【實例分析】如何提高8英寸的LCD模塊的LED轉換效率
發布時間:2013-04-16 責任編輯:abbywang
【導讀】為了在中等LCD尺寸的應用中獲得所期望的亮度,要求驅動器在所有的工作條件下能夠為LED提供一個可調整的電流。通常,采用兩種LED驅動技術:即容性電荷泵和基於電感的交換式穩壓器。本文將以8英寸的LCD模塊為例,集中討論能夠為LED提供1-6W功率的電感式轉換器LED驅動電路。
為了在LCD應用中提供均勻的背光,幾個白色LED通常沿著LCD的一個邊安裝。LED的數量正比於LCD的尺寸。對於中等尺寸(7-10英寸),通常共使用20-40個LED.這些LED通常被連接成平行的3個或更多的LED串。為減少連接點,許多LCD隻提供一個2端接口。所有的LED串必須在內部平行連接,然後連接到一個單電源上。
驅動類型
電荷泵型LED驅動如今在手機和其它小尺寸的LCD背光應用中普遍使用,原因在於它們的高亮度、低成本和實現容易。電荷泵所需要的外部零組件隻有3隻或4隻電容,且沒有電感。不過,其輸出功率有限。
雖然一些大功率快閃型LED電荷泵能夠提供高達2W的功率,其輸出電壓最大隻能到6V,因此無法驅動2隻以上串聯的LED.電荷泵中的通道數量(通常為6個)決定了LED的數量。由於更多的通道意味著需要更多的接腳和更大的封裝,因此電荷泵限製了在中等尺寸麵板中的應用。
LED正向電壓(VF),LED電流以及電源電壓範圍的不同組合,決定了所需的電感型轉換LED驅動器的類型,LED VF隨著電流、溫度和LED型號的不同而變化。出現在最低溫度時的最大VF是選擇LED驅動電路結構的關鍵參數,通常是在線性結構、降壓或升壓結構中進行選擇。本文中假定最大VF為3.8V。
當選擇LED驅動IC時,關鍵參數包括開關電流極限、最大輸出電壓,以及需要保護開路LED條件所需的過壓保護閾值等。像電感和電容這類外部零組件也需要仔細選擇。
應用實例
以8英寸的LCD模塊為例,包括總共9串(每串3隻)白色LED組成的背光(圖1)。LED串的總電壓(LED的VF為3.3V)通常為10V(3×3.3V)。每隻LED的電流為20mA,則總驅動電流為180mA(9×20),LED總功耗為1.8W.用一個AC電源配接器提供一個5V電源。一個基於電感的LED驅動器非常適用於該應用。

圖1:8英吋LCD模塊背光電路
首先計算處理2W的負載需要多大的開關電流。假定效率為80%,輸入電流等於Vout×Iout/Vin×效率=10×0.18/5×0.8=450mA.CAT4139電感型升壓LED驅動器具有750mA(最小值)的驅動能力,故很適合於該應用。
電感的電流額定值應該能夠處理LEDqudongfengzhikaiguandianliuqiebujinrubaohe。yidanchuxianbaohe,jiuhuichuxiandianliutubo,yinweicishidiangandegongnengbianchengleyizhidianzu,dianlubuzaianzhaoyuqigongzuo。heshidedianganedingdianliuyinggaidayudengyu80mA。
工作期間LED的最大輸出電壓應該低於額定最大輸出電壓。由於3隻LED串聯,在冷溫下,總正向電壓可能高達11.4V(3×3.8V)。24V的開路LED檢測閾值遠高於其極限值。如果LED斷開,輸出電壓將會上升並保持在30V,此時組件處於低功率模式,從電源吸納的電流僅有幾毫安。30V額定輸出電壓的電容是合適的。
現在考慮由12V電源供電的一隻6W LED燈。可以用6隻高亮度白色LED串聯連接來實現,用一個300mA的固定電流來驅動,典型的正向電壓為3.3V.
LED串的電壓通常為20V,在冷溫將會增加到23V(6×3.8V)。該電壓對於CAT4139這類組件過高。需要利用向CAT4240這類具有更高電壓的升壓型LED驅動器來驅動負載。CAT4240升壓LED驅動器的過壓檢測閾值為40V,適用於串聯燈數高達10隻的LED串。
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選用降壓型開關電源
當電源電壓高於總LED正向電壓時,可以選用一個線性電流源或者開關降壓穩壓器來為LEDtigonghengliu。buguoxianxingdianliuyuanyouyigequexian,jihaosanzaiwenyaqizhongdegonghaozhengbiyudianyuandaofuzaidedianyacha。kaiguandianyuandexiaolvjiaogao,nenggoubimianrenhejiaodaderelianghaosanzaiIC上,且工作溫度接近或者略為高於環境溫度。
圖2說明了如何利用CAT4201從一個24V電源來驅動5隻1W的LED.LED電流由外部電阻R1來設定。CAT4201降壓LED驅動器利用兩階段開關作業來提供精確的平均電流。在第一階段,位於內部的CAT4201 FET開關將SW端連接到地,使電流上升並對電感充電。

圖2:使用CAT4201驅動5個1W的LED
電感兩端的電壓基本上等於24V減去LED的壓降。一旦電流達到預定的峰值,內部開關就切斷,而電流則繼續流過蕭特基二極管,直到電感放電為止。
當電感的電流降到0時,將重複上述過程,因而電感電流的波形為三角形。本例中,開關頻率約為260kHz.LED兩端的電容C2將LED的電流突波減到最小。采用大電容會將突波減到更小。本例中的總轉換器效率(LED功率除以來自VBAT的功率)可達94%。
在調節過程中LED電流保持完好,隻要VBAT高於總VF+3V.低於該電平時,LED電(dian)流(liu)將(jiang)線(xian)性(xing)降(jiang)低(di)。針(zhen)對(dui)特(te)定(ding)應(ying)用(yong),必(bi)須(xu)選(xuan)配(pei)合(he)適(shi)的(de)交(jiao)換(huan)式(shi)穩(wen)壓(ya)器(qi)和(he)外(wai)部(bu)零(ling)組(zu)件(jian)。交(jiao)換(huan)式(shi)穩(wen)壓(ya)器(qi)的(de)高(gao)效(xiao)率(lv)使(shi)得(de)在(zai)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)熱(re)耗(hao)散(san)不(bu)再(zai)是(shi)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti),而(er)用(yong)戶(hu)得(de)到(dao)的(de)好(hao)處(chu)則(ze)是(shi)節(jie)省(sheng)了(le)能(neng)源(yuan)。
線性電流穩壓器IC能夠提供固有的低噪聲性能(沒有開關),但由於封裝溫度的限製,隻適用於小電流應用。當用來驅動中規模尺寸的麵板和通用照明應用時,電感型轉換器LED驅動器是可選的解決方案,可以實現良好控製的LED和最佳的總發光效率。選擇合適的電感型轉換器有助提升效率,而實際上是升壓或是降壓,則取決於應用的電源和LED的配置結構。
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