数码相框的LED背光设计

近年来传统纸质相片相框的吸引力已日渐消退，随着数码相机和手机相机的普及，数码相框市场正方兴未艾。

数码相框具有内置的扬声器和耳机，可以通过MP3功能实现动人的画面，由此我们不难预计相当比例的传统相框将被数码相框取代。此外，一旦数码相框的价格开始回落，其流行风潮必将很快到来。

正是基于上述原因，许多公司纷纷推出了最新的数码相框模型。本文将介绍美国国家半导体针对数码相框应用推出的新产品，并着重验证在每种应用中哪种产品最为有效。

图1是数码相框的功能模块图示例。如图所示，美国国家半导体的许多产品已被应用在LCD偏置电源、LCD BLU(背光模组)、音频和DC/DC模块上。通常数码相框显示器的尺寸为5.6英寸、7英寸和8英寸，其中7英寸和8英寸是主流产品。较大尺寸的数码相框是专门针对广告行业而设计的。本文将主要介绍小尺寸数码相框方案。

图1：数码相框功能模块示意图。

LCD面板是数码相框的主要组成部分，它带有用于背光照明的白光LED。目前，LM2733和LM27313已被大量用于白光LED BLU解决方案。LM2622被用于LCD偏置，LMH6683则用于视频缓冲。如图1所示，音频和其它解决方案也可用于数码相框产品。

白色LED背光解决方案

图2和图3显示了用于8英寸数码相框LCD的白光LED背光电路。在设计LED背光驱动电路时，最重要的问题是在LED正向偏置时保持恒流。由于LED是电流驱动型器件，光照强度取决于传导电流的大小。为保证光照强度并提高LED的使用寿命，就必须保持恒定的电流。

图2：8英寸LCD中的3×8阵列LED模块驱动电路。

图2中的LED模块由共24个白光LED组成，这些LED每3个一组串联在一起，分为8列并行连接。市场上有多种类型的LED模块。7英寸机型采用3×7阵列或7×3阵列。8英寸机型分别采用3×8或8×3阵列。由于所需电压和电流取决于这些阵列，因此在设计初期选择合适的LED驱动器是非常重要的。图2是8英寸LCD中LED模块驱动电路的一个示例。

图3：8英寸LCD的8×3阵列LED模块驱动电路。

1. 确定白色LED的规格并定义LED阵列的结构。

可以通过LED的阵列结构及LED的正向压降和正向电流来选择LED驱动器。如图2所示，用于8英寸LCD BLU的白光LED的规格为：VF(最大值)=4V、IF(最大值)=25mA，阵列结构为3×8。两个LED节点之间的总电压如下：
总VF=VF×串联LED数=12V
总IF=IF×并联线路数=25mA×8=200mA

因此所选LED驱动器的驱动能力必须超过12V、200mA。如图2所示，需采用升压DC/DC解决方案来提供12V的电压，该电路利用DC/DC转换器从12V墙式适配器获得5V恒定电压。如果采用的是升压转换器，则内部FET容量需考虑可用容量，即最大输入电流和最大输出电压。在图2的电路中，所需FET容量可通过以下方法计算。

输出功率为：
POUT=VOUT×IOUT=12×200mA=2.4W

因此所需的输入功率为：

PIN=1.2×POUT=1.2×2.4W=2.88W

假设转换效率为80%，由于VIN为5V，则所需输入电流为IIN=PIN÷VIN=2.88W÷5V=576mA。因此，内部开关(FET)必须支持12V以上电压及超过576mA的电流。对于8×3的LED阵列，结果为：

总VF=VF×串联LED数=32V
总IF=IF×并联线路数=25mA×8=75mA

FET的容量必须超过32V、75mA。如果考虑LM2733和LM27313的关键性能，就可以得出表1所列结果：从表中我们可以看出，LM27313不适合8×3的阵列，因为开关的最大可用电压为30V。图2和图3显示，LM2733适用于8×3阵列，LM27313则适用于3×8阵列。

2. 设计恒流电阻(RCC)以持续驱动LED

如前文所述，保持LED的电流恒定非常重要。在3×8阵列中，所需电流约为210mA。图2中的恒流电阻的阻值可通过下列公式算出：
RCC=FB电压÷总IF=1.23V÷200mA=6.15Ω

因此采用6Ω的电阻器。在8×3阵列中，所需电流约为90mA，因此图3中恒流电阻的电阻值可以下列公式算出：
RCC=FB电压÷总IF=1.23V÷75mA=16.4Ω
在这种情况下使用17Ω的电阻器。从图2和图3我们可以看出，通过误差放大器1.23V的反馈参考电压保持FB电压恒定，因此通过RCC的电流能够始终保持恒定。

3. 面向调光控制的有源关断功能

调光控制是指根据客户的喜好控制显示器光照强度。目前有两种调光控制方法。一种是直接通过LED控制传导电流，另一种是通过控制电源的开/关来导通或关断LED，从而控制LED的导通时间。目前第二种方法更为流行，因为第一种方法的电路较复杂，且始终处于通电状态会缩短LED的工作寿命。如图2和图3所示，可以通过开/关LM2733和LM273133来控制LED的开关，而对LM2733和LM273133的开关控制可通过在SHDN引脚上应用脉冲宽度调制(PWM)得以实现。LED的照明强度可以通过调整脉冲占空比实现精确控制。要记住的是，脉冲频率必须超过20kHz。低于20kHz的频率会使电路输出端的多层陶瓷电容器产生波形振荡，从而产生可听噪声。

4. 需要过电压保护(OVP)

大多数LED模块是通过一个连接器与主板相连的。如果图2和图3中LM2733和LM27313的输出因误操作或LED模块受损而开路，那么由于误差放大器的负输入端没有信号，输出电压将会无限制地上升。这将造成毁灭性后果，损坏LM2733和LM27313或输出二极管。为解决这一问题，可加入一个过电压保护电路(如图4所示)。