背光驱动电路的选择与应用

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1、背光驱动电路的选择策略和应用2006-05                                   文/启攀微电子（上海）有限公司     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

2、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，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。白光LED背光源由数个白光LED组成，如手机、数码相机一般仅需要2到3个白光LED，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

3、度要求、整个显示屏亮度均匀、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

4、，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：      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

5、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

6、，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，避免了这个问题。 表一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

7、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，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

8、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，当故障状态解除后，芯片又可以正常工作。      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，使得最终的综合成本和并联相比，并不一定有优势。同时，贴片电感的体积较大，一般有