WLED 大行其道,针对不同应用需求,PWM 与模拟调光驱动器将在不同.DOC

WLED 大行其道,针对不同应用需求,PWM 与模拟调光驱动 器将在不同领域各擅胜场,有鉴于此,目前产业界已开发出能切换模拟与PWM调光模式的解决方案,以因应不同市场需求。 ? 　　白光发光二极管(WLED)拥有许多冷阴极灯管所不及的优点,如固态装置、指向性光源等,此外,WLED能以较低的电压进行运作,且可在更大的亮度 范围进行调光,以及调光时会呈现出相当线性的亮度变化。 ? 　　目前众多内建显示 器的电子装置皆采用WLED型背光。若未确实了解各种方法的实作方式及优缺点,并不易找到正确的LED调光方法。本文会先简略说明LED 的供电方式,接着分述两种LED调光方法和其优缺点。透过这些信息,便能选择适当的调光方法与LED驱动 IC 进行应用。 ? 　　配置电压调节转换器达成WLED供电 ? 　　WLED亮度会随着通过的电流而呈现直线变化,为使得各串行达到最佳的WLED电流准确度及一致性亮度,LED驱动器应调节通过LED的电流电压,而非调节LED两端的电流电压。图1显示如何在输出大于LED正向电压的总和且电压(VLED)下降情况下,重新设定任何可调整输出的电流调节直流对直流 (DC-DC)转换器成为稳定电源 ,以驱动串联的多颗WLED。 ? 　　图1 可调整输出DC-DC转换器提供通过WLED串行的稳定电流 ? 　　调节电流侦测电阻(RSENSE)两端的电压(VSENSE)而非输出电压(VO)之后,驱动器便成稳定电源,使得VO可随着由电压和温度所产生的ΣVLED变化自行调整。WLED的电压降幅范围为3～4伏特,此一降幅受到LED电流的直接影响,且与温度成反比关系。最近的低功耗驱动器将外部侦测电阻置换为一个或多个电流汲入,尤其是单结型场效应晶体管 (FET)(图2)。 ? 　　图2 含有整合式电流汲入的LED驱动器 ? 　　驱动器有两种功能,不仅能够调整汲入FET的驱动电压以达到通过汲入FET的适当电流(相对于偏压电流),且能够调整整合式DC-DC转换器(一般为升压转换器)的输出功率 ,使得FET具有该电流所需的最低汲源极电压。这类含有整合式升压转换器及八个整合式电流汲入的驱动器,其中一例为TPS61195。 ? 　　消弭噪音为PWM调光首要课题 ? 　　为提升显示效果,并优化不同环境照明亮度的LED驱动器效率,较新型LED背光 电子装置能达到较大的调光范围。有两种方法可用于LED调光：脉冲宽度调变(PWM)调光及模拟调光(图3)。 ? 　　图3 采用模拟调光及PWM调光时的灯光或LED电流 ? 　　为了进行PWM调光,数字信号处理 器(DSP )或微控制器 (MCU )会传送不同负载周期(D)的PWM讯号,以针对图1所示的驱动器启用及停用WLED驱动器的转换器,或针对图2所示的驱动器启用及停用电流汲入。因此,通过WLED串行的平均电流等于负载周期乘以最大电流,亦即ILEDavg = D×ILEDmax。 ? 　　由于通过LED的最大电流都相同,因此PWM调光结果会呈现出相当线性的亮度变化。另外,由于LED发光的光谱会因电压降幅而产生变化,而电压降幅会因维持最大值的ILED而产生变化,因此LED背光的色度(亦即色彩、色相或实际达到白光的程度)在采用PWM调光时可达到绝佳效果。 ? 　　PWM调光的关键缺点是噪音。若PWM讯号被用于启用与停用转换器,驱动器的调光比例上限会受到启动转换器、输出电容充电及达到个别最大电流需要的时间所限制。即使WLED驱动器能够使转换器在1MHz以上的切换频率运作,转换器的控制回路响应时间及/或启动时间亦需要数百微秒至数毫秒的时间。因此,为了让驱动器有时间达到最大电流,PWM调光频率仅能系数百Hz。 ? 　　陶瓷输出电容的压电性会造成电容以PWM讯号频率在可听见噪音的范围(20k～20kHz)内进行充电及放电,此时电容便会振动,且电容和印刷电路板会因为振动而产生杂音。振动的程度、电压变化的振幅及陶瓷电容封装尺寸呈正比,因此缩小电容封装尺寸可减少杂音。 ? 　　图2显示的驱动器藉由将电流汲入开启与关闭以进行PWM调光。另一方面,TPS61093之类的驱动器将FET与LED串行,FET可迅速开关 ,因此驱动器的输出毋需LED。在这两种情况下,第二个电压回馈回路可提供过压防护,且可在LED关闭时维持输出电容的电压。由于输出电容的电压变化已达到最小程度,因此能够减少振动及发出的声响。 ? 　　模拟调光亮度线性/色度待提升 ? 　　模拟调光一词系指通过LED的DC电流本身随着负载周期产生变化。若要针对图1所示的驱动器进行模拟调光,DSP或MCU必须提供高于转换器调节电压的外部DC电压(或低通滤波的PWM讯号)。 ? 　　某些具有电流汲入的驱动器将输入PWM讯号滤波,然后以经过位准偏移的讯号来驱动电流汲入,如TPS61