设计人员为背光LCD和电视选择LED驱动IC

2009-02-13 09:29:35来源: 飞思卡尔半导体公司

 

    发光二极管(LED)的内在品质使它能够替代冷阴极荧光灯管(CCFL)成为下一代电视机、台式机和笔记本显示器的背光解决方案。LED的功耗远小于CCFL,寿命比后者长5倍,效率更高,显示器厚度更薄,亮度调节的精细度更小,使用低电压驱动器,而且本身就更加环保,因为LED与CCFL不同,它不含有汞或其他有害物质。不过,所有这些特性都只有在LED背光阵列与驱动IC之间实现很好的匹配之后才能得到完全的发挥。因此,设计人员只有在了解驱动IC的关键特性及功能之后,才能选出最适合应用需求的驱动IC。浏览一下驱动IC的数据单,会发现有许多参数需要考虑,本文将介绍的参数和功能是其中最重要的。

  参数

  这些规范中的第一条是驱动IC能够接受的输入电压。如果输入电压范围较窄,那么它能够应用到的范围就比较小。此外,这样的IC芯片可能无法承受较大的输入电压摆幅以及在使用中总是存在的一些其他瞬态条件。

  驱动芯片的最大输出电压也很关键,因为每个LED都会产生1~4V的电压降。驱动芯片必须有足够高的输出电压,以提供阵列中多个LED所产生的电压降。最大输出电压和通道数决定了它能够支持的LED数量。

  这一结论同样适用于驱动芯片能够为每个通道提供的最大电流。它能够提供的电流必须与每种设计相匹配,重点在于所使用的LED类型。

  大多数便携式应用中所使用的LED需要20~30mA的电流,而显示器和电视中的LED通常会消耗40~120mA(不过在有些应用中LED需要高达350mA的电流)。一般而言,输出电压和输出电流的值越大越好,但是要注意到,高输出的驱动芯片的成本通常要高于低输出的同类产品,因此对驱动芯片和应用进行严格匹配可以节省设计成本。

  驱动IC可以提供的通道数是从几个到16个,甚至更多。选择几个通道数“合适”的驱动芯片完全是由系统需求所决定的。而目标是使用尽可能少的驱动芯片来满足系统需求,以降低成本和复杂性。

  但是,驱动芯片能够支持的串联LED数量不仅取决于它的通道数,也取决于芯片的最大输出电压。例如,低输出电压的16通道驱动芯片可支持80个LED,可能只能支持5个LED的串联;而高输出电压的10通道驱动芯片可支持160个LED,或许只能够支持16个LED的串联。

  LED

  根据显示器尺寸的不同,LED的数量可能从10英寸显示器的30个,到大屏幕平板电视的1000多个。因为这些LED的光输出取决于电流,所以严格地满足所有LED的电流需求是很重要的,尽管同所有其他电子零部件一样,每个LED的特性也不尽相同。

  如果不将这些差异降至最低,那么在显示器上将会出现明显的亮度不均匀。驱动IC对电流进行控制,将电流的变化维持在电流匹配规范所指定的很小的范围内。对笔记本和显示器而言,较理想的目标是±2%或更小;对电视机则是±1%。

  因为LED的许多属性会随着LED电流的变化而变化,所以亮度调节功能应该使用脉宽调制(PWM)控制来实现,保持导通状态下的电流恒定不变。虽然有些系统使用外部PWM信号(例如,有些笔记本电脑使用直接PWM控制),但是带有板载PWM发生器的驱动芯片通常是更好的选择。这样的器件不需要外部PWM发生器,能够简化系统设计。有些驱动IC同时支持这两种方式。

  许多现有背光应用中所使用的PWM频率都低于1kHz,在有些情况下,如果使用低成本的陶瓷电容器,可能会产生人耳能够听到的噪声。通过选择支持PWM频率范围宽(包括那些人耳听不到的频率)的器件,能够避免这个问题。

  例如,飞思卡尔的10通道MC34844 LED背光驱动芯片就满足这样的要求。有些驱动芯片也提供了与其他器件或外部源进行同步的功能,以降低由器件的相互作用所产生的谐波和拍频引起噪声的可能性,并消除某些视觉假象。

  驱动芯片调节LED亮度时能够实现的粒度或精度取决于芯片的位数。这个数字越大,PWM信号能够划分的增量就越小,就能够提供更好的亮度控制。例如,MC34844 LED驱动芯片是8位,就能够将LED的亮度调节至256个等级中的任意一级。

  在驱动芯片的规范中,PWM高/低电平的转换时间应该越短越好,这样才能够保证即使在占空比很小的情况下,输出的也是精确的方波脉冲。这一点对于确保更严格的电流匹配以及线性度更好的亮度调节范围是必不可少的。

  在高PWM速率下,如25kHz,能够提供低至1个最小有效位(LSB)的线性亮度调节的驱动芯片能够提供最好的性能。但是,转换速率也不能太快,因为更高的频率可能会引起振荡以及其他形式的电磁干扰(EMI)。50ns左右的速度能够满足这个需求,同时将效率最大化。

  尽管有些LED驱动IC不带有通信接口,但是在许多背光应用中所使用的器件最好带有这项功能,而且这种接口对于带有板载PWM发生器的器件特别重要。这种接口简化了编程、故障监控以及其他功能,在内部集成电路(I2C)类型中最为常见。对于那些需要高速更新的系统而言,低电压差分信号(LVDS)等接口变得越来越普遍。


  带有板载升压变换器的驱动芯片不再需要外部电路来实现这项功能。此外,最好使用集成开关,因为它消除了板载互连造成电磁干扰的可能性,简化了材料清单(BOM),节省了PCB面积,也不再需要设计人员指定能够很好地匹配驱动芯片的晶体管。所使用的升压频率变动范围是很广的,而且有时是可编程的。

  较高频率(如1.2MHz)的优势在于能够使用更小的电感和电容。动态余量控制(DHC)模式是另一项重要的功能。它测量所有连接到升压变换器的LED串,并自动将输出电压调节到驱动这些LED串所需要的最低电压值。这样做会使得电流镜中的线性驱动芯片两端的电压降减小,驱动功耗降低,从而使总体效率升高。

  带有光环路控制的驱动芯片使得设计人员能够使用光传感器来补偿LED的温度和寿命变化。热传感器也可以用来对热效应进行补偿。光传感器也可以用于调节背光的亮度作为对周围环境变化的响应,在黑暗的环境中调节显示的亮度。

  理想的LED驱动IC应该包含许多对驱动芯片和LED进行保护的功能。在某个LED或LED串出现故障的时候,LED短路/开路保护能够让背光继续工作。此外,过电压,过电流以及过热保护为驱动芯片和LED提供了必要保障。欠压锁定被用来确保驱动芯片不会工作在指定范围以外,因为那样可能会造成器件无法正常工作。

  最后的考虑

  记住,带有大量片上功能的驱动芯片可以减少电路所需要的PCB面积以及材料清单。它们同时也会降低设计的复杂性,因为设计人员不再需要设计外部电路或为之选择最好的零部件。当然,在不同的应用中每项功能的重要性会有所不同,并且被选中的驱动IC是根据其价格与系统性能的对比而选出的。

关键字:LCD  LED  IC

编辑:王婷婷 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2009/0213/article_523.html
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