針對中尺寸顯示屏LED背光驅動方案設計

LED背光正在成為一股熱潮，涌入人們的生活，從2008年LED背光筆記本電腦的亮相到2009年LED背光液晶電視的華麗登場，無不吸引人們的關注。對于中、大尺寸顯示屏的LED背光，必須要解決幾大技術問題，其中最為直接的問題就是LED之間發光亮度的一致性。中、大尺寸顯示屏所需的背光LED顆數多達數十顆至上千顆，如果LED的發光亮度不一致，就會造成背光明暗不一，嚴重影響顯示效果。

　　我們知道，LED的發光亮度是由流經LED的電流所決定的，所以確保LED發光亮度一致的辦法，就是確保流經所有LED的電流完全相同。這表示在多顆 LED背光時，串聯的連接方式比并聯方式有利于取得發光亮度的一致性。在這種情況下，對LED串的電流精度的控制是重要的，它可確保客戶的產品與產品之間背光LED串的發光亮度相一致。

　　但LED串聯的數量不可能太多。在正常發光亮度下，白光LED兩端的電壓降大約為3.5V，意味著10顆相串聯的壓降可達35V。對14”顯示屏而言，需要用到的LED數量達40顆以上，如果全部串聯，則壓降將達到約 140V甚至更高，更不用說更大尺寸的顯示屏了。所以，對中、大尺寸顯示屏而言，完全串聯的方式是不現實的，必須用串、并聯相結合的方式。而當系統以這種方式驅動背光LED串組時，僅僅每路電流都達到精度要求仍然未必能確保背光的效果，±1%的電流精度意味著各路之間的最大差異可達2％。除非將電流精度指標提的格外高，否則就必須還要限制各路之間的電流差異。通常用電流匹配度來表示同一系統上多路并聯輸出之間的最大差異水平，

　　其定義如下：

Imatch = (Imax-Imin)/Iavg*100%

　　即各路電流中的最大值與最小值之差與各路平均值的百分比。

　　正因為中、大尺寸顯示屏的LED背光有上述最基本的要求，所以需要采用專門的LED驅動芯片來幫助系統實現背光LED的驅動管理，簡化系統設計，并且提供更多的控制及保護功能。華潤矽威科技最新推出的PT4112就是這樣一款產品。

　　PT4112技術特點

　　PT4112是一款6通道白光LED驅動集成電路，每路最多可串聯10顆白光LED，因此單顆芯片最多可驅動60顆白光LED。PT4112不但擁有優秀的電流精度和電流匹配度，理想的轉換效率，以及寬的工作電壓范圍，還集成了豐富的控制功能和全面的保護功能。PT4112的主要功能和技術特點如下：

　　1. 超高精度。采用專利的設計技術以及先進的模擬工藝制程，PT4112的電流精度高達±2%，6路之間的電流匹配度可高達±1.5%，這不但在本土原創產品中是首屈一指的，而且完全可以滿足高端筆記本電腦這樣高圖像畫質應用的要求。
2. 高轉換效率。通過采用專利的設計技術和先進的模擬工藝制程，PT4112的轉換效率可高達90％以上。

　　3. 寬的工作電壓范圍。5～25V的工作電壓范圍，可以讓工程師們在更多的應用中從容選取PT4112，而無需擔心工作電壓的影響。

　　4. 支持PWM亮度調光，PWM信號占空比范圍為0～100％。將PWM信號輸入到PT4112的BRT端口，可以直接控制LED燈的開啟和關斷。通過保持調光關斷期間電路狀態，輸出電容上的AC紋波可在PWM很大占空比范圍內保持很小值，以減少潛在的音頻噪聲。

　　5. 各種保護功能齊全。PT4112具有開路過壓保護功能、逐開關周期的限流功能、輸出斷路保護、過溫保護功能、輸入電壓欠壓鎖定功能、以及軟啟動功能等。除此之外，PT4112還具有獨特的FAULT保護功能，通過向外部PFET提供驅動信號，只需將此PFET連接在輸入和電感之間，當系統發生嚴重錯誤時，此PFET就能夠將電源（對便攜式應用，通常是鋰電池組）和WLED隔離，從而避免電池因泄漏大電流而損壞，實現整個系統安全可靠。

　　6. 獨特的斷路自動亮度補償功能。這是PT4112別具匠心的設計，是一項可選功能，通過PT4112的IFB端口來設定。當IFB端口懸空時，如果6路輸出中的某1路停止工作，則其余5路電流自動增加20%。將IFB端口接地可關斷此項功能。

　　7. 良好的EMI特性。通過采用專門的設計技術，PT4112的EMI得到有效抑制。

　　典型應用電路設計及注意事項

　　PT4112應用電路設計方法如下：

　　1. 電流設定

　　輸出的6路電流通路，每一路通路的最大電流可以達到25mA。輸出電流大小可以通過外接在Iset端口的R1設定，

　　選取不同的R1電阻值即可獲得所需要的輸出電流：

R1=1240/Iset

　　其中R1是設定電阻，單位取KΩ，Iset是所需要的電流，單位取mA。20mA所對應的電阻取值即為62KΩ。
　2. 電感的選取

　　電感的選擇將是決定整個系統能否穩定工作的重要因素，電感的特性主要有三：感值、DCR和飽和電流，PT4112推薦使用的電感范圍為4.7-10μH，在尺寸和封裝允許的情況下推薦使用10μH電感，因為這樣的選擇系統可以得

　　到更高的效率和更小的紋波。另外，在輸出限流一定的情況下，10μH的電感也有助于得到較大的輸出電流。升壓電路中，電感的計算通常按照下列公式計算：

　　電感電流紋波的峰峰值可以這樣計算：

　　由此，電感電流的峰值為：

　　為了保證系統穩定的工作，通常飽和電流應為峰值電流的1.5倍。

　　3. PWM調光

　　通過在PT4112的BRT端口施加PWM芯片，可以實現PWM調光。PWM調光是對所有通路同時有效的，PT4112不支持對某一路單獨進行PWM調光。PWM信號的頻率在100Hz～1kHz范圍內比較合適，見圖2。

圖1、不同PWM調光頻率下PT4112的效率對占空比曲線

圖2、不同PWM調光頻率下的調光線性度曲線

　　圖3、PT4112的典型應用電路

　　4. PCB布局注意事項

　　對于高頻以及大電流的供電系統，PCB布局會是非常重要的環節，所以還應遵循以下注意事項：

　　1、Iset端電阻要盡量靠近芯片，以有效減少噪聲對電流設定產生的影響；

　　2、輸入電容Cin和輸出電容Cout應盡量靠近芯片，以保證系統能否穩定的工作。

　　3、輸入到SW端，以及SW端到輸出的走線上會有最大3安培的電流，所以走線需要保證相應的電流密度