提升液晶电视LED背光性能的新趋势

　

概要：通道的数量多达64至128个。相比原先的CCFL系统，直下式背光系统的优势在于对比度更佳，因为每个LED串或模块本身都是液晶显示屏画面的独立发光源。直下式背光系统的缺点在于较高的系统成本和控制复杂性。·侧入式背光系统将LED在液晶面板侧边或顶部和底部排列成较长的串或“灯条”。每根灯条的LED串可包含多达20至50组LED。侧入式背光优势在于更低的系统成本和复杂性。但由于液晶面板照射并非直入，因此对比度品质常常会与原先的CCFL系统一样。侧入式背光的一大优势在于它可用于替代几乎不能调整背光系统信号或硬件的传统CCFL。设计挑战和解决方案直下式和侧入式背光系统通常都会遇到的设计挑战便是功率转换效率及其相关散热问题。目前市场上已有几种液晶电视LED背光驱动集成电路可为这一问题提供技术解决方案。所有液晶电视系统（包括直下式和侧入式背光系统）设计人员都必须确定既定系统所需LED串和/或通道的数量，以及每条串所需的LED数量。系统设计人员还需要确定达到规定液晶背光亮度所需的最大正向电流。一旦确定了这些最高级别的系统要求，下一步必须要考虑的技术问题便是LED正向电压(VF)以及因LEDVF差总值而导致的后续LED串电压变化。加上每个LED串之间的VF差将对总系统效率产生最大的影响。所有白光LED的

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　　随着成本和功率效率推动新系统架构的发展和克服设计挑战，业内大尺寸液晶电视的背光正不断从冷阴极荧光灯(CCFL)过渡到白光LED。液晶电视设计人员在LED背光方面所面临的主要挑战就是如何在系统设计复杂性、元件成本和功率转换效率之间取得平衡。液晶电视LED背光的总系统效率受到几个因素的影响。新型LED背光驱动IC正力求解决这些挑战，为液晶电视设计人员提供了切实可行的解决方案。

　　LED背光类型

　　在CCFL背光向白光LED背光转变的过程中出现了两大类白光LED背光解决方案。大多数解决方案通常属于“直下式”或“侧入式”LED背光方案。

　　·“直下式”LED背光是指LED直接在液晶面板后方投射灯光。直下式背光系统通常由短的LED串组成，一般是排列成多个通道或“模块”的8至12组白光LED。每块液晶面板使用模块或通道的数量多达64至128个。相比原先的CCFL系统，直下式背光系统的优势在于对比度更佳，因为每个LED串或模块本身都是液晶显示屏画面的独立发光源。直下式背光系统的缺点在于较高的系统成本和控制复杂性。

　　·侧入式背光系统将LED在液晶面板侧边或顶部和底部排列成较长的串或“灯条”。每根灯条的LED串可包含多达20至50组LED。侧入式背光优势在于更低的系统成本和复杂性。但由于液晶面板照射并非直入，因此对比度品质常常会与原先的CCFL系统一样。侧入式背光的一大优势在于它可用于替代几乎不能调整背光系统信号或硬件的传统CCFL。

　　设计挑战和解决方案

　　直下式和侧入式背光系统通常都会遇到的设计挑战便是功率转换效率及其相关散热问题。目前市场上已有几种液晶电视LED背光驱动集成电路可为这一问题提供技术解决方案。

　　所有液晶电视系统（包括直下式和侧入式背光系统）设计人员都必须确定既定系统所需LED串和/或通道的数量，以及每条串所需的LED数量。系统设计人员还需要确定达到规定液晶背光亮度所需的最大正向电流。一旦确定了这些最高级别的系统要求，下一步必须要考虑的技术问题便是LED正向电压(VF)以及因LEDVF差总值而导致的后续LED串电压变化。加上每个LED串之间的VF差将对总系统效率产生最大的影响。

　　所有白光LED的VF差在同一生产类型中的差别高达500mV，有时甚至更大。考虑到成本因素，实际测试分类和部件装箱只能将LEDVF差缩小至大约±100mV的范围。总电压最大VF的LED串将决定LED高侧电源输出电压。接下来产生的问题则是利用较低VF总值控制LED亮度的电流阱必须耗尽过量电压差生成的电源。既定串中的LED数量越多VF差越大，这一规律不容忽视。例如，图4中系统的LED串共有10组，每组VF差都为±100mV，因而导致的LED串电压失配高达2V。若VF差高于±100mV，或使用的LED超过10个，那么通道之间的失配率将会增加。

　　背光控制IC提供的第一项重要功能是一种电压反馈方法，即将电压从LED通道电流阱回馈至可调节LED(VLED)电源的交流/直流(AC-DC)或直流/直流(DC_DC)升压转换器。每个LED通道电流阱的内部电压传感电路均为多路传输，可选择电压降最低的电流阱。电压降最低的电流阱将代表VF总计最高的最差条件下LED串。选择要求最高电压的LED串将确保所有LED串的运行在工作电流给定的情况下可获得足够的电压余度。对混合VF要求较低的相邻通道而言，过剩功耗将以热的形式散失掉，但电源反馈将维持最低电压以保证系统的正常运行。如果没有电源反馈，一个固定的LED设备电压必须设置成超出所需水平，并会导致系统功率效率的下降。

　　在使用配有集成电流阱的背光控制IC时，设计人员必须对LED通道电压差进行测量和*估，并计算每个LED控制IC的最差条件下混合功耗，以确保在周围工作温度给定的情况下，它们不会超过IC最大功耗定额。一般的液晶电视系统运行时的内部环境温度在65°C以上，大部分IC的额定运行环境温度高达85°C以上。因此不会给系统运行留下很多散热空间。其次，在运行的正向电流水平达到70mA至120mA时（常见于很多直下式背光应用），配有集成电流阱的IC最适合于LED串系统，不超过8到12串LED，并且具备了十分匹配的VF特性。如果要进行8至12串LED驱动，LED电压源将达到35V至45V之间，最新一代背光驱动器IC通常为45V至50V的额定运行电压。如果LED串短路，这些IC器件在保护下不会被损坏。此外，液晶电视通用电压是12V至24V，而额定高压IC通常可直接在这样的电压下工作。它们并不需要额外的本地降压调节器，这样可以节省设计时间、印刷电路板(PCB)空间和成本。

　　直下式背光系统的功能要优于控制IC额定功率侧入式背光系统，后者不管在什么地方通常都要求某个指定的LED串要达到20-50甚至更多串LED，而直下式背光系统则要求采取不同的方法。这项应用提出了配有集成电流阱的控制IC所无法解决的两大问题。首先是电流阱的功耗问题，其次是LED串工作电压远大于控制IC的绝对最大额定值。对这些应用而言，控制IC可调节每个LED串的外部电流阱金属氧化半导体场效应晶体管(MOSFET)。外部MOSFET有助于分散控制IC以外的功率损耗，并可调整大小来满足系统需求。对于用在侧入式背光灯条等地方的高压LED串应用来说，VLED工作电压最高可达到200V至300V。在这些情况下，可将另一个高压支柱型串联MOSFET放置在电流阱MOSFET和LED串之间，以便在LED串发生短路的情况下缓冲低侧电流控制。

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