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新型LED驱动器用于多通道/宽调光比简化HDTV背光

发布时间:2018-08-12 15:50热度()我要投稿
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导读:为强化LEDTV在区域调光的优势,创新的LED驱动器将透过具有多个通道及宽调光比独立调光,以控制光强、颜色和对比度

  为强化LED TV在区域调光的优势,创新的LED驱动器将透过具有多个通道及宽调光比独立调光,以控制光强、颜色和对比度,因可达成简化HDTV背光源设计的目标,成为产业界新兴的LED驱动器选择方案。为强化LED TV在区域调光的优势,创新的LED驱动器将透过具有多个通道及宽调光比独立调光,以控制光强、颜色和对比度,因可达成简化HDTV背光源设计的目标,成为产业界新兴的LED驱动器选择方案。

       以发光二极管(LED)驱动器市场观之,目前用来驱动白光LED的驱动器约占50%,这些白光LED广泛地应用于许多掌上型、以电池供电之可携式产品的小型显示器背面照明,但这种应用已相对成熟,在未来5年内并不会有很高的年复合成长率(CAGR)。以发光二极体(LED)驱动器市场观之,目前用来驱动白光LED的驱动器约占50%,这些白光LED广泛地应用于许多掌上型、以电池供电之可携式产品的小型显示器背面照明,但这种应用已相对成熟,在未来5年内并不会有很高的年复合成长率(CAGR)。 就LED照明应用而言,成长率远大于掌上型背光照明领域的三个最大市场区隔中,其一为汽车前灯照明,再者为大型高画质电视(HDTV),最后则是通用照明。就LED照明应用而言,成长率远大于掌上型背光照明领域的三个最大市场区隔中,其一为汽车前灯照明,再者为大型高画质电视(HDTV),最后则是通用照明。

       然而,对于LED的普及而言,2008年是至关重要的一年。然而,对于LED的普及而言,2008年是至关重要的一年。 LED满足一些关键性能标准要求,此将带动LED驱动器需求的极高度成长,LED驱动器是在各种终端应用中驱动LED的要件。 LED满足一些关键性能标准要求,此将带动LED驱动器需求的极高度成长,LED驱动器是在各种终端应用中驱动LED的要件。

       尽管取得这些重大进步,不过就能量转换效率、热量管理和生产成本而言,仍有进步空间,如LED效率已有明显的进步,这些进步来自于芯片内产生光(>100流明/瓦),以及从芯片和其封装中抽取光的最佳方法。尽管取得这些重大进步,不过就能量转换效率、热量管理和生产成本而言,仍有进步空间,如LED效率已有明显的进步,这些进步来自于芯片内产生光(>100流明/瓦),以及从芯片和其封装中抽取光的最佳方法。 同样的,20毫安白光LED的销售价格已大幅降低了。同样的,20毫安白光LED的销售价格已大幅降低了。 最初推出时,量购报价为1美元。最初推出时,量购报价为1美元。 今天,有可能以不到20美分的量购价,即可购买20毫安的白光LED。今天,有可能以不到20美分的量购价,即可购买20毫安的白光LED。

       LED TV取代CCFL TV 为大势所趋 LED TV取代CCFL TV为大势所趋

       HDTV为成长最高的消费电子产品市场之一,过去大型平面电视机一直采用冷阴极灯管(CCFL)背光照明。 HDTV为成长最高的消费电子产品市场之一,过去大型平面电视机一直采用冷阴极灯管(CCFL)背光照明。 不过,为消除CCFL照明中有毒的水银蒸气、同时提高效率和性能的需求,已推动LED背光照明进入新的HDTV设计。不过,为消除CCFL照明中有毒的水银蒸气、同时提高效率和性能的需求,已推动LED背光照明进入新的HDTV设计。 此外,由于很多国家的政府已采取新的绿色措施,消除CCFL中常用的水银等有毒材料,亦助长此一趋势。此外,由于很多国家的政府已采取新的绿色措施,消除CCFL中常用的水银等有毒材料,亦助长此一趋势。

       随着消费者需要更大的HDTV和更高的分辨率,对电视机的需求已迅速从高画质等离子(PDP)转移到高画质液晶电视(LCD TV)。随着消费者需要更大的HDTV和更高的分辨率,对电视机的需求已迅速从高画质等离子(PDP)转移到高画质液晶电视(LCD TV)。 根据市场调查公司研究,高画质PDP的销售在2008年达到高峰,收入约为240亿美元,而高画质液晶电视拥有750亿美元的市场产值,至2010年将成长到930亿美元。根据市场调查公司研究,高画质PDP的销售在2008年达到高峰,收入约为240亿美元,而高画质液晶电视拥有750亿美元的市场产值,至2010年将成长到930亿美元。 不过,高画质液晶电视仍有诸多缺点,包括从快速运动图像模糊到彩色再现不准确等问题。不过,高画质液晶电视仍有诸多缺点,包括从快速运动图像模糊到彩色再现不准确等问题。 就目前的HDTV而言,无法达到真正的黑色,而且所有颜色的动态范围都有改进余地,如高画质液晶电视只能提供450~650cd/m2的对比度。就目前的HDTV而言,无法达到真正的黑色,而且所有颜色的动态范围都有改进余地,如高画质液晶电视只能提供450~650cd/m2的对比度。 这些HDTV的主要问题是它们不能彻底关断CCFL背光照明或对其进行局部调光。这些HDTV的主要问题是它们不能彻底关断CCFL背光照明或对其进行局部调光。

       相反,用高亮度(HB)LED背光照明,一个LED数组(就55吋显示器而言,有多达二千四百个LED)可以分成二百四十个单独的调光组。相反,用高亮度(HB)LED背光照明,一个LED阵列(就55吋显示器而言,有多达二千四百个LED)可以分成二百四十个单独的调光组。 每组通常由八至十个30~50毫安的LED组成,各组可以透过单个接脚独立调光,从而提供局部调光。每组通常由八至十个30~50毫安的LED组成,各组可以透过单个接脚独立调光,从而提供局部调光。

       这样的设计提供几乎比CCFL设计高一个位数级的对比度(>4,000cd/m2)。这样的设计提供几乎比CCFL设计高一个位数级的对比度(>4,000cd/m2)。 此外,透过以宽调光比调节LED组背光照明,可以再现更多中间色调颜色,从而提供更生动的画面。

       能够局部关闭LED的另一个好处,是能减轻运动模糊现象。能够局部关闭LED的另一个好处,是能减轻运动模糊现象。 透过在讯框之间彻底关断LED,几乎完全消除有关快速移动物体的模糊问题。透过在讯框之间彻底关断LED,几乎完全消除有关快速移动物体的模糊问题。 在解决CCFL背光照明高画质液晶电视遇到的这种快速运动模糊问题时,LED能否快速响应是关键。在解决CCFL背光照明高画质液晶电视遇到的这种快速运动模糊问题时,LED能否快速回应是关键。

       为了让局部调光设计可行,须要具有多个通道、能以非常宽的调光比独立调光的LED驱动器。为了让局部调光设计可行,须要具有多个通道、能以非常宽的调光比独立调光的LED驱动器。 幸运的是,有些电源IC设计者已预期到这种需求。幸运的是,有些电源IC设计者已预期到这种需求。

       调光须考虑光强/色彩 调光须考虑光强/色彩

       LED调光通常透过采用一个直流电(DC)讯号或一个滤波脉冲宽度调变(PWM)调节流经LED的顺向电流来完成。 LED调光通常透过采用一个直流电(DC)讯号或一个滤波脉冲宽度调变(PWM)调节流经LED的顺向电流来完成。 虽然降低LED电流可调节LED光输出强度,不过顺向电流的变化也会改变LED的颜色,因为LED的色度随电流而变。虽然降低LED电流可调节LED光输出强度,不过顺向电流的变化也会改变LED的颜色,因为LED的色度随电流而变。 很多应用如高画质液晶电视及汽车背光照明都不容许LED颜色有任何偏差,在这些应用中,需要宽调光范围,因为环境中有不同的光线变化,而且人眼对光强的微小变化都很敏感。很多应用如高画质液晶电视及汽车背光照明都不容许LED颜色有任何偏差,在这些应用中,需要宽调光范围,因为环境中有不同的光线变化,而且人眼对光强的微小变化都很敏感。 透过PWM讯号来控制LED的光强,允许对LED调光而不改变其颜色。透过PWM讯号来控制LED的光强,允许对LED调光而不改变其颜色。

       True Color PWM调光透过一个PWM讯号对LED调光。 True Color PWM调光透过一个PWM讯号对LED调光。 它实质上是以PWM频率用满电流导通和切断LED。它实质上是以PWM频率用满电流导通和切断LED。 人眼有每秒五十至六十个讯框的限制,如透过将PWM频率提高到100Hz,人眼就会感觉脉冲光源是连续导通的。人眼有每秒五十至六十个讯框的限制,如透过将PWM频率提高到100Hz,人眼就会感觉脉冲光源是连续导通的。 此外透过调制工作周期(导通时间的长度),可以控制LED的光强。此外透过调制工作周期(导通时间的长度),可以控制LED的光强。 采用此种方法时,LED的颜色保持不变,因为LED电流值或者为零,或为一个恒定值。采用此种方法时,LED的颜色保持不变,因为LED电流值或者为零,或为一个恒定值。 很多HDTV设计者需要3,000:1以上的调光比,以适应多种环境照明情况。很多HDTV设计者需要3,000:1以上的调光比,以适应多种环境照明情况。

        创新性LED驱动器瞄准HDTV应用

       业界已开发出专门用于HDTV的新型创新性LED驱动器,其降压模式的LED驱动器有十六个单独通道,每个可从高达45伏特的输入驱动一串由多达十个50毫安LED组成的LED串,每个信道都可用来驱动由十个LED组成的LED组,以提供局部调光。业界已开发出专门用于HDTV的新型创新性LED驱动器,其降压模式的LED驱动器有十六个单独通道,每个可从高达45伏特的输入驱动一串由多达十个50毫安LED组成的LED串,每个通道都可用来驱动由十个LED组成的LED组,以提供局部调光。 依此,每个驱动器皆可驱动多达一百六十个50毫安的白光LED。依此,每个驱动器皆可驱动多达一百六十个50毫安的白光LED。 一个46吋的液晶电视需要约十八个驱动器,其十六个通道中的每一个均可独立控制,并具有单独的PWM输入,此具有高达5,000:1的PWM调光比。一个46吋的液晶电视需要约十八个驱动器,其十六个通道中的每一个均可独立控制,并具有单独的PWM输入,此具有高达5,000:1的PWM调光比。

       每通道仅需要一个纤巧的片状电感和一个更加纤巧的陶瓷输出电容器,唯一所需的其它组件是单个输入电容与电流设置电阻(图1)。每通道仅需要一个纤巧的片状电感和一个更加纤巧的陶瓷输出电容器,唯一所需的其它组件是单个输入电容与电流设置电阻(图1)。 所有十六个信道的箝位二极管、电源开关和具补偿功能的控制逻辑电路被压缩在新型LED驱动器较小的五十六接脚、5毫米×9毫米四方扁平无引脚(QFN)封装之中。所有十六个信道的钳位二极体、电源开关和具补偿功能的控制逻辑电路被压缩在新型LED驱动器较小的五十六接脚、5毫米×9毫米四方扁平无引脚(QFN )封装之中。

 

从45伏特输入驱动一百六十个20毫安白光LED的十六信道LED驱动器 图1从45伏特输入驱动一百六十个20毫安白光LED的十六通道LED驱动器

图1 从45伏特输入驱动一百六十个20毫安白光LED的十六信道LED驱动器 图1从45伏特输入驱动一百六十个20毫安白光LED的十六通道LED驱动器

       新型LED驱动器在2MHz切换频率时,具有92%的峰值效率(图2),从而毋需外部散热器。新型LED驱动器在2MHz切换频率时,具有92%的峰值效率(图2),从而毋需外部散热器。 此外,该2MHz的切换频率大幅减小印刷电路板(PCB)所需多个电感的尺寸,因此允许使用非常薄的电视机外壳。此外,该2MHz的切换频率大幅减小印刷电路板(PCB)所需多个电感的尺寸,因此允许使用非常薄的电视机外壳。 此为一个关键因素,因为大多数消费者想要将HDTV安装到起居室的墙上,因此出于美感原因,需要重量轻和纤薄的外形设计。此为一个关键因素,因为大多数消费者想要将HDTV安装到起居室的墙上,因此出于美感原因,需要重量轻和纤薄的外形设计。

 

图1所示的一百六十个LED驱动器的效率高于92% 图2图1所示的一百六十个LED驱动器的效率高于92%

图2 图1所示的一百六十个LED驱动器的效率高于92% 图2图1所示的一百六十个LED驱动器的效率高于92%

       新型LED驱动器的PWM调光能力高达5,000:1。新型LED驱动器的PWM调光能力高达5,000:1。 图3显示5,000:1的PWM调光波形和一个非常方形的LED电流波形。图3显示5,000:1的PWM调光波形和一个非常方形的LED电流波形。 甚至在仅为2微秒的导通时间时,一个20毫安LED的电流与100Hz PWM讯号同步地导通和断开。甚至在仅为2微秒的导通时间时,一个20毫安LED的电流与100Hz PWM讯号同步地导通和断开。 更高的PWM调光比可用更低的PWM频率实现,但是100Hz保证不存在可见闪烁。更高的PWM调光比可用更低的PWM频率实现,但是100Hz保证不存在可见闪烁。

 

图1电路的5,000:1脉冲宽度调变调光波形 图3图1电路的5,000:1脉冲宽度调变调光波形

图3 图1电路的5,000:1脉冲宽度调变调光波形 图3图1电路的5,000:1脉冲宽度调变调光波形

       所有十六个通道的完整LED亮度都透过单个外部电阻器来设定,每通道具有相同编程LED电流(设定在10~50毫安之间),信道至信道的LED电流准确度在8%内。所有十六个通道的完整LED亮度都透过单个外部电阻器来设定,每通道具有相同编程LED电流(设定在10~50毫安之间),信道至信道的LED电流准确度在8%内。 True Color PWM调光用减小的工作周期提供准确调光,而所发射的光无任何颜色偏移,固定频率、电流模式控制电路在宽广输入和输出电压及电流内提供稳定运作。 True Color PWM调光用减小的工作周期提供准确调光,而所发射的光无任何颜色偏移,固定频率、电流模式控制电路在宽广输入和输出电压及电流内提供稳定运作。 透过内部检测电阻器对每个通道LED电流进行控制,以及每通道的内部开关和控制电路提供LED驱动出色恒定电流源调节性能。透过内部检测电阻器对每个通道LED电流进行控制,以及每通道的内部开关和控制电路提供LED驱动出色恒定电流源调节性能。 内部100毫安电源开关和五十六接脚QFN封装外露导热焊垫提供足够功率和热量管理,以在50毫安处理十六个通道的功耗和热量。内部100毫安电源开关和五十六接脚QFN封装外露导热焊垫提供足够功率和热量管理,以在50毫安处理十六个通道的功耗和热量。

       LED显然已经成为HDTV背光照明主流选择,不过系统设计者仍须拥有满足特定设计性能要求的LED驱动器。 LED显然已经成为HDTV背光照明主流选择,不过系统设计者仍须拥有满足特定设计性能要求的LED驱动器。 因此,LED驱动器须能满足输入电压范围、输出电压和电流需求转换架构,为不同类型LED配置提供充足的电流和电压。因此,LED驱动器须能满足输入电压范围、输出电压和电流需求转换架构,为不同类型LED配置提供充足的电流和电压。 因此,LED驱动器须具备以下特点,如宽广输入电压范围、宽广输出电压范围、高效率转换、严格调节LED电流匹配、低噪声与定频操作、独立电流和调光控制、宽调光比及用极少外部组件组成接脚占位精小的解决方案,以满足设计者的需求。因此,LED驱动器须具备以下特点,如宽广输入电压范围、宽广输出电压范围、高效率转换、严格调节LED电流匹配、低杂讯与定频操作、独立电流和调光控制、宽调光比及用极少外部组件组成接脚占位精小的解决方案,以满足设计者的需求。

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