面向HDTV应用的高亮度LED驱动器解决方案LT3755 (2)
摘要: LT3755从一个内部调节7V电源来驱动一个低压侧外部N沟道MOSFET。固定频率、电流模式架构在一个很宽的电源和输出电压范围内实现了稳定和精准的运作。
LT3755从一个内部调节7V电源来驱动一个低压侧外部N沟道MOSFET。固定频率、电流模式架构在一个很宽的电源和输出电压范围内实现了稳定和精准的运作。LT3755提供了一个恒定电流源,LED驱动器IC要想在输入电压不稳定的情况下实现恒定的LED亮度,这是必不可少的。在汽车应用中,这一点特别重要,原因是输入电压会由于在诸如冷车发动和负载突降等过程中遇到的瞬变而发生巨大的摆动。LT3755的最大输入电压为40V,这令其即使在主汽车总线承受40V瞬态电压的情况下 (这在负载突降条件下是很常见的) 也能够调节LED电流和电压。
一个参考于地电位的电压反馈引脚充当众多LED保护功能电路 (例如:开路LED保护) 的输入,并可使转换器起一个恒定电压源的作用。一个频率调节引脚允许用户在100kHz至1MHz的范围内进行频率设置,以优化效率和性能,同时最大限度地缩减外部元件尺寸。如果需要进行外部同步,则可使LT3755-1版本在其整个100kHz至1MHz的频率范围内同步至一个外部时钟。
LT3755的True ColorTM PWM调光功能实现了高达3000:1的调光比,而发射光的色彩无变化 (见图3),从而使得能够利用PWM的占空比来对LED车前灯进行经常性的调节,以适应各种环境条件。由于凌力尔特的高电流LED驱动器是电流模式稳压器,因此它们并非直接调节电源开关的占空比,而是由反馈环路负责在每个周期中控制开关中的峰值电流。与电压模式控制相比,电流模式控制改善了环路动态特性,并提供了逐周期电流限制。
HDTV背面照明
虽然看似并无关联,但汽车中的信息娱乐和导航显示器的LED背面照明却刺激了具高调光比的HB LED背光源的应用,汽车内部各种各样的环境照明条件使得宽调光比范围成为必需,而在HDTV应用中,这也是产生彩色的最大动态范围所需要的。
成长速度最快的消费类电子产品市场之一是平板HDTV。由于消费者需要屏幕较大的HDTV和较高的分辨率,因此这种需求迅速地从等离子体HDTV转移到了 LED HDTV。根据DisplaySearch公司的预测,等离子体HDTV的销售额将在2008年达到顶峰 (240亿美元),而LCD HDTV在2008年将实现750亿美元的市场销售额,并在2010年以前增长至930亿美元。然而,LCD HDTV存在多种缺点,包括运动模糊和彩色再现性等等。也就是说,目前这一代LCD HDTV无法获得真正的黑色,而且提供了所有彩色的一个较低的动态范围。传统HDTV采用CCFL管作为背光源,而且仅能提供 450~650cd/m2的对比度比。这些HDTV的主要问题是其不能完全关断CCFL背光源或对之进行局部调光。
与此相反,当采用HB LED背光源时,一个能够以背面照明LED串来进行局部调光或关断操作的LED阵列 (对于46英寸显示器而言,LED的数目多达1600个) 提供了几乎比CCFL设计高出一个数量级的对比度比 (>4000cd/m2)。此外,通过调节背面照明LED串的亮度,还可以复制更多的中间色调,从而使得图像更加生动逼真。
能够在局部位置将LED完全关断的另一个好处是可以减少运动模糊。通过在帧与帧之间将LED完全关断,由快速运动物体所引起的图像模糊实际上将被消除。在解决CCFL背面照明LCD TV所常见的这种快速运动模糊问题的过程中,LED的快速响应速率是至关重要的。
要想使LED背面照明HDTV成为可行方案,关键因素之一便是LED驱动器IC。由于每块显示屏包含如此之多的LED,因此LED驱动器电路必须具有非常高的效率,否则显示器将产生严重的热问题,并需要采用体积庞大的散热器,这与消费者期盼平板HDTV外形更平、重量更轻的愿望是背道而驰的。此外,这些驱动器IC还必须能够提供非常宽的调光比 (高达5000:1),以实现所需的宽对比度比。最后,整个LED驱动器解决方案必须非常紧凑,以造就大多数HDTV消费者所要求非常扁薄的款式。
凌力尔特的LT3595降压模式LED驱动器具有16个单独的通道,每个通道能够从高达45V的输入来驱动由多达10个50mA LED所组成的LED串。每个通道可被用来驱动一串 (10个) LED,以提供局部调光。每个LT3595能驱动多达160个50mA白光LED。一台46英寸LCD TV将需要大约10个LT3595 (依据HDTV标准)。其16个通道均可进行独立控制,并且具有一个单独的PWM输入,该输入能够提供高达5000:1的PWM调光比。
每个通道仅需要一个片式电感器和一个甚至更加小巧的陶瓷输出电容器。其他的必需元件仅为单个输入电容器和用于确定电流的设定电阻器 (图5)。具箝位二极管、电源开关以及具补偿功能的控制逻辑电路所有16个通道均被整合在LT3595较小的56引脚、5mm x 9mm QFN封装之中。
图4:一个用于从45V输入来驱动160个白光LED的16通道LED驱动器。PWM调光比为5000:1
LT3595拥有92%的峰值效率 (在2MHz开关频率条件下),因而免除了增设外部散热装置的需要。
LT3595的PWM调光能力高达5000:1。图7示出了5000:1 PWM调光波形和一个外观非常方的LED电流波形。即使在接通时间仅为2μs的情况下,一个20mA LED电流仍然与100Hz PWM信号同步地接通和关断。降低PWM频率可以实现较高的PWM调光比,但100Hz频率能够确保不出现可见闪烁。
所有16个通道的满LED亮度均利用单个外部电阻器来设定。每个通道具有相同的编程LED电流 ─ 设定在10mA至50mA之间。各通道之间的LED电流准确度在8%以内。True Color PWM调光采用了一个减小的占空比,旨在提供准确的调光,而不使发射光的彩色发生任何偏移。固定频率、电流模式控制方案在一个很宽输入和输出电压以及电流范围内提供了稳定的操作。对流过用于每个通道的内部检测电阻器和内部开关的LED电流的直接控制,以及用于每个通道的控制电路提供了适合LED驱动的卓越恒定电流源调节性能。内部100mA电源开关和56引脚QFN封装的裸露散热衬垫提供了足以处理16个通道的功耗和发热量 (在50mA电流条件下) 的电源管理和热管理。
结论
由于LED照明应用在汽车和LCD HDTV中的普及速度空前提高,因此对高电流LED应用中的LED驱动器IC产生了许多非常特殊的性能要求。在汽车里,这些应用多种多样,从车前灯到内部照明等不一而足。在HDTV中,LED提供了一种精细得多的局部调光法,从而极大地改善了图像质量。此外,在汽车和HDTV市场以外的众多商业和工业环境中,LED的应用也非常普遍,它们同样具有大多数这些高性能要求。这些LED驱动器还必须能够提供恒定的电流 (以保持均匀的亮度,而不受输入电压或LED正向电压变化的影响)、必须实现高工作效率,并提供宽调光比。另外,这些应用还需要占板面积非常紧凑、且散热效率很高的解决方案。面对汽车、HDTV以及众多其他LED设计要求,凌力尔特公司迎难而上,开发出了一个高电流LED驱动器产品系列。如今,照明系统设计师拥有了一个适合其复杂照明设计的简易且现有的LED驱动器。
面向HDTV应用的高亮度LED驱动器解决方案LT3755 (1)
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