- 用于降低液晶電視機(jī)功耗的LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)

圖6：來(lái)自相同箱的LED亮度只有在標(biāo)稱(chēng)電流時(shí)才能保證匹配(本例中為20mA)。

電流槽特性

由于LED要求完全穩(wěn)定的恒流電源，因此LED驅(qū)動(dòng)器的主要作用只需是在導(dǎo)通時(shí)將電流設(shè)為標(biāo)稱(chēng)值，在關(guān)斷時(shí)將電流設(shè)為0A。這樣，控制調(diào)節(jié)精度的反饋環(huán)路要求使用特別精密的電流槽(見(jiàn)圖7)。

雖然市場(chǎng)上有各種電流槽設(shè)計(jì)，但電視機(jī)背光照明的高精度要求(電流調(diào)整率高于±0.5%)需要使用精密運(yùn)放來(lái)設(shè)置獨(dú)立于ILED電壓的ILED電流。但在背光照明驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中，任務(wù)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)榧词闺娏鞑鄣碾妷航档偷椒浅Ｐr(shí)也必須保持電流調(diào)整的精度。

這是一個(gè)很難滿足的要求，但AMS公司提供的四代高精度電流槽LED驅(qū)動(dòng)器——AS369x、AS381x、AS382x、AS385x就是特別針對(duì)這種應(yīng)用設(shè)計(jì)的。這些器件也采用了偏移補(bǔ)償式運(yùn)放。電流槽驅(qū)動(dòng)器要求漏極處于最小電壓值(VDS(sat))，以便確保電流槽晶體管在飽和區(qū)內(nèi)具有完整的精度并能夠正確地工作。在飽和區(qū)內(nèi)，柵極－源極電壓主要用于控制輸出電流。

如果想要電流槽高效率地工作，VSET和VDS之間的壓降要低，這一點(diǎn)很重要。采用運(yùn)放并內(nèi)置偏移抵消功能的LED驅(qū)動(dòng)器可以保持VSET電平低至125mV至250mV。要想使VDS具有超過(guò)VDS(sat) 150mV的額外余量，電流槽的總壓降必須在400mV左右。對(duì)于具有8個(gè)LED的串來(lái)說(shuō)(此時(shí)Vf?= 8 x 3.2 = 25.6 V)，ISINK中的功率損失約為1.5%。當(dāng)AMS背光LED驅(qū)動(dòng)器中不包含偏移抵消功能時(shí)，VSET的值將更高，這將使電流槽的功率損失更多。

2013-6-3 11:08:20 上傳

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圖7：電流槽設(shè)計(jì)；精密電流槽要求使用帶偏移補(bǔ)償功能的精密運(yùn)放。

用于優(yōu)化功耗的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制

如上所示，從LED驅(qū)動(dòng)器到開(kāi)關(guān)電源建立的反饋路徑將漏極電壓設(shè)置為最低要求值。輸出電流槽可以用簡(jiǎn)單且成熟的電流輸出驅(qū)動(dòng)器加上一個(gè)外部電容來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖9中的左圖)，或者使用能夠設(shè)定啟動(dòng)/釋放時(shí)間并用數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制電流輸出的數(shù)字控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)(IDAC)(見(jiàn)圖8中的右圖)。

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圖8：至開(kāi)關(guān)電源的反饋環(huán)路的兩種不同實(shí)現(xiàn)方法。

這兩種解決方案都具有很高的效率，能使用各種帶電壓反饋環(huán)路的開(kāi)關(guān)電源，而且都可以通過(guò)將反饋回路從不止一個(gè)驅(qū)動(dòng)器連接到同一開(kāi)關(guān)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，這正是混合架構(gòu)系統(tǒng)的要求。

然而，第二種數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法具有一些特定的優(yōu)勢(shì)。除了同樣不要求使用輸出電容外，這種數(shù)字電路還能讓設(shè)計(jì)師自由地定義反饋系統(tǒng)的啟動(dòng)和釋放時(shí)間。通過(guò)選擇快速啟動(dòng)時(shí)間以及釋放延時(shí)和相對(duì)緩慢釋放的組合，可以顯著提高顯示器的性能。這種好處在要求快速改變亮度的場(chǎng)合特別明顯。在這種情況下，當(dāng)屏幕從黑暗改變到全亮?xí)r，快速啟動(dòng)時(shí)間可以消除可覺(jué)察的亮度瑕疵。模擬解決方案(見(jiàn)圖8)是在很短的暗幀期間逐漸調(diào)節(jié)LED輸出的，因此下一個(gè)亮幀達(dá)到全亮?xí)袀€(gè)可見(jiàn)的延遲。

這個(gè)現(xiàn)象會(huì)讓電視觀眾分心，因?yàn)殡娪昂推渌曨l內(nèi)容的幀與幀之間有很大的動(dòng)態(tài)范圍。這種瑕疵可以用數(shù)字調(diào)節(jié)電路來(lái)消除，方法是在釋放操作中插入幾百毫秒的延時(shí)。這樣，當(dāng)亮幀被一系列短的暗幀中斷時(shí)，第2個(gè)亮幀將從全亮?xí)r開(kāi)始，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)延遲電壓下降過(guò)程。AMS產(chǎn)品中就使用了能夠?qū)崿F(xiàn)釋放延遲的數(shù)字反饋算法。

LED驅(qū)動(dòng)器IC中集成的另外一個(gè)有用功能是快速串行外設(shè)接口(SPI)。在直接背照電視機(jī)中，LED被安排在大量相對(duì)短的串中，因此小尺寸的顯示屏可以通過(guò)調(diào)暗光線達(dá)到節(jié)能的效果。通常這種安排在16x16的場(chǎng)矩陣中包含256個(gè)通道，每個(gè)通道可以通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)單獨(dú)配置。但利用可變PWM寬度和延時(shí)產(chǎn)生256個(gè)PWM信號(hào)是一個(gè)極耗處理器資源的任務(wù)，即使是最快的微控制器也會(huì)不堪重負(fù)。

因此這些背光照明系統(tǒng)都是使用集成在LED驅(qū)動(dòng)器IC中的PWM發(fā)生器，這樣就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的SPI數(shù)據(jù)傳輸來(lái)配置亮度。在具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器IC的架構(gòu)中(如每個(gè)IC有16個(gè)通道，總共16個(gè)IC有256個(gè)通道)，LED通道可以通過(guò)建立SPI信號(hào)菊花鏈并將VSYNC幀中使用的數(shù)據(jù)傳輸?shù)角耙粠M(jìn)行配置。

在這種方案中，通過(guò)SPI的數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到20Mb/s，或在400Hz幀速率時(shí)達(dá)到50kb/幀。這個(gè)速度足夠快到以同步實(shí)際幀的速度改變每個(gè)場(chǎng)的調(diào)光效果。因此只需很少的微控制器開(kāi)銷(xiāo)就可以實(shí)現(xiàn)理想的局部調(diào)光功能。

邊緣照明系統(tǒng)的智能調(diào)光功能

這種局部調(diào)光技術(shù)只能用在直接背照系統(tǒng)中，不過(guò)在邊緣照明系統(tǒng)中也可以實(shí)現(xiàn)一些特定的智能調(diào)光技術(shù)。尤其是PWM調(diào)光，它能在不改變白色LED的色溫條件下改變亮度。與讓邊緣照明LED永久設(shè)為一個(gè)特定的亮度值不同，這時(shí)的亮度可以通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)動(dòng)態(tài)改變。

還有一種節(jié)能技術(shù)叫動(dòng)態(tài)亮度調(diào)節(jié)(DLS)。采用這種技術(shù)后，LCD的白色/亮度值可以在某些場(chǎng)合增加，從而允許降低背光LED的功率輸出。

使用環(huán)境光線傳感器(ALS)是另外一種降低功耗的方法。如果放置電視機(jī)的室內(nèi)光線相當(dāng)暗，可以減小背光燈亮度(見(jiàn)圖9)

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