為背光LCD和電視選擇LED驅動(dòng)IC

發(fā)光二極管（LED）的內在品質(zhì)使它能夠替代冷陰極熒光燈管（CCFL）成為下一代電視機、臺式機和筆記本顯示器的背光解決方案。LED的功耗遠小于CCFL，壽命比后者長(cháng)5倍，效率更高，顯示器厚度更薄，亮度調節的精細度更小，使用低電壓驅動(dòng)器，而且本身就更加環(huán)保，因為LED與CCFL不同，它不含有汞或其他有害物質(zhì)。不過(guò)，所有這些特性都只有在LED背光陣列與驅動(dòng)IC之間實(shí)現很好的匹配之后才能得到完全的發(fā)揮。因此，設計人員只有在了解驅動(dòng)IC的關(guān)鍵特性及功能之后，才能選出最適合應用需求的驅動(dòng)IC。瀏覽一下驅動(dòng)IC的數據單，會(huì )發(fā)現有許多參數需要考慮，本文將介紹的參數和功能是其中最重要的。

參數
這些規范中的第一條是驅動(dòng)IC能夠接受的輸入電壓。如果輸入電壓范圍較窄，那么它能夠應用到的范圍就比較小。此外，這樣的IC芯片可能無(wú)法承受較大的輸入電壓擺幅以及在使用中總是存在的一些其他瞬態(tài)條件。

驅動(dòng)芯片的最大輸出電壓也很關(guān)鍵，因為每個(gè)LED都會(huì )產(chǎn)生1～4V的電壓降。驅動(dòng)芯片必須有足夠高的輸出電壓，以提供陣列中多個(gè)LED所產(chǎn)生的電壓降。最大輸出電壓和通道數決定了它能夠支持的LED數量。

這一結論同樣適用于驅動(dòng)芯片能夠為每個(gè)通道提供的最大電流。它能夠提供的電流必須與每種設計相匹配，重點(diǎn)在于所使用的LED類(lèi)型。

大多數便攜式應用中所使用的LED需要20～30mA的電流，而顯示器和電視中的LED通常會(huì )消耗40～120mA（不過(guò)在有些應用中LED需要高達350mA的電流）。一般而言，輸出電壓和輸出電流的值越大越好，但是要注意到，高輸出的驅動(dòng)芯片的成本通常要高于低輸出的同類(lèi)產(chǎn)品，因此對驅動(dòng)芯片和應用進(jìn)行嚴格匹配可以節省設計成本。

驅動(dòng)IC可以提供的通道數是從幾個(gè)到16個(gè)，甚至更多。選擇幾個(gè)通道數“合適”的驅動(dòng)芯片完全是由系統需求所決定的。而目標是使用盡可能少的驅動(dòng)芯片來(lái)滿(mǎn)足系統需求，以降低成本和復雜性。

但是，驅動(dòng)芯片能夠支持的串聯(lián)LED數量不僅取決于它的通道數，也取決于芯片的最大輸出電壓。例如，低輸出電壓的16通道驅動(dòng)芯片可支持80個(gè)LED，可能只能支持5個(gè)LED的串聯(lián)；而高輸出電壓的10通道驅動(dòng)芯片可支持160個(gè)LED，或許只能夠支持16個(gè)LED的串聯(lián)。

LED
根據顯示器尺寸的不同，LED的數量可能從10英寸顯示器的30個(gè)，到大屏幕平板電視的1000多個(gè)。因為這些LED的光輸出取決于電流，所以嚴格地滿(mǎn)足所有LED的電流需求是很重要的，盡管同所有其他電子零部件一樣，每個(gè)LED的特性也不盡相同。

如果不將這些差異降至最低，那么在顯示器上將會(huì )出現明顯的亮度不均勻。驅動(dòng)IC對電流進(jìn)行控制，將電流的變化維持在電流匹配規范所指定的很小的范圍內。對筆記本和顯示器而言，較理想的目標是±2%或更??；對電視機則是±1%。

因為L(cháng)ED的許多屬性會(huì )隨著(zhù)LED電流的變化而變化，所以亮度調節功能應該使用脈寬調制（PWM）控制來(lái)實(shí)現，保持導通狀態(tài)下的電流恒定不變。雖然有些系統使用外部PWM信號（例如，有些筆記本電腦使用直接PWM控制），但是帶有板載PWM發(fā)生器的驅動(dòng)芯片通常是更好的選擇。這樣的器件不需要外部PWM發(fā)生器，能夠簡(jiǎn)化系統設計。有些驅動(dòng)IC同時(shí)支持這兩種方式。

許多現有背光應用中所使用的PWM頻率都低于1kHz，在有些情況下，如果使用低成本的陶瓷電容器，可能會(huì )產(chǎn)生人耳能夠聽(tīng)到的噪聲。通過(guò)選擇支持PWM頻率范圍寬（包括那些人耳聽(tīng)不到的頻率）的器件，能夠避免這個(gè)問(wèn)題。

例如，飛思卡爾的10通道MC34844 LED背光驅動(dòng)芯片就滿(mǎn)足這樣的要求。有些驅動(dòng)芯片也提供了與其他器件或外部源進(jìn)行同步的功能，以降低由器件的相互作用所產(chǎn)生的諧波和拍頻引起噪聲的可能性，并消除某些視覺(jué)假象。

驅動(dòng)芯片調節LED亮度時(shí)能夠實(shí)現的粒度或精度取決于芯片的位數。這個(gè)數字越大，PWM信號能夠劃分的增量就越小，就能夠提供更好的亮度控制。例如，MC34844 LED驅動(dòng)芯片是8位，就能夠將LED的亮度調節至256個(gè)等級中的任意一級。

在驅動(dòng)芯片的規范中，PWM高/低電平的轉換時(shí)間應該越短越好，這樣才能夠保證即使在占空比很小的情況下，輸出的也是精確的方波脈沖。這一點(diǎn)對于確保更嚴格的電流匹配以及線(xiàn)性度更好的亮度調節范圍是必不可少的。

在高PWM速率下，如25kHz，能夠提供低至1個(gè)最小有效位（LSB）的線(xiàn)性亮度調節的驅動(dòng)芯片能夠提供最好的性能。但是，轉換速率也不能太快，因為更高的頻率可能會(huì )引起振蕩以及其他形式的電磁干擾（EMI）。50ns左右的速度能夠滿(mǎn)足這個(gè)需求，同時(shí)將效率最大化。

盡管有些LED驅動(dòng)IC不帶有通信接口，但是在許多背光應用中所使用的器件最好帶有這項功能，而且這種接口對于帶有板載PWM發(fā)生器的器件特別重要。這種接口簡(jiǎn)化了編程、故障監控以及其他功能，在內部集成電路（I2C）類(lèi)型中最為常見(jiàn)。對于那些需要高速更新的系統而言，低電壓差分信號（LVDS）等接口變得越來(lái)越普遍。

帶有板載升壓變換器的驅動(dòng)芯片不再需要外部電路來(lái)實(shí)現這項功能。此外，最好使用集成開(kāi)關(guān)，因為它消除了板載互連造成電磁干擾的可能性，簡(jiǎn)化了材料清單（BOM），節省了PCB面積，也不再需要設計人員指定能夠很好地匹配驅動(dòng)芯片的晶體管。所使用的升壓頻率變動(dòng)范圍是很廣的，而且有時(shí)是可編程的。

較高頻率（如1.2MHz）的優(yōu)勢在于能夠使用更小的電感和電容。動(dòng)態(tài)余量控制（DHC）模式是另一項重要的功能。它測量所有連接到升壓變換器的LED串，并自動(dòng)將輸出電壓調節到驅動(dòng)這些LED串所需要的最低電壓值。這樣做會(huì )使得電流鏡中的線(xiàn)性驅動(dòng)芯片兩端的電壓降減小，驅動(dòng)功耗降低，從而使總體效率升高。

帶有光環(huán)路控制的驅動(dòng)芯片使得設計人員能夠使用光傳感器來(lái)補償LED的溫度和壽命變化。熱傳感器也可以用來(lái)對熱效應進(jìn)行補償。光傳感器也可以用于調節背光的亮度作為對周?chē)h(huán)境變化的響應，在黑暗的環(huán)境中調節顯示的亮度。

理想的LED驅動(dòng)IC應該包含許多對驅動(dòng)芯片和LED進(jìn)行保護的功能。在某個(gè)LED或LED串出現故障的時(shí)候，LED短路/開(kāi)路保護能夠讓背光繼續工作。此外，過(guò)電壓，過(guò)電流以及過(guò)熱保護為驅動(dòng)芯片和LED提供了必要保障。欠壓鎖定被用來(lái)確保驅動(dòng)芯片不會(huì )工作在指定范圍以外，因為那樣可能會(huì )造成器件無(wú)法正常工作。

最后的考慮
記住，帶有大量片上功能的驅動(dòng)芯片可以減少電路所需要的PCB面積以及材料清單。它們同時(shí)也會(huì )降低設計的復雜性，因為設計人員不再需要設計外部電路或為之選擇最好的零部件。當然，在不同的應用中每項功能的重要性會(huì )有所不同，并且被選中的驅動(dòng)IC是根據其價(jià)格與系統性能的對比而選出的。