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          基于高壓LED搭建的背光控制電視系統(tǒng)

          作者:朱杉婷,吳哲,朋朝明(深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司,廣東深圳 518000) 時間:2022-10-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          摘?要:本文引入一種應(yīng)用在系統(tǒng)的新型方案,并對其進(jìn)行了詳細(xì)講述,與傳統(tǒng)方案相 比,新方案無論是在、成本、還是效率方面均有不同程度的優(yōu)化,值得學(xué)習(xí)和推廣。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202210/439505.htm

          關(guān)鍵詞;;;

          隨著消費(fèi)者對液晶電視機(jī)畫質(zhì)要求的不斷提升,Local Dimming()作為提升對比度的主要技術(shù)受到了各大電視機(jī)廠家的青睞。眾所周知,電視機(jī)的分區(qū)越多,Local Dimming 的效果越好,動態(tài)對比度越高,畫質(zhì)更佳。而在電視機(jī)上引入 Local Dimming 技術(shù),通常都會對電視機(jī)背光進(jìn)行分區(qū)處理,幾顆燈一區(qū)或者一顆燈一區(qū),主板實(shí)時根據(jù)圖像信號的亮度算法對每個區(qū)域進(jìn)行亮度分析,將結(jié)果以電流值的形式與 SPI 的方式傳輸給背光的每一區(qū),從而達(dá)到對背光進(jìn)行實(shí)時亮度調(diào)節(jié)的目的,表現(xiàn)為亮的區(qū)域更亮、暗的地方更暗,從而提高動態(tài)對比度。

          1 傳統(tǒng)Local Dimming方案分析

          目前高端 Local Dimming 電視產(chǎn)品均做到了一顆燈一區(qū)或者幾燈一區(qū),主流 LED(發(fā)光二極管)的驅(qū)動電壓為 3.3 V,配套的電源板使用 12 V 輸出給恒流板供電,恒流板通過 BUCK 電路將 12 V 降壓至 3.3 V 給 LED 供電,然后通過恒流芯片進(jìn)行恒流處理。因采用該種驅(qū)動方式的電視分區(qū)多,模組亮度指標(biāo)高,在用戶觀賞方面,電視機(jī)顯示清晰醒目,色彩艷麗,畫質(zhì)極佳,深受消費(fèi)者的喜愛。但是此種驅(qū)動方式由于 LED 使用大電流驅(qū)動,各區(qū) LED 的負(fù)極到恒流板的路徑較長,因此線損很大,恒流板因?yàn)樨?fù)極線產(chǎn)生的熱而溫度較高,對穩(wěn)壓二極管等元器件的耐電流能力要求較高,在選型上帶來諸多不便,溫度方面需要通過加散熱片才能滿足要求。整體來說,該系統(tǒng)電源效率低、線損大、低,成本相對較高。

          2 新型 Local Dimming方案

          如何優(yōu)化 Local Dimming 所存在的如上幾點(diǎn)問題?同時隨著分區(qū)越來越多,如何在有限的 PCB 面積上容納更多的元器件?這些都是要去面對的問題。在此,我們引入高壓 LED 的概念,即改變 LED 的電氣特性,將 LED 的電氣規(guī)格由 3.3 V、300 mA 改變成 24 V、40 mA 的規(guī)格,同時保持其光學(xué)特性不變(包括 LED 的發(fā)光亮度、發(fā)光曲線以及與光學(xué) LENS 的匹配光型)。這樣做的目的在于:使用 24 V 高電壓規(guī)格的 LED,恒流板無需進(jìn)行降壓處理,而是直接通過電源板輸出 24 V 電 壓給 LED 供電并通過恒流 IC 對 LED 進(jìn)行恒流驅(qū)動,即可以讓恒流板省去 12 V 轉(zhuǎn) 3.3 V 的 BUCK 電路。LED 的驅(qū)動電流由 300 mA 降低至 40 mA, 電源板的輸出電流降低至之前的33%,相關(guān)元器件均可以降低耐流值規(guī)格,選擇性更多,價格也會相應(yīng)降低。同時整個系統(tǒng)LED的環(huán)路線損也僅為之前的13.3%,線損大大降低。恒流板的元器件溫升較之前也有較大改善,可靠性更佳。由于恒流板省去了 BUCK 單元電路,PCB 的空間更加充足,布局、走線更方便,PCB 板可以由之前的四層板改為兩層板,成本更低??傊?,使用 24 V LED 方案會給整個系統(tǒng)帶來諸多方面的優(yōu)化,如成本、可靠性、效率、恒流板布板面積等等。接下來將對 24 V 高壓 LED 方案進(jìn)行詳細(xì)的講述。

          首先從電源系統(tǒng)框圖上對 3.3 V LED 系統(tǒng)和 24 V LED 系統(tǒng)框圖進(jìn)行對比,其框圖分別如圖 1 和圖 2 所示。

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          對比框圖可以看出,24 V LED 系統(tǒng)與 3.3 V LED 系統(tǒng)的差異在于電源板的供電輸出和恒流板的恒流模塊。以 65G8210 背光模組為例,背光為 108 區(qū),當(dāng)有一顆燈一區(qū)時,3.3 V LED 系統(tǒng) LED 需要 3.3 V 供電規(guī)格,低電壓需要通過降壓的方式實(shí)現(xiàn),體現(xiàn)在電源系統(tǒng)上為電 源板 12 V 供電,通過 BUCK 電路降壓 至 3.3 V。24 V LED 系統(tǒng)需輸出 24 V 規(guī)格,電源可直 接提供 24 V 規(guī)格的輸出,無需進(jìn)行 BUCK 處理。24 V LED 系統(tǒng)較 3.3 V LED 系統(tǒng)的差異在于電源板的輸出規(guī)格以及恒流板板有無BUCK電路。

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          3.3 V LED 系統(tǒng)以及 24 V 系統(tǒng)恒流板恒流模塊原理圖對比如圖 4 和圖 5 所示。

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          3.3 V BUCK 降壓模塊選用 TI 公司的 TPS54531 為降壓 IC,該 IC 具有 3.5~28 V 的寬范圍輸入,集成一個低 Rds 的 MOSFET,可以有效減少 BUCK 系統(tǒng)電路的體積。以65G8210為例,恒流板使用 18 個 BUCK單元電路,為 LED 負(fù)載供電。

          3.3 V 恒流控制模塊主 IC 使用 Iwatt7025 恒流 IC,該 IC 具有多達(dá) 16 路的恒流控制,每路供電電壓可高達(dá) 85 V,整個 108 區(qū) 恒流板使用 9 顆恒流板 IC。

          其恒流板上實(shí)物對比圖如圖 6、圖 7 所示,省去 BUCK 電路后,電路更簡潔,PCB 布板空間更大。

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          3 兩種方案對比

          3.1 可靠性

          系統(tǒng)可靠性,主要包括 LED 的可靠性和電源板、恒流板的可靠性??煽啃赃€主要體現(xiàn)在元器件溫升上,表 1 為兩個系統(tǒng)的溫度對比表,從表中可以看出,24 V LED 系統(tǒng)在電源板和恒流板的元器件溫升上起到了很大的改善作用,即使是溫度降低最少的元器件也有 21 ℃。 對于模組部分,有約 5 ℃ 的改善。系統(tǒng)溫升的降低可以大幅提升整體的可靠性,使電視使用壽命更長。

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          3.2 光學(xué)數(shù)據(jù)

          光學(xué)數(shù)據(jù)方面,使用 3.3 V LED 量產(chǎn)的 65G8210 整機(jī),180 顆燈,108 區(qū),驅(qū)動電流 280 mA,整機(jī)亮度為 1 011 nits,功率為 271 W。在相同的膜片和結(jié)構(gòu)搭配下,使用 24 V LED,180 顆燈,108 區(qū),驅(qū)動電流 40 mA,整機(jī)亮度為 1 023 nits,功率為 253.5 W。從亮度數(shù)據(jù)上看,亮度基本上一致。從兩組數(shù)據(jù)對比中可以看出,在亮度指標(biāo)相同的條件下,24 V LED 可以節(jié)省 17.5 W 的功率,可見 24 V LED 系統(tǒng)的效率更高。

          3.3 主觀數(shù)據(jù)

          在主觀視效方面,24 V LED 與 3.3 V LED 視效一樣好,主觀視效基本上一致。具體視效圖如圖 8 和圖 9 所示。


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          4 結(jié)語

          以上是基于 24 V LED 搭建的 Local Dimming 電視機(jī)系統(tǒng),相對于傳統(tǒng)的低壓 LED Local Dimming 方案,在系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)成本、視效等方面均有不同程度的 改善。該技術(shù)方案屬于國內(nèi)首例,具有積極的帶動作用,該方案的推出,改變現(xiàn)有區(qū)域調(diào)光的系統(tǒng)方案,提供更為可靠、低成本的系統(tǒng)。同時該方案的推出將對節(jié)能減排做出積極的貢獻(xiàn),符合國家的綠色環(huán)保理念,值得推廣。本方案的順利完成,奠定了 HDR 技術(shù)基礎(chǔ),為后續(xù)高端系列產(chǎn)品開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。

          (注:本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期)



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