基于Supertex的以HV9911升壓式高亮度LED背光驅(qū)動電路技術(shù)設(shè)計
隨著消費者對于色彩的要求,根據(jù)實驗,LED可以達(dá)到超過100%的NTSC色譜,由于LED可以提高面板色彩的表現(xiàn)能力,并且加上沒有太大的環(huán)保問題。目前許多業(yè)者都已逐漸將部分的產(chǎn)品導(dǎo)入利用LED作為背光源。
本文將以Supertex的以HV9911為例,來提供讀者升壓式高亮度LED背光驅(qū)動電路設(shè)計的相關(guān)訊息。
■升壓電路設(shè)計特色
升壓電路是用來驅(qū)動LED的串聯(lián)電壓高于輸入電壓(圖1),并且有以下的特色:
1.此電路可被設(shè)計在效率高于90%下操作。
2.M=SFET的(Source)與LED串共地,這簡化了LED電流的偵測(不像降壓電路必須選擇上側(cè)FET驅(qū)動電路或上測電流偵測。但是升壓電路也有些缺點,特別是用于LED驅(qū)動,由于LED串的低動態(tài)阻抗)。
3.輸入電流是連續(xù)的,使得輸入電流的濾波變得簡單許多(并更容易符合傳導(dǎo)式EMI標(biāo)準(zhǔn)的要求)。
4.關(guān)閉用的FET毀損不會導(dǎo)致LED也被燒毀。
5.升壓電路的輸出電流為脈沖式波形,因此,必須加大輸出電容以降低LED串的漣波電流。
6.但是過大的輸出電容,使得PWM調(diào)光控制變得更具挑戰(zhàn),當(dāng)控制升壓電路開與關(guān),以達(dá)到PWM調(diào)光控制,就表示輸出電流會被每一個PWM調(diào)光控制周期充放電,這使得LED串電流的上升與下降時間會拉大。
7.峰電流控制方式的升壓電路,用以控制LED電流是無法達(dá)成的,需要閉回路方式使電路穩(wěn)定,這又使得PWM調(diào)光控制更為復(fù)雜,控制電路必須增加頻寬來達(dá)到所需要的反應(yīng)時間。
8.當(dāng)輸出端短路,控制電路無法避免輸出電流的增加,即使關(guān)掉Q1FET仍對輸出短路毫無影響,并且輸入端電壓的瞬變造成輸入端電壓的增加量大于LED串聯(lián)電壓時過大的涌浪電流可能會造成LED的毀損。
圖1 Boost Converter LED Driver
■升壓電路操作模式
升壓電路可操作于二種模式,連續(xù)導(dǎo)通模式(Continuous Conduction Mode;CCM)或不連續(xù)導(dǎo)通模式(Discontinuous Conduction Mode;DCM),這二種模式是由電感電流的波形決定的。圖2a為CCM升壓電路的電感電流波形,圖2bDCM升壓電路的電感電流波形。
CCM升壓電路是用在最大升壓比例(輸出電壓與輸入電壓比值)小于或等于6,并在輸入電流大于1安培的情形下,假如需要更大的升壓比例,則需采用DCM模式。但是DCM模式會產(chǎn)生較大的峰值電流,因此導(dǎo)致電感的毀損增加,同時也造成均方根電流的增加。所以,DCM升壓電路的效率要比CCM升壓電路來得低,這也使得DCM的輸出功率受限制。
圖2 升壓電路的連續(xù)導(dǎo)通模式與不連續(xù)導(dǎo)通模式
■以Supertex HV9911為例設(shè)計升壓LED驅(qū)動電路
HV9911為Close Loop,Peak Current Control,Switching Mode LED驅(qū)動電源控制IC,它內(nèi)建了許多功能來客服升壓電路的缺點。HV9911包含了9-250VDC輸入電壓穩(wěn)壓器,不需額外電源,僅由單一輸入電壓提供IC動作的工作電源。它內(nèi)建了2%精密的參考電壓(全溫度范圍)能精確地控制LED串聯(lián)電流。并且包含了斷路用的FET驅(qū)動電路。當(dāng)輸出短路或過電壓時,便會自動斷開LED串之對地路徑。此功能縮短了控制電路的反應(yīng)時間(請參考PWM調(diào)光電路說明)。(圖3)
■HV9911控制電路的功能
圖3 HV9911內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)
IC內(nèi)部提供穩(wěn)壓電路9∼250V輸入電壓,可輸出7.75V電壓輸出提供IC內(nèi)部電源使用,若輸入電壓范圍提升可經(jīng)由外接一個200V,2WZener Diode于輸入電壓與IC的Vin pin之間(如圖1-4),這可使得輸入電壓范圍可提升至450VDC,亦可以使得IC內(nèi)部穩(wěn)壓電路所產(chǎn)生的功率損耗分散一部份在Zener Diode上。
圖4 Increasing the Input Voltage Rating
IC的VDD pin工作電壓可提高(如果有必要的話)藉由一個二極管連接至外部電壓,此二極管是避免將外部電壓若低于IC內(nèi)部穩(wěn)壓電路的輸出電壓時,會造成IC的燒毀,最大的外接靜態(tài)穩(wěn)定電壓為12V(瞬態(tài)電壓為13.5V),因此11V+/-5%的電壓源是理想的外部提升電壓值。
IC內(nèi)部提供1.25%、2%精密參考電壓,這參考電壓可用來設(shè)定電流參考位準(zhǔn),以及輸入電流限制位準(zhǔn),此參考電壓也同時提供IC內(nèi)部設(shè)定過電壓保護(hù)。
振蕩電路時間模式
振蕩電路可經(jīng)由外部電阻設(shè)定振蕩頻率。若此電阻跨接于RT及GND pins之間,則IC操作于定頻模式,另外,若電阻跨接于RT與GATE pins間,則IC操作于固定關(guān)閉時間模式(此模式不需要斜率補(bǔ)償控制使電路穩(wěn)定)。定頻時間或關(guān)閉時間可設(shè)定于2.8ms到40ms之間,可運用IC規(guī)格書內(nèi)的計算式設(shè)定。
于定頻操作模式下,將所有SYNC在一起,多個IC可操作在單一頻率。少數(shù)個案必須外加一個大電阻2300于SYNC到GND之間,用來抑制雜散電容所造成的振鈴,當(dāng)所有SYNC連接在一起時,建議使用相同電阻值跨接于每一個IC的RT與GND之間的電阻。
閉回路控制的形成是連接輸出電流信號至FDBK pin,同時將電流參考位準(zhǔn)連接至IREF pin,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接至Comp pin(傳導(dǎo)運算放大器的輸出端),如圖5所示。放大器的輸出受PWM調(diào)光信號所控制,當(dāng)PWM調(diào)光信號為High時放大器的輸端連接至補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),當(dāng)PWM調(diào)光信號為Low時,放大器的輸出端與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)被切斷,因此補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電容電壓維持住,一直到PWM調(diào)光信號再度回復(fù)High準(zhǔn)位時,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)才又連接圖放大器的輸出端,這樣可確保電路動作正常以及獲得非常良好的PWM調(diào)光反應(yīng),而不需要設(shè)計一個快速的控制電路。
圖5 Feedback Compensation
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