LED背光驅(qū)動(dòng)技術(shù)探討

面對(duì)全球環(huán)境保護(hù)意識(shí)日益高漲，產(chǎn)生了針對(duì)含有對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的電子產(chǎn)品的限制與歐盟電子電機(jī)設(shè)備中有害物質(zhì)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(yīng)用，其中成長(zhǎng)最快的應(yīng)用領(lǐng)域是LCD的背光應(yīng)用；數(shù)年間LED尤其在小尺寸顯示屏的背光應(yīng)用得到普及，并已取代了CCFL，而在中大尺寸的應(yīng)用中，LED取代CCFL也正成為趨勢(shì)；LED背光已開始邁入需要更高性能和更長(zhǎng)工作時(shí)間的中大尺寸顯示屏背光應(yīng)用，如GPS、P-DVD、DPF、NOTEBOOK、E-PC等設(shè)備。

LED背光技術(shù)相對(duì)于CCFL有諸多的優(yōu)點(diǎn)，更好的亮度均勻性，更鮮艷的色彩，更長(zhǎng)的壽命，在屏幕輕薄程度以及耗電量上也有很大的優(yōu)勢(shì)。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(qū)動(dòng)IC，它的亮度與流過的電流成正比。驅(qū)動(dòng)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(gè)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(jì)算公式可以看出，電流對(duì)LED正向壓降VF很敏感，考慮到LED本身離散性，不同個(gè)體之間Ｖf會(huì)有幾十到幾百個(gè)ｍＶ的差異，所以這種方法無法準(zhǔn)確控制LED亮度。

２、芯片提供一個(gè)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(qū)動(dòng)的ＬＥＤ電流與LED的VF沒有關(guān)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(chǎng)上主要的恒流驅(qū)動(dòng)方案做一個(gè)介紹。

1、線性恒流方式驅(qū)動(dòng)

這種方法成本比較低，同時(shí)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(huì)有明顯的變化。

２、線性+電荷泵(charge pump)混合模式驅(qū)動(dòng)

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(diǎn)，廣泛用于手機(jī)等小型LCD屏幕。

３、DC-DC step-up恒流驅(qū)動(dòng)

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(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，可以支持更多顆的LED，因此比較多的應(yīng)用與中大尺寸的LCD模塊中。

4、近期推向市場(chǎng)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(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，采用高達(dá)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(gè)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(shè)定電阻上消耗的功率很小，盡可能的優(yōu)化了在白光LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)的效率。CP2122的開關(guān)管的峰值電流可高達(dá)700mA，并且可承受高達(dá)34V的電壓，可驅(qū)動(dòng)一串9個(gè)LED，三串多達(dá)21個(gè)LED，使得CP2122非常適合于中大LCD屏的背光應(yīng)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(yán)重影響了轉(zhuǎn)換效率；而2122的ＶFB僅為300mV，相對(duì)傳統(tǒng)方法，效率大為提高，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間?？梢杂?jì)算出設(shè)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(nèi)環(huán)通過芯片內(nèi)部采樣電阻來控制開關(guān)管峰值電流，具備優(yōu)秀的電壓和負(fù)載調(diào)節(jié)能力。

由于是直接控制輸出電流而不是電壓，當(dāng)負(fù)載電阻變大時(shí)，輸出電壓必須增大來維持恒定的電流。而一旦負(fù)載開路，輸出電壓會(huì)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(qū)動(dòng)芯片一般要求與在輸出端與LED并聯(lián)放置一個(gè)齊納二極管，來限制輸出電壓。2122在設(shè)計(jì)中考慮了負(fù)載開路保護(hù)的問題，在內(nèi)部加入了一個(gè)過壓保護(hù)（OVP），無需外加二極管保護(hù)。

同時(shí)，芯片支持PWM調(diào)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(dǎo)通電流在零電流到額定工作電流之間來回切換，從而調(diào)整亮度，這種調(diào)光方式與改變驅(qū)動(dòng)電流大小的調(diào)光方式相比優(yōu)點(diǎn)就是不會(huì)產(chǎn)生色移。在應(yīng)用時(shí)，為了確保人眼看不到LED閃爍，PWM調(diào)光的頻率一般要大于100Hz，2122可以支持0~100kHz的調(diào)光頻率范圍，這樣大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。