1 应用要求
与笔记本电脑或者上网本一样,平板电脑背光驱动器应用同样基于DC/DC转换器和接地电阻通路,以用于LED。这种应用一般具有如下一些要求:
(1)RF范围内低EMI
(2)亮度高度期间无可视闪烁
(3)陶瓷输出电容压电嗡嗡声引起的可听噪声最小
(4)显示器亮度一致
(5)高调光比
(6)最高效率,实施最大电池使用时间
满足第一个要求即RF范围内低EMI相对较为容易。数年来,电源设计人员一直在为实施这个目标而努力,他们尝试了许多方法,例如:将开关频率和并发谐波设置在RF范围以外,使用屏蔽电感,在合适的情况下给PCB设计最小的长度但却使用较宽的导线,诸如此类。一些驱动器IC已经将MOSFET栅极驱动电路同分层上升时间集成,以减少RF范围内的噪声。
亮度调节类型极大地影响后面四个要求。使用脉宽调制(PWM)亮度调节时,LED电流在调节过程中以其最大电流水平脉冲开和关,来产生平均DC LED电流。这时,只要PWM亮度调节频率远高于60 Hz,背光闪烁就不那么明显。如果使用模拟亮度调节,则闪烁就不是一个问题,因为亮度调节时LED DC电流水平降至其最大值以下。
第三个要求,即陶瓷电容的可听噪声最小,与驱动器的拓扑结构有关。成电流阱的驱动器。该驱动器对每个电流阱的电压进行采样,确保转换器能够提供刚好足够的功率,以维持电流阱正常工作。
与闪烁一样,使用模拟亮度调节时不存在问题,因为输出电容电压只有很小的变化,以适应LED电流的微小变化。但是,如果使用PWM亮度调节,则驱动器防止输出电容放电的方式就变得很重要。最简单的驱动器在驱动器反馈(FB)引脚到接地之间也有一个电阻器,驱动器的转换器有效关闭时,输出电容在低亮度调节占空比时开始急剧放电。更为复杂的一些驱动器集成了电流阱,其可以取代电流检测电阻器。它们只需开启吸收器以及为LED供电的DC/DC转换器,从而移除了输出电容的放电和再充电通路。
第四个要求,即一致的显示器亮度,可通过精确匹配所有串的LED电流完美实现。集成电流阱驱动器的关键特性是串之间的极精确匹配。就无集成电流阱的一些驱动器而言,镇流电阻器与LED串联放置可改善串之间的匹配。
第五个要求,即高亮度调节比(例如:0.1%,或者1000:1),不管是使用模拟调节还是PWM调节,利用一个简单驱动器来实现都较为困难。在低占空因数下使用模拟亮度调节时,模拟控制电压变得如此之低,以至于IC的漏电流和补偿电压会极大地降低精确度。使用简单驱动器的PWM亮度调节是最为常见的实现方法,其通过完全开关转换器来实现。这种亮度调节产生转换器软启动时间,迫使PWM亮度调节频率变得非常低,接近闪烁范围。占空因数让输出电容在再充电期间放电和嗡鸣。因此,利用集成电流阱,可以完美地实现高亮度调节比,因为它可以非常快速地开关。
第六个和最后一个要求,即高效率,不仅仅与驱动器有关,也与LED配置结构有关。驱动器DC/DC转换器的功率MOSFET、电感以及整流二极管,共同决定转换器的效率。简单驱动器的接地通路为电流检测电阻器。转换器的FB电压越低,总驱动器效率就越高。同样地,对于一个集成电流阱的驱动器来说,这些吸收器的最小工作电压越低,驱动器的效率也就越高。简单驱动器几乎总是比带电流阱的驱动器的效率要高,假设条件是它们两者具有完全相同的内部组件,因为电流阱一般比电流检测电阻器要求更高的偏压。但是,为了满足平板电脑的其它性能要求,集成电流阱的驱动器一般是最佳的选择。
2 最佳LED配置
通过选择串的最佳数目以及每串LED的最佳数目,来最小化功耗和最大化电池使用时间,是一项具有挑战性的工作。使用更少的串,要求每串有更多的LED,并且会导致升压转换器更高的输出电压。升压转换器输入和输出电压之间的差异越大,其效率也就越低。另外,更多的串会导致更高的总输出电流,以及更高的电感和升压整流二极管损耗。
为平板电脑选择最佳的背光驱动器,需要考虑所有的应用要求。在满足除效率以外的所有要求方面,集成电流阱的驱动器是最佳选择。但是,谨慎选择具有稍超大转换器的驱动器、最低降功率的外部组件以及最佳的LED串配置结构,可以带来一种最大化电池使用时间的同时也满足所有设计要求的平板电脑背光。