据超高能效设备与电器推行(SEAD)项目估量，电视机能耗大约占全球居民耗费电能的3%至8%。由劳伦斯伯克利实验室展开的研讨剖析以为，假如选用愈加高效的LED驱动等先进技能，将能够显着下降电视机的能耗。
简直毫无疑问的是，选用LED背光照明的液晶显示器(LCD)技能是到达权威机构主张的功率方针的仅有可行办法。等离子电视机的缺陷是每个像素都是有源发光体，因而其功耗直接正比于像素的数量。在相同分辨率和亮度条件下，高清等离子电视机的功耗大约是LCD显示器的2至3倍。而广为宣扬的OLED技能并没那么快上市，并且这种“极度前沿的”大屏幕技能要求的投资额是十分巨大的。但是，选用现在最先进的TFT-LCD技能和具有“智能”直接LED背光照明及部分调光功用的大显示屏要比OLED廉价许多，而功耗和图画质量附近。
但现在的液晶电视机，包括选用LED背光照明的液晶电视机，仍与它们在往后几年中要到达的功率方针有必定距离。不过最新的LED驱动电路规划技能具有显着的节能作用，在协助电视机制作商满意严厉的功耗要求方面能够发挥较为深远的作用。
不断改动的电视机功耗规范要求
动力之星电视机功耗规范是2008年推出的，这个规范中的电视机功耗目标每年都会不断下降。因为不论多大尺度的电视机，现在规范答应的最大功耗都是85瓦，因而对大屏幕电视机来说规划应战会愈加艰巨。
尽管动力之星是自发规范，但具有很大的影响力，并且也不是仅有的一种法规。例如加州动力委员会就公布有自己的规范。他们这个规范比动力之星规范还要严厉，并且具有很大的杀伤力——它制止在加州区域出售不能满意其能效目标的电视机。在欧洲，相关法规也已公布很多年了，答应对白色家电的能耗进行直接比较(欧盟动力标签)，顾客常常把它作为购买决策的根本依据。对电视机、轿车等产品来说这些法规现在都是强制性的。
LED背光照明的作业原理
因为LED背光照明功耗约占液晶电视机整个体系功耗的30%至70%，因而进步背光照明电路功率对改善体系功率有适当大的作用。正如电源体系规划中常常遇到的状况那样，许多不起眼的功率改善办法组合在一起能够完成显着的节能作用。
LED背光照明的完成办法首要有两种(见图1)。在直接或边际点亮式背光照明计划中，LED放置于屏幕的边际，并经过导光设备将光线均匀的散布到整个显示器。这种计划在大至40英寸的屏幕中具有很好的光学均匀性，并且背光照明部件的厚度只要5mm至10mm。
图1：液晶电视机能够选用两种LED背光照明办法中的一种。
在直接背照体系中，LED直接布置于LCD的后边，具有低功耗、杰出的热规划和优异的可扩展功用，特别是对屏幕尺度没有约束。这种屏的厚度一般要比边际点亮型屏厚，但借助于最新的发光技能，现在这种显示器厚度也能够做到8mm了。直接背光照明的一个重要长处是，它能够完成杂乱的部分调光功用，然后下降功耗，进步动态对比度，使最新的电视机规划能与OLED相媲美。
LED背照体系的架构挑选
规划师一般会依据最大极限地节约能耗和显着增强图画质量规范来挑选LED背照驱动体系的架构。别的，规划师也期望能在本地操控LED串和最低的资料清单(BOM)本钱之间获得最佳平衡。
单串和单个DC/DC转换器
这种计划用开关电源(SMPS)给成串放置的背照LED供给电压，并用电流槽来调理流经LED串的电流。为了尽量下降功耗，ILED电流槽处的电压要求比必需电压高一点，以便保证LED能够接收到规则的电流(见图2)。
图2：单串、单个DC/DC转换器的背照体系架构。
常见的规划办法是树立一个从ILED电流槽到开关电源的反应途径，用于调理开关电源的输出电压。这条反应途径树立后就答应不同LED之间存在的正向电压(Vf)改动。白色LED的Vf典型值约为3.2V，但不同LED的改动或许高达±200mV。因而，在有10个LED的串中，总的VLED电压值或许在30V至34V规模内。
DC/DC转换器要求的输出电压能够表明为：
假定VSINK为0.5V，那么ILED电流槽有必要将VDC-DC调整到30.5V至34.5V规模内，详细取决于实践的LED正向电压。
多串和多个DC/DC转换器
单串的LED很少能够满意要求，因为跟着串中LED数量的添加，DC/DC转换器的输出电压也要随之添加。在VOUT/VIN超越某个比值后，开关电源的功率会急剧下降。因而LED背光规划师能够运用多个LED串来防止开关电源输出过高的电压。
最简略的办法是每个串仿制单个串单个DC/DC转换器的拓扑(见图3)。这种办法的优势是功率高，因为每个串的电压能够独自调理。缺陷是本钱高，因为每个串需求自己的DC/DC转换器、MOSFET、线圈、二极管和输出电容。为了节约BOM本钱，规划师能够经过运用长串来削减LED通道的数量，即在每个串中运用更多的LED。但这种办法会献身体系完成部分调光的才干，而这是别的一种重要的节能技能。因而这种拓扑不论怎样改换都不会特别吸引人。
图3：每个LED串运用独自的DC/DC转换器是一种贵重的计划。
多个串运用一个DC/DC转换器
多个串加上单个DC/DC转换器的拓扑是下降BOM本钱的一种更好办法(见图4)。该办法的缺陷是，开关电源的电压有必要调理到高过具有最大正向电压的那个LED串，这意味着体系的作业电压要高于具有较低正向电压的那些串所必需的电压，也即意味着ILED电流槽有必要从具有较低正向电压的LED串上耗费过多的功率，这会发生有必要从电路板发出的过多热量，然后下降能效。
图4：选用一个DC/DC转换器接多个LED串的拓扑时，开关电源的电压无法做到最优。
多串混合架构
整合了多串部件和多个DC/DC转换器的架构能够在功率和BOM本钱之间供给最佳平衡。这种混合架构(见图5)有多个DC/DC转换器为LED串组供电。
图5：混合架构能够在BOM本钱和能效之间到达最佳平衡。
这种解决计划能够供给最高的总体能效，因为它整合了直接背照体系中的部分调光优势和杰出的DC/DC输出电压调理功用，并且还能够经过高效的多个串、多个DC/DC转换器架构供给真实的BOM节约。
调理电流以匹配LED的特性
LED制作工艺会形成不同LED之间的亮度和色温有很大的改动。为了便运用户，白色LED制作商会将每个制作的单元分配到在色彩、亮度和正向电压方面功用适当的LED组或“箱”。但制作商针对每个亮度和色温箱制定的标准只在特定标称作业条件下才有用。这意味着LED电流有必要设置为数据手册中规则的标称电流才干发生规则的亮度和色彩。
结果是，只能经过数字PWM操控信号将任何一个LED的电流切换到导通(标称电流)或关断(零电流)状况才干完成调光和亮度操控功用。在模仿调光时，LED将作业在规则的标称电流规模之外，这将导致不行承受的色温改动和不良的LED至LED亮度匹配(见图6)。
图6：来自相同箱的LED亮度只要在标称电流时才干保证匹配(本例中为20mA)。
电流槽特性
因为LED要求彻底安稳的恒流电源，因而LED驱动器的首要作用只需是在导通时将电流设为标称值，在关断时将电流设为0A。这样，操控调理精度的反应环路要求运用特别精细的电流槽(见图7)。
尽管商场上有各种电流槽规划，但电视机背光照明的高精度要求(电流调整率高于±0.5%)需求运用精细运放来设置独立于ILED电压的ILED电流。但在背光照明驱动器运用中，使命更具应战性，因为即便电流槽的电压下降到十分小时也有必要坚持电流调整的精度。
这是一个很难满意的要求，但AMS公司供给的四代高精度电流槽LED驱动器——AS369x、AS381x、AS382x、AS385x便是特别针对这种运用规划的。这些器材也选用了偏移补偿式运放。电流槽驱动器要求漏极处于最小电压值(VDS(sat))，以便保证电流槽晶体管在饱满区内具有完好的精度并能够正确地作业。在饱满区内，栅极-源极电压首要用于操控输出电流。
假如想要电流槽高功率地作业，VSET和VDS之间的压降要低，这一点很重要。选用运放并内置偏移抵消功用的LED驱动器能够坚持VSET电平低至125mV至250mV。要想使VDS具有超越VDS(sat) 150mV的额定余量，电流槽的总压降有必要在400mV左右。关于具有8个LED的串来说(此刻Vf?= 8 x 3.2 = 25.6 V)，ISINK中的功率丢失约为1.5%。当AMS背光LED驱动器中不包括偏移抵消功用时，VSET的值将更高，这将使电流槽的功率丢失更多。
图7：电流槽规划;精细电流槽要求运用带偏移补偿功用的精细运放。
用于优化功耗的反应调理机制
如上所示，从LED驱动器到开关电源树立的反应途径将漏极电压设置为最低要求值。输出电流槽能够用简略且老练的电流输出驱动器加上一个外部电容来完成(见图9中的左图)，或许运用能够设定发动/开释时刻并用数模转换器操控电流输出的数字操控电路来完成(IDAC)(见图8中的右图)。
图8：至开关电源的反应环路的两种不同完成办法。
这两种解决计划都具有很高的功率，能运用各种带电压反应环路的开关电源，并且都能够经过将反应回路从不止一个驱动器连接到同一开关电源来完成，这正是混合架构体系的要求。
但是，第二种数字完成办法具有一些特定的优势。除了相同不要求运用输出%&&&&&%外，这种数字电路还能让规划师自由地界说反应体系的发动和开释时刻。经过挑选快速发动时刻以及开释延时和相对缓慢开释的组合，能够显着进步显示器的功用。这种优点在要求快速改动亮度的场合特别显着。在这种状况下，当屏幕从漆黑改动到全亮时，快速发动时刻能够消除可察觉的亮度瑕疵。模仿解决计划(见图8)是在很短的暗帧期间逐步调理LED输出的，因而下一个亮帧到达全亮会有个可见的推迟。
这个现象会让电视观众分神，因为电影和其它视频内容的帧与帧之间有很大的动态规模。这种瑕疵能够用数字调理电路来消除，办法是在开释操作中刺进几百毫秒的延时。这样，当亮帧被一系列短的暗帧中止时，第2个亮帧将从全亮时开端，因为驱动器会主动推迟电压下降进程。AMS产品中就运用了能够完成开释推迟的数字反应算法。
LED驱动器IC中集成的别的一个有用功用是快速串行外设接口(SPI)。在直接背照电视机中，LED被安排在很多相对短的串中，因而小尺度的显示屏能够经过调暗光线到达节能的作用。一般这种安排在16×16的场矩阵中包括256个通道，每个通道能够经过脉宽调制(PWM)独自装备。但运用可变PWM宽度和延时发生256个PWM信号是一个极耗处理器资源的使命，即便是最快的微操控器也会不堪重负。
因而这些背光照明体系都是运用集成在LED驱动器IC中的PWM发生器，这样就能够经过简略的SPI数据传输来装备亮度。在具有多个驱动器IC的架构中(如每个IC有16个通道，一共16个%&&&&&%有256个通道)，LED通道能够经过树立SPI信号菊花链并将VSYNC帧中运用的数据传输到前一帧进行装备。
在这种计划中，经过SPI的数据传输速度能够到达20Mb/s，或在400Hz帧速率时到达50kb/帧。这个速度满足快到以同步实践帧的速度改动每个场的调光作用。因而只需很少的微操控器开支就能够完成理想的部分调光功用。
边际照明体系的智能调光功用
这种部分调光技能只能用在直接背照体系中，不过在边际照明体系中也能够完成一些特定的智能调光技能。尤其是PWM调光，它能在不改动白色LED的色温条件下改动亮度。与让边际照明LED永久设为一个特定的亮度值不同，这时的亮度能够经过改动脉冲宽度来动态改动。
还有一种节能技能叫动态亮度调理(DLS)。选用这种技能后，LCD的白色/亮度值能够在某些场合添加，然后答应下降背光LED的功率输出。
运用环境光线传感器(ALS)是别的一种下降功耗的办法。假如放置电视机的室内光线适当暗，能够减小背光灯亮度(见图9)
图9：运用智能LED驱动器和智能ALS传感器的节能办法。
电视机制作商正在研讨更为杂乱的办法。举例来说，照相机开端进入显示器规划中，它能让顾客在电视机上运用视频电话服务，如Skype。这些照相机还能够用来检测是否的确有人在看电视。假如电视机开着，但房间里没人，能够主动将背光灯下降到最低亮度。
乃至还能够完成定制的能耗形式。尽管你或许喜爱在下降背光照明亮度的动力友爱生态形式下观看电视，但家里的其它成员或许喜爱高亮观看。
总归，经过完成现在先进的高效LED驱动技能能够到达显着的节能作用。因为愈加严厉的法规在不断下降新款电视机答应耗费的最大功率，这种技能的重要性将越来越杰出。
