為背光LCD和電視選擇LED驅動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、臺式機和筆記本顯示器的背光解決方案。LED的功耗遠小于CCFL，壽命比后者長5倍，效率更高，顯示器厚度更薄，亮度調(diào)節(jié)的精細度更小，使用低電壓驅動器，而且本身就更加環(huán)保，因為LED與CCFL不同，它不含有汞或其他有害物質(zhì)。不過，所有這些特性都只有在LED背光陣列與驅動IC之間實現(xiàn)很好的匹配之后才能得到完全的發(fā)揮。因此，設計人員只有在了解驅動IC的關鍵特性及功能之后，才能選出最適合應用需求的驅動IC。瀏覽一下驅動IC的數(shù)據(jù)單，會發(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)范中的第一條是驅動IC能夠接受的輸入電壓。如果輸入電壓范圍較窄，那么它能夠應用到的范圍就比較小。此外，這樣的IC芯片可能無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。

驅動芯片的最大輸出電壓也很關鍵，因為每個LED都會產(chǎn)生1～4V的電壓降。驅動芯片必須有足夠高的輸出電壓，以提供陣列中多個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。

這一結論同樣適用于驅動芯片能夠為每個通道提供的最大電流。它能夠提供的電流必須與每種設計相匹配，重點在于所使用的LED類型。

大多數(shù)便攜式應用中所使用的LED需要20～30mA的電流，而顯示器和電視中的LED通常會消耗40～120mA（不過在有些應用中LED需要高達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，高輸出的驅動芯片的成本通常要高于低輸出的同類產(chǎn)品，因此對驅動芯片和應用進行嚴格匹配可以節(jié)省設計成本。

驅動IC可以提供的通道數(shù)是從幾個到16個，甚至更多。選擇幾個通道數(shù)“合適”的驅動芯片完全是由系統(tǒng)需求所決定的。而目標是使用盡可能少的驅動芯片來滿足系統(tǒng)需求，以降低成本和復雜性。

但是，驅動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通道驅動芯片可支持80個LED，可能只能支持5個LED的串聯(lián)；而高輸出電壓的10通道驅動芯片可支持160個LED，或許只能夠支持16個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，到大屏幕平板電視的1000多個。因為這些LED的光輸出取決于電流，所以嚴格地滿足所有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出現(xiàn)明顯的亮度不均勻。驅動IC對電流進行控制，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)。對筆記本和顯示器而言，較理想的目標是±2%或更小；對電視機則是±1%。

因為LED的許多屬性會隨著LED電流的變化而變化，所以亮度調(diào)節(jié)功能應該使用脈寬調(diào)制（PWM）控制來實現(xiàn)，保持導通狀態(tài)下的電流恒定不變。雖然有些系統(tǒng)使用外部PWM信號（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)生器的驅動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，能夠簡化系統(tǒng)設計。有些驅動IC同時支持這兩種方式。

許多現(xiàn)有背光應用中所使用的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，可能會產(chǎn)生人耳能夠聽到的噪聲。通過選擇支持PWM頻率范圍寬（包括那些人耳聽不到的頻率）的器件，能夠避免這個問題。

例如，飛思卡爾的10通道MC34844 LED背光驅動芯片就滿足這樣的要求。有些驅動芯片也提供了與其他器件或外部源進行同步的功能，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，并消除某些視覺假象。

驅動芯片調(diào)節(jié)LED亮度時能夠實現(xiàn)的粒度或精度取決于芯片的位數(shù)。這個數(shù)字越大，PWM信號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驅動芯片是8位，就能夠將LED的亮度調(diào)節(jié)至256個等級中的任意一級。

在驅動芯片的規(guī)范中，PWM高/低電平的轉換時間應該越短越好，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。這一點對于確保更嚴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個最小有效位（LSB）的線性亮度調(diào)節(jié)的驅動芯片能夠提供最好的性能。但是，轉換速率也不能太快，因為更高的頻率可能會引起振蕩以及其他形式的電磁干擾（EMI）。50ns左右的速度能夠滿足這個需求，同時將效率最大化。

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

帶有板載升壓變換器的驅動芯片不再需要外部電路來實現(xiàn)這項功能。此外，最好使用集成開關，因為它消除了板載互連造成電磁干擾的可能性，簡化了材料清單（BOM），節(jié)省了PCB面積，也不再需要設計人員指定能夠很好地匹配驅動芯片的晶體管。所使用的升壓頻率變動范圍是很廣的，而且有時是可編程的。

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

帶有光環(huán)路控制的驅動芯片使得設計人員能夠使用光傳感器來補償LED的溫度和壽命變化。熱傳感器也可以用來對熱效應進行補償。光傳感器也可以用于調(diào)節(jié)背光的亮度作為對周圍環(huán)境變化的響應，在黑暗的環(huán)境中調(diào)節(jié)顯示的亮度。

理想的LED驅動IC應該包含許多對驅動芯片和LED進行保護的功能。在某個LED或LED串出現(xiàn)故障的時候，LED短路/開路保護能夠讓背光繼續(xù)工作。此外，過電壓，過電流以及過熱保護為驅動芯片和LED提供了必要保障。欠壓鎖定被用來確保驅動芯片不會工作在指定范圍以外，因為那樣可能會造成器件無法正常工作。

最后的考慮
記住，帶有大量片上功能的驅動芯片可以減少電路所需要的PCB面積以及材料清單。它們同時也會降低設計的復雜性，因為設計人員不再需要設計外部電路或為之選擇最好的零部件。當然，在不同的應用中每項功能的重要性會有所不同，并且被選中的驅動IC是根據(jù)其價格與系統(tǒng)性能的對比而選出的。