為背光LCD和電視選擇LED驅(qū)動(dòng)IC

發(fā)光二極管（LED）的內(nèi)在品質(zhì)使它能夠替代冷陰極熒光燈管（CCFL）成為下一代電視機(jī)、臺(tái)式機(jī)和筆記本顯示器的背光解決方案。LED的功耗遠(yuǎn)小于CCFL，壽命比后者長(zhǎng)5倍，效率更高，顯示器厚度更薄，亮度調(diào)節(jié)的精細(xì)度更小，使用低電壓驅(qū)動(dòng)器，而且本身就更加環(huán)保，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/LED">LED與CCFL不同，它不含有汞或其他有害物質(zhì)。不過(guò)，所有這些特性都只有在LED背光陣列與驅(qū)動(dòng)IC之間實(shí)現(xiàn)很好的匹配之后才能得到完全的發(fā)揮。因此，設(shè)計(jì)人員只有在了解驅(qū)動(dòng)IC的關(guān)鍵特性及功能之后，才能選出最適合應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)IC。瀏覽一下驅(qū)動(dòng)IC的數(shù)據(jù)單，會(huì)發(fā)現(xiàn)有許多參數(shù)需要考慮，本文將介紹的參數(shù)和功能是其中最重要的。

參數(shù)
這些規(guī)范中的第一條是驅(qū)動(dòng)IC能夠接受的輸入電壓。如果輸入電壓范圍較窄，那么它能夠應(yīng)用到的范圍就比較小。此外，這樣的IC芯片可能無(wú)法承受較大的輸入電壓擺幅以及在使用中總是存在的一些其他瞬態(tài)條件。

驅(qū)動(dòng)芯片的最大輸出電壓也很關(guān)鍵，因?yàn)槊總€(gè)LED都會(huì)產(chǎn)生1～4V的電壓降。驅(qū)動(dòng)芯片必須有足夠高的輸出電壓，以提供陣列中多個(gè)LED所產(chǎn)生的電壓降。最大輸出電壓和通道數(shù)決定了它能夠支持的LED數(shù)量。

這一結(jié)論同樣適用于驅(qū)動(dòng)芯片能夠?yàn)槊總€(gè)通道提供的最大電流。它能夠提供的電流必須與每種設(shè)計(jì)相匹配，重點(diǎn)在于所使用的LED類(lèi)型。

大多數(shù)便攜式應(yīng)用中所使用的LED需要20～30mA的電流，而顯示器和電視中的LED通常會(huì)消耗40～120mA（不過(guò)在有些應(yīng)用中LED需要高達(dá)350mA的電流）。一般而言，輸出電壓和輸出電流的值越大越好，但是要注意到，高輸出的驅(qū)動(dòng)芯片的成本通常要高于低輸出的同類(lèi)產(chǎn)品，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片和應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格匹配可以節(jié)省設(shè)計(jì)成本。

驅(qū)動(dòng)IC可以提供的通道數(shù)是從幾個(gè)到16個(gè)，甚至更多。選擇幾個(gè)通道數(shù)“合適”的驅(qū)動(dòng)芯片完全是由系統(tǒng)需求所決定的。而目標(biāo)是使用盡可能少的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，以降低成本和復(fù)雜性。

但是，驅(qū)動(dòng)芯片能夠支持的串聯(lián)LED數(shù)量不僅取決于它的通道數(shù)，也取決于芯片的最大輸出電壓。例如，低輸出電壓的16通道驅(qū)動(dòng)芯片可支持80個(gè)LED，可能只能支持5個(gè)LED的串聯(lián)；而高輸出電壓的10通道驅(qū)動(dòng)芯片可支持160個(gè)LED，或許只能夠支持16個(gè)LED的串聯(lián)。

LED
根據(jù)顯示器尺寸的不同，LED的數(shù)量可能從10英寸顯示器的30個(gè)，到大屏幕平板電視的1000多個(gè)。因?yàn)檫@些LED的光輸出取決于電流，所以嚴(yán)格地滿(mǎn)足所有LED的電流需求是很重要的，盡管同所有其他電子零部件一樣，每個(gè)LED的特性也不盡相同。

如果不將這些差異降至最低，那么在顯示器上將會(huì)出現(xiàn)明顯的亮度不均勻。驅(qū)動(dòng)IC對(duì)電流進(jìn)行控制，將電流的變化維持在電流匹配規(guī)范所指定的很小的范圍內(nèi)。對(duì)筆記本和顯示器而言，較理想的目標(biāo)是±2%或更小；對(duì)電視機(jī)則是±1%。

因?yàn)長(zhǎng)ED的許多屬性會(huì)隨著LED電流的變化而變化，所以亮度調(diào)節(jié)功能應(yīng)該使用脈寬調(diào)制（PWM）控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，保持導(dǎo)通狀態(tài)下的電流恒定不變。雖然有些系統(tǒng)使用外部PWM信號(hào)（例如，有些筆記本電腦使用直接PWM控制），但是帶有板載PWM發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)芯片通常是更好的選擇。這樣的器件不需要外部PWM發(fā)生器，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。有些驅(qū)動(dòng)IC同時(shí)支持這兩種方式。

許多現(xiàn)有背光應(yīng)用中所使用的PWM頻率都低于1kHz，在有些情況下，如果使用低成本的陶瓷電容器，可能會(huì)產(chǎn)生人耳能夠聽(tīng)到的噪聲。通過(guò)選擇支持PWM頻率范圍寬（包括那些人耳聽(tīng)不到的頻率）的器件，能夠避免這個(gè)問(wèn)題。

例如，飛思卡爾的10通道MC34844 LED背光驅(qū)動(dòng)芯片就滿(mǎn)足這樣的要求。有些驅(qū)動(dòng)芯片也提供了與其他器件或外部源進(jìn)行同步的功能，以降低由器件的相互作用所產(chǎn)生的諧波和拍頻引起噪聲的可能性，并消除某些視覺(jué)假象。

驅(qū)動(dòng)芯片調(diào)節(jié)LED亮度時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)的粒度或精度取決于芯片的位數(shù)。這個(gè)數(shù)字越大，PWM信號(hào)能夠劃分的增量就越小，就能夠提供更好的亮度控制。例如，MC34844 LED驅(qū)動(dòng)芯片是8位，就能夠?qū)ED的亮度調(diào)節(jié)至256個(gè)等級(jí)中的任意一級(jí)。

在驅(qū)動(dòng)芯片的規(guī)范中，PWM高/低電平的轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)該越短越好，這樣才能夠保證即使在占空比很小的情況下，輸出的也是精確的方波脈沖。這一點(diǎn)對(duì)于確保更嚴(yán)格的電流匹配以及線性度更好的亮度調(diào)節(jié)范圍是必不可少的。

在高PWM速率下，如25kHz，能夠提供低至1個(gè)最小有效位（LSB）的線性亮度調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)芯片能夠提供最好的性能。但是，轉(zhuǎn)換速率也不能太快，因?yàn)楦叩念l率可能會(huì)引起振蕩以及其他形式的電磁干擾（EMI）。50ns左右的速度能夠滿(mǎn)足這個(gè)需求，同時(shí)將效率最大化。

盡管有些LED驅(qū)動(dòng)IC不帶有通信接口，但是在許多背光應(yīng)用中所使用的器件最好帶有這項(xiàng)功能，而且這種接口對(duì)于帶有板載PWM發(fā)生器的器件特別重要。這種接口簡(jiǎn)化了編程、故障監(jiān)控以及其他功能，在內(nèi)部集成電路（I2C）類(lèi)型中最為常見(jiàn)。對(duì)于那些需要高速更新的系統(tǒng)而言，低電壓差分信號(hào)（LVDS）等接口變得越來(lái)越普遍。

帶有板載升壓變換器的驅(qū)動(dòng)芯片不再需要外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。此外，最好使用集成開(kāi)關(guān)，因?yàn)樗税遢d互連造成電磁干擾的可能性，簡(jiǎn)化了材料清單（BOM），節(jié)省了PCB面積，也不再需要設(shè)計(jì)人員指定能夠很好地匹配驅(qū)動(dòng)芯片的晶體管。所使用的升壓頻率變動(dòng)范圍是很廣的，而且有時(shí)是可編程的。

較高頻率（如1.2MHz）的優(yōu)勢(shì)在于能夠使用更小的電感和電容。動(dòng)態(tài)余量控制（DHC）模式是另一項(xiàng)重要的功能。它測(cè)量所有連接到升壓變換器的LED串，并自動(dòng)將輸出電壓調(diào)節(jié)到驅(qū)動(dòng)這些LED串所需要的最低電壓值。這樣做會(huì)使得電流鏡中的線性驅(qū)動(dòng)芯片兩端的電壓降減小，驅(qū)動(dòng)功耗降低，從而使總體效率升高。

帶有光環(huán)路控制的驅(qū)動(dòng)芯片使得設(shè)計(jì)人員能夠使用光傳感器來(lái)補(bǔ)償LED的溫度和壽命變化。熱傳感器也可以用來(lái)對(duì)熱效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。光傳感器也可以用于調(diào)節(jié)背光的亮度作為對(duì)周?chē)h(huán)境變化的響應(yīng)，在黑暗的環(huán)境中調(diào)節(jié)顯示的亮度。

理想的LED驅(qū)動(dòng)IC應(yīng)該包含許多對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片和LED進(jìn)行保護(hù)的功能。在某個(gè)LED或LED串出現(xiàn)故障的時(shí)候，LED短路/開(kāi)路保護(hù)能夠讓背光繼續(xù)工作。此外，過(guò)電壓，過(guò)電流以及過(guò)熱保護(hù)為驅(qū)動(dòng)芯片和LED提供了必要保障。欠壓鎖定被用來(lái)確保驅(qū)動(dòng)芯片不會(huì)工作在指定范圍以外，因?yàn)槟菢涌赡軙?huì)造成器件無(wú)法正常工作。

最后的考慮
記住，帶有大量片上功能的驅(qū)動(dòng)芯片可以減少電路所需要的PCB面積以及材料清單。它們同時(shí)也會(huì)降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員不再需要設(shè)計(jì)外部電路或?yàn)橹x擇最好的零部件。當(dāng)然，在不同的應(yīng)用中每項(xiàng)功能的重要性會(huì)有所不同，并且被選中的驅(qū)動(dòng)IC是根據(jù)其價(jià)格與系統(tǒng)性能的對(duì)比而選出的。