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如何加強背光照明

作者: 時間:2012-03-29 來源:網絡 收藏

如今,大部分便攜式設備尤其是移動電話中的鍵盤以及其他裝飾燈都傾向于采用個性的設計方式。然而,顯示屏的和鍵盤的在要求上是不同的,而且這分別會影響到相關LED的驅動方法。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/168225.htm

現在大部分的便攜式電子產品,如移動電話、個人電子手帳、導航系統等,都擁有一個需要背光的小型LCD顯示屏作為用戶界面。人們用這些設備來觀看高分辨率的相片、影片和上網瀏覽的時間亦越來越長。這樣,人們對具備媒體存儲能力的高質亮顯示屏的需求變得越來越強烈,對背光LED和驅動器技術的挑戰也就越大。現今,雖然白光LED主導了市場,但新涌現的紅綠藍(RGB)背光可改良顯示屏上的色彩飽和度,因此前景無限。

LED和鋰離子電池的改變將會影響背光驅動電路的設計。并且,在便攜式設備上增加LED的數目會造成LED驅動設計上的挑戰。最常見的挑戰包括電源效率、控制界面/可編程能力、方案的大小尺寸、電磁干擾(EMI)和系統成本等。

亮度控制

背光照明LED的亮度控制可經由脈沖寬度調變(PWM)或恒流控制來實現。PWM亮度控制需動用一個恒流驅動器來驅動LED,但需要調節開/關時間才能達到所需的光度。因此PWM控制比直接的恒流控制更加復雜。

恒流控制的好處是沒有了連續的開關動作,因此進行亮度調校時,由LED色譜位移而引致的EMI較低。LED制造商將LED按照“群集電流”來分組,并確保LED的表現不會降低。當群集電流改變時,LED的亮度變化會多于設定的規格,因此肉眼能分辨出背光照明LED之間的不同亮度。當使用很低的電流時,上述情況尤其明顯。

如果使用PWM來控制亮度,那亮度調節便會在整個范圍內呈線性,而且被調節時不會產生顏色上的變化。不過,PWM的變換會產生電磁干擾和可聽得到的噪聲。該噪聲是由陶瓷電容器的壓電效應所產生。為了免除這可聽噪聲,PWM的頻率必須高至人耳收聽不到的水平,如20kHz。另外一個方法便是使用很低的頻率,令應用中的電容器和電路板不會產生共鳴,并保證不會產生出可聽到的“啪啪”聲(如250Hz)。通過減慢PWM控制的上升/下降沿可有助削減電磁干擾的強度。

背光照明驅動器的拓撲

驅動器拓撲可以分為并聯和串聯兩種。當每一個LED均需要做個別控制時,會使用并聯驅動。在背光照明的應用中,所有LED的亮度應該是一致的。但如果使用并聯驅動器,LED電流之間可能會出現輕微的失配。幸而,配合最新的驅動器后,這種電流失配就變得微不足道了。因為這些LED的典型亮度容差一般比輸出電流中的失配大很多。

當背光照明LED串聯在一起時,相同的電流會流通所有LED,使得LED電流間出現百分百的匹配。此外,采用串聯驅動后無須為每個LED進行個別的驅動器布線,所以PCB布線變得更容易。由于驅動器輸出的正向電壓已考慮到了數個LED,因此串聯驅動法比并聯驅動法稍勝一籌。串聯驅動需要高壓的升壓轉換器(如20V)來從鋰離子電池中提取足夠的電壓以驅動數個串聯LED。

驅動LED的最普遍方法是用低邊驅動器輸出,LED輸出腳可作為一個恒流下沉(constantcurrentsink)。在這情況下,LED輸出和電源電壓需要獨立的布線。如采用高邊驅動器輸出,那LED的輸出腳便成為電流源,同時只有LED接腳要布線,LED陰極則直接接地。通常,在PCB處都有一個接地面,因此無須進行獨立的布線。圖1所示為不同驅動方法。


圖1并聯高壓側和串聯低壓側驅動

白光LED和電池技術

便攜式設備一般都用一枚鋰離子電池來工作,其電壓視所需的電荷介乎2.8~4.3V之間。白光LED正向電壓一般為3.5V,這是單一的鋰離子電池通常不能驅動的,因此需要采用升壓式DC/DC轉換器。轉換器可以是電容式(電荷泵)或電感式(磁力升壓)。由于電荷泵的體積較小,一般都會用在并聯LED驅動器上。至于磁力升壓轉換器,一般都會用于高壓的串聯驅動器內,原因是電荷泵技術所能達到的輸出電壓還不夠高。轉換器輸出電壓的調節可以通過LED正向電壓的感應來自動(適配性)履行,或者用戶可根據LED正向電壓的規格來設定一個恒壓。

未來,新型鋰離子電池和LED技術將會為LED驅動帶來新的挑戰。配合最新的化學成果,電池電壓的范圍將擴大到2.3~4.7V,而典型的白光LED正向電壓將會下降至2.9V。與此同時,輸出驅動器的飽和電壓都會隨著下降。當采用并聯驅動時,要高效地驅動一個2.9V的LED,就需要動用一個升降壓轉換器。圖2所示為由電池、驅動器和LED技術的進步所帶來的效果。


圖2電池和白光LED正向電壓的技術進展


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關鍵詞: 照明 背光 加強 如何

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