驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)匹配LED背光方案以優(yōu)化節(jié)能

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求與挑戰(zhàn)

不同背光謾計(jì)方案所要求的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)也相當(dāng)不同。側(cè)光式的驅(qū)動(dòng)一般要求非常高的輸出電壓(幾百伏)以驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的LED條組。其挑戰(zhàn)在于需要驅(qū)動(dòng)多條互相之間并聯(lián)的LED條組，并匹配電流和正向電壓。然而這種背光方式在電視開啟時(shí)始終保持所有的LED在點(diǎn)亮狀態(tài)，這無疑浪費(fèi)了大量的功耗。LED只能依靠其基準(zhǔn)效率優(yōu)勢來減少一點(diǎn)能耗。LED能被整體調(diào)暗，該技術(shù)也被稱為整體亮度調(diào)節(jié)，但該種技術(shù)并不能提高畫質(zhì)。

側(cè)光式電視的驅(qū)動(dòng)需要高電壓、升壓拓?fù)湓O(shè)計(jì)。典型電視電源的電壓為12-14V，作為驅(qū)動(dòng)電路的輸入。驅(qū)動(dòng)電路會(huì)將電壓提升10-20倍，同時(shí)努力保持高效率。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身是一個(gè)分立的DC-DC設(shè)計(jì)，在某些情況下主電源能從交流輸入直接輸出一個(gè)高電平。對(duì)驅(qū)動(dòng)部分的效率要求達(dá)到90-95%左右。通常會(huì)將上百個(gè)LED串聯(lián)在一起。某些設(shè)計(jì)中會(huì)使用串并聯(lián)混合，以降低每串LED的電壓要求。

目前市場上絕大多數(shù)的LED背光電視采用基本的側(cè)光式設(shè)計(jì)。該種方式驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在高電壓下保持高效率，并盡量減少使用器件的數(shù)量。圖2顯示了側(cè)光背光式電視的典型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)。

直下式背光驅(qū)動(dòng)器

在直下式背光設(shè)計(jì)中，LED直接位于LCD液晶面板的背后，并劃分成面積較小的區(qū)域進(jìn)行分別控制。每個(gè)區(qū)域包含若干顆LED，可對(duì)其進(jìn)行局部控制。各個(gè)區(qū)域的排列方式和LED數(shù)量由制造商根據(jù)屏幕的尺寸、畫質(zhì)要求及其他因素進(jìn)行選定。區(qū)域劃分的數(shù)量越多畫質(zhì)越高，但隨之也會(huì)增加LED和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)器件的數(shù)量，并相應(yīng)的增加成本。

圖2典型側(cè)光式背光的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

圖3.直下式及分段側(cè)光式LED背光的典型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

圖3為典型直下式和分段側(cè)光式電視背光的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與側(cè)光式設(shè)計(jì)相比二者所要求的驅(qū)動(dòng)電壓低得多，高效驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)變得更加簡單。直下式與分段側(cè)光式設(shè)計(jì)相比LED串的數(shù)量多得多，但每串中LED的數(shù)量較少。

直下式背光設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的主要挑戰(zhàn)是數(shù)量。采用該種技術(shù)的電視可含有超多100串LED。而典型的驅(qū)動(dòng)器只能處理8-16個(gè)通道。因此一臺(tái)電視需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)器。

典型的直下式背光電視中。LED占到背光單元材料成本的約40%，而驅(qū)動(dòng)只占到約20%。LED的成本、功率、以及系統(tǒng)復(fù)雜度都是這種方式的劣勢。

LED具有不同的正向電壓(Vf)。即使經(jīng)過分揀，眾多串LED間正向電壓的顯著區(qū)別導(dǎo)致電視中大量功率被浪費(fèi)，產(chǎn)生了多余的熱量，并增加了LED與熱應(yīng)力相關(guān)的失效幾率。

分段側(cè)光式背先驅(qū)動(dòng)器

直下式背光所需的LED和驅(qū)動(dòng)器件數(shù)量及其成本，促使更多廠商選擇分段側(cè)光式方法。畫質(zhì)并不是消費(fèi)者在購買時(shí)考慮的唯一標(biāo)準(zhǔn)。很多情況下，更薄的外觀的是關(guān)鍵的賣點(diǎn)，分段側(cè)光式方案能使電視更薄。2011年涌現(xiàn)出了超過60種側(cè)光式背光電視，該數(shù)字在2012年還渴望快速增長。

根據(jù)屏幕大小以及制造商對(duì)于分段數(shù)的要求，采用分段側(cè)光式背光的電視需要12-48通道的LED。鑒于相對(duì)較多的通道數(shù)量，直下式背光驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)這里同樣適用，只是程度相對(duì)較低。前面提到的熱相關(guān)問題依然存在，迫使電視制造商采用若干額外的分立器件，也顯著增加了成本。

不斷提高的驅(qū)動(dòng)IC技術(shù)能幫助我們克服上述的熱管理及成本問題。例如iWatt開發(fā)出了一種自適應(yīng)式的切換技術(shù)，它將檢測檢測各組LED的正向電壓Vf，一旦出現(xiàn)失配就將自動(dòng)對(duì)各個(gè)LED通道進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而減少90%的功率浪費(fèi)。該技術(shù)還能減少設(shè)備產(chǎn)生的熱，并使驅(qū)動(dòng)器通過集成MOSFET來管理更多的通道。例如，1W7032驅(qū)動(dòng)IC能處理32個(gè)并聯(lián)的LED條串。

LED驅(qū)動(dòng)IC成為了LED背光電視能被廣泛采用的關(guān)鍵技術(shù)，LED本身巨大的節(jié)能潛力當(dāng)然功不可沒。驅(qū)動(dòng)方式以及相關(guān)的背光構(gòu)架籽會(huì)隨著液晶顯示技術(shù)和電視的創(chuàng)新攜手前進(jìn)。

由于其能最好地滿足消費(fèi)者對(duì)于高畫質(zhì)和低成本的要求，分段側(cè)光式設(shè)計(jì)逐漸成為了背光單元設(shè)計(jì)架構(gòu)的最佳選擇。但仍然有能接受高能耗成本支出并追求更佳視頻質(zhì)量的消費(fèi)需求，促使直下式背光液晶電視需求的不斷增長。直下式背光的新進(jìn)展，例如多區(qū)域面積的大小、更少的分區(qū)，以及超級(jí)選擇性電流控制等，將挑戰(zhàn)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式并進(jìn)一步降低成本。