中尺寸显示屏LED背光驱动方案设计

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LED背光正在成为一股热潮，涌入人们的生活，从2008年LED背光笔记本电脑的亮相到2009年LED背光液晶电视的华丽登场，无不吸引人们的关注。对于中、大尺寸显示屏的LED背光，必须要解决几大技术问题，其中最为直接的问题就是LED之间发光亮度的一致性。中、大尺寸显示屏所需的背光LED颗数多达数十颗至上千颗，如果LED的发光亮度不一致，就会造成背光明暗不一，严重影响显示效果。
　　我们知道，LED的发光亮度是由流经LED的电流所决定的，所以确保LED发光亮度一致的办法，就是确保流经所有LED的电流完全相同。这表示在多颗LED背光时，串联的连接方式比并联方式有利于取得发光亮度的一致性。在这种情况下， 对LED串的电流精度的控制是重要的，它可确保客户的产品与产品之间背光LED串的发光亮度相一致。
　　但LED串联的数量不可能太多。在正常发光亮度下，白光LED两端的电压降大约为3.5V，意味着10颗相串联的压降可达35V。对14”显示屏而言，需要用到的LED数量达40颗以上，如果全部串联，则压降将达到约140V甚至更高，更不用说更大尺寸的显示屏了。所以，对中、大尺寸显示屏而言，完全串联的方式是不现实的，必须用串、并联相结合的方式。而当系统以这种方式驱动背光LED串组时，仅仅每路电流都达到精度要求仍然未必能确保背光的效果，±1%的电流精度意味着各路之间的最大差异可达2％。除非将电流精度指标提的格外高，否则就必须还要限制各路之间的电流差异。通常用电流匹配度来表示同一系统上多路并联输出之间的最大差异水平，其定义如下：
　　Imatch = (Imax-Imin)/Iavg*100%
　　即各路电流中的最大值与最小值之差与各路平均值的百分比。
　　正因为中、大尺寸显示屏的LED背光有上述最基本的要求，所以需要采用专门的LED驱动芯片来帮助系统实现背光LED的驱动管理，简化系统设计，并且提供更多的控制及保护功能。华润矽威科技最新推出的PT4112就是这样一款产品。
　　PT4112技术特点
　　PT4112是一款6通道白光LED驱动集成电路，每路最多可串联10颗白光LED，因此单颗芯片最多可驱动60颗白光LED。PT4112不但拥有优秀的电流精度和电流匹配度，理想的转换效率，以及宽的工作电压范围，还集成了丰富的控制功能和全面的保护功能。PT4112的主要功能和技术特点如下：
　　1. 超高精度。采用专利的设计技术以及先进的模拟工艺制程，PT4112的电流精度高达±2%，6路之间的电流匹配度可高达±1.5%，这不但在本土原创产品中是首屈一指的，而且完全可以满足高端笔记本电脑这样高图像画质应用的要求。
　　2. 高转换效率。通过采用专利的设计技术和先进的模拟工艺制程，PT4112的转换效率可高达90％以上。
　　3. 宽的工作电压范围。5～25V的工作电压范围，可以让工程师们在更多的应用中从容选取PT4112，而无需担心工作电压的影响。
　　4. 支持PWM亮度调光，PWM信号占空比范围为0～100％。将PWM信号输入到PT4112的bRT端口，可以直接控制LED灯的开启和关断。通过保持调光关断期间电路状态，输出电容上的AC纹波可在PWM很大占空比范围内保持很小值，以减少潜在的音频噪声。
　　5. 各种保护功能齐全。PT4112具有开路过压保护功能、逐开关周期的限流功能、输出断路保护、过温保护功能、输入电压欠压锁定功能、以及软启动功能等。除此之外，PT4112还具有独特的FAULT保护功能，通过向外部PFET提供驱动信号，只需将此PFET连接在输入和电感之间，当系统发生严重错误时，此PFET就能够将电源（对便携式应用，通常是锂电池组）和WLED隔离，从而避免电池因泄漏大电流而损坏，实现整个系统安全可靠。
　　6. 独特的断路自动亮度补偿功能。这是PT4112别具匠心的设计，是一项可选功能，通过PT4112的IFb端口来设定。当IFb端口悬空时，如果6路输出中的某1路停止工作，则其余5路电流自动增加20%。将IFb端口接地可关断此项功能。
　　7. 良好的EMI特性。通过采用专门的设计技术，PT4112的EMI得到有效抑制。
　　典型应用电路设计及注意事项
　　PT4112 应用电路设计方法如下：
　　1. 电流设定
　　输出的6 路电流通路，每一路通路的最大电流可以达到25mA。输出电流大小可以通过外接在Iset 端口的R1 设定，选取不同的R1 电阻值即可获得所需要的输出电流：
　

　　　
　　其中R1 是设定电阻，单位取KΩ，Iset 是所需要的电流，单位取mA。20mA 所对应的电阻取
值即为62KΩ。
　　2. 电感的选取
　　电感的选择将是决定整个系统能否稳定工作的重要因素，电感的特性主要有三：感值、DCR 和饱和电流，PT4112 推荐使用的电感范围为4.7-10μH，在尺寸和封装允许的情况下推荐使用10μH 电感，因为这样的选择系统可以得到更高的效率和更小的纹波。另外，在输出限流一定的情况下，10μH 的电感也有助于得到较大的输出电流。升压电路中，电感的计算通常按照下列公式计算：



                          
                       
                          
                               
　　电感电流纹波的峰峰值可以这样计算：



　　    由此，电感电流的峰值为：
      　　


      　　为了保证系统稳定的工作，通常饱和电流应为峰值电流的1.5 倍。
      　　3. PWM 调光
      　　通过在PT4112 的bRT 端口施加PWM 芯片，可以实现PWM 调光。PWM 调光是对所有通路同时有效的，PT4112不支持对某一路单独进行PWM 调光。PWM 信号的频率在100Hz～1kHz 范围内比较合适，见图2。









      　　4. PCb 布局注意事项
      　　对于高频以及大电流的供电系统，PCb 布局会是非常重要的环节，所以还应遵循以下注
      意事项：
      　　1)Iset 端电阻要尽量靠近芯片，以有效减少噪声对电流设定产生的影响；
      　　2)输入电容Cin 和输出电容Cout 应尽量靠近芯片，以保证系统能否稳定的工作。
      　　3)输入到SW 端，以及SW 端到输出的走线上会有最大3 安培的电流，所以走线需要保证相应的电流密度。