二、中型尺寸液晶屏的LED背光源驱动方案
中型尺寸液晶屏主要是指12英寸~22英寸的LCD,主要用于便携式DVD、液晶彩显、笔记本等电器中。为了便于改装,其LED背光驱动板大都与CCFL背光驱动板接口兼容,改装时只需要将其背光源由CCFL灯管换成铝基板的LED灯条,同时将交流高压驱动器换成简单的低压直流驱动器即可。
与小尺寸LCD的LED背光相比,目前中型尺寸的LED背光方案中只是增加了LED的数量,并将串并联后LED组作为一个整体负载来考虑,通过控制流过这个LED组的总体电流来调节LCD屏的亮度。
1.低压差线性稳压器(LDO)方案
部分中型尺寸液晶屏的LED背光源驱动采用LDO方案,这样可充分利用原CCFL驱动器所需的12V的直流输入电压,无需再改动电源电路。一款采用N AX16803的LED驱动电路如图3所示,图中每只LED的额定电流为20mA,每3只串联成一个LED灯串,根据屏的大小选择需要并联的LED灯串的总数。
MAX16803可直接输出高达350mA的电流,若外接双极型结型晶体管(BJT)时,输出电流可高达2A。通过外置的采样电阻R1,设定输出的总电流值。该芯片可保持输出总电流恒定,并且支持PWM调光功能。与之同系列的MAX16804将PWM发生器也集成在芯片内部,支持模拟调光功能,这样电路将更为简单。
LDO驱动LED灯组方案的最大优势是电路非常简单,而且基本没有电磁干扰(EMI),比较适合和LED灯组做在一起,直接放置在LCD屏内。在实际使用中,输入电压与LED灯组所需驱动电压之间存在电压差,这个电压差加在MAX16803内部的低压差线性稳压器上,从而保证加在LED灯组两端的电压恒定,但当电压差比较大时,即加在低压差线性稳压器上的电压差较大,MAX16803发热也就比较大,致使整体工作效率降低,这就是该方案的主要缺点。
另外,在该方案中,由于并联的各LED灯串之间并不存在均流电路,所以只能依靠选择正向导通电压尽可能一致的LED,以减少LED灯串间电流分配不均的影响。
【提示】目前,用于LED背光的普通白光LED功率约为0.05W,工作电流约为20mA,而大功率白光LED的功率一般为1W或2W(甚至更高),工作电流约为350n A或700nA(甚至更大)。由于大功率白光LED受光通量、转换效率和成本等方面的制约,现仍未普遍使用。
2.开关电源驱动方案
部分中型尺寸液晶屏的LED背光源驱动采用开关电源驱动方案,其最大好处是提高了整个LED组的驱动效率。一款采用MAX16819/MAX16820的LED驱动电路如图4所示,MAX16819的输入电压为4.5V-28V,使得LED背光模组既可以兼容原来CCFL的输入电压,也可以由电池或者适配器直接供电,减少电源变换环节,提高系统的整体效率,并且此方案支持PWM调光功能。
MAX16819和MAX16820是一款降压开关型LED恒流驱动IC,其开关频率为2MHz,仅需外接一只MOSFET管和少量元件,即可输出高达3A的电流,电流精度达±5%,驱动LED的总功率可达25W,降压转换效率高达94%。由于该IC采用高边电流检测技术,其外部检流电阻上的压降仅为0.2V,这样就大大降低了MAX16819/MAX16820的功耗。
与LDO驱动LED灯组方案一样,开关电源驱动LED灯组也无法从根本上解决各LED灯串之间电流分配不均的影响。
3.开关电源+LDO驱动方案
在驱动LED灯组时,若只是对总电流进行控制,而不能对各LED灯串的电流进行分配,在此情况下,即使选择电气参数较一致的LED(这也意味着LED成本会有大幅上升),在相同的驱动电压下,LED灯组中总导通电压高的LED灯串,可能导通不充分;总导通电压低的可能过导通,实际电流超出其额定值,这样的结果一是亮度不太均匀,二是有的LED可能会提前损坏。
为解决这一问题,再结合开关电源与LDO电路的特点,出现了开关电源+LDO驱动方案,即LED灯组的总供电由开关电源来实现,以提高系统整体效率;每一串(即每一条支路)中串联一个LDO,开关电流输出电压与各LED灯串实际正向导通电压之间的电压差由串联的LDO“承担”,LDO实时检测通过此支路LED中的电流,并调节自身的压降,从而实现流过各灯串的电流相同的目的。
MAX16807是一款集成8通道LED驱动并具有开关模式的控制器,内含电流模式的PWM控制器与稳压变换两大电路,其PWM控制器可根据输入电压(8V-26.5V)的不同,选择降压或升压模式,使输出电压保持恒定(最高可达36V)。另外,该芯片可通过总线单独控制每一支路LED的开/关与PWM调光的占空比。
该IC的典型应用电路如图5所示,驱动8路LED灯串,每路可串联10只白光LED,即该IC可恒流驱动80只LED。在每一条LED支路的回路中,MAX16807内置一个LDO,根据通过的LED电流,可自动调节输入端口的电压值,即调节这一路LED灯串上的实际电压,使流过每条LED支路中的电流均与设定值一致(每路电流均可设定,最大值可达55mA)。