Das Design der Display-Treiberplatine enthält eine sehr wichtige Schaltung – die Hintergrundbeleuchtungsschaltung. Sie ist eine grundlegende Schaltung, die vielen Ingenieuren Probleme bereitet. Dieser Artikel erklärt Ihnen Schritt für Schritt, vom Aufbau der Hintergrundbeleuchtungseinheit bis hin zum Design der Hintergrundbeleuchtungsschaltung. Sehen Sie sich zunächst das Bild unten an.

Das obige Bild zeigt den Schaltplan des Hintergrundbeleuchtungstreibers eines Bildschirms (AUO M190ETN01.0, 19 Zoll), den ich zuvor entworfen habe. Dieser Artikel verwendet dies als Beispiel, um zu erklären, wie man einen LED-Hintergrundbeleuchtungstreiberschaltkreis entwirft und welche Prinzipien dahinter stecken.

Analyse der Zusammensetzung der Hintergrundbeleuchtungseinheit

1. Grundprinzipanalyse

Großformatige Bildschirme werden derzeit vor allem LCDs Das LCD selbst strahlt kein Licht aus. Zur Anzeige von Bildern ist eine Weißlicht-Hintergrundbeleuchtung erforderlich. Übliche Weißlicht-Hintergrundbeleuchtungen bestehen in der Regel aus mehreren weißen LEDs. Die Anzahl richtet sich nach der Bildschirmgröße und beträgt in der Regel 1 bis 10 Stränge (Serientyp, paralleler Typ wird in diesem Artikel nicht vorgestellt). Jeder Strang hat eine Anzahl von 2 bis 20 Strängen.

2. LED Parameter

Die Hauptparameter der LED sind Vf und If.

• Vf: Durchlassspannung, die Spannung zur Erde zwischen dem Plus- und Minuspol der LED selbst, wenn diese Licht aussendet.
• If: Wenn der Vorwärtsstrom bei einer bestimmten Lichtstärke durch den Strom der LED fließt, ist die Lichtstärke proportional zu If und die Lichtstärke der LED-Lampe ist bei gleichem If dieselbe.

Nehmen wir als Beispiel die häufig verwendete LED für die LCD-Hintergrundbeleuchtung gewöhnlicher Mobiltelefone. Wenn sie normal Licht aussendet, beträgt ihre If 20 mA und Vf im Allgemeinen 3,0 bis 3,4 V.

3. Grundlegende Designanforderungen von LED Antriebsschaltung

(1) Erfüllen Sie die Helligkeitsanforderungen der Hintergrundbeleuchtung.

(2) Die Helligkeit des gesamten Displays ist gleichmäßig (es ist nicht zulässig, dass ein Teil heller und der andere Teil dunkler ist).

(3) Die Helligkeit kann leicht eingestellt werden;

(4) Die Antriebsschaltung nimmt nur wenig Platz auf der Leiterplatte ein.

(5) Hohe Arbeitseffizienz;

(6) Niedrige Gesamtkosten;

(7) Geringe Störungen anderer Module des Systems.

4. Prinzip der Hintergrundbeleuchtung

Bei der Reihenschaltung handelt es sich, wie der Name schon sagt, um eine Reihenschaltung der LED-Leuchten, sodass der Strom durch jede Lampe gleich ist und somit die Helligkeit jeder Lampe gleich ist. Daraus können Rückschlüsse auf die gleichmäßige Helligkeit gezogen werden. Dies ist der größte Vorteil des Tandemtyps.

Da die Lampen in Reihe geschaltet sind und die Vf-Spannung jeder Lampe 3,0 bis 3,4 V beträgt (Vf von 3,0 V als Beispiel), bedeutet dies, dass bei 10 in Reihe geschalteten Lampen 10 x 3,0 = 30 V erforderlich sind. Daher muss die Treiberschaltung dieser Methode eine DC/DC-Boost-Schaltung verwenden, um die Spannung auf die erforderliche Spannung zu erhöhen.

Die folgende Abbildung ist eine Beschreibung im Datenblatt M190ETN01.0.

Datenblatt M190ETN01.0

Das schematische Diagramm ist wie folgt .

Das schematische Diagramm

Auf dem Bild sind 4 LED-Stränge zu sehen, der Pluspol jedes Stranges ist mit der Hochspannung verbunden, der Minuspol wird separat herausgeführt.

Schaltungsprinzipanalyse

Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich, beträgt die Vmax des M190ETN01.0-Displays 37,4 V, es werden insgesamt 4 Netzteile benötigt und die einzelne Imax beträgt 90 mA. Daher können Sie bei der Auswahl eines Boost-Chips zwei Chips mit einer Imax von 180 mA oder 4 Chips mit einer Imax von 90 mA in Betracht ziehen.

In Anbetracht einiger Worst-Cases müssen wir bei der Auswahl von Boost-Chips im Allgemeinen eine Leistungsreduzierung vornehmen, d. h. Vmax und Imax müssen um etwa 50 % erhöht werden (der prozentuale Leistungsreduzierung muss an die Anwendungsumgebung angepasst werden, da meine Schaltung auf Hochgeschwindigkeitsstrecken verwendet wird, ist die Leistungsreduzierung etwas höher).

Darüber hinaus müssen wir den Balance-Wert zwischen den einzelnen Kanälen berücksichtigen. Ein höherer Wert verschlechtert die Helligkeitsgleichmäßigkeit zwischen den einzelnen Kanälen. Außerdem denke ich persönlich, dass die Helligkeitskonsistenz des 2-Kanal-180-mA- und des 4-Kanal-90-mA-Moduls etwas schlechter sein wird. Umfassende praktische Anwendung: Wir verwenden einen One-Drive-One-Ansatz. Der für dieses Design ausgewählte Boost-Chip ist MP3394. Bisher habe ich ' Ich weiß nicht, ob Sie etwas haben, was Sie nicht ' Verstehen Sie es nicht? Wenn nicht, analysieren wir weiter.

1. MP3394-Funktionsanalyse

Fügen Sie zunächst die Funktionsbeschreibung in das Datenblatt des MP3394 ein.

das MP3394-Datenblatt

Die allgemeine Bedeutung der Beschreibung ist: MP3394 ist ein häufig verwendeter LED-Treiberchip mit vier Ausgangspins, der vier Kanäle gleichzeitig ansteuern kann (beachten Sie, dass es sich hier um vier Kanäle handelt, nicht um vier Stränge. Wie bereits erwähnt, kann jeder Kanal je nach Stromdifferenz mehrere Stränge gleichzeitig ansteuern). Der maximale Ansteuerstrom pro Kanal beträgt 200 mA. Um den Strom der LED-Lampe automatisch auf einem konstanten Niveau zu stabilisieren, versorgt ein Booster die LED-Lichtleiste mit Strom. Die Frequenz des Boosters ist fest und kann über einen externen Widerstand eingestellt werden. Zusätzlich wird eine externe Power-MOS-Röhre benötigt, um die Boost-Konvertierung abzuschließen.

Der Ansteuerstrom jeder LED kann auch über einen externen Widerstand eingestellt werden. Der Chip verfügt über vier Stromquellen, um die vier LED-Ströme gleichmäßig zu verteilen. Die Unsymmetrie zwischen den einzelnen Kanälen beträgt weniger als 2,5 %. Dieser Chip kann außerdem auf zwei verschiedene Arten gedimmt werden: PWM-Pulsbreite und DC (Strommodus).

2. Pin-Funktionsanalyse

Da es sich bei dem LED-Treiberchip um einen dedizierten DCDC-Chip handelt, können die Pin-Bezeichnungen verschiedener Hersteller abweichen, die Grundfunktionen sind jedoch ähnlich. Die Hauptpins des MP3394 werden im Folgenden einzeln analysiert.

• 1 Pin: Schleifenfrequenzkompensation, wird wie bei gewöhnlichem DCDC als Schleifenkompensation verwendet;
• 2-polig: Aktivieren Sie den Steueranschluss, der mit IO verbunden werden kann, um die Hintergrundbeleuchtung ein- und auszuschalten.
• 3-polig: Eingangsanschluss zur Helligkeitssteuerung, der ein PWM-Impuls oder ein DC-Eingang sein kann;
• 5-polig: Die Schaltfrequenz der Boost-Schaltung wird eingestellt. Die Frequenzeinstellung ist angemessen, wodurch die Effizienz der Boost-Schaltung verbessert und die Größe der Leiterplatte reduziert werden kann.
• 6-polig: Lampenstrangstromeinstellung, zur Berechnung gibt es entsprechende Formeln im Datenblatt;
• Pin 7: Pin zur Einstellung der Helligkeitsmodulationsfrequenz. Wenn das Dimmsignal eine Gleichspannung ist, schließen Sie einen Kondensator an die Erde an. Wenn das Dimmsignal ein PWM-Impuls ist, schließen Sie einen 100K-Widerstand an die Erde an.
• 8~11 Pin: 4-Kanal-LED-Lichterketten-Antriebsausgangsanschluss, extern mit der negativen Elektrode der LED-Lichterkette verbunden, der Chip ist intern der MOS-Röhren-Open-Drain-Ausgangsanschluss;
• Pin 12: Eingangsanschluss für Abtastung des Überspannungsschutzes, externer Spannungsteilerwiderstand für Abtastung des Ausgangsanschlusses der Boost-Schaltung. Wenn die Spannung dieses Pins 1,23 V überschreitet, wird die Überspannungsschutzschaltung im Chip ausgelöst.
• 13-polig: Wenn der Stringstrom erkannt wird, schalten wir einen Stromerkennungswiderstand in Reihe mit der Energiespeicherinduktivität, um zu erkennen, dass der Spitzenwert des Induktivitätsstroms den Nennwert nicht überschreitet.
• 15-Pin: Stromversorgungs-Pin, 5 V ~ 28 V, wenn die Stromversorgung von Pin 2 unter 5,5 V liegt, wird die Unterspannungsschutzschaltung im Chip aktiviert und der Chip wechselt in den Ruhezustand;
• 16-Pin: Im Chip befindet sich ein 5-V-Spannungsregler. Die 5-V-Spannung dieses Pins versorgt die Schaltung im Chip mit Strom. Erkennt der Chip einen Fehler, sinkt die Spannung dieses Pins auf 0 V.

3. Detaillierte Analyse des Funktionsprinzips

Die folgende Abbildung zeigt das interne Blockdiagramm von MP3394, nur zur einfachen Analyse.

das interne Blockdiagramm des MP3394

In der obigen Abbildung ist die Stromversorgung der Hintergrundbeleuchtung dem VIN-Pin des Chips hinzugefügt. Nachdem die interne Spannung stabilisiert ist, erhält der VCC-Pin eine geregelte 5-V-Spannung, die von der internen Schaltung des Chips verwendet wird. Sobald der Chip zu arbeiten beginnt, wird unter der Wirkung des internen Takts ein hoher Pegel vom GATE-Pin ausgegeben und dem G-Pol der Boost-Schaltröhre hinzugefügt, wodurch die Boost-Schaltröhre eingeschaltet wird.

Das restliche Funktionsprinzip entspricht im Wesentlichen dem eines herkömmlichen DCDC. Der restliche Entwurf kann durch Vergleich des Datenblatts vervollständigt werden, ohne dass eine detaillierte Analyse der Auswahl der einzelnen Geräte erforderlich ist. Im Folgenden wird detailliert analysiert, wie die Helligkeit angepasst wird.

4. Methode zur Anpassung der Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung

Derzeit gibt es zwei häufig verwendete Methoden zur Anpassung der Helligkeit der LED-Hintergrundbeleuchtung: PWM (Spannungsmodus) und DC (Strommodus).

Im Vergleich zum Spannungsmodus reagiert der Strommodus schneller auf Last, das Funktionsprinzip ist jedoch komplizierter. Dieser Artikel befasst sich weder mit Forschung noch mit Analysen und konzentriert sich auf die Analyse der PWM-Anpassung.

PWM steht für Pulsweitenmodulation. Diese Dimmmethode nutzt den Tastgrad des PWM-Signals, um die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung anzupassen. Frequenz und Tastgrad des Signals lassen sich per Software einstellen. Der maximale Strom Imax wird in der Regel hardwareseitig eingestellt. Anschließend wird der tatsächliche Stromfluss durch die LED durch Einstellen des PWM-Tastgrads angepasst. Bei einem Tastgrad von 100 % beträgt der tatsächliche Stromfluss durch die LED Imax; bei einem Tastgrad von 50 % beträgt der tatsächliche Stromfluss durch die LED 50 % von Imax.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, ist die LED-Hintergrundbeleuchtungs-Treiberschaltung eigentlich eine Dauerstromschaltung, da sie den Strom der LED-Kette auf den Nennstrom der LED-Lampe stabilisieren kann. Die Stromstärke ändert sich nicht mit der Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung, d. h., wenn die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung angepasst wird, bleibt der Strom der LED-Kette stabil und bleibt immer bei Imax. Um die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung anzupassen, muss lediglich die Ein- und Ausschaltzeit der LED-Kette angepasst werden. Der vom Amperemeter gemessene Stromwert ist tatsächlich der Durchschnittsstrom.

Weitere Funktionen wie Leerlauf-, Überspannungs- und Kurzschlussschutz finden Sie im Datenblatt. In herkömmlichen Designs ist diesen Funktionen im Allgemeinen keine besondere Aufmerksamkeit zu widmen.

Der letzte Punkt ist, dass in der seriellen Hintergrundbeleuchtungsschaltung eine Leistungsinduktivität und eine Schottky-Diode benötigt werden. Wie bei herkömmlichen DCDC-Schaltungen müssen Schleifenprobleme während des Designs berücksichtigt werden, da sonst leicht EMI-Probleme auftreten können.

Abschluss

Aufgrund der hohen Ausfallrate der LED-Licht Die Hintergrundbeleuchtung selbst führt häufig zu Fehlfunktionen der Hintergrundbeleuchtungs-Treiberplatine. Wenn die Hintergrundbeleuchtungs-Treiberplatine selbst Mängel aufweist, hat dies schwerwiegende Folgen. Normalerweise treten diese Fehler nicht in der frühen Phase der Produktentwicklung auf, sondern treten oft in der mittleren und späten Phase auf.

Daher ist es für uns unbedingt notwendig, das Prinzip dieser Schaltung im Design zu verstehen. Verschiedene Displaytypen sollten unterschiedlich behandelt werden. Referenzdesigns sollten nicht blind angewendet werden. Wie aus der obigen Analyse hervorgeht, führt ein Unterschied im Widerstandswert zu einer anormalen Hintergrundbeleuchtung oder Überlastung.