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为LCD背光应用驱动120个LED图

发布时间:2020-07-21 17:59:29 阅读: 来源:护肘厂家

随着白光发光二极管(LED)的效率持续快速提升且其解决方案的尺寸变得更小更薄,它们如今已应用在便携式DVD播放器、电子相框和全球卫星定位系统(GPS)等设备中,作为5~10英寸的液晶显示(LCD)面板背光。

本文将阐述如何利用一个20V白光LED驱动器来为LCD背光应用驱动多个LED串,以及如何将输出电压范围扩展至高于最大额定电压以驱动串联的6~10个LED。

带电流镜像的多个LED串

图1显示了如何将流经初级支路的恒定电流复制到次级支路。NCP5050是LED驱动芯片,它可将感测电阻RLCS的电压维持在250mV来对初级支路的恒定电流I1进行稳流。电流I1由式1来确定。

图1 基本的电流镜像

RLCS=FBV/IOUTL

例如,如果需要的值为20mA,RLCS就会是12.5Ω。

次级电流I2由电流镜像 Q1-1/Q1-2驱动,且这个电流镜像的比例为1:1,因此,I1=I2。电流镜像由2个小型表面贴装电阻和1个采用极小的SC88六引线封装的双PNP晶体管来实现。为了提升电流匹配精度,可以使用一对SOT-563封装的匹配PNP晶体管,如NST30010MXV。

如图2所示,电流I1能够根据需要进行多次镜像。总电流IT是所有流经n个支路的电流之和,如式(2)所示。

图2 多支路电流镜像示意图

IT=nI1

LED的最大数量由升压稳压器的输出功率能力决定,而输出功率能力会因给定的电池电压VBAT、LED总电流IT和所选择的外部元件的不同而变化。需要注意的是,图1中的电感能够直接采用电池或其他电源供电,而其他器件的输入电压Vin应该限制在低于5.5V,不论是采用低功率低压差(LDO)稳压器或电流限制Zener稳压器来供电。对于稳压的5V或单节锂离子电源而言,这种双电源配置并不需要。

最后,根据图3中的统计测量数据,我们可看到,LED串间的典型电流匹配维持在3%以内。

带有镇流电阻的支路

如果系统成本的考虑比完美匹配更重要,可以选用另一种不昂贵的解决方案,如图4所示。这个应用采用了镇流电阻来匹配LED串间的LED电流。

一项好的折中举措是采用1个68Ω电阻,该电阻在电流为10mA时提供 0.68V的压降,并将包含10个LED的串的损耗维持在2%~3%以内。总电流IT由RLCS来控制,如式(3)所示。

图3 电流镜像匹配

RLCS=FBV/IT

如果采用低正向电压变化的LED,那么类似图4中的电路通常能够实现相当好的亮度匹配。通常一串LED内LED至LED间的正向电压变化都颇为一致,而且只要稍稍提高成本,LED制造商提供具有更紧密的正向电压容差的电阻分挡(binned)LED。这样一来,就可以获得图5所示统计数据的10%以内的典型电流匹配。

图4 多支路镇流电阻

图5 电阻电流匹配

电压增倍

图6所示为电压增倍电路。我们可将其视为两个串联的半波整流电路。在M1导电期间,开关电压VSW被下拉至零电压,D1和D3这两个二极管开路,而二极管D2则导电并为电容C3充电。在第二段,D1和D3导电并为电容C2和C4充电。因此,这种结合体的输出电压VOUT也就等于VSW峰值电压的2倍减去D1、D2和D3的正向电压。图7显示一些电压增倍操作周期。

图6电压增倍电路

图7电压增倍操作周期

调光技术

对LED亮度进行调节的最佳及最简单方法就是采用脉宽调制(PWM)技术。PWM信号用于CTRL输入,因此,LED的平均负载电流也就与占空比成正比(见图8)。换言之,减少占空比,LED的亮度就可以调节。这种带有电压增倍功能的应用支持的PWM调光频率可高至50kHz。为了避免显示屏上出现任何光闪烁或可听噪声,频率应该保持在20~50kHz的范围内。

图8 IT平均电流Vs占空比

得益于NCP5050的高开关频率,这种类型的电路能够采用小型的分立元件来为负载提供较大的电流IT,并且具有很高的效率(见图9)。

图9 效率Vs总输出电流IT@10 LEDs(35V)

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