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LED背光控制器调光方法讨论

LED调光有很多方式,依系统应用的不同需求,有不同的选择,可以依LED输出电流波形的不同,区分为脉宽调制调光(PWMDimming)与模拟调光(AnalogDimming)两种。简单的说,所谓脉宽调制

  LED调光有许多办法,依体系运用的不同需求,有不同的挑选,能够依LED输出电流波形的不同,区分为脉宽调制调光(PWM Dimming)与模仿调光(Analog Dimming)两种。简略的说,所谓脉宽调制调光就是指LED的输出电流是一个LED导通和LED不导通的周期性方波输出,藉由改动方波波形的导通时刻宽度来调理LED的均匀电流巨细,来到达调光的功用。所以LED均匀电流值能够等于方波的导通周期乘以最大电流,亦即ILEDavg = Duty(%) × ILEDmax,如图(一)所示。

  

  图(一) 脉宽调制调光(PWM Dimming)

  模仿调光是LED的输出电流是一个模仿的输出波形,藉由改动输出电流电平的巨细来调理LED的电流值,到达改动光源亮度调光的功用,如图(二)所示。

  

  图(二) 模仿调光(Analog Dimming)

  假如考虑到LED调光的输入操控信号的话,依据LED调光的输入操控信号,及LED输出电流波形的不同,可概括为4种组态,如表(一)所示。这些不同的调光操控办法,别离运用在照明方面,如商用照明、办公室照明、居家照明等室内照明需求及显现器或液晶电视的背光模块中,体系业者依据不同的产品运用标准,能够挑选优化最具竞争力的调光办法。

  

  表(一) LED调光分类

  曩昔面板背光源是选用冷阴极灯管CCFL,因为电流跟亮度的曲线没有很线性,所以就选用PWM调光操控,此一趋势一向沿用到现在的LED背光操控,而为了简化架构不做太多的改动,调光的输入操控信号就保持运用PWM调光,调光频率为大于100Hz数字信号,以LED输出电流的波形是数字或模仿来界说PWM调光或模仿调光。表(二)为脉宽调制调光与模仿调光的特性比较表,有助于了解两者特性的不同。

  

  表(二) 脉宽调制调光与模仿调光的特性比较表

  总归,假如不了解各种LED调光办法特性及优缺点的不同及实践体系端的运用,并不简略找到正确的调光办法。本文会提出一些剖析,透过这些剖析,了解LED调光办法和其优缺点就能够挑选恰当的调光办法与LED驱动IC进行运用。

  (一)LED驱动IC脉宽调制调光运用(PWM Dimming)

  图 (三)是一个升压单串LED电流,脉宽调制调光运用线路。DIM Pin输入信号为脉冲信号,LED电流为了到达脉冲波形输出,必然需求在LED的途径上串接一个功率开关Q2,当DIM Pin输入信号为高电平时,驱动IC开端动作,对磁性组件电感进行储能与释能,将输出电压升高到足以让LED串导通,一起调光开关Q2导通(Turn On),所以LED输出电流立刻树立。

  

  图(三) 脉宽调制调光运用线路一

  当DIM Pin输入信号为低电平时,驱动IC不动作,输出电压无法树立让LED串导通,一起调光开关Q2截止(Turn OFF),将LED输出电流同步截止。所以脉宽调制调光运用线路(PWM Dimming)需求添加一个调光开关Q2在LED串联的途径上,来到达较佳的脉冲输出。

  这种脉宽调制的调光办法,是改动脉冲导通周期的巨细,能够到达1000:1的调光周期(dimming ratio),所以具有较佳的凹凸亮度明暗比照。在现在的消费性电子产品显现器和液晶电压广泛的运用。

  图(四)是一个实测的波形,输入电压20V,LED串的电压约50V,LED电流500mA,在1KHz / 50%调光下的LED电流波形跟升压开关Q1 Gate的电压波形。由波形可知,LED输出电压纹波电压小,LED电流为一导通/不导通的电流信号,LED驱动IC DRV pin驱动信号是一高频切换周期跟着调光信号做开及关的切换,脉宽调制调光(PWM Dimming)所发生的高频及不接连的输出信号简略衍生出EMI、音频搅扰及面板显现器纹波等等问题。

  

  图(四) 实测波形一

  图 (五)是一个升压单串LED电流,脉宽调制调光运用线路。为了节约本钱,把本来应该串接在LED串途径上做调光用的开关组件Q2给移除。当DIM Pin输入信号为高电平时,驱动IC开端动作,对磁性组件电感进行储能与释能,把输出电压升高,但跟着输出电压树立的进程,LED串电流也开端渐渐导通。

  

  图(五) 脉宽调制调光运用线路二

  当DIM Pin输入信号为低电平时,驱动IC不动作,贮存在输出电容COUT上的电压会经由LED串途径渐渐泄放掉,在调光形式下LED的电流波形,为一个近乎失真的脉冲波形,如图(六)所示。

  

  图(六) 实测波形二

  把 LED串的调光开关组件省掉,这种运用最大的长处是可节约本钱,可是供给一个粗糙的亮度调整,运用眼睛视觉暂留反响较慢的特性作为滤波功用,线路的切换频率随调光频率开开关关,在调光频率Off时,LED仍然流出电流,输出电压下降,在调光频率ON时,输出电压会不足以让LED串彻底导通,驱动IC内部的差错放大器必然动作去添加电感能量,使输出电压上升。

  如此,会献身了线路特性,LED输出电压纹波显着变大,LED输出电流既非脉冲输出也非线性输出,所以LED调光电流的线性度,LED均匀电流和亮度的线性度会欠安。在调光周期小时,有或许会有闪耀状况,所以调光周期规模会受限,调光的比照度也会显着变差。EMI、音频搅扰及面板显现器纹波等问题都仍然存在,所以这不是一个好的调光办法。


  (二)LED驱动IC模仿调光运用(Analog Dimming)

  图(七)是通嘉科技新推出的单串升压式线性调光操控器LD5857,DIM脚位运用输入PWM信号,将调光周期用于调理IC内部反应参阅电压VREF(MAX),如图(八)所示。

  DIM脚位操控%&&&&&%内部参阅电平VREF(MAX)导通周期,周期的电压电平为0.3V方波,所以将VREF(MAX)转变为一随DIM脚位周期而发生的方波(电压电平为0.3V),从而发生一VREF=Duty×VREF(MAX),使反应信号电压电平VFB=0.3V×Duty,藉由GM跟补偿电容C组成低通滤波LPF,得到一近似直流DC的COMP pin电压电平VCOMP值。

  

  图(七) 模仿调光运用线路

  

  图(八) 模仿调光操控办法

  DIM脚位的调光频率主张大于4 ~ 10的FC(FC : Cut Off Frequency注1),VCOMP会得到最佳DC值,构成模仿信号调光Analog Dimming。这种调光办法,在DIM Off时LD5857 DRV Pin仍然动作中,电感电流改变弛缓,较低的电感电流纹波且输出LED的电流改变缓慢,因而输出电容电压不会有纹波,所以电感及%&&&&&%不会出现像PWM调光时所发生的振荡噪音。

  LED输出电压电流的波形,如图(九)所示。因为调光办法是模仿调光,所以在LED串途径上不需额定的开关组件做调光,所以操控办法简略,线路本钱较廉价,调光时LED峰值电流下降,有助于延伸LED寿数。且电感电流为接连波形非Burst波形,电感纹波电流小,Audio Noise问题不存在,也没有EMI及音频搅扰问题。调光线性度佳,LED纹波电流小,无纹波问题。

  

  图(九) 实测波形三

  WLED 在背光方面简直已全面运用,在照明方面的普及率也已越来越高,针对不同体系运用需求,PWM与模仿调光办法别离适用在各个不同的范畴,且各有优缺点。可是现在全世界面板发展为要求低功耗及高分辨率,为了节约导光板,使得光贮存度下降,使得面板关于噪声的搅扰愈加灵敏,而PWM调光是归于低频率调光,所以面板亮度的质量改变更简略遭到影响。

  而模仿调光是归于振幅调光,电流比照于亮度的调整是线性操控,所以面板亮度的质量不会遭到调光搅扰。且为了彻底彻底改进PWM调光所形成的其他问题,一些面板业者已逐步选用模仿调光来替代脉宽调制调光。为了因应这股趋势,通嘉新推出的 LD5857驱动器,在0% ~ 100%的调光规模,有绝佳的调光线性度,如图(十)所示。至于模仿调光的色偏问题,面板业者也已活跃改进LED电流跟颜色偏移度的联系,已有不错的效果。

  

  图(十) 模仿调光电流线性度

  因为现代人遍及长时刻运用计算机,简略形成眼睛疲惫的问题,原因为显现器面板背光是选用的是PWM调光,尽管PWM调光频率高于人眼的视觉暂留,所以感触不到LED闪耀的现象,但PWM调光仍是归于一个低频率开关LED办法来调光,长时刻运用下来,PWM调光办法对眼睛仍然是一个担负,所以眼睛简略有的疲惫问题,而模仿调光办法正好能够处理一般计算机屏幕闪耀对眼睛所形成的疲惫,也供给了不俗的显现体现。

  尽管现在在高阶液晶电视方面,因为需求有较高的比照度特性,所以现在仍选用PWM调光,但一般的液晶电视及显现器,也已开端评价及选用模仿调光办法,信任在不久的未来,模仿调光办法一定会逐步广泛运用在显现器及液晶电视背光方面。

  注1: FC: Cut Off Frequency又称-3dB截止频率,信号频率高于截止频率时,信号输出会大幅度衰减。

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