切的LED并联在一同,一般也叫做并联型驱动办法。

  串联驱动电路

  从技能开展的视点看,串联型驱动呈现的比较早,技能上也比较老练。以启攀微电子的CP2126为例,典型的串联型驱动电路如图1所示。

  以CP2126为例,一般来说,选用串联办法使流过每一个LED的电流都相同,则发光的均匀性好;一起因为其升压原理,所发生的电压依赖于LED导通 指定电流时所需求的电压,反应电压CS内部设定为95mV,能够计算出当需求15mA的LED电流时,R1的值应该为:
 

  无论是驱动2个LED仍是多达5个LED,都能够通过改动R1的电阻值灵敏地设定LED的亮度,在SHDN引脚施加必定占空比的PWM操控信号,能够使LED的亮度从不亮到满亮度之间无级改动。
图3:两倍电荷泵驱动电路

  在CP2126的规划中留意了两个问题:

  1. 避免了EMI的搅扰问题

  CP2126避免了一般的串联型LED驱动电路中电感和大电流开关所发生的EMI搅扰问题,关于比如MP3、PMP之类的使用场合,这个问题可能影响 不大,可是在手机使用中,EMI搅扰会形成手机的接纳灵敏度变差。CP2126通过优化内部电路的规划,避免了这个问题。表1比照了两款串联驱动芯片在相 同的使用状况下,对手机接纳灵敏度的影响。

  能够看到,CP2126的作业与否对手机接纳灵敏度的目标简直没有影响,而芯片X在作业时,因为EMI的搅扰形成了手机接纳灵敏度的下降。一起,CP2126在输入3.6V驱动3个白光LED的典型使用状况下,能够到达83%的变换功率。

  PCB规划也会对电路功能有比较大的影响。一般来说高频部分的走线应该尽可能的短而粗,对地的过孔尽可能的大而多,在CP2126的相关资猜中对此都有比较具体的阐明。

  2. 内置输出开路维护电路

  在使用中,有可能呈现LED的开路毛病状况,在这种状况下,因为CS引脚的反应电压一向为0,假如没有维护电路,这种升压型的电路就会一向升压直到内 部的开关管被击穿而损坏。所以,没有内置开路维护电路的芯片会要求外部添加一个齐纳二极管,使用它的击穿来维护内部的开关管。维护电路如图2所示。
图4:混合形式操控原理图

  清楚明了,这样的维护电路又添加了体系的本钱和PCB的面积,另一种维护办法是添加一个引脚,选用如SOT23-6L的封装,对VOUT的电压采样并 进行检测。CP2126的规划能够确保外围使用电路无须做任何改动,在LED开路的状况下芯片依然不被损坏,当毛病状况免除后,芯片又能够正常作业。

  并联驱动电路

  尽管串联驱动电路具有了功率高的长处,可是全体的处理计划需求一个电感和一个肖特基二极管,这又额外添加了体系本钱,使得终究的归纳本钱和并联比较,并不必定有优势。一起,贴片电感的体积较大,一般有5.2×5.2mm2巨细,一起还有可能发生EMI搅扰。

  固定形式并联驱动电路

  前期的并联驱动电路仅仅处理了LED所需求的电压问题,它把电池电压一致通过电荷泵的办法升压到5V或许4.5V的这样一个固定的电压,然后每一个LED通过串联必定的电阻阻值来操控LED的电流。

  电荷泵电路的一个根本缺陷在于,在给定的输出电压要求状况下,跟着输入电压的改动,变换功率改动很大,理论上,两倍电荷泵电路所能到达的最高功率为:

  

  例如,当VIN=3.1V,VOUT=5V时,功率能够到达83.3%,因为内部器材的损耗,一般也能够到达80%以上。可是,当VIN=4.2V,VOUT=5V时,理论功率最高就只有59.5%。
图5:CP2130/1/3的作业功率图

  从图3中能够看到,CP2128外围元件只需求三个电容,依据驱动LED灯的数目的不同,需求1到5个电阻,和串联驱动电路比较,尽管具有功率不高的缺陷,可是外围元件的本钱和所占PCB面积都比较小,还能够说是一个本钱恰当低的处理计划。

  混合形式并联驱动电路

  为了能够和串联驱动相抗衡,并联驱动电路要要点处理两个问题:一个是功率,一个是电流匹配。为了进步功率,十分有必要引进新的作业形式。在这种状况下,驱动电路所发生的输出电压不再是一个固定值,而是一个恰当而且能够驱动LED的电压值。

  一般来说,白光LED在作业电流为20mA时,正导游通电压一般在3.1~3.5V左右。锂电池的额外电压为3.6V或3.7V,充满电后的电压一般 在4.2V~4.3V,锂离子电池答应深度放电到2.7V,可是在实践使用中,一般手机设置的强制关机电压为3.6V左右(不同整机厂商设定的强制关机电 压可能不同)。在电池充满电后,这个电压足以直接驱动LED,在这种状况下,电荷泵电路不作业,电池的电压通过一个开关直接到VOUT然后驱动LED。而 跟着电池的放电,电池电压会逐渐下降,当下降到必定程度不足以直接驱动LED时,电荷泵电路开端作业。所以集成多种驱动形式成为背光驱动的干流处理计划, 即所谓集成1倍形式和1.5倍形式,而且在尽可能的状况下,让电路作业在1倍的直通形式下。启攀新推出的CP2130/1/3,很好的处理了这两个问题。 其间CP2130能够最多驱动5个LED,CP2131能够最多驱动3个LED,CP2133能够最多驱动4个LED。图4为混合形式操控原理图。
图6:一种典型的混合形式驱动电路

  相同,关于体系使用而言,最关怀的目标仍是功率和LED电流匹配度。所谓功率,尽可能地作业在1倍形式能够明显进步整个电池作业电压规模的电源变换功率。

  1. 功率

  关于重视的功率问题,CP2130/1/3完成了两种作业形式自适应动态切换(即依据电池电压和LED实践导通压降判别),而不是固定电压点切换(即 只考虑电池电压),然后明显进步了功率。只需电池电压比LED的作业电压高350mV至550mV(依据EN1和EN2的引脚设定不同而不同) 时,CP2130/1/3就能够作业在相对功率较高的一倍形式下。

  图5所示为典型使用状况下CP2130/1/3的作业功率。能够看到功率依据作业形式的不同,是一个两段的折线图,80%的电池能量在3.6V~4.1V之间,在这个电压规模内能够获得均匀80%以上的作业功率。

  2. 电流匹配度

  和串联驱动比较,并联驱动要处理的一个重要问题就是各个LED间的电流匹配,因为LED的发光亮度是和它的作业电流相关的,不相同的电流会导致显示屏 的亮度不均匀。关于并联驱动的LED,在实践使用中,LED因为批次的不同和个体差异,在相同作业电流状况下的正导游通压降不同,可能会有 50mV~200mV左右的电压差值,这要求在规划内部的电流操控电路时需求考虑到这个差异。CP2130/1/3选用申请了国家专利维护的Auto- Mirror技能,能够使得各并联白光LED电流匹配度简直不随白光LED导通压降的不同而改动。即便导通压降差在50mV~200mV之间,LED的电 流匹配度依然能够到达2%以内。

  图6是一种典型使用状况,CP2130/1/3选用QFN 3*3mm2 16引脚的封装,一起外围元件恰当简略,只需求4个电容。

  3. 支撑PWM调光

  现在调光办法主要有两种,一种是通过改动LED的直流作业电流的办法来调整亮度,例如,有的芯片通过设置内部的寄存器来直接设置LED的直流作业电 流,然后到达不同的亮度级,这种办法的缺陷是可能会发生色移。所谓白光LED,其实是使用一种作为其管芯的蓝光LED所宣布的短波长紫蓝光,激起涂布于输 出光学透镜内壁的荧光资料,进而发生波谱较宽的白色复合光。在非额外电流作业状况下,LED所发生的光谱会有改动,导致终究的白光有色移。

  表1:LED驱动电路对手机信号接纳灵敏度影响的比照测验

  而另一种办法就是PWM调 光,使用人眼的视觉暂停原理,以必定的频率和占空比来周期性的操控白光LED的导通电流在零电流到额外作业电流之间来回切换,然后调整亮度,这种调光办法 就不会发生色移。在使用时,为了确保人眼看不到LED周期亮灭的状况,PWM调光的频率一般要大于100Hz,CP2130/1/3能够支撑 0~50kHz的调光频率规模,这样大大方便了体系的规划。而且因为芯片优胜的环路操控特性,确保了调光进程的平稳,消除了可能潜在的噪声搅扰。

  一起关于第一种调光办法,CP2130/1/3也设置了满量程、2/3量程和1/3量程三个电流等级来完成直流调光办法。

  本文小结

  本文比照介绍了现在常用的两种背光驱动处理计划。串联驱动电路具有功率高的长处,可是外围元件比较多,而并联驱动电路通过不断的开展,现已由开始单纯 的两倍电荷泵形式电压操控型电路变成自适应形式挑选加电流操控的电路。这样的电路具有了外围元件数目少,归纳本钱低的长处,一起也避免了串联驱动电路一般 可能有的EMI搅扰问题。现在,并联驱动电路的计划现已越来越多,逐渐成为背光驱动电路的干流计划。

  作者:余兴智

  模拟集成电路规划项目经理

  启攀微电子(上海)有限公司

  

   LED背光LED驱动电路LED

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