傳統(tǒng)升壓型LED驅(qū)動

傳統(tǒng)的LED驅(qū)動采用升壓型Boost電路，簡化電路形式如圖1所示。 


升壓型的LED背光驅(qū)動，其輸入電壓VIN低于LED Light Bar的管壓VF，通過V1、L1、D1進行升壓，LED定電流和電流平衡控制模塊實現(xiàn)電流控制。

圖1中，多路的LED Light Bar存在一個VFmax (VF最大值)，每路VF電壓與VFmax的電壓差為△VF =（VFmax-VF）。如流過每條LED Light Bar的電流設定為ILED的話，則每路的功率損耗P=△VF×ILED。該損耗最終加在LED定電流和電流平衡控制模塊上，產(chǎn)生發(fā)熱，整個驅(qū)動電路能效降低，造成能源浪費。

解決該問題可以有兩種方法：
1、LED Light Bar廠家控制每條Light Bar的VF電壓，保證VF電壓的一致性，減小△VF，也就是需要篩選單顆LED，嚴格控制VF范圍。
2、改變LED驅(qū)動電路形式，驅(qū)動技術(shù)進行創(chuàng)新，采用降壓型的開關(guān)電路。

降壓型LED驅(qū)動工作原理

降壓型LED驅(qū)動采用降壓型開關(guān)電路，簡化的電路形式如圖2所示。


輸入電壓VIN高于燈條的VF電壓，通過開關(guān)管、電感、續(xù)流二極管進行降壓，LED定電流和電流平衡控制模塊實現(xiàn)電流控制。
為了減小流過LED的紋波電流，電感電流一般工作在電流連續(xù)模式，電感的電流波形如下圖3所示

動作原理如下：當開關(guān)管導通時，電路簡化為圖4，開關(guān)管從t0時刻導通，到t1時刻截止，t0~t1時間為TON時間。在TON時間，電感電流iL電流變化為△iL，
VIN-VO=L(diL/dt)=L(△iL/△t)= L(△iL/TON)       （1）
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當開關(guān)管關(guān)斷時，電路簡化為圖五，開關(guān)管從t1時刻截止，到t2時刻導通，t1~t2時間為TOFF時間。在TOFF時間，電感電流iL電流變化為-△iL，此時電感L上的電壓為（忽略續(xù)流二極管的壓降）
- VO = L(diL/dt)=L(-△iL/△t)=- L(△iL/TOFF)    （2）
TON + TOFF=T                  （3）

VIN電壓已知，燈條的電壓VO和電流也已知，設定iL電流的△iL，可以為10%~30%的iL，考慮到開關(guān)損耗，一般開關(guān)頻率f可設定在50~200K。

因此根據(jù)公式（1）、（2）和（3），可以計算出電感L的感量。

如果覺得電感L太大，可以適當增加△iL或者適當提高開關(guān)頻率f 。

OZ9906 應用設計

Micro O2公司的OZ9906內(nèi)部集成開關(guān)型的Buck控制電路，最多可以驅(qū)動六路LED Light Bar，6路燈條可以單獨進行電流控制，主要應用于大尺寸屏幕的LED背光驅(qū)動。典型的應用電路如圖6所示。

O Z9906控制IC，由于六路LED Light Bar的Buck電路單獨控制，因此固有存在的VF電壓差異性的問題得到了解決，不再產(chǎn)生額外的功率損耗，提升了轉(zhuǎn)換效率。

以奇美公司的58寸LED顯示屏進行實例設計。該屏背光由五條LightBar組成，Light Bar的規(guī)格參數(shù)為：電流典型值IF=170mA，正向電壓典型值VF=148V，VFmax值=163V。

O Z9906最多可支持六條LightBar，在五條LightBar的應用場合下，把PIN20的ISEN6用電阻上拉到VREF電壓，即可禁止ISEN6功能，只啟用其他五路電流控制電路。

1、系統(tǒng)框圖

電視顯示系統(tǒng)包括電源板、主板、背光驅(qū)動板等， 電源板提供VLED、12V給背光板，主板提供背光控制信號BL_ON和調(diào)光PWM信號給背光板。背光驅(qū)動ICOZ9906 檢測PANEL內(nèi)部五條燈條的流過的電流，進行定電流和電流平衡控制，點亮背光系統(tǒng)。

2、IC內(nèi)部框圖

IC內(nèi)部框圖請見圖8。


IC內(nèi)部框圖主要包括IC供電模塊、亮度調(diào)節(jié)控制模塊、開關(guān)頻率設置模塊、異常狀態(tài)保護模塊、LED燈條定電流模塊和Buck驅(qū)動控制模塊。

3、電原理圖

背光驅(qū)動板控制器IC 采用OZ9906GN，電原理圖請見圖9。


電源板通過插座X1提供VLED和12V給背光驅(qū)動板，主板通過插座X2提供背光開關(guān)信號BL_ON和調(diào)光PWM信號給背光驅(qū)動板，背光驅(qū)動板通過插座X3控制燈條電壓/電流，點
亮顯示屏。
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4、設計步驟

設計步驟一：設置燈條電流

電流檢測RSENSE 電阻阻值。在PIN4ADIM 的電壓大于2.5 V 時， ILED（mA）=500/RSENSE，已知ILED= 170mA，因此RSENSE=500/170=2.94Ω

設計步驟二：設置控制器的開關(guān)頻率f

由于ILED 電流較小， 可以選擇小電流的開關(guān)MOSFET。小電流MOSFET的Ciss結(jié)電容一般會較小，容易驅(qū)動，因此開關(guān)頻率可以適用提高，設置在150kHz。
f(kHz)=21500/RT(kΩ)
因此， RT = 21500/f(kHz)=21500/150=143kΩ。

設計步驟三：Buck線路中L電感量計算

燈條的電壓/ 電流為163 V/170mA，因此i L電流為170 mA，VLED需要高于163V，設定為175V；設定iL電流的△iL為20%的iL，△iL=170mA×20%=34mA，開關(guān)頻率在步驟2已經(jīng)設定為150kHz。

根據(jù)：
VIN-VO=L(△iL/TON)→175-163=L（0.034A/TON）→TON =0.034L/12
VO=L(△iL/TOFF)→163=L(0.034A/TOFF)→TOFF=0.034L/163
Ton+Toff=T→Ton+Toff=6.67μS→Ton+ Toff=6.67μS
因此，（0.034L/12+0.034L/163)=6.67 uS→L=2.19mH。

電感L的感量可以根據(jù)電感的工藝制作情況和實際電路的動作波形進行微調(diào)。

設計步驟四：Buck線路中開關(guān)MOSFET、續(xù)流二極管選型

輸入VLED電壓設置在175 V ，考慮開關(guān)波形的尖峰和設計余量，MOSFET和續(xù)流二極管耐壓選擇250 V 規(guī)格； 流過電感的iL 電流為170mA ， △iL 設定為34mA ，MOSFET、續(xù)流二極管電流選擇1A規(guī)格即可。MOSFET可以選用力杰公司的EMBJON25Q（250V/1A），二極管可以選用PANJIT公司的ES1E（300V/1A）。

設計步驟五：設置保護動作的延時時間

為了避免保護電路誤觸發(fā)，可以通過PIN24 Timer外接電容設定保護動作的延時時間，當Timer的電壓達到閥值電壓3V時，保護動作觸發(fā)。
延時時間TTIMER(S)=CTIMER（μF）一般設定延時時間為1?2s。

5、實測波形

實測其中一路的波形， 電感L上流過的電流（通道1，深藍色）、MOSFET的開關(guān)波形（通道2，淺綠色）、燈條電流波形（通道3，紅色）如圖10所示。可知，MOSFET的開關(guān)頻率為146.8k H z，燈條電流164.9m A，達到設計目的，顯示屏正常點亮。
總結(jié)

在多路LED Light Bar應用場合，降壓型LED驅(qū)動電路能夠很好地解決多路LED Light Bar固有存在的VF電壓差問題，提高轉(zhuǎn)換效率。Micro O2公司的OZ9906內(nèi)部集成了六路開關(guān)型的Buck控制電路和電流平衡電路，外圍電路簡單，設置方便，為大屏幕LED背光驅(qū)動提供了很好的解決方案。

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