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大功率背光源用LED驱动电路的研究现状与进展

导读: 结合具体的LED 驱动电路控制芯片,对峰值电流控制型、平均电流控制型、单级单开关非隔离型LED 驱动电路的原理、优缺点和性能改进措施做了论述。

  1 引言

  作为LCD 的背光源,LED 现在已显露出取代CCFL 的趋势。与传统的CCFL 相比,LED 背光源具有色域宽、色彩还原性好、可控性强、寿命长、不含汞蒸气和其他有害气体等优点。LED 背光源还能实现CCFL 无法相比的分区域色彩和亮度调节功能,从而更加精确地实现色彩还原和画面的动态调整,在显示不同画面时,可以使亮度与对比度进行动态修正,以实现更好的画质。

  据预测,到2013 年,将有90% 的笔记本电脑和40% 的液晶电视使用LED 背光源。由于LED是一个低压非线性半导体器件,LED 的正向电压会随着电流和温度的变化而变化,需要有驱动电路才能保证其稳定可靠地工作,因此,研究大功率背光源用LED 驱动电路的解决方案,是一项具有前沿性和现实性的工作。

  目前,大功率背光源用LED 驱动电路有峰值电流控制型、平均电流控制型、单级单开关型3 种类型,这3 种LED 驱动电路各有特点。本文结合具体的LED 驱动电路控制芯片,从原理、优缺点、性能改进措施等方面对这3 种类型的LED 驱动电路进行了分析,并对正处于研发阶段的高性能脉冲恒流源型LED 驱动电路的原理做了简要的介绍,最后分析了大功率背光源用LED 驱动电路的发展趋势。

  2 峰值电流控制型LED 驱动电路

  峰值电流控制型LED 驱动电路目前应用最为广泛,这种电路的效率可达90% 以上,而且具有电路简单、成本低的特点。HV9982 是这种电路的典型控制芯片。HV9982 有三路输出,R、G、B 各一路,最高输入电压为40 V, 最多可以同时驱动54 颗LED, 具有输出短路保护、输出过压保护、Hiccup 模式保护功能。图1 是HV9982 的应用电路。图中只画出了一路输出,其余两路输出与这一路相同。

 

图1 HV9982 应用电路

  HV9982 的工作原理为: L1 、D2、Q1、C14 组成Boo st 升压变换器电路,CS 引脚检测流过Q1 的电流,当流过Q1 的电流超过一定值时,Q1 关断,从而实现恒流输出。Q2 起输出过压保护和调光的作用,OVP 引脚用来检测过电压,当此引脚的电压超过5 V 时,Q2 关断,同时HV 9982 内部的计时器开始计时,当计时完成后,再次检测OVP引脚上的电压是否超过5 V, 不超过则Q2 导通,超过则Q2 继续关断,如此重复。调光时,当PWMD 引脚为高电平时,Q2 导通; 当PWMD 引脚为低电平时,Q2 关断,将LED 从电路中断开,防止输出电容通过LED 放电。改变PWMD引脚调光信号的占空比,就可调节LED 的亮度。

  峰值电流控制型LED 驱动电路虽然具有电路简单、成本低等优点,但也存在一定的缺点,具体表现在:

  (1)电路可能会因次谐波振荡存在运行不稳定的风险,采用斜坡补偿可以解决这个问题,但是如果某些LED 驱动芯片不支持振荡器电容连接,斜坡补偿会很难实施。另外,斜坡补偿也会引起被检测电流与实际LED 电流之间的误差。有的学者试图采用固定关断时间( 而不是固定频率) 的工作方式来解决这一问题,这样虽然可以解决次谐波振荡问题,且占空比也大于50%, 但是为了增加占空比就必须降低频率,从而导致频率在占空比范围内的大幅波动。

  (2) 对噪声敏感,抗噪声性能差。因为电感处于连续储能电流状态,与控制电压编程决定的电流、电平相比较,开关器件的电流信号的上升斜坡通常较小,电流信号上的较小噪声就很容易使开关器件改变关断时刻,使系统进入次谐波振荡。

  (3) 峰值电感电流的大小不能与平均电感电流的大小一一对应,在占空比不同的情况下,相同的峰值电感电流可以对应不同的平均电感电流,在输入电压变动的情况下,流过LED 的平均电流发生改变,恒流精度不高。

  为了进一步提高峰值电流控制型LED 驱动电路的性能,目前,研究人员主要在以下几个方面对其进行改进:

  (1) 采用频率抖动技术改善EMI 特性。未采用频率抖动技术时,各次谐波较窄而且离散,幅值在谐波频率处较高。图2 是采用了频率抖动技术的LED 驱动电路的传导EMI 峰值和平均值测试结果。采用该技术可使谐波幅值降低并且变的平滑,高次谐波接近连续响应,减少EMI 的效果十分显著。

 

图2 传导EMI 峰值和平均值测试结果

 

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