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,为了可以清楚的看到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LEDCONTROL ENGINEERING China版权所有,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:
满足背光的亮度
整个显示屏亮度均匀(不允许有某一部分较亮、另一部较暗的情况)
亮度可以方便地调节
驱动电路占PCB空间要小
工作效率高
综合成本低
对系统其他模块干扰小
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中,可能会把整个驱动电路的成本放在第一位,对于手机的应用中,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:一种是采用电感升压式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;另一种是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一所示:
以CP2126为例CONTROL ENGINEERING China版权所有,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:R1=95mV/15mA=6.3ohm
无论是驱动2个LED还是多达5个LED,都可以通过改变R1的电阻值可以灵活的设定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可变。
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,对于例如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通过优化了内部电路的设计www.cechina.cn,避免了这个问题。下表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控制工程网版权所有,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Zener二极管,利用它的击穿来保护内部的开关管。保护电路如下:
显而易见,这样的保护电路又增加了系统的成本和PCB板的面积,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控制工程网版权所有,当故障状态解除后,芯片又可以正常工作。
并联驱动
虽然串联驱动电路具备了效率高的优点,但是整体的解决方案需要一个电感和一个肖特基二极管,这又额外的增加了系统成本