新型照明及显示电源技术特征及应用

新型照明及显示电源技术特征及应用

　　多年来，消费市场对于移动或便携式设备和其它各类电子系统的需求旺盛，促使照明及显示电源有了日新月异的发展并且获得了广泛应用。就目前照明及显示电源而言，其分类目录为：单白光LED及照相机氙闪光灯；单白光LED背光驱动；OLED及TFT显示器；CCFL(冷阴极荧光灯)背光源；RGB LED驱动器等。值此本文将对照明解决方案中的白光LED驱动电路、RGB LED驱动器、CCFL背光电源转换器、照相闪光灯充电器典型产品的技术特征与应用作分析介绍。

　　1、1×/5×7通道电荷泵白光LED驱动完全背光解决方案

　　APS4070是一款应用于完全背光方案的电付泵白光LED驱动，可以司时支持工屏，副屏和键盘背光驱动。通过串行总线接口可以方便的调繁各部分的电流，灵活驱动所有LED。上电时数据载入寄存器，关断时自动保存。芯片复位时，寄存器中的数据设定LED驱动电流。极低的33μA LSB电流可在非反射LCD显示中允许涓流通过LED。APS4070门动在1×和1.5×模式之间切换以在全部负载范围获得高效率。图0(a)多ApsS4070典型应用电路。

　　1.1主要特征：完个背光解决方案；分三组纵独立控制，分别包括4个主LED，2个从LED，和一个键盘LED；高驱动电流能力，4个工LED和2个从LED为31mA，键盘LED为60mA；内置6位DAC精确没定电流；输入电压范围为2.7V至5.5V； 接口；关断模式时数据保存；1×和1.5×自动切换模式；电流源压差低.典型值为200mV；极低的LSB电流31μA；低噪音的恒定开关频率；1.8MHz的开关频率兼容小尺寸外部器件；节能模式时，静态工作电流仅为1μA；过温保护；软启动以减少输入浪涌电流；小型16引脚3mmx3mmQFN封装。

　　1.2应用领域：可在手机和智能电话、各种手持设备、各种白光LED背光应用、数码相机、数码摄像机、掌上电脑及个人媒体播放中心设备上使用。图0(b)为APS4070在智能手机上应用示意图。

　　2、单白光LED驱动电路

　　2.1技术支持

　　*串联/并联LED配置-拓扑结构驱动。

　　电感式升压转换器为LED串联序列提供必需的高电压。对一个LED串联序列，只需要一个电流稳压器和两个连接点。

　　充电泵一般用于驱动并联LED，但除非每个LED都有固定电流，否则每个支路都需要一个限流电阻。这通常是由预封装在彩色LED显示模块中的LED配置决定的。

　　*电感或充电泵驱动器

　　一般来说充电泵解决方案只需要少量电容和限流电阻，这是一种规模相当小且简单的解决方案，但在会使电源功效降低而超过电池的放电电压范围，从而降低电池的寿命。电感方案需要一个电感器，通常还需要一个二极管；这种方案会在一定程度上增加设计的复杂度，但能够提供最高的电源转换效率并有助于延长电池寿命。

　　*电流稳压器
避免由不同的前向电压(Vf) LED组成的串联LED或并联LED的亮度变化。

　　*过压保护(OVP)
当个别LED损坏而造成的串联LED开路时，避免电感驱动器损坏。

　　*减低亮度
LED驱动器一般具有通过数字或(和)模拟机制调整LED亮度的特点。

　　*关机过程中的负载回路-当驱动器失效时，消除由串联LED到地之间的漏电流，从而节省电池能量。

　　2.2具备数字和PWM灰阶控制能力的恒流LED驱动器TPS61061

　　集成的白光LED驱动器，其同步开关消除了外部二极管，使得超小WLCSP封装成为可能，WLED驱动器的TPS6106x产品系列在板级空间上可与电荷泵解决方案匹敌，而且功效最高。该同步LED驱动器采用芯片级封装.

　　2.21具备数字和PWM灰阶控制能力的恒流LED驱动器TPS61061

　　主要特点为：LED驱动器集成了过压保护装置；2.7V至6V的输入电压范围；TPS67060最大支持3个LED；TPS61061最大支持4个LED；TPS61062最大支持5个LED；PWM亮度控制使能；流经LED电流(1LED)的数字亮度控制；1-MHz固定转换频率；内置400mA功率的MOSFET(场效应管)转换开关；断电期间关断LED；工作状态下所使用的小输出电容可低至220nF。图1(a)为TPS61061为4个单白光LED供电示意图

　　2.22应用范围：可在微型电话、PDA(个人数字助理)、pocket C(微型电脑)、smart phones(智能电话)、数码静态相机以及3.3V至5V的负载点模块设备上使用。

　　2.3 PWM亮度控制单白光LED电流源充电泵TPS60230，TPS60231

　　2.31主要特点：温度影响下的稳态电流输出误差小于0.4%；TPS60230可驱动最多5个25mA的LED；TPS60231可S动最多3个25mA的LED；通过PWM控制信号控制LED亮度；通过1x和1．5x模式下的部分转换 以获得高效率；1-MHz转换频率；2.7V至6.5V的工作输入电压范围；内置软启动限制瞬态涌入电流；低输入纹波及低EMI(电磁干扰)；电流过载保护及高温保护；通过滞后效应以达到低压关断；采用极小的3mmx3mmQFN封装。图1(b)为TPS60230为4个单白光LED供电。

　　2.32应用范围：可在蜂窝电话、智能电话、PDA、微型电脑、数码相机和便携式摄像机彩色显示屏中的单白光LED背光设备；关键背光设备等领域使用。

3、RGB LED驱动器-带电校正和PWM灰度调节的16通道LED驱动器TCL5940

　　3.1技术支持

　　*点阵校正-提供统一LED亮度，提供灵活控制输出电流的能力。
　　*灰度级别-等效已有的灰度级别，给每个LED提供增强的彩色光谱。
　　*输出电压监控-在稳流输出终端的监控电压，以检测LED故障和短路。
　　*LED开路检测-在某个输出终端上的标示LED的损坏或断开。
　　*温度错误标记-标示温度超标状况。
　　*看门狗定时器-当扫描信号中止后关掉输出。
　　*过温关机-接头温度超过门限后关掉输出。

　　TLC5940是用于高端录像显示屏的LED驱动器。其特点是每个通道均带有可单独调节的 4096级灰度脉宽调制(PWM)亮度控制以及64级点校正功能，每通道驱动能力为120 mA，内置EEPROM存储器。TLC5940采用HTSSOP、PDIP或小型QFN封装。

　　3.2 TLC5940主要特点

　　为16通道；12bit( 4096灰阶)PWM灰度调节；6-bit(64级)像点修正；3.0V至5.5V电压输入范围；120mA恒流每通道；30-MHz转换率；芯片间精确度为2.7％(典型)；通道间精确度为1%(典型)；集成EEPROM器件。图2为TLC5940和相应控制器的串行连接以构建LED显示系统的基本模型.

　　3.3应用范围：

　　可在单色、多色、真彩色LED显示器；LED招牌、广告牌背光显示设备上应用。

　　4、CCFL背光电源转换器

　　CCFL背光源控制器的CCFL背光源控制器是专门针对LCD显示器的常用光源一CCFL(冷阴极荧光灯)而优化的专用电源转换器IC。这些IC可与磁性变压器或压电变压器一道工作，以生成用于实现最佳荧光灯控制所需的AC电压。

　　4.1技术支持

　　*输入电压-背光源以电池或稳压电源为工作电源。了解背光电源可用的输入电压很重要，这样便于选择最好的1C和功率转换拓扑结构来产生点亮荧光灯所需的输出功率。
　　*荧光灯特性(输出功率)-常见的CCFL荧光灯需要250至1000VAC(2至10mA)的工作电压。输入电压与输出电压的关系决定了最佳IC和电源拓扑结构的选择。
　　*电源拓扑结构-器件以不同的方式来控制变压器。有的时候输入/输出的关系会限定采用某种拓扑结构。不同的拓扑结构也具有不同的功率转换效率。
　　*变压器类型-在有些应用中，为实现更小的外形尺寸和更高的效率而采用了压电变压器。
　　*控制选项-单或双荧光灯控制以及调光控制。

　　4.2特点

　　针对CCFL的完整电源控制；磁或压电变压器控制；荧光灯和变压器开路保护；用于高效率和宽调光范围的脉冲式调光控制；四种不同的电源拓扑结构：半桥式、回扫型、罗耶(Royer)型、推挽型。

　　4.3典型产品-高效移相全桥CCFL控制器TPS68000

　　主要特点：输入电压范围为8VA30V；集成了门驱动的全桥技术，用于4-NMOS转换；同步恒定工作频率；可编程相位延迟用于控制从操作的运行频率；光-电压稳压以及光-电流稳流；模拟调光及脉冲调光；多控制器件下的可调节分置式脉冲调光；启动或出错状态下可程序化的校正电压时长；开灯保护和短路保护；内置高温保护；低电压锁定模式；封装模式为30引脚TSSOP封装。图3为TPS68000单灯示例电路。

　　应用范围：可在桌面监视器和LCD电视的CCFL背光电源供应与笔记本电脑的CCFL背光电源供应使用。

　　5、照相闪光灯充电器

　　5.1技术支持

　　*变压器-转换器的输出电压是通过调节反向变压器的比率设置的，转换频率由向变压器的首要电感决定，这两个要素以及必须的二级电压比率是选择变压器重要条件。

　　*闪(Flash)电容器-闪电容器在相机闪光应用中是必须的。为了处理闪光时的汹涌电流，闪电容器的电感通常很低，不能达到相机闪光应用级别的电容器在这类应用会降低使用寿命。

　　*IGBT-选择用于触发闪光管IGBT时，需要照相闪光级别的IGBT。有几个IGBT经受住闪光产生的电压和电涌，但是，由于被定位于持续的职责，它们通常来自于非常大的封装中。照相闪光级别的IGBT跟上面说的IGBT有相同的级别但是可以放在小的封装中．因为它的负载是瞬间的电涌而不是持续的。

　　*闪光管-选择闪光管基于几个系统级别的考虑，例如：预期的发光频谱、物理尺寸、装备方法、触发方法、需要的灯光能源、闪光频率、闪光电压、封装材料和管子的表面材料。客户根据自己的特殊需求选择所需的灯。

　　*触发变压器-灯选定以后就可以选择触发变压器了，每种灯需要相应的触发变压器来触发一次闪光。

　　*效率-转换器的效率受到高电压二极管恢复时间的极大影响，二极管的恢复时间越快，效率越高。

　　5.2集成照相闪光灯电容充电器 IGBT驱动器TPS65552A

　　TPS65552A为闪光充电器可提供从电池输入、电容连续放电到霓虹灯的完全解决方案。设备包括：一个集成电源开关、IGBT驱动器和充电所需的控制逻辑块。

　　5.21主要特点为：减少组件的高集成度解决方案；集成IGBT驱动器；高效化程序化后可提供0.95A至1.8A的峰值电流；输入电压为1.8V至12V；最优化控制回路以达到更快的充电时间；主侧感应所有的触发；封装模式为10 引脚MSOP及16引脚QFN封装。图4为TPS6552应用实例示意图。

　　5.22应用范围：可在数字静态相机(DSC)、高级胶片相机、摄像手机与摄像PDA上使用。

　　6、LCD及OLED显示器的偏压电源

　　6.1可用于OLED，TFT，CCD的正、负相800mA转换门限的DC-DC增压转换器TPS65130

　　6.11主要特点：最高+15V、最低-15V的双路可调输出电压；TPS65130的增压和倒相转换采用800mA的典型转换门限；TPS65131的增压和倒相转换采用2A的典型转换门限；低负载电流下高效的节能模式；独立的使能输入端可以控制电源开启、关闭的顺序；用于外部PFET(P沟道场效应晶体管)的控制输出以达到完全免电池供电；2.7V至5.5V的输入电压范围；最小至1.25-MHz的恒定PWM控制频率；双路输出的过压保护；封装模式小型化的4mmx4mm24引脚QFN封装模式(RGE)。图5为TPS65130典型应用电路。

　　6.12应用范围：可在小至中型的OLED显示器、(TFT)LCD以及CCD偏压电源、PDA、微型电脑、智能电话、数码相机及便携式摄像机等设备上使用。

　　6.2 用于LCD器件的28V，85％寓效增压转换器TPS61045

　　6.21主要特点：输入电压范围为1. 8V至6.0V；输出电压范围为最高至28V，数字化调整；输出电流20mA；静态工作电流为0.04mA{典型}；转换频率1 MHz(最高)；封装形式为3mmx3mmOFN封装。图6为数字调节输出电压的典型应用示意图。

　　6.22应用范围：简化中介媒质结构因素的LCD偏压电源供应与PDA、蜂窝电话、智能电话中的QLED显示电源供应。

来源：电子设计技术