為背光LCD和電視選擇LED驅(qū)動IC

作者：飛思卡爾半導(dǎo)體公司 Michael Jennings

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(jī)、臺式機(jī)和筆記本顯示器的背光解決方案。LED的功耗遠(yuǎn)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(xì)度更小，使用低電壓驅(qū)動器，而且本身就更加環(huán)保，因?yàn)長ED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(qū)動IC之間實(shí)現(xiàn)很好的匹配之后才能得到完全的發(fā)揮。因此，設(shè)計人員只有在了解驅(qū)動IC的關(guān)鍵特性及功能之后，才能選出最適合應(yīng)用需求的驅(qū)動IC。瀏覽一下驅(qū)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(qū)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(yīng)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(qū)動芯片的最大輸出電壓也很關(guān)鍵，因?yàn)槊總€LED都會產(chǎn)生1～4V的電壓降。驅(qū)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(jié)論同樣適用于驅(qū)動芯片能夠?yàn)槊總€通道提供的最大電流。它能夠提供的電流必須與每種設(shè)計相匹配，重點(diǎn)在于所使用的LED類型。

大多數(shù)便攜式應(yīng)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(yīng)用中LED需要高達(dá)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(qū)動芯片的成本通常要高于低輸出的同類產(chǎn)品，因此對驅(qū)動芯片和應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格匹配可以節(jié)省設(shè)計成本。

驅(qū)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(qū)動芯片完全是由系統(tǒng)需求所決定的。而目標(biāo)是使用盡可能少的驅(qū)動芯片來滿足系統(tǒng)需求，以降低成本和復(fù)雜性。

但是，驅(qū)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(qū)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(qū)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?yàn)檫@些LED的光輸出取決于電流，所以嚴(yán)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(qū)動IC對電流進(jìn)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(biāo)是±2%或更??；對電視機(jī)則是±1%。

因?yàn)長ED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(yīng)該使用脈寬調(diào)制（PWM）控制來實(shí)現(xiàn)，保持導(dǎo)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(qū)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(shè)計。有些驅(qū)動IC同時支持這兩種方式。

許多現(xiàn)有背光應(yīng)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(qū)動芯片就滿足這樣的要求。有些驅(qū)動芯片也提供了與其他器件或外部源進(jìn)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(qū)動芯片調(diào)節(jié)LED亮度時能夠?qū)崿F(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(qū)動芯片是8位，就能夠?qū)ED的亮度調(diào)節(jié)至256個等級中的任意一級。

在驅(qū)動芯片的規(guī)范中，PWM高/低電平的轉(zhuǎn)換時間應(yīng)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(diǎn)對于確保更嚴(yán)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(qū)動芯片能夠提供最好的性能。但是，轉(zhuǎn)換速率也不能太快，因?yàn)楦叩念l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(qū)動IC不帶有通信接口，但是在許多背光應(yīng)用中所使用的器件最好帶有這項(xiàng)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(qū)動芯片不再需要外部電路來實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。此外，最好使用集成開關(guān)，因?yàn)樗税遢d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(shè)計人員指定能夠很好地匹配驅(qū)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(xiàng)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(qū)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(qū)動芯片兩端的電壓降減小，驅(qū)動功耗降低，從而使總體效率升高。

帶有光環(huán)路控制的驅(qū)動芯片使得設(shè)計人員能夠使用光傳感器來補(bǔ)償LED的溫度和壽命變化。熱傳感器也可以用來對熱效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)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(yīng)，在黑暗的環(huán)境中調(diào)節(jié)顯示的亮度。

理想的LED驅(qū)動IC應(yīng)該包含許多對驅(qū)動芯片和LED進(jìn)行保護(hù)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(hù)能夠讓背光繼續(xù)工作。此外，過電壓，過電流以及過熱保護(hù)為驅(qū)動芯片和LED提供了必要保障。欠壓鎖定被用來確保驅(qū)動芯片不會工作在指定范圍以外，因?yàn)槟菢涌赡軙斐善骷o法正常工作。[!--empirenews.page--]

最后的考慮

記住，帶有大量片上功能的驅(qū)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(shè)計的復(fù)雜性，因?yàn)樵O(shè)計人員不再需要設(shè)計外部電路或?yàn)橹x擇最好的零部件。當(dāng)然，在不同的應(yīng)用中每項(xiàng)功能的重要性會有所不同，并且被選中的驅(qū)動IC是根據(jù)其價格與系統(tǒng)性能的對比而選出的。