背光驱动电路的选择策略和应用介绍
时间：01-09
来源：电子工程专辑
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越来越多的便携式消费电子产品配备了彩色显示屏，例如手机、数码相机、PDA、MP3、PMP播放器等，其中手机又占据了这个市场的绝大部分份额，从而导致了这两年来中小尺寸显示屏产业链的飞速发展。根据应用的不同，显示屏会有不同的种类，例如TFT-LCD、CSTN-LCD以及OLED显示屏，从市场的应用看，OLED显示屏只是在折叠式手机的副屏以及MP3的市场上占有一定的份额，而市场的主流依然是TFT和CSTN，这两种类型的LCD屏占据了现有的中小尺寸显示屏出货量的绝大部分。本文重点就中小尺寸的LCD显示屏的背光驱动解决方案作一个分析介绍。
背光驱动的技术分析
LCD显示屏自身并不发光，为了可以清楚地看到LCD显示屏的内容，需要一定的白光背光源。在中小尺寸LCD显示屏中，一般采用白光LED作为显示屏的背光源。白色LED背光电源由数个白光LED组成，如手机、数码相机一般仅需要2到3个白光LED，而PDA和PMP则根据其显示屏的面积，可能需要3到6个LED。对背光驱动电路的要求是：
1. 满足背光的亮度要求；
2. 整个显示屏亮度均匀(不允许有某一部分较亮、另一部分较暗的情况)；
3. 亮度可以方便地调节；
4. 驱动电路占PCB空间要小；
5. 工作效率高；
6. 综合成本低；
7. 对系统其它模块干扰小。
根据应用场合不同，系统设计者关注的重点可能会有所差别,例如对于低成本的产品方案，可能会把整个驱动电路的成本放在第一位；对于手机应用，白光驱动电路对其他模块是否会产生EMI干扰则是要重点考虑的因素；而在MP3应用中，又有可能对EMI干扰不太关心。
白光LED驱动器基本上有两种驱动方式：1. 采用电感升压式DC/DC升压变换的原理来驱动，所有的LED串联接在一起，一般也叫做串联型驱动方式；2. 采用升压式电荷泵驱动电路，所产生的电压一般在5V/4.5V或者是根据LED的正向导通电压而自适应确定的一个电压，所有的LED并联在一起，一般也叫做并联型驱动方式。
串联驱动电路
从技术发展的角度看，串联型驱动出现的比较早，技术上也比较成熟。以启攀微电子的CP2126为例，典型的串联型驱动电路如图1所示。
以CP2126为例，一般而言，采用串联方式使流过每一个LED的电流都一样，则发光的均匀性好；同时由于其升压原理，所产生的电压依赖于LED导通指定电流时所需要的电压，反馈电压CS内部设定为95mV，可以计算出当需要15mA的LED电流时，R1的值应该为：
无论是驱动2个LED还是多达5个LED，都可以通过改变R1的电阻值灵活地设定LED的亮度，在SHDN引脚施加一定占空比的PWM控制信号，可以使LED的亮度从不亮到满亮度之间无级变化。
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| 图1：一种典型的串联驱动电路。 |
背光驱动的技术分析
LCD显示屏自身并不发光，为了可以清楚地看到LCD显示屏的内容，需要一定的白光背光源。在中小尺寸LCD显示屏中，一般采用白光LED作为显示屏的背光源。白色LED背光电源由数个白光LED组成，如手机、数码相机一般仅需要2到3个白光LED，而PDA和PMP则根据其显示屏的面积，可能需要3到6个LED。对背光驱动电路的要求是：
1. 满足背光的亮度要求；
2. 整个显示屏亮度均匀(不允许有某一部分较亮、另一部分较暗的情况)；
3. 亮度可以方便地调节；
4. 驱动电路占PCB空间要小；
5. 工作效率高；
6. 综合成本低；
7. 对系统其它模块干扰小。
根据应用场合不同，系统设计者关注的重点可能会有所差别,例如对于低成本的产品方案，可能会把整个驱动电路的成本放在第一位；对于手机应用，白光驱动电路对其他模块是否会产生EMI干扰则是要重点考虑的因素；而在MP3应用中，又有可能对EMI干扰不太关心。
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| 图2：一种LED开路保护电路。 |
白光LED驱动器基本上有两种驱动方式：1. 采用电感升压式DC/DC升压变换的原理来驱动，所有的LED串联接在一起，一般也叫做串联型驱动方式；2. 采用升压式电荷泵驱动电路，所产生的电压一般在5V/4.5V或者是根据LED的正向导通电压而自适应确定的一个电压，所有的LED并联在一起，一般也叫做并联型驱动方式。
串联驱动电路
从技术发展的角度看，串联型驱动出现的比较早，技术上也比较成熟。以启攀微电子的CP2126为例，典型的串联型驱动电路如图1所示。
以CP2126为例，一般而言，采用串联方式使流过每一个LED的电流都一样，则发光的均匀性好；同时由于其升压原理，所产生的电压依赖于LED导通指定电流时所需要的电压，反馈电压CS内部设定为95mV，可以计算出当需要15mA的LED电流时，R1的值应该为：
无论是驱动2个LED还是多达5个LED，都可以通过改变R1的电阻值灵活地设定LED的亮度，在SHDN引脚施加一定占空比的PWM控制信号，可以使LED的亮度从不亮到满亮度之间无级变化。
图3：两倍电荷泵驱动电路。 在CP2126的设计中注意了两个问题： 1. 避免了EMI的干扰问题 CP2126避免了一般的串联型LED驱动电路中电感和大电流开关所产生的EMI干扰问题，对于诸如MP3、PMP之类的应用场合，这个问题可能影响不大，但是在手机应用中，EMI干扰会造成手机的接收灵敏度变差。CP2126通过优化内部电路的设计，避免了这个问题。表1对比了两款串联驱动芯片在相同的应用情况下，对手机接收灵敏度的影响。 可以看到，CP2126的工作与否对手机接收灵敏度的指标几乎没有影响，而芯片X在工作时，由于EMI的干扰造成了手机接收灵敏度的下降。同时，CP2126在输入3.6V驱动3个白光LED的典型应用情况下，可以达到83%的转换效率。 PCB设计也会对电路性能有比较大的影响。一般而言高频部分的走线应该尽可能的短而粗，对地的过孔尽可能的大而多，在CP2126的相关资料中对此都有比较详细的说明。 2. 内置输出开路保护电路 在应用中，有可能出现LED的开路故障情况，在这种情况下，由于CS引脚的反馈电压始终为0，如果没有保护电路，这种升压型的电路就会一直升压直到内部的开关管被击穿而损坏。所以，没有内置开路保护电路的芯片会要求外部增加一个齐纳二极管，利用它的击穿来保护内部的开关管。保护电路如图2所示。
显而易见，这样的保护电路又增加了系统的成本和PCB的面积，另一种保护方式是增加一个引脚，采用如SOT23－6L的封装，对VOUT的电压采样并进行检测。CP2126的设计可以保证外围应用电路无须做任何改动，在LED开路的情况下芯片依然不被损坏，当故障状态解除后，芯片又可以正常工作。 |
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