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          針對中尺寸顯示屏LED背光驅(qū)動方案設計

          作者: 時間:2011-07-17 來源:網(wǎng)絡 收藏

          正在成為一股熱潮,涌入人們的生活,從2008年筆記本電腦的亮相到2009年液晶電視的華麗登場,無不吸引人們的關注。對于中、大尺寸顯示屏的LED背光,必須要解決幾大技術問題,其中最為直接的問題就是LED之間發(fā)光亮度的一致性。中、大尺寸顯示屏所需的背光LED顆數(shù)多達數(shù)十顆至上千顆,如果LED的發(fā)光亮度不一致,就會造成背光明暗不一,嚴重影響顯示效果。

            我們知道,LED的發(fā)光亮度是由流經(jīng)LED的電流所決定的,所以確保LED發(fā)光亮度一致的辦法,就是確保流經(jīng)所有LED的電流完全相同。這表示在多顆 LED背光時,串聯(lián)的連接方式比并聯(lián)方式有利于取得發(fā)光亮度的一致性。在這種情況下,對LED串的電流精度的控制是重要的,它可確??蛻舻漠a(chǎn)品與產(chǎn)品之間背光LED串的發(fā)光亮度相一致。

            但LED串聯(lián)的數(shù)量不可能太多。在正常發(fā)光亮度下,白光LED兩端的電壓降大約為3.5V,意味著10顆相串聯(lián)的壓降可達35V。對14”顯示屏而言,需要用到的LED數(shù)量達40顆以上,如果全部串聯(lián),則壓降將達到約 140V甚至更高,更不用說更大尺寸的顯示屏了。所以,對中、大尺寸顯示屏而言,完全串聯(lián)的方式是不現(xiàn)實的,必須用串、并聯(lián)相結合的方式。而當系統(tǒng)以這種方式驅(qū)動背光LED串組時,僅僅每路電流都達到精度要求仍然未必能確保背光的效果,±1%的電流精度意味著各路之間的最大差異可達2%。除非將電流精度指標提的格外高,否則就必須還要限制各路之間的電流差異。通常用電流匹配度來表示同一系統(tǒng)上多路并聯(lián)輸出之間的最大差異水平,

            其定義如下:

          Imatch = (Imax-Imin)/Iavg*100%

            即各路電流中的最大值與最小值之差與各路平均值的百分比。

            正因為中、大尺寸顯示屏的LED背光有上述最基本的要求,所以需要采用專門的LED驅(qū)動芯片來幫助系統(tǒng)實現(xiàn)背光LED的驅(qū)動管理,簡化系統(tǒng)設計,并且提供更多的控制及保護功能。華潤矽威科技最新推出的PT4112就是這樣一款產(chǎn)品。

            PT4112技術特點

            PT4112是一款6通道白光LED驅(qū)動集成電路,每路最多可串聯(lián)10顆白光LED,因此單顆芯片最多可驅(qū)動60顆白光LED。PT4112不但擁有優(yōu)秀的電流精度和電流匹配度,理想的轉(zhuǎn)換效率,以及寬的工作電壓范圍,還集成了豐富的控制功能和全面的保護功能。PT4112的主要功能和技術特點如下:

            1. 超高精度。采用專利的設計技術以及先進的模擬工藝制程,PT4112的電流精度高達±2%,6路之間的電流匹配度可高達±1.5%,這不但在本土原創(chuàng)產(chǎn)品中是首屈一指的,而且完全可以滿足高端筆記本電腦這樣高圖像畫質(zhì)應用的要求。
          2. 高轉(zhuǎn)換效率。通過采用專利的設計技術和先進的模擬工藝制程,PT4112的轉(zhuǎn)換效率可高達90%以上。

            3. 寬的工作電壓范圍。5~25V的工作電壓范圍,可以讓工程師們在更多的應用中從容選取PT4112,而無需擔心工作電壓的影響。

            4. 支持PWM亮度調(diào)光,PWM信號占空比范圍為0~100%。將PWM信號輸入到PT4112的BRT端口,可以直接控制LED燈的開啟和關斷。通過保持調(diào)光關斷期間電路狀態(tài),輸出電容上的AC紋波可在PWM很大占空比范圍內(nèi)保持很小值,以減少潛在的音頻噪聲。

            5. 各種保護功能齊全。PT4112具有開路過壓保護功能、逐開關周期的限流功能、輸出斷路保護、過溫保護功能、輸入電壓欠壓鎖定功能、以及軟啟動功能等。除此之外,PT4112還具有獨特的FAULT保護功能,通過向外部PFET提供驅(qū)動信號,只需將此PFET連接在輸入和電感之間,當系統(tǒng)發(fā)生嚴重錯誤時,此PFET就能夠?qū)㈦娫矗▽Ρ銛y式應用,通常是鋰電池組)和WLED隔離,從而避免電池因泄漏大電流而損壞,實現(xiàn)整個系統(tǒng)安全可靠。

            6. 獨特的斷路自動亮度補償功能。這是PT4112別具匠心的設計,是一項可選功能,通過PT4112的IFB端口來設定。當IFB端口懸空時,如果6路輸出中的某1路停止工作,則其余5路電流自動增加20%。將IFB端口接地可關斷此項功能。

            7. 良好的EMI特性。通過采用專門的設計技術,PT4112的EMI得到有效抑制。

            典型應用電路設計及注意事項

            PT4112應用電路設計方法如下:

            1. 電流設定

            輸出的6路電流通路,每一路通路的最大電流可以達到25mA。輸出電流大小可以通過外接在Iset端口的R1設定,

            選取不同的R1電阻值即可獲得所需要的輸出電流:

          R1=1240/Iset

            其中R1是設定電阻,單位取KΩ,Iset是所需要的電流,單位取mA。20mA所對應的電阻取值即為62KΩ。
           2. 電感的選取

            電感的選擇將是決定整個系統(tǒng)能否穩(wěn)定工作的重要因素,電感的特性主要有三:感值、DCR和飽和電流,PT4112推薦使用的電感范圍為4.7-10μH,在尺寸和封裝允許的情況下推薦使用10μH電感,因為這樣的選擇系統(tǒng)可以得

            到更高的效率和更小的紋波。另外,在輸出限流一定的情況下,10μH的電感也有助于得到較大的輸出電流。升壓電路中,電感的計算通常按照下列公式計算:

            電感電流紋波的峰峰值可以這樣計算:

            由此,電感電流的峰值為:

            為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定的工作,通常飽和電流應為峰值電流的1.5倍。

            3. PWM調(diào)光

            通過在PT4112的BRT端口施加PWM芯片,可以實現(xiàn)PWM調(diào)光。PWM調(diào)光是對所有通路同時有效的,PT4112不支持對某一路單獨進行PWM調(diào)光。PWM信號的頻率在100Hz~1kHz范圍內(nèi)比較合適,見圖2。

          圖1、不同PWM調(diào)光頻率下PT4112的效率對占空比曲線

          圖2、不同PWM調(diào)光頻率下的調(diào)光線性度曲線

            圖3、PT4112的典型應用電路

            4. PCB布局注意事項

            對于高頻以及大電流的供電系統(tǒng),PCB布局會是非常重要的環(huán)節(jié),所以還應遵循以下注意事項:

            1、Iset端電阻要盡量靠近芯片,以有效減少噪聲對電流設定產(chǎn)生的影響;

            2、輸入電容Cin和輸出電容Cout應盡量靠近芯片,以保證系統(tǒng)能否穩(wěn)定的工作。

            3、輸入到SW端,以及SW端到輸出的走線上會有最大3安培的電流,所以走線需要保證相應的電流密度



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