LED背光控制器调光方式探讨

时间:2022-03-17作者:佚名

LED调光有很多方式,依系统应用的不同需求,有不同的选择,可以依LED输出电流波形的不同,区分为脉波宽度调光(PWM Dimming)与模拟调光(Analog Dimming)两种。简单的说,所谓脉波宽度调光就是指LED的输出电流是一个LED导通和LED不导通的周期性方波输出,藉由改变方波波形的导通时间宽度来调节LED的平均电流大小,来达成调光的功能。所以LED平均电流值可以等于方波的导通周期乘以最大电流,亦即ILEDavg= Duty(%) × ILEDmax,如图(一)所示。

图(一) 脉波宽度调光(PWM Dimming)

模拟调光是LED的输出电流是一个模拟的输出波形,藉由改变输出电流准位的大小来调节LED的电流值,达成改变光源亮度调光的功能,如图(二)所示。

图(二) 模拟调光(Analog Dimming)

如果考虑到LED调光的输入控制信号的话,依据LED调光的输入控制信号,及LED输出电流波形的不同,可归纳为4种组态,如表(一)所示。这些不同的调光控制方式,分别应用在照明方面,如商用照明、办公室照明、居家照明等室内照明需求及显示器或液晶电视的背光模块中,系统业者根据不同的产品应用规格,可以选择优化最具竞争力的调光方式。

表(一) LED调光分类

过去面板背光源是采用冷阴极灯管CCFL,由于电流跟亮度的曲线没有很线性,所以就采用PWM调光控制,此一趋势一直沿用到目前的LED背光控制,而为了简化架构不做太多的变更,调光的输入控制信号就维持使用PWM调光,调光频率为大于100Hz数字信号,以LED输出电流的波形是数字或模拟来定义PWM调光或模拟调光。表(二)为脉波宽度调光与模拟调光的特性比较表,有助于了解两者特性的不同。

表(二) 脉波宽度调光与模拟调光的特性比较表

总之,如果不了解各种LED调光方式特性及优缺点的不同及实际系统端的应用,并不容易找到正确的调光方法。本文会提出一些分析,透过这些分析,了解LED调光方法和其优缺点就可以选择适当的调光方法与LED驱动IC进行应用。

(一)LED驱动IC脉波宽度调光应用(PWM Dimming)

以图(三)是一个升压单串LED电流,脉波宽度调光应用线路。DIM Pin输入信号为脉波信号,LED电流为了达到脉波波形输出,势必需要在LED的路径上串接一个功率开关Q2,当DIM Pin输入信号为高准位时,驱动IC开始动作,对磁性组件电感进行储能与释能,将输出电压升高到足以让LED串导通,同时调光开关Q2导通(Turn On),所以LED输出电流马上建立。当DIM Pin输入信号为低准位时,驱动IC不动作,输出电压无法建立让LED串导通,同时调光开关Q2截止(Turn OFF),将LED输出电流同步截止。所以脉波宽度调光应用线路(PWM Dimming)需要增加一个调光开关Q2在LED串联的路径上,来达到较佳的脉波输出。这种脉波宽度的调光方式,是改变脉波导通周期的大小,可以达到1000:1的调光周期(dimming ratio),所以具有较佳的高低亮度明暗对比。在目前的消费性电子产品显示器和液晶电压广泛的应用。图(四)是一个实测的波形,输入电压20V, LED串的电压约50V,LED电流500mA,在1KHz/50%调光下的LED电流波形跟升压开关Q1 Gate 的电压波形。由波形可知,LED输出电压涟波电压小,LED电流为一导通/不导通的电流信号,LED驱动IC DRV pin驱动信号是一高频切换周期随着调光信号做开及关的切换,脉波宽度调光(PWM Dimming)所产生的高频及不连续的输出信号容易衍生出EMI、音频干扰及面板显示器水纹波等等问题。

图(三) 脉波宽度调光应用线路一

图(四) 实测波形一

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