消費(fèi)者希望擁有 LED 電視機(jī)

沒人喜歡經(jīng)濟(jì)衰退，但是好萊塢可能是個(gè)例外。為什么呢？答案即使不那么明顯，也很簡單，經(jīng)濟(jì)下滑時(shí)票房收入會(huì)上升，因?yàn)橄M(fèi)者尋求更加“經(jīng)濟(jì)”的娛樂方式。帶著全家出去看電影比去餐館吃晚餐然后在劇院看百老匯演出便宜得多。

也許，出人意料的是另一種共生互惠的娛樂形式，在目前的經(jīng)濟(jì)下滑期，這種娛樂形式正在對(duì)用LED做背光照明的平板液晶顯示器電視機(jī)的銷售產(chǎn)生積極影響。很多消費(fèi)者不是去電影院，而是樂于租用或下載最近推出的電影DVD，在起居室中舒舒服服地看。不過，這次不同的是，他們希望看得氣派一點(diǎn)，用最新的LED高清(HD)電視機(jī)。iSuppli公司最近做的一份調(diào)查顯示，在 2009年第一季度，美國和加拿大平板電視機(jī)的交付量增長到了780萬臺(tái)，比2008年同期的660萬臺(tái)增加了17.3%。此外，調(diào)查結(jié)果還指出，甚至在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)下滑時(shí)期，消費(fèi)者也將繼續(xù)購買平板電視機(jī)。惟一的提醒是，隨著可支配收入下降，美國消費(fèi)者正受到尺寸更小的電視機(jī)所吸引。結(jié)果，32英寸及更小的電視機(jī)遇到了供貨限制。

白光LED用于背光照明
要了解白光LED背光照明的平板LCD電視機(jī)熱銷背后的驅(qū)動(dòng)力，很重要是要了解一些有關(guān)以下事實(shí)的理念：與其他形式的照明相比，如冷陰極熒光燈(CCFL)，為什么應(yīng)該使用白光LED。

大型平板LCD電視機(jī)傳統(tǒng)上一直使用CCFL背光照明。不過，這些CCFL背光照明電視機(jī)有快速運(yùn)動(dòng)圖像模糊、色彩再現(xiàn)不準(zhǔn)確等各種缺點(diǎn)。就目前一代LCD電視機(jī)而言，不可能得到真正的黑色，所有顏色的動(dòng)態(tài)范圍都有改進(jìn)的余地。例如，大多數(shù) LCD 電視機(jī)都只能提供450到 650cd/m2的對(duì)比度。這些高清電視機(jī)的主要問題是，不能徹底關(guān)斷CCFL背光照明或不能對(duì)CCFL背光照明局部調(diào)光。

相反，用高亮度(HB)LED背光照明，一個(gè)LED陣列可以分成很多單獨(dú)的照明組。每組通常都由8～10個(gè)30～50mA的LED組成，這些LED可以通過單個(gè)引腳獨(dú)立調(diào)光，從而實(shí)現(xiàn)局部調(diào)光。這樣的設(shè)計(jì)能提供幾乎比CCFL設(shè)計(jì)高一個(gè)數(shù)量級(jí)的對(duì)比度(>4 000cd/m2)。此外，通過以寬調(diào)光比調(diào)節(jié)背光照明LED組的亮度，可以再現(xiàn)更多中間色調(diào)的顏色，從而提供更加生動(dòng)的畫面。

另外，能夠局部徹底關(guān)斷LED可減輕運(yùn)動(dòng)圖形模糊。通過在幀之間徹底關(guān)斷LED，幾乎消除了與快速移動(dòng)物體有關(guān)的圖像模糊。在解決這種快速運(yùn)動(dòng)圖像模糊問題時(shí)，LED非?？斓捻憫?yīng)速度是至關(guān)重要的，CCFL背光照明的LCD電視機(jī)常常遇到這種問題。

去除CCFL的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是，人們希望消除在這種類型照明中的有毒水銀蒸氣，同時(shí)提高效率和性能。此外，很多國家的政府都幫助推動(dòng)這種趨勢，這些國家強(qiáng)制實(shí)施新的“綠色“措施，以消除有毒材料，其中就包括CCFL中存在的水銀。顯然，這幫助推動(dòng)LED背光照明在新的LCD高清電視機(jī)設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。

據(jù)估計(jì)，從傳統(tǒng)的熒光燈過渡到LED照明，時(shí)下全世界的總體能源需求可能減少多達(dá)10%，這從另一個(gè)側(cè)面說明了LED是更加環(huán)保的。顯然，隨著人們努力加速降低能源產(chǎn)生時(shí)總的二氧化碳排放量，這10%全球照明能源需求的降低是這種過渡的主要促進(jìn)因素。

那么，什么因素支持著如此巨大的LED背光照明增長潛力？首先，目前一代LED的效率是熒光燈的兩倍多，從而極大地降低了提供所需光輸出(以流明為單位量度)所必需的電力。隨著LED的進(jìn)一步發(fā)展，它們的發(fā)光效率將繼續(xù)提高，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)可翻一番。其次，LED有超過10萬小時(shí)的壽命，相比之下，熒光燈的壽命最長僅為1萬小時(shí)，壽命相差多達(dá)10倍。

怎樣驅(qū)動(dòng)LED
驅(qū)動(dòng)LED需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)考慮，因?yàn)檫^驅(qū)動(dòng)可能產(chǎn)生熱耗散問題，這個(gè)問題可能極大地降低光輸出，并縮短LED 的有效壽命。這已經(jīng)導(dǎo)致很多模擬IC制造商設(shè)計(jì)專門的LED驅(qū)動(dòng)器IC，以正確驅(qū)動(dòng)LED。為了了解設(shè)計(jì)和制造這些LED驅(qū)動(dòng)器IC面臨的難題，有必要了解白光LED發(fā)光而需要什么。白光LED必需由恒定電流源驅(qū)動(dòng)，這樣白色光點(diǎn)才不會(huì)移動(dòng)，也就是說，亮度必須是一致的。另外，既然白光LED是一個(gè)二極管，那么它的內(nèi)部正向電壓(Vf)降必須克服。這個(gè)Vf隨白光LED電流額定值的不同而有所不同，也會(huì)隨著溫度的變化而改變。一個(gè)典型的20mA白光LED的Vf在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)于2.5V和3.9V之間變化。大多數(shù)應(yīng)用采用1個(gè)以上的白光LED，還可能以并聯(lián)、串聯(lián)或串并組合(例如，串聯(lián)LED的并聯(lián)串)的方式配置這些LED。這意味著，白光LED驅(qū)動(dòng)器IC必須能夠?yàn)樘囟ㄅ渲玫腖ED提供充足的電流和電壓，而采用的轉(zhuǎn)換拓?fù)渫瑫r(shí)滿足輸入電壓范圍以及所需的輸出電壓和電流的需求。

LED的調(diào)光考慮
傳統(tǒng)上，LED的調(diào)光一直用一個(gè)直流信號(hào)或用一個(gè)濾波PWM信號(hào)通過調(diào)節(jié)流經(jīng)LED的正向電流來進(jìn)行。降低LED電流調(diào)節(jié)LED光輸出強(qiáng)度，不過，正向電流的變化會(huì)改變LED的顏色，因?yàn)長ED的色度隨著電流的變化而改變。包括LCD高清電視機(jī)背光照明在內(nèi)的很多應(yīng)用都不可能容許LED顏色的任何偏移。在這些應(yīng)用中，需要寬調(diào)光范圍，因?yàn)榄h(huán)境光線變化不同，而且人眼對(duì)光強(qiáng)的微小變化很敏感。通過使用 PWM 信號(hào)來控制LED光強(qiáng)允許LED調(diào)光而不改變顏色。

“True Color PWMTM 調(diào)光”通過一個(gè)PWM信號(hào)對(duì)LED調(diào)光。它本質(zhì)上是在PWM頻率下以滿電流接通和斷開LED。人眼有每秒50～60幀的限制。通過提高PWM頻率(例如，80～100Hz)可以使眼睛覺得脈沖光源是連續(xù)接通的。此外，通過調(diào)制占空比(“接通時(shí)間”的長短)，可以控制LED的光強(qiáng)。采用這種調(diào)光方法時(shí)，LED的顏色保持不變，因?yàn)長ED電流值或者為零或是一個(gè)恒定值。很多LCD高清電視機(jī)的設(shè)計(jì)師都要求3000:1以上的調(diào)光比，以適應(yīng)多種環(huán)境照明條件。

一種面向LCD高清電視機(jī)的創(chuàng)新性LED驅(qū)動(dòng)器
凌力爾特公司推出的一款新產(chǎn)品解決了白光LED用于大型平板電視機(jī)背光照明時(shí)與驅(qū)動(dòng)白光LED有關(guān)的設(shè)計(jì)問題。LT3754是一個(gè)創(chuàng)新性LED驅(qū)動(dòng)器IC，該IC可用于采用26英寸或更大平板的高清電視機(jī)。這個(gè)升壓模式LED驅(qū)動(dòng)器有16個(gè)單獨(dú)的通道，每個(gè)通道都能驅(qū)動(dòng)一串多達(dá)15個(gè)50mA、Vf約為3.2V的LED。因此，每個(gè)LT3754可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)240個(gè)50mA的白光LED。結(jié)果，一個(gè)26英寸的LCD高清電視機(jī)僅需要一個(gè)LT3754，就能提供必需的背光照明。所有16個(gè)通道都通過單一PWM輸入控制，該輸入能實(shí)現(xiàn)高達(dá)3000:1的PWM調(diào)光比。[!--empirenews.page--]

LT3754使用一個(gè)小的電感器或更纖巧的陶瓷輸出電容器。唯一需要的其他組件是一個(gè)輸入電容器、MOSFET和一個(gè)電流設(shè)置電阻器，如圖1所示。每個(gè)通道都跟隨一個(gè)可編程的主電流，以允許每串10～50mA的LED電流。這些通道還可以并聯(lián)，以提供更大的LED電流。輸出電壓適應(yīng)LED Vf的變化，以提供最佳效率，開路LED故障不影響所連接的LED串的工作。LT3754采用緊湊型32引腳、5mm×5mm QFN封裝。

圖1 38W LED驅(qū)動(dòng)器

LT3754在400kHz開關(guān)頻率時(shí)具有92%的峰值效率，從而無需任何外部散熱器。此外，由于高達(dá)1MHz的開關(guān)頻率，PCB上所需電感器和電容器的尺寸極大地減小了，因此允許采用非常薄的電視機(jī)外殼。這是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)榇蠖鄶?shù)消費(fèi)者希望將高清電視機(jī)安裝到起居室的墻上，出于美觀考慮，需要重量輕和纖薄的外形設(shè)計(jì)。

LT3754的PWM調(diào)光能力高達(dá)3000:1。圖2顯示了這種3000:1 PWM調(diào)光的波形和一個(gè)LED電流方波波形。甚至在僅3.3μs的接通時(shí)間內(nèi)，20mA的LED電流也與100Hz PWM信號(hào)同步接通和斷開。更高的PWM調(diào)光比可用更低的PWM頻率實(shí)現(xiàn)，不過100Hz保證沒有可見閃爍。

圖2 就圖1電路而言的3000:1 PWM調(diào)光波形

所有16個(gè)通道的完整LED亮度都是通過單個(gè)外部電阻器設(shè)定的。每個(gè)通道都有編程為同樣大小的LED電流，設(shè)定在10～50mA之間。通道之間的LED電流準(zhǔn)確度在±2%之內(nèi)。真正彩色PWM調(diào)光用降低的占空比來提供準(zhǔn)確的調(diào)光，而發(fā)出光的顏色沒有任何偏移。固定頻率、電流模式控制電路在寬輸入和輸出電壓以及電流范圍內(nèi)可穩(wěn)定工作。32引腳QFN封裝的外部電源開關(guān)和裸露的熱焊盤提供足夠的電源和熱量管理，以處理16個(gè)通道在50mA時(shí)消耗的功率和產(chǎn)生的熱量。

結(jié)論
顯然，LED已經(jīng)成為高清電視機(jī)中采用大型平板LCD顯示器背光照明的主流選擇。不過，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師仍然需要有滿足其具體設(shè)計(jì)性能要求的LED驅(qū)動(dòng)器IC，否則，他們最終可能陷入極度的困境之中。因此，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須能夠以同時(shí)滿足輸入電壓范圍以及所需輸出電壓和電流需求的轉(zhuǎn)換拓?fù)?、為很多不同類型的LED配置提供充足的電流和電壓。因此，LED驅(qū)動(dòng)器IC需要有以下特點(diǎn)，以滿足設(shè)計(jì)師的需求。

● 寬輸入電壓范圍

● 寬輸出電壓范圍

● 高效率轉(zhuǎn)換

● 嚴(yán)格調(diào)節(jié)的LED電流匹配

● 低噪聲、恒定頻率工作

● 高PWM調(diào)光比

● 小型緊湊的占板面積，需要最少的外部組件