數碼相框的LED背光設計

正是基于上述原因，許多公司紛紛推出了最新的數碼相框模型。本文將介紹美國國家半導體針對數碼相框應用推出的新產(chǎn)品，并著(zhù)重驗證在每種應用中哪種產(chǎn)品最為有效。

圖1是數碼相框的功能模塊圖示例。如圖所示，美國國家半導體的許多產(chǎn)品已被應用在LCD偏置電源、LCD BLU(背光模組)、音頻和DC/DC模塊上。通常數碼相框顯示器的尺寸為5.6英寸、7英寸和8英寸，其中7英寸和8英寸是主流產(chǎn)品。較大尺寸的數碼相框是專(zhuān)門(mén)針對廣告行業(yè)而設計的。本文將主要介紹小尺寸數碼相框方案。

圖1：數碼相框功能模塊示意圖。

LCD面板是數碼相框的主要組成部分，它帶有用于背光照明的白光LED。目前，LM2733和LM27313已被大量用于白光LED BLU解決方案。LM2622被用于LCD偏置，LMH6683則用于視頻緩沖。如圖1所示，音頻和其它解決方案也可用于數碼相框產(chǎn)品。

白色LED背光解決方案

圖2和圖3顯示了用于8英寸數碼相框LCD的白光LED背光電路。在設計LED背光驅動(dòng)電路時(shí)，最重要的問(wèn)題是在LED正向偏置時(shí)保持恒流。由于LED是電流驅動(dòng)型器件，光照強度取決于傳導電流的大小。為保證光照強度并提高LED的使用壽命，就必須保持恒定的電流。

圖2：8英寸LCD中的38陣列LED模塊驅動(dòng)電路。

圖2中的LED模塊由共24個(gè)白光LED組成，這些LED每3個(gè)一組串聯(lián)在一起，分為8列并行連接。市場(chǎng)上有多種類(lèi)型的LED模塊。7英寸機型采用37陣列或73陣列。8英寸機型分別采用38或83陣列。由于所需電壓和電流取決于這些陣列，因此在設計初期選擇合適的LED驅動(dòng)器是非常重要的。圖2是8英寸LCD中LED模塊驅動(dòng)電路的一個(gè)示例。

圖3：8英寸LCD的83陣列LED模塊驅動(dòng)電路。

1. 確定白色LED的規格并定義LED陣列的結構。

可以通過(guò)LED的陣列結構及LED的正向壓降和正向電流來(lái)選擇LED驅動(dòng)器。如圖2所示，用于8英寸LCD BLU的白光LED的規格為：V_F(最大值)=4V、I_F(最大值)=25mA，陣列結構為38。兩個(gè)LED節點(diǎn)之間的總電壓如下：

總V_F=V_F串聯(lián)LED數=12V

總I_F=I_F并聯(lián)線(xiàn)路數=25mA8=200mA

因此所選LED驅動(dòng)器的驅動(dòng)能力必須超過(guò)12V、200mA。如圖2所示，需采用升壓DC/DC解決方案來(lái)提供12V的電壓，該電路利用DC/DC轉換器從12V墻式適配器獲得5V恒定電壓。如果采用的是升壓轉換器，則內部FET容量需考慮可用容量，即最大輸入電流和最大輸出電壓。在圖2的電路中，所需FET容量可通過(guò)以下方法計算。

輸出功率為：

P_OUT=V_OUTI_OUT=12200mA=2.4W

因此所需的輸入功率為：

P_IN=1.2P_OUT=1.22.4W=2.88W

假設轉換效率為80%，由于VIN為5V，則所需輸入電流為I_IN=P_INV_IN=2.88W5V=576mA。因此，內部開(kāi)關(guān)(FET)必須支持12V以上電壓及超過(guò)576mA的電流。對于83的LED陣列，結果為：

總V_F=V_F串聯(lián)LED數=32V

總I_F=I_F并聯(lián)線(xiàn)路數=25mA8=75mA

FET的容量必須超過(guò)32V、75mA。如果考慮LM2733和LM27313的關(guān)鍵性能，就可以得出表1所列結果：從表中我們可以看出，LM27313不適合83的陣列，因為開(kāi)關(guān)的最大可用電壓為30V。圖2和圖3顯示，LM2733適用于83陣列，LM27313則適用于38陣列。

2. 設計恒流電阻(R_CC)以持續驅動(dòng)LED

如前文所述，保持LED的電流恒定非常重要。在38陣列中，所需電流約為210mA。圖2中的恒流電阻的阻值可通過(guò)下列公式算出：

R_CC=FB電壓總I_F=1.23V200mA=6.15Ω

因此采用6Ω的電阻器。在83陣列中，所需電流約為90mA，因此圖3中恒流電阻的電阻值可以下列公式算出：

R_CC=FB電壓總I_F=1.23V75mA=16.4Ω

在這種情況下使用17Ω的電阻器。從圖2和圖3我們可以看出，通過(guò)誤差放大器1.23V的反饋參考電壓保持FB電壓恒定，因此通過(guò)R_CC的電流能夠始終保持恒定。

3. 面向調光控制的有源關(guān)斷功能

調光控制是指根據客戶(hù)的喜好控制顯示器光照強度。目前有兩種調光控制方法。一種是直接通過(guò)LED控制傳導電流，另一種是通過(guò)控制電源的開(kāi)/關(guān)來(lái)導通或關(guān)斷LED，從而控制LED的導通時(shí)間。目前第二種方法更為流行，因為第一種方法的電路較復雜，且始終處于通電狀態(tài)會(huì )縮短LED的工作壽命。如圖2和圖3所示，可以通過(guò)開(kāi)/關(guān)LM2733和LM273133來(lái)控制LED的開(kāi)關(guān)，而對LM2733和LM273133的開(kāi)關(guān)控制可通過(guò)在SHDN引腳上應用脈沖寬度調制(PWM)得以實(shí)現。LED的照明強度可以通過(guò)調整脈沖占空比實(shí)現精確控制。要記住的是，脈沖頻率必須超過(guò)20kHz。低于20kHz的頻率會(huì )使電路輸出端的多層陶瓷電容器產(chǎn)生波形振蕩，從而產(chǎn)生可聽(tīng)噪聲。

4. 需要過(guò)電壓保護(OVP)

大多數LED模塊是通過(guò)一個(gè)連接器與主板相連的。如果圖2和圖3中LM2733和LM27313的輸出因誤操作或LED模塊受損而開(kāi)路，那么由于誤差放大器的負輸入端沒(méi)有信號，輸出電壓將會(huì )無(wú)限制地上升。這將造成毀滅性后果，損壞LM2733和LM27313或輸出二極管。為解決這一問(wèn)題，可加入一個(gè)過(guò)電壓保護電路(如圖4所示)。


圖4：搭載過(guò)電壓保護功能的83LED模塊驅動(dòng)電路。

在圖4中，電阻器R1和R2通過(guò)向誤差放大器引腳(FB)饋送輸出電壓，確保恒定輸出電壓不會(huì )無(wú)限上升。所增加的電路能夠保護器件不被過(guò)高的輸出電壓所損壞。D2的作用是避免R2和R_CC在未連接LED模塊時(shí)形成并聯(lián)，并防止輸出過(guò)壓，因為R1的阻值相對R2和R_CC并聯(lián)值要大得多。

因此，在未接入LED模塊時(shí)，該電路以恒壓模式運行；當接入LED模塊時(shí)，則以恒流模式運行。在采用了R1和R2的恒壓模式下，輸出電壓必須設置得比LED模塊的總V_F值更高。即，在38陣列下，總V_F值約為12V，那么R1和R2的輸出電壓可通過(guò)下列等式計算出：

V_OUT=1.23(R1/R2+1)

在這個(gè)等式中，我們需將R2設為10kΩ。如果將VOUT設為15V，可得到如下結果：R1=112kΩ?？紤]到D2的V_F、R_CC兩個(gè)節點(diǎn)上的電壓變?yōu)?.23+V_F。因此，R_CC將有所增大，具體如下：

R_CC=(1.23V+V_F)I_CC=(1.23V+0.4V)200mA=8.15Ω

如果計算R_CC的功耗，可得出下列結果：

P=I²R=0.18²8=0.32W

由于R_CC的功耗高于0.32W，建議采用Wattage電阻器(1W)或并聯(lián)標準電阻器以提高電路安全性。

面向LCD平板電源的DC/DC轉換

在用于數碼相框的典型LCD平板顯示器中，輸入電源電壓約為5.0V。必須提供若干不同的電壓，以使顯示面板通過(guò)該輸入電壓實(shí)現最佳性能，通常情況下需用到升壓轉換器。美國國家半導體擁有最佳的電源解決方案LM2622。LM2622是中等尺寸LCD模塊電源解決方案的事實(shí)標準。我們可以看到利用LM2622是如何在+5.0V輸入電壓下實(shí)現下列不同電壓的：

+8.0V列驅動(dòng)器模擬電源電壓；

+23.0V行驅動(dòng)器導通電壓；

-8.0V行驅動(dòng)器關(guān)斷電壓。

圖5中的電路顯示了應如何配置LM2622，以提供8V、-8V和23V的輸出電壓，這對于偏置TFT顯示器而言是非常方便的。

圖5：8英寸LCD電源的典型偏置電路。

1. +8.0V列驅動(dòng)器主模擬電壓

通常情況下，列驅動(dòng)器的模擬電源電壓介于+7.5V和+10.0V之間。如圖5所示，模擬輸出電壓由電阻分壓器Rfb1和Rfb2控制。由于FB引腳上的電壓被內定為+1.26V，為實(shí)現紅色虛線(xiàn)圈中所示的+8.0V輸出電壓，建議將R_FB1和R_FB2的電阻值分別設為40.2kΩ及7.5kΩ：

R_FB1=R_FB2(V_OUT－1.26V)/1.26V

2. +23V行驅動(dòng)器開(kāi)啟電壓

這個(gè)23V的電源電壓被用于行驅動(dòng)器以打開(kāi)平板顯示器的柵極。如圖5所示，僅需若干組件即可實(shí)現+23V的電源電壓?？傮w來(lái)說(shuō)，這種配置能夠提供三倍于列驅動(dòng)器輸出電壓的電壓用作開(kāi)啟行驅動(dòng)器。該方法簡(jiǎn)單且十分經(jīng)濟，通過(guò)搭載電容器電荷泵，可在LM2622上實(shí)現23V的電源電壓。

3. -8.0V行驅動(dòng)器關(guān)斷電壓

為給行驅動(dòng)器提供用作關(guān)斷TFT柵極的-8V電源電壓，可將LM2622與二極管變頻電路結合使用，如圖5所示。

視頻解決方案

數碼相框離不開(kāi)視頻緩沖器或數字接口。具體解決方案取決于平板輸入的類(lèi)型。美國國家半導體可提供各種解決方案以滿(mǎn)足客戶(hù)對各種模擬解決方案的需求，還能夠提供各種視頻放大器，如LMH6643、LMH6683和LMH6601等。

對于數字平板接口應用而言，客戶(hù)可采用美國國家半導體的各種解決方案。這些解決方案可降低電磁干擾(EMI)，并幫助客戶(hù)利用SerDes解決方案輕松構建系統。

音頻解決方案

音頻是數碼相框的重要功能之一，因為數碼相框不僅可以顯示照片，而且能夠實(shí)現出色的音頻播放。美國國家半導體提供了各種音頻解決方案，尤其值得一提的是，內置3D功能能夠在小范圍內實(shí)現優(yōu)質(zhì)音效。LM49270就是這種應用的一個(gè)典型產(chǎn)品，它可以提供約2W的3D效果。