白光LED背光源调光方案解析

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TPS6116x系列之类的其他驱动器则使用输入PWM讯号，将负载周期用于能隙参考电压，因此VREF=D×VREF(MAX)。由于ILED DC电流变化缓慢，因此输出电容电压不会有涟波。所以电容不会出现像采用PWM调光时所产生的振动。

相较于PWM调光，模拟调光的另一项优点是电源效率及光电转换效率较高。尤其升压转换器的输出电压(ΣVLEDs)会因ILED降低而随之降低。因此使用模拟调光而非PWM调光时，转换器的输出功率会略微降低。

由于升压转换器须要提供较低的输出电压，因此输入电源需求会降低并使效率提高(图4)。在混合模式调光中，驱动器执行D最低达到6.25%的模拟调光，接着转换为PWM调光，以提高亮度线性。

此外，驱动器可达到较高的光电转换效率，这表示耗用相同的电力可达到更高的流明。然而，模拟调光也有深度调光的某些电流准确度问题，此因回馈调节电压或电流汲入电压过小，而无法准确控制，此乃受限于错误放大器的偏移电压所致。亮度线性及色度也不比PWM调光，尤其是在深度调光时(图5)。事实上，除非将两个相同的显示器并置进行比较，否则一般人很难辨别色度或线性的差异。

若应用的照明需要最佳的线性及色度，则可达到真正PWM调光的驱动器会是最适当的选择。若应用对于噪声相当敏感或需要最高的效率，则须采用模拟调光的驱动器。若采用PWM调光驱动器，并运用第二个回馈回路来降低输出电压涟波，则无法避免发出杂音。现已有驱动器能在调光方法之间切换，以发挥各种调光方法的最佳特性。只要能进一步掌握LED调光选项及其优缺点，选择LED驱动器便轻而易举。