中心論題:
- 調(diào)光范圍
- 固定頻率降壓LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光
解決方案:
- 使能調(diào)光方案
- 串行調(diào)光方案
- 并行調(diào)光方案
隨著LED顯示屏的市場(chǎng)不斷增長(zhǎng),高對(duì)比度變成了一個(gè)時(shí)髦的詞。最近,業(yè)內(nèi)一家電子制造商巨頭推出了具備動(dòng)態(tài)LED背光控制的高清晰度70英寸LCD電視,其對(duì)比度高達(dá)500,000:1,耗電量卻減少了一半。該公司將如此高的對(duì)比度歸功于調(diào)光技術(shù)的采用。
對(duì)比度一般都被定義為系統(tǒng)可產(chǎn)生出的最亮色彩(白色)與最暗色彩(黑色)的發(fā)光度比率??梢酝ㄟ^(guò)控制進(jìn)入的正向電流來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度級(jí)別,即模擬調(diào)光。LED的色彩可以隨著正向電流的變化而位移,因此對(duì)于一些可容忍色彩位移的低檔照明系統(tǒng)而言,模擬調(diào)光不失為一個(gè)合適的選擇。但是,對(duì)于基于LED的LCD顯示屏等的高端應(yīng)用來(lái)說(shuō),為獲得想要的色彩一致性和各種亮度級(jí)別,就必須采用更復(fù)雜的調(diào)光技術(shù)。針對(duì)高端應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器一般都采用固定頻率工作模式與PWM調(diào)光機(jī)制。在PWM調(diào)光中,LED正向電流以減少的占空比在0%至100%間轉(zhuǎn)換,以進(jìn)行亮度控制。然而,PWM調(diào)光信號(hào)的頻率必須大于100Hz,以免出現(xiàn)閃爍或抖動(dòng)。為盡量降低可聽(tīng)到噪聲和輻射,高端照明系統(tǒng)的調(diào)光頻率范圍一般要求幾萬(wàn)赫茲??墒牵叩恼{(diào)光頻率將大幅縮小驅(qū)動(dòng)的調(diào)光范圍,反而降低系統(tǒng)的最大亮度。本文將探討在固定頻率、時(shí)間延遲磁滯控制和固定導(dǎo)通時(shí)間的降壓式LED驅(qū)動(dòng)器中,高頻PWM調(diào)光技術(shù)的性能表現(xiàn),并通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)衡量不同配置下的性能。
調(diào)光范圍
在PWM調(diào)光中,LED正向電流以受控的占空比(DDim)進(jìn)行開(kāi)/關(guān)(ON/OFF),以達(dá)到想要的亮度級(jí)別。DDim的動(dòng)態(tài)范圍定義了PWM調(diào)光配置所能實(shí)現(xiàn)的最大亮度級(jí)別。如上所述,LED亮度與LED正向電流成比例,因此,在使用PWM調(diào)光配置時(shí)所得到的最高和最低LED電流平均值分別由式1和式2表示。
ILED_Max=DDim_Max×ILED?。ǎ保?br />
ILED_Min=DDim_Min×ILED?。ǎ玻?br />
其中,ILED為LED電流,ILED_Max為LED電流的平均最高值,ILED_Min為LED電流的平均最低值,DDim_Max為最大調(diào)光占空比,DDim_Min為最小調(diào)光占空比。因此,最高和最低LED明亮的比率,又被看作PWM調(diào)光范圍,用式3表示。
調(diào)光范圍=DDim_Max/DDim_Min (3)
式3表示PWM調(diào)光范圍與最大、最小調(diào)光占空比之間的關(guān)系。對(duì)于給定的調(diào)光頻率FDim,DDim_Max表示最大占空比,即LED電流在下一個(gè)調(diào)光周期開(kāi)始前,從所需的正向電流降低至零的時(shí)間;DDim_Min表示最小占空比,即LED電流由零升至所需的正向電流(IF)的時(shí)間。
可以采用多個(gè)不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)正向LED電流的開(kāi)/關(guān)切換
在使能調(diào)光方案中,LED電流的開(kāi)/關(guān)是通過(guò)把開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器或者電源FET驅(qū)動(dòng)器設(shè)置成使能(Enable)或失效(Disable)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。使能調(diào)光的缺點(diǎn)是調(diào)光延遲較大(tD,tSU&tSD)。tD指需要啟動(dòng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路所需的時(shí)間。如果利用調(diào)光信號(hào)去開(kāi)/關(guān)電源FET驅(qū)動(dòng)器,而不是去開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,則可以消除這種延遲。tSU和tSD指電感器電流上升至所需LED電流,并將電流下降到零電流所需的時(shí)間,這種延遲很大程度視乎LED驅(qū)動(dòng)器的傳動(dòng)特性。使能調(diào)光方案可以在低調(diào)光頻率下提供較大的調(diào)光范圍。但是,由于調(diào)光延遲比較大,如果增加調(diào)光頻率,會(huì)明顯降低調(diào)光范圍。
串行調(diào)光方案將一個(gè)開(kāi)關(guān)與LED串聯(lián)在一起,這樣,LED電流從IF和零之間的切換將隨著串聯(lián)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通(ON)和斷開(kāi)(OFF)來(lái)執(zhí)行。在這種配置中,當(dāng)串行開(kāi)關(guān)器導(dǎo)通時(shí),峰值檢測(cè)器被用來(lái)確保電壓信號(hào)在反饋引腳(FB)處的連續(xù)性。串行調(diào)光沒(méi)有延遲時(shí)間tD和tSD,因此要優(yōu)于使能調(diào)光。不過(guò),這種方法的tSU較大,在高調(diào)光頻率下所能達(dá)至的調(diào)光范圍比較小。
并行調(diào)光方案把一個(gè)分流開(kāi)關(guān)與LED并聯(lián)在一起。一旦將這個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置成OFF或ON,立刻會(huì)有電流IF流進(jìn)或者流出LED。并行調(diào)光能明顯減少tD、tSU和tSD,因?yàn)樗砷L(zhǎng)期維持連續(xù)的電感器電流,這個(gè)電流的平均值大約等于所需的LED正向電流。因此,這種調(diào)光配置適合那些在高調(diào)光頻率下要求寬調(diào)光范圍的應(yīng)用。但是,并行調(diào)光必須配合開(kāi)關(guān)穩(wěn)理器拓樸來(lái)使用,因?yàn)橹挥羞@種布局才可提供連續(xù)的輸出電感器電流。此外,由于分流開(kāi)關(guān)(shunt?。螅鳎椋簦悖瑁┑墓β屎纳?,這種方式將降低整體系統(tǒng)的效率。下文將探討與固定頻率、磁滯和固定導(dǎo)通時(shí)間降壓式LED驅(qū)動(dòng)器一起工作時(shí),使能調(diào)光和并行調(diào)光方案的性能。
固定頻率降壓LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光
固定頻率電流模式降壓LED驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器可通過(guò)選用Enable_Dim控制或Shunt_Dim控制,配置成使能調(diào)光或并行調(diào)光。LED驅(qū)動(dòng)器的典型使能調(diào)光波形,這些波形是用LM3045(1A的16MHz固定頻率LED驅(qū)動(dòng)器)來(lái)產(chǎn)生的。