大功率背光源用LED驅(qū)動(dòng)電路的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展
摘要:結(jié)合具體的LED驅(qū)動(dòng)電路控制芯片,對(duì)峰值電流控制型、平均電流控制型、單級(jí)單開(kāi)關(guān)非隔離型LED驅(qū)動(dòng)電路的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和性能改進(jìn)措施做了論述。給出了采用頻率抖動(dòng)技術(shù)的LED驅(qū)動(dòng)電路的傳導(dǎo)EMI峰值及平均值測(cè)量結(jié)果和基于IR2540的平均電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路的工作波形及效率測(cè)量結(jié)果,并對(duì)脈沖恒流源型LED驅(qū)動(dòng)電路的原理做了簡(jiǎn)要的介紹,最后從恒流精度、效率、成本3個(gè)方面綜合分析了LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展趨勢(shì)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/167967.htm1引言
作為L(zhǎng)CD的背光源,LED現(xiàn)在已顯露出取代CCFL的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的CCFL相比,LED背光源具有色域?qū)?、色彩還原性好、可控性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、不含汞蒸氣和其他有害氣體等優(yōu)點(diǎn)。LED背光源還能實(shí)現(xiàn)CCFL無(wú)法相比的分區(qū)域色彩和亮度調(diào)節(jié)功能,從而更加精確地實(shí)現(xiàn)色彩還原和畫(huà)面的動(dòng)態(tài)調(diào)整,在顯示不同畫(huà)面時(shí),可以使亮度與對(duì)比度進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正,以實(shí)現(xiàn)更好的畫(huà)質(zhì)。
據(jù)預(yù)測(cè),到2013年,將有90%的筆記本電腦和40%的液晶電視使用LED背光源。由于LED是一個(gè)低壓非線性半導(dǎo)體器件,LED的正向電壓會(huì)隨著電流和溫度的變化而變化,需要有驅(qū)動(dòng)電路才能保證其穩(wěn)定可靠地工作,因此,研究大功率背光源用LED驅(qū)動(dòng)電路的解決方案,是一項(xiàng)具有前沿性和現(xiàn)實(shí)性的工作。
目前,大功率背光源用LED驅(qū)動(dòng)電路有峰值電流控制型、平均電流控制型、單級(jí)單開(kāi)關(guān)型3種類型,這3種LED驅(qū)動(dòng)電路各有特點(diǎn)。本文結(jié)合具體的LED驅(qū)動(dòng)電路控制芯片,從原理、優(yōu)缺點(diǎn)、性能改進(jìn)措施等方面對(duì)這3種類型的LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了分析,并對(duì)正處于研發(fā)階段的高性能脈沖恒流源型LED驅(qū)動(dòng)電路的原理做了簡(jiǎn)要的介紹,最后分析了大功率背光源用LED驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展趨勢(shì)。
2峰值電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路
峰值電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路目前應(yīng)用最為廣泛,這種電路的效率可達(dá)90%以上,而且具有電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。HV9982是這種電路的典型控制芯片。HV9982有三路輸出,R、G、B各一路,最高輸入電壓為40V,最多可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)54顆LED,具有輸出短路保護(hù)、輸出過(guò)壓保護(hù)、Hiccup模式保護(hù)功能。圖1是HV9982的應(yīng)用電路。圖中只畫(huà)出了一路輸出,其余兩路輸出與這一路相同。
圖1HV9982應(yīng)用電路
HV9982的工作原理為:L1、D2、Q1、C14組成Boost升壓變換器電路,CS引腳檢測(cè)流過(guò)Q1的電流,當(dāng)流過(guò)Q1的電流超過(guò)一定值時(shí),Q1關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出。Q2起輸出過(guò)壓保護(hù)和調(diào)光的作用,OVP引腳用來(lái)檢測(cè)過(guò)電壓,當(dāng)此引腳的電壓超過(guò)5V時(shí),Q2關(guān)斷,同時(shí)HV9982內(nèi)部的計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)計(jì)時(shí)完成后,再次檢測(cè)OVP引腳上的電壓是否超過(guò)5V,不超過(guò)則Q2導(dǎo)通,超過(guò)則Q2繼續(xù)關(guān)斷,如此重復(fù)。調(diào)光時(shí),當(dāng)PWMD引腳為高電平時(shí),Q2導(dǎo)通;當(dāng)PWMD引腳為低電平時(shí),Q2關(guān)斷,將LED從電路中斷開(kāi),防止輸出電容通過(guò)LED放電。改變PWMD引腳調(diào)光信號(hào)的占空比,就可調(diào)節(jié)LED的亮度。
峰值電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路雖然具有電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn),但也存在一定的缺點(diǎn),具體表現(xiàn)在:
(1)電路可能會(huì)因次諧波振蕩存在運(yùn)行不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn),采用斜坡補(bǔ)償可以解決這個(gè)問(wèn)題,但是如果某些LED驅(qū)動(dòng)芯片不支持振蕩器電容連接,斜坡補(bǔ)償會(huì)很難實(shí)施。另外,斜坡補(bǔ)償也會(huì)引起被檢測(cè)電流與實(shí)際LED電流之間的誤差。有的學(xué)者試圖采用固定關(guān)斷時(shí)間(而不是固定頻率)的工作方式來(lái)解決這一問(wèn)題,這樣雖然可以解決次諧波振蕩問(wèn)題,且占空比也大于50%,但是為了增加占空比就必須降低頻率,從而導(dǎo)致頻率在占空比范圍內(nèi)的大幅波動(dòng)。
(2)對(duì)噪聲敏感,抗噪聲性能差。因?yàn)殡姼刑幱谶B續(xù)儲(chǔ)能電流狀態(tài),與控制電壓編程決定的電流、電平相比較,開(kāi)關(guān)器件的電流信號(hào)的上升斜坡通常較小,電流信號(hào)上的較小噪聲就很容易使開(kāi)關(guān)器件改變關(guān)斷時(shí)刻,使系統(tǒng)進(jìn)入次諧波振蕩。
(3)峰值電感電流的大小不能與平均電感電流的大小一一對(duì)應(yīng),在占空比不同的情況下,相同的峰值電感電流可以對(duì)應(yīng)不同的平均電感電流,在輸入電壓變動(dòng)的情況下,流過(guò)LED的平均電流發(fā)生改變,恒流精度不高。
為了進(jìn)一步提高峰值電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路的性能,目前,研究人員主要在以下幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行改進(jìn):
(1)采用頻率抖動(dòng)技術(shù)改善EMI特性。未采用頻率抖動(dòng)技術(shù)時(shí),各次諧波較窄而且離散,幅值在諧波頻率處較高。圖2是采用了頻率抖動(dòng)技術(shù)的LED驅(qū)動(dòng)電路的傳導(dǎo)EMI峰值和平均值測(cè)試結(jié)果。采用該技術(shù)可使諧波幅值降低并且變的平滑,高次諧波接近連續(xù)響應(yīng),減少EMI的效果十分顯著。
圖2傳導(dǎo)EMI峰值和平均值測(cè)試結(jié)果
(2)采用補(bǔ)償峰值電流控制技術(shù)提高LED驅(qū)動(dòng)電路的恒流性能,解決在輸入電壓變動(dòng)的情況下流過(guò)LED的平均電流發(fā)生改變的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)華潤(rùn)矽微科技有限公司推出的PT4107LED驅(qū)動(dòng)電路控制芯片就采用了該技術(shù)。圖3是補(bǔ)償峰值電流控制技術(shù)原理圖。
圖3峰值補(bǔ)償電流控制技術(shù)原理。
3平均電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路
平均電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路克服了峰值電流控制型LED驅(qū)動(dòng)電路可能會(huì)出現(xiàn)次諧波振蕩等不足,具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)平均電感電流能夠高精度地跟蹤電流編程信號(hào);(2)不需要斜坡補(bǔ)償;(3)抗噪聲性能優(yōu)越。
美國(guó)國(guó)際整流器公司(IR)推出的IRS2540是一種平均電流控制型LED驅(qū)動(dòng)芯片,可驅(qū)動(dòng)200V的MOSFET。該LED驅(qū)動(dòng)芯片采用獨(dú)有的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器,可連續(xù)監(jiān)控負(fù)載電流,并通過(guò)時(shí)間延遲滯后控制法,精確調(diào)節(jié)電流,從而提供優(yōu)勢(shì)明顯的平均電流控制功能;內(nèi)置短路保護(hù)功能,可以通過(guò)簡(jiǎn)單的外部電路實(shí)現(xiàn)開(kāi)路保護(hù)功能,同時(shí)為同步整流設(shè)計(jì)提供一個(gè)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)。IRS2540的應(yīng)用電路如圖4所示。
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