【導(dǎo)讀】近年，電視機(jī)顯示屏已經(jīng)逐步從CCFL時(shí)代過渡到LED時(shí)代。顯示屏日益大型化，LED背光驅(qū)動(dòng)技術(shù)也是不斷發(fā)展。本文將從傳統(tǒng)升壓型LED驅(qū)動(dòng)以及降壓型LED驅(qū)動(dòng)分別進(jìn)行講解，教大家一步步做好大尺寸LED屏的背光驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
傳統(tǒng)升壓型LED驅(qū)動(dòng)
傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)采用升壓型Boost電路，簡化電路形式如圖1所示。
圖1：傳統(tǒng)升壓型LED驅(qū)動(dòng)
升壓型的LED背光驅(qū)動(dòng)，其輸入電壓VIN低于LED Light Bar的管壓VF，通過V1、L1、D1進(jìn)行升壓，LED定電流和電流平衡控制模塊實(shí)現(xiàn)電流控制。
圖1中，多路的LED Light Bar存在一個(gè)VFmax (VF最大值)，每路VF電壓與VFmax的電壓差為△VF =（VFmax-VF）。如流過每條LED Light Bar的電流設(shè)定為ILED的話，則每路的功率損耗P=△VF×ILED。該損耗最終加在LED定電流和電流平衡控制模塊上，產(chǎn)生發(fā)熱，整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路能效降低，造成能源浪費(fèi)。
解決該問題可以有兩種方法：
1、LED Light Bar廠家控制每條Light Bar的VF電壓，保證VF電壓的一致性，減小△VF，也就是需要篩選單顆LED，嚴(yán)格控制VF范圍。
2、改變LED驅(qū)動(dòng)電路形式，驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，采用降壓型的開關(guān)電路。
降壓型LED驅(qū)動(dòng)工作原理
降壓型LED驅(qū)動(dòng)采用降壓型開關(guān)電路，簡化的電路形式如圖2所示。
圖2：降壓型LED驅(qū)動(dòng)電路
輸入電壓VIN高于燈條的VF電壓，通過開關(guān)管、電感、續(xù)流二極管進(jìn)行降壓，LED定電流和電流平衡控制模塊實(shí)現(xiàn)電流控制。
為了減小流過LED的紋波電流，電感電流一般工作在電流連續(xù)模式，電感的電流波形如下圖3所示
圖3：電感的電流波形
圖4：降壓型LED驅(qū)動(dòng)工作原理
動(dòng)作原理如下：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電路簡化為圖4，開關(guān)管從t0時(shí)刻導(dǎo)通，到t1時(shí)刻截止，t0~t1時(shí)間為TON時(shí)間。在TON時(shí)間，電感電流iL電流變化為△iL，
VIN-VO=L(diL/dt)=L(△iL/△t)= L(△iL/TON) （1）
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當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電路簡化為圖五，開關(guān)管從t1時(shí)刻截止，到t2時(shí)刻導(dǎo)通，t1~t2時(shí)間為TOFF時(shí)間。在TOFF時(shí)間，電感電流iL電流變化為-△iL，此時(shí)電感L上的電壓為（忽略續(xù)流二極管的壓降）
- VO = L(diL/dt)=L(-△iL/△t)=- L(△iL/TOFF) （2）
TON + TOFF=T （3）
VIN電壓已知，燈條的電壓VO和電流也已知，設(shè)定iL電流的△iL，可以為10%~30%的iL，考慮到開關(guān)損耗，一般開關(guān)頻率f可設(shè)定在50~200K。
因此根據(jù)公式（1）、（2）和（3），可以計(jì)算出電感L的感量。
如果覺得電感L太大，可以適當(dāng)增加△iL或者適當(dāng)提高開關(guān)頻率f 。
OZ9906 應(yīng)用設(shè)計(jì)
Micro O2公司的OZ9906內(nèi)部集成開關(guān)型的Buck控制電路，最多可以驅(qū)動(dòng)六路LED Light Bar，6路燈條可以單獨(dú)進(jìn)行電流控制，主要應(yīng)用于大尺寸屏幕的LED背光驅(qū)動(dòng)。典型的應(yīng)用電路如圖6所示。
圖6：OZ9906 應(yīng)用設(shè)計(jì)
O Z9906控制IC，由于六路LED Light Bar的Buck電路單獨(dú)控制，因此固有存在的VF電壓差異性的問題得到了解決，不再產(chǎn)生額外的功率損耗，提升了轉(zhuǎn)換效率。
以奇美公司的58寸LED顯示屏進(jìn)行實(shí)例設(shè)計(jì)。該屏背光由五條LightBar組成，Light Bar的規(guī)格參數(shù)為：電流典型值IF=170mA，正向電壓典型值VF=148V，VFmax值=163V。
O Z9906最多可支持六條LightBar，在五條LightBar的應(yīng)用場合下，把PIN20的ISEN6用電阻上拉到VREF電壓，即可禁止ISEN6功能，只啟用其他五路電流控制電路。
圖7：O Z9906最多可支持六條LightBar
1、系統(tǒng)框圖
電視顯示系統(tǒng)包括電源板、主板、背光驅(qū)動(dòng)板等， 電源板提供VLED、12V給背光板，主板提供背光控制信號(hào)BL_ON和調(diào)光PWM信號(hào)給背光板。背光驅(qū)動(dòng)ICOZ9906 檢測PANEL內(nèi)部五條燈條的流過的電流，進(jìn)行定電流和電流平衡控制，點(diǎn)亮背光系統(tǒng)。
2、IC內(nèi)部框圖
IC內(nèi)部框圖請見圖8。
圖8：IC內(nèi)部框圖
IC內(nèi)部框圖主要包括IC供電模塊、亮度調(diào)節(jié)控制模塊、開關(guān)頻率設(shè)置模塊、異常狀態(tài)保護(hù)模塊、LED燈條定電流模塊和Buck驅(qū)動(dòng)控制模塊。
3、電原理圖
背光驅(qū)動(dòng)板控制器IC 采用OZ9906GN，電原理圖請見圖9。
圖9：背光驅(qū)動(dòng)板控制器IC電原理圖
電源板通過插座X1提供VLED和12V給背光驅(qū)動(dòng)板，主板通過插座X2提供背光開關(guān)信號(hào)BL_ON和調(diào)光PWM信號(hào)給背光驅(qū)動(dòng)板，背光驅(qū)動(dòng)板通過插座X3控制燈條電壓/電流，點(diǎn)
亮顯示屏。
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4、設(shè)計(jì)步驟
設(shè)計(jì)步驟一：設(shè)置燈條電流
電流檢測RSENSE 電阻阻值。在PIN4ADIM 的電壓大于2.5 V 時(shí)， ILED（mA）=500/RSENSE，已知ILED= 170mA，因此RSENSE=500/170=2.94Ω
設(shè)計(jì)步驟二：設(shè)置控制器的開關(guān)頻率f
由于ILED 電流較小， 可以選擇小電流的開關(guān)MOSFET。小電流MOSFET的Ciss結(jié)電容一般會(huì)較小，容易驅(qū)動(dòng)，因此開關(guān)頻率可以適用提高，設(shè)置在150kHz。
f(kHz)=21500/RT(kΩ)
因此， RT = 21500/f(kHz)=21500/150=143kΩ。
設(shè)計(jì)步驟三：Buck線路中L電感量計(jì)算
燈條的電壓/ 電流為163 V/170mA，因此i L電流為170 mA，VLED需要高于163V，設(shè)定為175V；設(shè)定iL電流的△iL為20%的iL，△iL=170mA×20%=34mA，開關(guān)頻率在步驟2已經(jīng)設(shè)定為150kHz。
根據(jù)：
VIN-VO=L(△iL/TON)→175-163=L（0.034A/TON）→TON =0.034L/12
VO=L(△iL/TOFF)→163=L(0.034A/TOFF)→TOFF=0.034L/163
Ton+Toff=T→Ton+Toff=6.67μS→Ton+ Toff=6.67μS
因此，（0.034L/12+0.034L/163)=6.67 uS→L=2.19mH。
電感L的感量可以根據(jù)電感的工藝制作情況和實(shí)際電路的動(dòng)作波形進(jìn)行微調(diào)。
設(shè)計(jì)步驟四：Buck線路中開關(guān)MOSFET、續(xù)流二極管選型
輸入VLED電壓設(shè)置在175 V ，考慮開關(guān)波形的尖峰和設(shè)計(jì)余量，MOSFET和續(xù)流二極管耐壓選擇250 V 規(guī)格； 流過電感的iL 電流為170mA ， △iL 設(shè)定為34mA ，MOSFET、續(xù)流二極管電流選擇1A規(guī)格即可。MOSFET可以選用力杰公司的EMBJON25Q（250V/1A），二極管可以選用PANJIT公司的ES1E（300V/1A）。
設(shè)計(jì)步驟五：設(shè)置保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間
為了避免保護(hù)電路誤觸發(fā)，可以通過PIN24 Timer外接電容設(shè)定保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間，當(dāng)Timer的電壓達(dá)到閥值電壓3V時(shí)，保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)。
延時(shí)時(shí)間TTIMER(S)=CTIMER（μF）一般設(shè)定延時(shí)時(shí)間為1?2s。
5、實(shí)測波形
實(shí)測其中一路的波形， 電感L上流過的電流（通道1，深藍(lán)色）、MOSFET的開關(guān)波形（通道2，淺綠色）、燈條電流波形（通道3，紅色）如圖10所示。可知，MOSFET的開關(guān)頻率為146.8k H z，燈條電流164.9m A，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，顯示屏正常點(diǎn)亮。
圖10：實(shí)測波形
總結(jié)
在多路LED Light Bar應(yīng)用場合，降壓型LED驅(qū)動(dòng)電路能夠很好地解決多路LED Light Bar固有存在的VF電壓差問題，提高轉(zhuǎn)換效率。Micro O2公司的OZ9906內(nèi)部集成了六路開關(guān)型的Buck控制電路和電流平衡電路，外圍電路簡單，設(shè)置方便，為大屏幕LED背光驅(qū)動(dòng)提供了很好的解決方案。
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