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开辟LCD显示器市场新机遇,如何降低LED背光源成本与复杂性是关键

在5G/AIoT时代下,显示器的应用将不再局限于消费电子领域和商显车载等传统非消费电子领域,显示无处不在,各种创新应用也在大量出现。根据市场研究机构IDC调查,2020年包括便携式计算机液晶显示面板/笔记型计算机面板、监视器液晶显示面板、电视面板,出货量都将明显增长,全年出货总量高达6.59亿片、年增率达7.28%,创下过去10年以来最高纪录。

除此以外,LCD液晶显示器也广泛应用于工业控制中,尤其是一些机器的人机,复杂控制设备的面板,医疗器械的显示等等。本文将介绍如何利用亚德诺半导体(ADI)可驱动 60 个 LED 的单电感器 LED 驱动器来进一步降低LCD显示器LED背光源的成本和复杂性。By0esmc

LCD显示器背光源的选择

由于LCD具有自身不发光的缺点,所以在大多应用场合要求配套背光源。LCD常用背光源有白炽灯球、冷阴极荧光管、EL片和LED灯等,每一种背光源技术在特定的应用环境中都有各自优异的特点。传统LCD显示设备上CCFL(冷阴极荧光灯)背光技术及产品的某些先天不足,例如色域狭窄、能源利用率低其功耗较高和寿命短小等,所以人们一直在寻找着其替代技术及产品,而在这个过程中,LED背光技术产品便被纳入了人们的选用范畴。By0esmc

LED技术具有长寿命、高效率、低维护、低功耗、体积小等特点,允许LCD背光模块薄,减少LCD显示器与驱动电路之间的连接成本。同时,LED的低电压驱动,可用5-12V DC直接驱动,且转换时间很快,允许脉宽调制亮度,能够通过单独脉冲控制红、绿、蓝LED灯亮暗,可以除去全色LCD显示器面板背后的红绿蓝过滤器等优势被广泛使用。By0esmc

一个电感器、一个IC、一串LED,这就是构建一款用于LCD显示器背光源的升压型LED驱动器的传统方式。尽管对于那些只需要几串LED的小型LCD显示器而言这是一种非常合乎需要的解决方案,但在较大的显示器当中,控制器IC和电感器的数目将以倍数地增加,从而使成本开支和PCB面积要求也是节节攀升。在人们竞相采用坚固且具有出众频谱特性的LED来替代中等尺寸明亮显示器中的CCFL之过程中,这是一个重大的障碍。因此,需要一种更好的驱动器以使LED背光源的成本和复杂性与CCFL大致相当。By0esmc

灵活实现各种多串LED背光源电路

通过以高达每串30mA的电流来驱动6串各由10个LED组成的LED串,亚德诺半导体(ADI)的LT3598能满足上述要求。图1显示了LT3598用于驱动60个LED的6个通道,每串LED的电流被设置为20mA。CTRL引脚和PWM引脚分别负责提供模拟调光和数字调光功能。True Color PWM™调光提供了恒定的LED色彩和一个3000:1的调光比。图2则显示了LED串之间的+0.5%典型电流匹配准确度,它产生了始终如一的光分布,这在大型背光源应用中是非常重要的。By0esmc

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图1:用于驱动60个20mA LED的LED驱动器By0esmc

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图2:上图所示电路的电流匹配By0esmc

LT3598的高效率通过一个自适应反馈环路来优化,该反馈环路负责监视所有的LED引脚电压,以提供一个高至正好足以点亮全部LED串的输出电压。即使在VIN高于VOUT的情况下,LT3598也将继续调节LED电流。LED电流降额可基于编程LED温度(通过一个NTC电阻分压器或通过设置晶片结温来实现)。此外,该器件还具有一个内置的电源开关以节省空间和设计时间。By0esmc

作为以一个高达44V的输出电压来驱动多达6串LED而设计的器件,LT3598如果要用于驱动36个白光LED的4个信道,每串LED的电流则可以通过设置为25mA来实现;而如果要用于驱动20 个白光LED 的4个信道,每串LED的电流被设置为20mA,LED 调光功能可利用 CTRL 引脚上的模拟调光电路以及 PWM 引脚上的脉宽调制调光电路来实现。By0esmc

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驱动器用于36个白光LED和20个白光 LED的设计实现By0esmc

此外,对于那些每串LED需要多于30mA电流的应用,可以容易地通过LT3598多个通道的组合来提供较高的LED电流。下图显示出了一种能够以高达每串90mA的电流来驱动两串LED的配置。在125°C结温(最坏情况)条件下的1000:1 PWM调光波形示于下图,可通过设置TSET引脚电压来限制LT3598的内部结温。当达到该温度时,如果结温继续增加,则LED电流将线性地减小。这种热调整功能在高环境温度条件下提供了重要的保护作用,并允许针对典型(而不是最坏情况)环境温度来对某种给定的应用进行优化。By0esmc

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用于驱动两串90mA LED的LED驱动器By0esmc

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上图电路提供在125°C时的1000:1 PWM调光(左)并在高温条件下将减小LED电流(右)By0esmc

本文小结

综上所述不难发现,LT3598 是一款具有一个内置电源开关的通用型LED驱动器,适合驱动多串LED。凭借其坚固的故障检测功能,甚至还可以提供高PWM调光比。此外,当所有的LED串均开路时,一个电压环路将调节输出电压。By0esmc

此外,LED做为背光源的优点是可以取代color filter的使用。以三色RGB LED采用色序法技术,利用人类视觉暂留的特性,达到全彩的效果,因此可以取代彩色滤光片。当然,这必须配合液晶的反应速度才能达到。不过要达到此境界,仍有许多困难必须克服。而LED显著的特色就是光电转换率高、色彩饱和度高、体积小、耐振动、不含有毒物质、低压供电、对人体安全、寿命超长等。By0esmc

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