背光LED亮度调节方法-硬件和射频工程师.PPT 31页

背光LED亮度调节方法-硬件和射频工程师.PPT 31页

手机背光驱动原理及应用显示屏按其显示原理大致可分为三种：CRT（显像管）、LCD（液晶）和OLED。 从市场应用来看，手机使用的主流显示屏幕是LCD，OLED仅用于翻盖。 它在手机小屏幕中占有很小的份额，并且CRT在手机中不使用。 LCD 本身不发光。 为了显示所需的数据和图像，必须使用白色背光。 手机中的白色背光通常由多个侧发光白色LED灯组成。 LED灯的数量取决于屏幕的尺寸。 决策，一般为2～6个。本文以LED灯的驱动为对象，介绍背光驱动在手机中的原理及应用。 背光驱动器 下图为手机液晶模组的总体结构。 背光LED位于反射膜之上、导光板之下。 背光驱动反射从灯管射入的光，提高光的利用率。 支撑导光板及所有薄膜材料，防止接收光源变形和歪斜，引导光线的散射方向使反射光源均匀扩散，遮盖网点，防止正面散射点提高光的利用率1. LED参数 LED的主要参数是Vf/If，其他还有颜色、亮度、波长、发光角度、效率、功耗等。 Vf：正向压降，LED正负极两端的压降当它发光时它本身。 If：正向压降电流，在一定发光强度下通过LED的电流，发光强度与If成正比，相同If下灯的发光强度相同。 手机LCD背光源用白光LED的If一般为20mA，Vf一般为3.0~3.4V。

当LED开启时，其电流的变化率远大于正向导通电压的变化率。 因此，LED制造商在测试其光学特性并对其进行分类时，大多是根据一个一致的额定电流值（如5mA或20mA），然后给出之前的结果，从而获得预期的亮度要求并保证其一致性每个LED的亮度和色度，需要相同的驱动电流。 背光驱动 2.白光LED驱动电路的基本要求 1）满足背光的亮度要求； 2）整个显示屏的亮度均匀（不允许有一部分较亮，另一部分较暗）； ?? 3）亮度调节方便。 4）驱动电路占用PCB空间少； 5）工作效率高； 6）综合成本低； 7) 对系统其他模块干扰小。 以上背光驱动的情况，其应用场合不同，侧重点也不同。 在一些方案中，背光驱动电路的成本可以是第一优先级，而在一些方案中，背光驱动电路的性能可以是第一优先级。 。 背光驱动3、白光驱动方式白光LED驱动方式主要有两种：一种是采用电感升压DC/DC升压转换原理驱动，所有LED串联，一般称为串联驱动方式。 ; 另一种是采用升压电荷泵驱动电路。 产生的电压一般为5V/4.5V或者根据LED的正向导通电压自适应确定的电压。 所有 LED 均并联连接。 这称为并行驱动模式。

背光驱动串联驱动电路串联驱动电路是比较早期的驱动电路。 早期手机的LED背光源大多采用这种方式。 顾名思义，串联驱动电路中的白光LED是串联的。 因此，之后每个灯的电流是相同的，从而保证了每个灯的亮度是相同的。 发光亮度均匀是该方法的最大优点。 由于灯管是串联的，每个灯管的Vf电压为3.0~3.4V，因此该方法的驱动电路需要使用DC/DC升压电路将电压升压到需要的电压，这会导致电路产生 EMI。 辐射可能会影响手机的射频指数。 背光驱动以S66-A上使用的华润硅能为例。 典型的串行背光驱动电路如下图所示： 背光驱动IC的FB引脚为反馈输入端，R1为反馈电阻，LED的最大电流由反馈电阻控制，LED上的参考电压IC内部的FB引脚为104mV，反馈电阻的阻值可以通过以下公式计算： R1=104mV/Iled 如果Iled=20mA，则R1=104mV/20mA= 5.2ohm，可以选择5.1欧姆电阻，精度为 1%。 实际应用中，EN引脚接PWM信号，通过调节PWM信号的占空比来调节流过LED的实际电流，使LED从不亮到全亮逐渐变化。 我们公司一般有五个级别，分别是20%、40%、60%、80%、100%。

背光驱动器的OV引脚为过压输入端。 当LED电路断开时，即IC输出开路时，FB端反馈电压恒定为0V，此时IC会将占空比调整到最大，使输出端电压变得越来越高。 更高直到 IC 烧坏。 OV 引脚连接至输出端子。 当输出电压超过20V时，IC将关闭，直到电源再次上电，从而起到输出开路保护的作用。 有些 IC 没有 OV 引脚。 这种情况下，需要在输出端添加稳压二极管，以保护内部开关管被击穿，如下图所示： 背光驱动并联驱动电路 虽然串联电路具有高电流匹配性和优点效率高，但其整体方案需要功率电感和大型肖特基二极管，这使得其整体成本与并联驱动电路相比没有太大优势。 同时，所需的贴片电感尺寸较大，如果处理不当，很容易出现EMI问题。 因此，目前手机中使用的背光驱动电路主要是并联电路。 早期的并联驱动电路仅解决了LED所需的电压问题。 它通过电荷泵将电池电压升压到5V或4.5V的固定电压，然后每个LED串联一定的电阻。 值来控制LED电流。 下面简单介绍一下电荷泵的升压原理。 背光驱动电荷泵升压原理电荷泵就是我们平常看到的泵，它是DC/DC的一种，属于电容式DC/DC。 其原理与电感式DC/DC不同。 电感式DC/DC使用电感器来升压，而电荷泵则使用电容器来升压。 前者的EMI问题比后者严重得多。 电荷泵可以升压或降压，也可以输出反向电压。

升压一般用在手机背光上，升压模式有1X、1.5X、2X等。1X模式是指输出电压与输入电压相同，1.5X模式是指输出电压是输入电压的1.5倍，2X模式是指输出电压是输入电压的两倍。 下面以2X模式为例说明电荷泵的升压原理。 背光驱动充放电 背光驱动电荷泵基本原理框图 VOUT=2*VIN 采样电阻 误差放大器 内部开关电荷泵可分为充电和放电两部分 1) 充电状态下，开关 S1 和 S4 闭合，S2和S3断开，Vin给Cf充电，Cout给负载供电； 2）放电状态时，开关S2和S3闭合，S1和S4断开，Vin和Cf串联，向负载供电，同时对Cout充电。 输出电压Vout=Vin+Vcf的充放电频率取决于开关管的开关频率，开关管的开关频率由其前级控制电路决定。 频率越高，Cf和Cout的电容要求越小。 采样电阻取出Vout送至误差放大器与Vref进行比较，比较信号经过放大后控制Cf的充电时间和充电电压，达到稳定输出电压的目的。 背光驱动 背光驱动 1.5X 模式原理框图如下： 电荷泵效率：在 2X 模式下，？ =Vout/2*Vin 在 1.5X 模式下，？ 2X模式下，效率如下：当VIN=3.1V、VOUT=5V时，理论效率可达83.3%； 当VIN=4.2V、VOUT=5V时，理论效率可达83.3%。 最高效率仅为59.5%。

电荷泵内部开关工作在高速开关状态，因此电荷泵也存在EMI问题。 开关波形可以在升压电容器处测量，但与电感式 DC/DC 相比，电荷泵的噪声非常小。 背光驱动如下图所示，是早期的固定模式并行驱动电路。 该电路的缺点是显而易见的。 一是电池电压高时，电路效率太低； 二是当前配套较差。 背光驱动为了解决固定模式并联驱动电路的缺点，目前的并联驱动电路一般采用自适应模式升压并增加恒流源电路。 白光LED在工作电流为20mA时，正向压降一般为3.0~3.4V，锂电池充满电电压为4.2V，额定电压为3.7V，所以当锂电池充满电时，其电压足够直接驱动白光LED工作，此时电荷泵电路不工作，电池的电压通过一个开关直接到达Vout然后驱动LED。 随着电池的放电，电池电压会逐渐降低。 当下降量不足以直接驱动LED时，电荷泵电路将开始工作。 这就是所谓的自适应升压模式，它集成了1X模式和1.5X模式，使电路尽可能工作在1X直接模式。 这种电路方式已成为当今背光驱动的主流方式。 1X和1.5X的转换电压一般为3.5V。 背光驱动器 下图是一款背光IC的内部框图，同时带有电荷泵和恒流源电路，Vout输出为正电压。

下图是背光驱动的应用图。 该IC还包括电荷泵和恒流源电路。 电荷泵的输出是负电压。 背光驱动自适应方式并联背光解决了固定方式并联背光的效率和电流匹配问题，但增加了额外的电路。 随着白光LED制造技术的改进，其在20mA工作时的正向压降趋于降低，并且该电压的一致性有所提高，使得白光LED在手机背光源中的工作电压成为次要问题。 4灯及以下并联背光方案中，省略了电荷泵的部分电路，直接由锂电池恒流模式驱动白光LED。 ，效率比较高，但是当这种IC的电池电压较低时（3.4V以下），理论上会出现白光LED调光的问题，但实际使用过程中到目前为止还没有出现这个问题。 背光驱动 下图是艾为的应用原理图。 周围没有电荷泵的升压电容。 它是一款恒流源背光驱动IC。 当每只灯的电流为20mA时，恒流源的压降为40mV。 背光驱动器此处的压降为40mV。 下图是盛邦微电子的应用示意图。 该IC也是恒流源背光驱动器。 其电路更加精简。 该IC只有6个引脚，EN引脚立即使能 该引脚也是IC背光驱动的电源引脚