LED背光驅動技術探討

面對全球環(huán)境保護意識日益高漲，產(chǎn)生了針對含有對環(huán)境有害物質的電子產(chǎn)品的限制與歐盟電子電機設備中有害物質禁用指令(RoHS)。因此全球各地液晶顯示屏(LCD)面板廠商積極地尋求冷陰極熒光燈(CCFL)的替代解決方案。過去數(shù)年，LED已得到廣泛的應用，其中成長最快的應用領域是LCD的背光應用；數(shù)年間LED尤其在小尺寸顯示屏的背光應用得到普及，并已取代了CCFL，而在中大尺寸的應用中，LED取代CCFL也正成為趨勢；LED背光已開始邁入需要更高性能和更長工作時間的中大尺寸顯示屏背光應用，如GPS、P-DVD、DPF、NOTEBOOK、E-PC等設備。

LED背光技術相對于CCFL有諸多的優(yōu)點，更好的亮度均勻性，更鮮艷的色彩，更長的壽命，在屏幕輕薄程度以及耗電量上也有很大的優(yōu)勢。更重要的是，沒有CCFL帶來的環(huán)境污染問題。

LED是電流型器件，需要專用的驅動IC，它的亮度與流過的電流成正比。驅動IC控制LED的電流一般可以由兩種方式：

1、直接由芯片提供一個恒壓源，然后通過LED的VI特性和限流電阻來決定輸出電流，但是由計算公式可以看出，電流對LED正向壓降VF很敏感，考慮到LED本身離散性，不同個體之間Ｖf會有幾十到幾百個ｍＶ的差異，所以這種方法無法準確控制LED亮度。

２、芯片提供一個恒流源。與上面的恒壓方式不同，這種方法通過控制取樣電阻上的電壓直接控制輸出電流，理論上驅動的ＬＥＤ電流與LED的VF沒有關系，很好的避免了LED離散性的影響，可以精確地控制LED亮度。

恒流源控制方式是目前LED DRIVER的主流。以下就市場上主要的恒流驅動方案做一個介紹。

1、線性恒流方式驅動

這種方法成本比較低，同時沒有ＥＭＩ的問題，但主要問題是電池電壓下降到一定值（比如3.6V）以下，亮度會有明顯的變化。

２、線性+電荷泵(charge pump)混合模式驅動

用電荷泵解決了在電池電壓比較低的情況下，輸出電流下降明顯的問題，根據(jù)輸入電壓，芯片工作在線性、1.5X或2X模式。這種方式由輸入電壓范圍廣、無需電感、體積小等優(yōu)點，廣泛用于手機等小型LCD屏幕。

３、DC-DC step-up恒流驅動

跟charge pump方式相比，step-up也可以得到比輸入更高的電壓，而且驅動能力更強，可以支持更多顆的LED，因此比較多的應用與中大尺寸的LCD模塊中。

4、近期推向市場的中小尺寸TFT-LCD屏LED背光新產(chǎn)品CP2122。

CP2122是一款特別為白光LED驅動而設計的升壓型DC/DC轉換器，采用高達1.4MHz的工作頻率，允許采用小巧的外部電感和電容元件。LED采用串聯(lián)的連接形式，這樣保證流過每個LED的電流相同，從而可以獲得一致的亮度。300mV的反饋電壓使得在電流設定電阻上消耗的功率很小，盡可能的優(yōu)化了在白光LED驅動應用時的效率。CP2122的開關管的峰值電流可高達700mA，并且可承受高達34V的電壓，可驅動一串9個LED，三串多達21個LED，使得CP2122非常適合于中大LCD屏的背光應用。采用SOT23-5L封裝形式。

流過LED的電流由VFB/R1來決定，普通DC-DC converter的反饋電壓ＶFB一般為1.2V左右，這樣電阻上的功耗就很大，嚴重影響了轉換效率；而2122的ＶFB僅為300mV，相對傳統(tǒng)方法，效率大為提高，延長了電池的使用時間?？梢杂嬎愠鲈O定２０ｍＡ的ＬＥＤ電流需要的R1值：

R1＝VFB/ ILED=300mV/20mA=15 ohm

CP2122采用電流模式的控制方式：外環(huán)通過控制FB電壓來控制LED平均輸出電流；內環(huán)通過芯片內部采樣電阻來控制開關管峰值電流，具備優(yōu)秀的電壓和負載調節(jié)能力。

由于是直接控制輸出電流而不是電壓，當負載電阻變大時，輸出電壓必須增大來維持恒定的電流。而一旦負載開路，輸出電壓會立即上升直到超出芯片最大允許電壓，擊穿芯片。傳統(tǒng)的驅動芯片一般要求與在輸出端與LED并聯(lián)放置一個齊納二極管，來限制輸出電壓。2122在設計中考慮了負載開路保護的問題，在內部加入了一個過壓保護（OVP），無需外加二極管保護。

同時，芯片支持PWM調光，利用人眼的視覺暫停原理，以一定的頻率和占空比來周期性的控制白光LED的導通電流在零電流到額定工作電流之間來回切換，從而調整亮度，這種調光方式與改變驅動電流大小的調光方式相比優(yōu)點就是不會產(chǎn)生色移。在應用時，為了確保人眼看不到LED閃爍，PWM調光的頻率一般要大于100Hz，2122可以支持0~100kHz的調光頻率范圍，這樣大大方便了系統(tǒng)的設計。