點擊里面“臥龍會IT技術”關注我們
我們與你一起暢享IT世界！
原創：臥龍會終南小師父
提問
LCD背光驅動電路原理是哪些樣的，要如何設計？
回答
明天是臥龍會終南小師父回答這個問題
在之前的文章當中小師父為你們剖析過顯示屏的顯示驅動VGH/VGL電路，相信你們應當還記得。如下鏈接
在顯示屏驅動板設計中還有另外一個很重要的電路—背光驅動電路，也是好多工程師存在疑惑的一個基礎電路，為此我將在本文中帶你們從背光單元組成到背光電路設計，一步一步剖析這個電路。照舊還是先上圖。
圖1參考電路圖
上圖是我之前設計過的一款顯示屏（AUO.0,19”）的背光驅動電路圖，本文就借此為例，講解怎樣設計一款LED背光驅動電路，以及其背后關聯的原理。
一、背光單元組成剖析
1、基本原理剖析
目前大規格的顯示屏主要還以LCD為主，LCD本身不會發光，要想讓其顯示畫面，就必須使用白光背光源，常見的白光背光源通常由數個紅色LED燈組成，LED燈的個數由屏的規格決定，通常由1~10串（串聯型，本文暫不介紹并聯型），每串2~20個不等。
2、LED的參數
LED的主要參數是Vf和If。
Vf：正向電流，LED發光時自身正正極兩端的壓降。
If：正向電壓，一定發光硬度下通過LED的電壓，發光硬度和If成反比，相同的If下LED燈的發光硬度相同。原創陌陌公眾號：臥龍會IT技術
比如，普通手機LCD背光常用的LED正常發光時的If為20mA，Vf通常為3.0~3.4V。
3、LED驅動電路的基本設計要求
（1）滿足背光的色溫要求；
（2）整個顯示屏色溫均勻（即不容許有某一部份較亮、另一部份較暗的情況）；
（3）照度可以便捷地調節；
（4）驅動電路占PCB空間要小；
（5）工作效率高；
（6）綜合成本低；
（7）對系統其他模塊干擾小。
4、背光驅動原理講解
串聯型驅動電路顧名思義就是在電路中各LED燈采用串聯的形式聯接在一起，因而，經過各個燈的電壓都是一樣的，這樣就可以保證每顆燈的色溫一樣，因而發光色溫均勻是串聯型的最大優點。
因為各燈采用串聯聯接形式，而每顆燈Vf電流為3.0~3.4V，以Vf為3.0V為例，假如是10顆串聯就意味著須要10*3.0=30V，所以該方法的驅動電路就須要采用DC/DCBoost電路把電流升到所需電流。
右圖2是.0中的一段描述。
圖2顯示屏背光單元電性能參數
示意圖如下。
圖3背光燈串示意圖
圖中共有4串LED燈串，每串的負極接在一起連到高壓上，正極則分別引出。
二、電路原理剖析
由上圖2可以看出，.0這款顯示屏的Vmax為37.4V，總共須要4路電源，單路Imax為90mA，因而在選擇boost芯片時既可以考慮2路Imax為180mA的芯片，也可以考慮4路Imax為90mA的芯片。
考慮到一些worsecase，我們在選用Boost芯片通常都須要降額使用，即Vmax和Imax均須要下調50％左右（須要依照應用環境調整降額比率，因為我這款電路是應用在鐵路上，所以降額幅度稍大）。原創陌陌公眾號：臥龍會IT技術
除此之外還要考慮各路之間的平衡值，假如這個值越大，表示各路之間色溫均勻性越差。還有一點，個人覺得2路180mA相對與4路90mA的色溫一致性也會稍為差一些。綜合實際應用，我們使用的是一驅一的形式，在本設計中選用的Boost芯片是。
提到這兒，不曉得你們有沒有沒看懂的地方？假如沒有，我們繼續往下剖析。
1、功能剖析
首先貼上中的功能描述。
圖4功能描述
前面這大段英語描述大致意思就是：是一顆常用的LED驅動芯片，共有4個輸出引腳，能同時驅動4路（注意這兒是4路，不是四串，里面也有說過依照電壓不同，每路可同時驅動多串）LED組，每路最大驅動電壓是200mA。為了才能手動穩定LED燈的電壓達到恒定，設計有一個升壓器為LED燈條供電，升壓器的頻度固定，頻度可通過外接內阻進行設置。據悉須要外接一個功率MOS管完成升壓變換。
每路LED的驅動電壓也可以通過外接內阻進行設置。芯片內有4個電壓源，以平衡4路LED電壓均等，每路間不平衡度高于2.5%。這顆芯片還可以通過PWM納秒和DC（電壓模式）兩種不同形式進行調光。
2、引腳功能剖析
因為LED驅動芯片屬于專用DCDC芯片，各廠家的芯片引腳稱謂可能不一致，而且基本功能相像，以下就的主要引腳進行挨個剖析。
圖5引腳圖
1腳：支路頻度補償，和普通DCDC一樣用作支路補償；
2腳：使能控制端，可接IO進行背光開關閉；
3腳：色溫控制輸入端，可以是PWM脈沖，也可以是直流輸入；
5腳：升壓電路開關頻度設置，該頻度設置恰當，可以提升升壓電路的效率，降低電路板的規格；
6腳：燈串電壓設置，中有相應公式進行估算；
7腳：色溫調制頻度設置腳，當調光訊號是直流電流時，該腳到地接一顆電容，當調光訊號是PWM脈沖時，該腳到地接一顆100K內阻；
8~11腳：4路LED燈串驅動輸出端，外接LED燈串的正極，芯片內部是MOS管漏極開路輸出端；
12腳：缺相保護采樣輸入端，外接升壓電路輸出端的采樣分壓內阻。該腳電流超過1.23V時led燈串聯和并聯區別，會觸發芯片內部的缺相保護電路；
13腳：燈串電壓測量，在貯能電感上串聯一個電壓測量阻值，以檢查電感電壓的峰值不超過額定值；
15腳：供電腳，5V~28V，當2腳的供電高于5.5V時，芯片內部的欠壓保護電路啟動，芯片步入休眠狀態；原創陌陌公眾號：臥龍會IT技術
16腳：芯片內部有5V穩壓電路，該腳的5V電流為芯片內部的電路供電，當芯片檢查到故障時，該腳電流升高到0V。
3、工作原理深度剖析
右圖為內部框圖，以防造成你們不適，僅作簡單剖析。
圖6內部框圖
上圖中，背光供電加到芯片的VIN腳，在內部經穩壓后，VCC腳得到穩壓后的5V電流，該電流供芯片內部電路使用。芯片開始工作后，在內部時鐘的作用下，從GATE腳輸出高電平，加到升壓開關管的G極，升壓開關管導通。剩下工作原理和常規DCDC基本一致，對照就可以完成余下的設計，就不再詳盡剖析每一個元件是怎樣選型的。
以下詳盡剖析一下色溫是怎樣調節的。
4、背光LED色溫調節方式
目前常用的背光LED色溫調節方式有兩種，一種是PWM（電流模式），另一種是DC（電壓模式）。
電壓模式相對電流模式他的負載相應較快，而且工作原理較為復雜，本文中不做研究和剖析。本文中注重剖析一下PWM調節。
PWM即脈沖長度調制，這些調光方法是借助PWM訊號的信噪比來實現背光色溫調節，其訊號的頻度和轉矩可以通過軟件進行設置。最大電壓Imax通常是通過硬件設置的，之后通過設置PWM的信噪比來調節實際流過LED的電壓，基頻為100%時，流過LED的實際電壓即為Imax，基頻為50%時，流過LED的實際電壓即為Imax的50%。
從另一個方面理解，LED背光驅動電路當然是一個穩流電路。可以穩定LED燈串的電壓在LED燈的額定電壓上。該電壓的大小不隨背光的色溫而變化，即調節背光照度時，LED燈串的電壓是穩定不變的，一直保持在Imax，只是調節LED燈串的開啟與關斷的時間信噪比來達到調節背光的照度，使用電壓表測得的電壓值實際是電壓平均值。
其他的功能像開路、過壓、短路的保護led燈串聯和并聯區別，可以參閱中的解釋，這個在常規設計當中通常無需過分關注。
最后一點，在串聯型背光電路中須要一個功率電感和和一個肖特基三極管，與常規DCDC一樣，在設計時須要處理好支路問題，否則很容易形成EMI問題。
三、結語
因為LED燈條本身故障率較高，經常會導致背光驅動板故障，假如背光驅動板本身設計再存在瑕疵，這么會造成很嚴重的后果。
通常這種故障在產品工作早期不會顯著出現，常常在中晚期集中出現，因而在設計當中我們完全有必要讀懂這款電路的原理，對于不同機型顯示屏要區別對待，不要盲目套用參考設計，在前面的剖析當中也可以看出，一個內阻值的差別都會造成背光異常或則超負荷工作。
至此，LED背光驅動電路的原理已完成剖析，不曉得諸位讀者是否已完全讀懂？你對此文有哪些想說的，在評論區留言
原創：臥龍會終南小師父
2018年11月19日
飯團12月直播又來了
12月16日禮拜日早上8點，由臥龍會布布熊來進行一次直播，直播內容為《AD怎樣通過pads導出，怎樣處理》，仿真課程直播來了，有問題也可在直播中提問，詳情請入我們臥龍會飯團查看，掃下邊二維碼加入
臥龍會飯團為一個問答社區，上校，布布熊，皮希彼，包子，終南小師父，關羽兄弟，玉京龍等臥龍會團隊成員都在上面給你們解答，每月計劃做一次直播知識分享，諸位成員輪流給你們直播。
臥龍會，臥虎藏龍，IT前輩凝聚！