背光驱动电路的选择策略和应用.doc
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1、背光驱动电路的选择策略和应用越来越多的便携式消费电子产品配备了彩色显示屏,例如手机、数码相机、PDA、MP3、PMP播放器等,其中手机又占据了这个市场的绝大部分份额,从而导致了这两年来中小尺寸显示屏产业链的飞速发展。根据应用的不同,显示屏会有不同的种类,例如TFT-LCD、CSTN-LCD以及OLED显示屏,从市场的应用看,OLED显示屏只是在折叠式手机的副屏以及MP3的市场上占有一定的份额,而市场的主流依然是TFT和CSTN,这两种类型的LCD屏占据了现有的中小尺寸显示屏出货量的绝大部分。本文重点就中小尺寸的LCD显示屏的背光驱动解决方案作一个分析介绍。 背光驱动的技术分析LCD显示屏自身并
2、不发光,为了可以清楚的看到LCD显示屏的内容,需要一定的白光背光源。在中小尺寸LCD显示屏中,一般采用白光LED作为显示屏的背光源。白色LED背光电源由数个白光LED组成,如手机、数码相机一般仅需要2到3个白光LED,而PDA和PMP则根据其显示屏的面积,可能需要3到6个LED。对背光驱动电路的要求是:满足背光的亮度要求整个显示屏亮度均匀(不允许有某一部分较亮、另一部较暗的情况)亮度可以方便地调节驱动电路占PCB空间要小工作效率高 综合成本低 对系统其他模块干扰小根据应用场合不同,系统设计者关注的重点可能会有所差别,例如对于低成本的产品方案中,可能会把整个驱动电路的成本放在第一位,对于手机的应
3、用中,白光驱动电路对其他模块是否会产生EMI干扰则是要重点考虑的因素,而在MP3应用中,又有可能对EMI干扰不太关心。白光LED驱动器基本上有两种驱动方式:一种是采用电感升压式DC/DC升压变换的原理来驱动,所有的LED串联接在一起,一般也叫做串联型驱动方式;另一种是采用升压式电荷泵驱动电路,所产生的电压一般在5V/4.5V或者是根据LED的正向导通电压而自适应确定的一个电压,所有的LED并联在一起,一般也叫做并联型驱动方式。串联驱动电路从技术发展的角度看,串联型驱动出现的比较早,技术上也比较成熟。 以启攀微电子的CP2126为例,典型的串联型驱动电路如图一所示:以CP2126为例,一般而言,
4、采用串联方式使流过每一个LED的电流都一样,则发光的均匀性好;同时由于其升压原理,所产生的电压依赖于LED导通指定电流时所需要的电压,反馈电压CS内部设定为95mV,可以计算出当需要15mA的LED电流时,R1的值应该为:R195mV/15mA=6.3ohm无论是驱动2个LED还是多达5个LED,都可以通过改变R1的电阻值可以灵活的设定LED的亮度,在SHDN引脚施加一定占空比的PWM控制信号,可以使LED的亮度从不亮到满亮度之间无级可变。在CP2126的设计中注意了两个问题:1、避免了EMI的干扰问题CP2126避免了一般的串联型LED驱动电路中电感和大电流开关所产生的EMI干扰问题,对于例
5、如MP3、PMP之类的应用场合,这个问题可能影响不大,但是在手机应用中,EMI干扰会造成手机的接收灵敏度变差。CP2126通过优化了内部电路的设计,避免了这个问题。下表对比了两款串联驱动芯片在相同的应用情况下,对手机接收灵敏度的影响。可以看到,CP2126的工作与否对手机接收灵敏度的指标几乎没有影响,而芯片X在工作时,由于EMI的干扰造成了手机接收灵敏度的下降。同时,CP2126在输入3.6V驱动3个白光LED的典型应用情况下,可以达到83的转换效率。PCB设计也会对电路性能有比较大的影响。一般而言高频部分的走线应该尽可能的短而粗,对地的过孔尽可能的大而多,在CP2126的相关资料中对此都有比
6、较详细的说明。2、内置输出开路保护电路在应用中,有可能出现LED的开路故障情况,在这种情况下,由于CS引脚的反馈电压始终为0,如果没有保护电路,这种升压型的电路就会一直升压直到内部的开关管被击穿而损坏。所以,没有内置开路保护电路的芯片会要求外部增加一个Zener二极管,利用它的击穿来保护内部的开关管。保护电路如下:显而易见,这样的保护电路又增加了系统的成本和PCB板的面积,另一种保护方式是增加一个引脚,采用如SOT236L的封装,对VOUT的电压采样并进行检测。CP2126的设计可以保证外围应用电路无须做任何改动,在LED开路的情况下芯片依然不被损坏,当故障状态解除后,芯片又可以正常工作。并联
7、驱动虽然串联驱动电路具备了效率高的优点,但是整体的解决方案需要一个电感和一个肖特基二极管,这又额外的增加了系统成本,使得最终的综合成本和并联相比,并不一定有优势。同时,贴片电感的体积较大,一般有5.2mm*5.2mm大小,同时还有可能产生EMI干扰。固定模式并联驱动电路早期的并联驱动电路只是解决了LED所需要的电压问题,它把电池电压统一通过电荷泵的方式升压到5V或者4.5V的这样一个固定的电压,然后每一个LED通过串联一定的电阻阻值来控制LED的电流。电荷泵电路的一个基本缺点在于,在给定的输出电压要求情况下,随着输入电压的变化,转换效率变化很大,理论上,两倍电荷泵电路所能达到的最高效率为:Ef
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