大功率背光源用LED驅動電路的研究現狀與進展

摘要：結合具體的LED驅動電路控制芯片，對峰值電流控制型、平均電流控制型、單級單開關非隔離型LED驅動電路的原理、優缺點和性能改進措施做了論述。給出了采用頻率抖動技術的LED驅動電路的傳導EMI峰值及平均值測量結果和基于IR2540的平均電流控制型LED驅動電路的工作波形及效率測量結果，并對脈沖恒流源型LED驅動電路的原理做了簡要的介紹，最后從恒流精度、效率、成本3個方面綜合分析了LED驅動電路的發展趨勢。

1引言

作為LCD的背光源，LED現在已顯露出取代CCFL的趨勢。與傳統的CCFL相比，LED背光源具有色域寬、色彩還原性好、可控性強、壽命長、不含汞蒸氣和其他有害氣體等優點。LED背光源還能實現CCFL無法相比的分區域色彩和亮度調節功能，從而更加精確地實現色彩還原和畫面的動態調整，在顯示不同畫面時，可以使亮度與對比度進行動態修正，以實現更好的畫質。

據預測，到2013年，將有90%的筆記本電腦和40%的液晶電視使用LED背光源。由于LED是一個低壓非線性半導體器件，LED的正向電壓會隨著電流和溫度的變化而變化，需要有驅動電路才能保證其穩定可靠地工作，因此，研究大功率背光源用LED驅動電路的解決方案，是一項具有前沿性和現實性的工作。

目前，大功率背光源用LED驅動電路有峰值電流控制型、平均電流控制型、單級單開關型3種類型，這3種LED驅動電路各有特點。本文結合具體的LED驅動電路控制芯片，從原理、優缺點、性能改進措施等方面對這3種類型的LED驅動電路進行了分析，并對正處于研發階段的高性能脈沖恒流源型LED驅動電路的原理做了簡要的介紹，最后分析了大功率背光源用LED驅動電路的發展趨勢。

2峰值電流控制型LED驅動電路

峰值電流控制型LED驅動電路目前應用最為廣泛，這種電路的效率可達90%以上，而且具有電路簡單、成本低的特點。HV9982是這種電路的典型控制芯片。HV9982有三路輸出，R、G、B各一路，最高輸入電壓為40V，最多可以同時驅動54顆LED，具有輸出短路保護、輸出過壓保護、Hiccup模式保護功能。圖1是HV9982的應用電路。圖中只畫出了一路輸出，其余兩路輸出與這一路相同。

圖1HV9982應用電路

HV9982的工作原理為：L1、D2、Q1、C14組成Boost升壓變換器電路，CS引腳檢測流過Q1的電流，當流過Q1的電流超過一定值時，Q1關斷，從而實現恒流輸出。Q2起輸出過壓保護和調光的作用，OVP引腳用來檢測過電壓，當此引腳的電壓超過5V時，Q2關斷，同時HV9982內部的計時器開始計時，當計時完成后，再次檢測OVP引腳上的電壓是否超過5V，不超過則Q2導通，超過則Q2繼續關斷，如此重復。調光時，當PWMD引腳為高電平時，Q2導通；當PWMD引腳為低電平時，Q2關斷，將LED從電路中斷開，防止輸出電容通過LED放電。改變PWMD引腳調光信號的占空比，就可調節LED的亮度。

峰值電流控制型LED驅動電路雖然具有電路簡單、成本低等優點，但也存在一定的缺點，具體表現在：

（1）電路可能會因次諧波振蕩存在運行不穩定的風險，采用斜坡補償可以解決這個問題，但是如果某些LED驅動芯片不支持振蕩器電容連接，斜坡補償會很難實施。另外，斜坡補償也會引起被檢測電流與實際LED電流之間的誤差。有的學者試圖采用固定關斷時間（而不是固定頻率）的工作方式來解決這一問題，這樣雖然可以解決次諧波振蕩問題，且占空比也大于50%，但是為了增加占空比就必須降低頻率，從而導致頻率在占空比范圍內的大幅波動。

（2）對噪聲敏感，抗噪聲性能差。因為電感處于連續儲能電流狀態，與控制電壓編程決定的電流、電平相比較，開關器件的電流信號的上升斜坡通常較小，電流信號上的較小噪聲就很容易使開關器件改變關斷時刻，使系統進入次諧波振蕩。

（3）峰值電感電流的大小不能與平均電感電流的大小一一對應，在占空比不同的情況下，相同的峰值電感電流可以對應不同的平均電感電流，在輸入電壓變動的情況下，流過LED的平均電流發生改變，恒流精度不高。

為了進一步提高峰值電流控制型LED驅動電路的性能，目前，研究人員主要在以下幾個方面對其進行改進：

（1）采用頻率抖動技術改善EMI特性。未采用頻率抖動技術時，各次諧波較窄而且離散，幅值在諧波頻率處較高。圖2是采用了頻率抖動技術的LED驅動電路的傳導EMI峰值和平均值測試結果。采用該技術可使諧波幅值降低并且變的平滑，高次諧波接近連續響應，減少EMI的效果十分顯著。

圖2傳導EMI峰值和平均值測試結果

（2）采用補償峰值電流控制技術提高LED驅動電路的恒流性能，解決在輸入電壓變動的情況下流過LED的平均電流發生改變的問題。國內華潤矽微科技有限公司推出的PT4107LED驅動電路控制芯片就采用了該技術。圖3是補償峰值電流控制技術原理圖。

圖3峰值補償電流控制技術原理。

3平均電流控制型LED驅動電路

平均電流控制型LED驅動電路克服了峰值電流控制型LED驅動電路可能會出現次諧波振蕩等不足，具有以下優點：

（1）平均電感電流能夠高精度地跟蹤電流編程信號；（2）不需要斜坡補償；（3）抗噪聲性能優越。

美國國際整流器公司（IR）推出的IRS2540是一種平均電流控制型LED驅動芯片，可驅動200V的MOSFET。該LED驅動芯片采用獨有的高側驅動器，可連續監控負載電流，并通過時間延遲滯后控制法，精確調節電流，從而提供優勢明顯的平均電流控制功能；內置短路保護功能，可以通過簡單的外部電路實現開路保護功能，同時為同步整流設計提供一個低壓側驅動。IRS2540的應用電路如圖4所示。

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