大功率背光源用LED驱动电路的研究现状与进展

1引言

作为LCD的背光源，LED现在已显露出取代CCFL的趋势。与传统的CCFL相比，LED背光源具有色域宽、色彩还原性好、可控性强、寿命长、不含汞蒸气和其他有害气体等优点。LED背光源还能实现CCFL无法相比的分区域色彩和亮度调节功能，从而更加精确地实现色彩还原和画面的动态调整，在显示不同画面时，可以使亮度与对比度进行动态修正，以实现更好的画质。

据预测，到2013年，将有90%的笔记本电脑和40%的液晶电视使用LED背光源。由于LED是一个低压非线性半导体器件，LED的正向电压会随着电流和温度的变化而变化，需要有驱动电路才能保证其稳定可靠地工作，因此，研究大功率背光源用LED驱动电路的解决方案，是一项具有前沿性和现实性的工作。

目前，大功率背光源用LED驱动电路有峰值电流控制型、平均电流控制型、单级单开关型3种类型，这3种LED驱动电路各有特点。本文结合具体的LED驱动电路控制芯片，从原理、优缺点、性能改进措施等方面对这3种类型的LED驱动电路进行了分析，并对正处于研发阶段的高性能脉冲恒流源型LED驱动电路的原理做了简要的介绍，最后分析了大功率背光源用LED驱动电路的发展趋势。

2峰值电流控制型LED驱动电路

峰值电流控制型LED驱动电路目前应用最为广泛，这种电路的效率可达90%以上，而且具有电路简单、成本低的特点。HV9982是这种电路的典型控制芯片。HV9982有三路输出，R、G、B各一路，最高输入电压为40V，最多可以同时驱动54颗LED，具有输出短路保护、输出过压保护、Hiccup模式保护功能。图1是HV9982的应用电路。图中只画出了一路输出，其余两路输出与这一路相同。

图1HV9982应用电路

HV9982的工作原理为：L1、D2、Q1、C14组成Boost升压变换器电路，CS引脚检测流过Q1的电流，当流过Q1的电流超过一定值时，Q1关断，从而实现恒流输出。Q2起输出过压保护和调光的作用，OVP引脚用来检测过电压，当此引脚的电压超过5V时，Q2关断，同时HV9982内部的计时器开始计时，当计时完成后，再次检测OVP引脚上的电压是否超过5V，不超过则Q2导通，超过则Q2继续关断，如此重复。调光时，当PWMD引脚为高电平时，Q2导通；当PWMD引脚为低电平时，Q2关断，将LED从电路中断开，防止输出电容通过LED放电。改变PWMD引脚调光信号的占空比，就可调节LED的亮度。

峰值电流控制型LED驱动电路虽然具有电路简单、成本低等优点，但也存在一定的缺点，具体表现在：

（1）电路可能会因次谐波振荡存在运行不稳定的风险，采用斜坡补偿可以解决这个问题，但是如果某些LED驱动芯片不支持振荡器电容连接，斜坡补偿会很难实施。另外，斜坡补偿也会引起被检测电流与实际LED电流之间的误差。有的学者试图采用固定关断时间（而不是固定频率）的工作方式来解决这一问题，这样虽然可以解决次谐波振荡问题，且占空比也大于50%，但是为了增加占空比就必须降低频率，从而导致频率在占空比范围内的大幅波动。

（2）对噪声敏感，抗噪声性能差。因为电感处于连续储能电流状态，与控制电压编程决定的电流、电平相比较，开关器件的电流信号的上升斜坡通常较小，电流信号上的较小噪声就很容易使开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡。

（3）峰值电感电流的大小不能与平均电感电流的大小一一对应，在占空比不同的情况下，相同的峰值电感电流可以对应不同的平均电感电流，在输入电压变动的情况下，流过LED的平均电流发生改变，恒流精度不高。

为了进一步提高峰值电流控制型LED驱动电路的性能，目前，研究人员主要在以下几个方面对其进行改进：

（1）采用频率抖动技术改善EMI特性。未采用频率抖动技术时，各次谐波较窄而且离散，幅值在谐波频率处较高。图2是采用了频率抖动技术的LED驱动电路的传导EMI峰值和平均值测试结果。采用该技术可使谐波幅值降低并且变的平滑，高次谐波接近连续响应，减少EMI的效果十分显著。

图2传导EMI峰值和平均值测试结果

（2）采用补偿峰值电流控制技术提高LED驱动电路的恒流性能，解决在输入电压变动的情况下流过LED的平均电流发生改变的问题。国内华润矽微科技有限公司推出的PT4107LED驱动电路控制芯片就采用了该技术。图3是补偿峰值电流控制技术原理图。

图3峰值补偿电流控制技术原理。

3平均电流控制型LED驱动电路

平均电流控制型LED驱动电路克服了峰值电流控制型LED驱动电路可能会出现次谐波振荡等不足，具有以下优点：

（1）平均电感电流能够高精度地跟踪电流编程信号；（2）不需要斜坡补偿；（3）抗噪声性能优越。

美国国际整流器公司（IR）推出的IRS2540是一种平均电流控制型LED驱动芯片，可驱动200V的MOSFET。该LED驱动芯片采用独有的高侧驱动器，可连续监控负载电流，并通过时间延迟滞后控制法，精确调节电流，从而提供优势明显的平均电流控制功能；内置短路保护功能，可以通过简单的外部电路实现开路保护功能，同时为同步整流设计提供一个低压侧驱动。IRS2540的应用电路如图4所示。