將LED驅動(dòng)器從31級調光增加到93級的方法

　　通過(guò)31級調光范圍，現有LED驅動(dòng)器能夠提供良好的調光能力，從而為LCD顯示屏提供平滑的背光增強或減弱效果。然而， 當終端應用涉及到較大的高端顯示屏時(shí)，這樣一個(gè)范圍就可能不夠了。特別是對于避免突兀的光亮度變化而言，有必要保持非常平滑的啟動(dòng)和關(guān)斷，否則這種變化在LCD顯示屏工作于較暗的環(huán)境中時(shí)就會(huì )被感知為脈沖光。為了消除這種視覺(jué)壓力，需要更多的調光步驟，提供極低的啟動(dòng)序列。本文將闡述一種將現有LED驅動(dòng)器從31級調光增加到93級的簡(jiǎn)單方法。

　　標準操作

　　通常來(lái)講，發(fā)光二極管(LED)電流通過(guò)電流鏡結構來(lái)監測，這種結構能夠對流經(jīng)LED的直流電流進(jìn)行精確調節。電流不是由外部微控制器(MCU)就是由LED驅動(dòng)器的內置邏輯來(lái)進(jìn)行數字控制。對于邏輯電路產(chǎn)生的每一個(gè)步驟而言，電流增加(或減少，取決于終端用戶(hù)選定的方向)，LED的亮度就相應地變化。就這點(diǎn)而言，可以考慮兩種光變化方法：要么是純粹的線(xiàn)性曲線(xiàn)，要么是指數曲線(xiàn)。這兩種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但在選擇何種曲線(xiàn)之前應該考慮人眼的感受。

　　從硅設計的角度講，基本上線(xiàn)性曲線(xiàn)更為容易，但需要更多級(step)才能恰當地處理較小的光變化，特別是LED工作在低電流區域時(shí)。同樣地，指數曲線(xiàn)集成到硅芯片中會(huì )較復雜，但需要的調光級較少，因為曲線(xiàn)的低端部分就能夠在低端電流區域提供非常平滑的變化?？紤]到人眼對光的反應，兩相比較的結果就是指數曲線(xiàn)更適合，因為它會(huì )自動(dòng)補償人眼對光線(xiàn)感知的對數曲線(xiàn)。圖1中的曲線(xiàn)說(shuō)明了這種原理。

　　圖1 典型的人眼感光度曲線(xiàn)

　　應用平滑的調光功能

　　憑借準指數形式的31級，安森美半導體的NCP5623將用作一個(gè)參考來(lái)描述高粒度的調光功能?；旧?，這芯片含有一個(gè)電荷泵，用于產(chǎn)生給LED的足夠電壓，并含有三個(gè)獨立的電流鏡，用于精確地調節流經(jīng)LED的直流正向電流。

　　峰值電流由IREF引腳產(chǎn)生的參考電流乘以2 N來(lái)設定，其中指數N是外部MCU所設定的級數：

　　ILED = [(Vref/R)×2600]/(32-N)

　　參考電壓Vref由NCP5623的內部結構強制設定為600 mV，而電阻R連接Vref引腳和地。恒定系數2600是參考電流源和連接至LED的最后一個(gè)電流鏡之間產(chǎn)生的內部比例。

　　此外，31級脈寬調制(PWM)與每個(gè)LED都相關(guān)，可對每個(gè)LED的亮度進(jìn)行單獨控制?；镜墓ぷ魅鐖D2所示。

　　圖2 NCP5623的基本工作示意圖

　　假設ILED峰值電流設定為25mA，第一級將使300μA(典型值)電流流經(jīng)LED，使得零至ILED之間的變化對于人眼來(lái)說(shuō)相對較為突兀，特別是在外界光亮度低的條件下。為了克服這一點(diǎn)，我們可以動(dòng)態(tài)地降低參考電流，使得ILED變化較?。簣D3中所示的基本原理圖闡釋了這個(gè)業(yè)經(jīng)證明的精確概念。HIGH-I和LOW-I這兩位能由MCU結合起來(lái)動(dòng)態(tài)地調節新的電流參考，從而產(chǎn)生新的ILED電流提供給LED。當然，如果這兩位都是低電平，使參考電流變?yōu)榱?，那么就沒(méi)有ILED流經(jīng)LED。

　　圖3 NCP5623參考電流的動(dòng)態(tài)控制

　　另一種方法是利用現有PWM技術(shù)：將這個(gè)功能結合到單個(gè)LED中，就可在調光功能期間提供極寬的ILED電流變化。這個(gè)概念基于正常設置的ILED峰值電流等于將流至調光序列末端的預計總LED電流的三分之一。3個(gè)PWM將設定為串聯(lián)形式，使工作期間的ILED變化較小。

　　這樣一來(lái)的結果就是共有93個(gè)調光級，使用相同的準指數曲線(xiàn)來(lái)將ILED電流從零增加(或減小)至芯片中設定的最大ILED電流。假設最大ILED電流為15mA，NCP5623將設定為使每個(gè)輸出電流為5mA，而第一級將使LED電流低于100mA，提供非常平滑的變化，而不會(huì )對人眼帶來(lái)視覺(jué)壓力。這序列將計算每個(gè)PWM的每一級，并啟動(dòng)下一個(gè)PWM，以增大流至LED的電流，使得計數器計數完成時(shí)產(chǎn)生設定的15 mA電流。圖4所示的原理圖闡述了應用于NCP5623的這個(gè)概念。

　　晶體管Q1用于補償調光序列從一個(gè)PWM轉至下一個(gè)PWM時(shí)產(chǎn)生的尖鋒?；旧?，電容C4區分電流鏡輸入引腳處出現的電壓瞬態(tài)現象，通過(guò)強行施加一個(gè)短脈沖至外部電阻R3來(lái)降低參考電流IREF。

　　圖4 高粒度調光功能

　　圖5提供的曲線(xiàn)展示NCP5623在這種條件下的表現。它可以產(chǎn)生多達90級，得到平滑的上升過(guò)程，這樣與人眼的感光度契合得很好。雖然藍色曲線(xiàn)中有些點(diǎn)呈現出非光滑波形(主要是因為測量等級存在的誤差)，但多項式曲線(xiàn)(橙色)在調光級和ILED電流之間產(chǎn)生非常良好的契合關(guān)系。

　　圖5 典型的NCP5623增強型漸進(jìn)調光功能

　　結合圖3中所描述的動(dòng)態(tài)IREF控制功能和90級的序列，還有可能進(jìn)一步提升曲線(xiàn)的平滑度。這里無(wú)需其它元件，只是需要軟件程序來(lái)結合這兩項機制。

　　結語(yǔ)

　　與動(dòng)態(tài)可設定的參考電源源相關(guān)的嵌入式電流鏡，使NCP5623能夠在最終應用需要非常平滑調光時(shí)能處理超過(guò)90個(gè)調光級。此外，一種簡(jiǎn)單的軟件程序提供180級的調光斜線(xiàn)擴展，使得系統在周?chē)庹樟炼葮O低的環(huán)境下能夠產(chǎn)生極其平滑的曲線(xiàn)。