針對(duì)中尺寸顯示屏LED背光驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

LED背光正在成為一股熱潮，涌入人們的生活，從2008年LED背光筆記本電腦的亮相到2009年LED背光液晶電視的華麗登場(chǎng)，無不吸引人們的關(guān)注。對(duì)于中、大尺寸顯示屏的LED背光，必須要解決幾大技術(shù)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(dá)數(shù)十顆至上千顆，如果LED的發(fā)光亮度不一致，就會(huì)造成背光明暗不一，嚴(yán)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(shí)，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(duì)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(dá)35V。對(duì)14”顯示屏而言，需要用到的LED數(shù)量達(dá)40顆以上，如果全部串聯(lián)，則壓降將達(dá)到約 140V甚至更高，更不用說更大尺寸的顯示屏了。所以，對(duì)中、大尺寸顯示屏而言，完全串聯(lián)的方式是不現(xiàn)實(shí)的，必須用串、并聯(lián)相結(jié)合的方式。而當(dāng)系統(tǒng)以這種方式驅(qū)動(dòng)背光LED串組時(shí)，僅僅每路電流都達(dá)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(dá)2％。除非將電流精度指標(biāo)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?yàn)橹?、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(dòng)芯片來幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)背光LED的驅(qū)動(dòng)管理，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且提供更多的控制及保護(hù)功能。華潤(rùn)矽威科技最新推出的PT4112就是這樣一款產(chǎn)品。

　　PT4112技術(shù)特點(diǎn)

　　PT4112是一款6通道白光LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(hù)功能。PT4112的主要功能和技術(shù)特點(diǎn)如下：

　　1. 超高精度。采用專利的設(shè)計(jì)技術(shù)以及先進(jìn)的模擬工藝制程，PT4112的電流精度高達(dá)±2%，6路之間的電流匹配度可高達(dá)±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(yīng)用的要求。
2. 高轉(zhuǎn)換效率。通過采用專利的設(shè)計(jì)技術(shù)和先進(jìn)的模擬工藝制程，PT4112的轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)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?cè)诟嗟膽?yīng)用中從容選取PT4112，而無需擔(dān)心工作電壓的影響。

　　4. 支持PWM亮度調(diào)光，PWM信號(hào)占空比范圍為0～100％。將PWM信號(hào)輸入到PT4112的BRT端口，可以直接控制LED燈的開啟和關(guān)斷。通過保持調(diào)光關(guān)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(hù)功能齊全。PT4112具有開路過壓保護(hù)功能、逐開關(guān)周期的限流功能、輸出斷路保護(hù)、過溫保護(hù)功能、輸入電壓欠壓鎖定功能、以及軟啟動(dòng)功能等。除此之外，PT4112還具有獨(dú)特的FAULT保護(hù)功能，通過向外部PFET提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，只需將此PFET連接在輸入和電感之間，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，此PFET就能夠?qū)㈦娫矗▽?duì)便攜式應(yīng)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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)安全可靠。

　　6. 獨(dú)特的斷路自動(dòng)亮度補(bǔ)償功能。這是PT4112別具匠心的設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)可選功能，通過PT4112的IFB端口來設(shè)定。當(dāng)IFB端口懸空時(shí)，如果6路輸出中的某1路停止工作，則其余5路電流自動(dòng)增加20%。將IFB端口接地可關(guān)斷此項(xiàng)功能。

　　7. 良好的EMI特性。通過采用專門的設(shè)計(jì)技術(shù)，PT4112的EMI得到有效抑制。

　　典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

　　PT4112應(yīng)用電路設(shè)計(jì)方法如下：

　　1. 電流設(shè)定

　　輸出的6路電流通路，每一路通路的最大電流可以達(dá)到25mA。輸出電流大小可以通過外接在Iset端口的R1設(shè)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(shè)定電阻，單位取KΩ，Iset是所需要的電流，單位取mA。20mA所對(duì)應(yīng)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(gè)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?yàn)檫@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(jì)算通常按照下列公式計(jì)算：

　　電感電流紋波的峰峰值可以這樣計(jì)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(yīng)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(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。PWM調(diào)光是對(duì)所有通路同時(shí)有效的，PT4112不支持對(duì)某一路單獨(dú)進(jìn)行PWM調(diào)光。PWM信號(hào)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(duì)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(yīng)用電路

　　4. PCB布局注意事項(xiàng)

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

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

　　2、輸入電容Cin和輸出電容Cout應(yīng)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(huì)有最大3安培的電流，所以走線需要保證相應(yīng)的電流密度