LED電視高效無(wú)屏閃分段式調光技術(shù)的應用

　　胡向峰（創(chuàng )維集團 TV產(chǎn)品研究院，廣東 深圳 518108）

　　摘 要：LED液晶電視普遍采用PWM調光方式，圖像以一定的頻率亮暗變化。電視在播放畫(huà)面的過(guò)程中，LED背光源的亮滅導致畫(huà)面出現閃爍或不規則閃動(dòng)，使用者一般不會(huì )察覺(jué)。為了讓LED屏在正常收看時(shí)不會(huì )出現閃爍，使液晶電視呈現清晰穩定的圖像，進(jìn)而有效保護眼睛，以便體驗最舒適的視覺(jué)感受，基于此，提出一種無(wú)屏閃護眼健康電視的背光控制方式，即高效無(wú)屏閃分段調光技術(shù)，有效地解決了單一使用模擬調光或PWM各自所帶來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)該技術(shù)有利于提高整機調光時(shí)的能效，節能省電。

　　關(guān)鍵詞：LED電視；高效；無(wú)屏閃；分段式調光

　　0 引言

　　目前，LED電視及其他液晶顯示設備的模組背光驅動(dòng)芯片主要采用兩種調光方式：模擬調光（analogdimming）和PWM調光。

　　模擬調光控制的電壓范圍一般較小，導致其控制的燈條電流調節范圍較小，隨著(zhù)實(shí)際應用中燈條電流的不斷增大，模組背光在模擬調光達到最小電平時(shí)，模組燈條仍然電流較大，背光亮度依然較高，很難滿(mǎn)足模組由亮到暗的全范圍控制。PWM調光是目前普遍采用的一種調光方式，廣泛應用于LED電視領(lǐng)域和其他大尺寸顯示設備。在模組亮度控制時(shí)，通過(guò)調節PWM占空比，模組背光在由暗到亮控制的全范圍內能實(shí)現較好調節，但是，PWM調光會(huì )存在與屏體玻璃畫(huà)面匹配時(shí)的滾動(dòng)干擾、模組光效低以及恒流電感調光時(shí)噪音大等問(wèn)題。

　　基于模擬調光和PWM調光各自的特點(diǎn)，本文提出了采用一種模擬調光和PWM調光相結合的高效無(wú)屏閃分段調光控制技術(shù)。

　　1 LED屏閃產(chǎn)生的原因

　　目前，LED TV普遍采用PWM調光技術(shù)，如圖1所示。由主板發(fā)出的PWM調光信號以100 Hz~15 kHz的頻率控制LED背光模組燈條的開(kāi)通和關(guān)斷。當PWM為高電平時(shí)，模組背光燈條導通，LED燈條發(fā)光；當PWM為低電平時(shí)，模組背光燈條截止，LED燈條關(guān)斷不亮。即在LED TV有背光調節時(shí)，模組燈條始終以固定的頻率在亮暗變化，這就是LED TV屏閃產(chǎn)生的根本原因。

　　當LED TV播放正常畫(huà)面，但特別地在藍屏情況下，當Vsync頻率和LED調光PWM頻率不匹配時(shí)，易造成畫(huà)面滾動(dòng)條干擾。原理如圖2所示。

　　當PWM調光頻率和Vsync不同步時(shí)，傳輸的第1幀畫(huà)面和第2幀畫(huà)面亮暗錯位，引起整個(gè)圖像畫(huà)面出現類(lèi)似的滾動(dòng)干擾。

　　當采用模擬電平信號來(lái)調光時(shí)，如圖3所示，雖然可以解決LED TV的屏閃問(wèn)題，但是由于模擬調光信號是由調光電平來(lái)控制，調光電平和恒流芯片的匹配設計很難做到屏體從暗到亮的全范圍調整，因此，在LEDTV中很少使用。

　　2 高效無(wú)屏閃分段調光技術(shù)工作

　　原理為了解決PWM調光引起的LED TV屏閃及畫(huà)面滾動(dòng)條干擾，結合PWM調光和模擬調光的各自特點(diǎn)，提出一種分段調光技術(shù)，實(shí)現LED TV的全范圍調光、消除屏體的滾動(dòng)條干擾，同時(shí)消除屏閃。

　　2.1 分段調光技術(shù)原理

　　從主板送過(guò)來(lái)的PWM信號經(jīng)調光控制單元轉化為直流電壓V_LPF，如圖4所示。當PWM輸入100% ~D% /C% / B% /A%，IC設計工作在模擬調光狀態(tài)。在模擬調光下，調光的最大占空比是100%。此時(shí)，模擬調光的ISEN調節電壓是V_ADJ（V_LPF×1/H）。當PWM輸入占空比小于D% / C% / B% /A%時(shí)，調光占空比從100%開(kāi)始，隨著(zhù)PWM占空比的降低而減小。ISEN的調節電壓對應IC從模擬調光進(jìn)入到PWM調光時(shí)的V_ADJ。具體控制說(shuō)明如下。

　　APC腳電壓通過(guò)內部的參考電壓V_REF經(jīng)分壓電阻R1和R2分壓得到，經(jīng)內部的比較器陣列后與調光控制單元進(jìn)行算法控制，得到不同的APC電壓，對應不同的外部輸入PWM信號占空比。

　　當U_APC電壓小于a伏時(shí)，恒流芯片的PWM占空比小于A(yíng)%時(shí)為PWM調光狀態(tài)，大于A(yíng)%以上為模擬調光狀態(tài)，即，U_APC< a時(shí)，D_PWA< A%為PWM調光，D_PWA＞A%為模擬調光；

　　當U_APC電壓大于a伏且小于b伏時(shí)，恒流芯片的PWM占空比小于B%時(shí)為PWM調光狀態(tài)，大于B%以上為模擬調光狀態(tài)，即a<U_APC< b時(shí)，D_PWA< B%為PWM調光，D_PWA＞B%為模擬調光；

　　當U_APC電壓大于b伏且小于c伏時(shí)，恒流芯片的PWM占空比小于C%時(shí)為PWM調光狀態(tài)，大于C%以上為模擬調光狀態(tài)，即，b<U_APC< c時(shí)，D_PWA<C%為PWM調光，D_PWA＞C%為模擬調光；

　　當U_APC電壓大于c伏時(shí)，恒流芯片的PWM占空比小于D%時(shí)為PWM調光狀態(tài)，大于D%以上為模擬調光狀態(tài)，即，U_APC＞c時(shí)，D_PWA< D%為PWM調光，D_PWA＞D%為模擬調光。

　　2.2 PWM調光兼容設計

　　PWM調光頻率兼容100 Hz~15 kHz，并變頻為24 kHz調光控制，這樣可兼容不同主板調光頻率，適應性更為廣泛，如圖5所示。

　　調光頻率設計在24 kHz目的：

　?、僭赑WM調光分段區，可解決畫(huà)面滾動(dòng)條干擾，從而保證全調光范圍內無(wú)畫(huà)面滾動(dòng)條干擾。

　?、谠赑WM調光分段區，可解決升壓電感的噪音問(wèn)題，從而保證全調光范圍內降低噪音。

　　2.3 高效無(wú)屏閃分段調光技術(shù)效果分析

　　我們以75 W整機為例，采用傳統PWM調光和分段調光技術(shù)后，測試對比分析如下。

　　1）亮度線(xiàn)性度分析

　　經(jīng)對比測試PWM調光與分段調光的模組亮度，具體測試數據如表1和圖6。

　　由此可見(jiàn)，采用分段調光技術(shù)后，在同等占空PWM占空比條件下，模組亮度比PWM調光技術(shù)亮度偏高，且調光全范圍內，亮度線(xiàn)性度較好。

　　2）整機效率分析（模組光效）

　　采用分段調光方式，可提高模組燈條的光效，從而提高整機效率。具體測試數據如表2和圖7所示（220 V輸入）。

　　從上述整機功率的對比表和曲線(xiàn)可以看出，采用分段調光方式后，有利于整機效率的提高，如在整機260 cd/m²時(shí)，整機效率可提高約5.1%。

　　3）電感噪音

　　采用分段調光技術(shù)可有效解決背光BOOST電路中升壓電感的噪音問(wèn)題。目前普遍采用PWM調光方式實(shí)現寬范圍內的燈條電流控制，但當BOOST電路采用低成本的柱狀繞線(xiàn)電感時(shí)，PWM調光時(shí)產(chǎn)生電感的噪音問(wèn)題，主要因為在調光MOS管開(kāi)通瞬間，造成電感電流產(chǎn)生較大的電流尖峰，引起電感噪音。采用此技術(shù)可保持電感電流穩定無(wú)尖峰，從而大大降低調光過(guò)程中電感噪音。圖8為兩種調光方式的電感電流波形。

　　4）燈條電流應力分析

　　因使用PWM調光方式，在調光MOS開(kāi)通瞬間，因屏體燈條寄生參數的影響，會(huì )產(chǎn)生過(guò)沖尖峰電流，如圖9(a)所示。當屏體尺寸較大，燈條電壓較高時(shí)，產(chǎn)生的尖峰電流較大，該尖峰電流會(huì )影響燈條的使用規格和降額要求。采用分段調光方式后，可降低該尖峰電流，利于燈珠選型及降成本，測試波形如圖9(b)所示，燈條峰值電流約620 mA用混合調光后，峰值電流降低約100 mA，電流峰值降幅約16%。

　　5）EMC測試分析

　　采用分段可調混合調光技術(shù)后，由于升壓電感電流波形為平滑的三角波電流，沒(méi)有調光瞬間的電流尖峰，如圖10(a)和圖10(b)所示，即di/dt變化小，輻射相對較小，可改善產(chǎn)品的EMC測試。

　　3 總結

　　本文提出一種在不改變主板輸出調光頻率條件下，通過(guò)恒流方案的設計來(lái)實(shí)現模擬調光和PWM調光相結合的分段調光技術(shù)，利用各自調光的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現LED背光模組的調光全范圍控制。該分段調光技術(shù)既提高了PWM調光方式燈條的光效，解決了單一PWM調光存在調光電感的噪音問(wèn)題，又消除了PWM調光頻率引起和LED玻璃場(chǎng)頻之間的差拍干擾，導致畫(huà)面出現滾動(dòng)干擾問(wèn)題，同時(shí)，可提升LED電視的畫(huà)質(zhì)和顯示，降低燈條應力、改善恒流部分EMC。此外，該技術(shù)具有消除背光閃爍、防止眼睛疲勞、保持人眼健康等優(yōu)點(diǎn)，具有普遍的應用和推廣價(jià)值。

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　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期第22頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）