TPmicro:LED背光驱动电路设计分析

特别是电池供 LCD 白色 LED 背光驱动电路设计电产品需要优化的 LED 驱动电路架 构，这些架构要处理并存的多项挑战，如空间受限、需要高能效，以及电池电压变 化—既可能比 LED 的正向电压高，也可能低。常用的拓扑结构有两种，分别是 LED 采用并联配置的电荷泵架构/恒流源架构和 LED 采用串联配置的电感升压型架构。 这两种方案都有需要考虑的折衷因素，如升压架构能够确保所有 LED 所流经的电流 大小相同但需要采用电感进行能量转换，而电荷泵架构使用小型电容进行能量转换， 但所有 LED 并联排列得太过紧密以致电流匹配成为均衡背光所面对的一项棘手问 题。

对 LED 背光驱动电路的要求是：
1. 满足背光的亮度要求；
2. 整个显示屏亮度均匀(不允许有某一部分较亮、另一部分较暗的情况)；
3. 亮度可以方便地调节；
4. 驱动电路占 PCB 空间要小；
5. 工作效率高；
6. 综合成本低；
7. 对系统其它模块干扰小。

设计时应做好以下几点:
1． 评估显示屏的大概使用时间
选择白光 LED 驱动器时，需要考虑到显示屏的使用频率。如果显示屏会被长时间背 光观看，拥有高效率的转换器对电池使用时间就显得至关重要。较大的显示屏需要 较多的 LED，而显示屏使用时间较长的应用则会从能效更高的升压型拓扑中受益。 相反地，如果显示屏仅用于短时间背光，那么效率就可能不是一项关键的设计参数。
2． 仔细考虑 LED 选择
LED 技术持续快速改进，制造商在使用新的材料、制造技术和 LED 设计来为同等 大小的电流释出更大的光输出，这样一来，几年前需要 4 个 LED 进行背光的显示屏 如今可能采用 2 个 LED 就能实现同样的背光亮度。不仅如此，过去通常使用冷阴极 荧光灯(CCFL)进行背光的 4 到 7 英寸较大显示屏，如今正在转向使用 LED 进行背光。此外，LED 的正向电压正趋向更低。因此，不仅需要考虑驱动器制造商的数据表曲线上的驱动器效率，还需要基于采用所选 LED 对驱动器进行的评估来予以考 虑。表 1 列举了几款 LED 的一些重要规范，显示了这些 LED 在正向电压和发光亮 度等方面的差别。需要说明的是，正向电压范围的变化较大，这意味着驱动器的效 率应该采用 LED 规范的极限值来进行评估。
3. 注意布线
即使各个LED采用 10 到 20mA的极低电流来驱动，流经转换器的峰值电流也明显 高得多。这对于电感拓扑结构而言犹为如此，因为峰值开关电流可能是LED平均电 流的 10 到 20 倍。因此，需要使用适当的低损耗布线技术。对电荷泵型拓扑结构而 言，电容应该布置在邻近驱动器的位置，使回路面积减至最小以避免辐射开关噪声。 对于电感升压型转换器而言，输入和输出电容以及电感应设在邻近驱动器的位置。 此外，电流设定电阻(Rfb)应该直接连接至芯片的接地，因为内部参考和检测电压之 间的错误会直接影响LED电流精确度。
4. 在真实环境下测您的试产品 考虑显示屏在外界高亮度光照条件下的表现，并确保软件调光控制拥有足够的动态范围，从而在预期的光照环境下能够充分地对显示屏进行调光。

应该注意避免以下问题
1． 忘记考虑边界和故障模式
错误总会发生，如果 LED 对地开路或短路，驱动器应该如何处理这个问题？对于电
感升压驱动器而言，如果 LED 串开路，输出就会激增，因为恒定电流会对输出电容 进行充电，从而需要过压保护，但这种功能可能会、也可能不会集成在驱动器中。 这在工厂测试中可能会成为一个问题，因为显示屏在某些测试步骤中可能还未被安 装。此外，评估产品开启时的浪涌条件也很重要，因为此间大量的电流消耗可能将 电池电压降低到最低工作阈值之下。采用软启动和/或对不同电路模块进行软件排序 就能够将这个问题最小化。
2． 只盯着峰值效率 由于用户可调节背光亮度，因此需要考虑显示屏背光预计会在大多数工作时间内的
驱动器效率。评估驱动器的效率时，需要考虑 LED 预计的工作条件、电池电压范围
和正向电压变化。电感型驱动器拥有更佳的峰值效率，对输入和输出电压变化也有 更大的容限。
3． 忽视外部元件选择 在所有设计案例中，都应该考虑采用低的等效串联电阻(ESR)X5R 或 X7R 陶瓷电
容使损耗降到最低。同样在电感型案例中，(若有外部的)肖特基整流器的正向电压
降和电感的 ESR 会影响效率。举例来说，使用带有 0.3Ω ESR 的电感来以 20mA 电流驱动 5 个串联的 LED 时，效率会比带 1.3Ω ESR 的电感高 5%。当然，这并 不是没有代价的，因为电感的 ESR 越低，提供相同电感值所对应的尺寸越大。所幸 的是，如今也有许多新型的小尺寸电感器，它们容许 LED 驱动器置于显示器的下面。
 

常用LED背光驱动：RT9293 TP3984  TP3990  G5126  TP3992   TP3989   TP3919  TP3915  RT9284  

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