一种液晶显示器的LED背光驱动控制设计方案

大型液晶显示器而言，常需要几十、上百个的LED 灯，对电路驱动能力的设计要求就更高。笔者介绍的基于LT3599 LED 背光源驱动控制电路， 可以适用于中大型液晶显示器（同样也可适用于小型液晶屏背光源的驱动）。此电路经测试和试验验证，能满足各种常规中大型液晶显示器的背光驱动控制电路的要求。

　　1 LT3599 简介

　　LT3599 是一款真彩色PWM 脉宽调控的DC/DC 转换器，它的占空比高达3 000:1， 带有4 路LED 驱动， 每路可驱动120 mA 电流，且每路的电流大小均可编程控制和独立开关。

　　它能适应3.1 V～30 VDC 的宽输入电压范围， 输出电压高达44 VDC，开关频率范围为200 kHz～2.1 MHz，同步时钟的选择灵活———即可接外部时钟也可用自带同步时钟。

　　LT3599 带过压、欠压、过流、过热、抗较大浪涌电流、输出短路或开环保护等完善的保护功能，是一款安全可靠的集成控制芯片。

　　2 电路的总体设计

　　整个驱动控制电路的整体构成框图如图1 所示，由多路电源输出模块、LT3599 控制模块、FPGA 可编程PWM 脉宽控制模块、LED 灯组模块组成。LT3599 内部是升压电路， 将输入的电压在FPGA 模块的控制下转换成LED 灯组所需的稳定电流和电压，从而实现亮度、对比度调节，提供给液晶屏稳定均匀的背光源。

图1 驱动控制电路系统框图

　　2.1 多路电源输出模块的设计

　　设计时选用了日本COSEL 公司的CBS502424、CBS502403集成电源块，设计成可调稳压电路。外部电源只有一路（+28VDC）输入，经内部的整流、滤波、电压转换和稳压处理后，转换输出给FPGA 模块以及LT3599 控制模块所需要的+5VDC、+3.3 V 和+24 VDC 等多路电压。

　　2.2 LT3599 控制模块的设计

　　LT3599 有2 种封装：28 个管脚的封装和32 个管脚的封装，其中32 个管脚的封装是热控增强型封装，对于高亮及中大型液晶屏来说， 选择32 个管脚的热控增强型封装设计电路更稳定可靠。其典型控制电路如图2 所示。

图2 LT3599 典型应用电路

      2.2.1 输出LED 驱动电流大小的设计

      2.2.4 保护电路的设计

　　1）过压保护的设计：通过FB 管脚设计电压反馈环路从而实现过压保护功能。FB 脚参考电压为1.233 V， 具体的保护电路设计如图5 所示。

图5 用FB 管脚设计过压保护电路

　　2）热保护电路的设计：用V_REF、T_SET管脚设计热保护电路。

　　预先设定一个LT3599 内部极限保护温度，当LT3599 芯片温度超过这个值时LT3599 输出给LED 灯的电流就自动降低，从而使芯片的温度慢慢降低。LT3599 内部设定给V_REF的参考电压时1.227 V，VREF最大输出100 μA 电流。具体的电路设计如图6 所示，LT3599 内部最大控制节点的温度值与电阻R1、R2的选择对应关系如表1 所示。

图6 用T_SET管脚设计温度保护电路

　　3）欠压保护电路的设计：通过管脚设计欠压保护电路。为了避免电路在超低电压下工作导致出现不稳定状况，当此管脚电压低于1.4 V 时LT3599 会自锁。LT3599的关断电压和接通电压可分别通过式（3）和式（4）计算而得：

表1 LT3599芯片内部最大节点控制温度与电阻R1、R2的对应关系

当管脚电压低于1.4 V 或者VIN管脚电压低于2.7 V 时，欠压保护就会关闭整个LT3599 电路，避免电路工作在不稳定状态。具体的电路设计如图7 所示。

图7 欠压自锁控制电路

　　4）FPGA 模块通过SS 管脚设计软启动开关锁，避免当电路由关断或自锁状态恢复正常工作时，受到较大的瞬时浪涌电流或过冲电压的影响。采用软启动来恢复工作时，电路的开关频率会自动降低，以保护电路免受大电流损坏。当V_IN<2.7 V 或<1.4 V 时，LT3599 电路会立即自动全部关断，并通过SS 管脚设置了软启动锁， 防止电路误启动。只有当"V_IN>2.7 V、>1.4 V、PWM>1 V、SS<0.25 V" 这4个条件同时具备后，由SS 管脚设置的软启动锁才会解开，此时内部输出11 μA 的电流来控制恢复过程中的电流和电压上升速率。上升速率的快慢与SS 管脚所接电容Css 容量大小有关，具体可由式（5）计算可知，其中Iss 典型值为11 μA。

　　通过SS 管脚设置软启动开关锁的控制时序图如图8 所示。

图8 软开关控制启动时序图

　　2.3 FPGA 可编程控制模块的设计

　　FPGA 采用的是高速串行接口通讯， 和传统的并行接口相比，串行通讯能提供更大的带宽、更远的距离、更低的成本和更高的扩展能力。

在设计FPGA对LT3599 的控制功能时，充分利用其内部可进行灵活设计的特性。首先检测视屏驱动板输出给显示屏的视频信号，识