Local Dimming LED TV 背光驱动整体方案研究 |
| 2012-11-15 18:25 作者：凌 璟 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月15日文】据《硅谷》杂志2012年第17期刊文称，各个电视、液晶厂商都投入极大的物力、人力、财力加大研发力量去降低显示器的功耗，以满足大力提倡的环保节能理念。介绍一种方法主要是用于降低功率消费并提高动态对比的液晶显示技术。这种背光局部调光的方法是根据不同区域的背光的不同因素，根据图像内容相应的情况，提出一个巧妙的局部调光方案。
0引言
目前，液晶电视的使用非常广泛，在人们的工作、生活中占据的位置越来越重要，而其的能量消耗问题也越来越引起人们的关注。对于小型液晶显示器而言，通常只要几个LED灯便可满足其显示要求，因此对驱动电路的要求也较低。对于中大型液晶显示器而言，常需要几十、上百个的LED灯，对电路驱动能力的要求就更高。因此，生产厂商都投入了极大的物力、人力、财力，加大研发力量去降低其功耗，从技术发展趋势上来说，如何降低背光的功耗最受到关注。
由于背光源是整机最大的能量消耗者，所以降低背光的功耗，也就降低了整机的功耗。这其中的技术包括改善背光源的驱动电路，改善LED的发光效率，开发新的LED种类等方式。目前，LocalDimming是这些技术中最易于实现，效果最明显的一项技术。尤其是直下式LED背光搭配LocalDimming技术，可大幅度降低电量、提高显示画面对比值、灰阶数、及减少残影等。
1LocalDimmingBLU概述
液晶电视是由一个恒定均匀背光源和液晶显示器组成。背光提供恒定光源，对TFT-LCD作为开关对应像素的亮度控制。由于过程中存在的光泄漏问题，使得像素看起来即使不是全黑像素值为零，其他暗灰色的水平也没有出现足够的黑。漏光抑制液晶电视对比度性能的改善。新技术是希望减少光泄露，实现高对比度的液晶显示。
LocalDimming即局部背光调节的意思，利用数百个LED组成的背光代替CCFL背光灯，背光LED可根据图像的明暗进行调节，显示幕图像中高亮的部分的亮度可以达到最大，而同时黑暗的部分可以降低亮度，甚至关闭，以达到最佳的对比度。这样，暗区亮度的降低就降低了背光的功耗。LocalDimming广义而言，大致可分为三大类，分别为0D、1D、2Ddimming，其中，2Ddimming能将localdimming的技术发挥到最佳效果。从下图可看出localdimming和非localdimming在能耗上和对比度上的差别。
图1能耗、对比度比较
2对背光驱动电路的要求
对于不同的应用场合，系统设计者关注的重点可能会有所不同，例如：对于低成本的产品方案，可能会把整个驱动电路的成本放在第一位；对于手机类产品，白光驱动电路对其他模块是否会产生EMI干扰则是要重点考虑的因素；而在MP3类产品中，又有可能对EMI干扰不太关心。一般来说，对背光驱动电路的要求是：
1）满足背光的亮度要求；
2）整个显示屏亮度均匀（不允许有某一部分较亮、另一部分较暗的情况）；
3）亮度可以方便地调节；
4）驱动电路占PCB空间要小；
5）工作效率高；
6）综合成本低；
7）对系统其它模块干扰小。
3系统结构框图
基于MCU的loacldimming方案由三个部分组成，分别是FPGA或SOC，MCU和LEDDriverIC，SOC采集图像信号并通过SPI接口发送资料给MCU，MCU进行资料处理后再通过SPI控制1个或多个LEDDriver。
图2SACDemoBoard的结构框图
SAC是指系统审计和控制（systemauditability&control）。SAC的方案是将DC-DC部分，MCU和LEDDriver置于同一套板上，DC-DC可根据灯串电压的不同要求进行升压或降压，MCU采用CortexM032位高性价比MCU，LEDDriver采用AMS的AS3695C，DC-DC为24升压到50V，具体要升到多高的电压根据所接LED的总电压，因为AS3695C可驱动16路通道，有两路回馈，因此每8路通道为一个回馈，需要两组DC-DC电路。
方案框图：
图3SAC方案框图
方案BOM表（每16通道）
4选用的主要元器件特点
1）AS3695C特点：
①可驱动16通道的LED；
②输出电压30V，外置MOSFET，驱动电流由MOSFET决定；
③电流精度高达+/-0.5%；
④集成SPI接口；
⑤具有开短路、过温检测和保护动作。
2）CortexM0单片机特点：
①Cortex-M0内核，高达50MHz的主频，高达40个I/O口；
②2-8KSRAM，32KFlash；
③2-SPI，最高速率可达25MHz；
④极低的功耗，更快的处理速度，仅相当于8位元MCU的价格。
3）MAP5201
①专门为LEDTV背光驱动而设计；
②宽电压输入范围，最高至36V；
③支援升压（Boost）和降压（Buck）两种拓扑结构；
④内部集成1AMOSFET驱动电路；
⑤开关频率可程式设计，最大500Khz；
⑥输出短路保护电路；
⑦独立控制的双路DC-DC输出。
4）MDD1903
N沟道MOSFET
耐压100V
ID=11A@VGS=10V
RDS（ON）<120mΩ@VGS=10V
<135mΩ@VGS=6.0V
5总结
本文介绍了液晶电视的背光源调光技术的一种设计方案。背光局部调光系统所采用的背光驱动电路，它是经济实用的。并且，这种背光调光技术也具有改善图像质量和功率效率的优点。
作者简介：
凌璟（1978-），女，硕士，毕业于苏州大学电子信息学院，现任教于苏州工业职业技术学院。
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