一、芯片简介
OZ9957为白光LED控制和DC-DC转换专用集成块,具有工作电压宽(4.5V-30V),工作频率高(最高可达600kHz)等优点,并内置关断延时定时器、过流和过压保护、软启动、相移可变调光控制、系统同步控制等多个模块电路,其引脚功能见表1,内部电路框图见图1。
二、应用电路分析
一款海信犯英寸液晶电视采用OZ9957 (N901)作为LED背光源驱动控制芯片,如图2所示。该电路主要由驱动脉冲形成、升压和电流稳定、过流保护、过压保护、短路保护、调光控制等电路组成。
1.驱动脉冲形成电路
驱动脉冲形成电路主要由N901的②脚、15脚外接元件和集成块内部相关电路组成,其作用是形成升压电路所需的驱动脉冲信号。
来自开关电源的12V电压加到N901的13脚,作为集成块内部电路的工作电压。集成块的②脚为振荡器频率设定端。②脚外接元件一旦选定,由IC内外相关元件组成的振荡电路的振荡频率便随之确定。当来自信号处理板的启动控制电压加到N901的12脚时,内部振荡电路启动,产生振荡脉冲信号,经电流管理器、驱动放大器等电路处理和放大后,从15脚输出,然后分为两路:一路加到MOS管V901的栅极,作为V901的驱动信号;另一路经VD902加到V902的栅极,作为V902的驱动信号。
2.升压和电流稳定电路
该升压电路与开关电源中的PFC电路相似,主要由V901、L9011、 VD901、 R733、 R734、 C908、R702、 R701等元件组成,L901为储能电感。
当N901 15脚输出的脉冲信号加到V901的栅极时,V901导通,
84V电压→L901→V901 →R733//R734→地,形成电流回路,此时在L901中形成左正右负的电压,能量储存在L901中。当V901截止时,L901中的感应电压极性反转,即左负右正,与输入的84V电压叠加后向C908充电,此时C908上的电压即为LED背光灯的驱动电压,其电压值约为112V。若升压电路不工作,加在LED背光源上的电压为84V。
LED要稳定发光,则要求驱动电路为LED提供的驱动电流也必须稳定,而驱动电流要稳定就要求驱动电压必须稳定。在LED背光驱动电路中,驱动电压稳定是通过LED的电流反馈及控制电路来实现的。电流稳定电路主要由R703、R702、R701和N901⑦脚内部相关电路组成。
LED背光点亮后,流过灯条的电流巴经V902的D、S极及R701~R703到地,在R701R703上形成反映灯条电流大小的取样电压,经R933加到N901的⑦脚。该脚内接电流管理器。电流管理器的基准电压为0.5V。在正常情况下,即灯条电流在正常范围内时,其取样电压不会超过0.5V,电流管理器不动作。若因某种原因(如来自开关电源的电压升高导致LED驱动电压升高,或LED灯条中部分发光二极管击穿)导致灯条电流增大,R701~R703上的取样电压就会升高,当电压超过0.5V时,N901内部的电流管理器工作,输出控制信号调整15脚输出的驱动脉冲的占空比,使V901的导通时间缩短,则LED驱动电压降低,最终使流过灯条的电流回到正常值范围内。
3.过流保护电路
升压电路中的R733、R734和N901⑧脚内部电路组成升压电路的过流保护电路,R733、 R734为取样电阻。若因某种原因导致流过V901的电流增大,则R733、R734上的电压上升,并高的电压经R908加到N901的⑧脚,当⑧脚电压超过0.5V时,内接比较器输出反转,输出控制信号到驱动脉冲形成电路,以调整驱动脉冲的占空比,使V901在一个周期内的导通时间缩短,这样让V901的电流回到正常范围内。
电阻R909-R912和N901⑩脚内部电路组成升压电路的过压保护电路,R909~R912为取样分压电阻。若因某种原因导致升压输出电压升高,则R912上所分的电压上升,升高的电压经R950加到N901的⑩脚,当⑩脚电压超过3V时,内接比较器输出反转,比较器输出高电平控制信号,通过延时器对驱动电路进行控制,使N901 15脚无驱动脉冲输出,则升压电路不工作,以避免LED灯条过压损坏。
5.LED过流保护电路
在LED背光源中,为避免灯条过流损坏,电路中均设计有过流保护电路。N901⑦脚既是灯条电流稳定的检测信号输入端,又是灯条过流信号检测输入端。⑦脚内接过流比较放大器,其基准电压为0.55V。若流过灯条的电流增大,当⑦脚电压高于0.5V,但低于0.55V时,N901内部的电流管理器工作,过流比较放大器不动作;当⑦脚电压高于0.55V时,过流比较放大器动作,输出高电平控制信号,经延时器处理后,通过保护电路输出关断信号送给驱动电路,驱动电路停止工作,则升压电路不工作,这时加到灯条上的电压仅为84V,流过灯条的电流大幅下降,远低于正常电流,从而
N901的⑨脚为补偿和软启动端,外接的阻容元件与内部相关电路组成延迟电路,其作用是让保护电路延迟一段时间才启动,以消除杂波干扰,避免误动作。即可设定启动延迟时间。该电路具体的延时时间由阻容元件的时间常数决定,可通过调节外接延时电容来调整。
当LED驱动电路的电压输出接口与LED背光源的插座接触不良出现瞬间打火,或外部环境出现异常大幅度的脉冲信号干扰时,也可能导致流过灯条的电流瞬间大幅增加,在这种情况下,若无延迟电路的话,保护电路会动作,从而出现无光栅的故障现象。
6.LED开路保护电路
当LED灯条内部出现开路或接插件接触不良时,灯条中将无电流流过,电流取样电阻R701-R703上将无电压,此时为了防止电流管理器误判为LED电流不足,导致驱动电压大幅升高,故在⑦脚内部设计了一个断路保护(OLP)比较器。当⑦脚电压低于0.4V时,比较器输出高电平控制信号,通过延时器对驱动电路进行控制,使驱动电路停止工作,15脚无驱动脉冲输出。
7.短路保护电路
LED背光源是由多只二极管组成,正常使用过程中有时会出现击穿短路现象。如果一个灯条中仅有少量的二极管击穿,这时流过灯条的电流会增大,过流保护电路启动,驱动电路停止工作,无驱动脉冲输出。此时,加到灯条上的电压为84V。在发光二极管击穿不多的情况下,加在单只发光二极管上的电压仍低于其导通电压,灯条自然不会发光。若灯条中有较多的二极管击穿,即使过流保护电路动作,驱动电路不工作,84V电压加到灯条上,灯条中没有击穿的二极管也会发光,如此时电流过大,则会烧坏这些二极管。
考虑到以上因素,该电路中设计了由V913、R745、R752、R751、VD913等元件组成的短路保护电路。当LED正常工作或LED灯条中只有少量发光二极管击穿短路时,由于流过电阻R745、R752、R751的电流较小,R745、R752、 R751上的压降也较小,V913的基极和发射极间的电压降基本相等,V913截止。若LED灯条中有较多的发光二极管击穿短路,即使是N901内部保护电路启动,升压电路不工作,若这时流过灯条的电流过大,由于时R745、R752、R751上的压降上升,V913基极电压大幅下降,V913由截止转为导通,其集电极输出高电平,经VD913送往开关电源,使开关电源停止工作,无84V电压输出。
8.调光控制
当需要对背光亮度进行调整时,信号处理板中的CPU就会输出一个频率约为200Hz的调光控制脉冲信号,加到N901的⑥脚(调光控制信号输入端)。该调光信号进入集成块内部后,首先由相位调整电路进行调整,调整后的信号送到电流管理器的反向输入端,处理后直接输往PWM调制电路,对脉冲振荡电路输出的脉冲信号进行调制。当调制信号为高电平时,15脚无驱动脉冲信号输出,V90、V902均截止,这时LED的驱动电压仅为84V、LED灯串会因驱动电压过低而熄灭。由于调光信号的频率远高于人眼视觉暂留频率,所以调光时我们看不见光栅消失的情况。
9.同步控制
在LED液晶电视中,LED灯条数量往往不止一个,为了保证每个灯条发光的一致性,需要每个驱动电路同步工作。N901的①、③、⑤脚与同步控制有关。若将N901设定为同步工作主芯片,可通过①、⑤脚外接元件设定,这时③脚输出同步控制信号,送到其他集成块,使其同步工作,从而尽可能保证背光亮度一致。