驅動(dòng)設計匹配LED背光方案以?xún)?yōu)化節能

驅動(dòng)系統的要求與挑戰

不同背光謾計方案所要求的驅動(dòng)架構也相當不同。側光式的驅動(dòng)一般要求非常高的輸出電壓(幾百伏)以驅動(dòng)串聯(lián)的LED條組。其挑戰在于需要驅動(dòng)多條互相之間并聯(lián)的LED條組，并匹配電流和正向電壓。然而這種背光方式在電視開(kāi)啟時(shí)始終保持所有的LED在點(diǎn)亮狀態(tài)，這無(wú)疑浪費了大量的功耗。LED只能依靠其基準效率優(yōu)勢來(lái)減少一點(diǎn)能耗。LED能被整體調暗，該技術(shù)也被稱(chēng)為整體亮度調節，但該種技術(shù)并不能提高畫(huà)質(zhì)。

側光式電視的驅動(dòng)需要高電壓、升壓拓撲設計。典型電視電源的電壓為12-14V，作為驅動(dòng)電路的輸入。驅動(dòng)電路會(huì )將電壓提升10-20倍，同時(shí)努力保持高效率。

驅動(dòng)系統本身是一個(gè)分立的DC-DC設計，在某些情況下主電源能從交流輸入直接輸出一個(gè)高電平。對驅動(dòng)部分的效率要求達到90-95%左右。通常會(huì )將上百個(gè)LED串聯(lián)在一起。某些設計中會(huì )使用串并聯(lián)混合，以降低每串LED的電壓要求。

目前市場(chǎng)上絕大多數的LED背光電視采用基本的側光式設計。該種方式驅動(dòng)的關(guān)鍵挑戰是在高電壓下保持高效率，并盡量減少使用器件的數量。圖2顯示了側光背光式電視的典型驅動(dòng)架構。

直下式背光驅動(dòng)器

在直下式背光設計中，LED直接位于LCD液晶面板的背后，并劃分成面積較小的區域進(jìn)行分別控制。每個(gè)區域包含若干顆LED，可對其進(jìn)行局部控制。各個(gè)區域的排列方式和LED數量由制造商根據屏幕的尺寸、畫(huà)質(zhì)要求及其他因素進(jìn)行選定。區域劃分的數量越多畫(huà)質(zhì)越高，但隨之也會(huì )增加LED和驅動(dòng)系統器件的數量，并相應的增加成本。

圖2典型側光式背光的驅動(dòng)設計。

圖3.直下式及分段側光式LED背光的典型驅動(dòng)設計。

圖3為典型直下式和分段側光式電視背光的驅動(dòng)系統設計。與側光式設計相比二者所要求的驅動(dòng)電壓低得多，高效驅動(dòng)的設計變得更加簡(jiǎn)單。直下式與分段側光式設計相比LED串的數量多得多，但每串中LED的數量較少。

直下式背光設計驅動(dòng)的主要挑戰是數量。采用該種技術(shù)的電視可含有超多100串LED。而典型的驅動(dòng)器只能處理8-16個(gè)通道。因此一臺電視需要多個(gè)驅動(dòng)器。

典型的直下式背光電視中。LED占到背光單元材料成本的約40%，而驅動(dòng)只占到約20%。LED的成本、功率、以及系統復雜度都是這種方式的劣勢。

LED具有不同的正向電壓(Vf)。即使經(jīng)過(guò)分揀，眾多串LED間正向電壓的顯著(zhù)區別導致電視中大量功率被浪費，產(chǎn)生了多余的熱量，并增加了LED與熱應力相關(guān)的失效幾率。

分段側光式背先驅動(dòng)器

直下式背光所需的LED和驅動(dòng)器件數量及其成本，促使更多廠(chǎng)商選擇分段側光式方法。畫(huà)質(zhì)并不是消費者在購買(mǎi)時(shí)考慮的唯一標準。很多情況下，更薄的外觀(guān)的是關(guān)鍵的賣(mài)點(diǎn)，分段側光式方案能使電視更薄。2011年涌現出了超過(guò)60種側光式背光電視，該數字在2012年還渴望快速增長(cháng)。

根據屏幕大小以及制造商對于分段數的要求，采用分段側光式背光的電視需要12-48通道的LED。鑒于相對較多的通道數量，直下式背光驅動(dòng)的挑戰這里同樣適用，只是程度相對較低。前面提到的熱相關(guān)問(wèn)題依然存在，迫使電視制造商采用若干額外的分立器件，也顯著(zhù)增加了成本。

不斷提高的驅動(dòng)IC技術(shù)能幫助我們克服上述的熱管理及成本問(wèn)題。例如iWatt開(kāi)發(fā)出了一種自適應式的切換技術(shù)，它將檢測檢測各組LED的正向電壓Vf，一旦出現失配就將自動(dòng)對各個(gè)LED通道進(jìn)行適當的調節，從而減少90%的功率浪費。該技術(shù)還能減少設備產(chǎn)生的熱，并使驅動(dòng)器通過(guò)集成MOSFET來(lái)管理更多的通道。例如，1W7032驅動(dòng)IC能處理32個(gè)并聯(lián)的LED條串。

LED驅動(dòng)IC成為了LED背光電視能被廣泛采用的關(guān)鍵技術(shù)，LED本身巨大的節能潛力當然功不可沒(méi)。驅動(dòng)方式以及相關(guān)的背光構架籽會(huì )隨著(zhù)液晶顯示技術(shù)和電視的創(chuàng )新攜手前進(jìn)。

由于其能最好地滿(mǎn)足消費者對于高畫(huà)質(zhì)和低成本的要求，分段側光式設計逐漸成為了背光單元設計架構的最佳選擇。但仍然有能接受高能耗成本支出并追求更佳視頻質(zhì)量的消費需求，促使直下式背光液晶電視需求的不斷增長(cháng)。直下式背光的新進(jìn)展，例如多區域面積的大小、更少的分區，以及超級選擇性電流控制等，將挑戰傳統驅動(dòng)的實(shí)現方式并進(jìn)一步降低成本。