典型的LCD" target="_blank">LCD背光可以是1個或多個冷陰極熒光燈(CCFL" target="_blank">CCFL)，或是一組發(fā)光二極管(LED" target="_blank">LED)陣列,。圖1分別給出了采用這兩種技術(shù)的一個例子,。背光圖像的質(zhì)量在很大程度上取決于背光驅(qū)動器。在本文中,，我們將討論有助于CCFL和LED發(fā)展的一些注意事項,，以及如何為這兩種背光供電。

CCFL的總體考慮 

        CCFL背光是最常見的背光技術(shù),，被用于5.7至23英寸或更大尺寸的顯示器中,。在整個顯示器背板上,，可以沿LCD邊緣或均勻間隔地安裝1到24個或更多個電燈。 

        通常,，通過調(diào)節(jié)CCFL電流或電燈的占空比來控制亮度,。最基本的驅(qū)動器是由5至48V直流電供電的DC-AC逆變器。

LED總體考慮 

        LED已被廣泛用于小型顯示器中,。對于尺寸較大的顯示器,，由于CCFL背光的功耗較高，并且在某些情況下含汞量過高,，這種技術(shù)正開始被LED背光所取代,。 LED可以沿著LCD邊緣或在LCD的背面呈點陣排列。LED器件可串聯(lián)或并聯(lián)排列,，這兩種結(jié)構(gòu)將可以提供均勻的LCD照明,。LED串可利用每個串中的串聯(lián)電阻并聯(lián)排列，以提供串-串電流均衡及照明冗余,。 

        CCFL背光通常提供的是白光,，而LED背光既可以提供白光，也可以提供紅光,、綠光及藍光的混合,。LED在正向偏置時發(fā)光。為保證顯示質(zhì)量,，需要采用恒流驅(qū)動器來補償LED電壓降及溫度變化的影響,，從而確保穩(wěn)定的光輸出。 

        與CCFL不同,，LED背光不需要很高的交流電壓,，因此也就不需要逆變器。最基本的LED驅(qū)動器由5至48V的直流電供電,，并采用DC-DC升壓電路來為驅(qū)動LED串的恒流驅(qū)動器提供電壓,。

CCFL驅(qū)動電路 

        逆變器電路可以分為兩組：輸出功率較低的一組采用功率晶體管作為初級電路開關(guān)器件，而輸出功率較高的一組則采用FET,。 

        變壓器對輸入電壓進行升壓,。在設(shè)計電路時需要考慮功率、銅損耗及磁芯材料,。 

        圖2詳細展示了一類CCFL驅(qū)動器,。鎮(zhèn)流(或次級)電容C2由次級到初級反向工作，可降低CCFL啟動和輸出電流開始增大時CCFL上的電壓,。啟動電壓(VS),、CCFL上的電壓降(VR)以及次級電容上的電壓降(VC)這三者之間的關(guān)系為VS2=VR2 + VC2。次級電容值取決于輸出電流和輸出頻率,。增大電容值可增加輸出電流并降低頻率,。 

        在初級電路中,，一旦次級負載、次級電容和變壓器初級/次級繞組匝數(shù)確定下來,，電容C1便可對逆變器輸出電流值及輸出工作頻率進行微調(diào),。C1可提供輸出電流及頻率,，這些值由次級電路上的元件來決定,。 

        基極限流電阻R1可支持足夠大的晶體管基極電流，以保證晶體管的飽和,。同時,，當晶體管變換初級繞組時，扼流電路可減小輸入電流中的紋波,。扼流電路也可延長逆變器導(dǎo)通時的電流上升時間,。其目的是減小峰值浪涌電流，并扼制來自扼流電路的可聽噪聲,。 

        要對電感,、物理尺寸、飽和電流,、IR損耗及功耗作出折衷,，這使得在選擇電感器時面臨著挑戰(zhàn)。請注意：在低占空周期下,，輸入電流上升時間較長會降低脈寬調(diào)制 (PWM)調(diào)光的效果,。此外，不仔細選擇扼流電路會導(dǎo)致處于上升的輸入電流波形出現(xiàn)鞍形或更糟糕的情況,，而這將影響低占空比PWM調(diào)光及CCFL的啟動,。 

        所有大功率輸出逆變器或具備板上調(diào)光功能的逆變器都應(yīng)該采用輸入旁路電容，以減少輸入電壓紋波,。如果未采用這些電容,，那么當每次逆變器功率器件開關(guān)時，產(chǎn)生的電流增加值將導(dǎo)致輸入電壓降低,。

LED驅(qū)動器電路 

        圖3中的設(shè)計顯示了一個恒流斬波驅(qū)動器,，它可為用于提供LCD側(cè)背光的LED串提供帶有10%紋波電流的直流電流。直通開關(guān)器件P溝道FET可為LED串提供電流,，并與電感器,、感測電阻及升壓器件一起產(chǎn)生斬波電流及頻率。 

        DC-DC升壓變換器是一個閉環(huán)升壓電源,，它提供了足夠的電壓(至少2V的余量)來驅(qū)動流向LED串的電流,。圖中A部分顯示了一個比較器及構(gòu)成正向滯后電路的相關(guān)電阻。圖中將感測電阻上的電壓與一個已知參考值作比較,。圖中B部分給出了另一個比較器和用于緩沖A部分輸出相關(guān)電阻,，以確保正確的滯后處理并驅(qū)動直通器件,。 

        圖中C部分提供LED開/關(guān)及調(diào)光控制。+ENABLE輸入控制背光的開/關(guān),，+PW脈寬調(diào)節(jié)斬波驅(qū)動器的導(dǎo)通與截止,，以實現(xiàn)調(diào)光。該設(shè)計可以實現(xiàn)得相當緊湊(見圖4),。

散熱考慮 

        LCD工作時的環(huán)境溫度是背光驅(qū)動器設(shè)計人員需要考慮的一個關(guān)鍵因素,。CCFL啟動或起始電壓與溫度成反比。圖5a顯示了CCFL起始電壓與溫度之間的典型關(guān)系,，圖5b則展示了與電燈電流增大相關(guān)的CCFL亮度變化曲線,。 

        CCFL達到規(guī)定亮度所需的時間也與溫度成反比。對于要求亮度快速增加的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用,，可能需要逆變器在短時間內(nèi)提供較高的升壓電流,，以增強CCFL的預(yù)熱性能，并加快達到所要求亮度的時間,。不過,，雖然較高的CCFL電流有利于燈的預(yù)熱，但持續(xù)的高電流會使燈處于飽和狀態(tài),，這還會導(dǎo)致亮度下降以及燈的溫度上升,，同時縮短燈的壽命。對于大多數(shù)CCFL而言,，燈的額定電流應(yīng)在3mA～8mA(均方根)的范圍內(nèi),。 

        LED背光對低溫不敏感。低溫下LED電氣特性及導(dǎo)通時間的微小變化無需對驅(qū)動器設(shè)計作任何特殊考慮,。 

        高溫也會影響驅(qū)動器的設(shè)計,。實際上，高溫對CCFL驅(qū)動器功能和可靠性的影響比其它所有變化因素都要顯著,。 

        對CCFL驅(qū)動器來說,，變壓器中銅和磁芯的損耗可能會構(gòu)成一個很大的熱源。變壓器通常工作在超過現(xiàn)場環(huán)境溫度約30?C的溫度下,。通過調(diào)整CCFL的驅(qū)動器設(shè)計,，可以將銅和磁芯的損耗降至最低，從而維持電路中的電壓和電流值,。 

        高溫對LED背光而言也很重要,。不過，此時考慮的重點是LED自身的溫度,，而不是驅(qū)動元件的溫度,。近年來LED技術(shù)、封裝及材料的進步極大地提高了LED 亮度。LED背光的難點將是如何將LED器件自身的熱量散發(fā)出去,，然后散發(fā)顯示裝置上的熱量,。設(shè)計的關(guān)鍵是保持LED結(jié)溫低于100?C以確保可靠性,。

調(diào)光控制 

        要求寬亮度范圍的LCD應(yīng)用正日益增長,。驅(qū)動器必須能夠分別為明視及夜視提供高亮度和低亮度。亮度控制必須在這一寬范圍內(nèi)平滑變化,，并且不產(chǎn)生閃爍,。 

        CCFL背光的模擬調(diào)光是通過調(diào)節(jié)驅(qū)動器輸出電流來改變燈的亮度，可實現(xiàn)約為30%滿亮度的粗調(diào),，但這無法為大多數(shù)應(yīng)用提供足夠的動態(tài)范圍,。此外，模擬調(diào)光會增加振蕩器晶體管負擔并降低逆變器的可靠性,。 

        PWM調(diào)光極大地改善了調(diào)光控制。在這種類型的調(diào)光控制中,，CCFL或LED以固定頻率脈沖導(dǎo)通和截止,，并通過調(diào)節(jié)占空比改變亮度。通常,，在100至 500Hz頻率之間調(diào)節(jié)CCFL背光,。CCFL背光(帶有4個或更多燈)的低亮度控制可通過選擇性控制技術(shù)來提高，利用這一技術(shù),，燈會隨著亮度的降低而依次熄滅,。 

        此外，調(diào)節(jié)LED背光的最佳方法是利用PWM調(diào)光,。采用LED背光可獲得更寬的調(diào)光率,，因為LED的基本開關(guān)時間可以以納秒度量，而CCFL則需以毫秒度量,。

輸入電壓 

        雖然應(yīng)用可以支持5至48V的直流電,，但流經(jīng)大多數(shù)LCD背光驅(qū)動器的為12V直流輸入。CCFL控制環(huán)可能為開環(huán)或閉環(huán),。開環(huán)設(shè)計需要穩(wěn)壓輸入電源,，因為起始電壓和輸出電流隨輸入電壓而變化。閉環(huán)CCFL驅(qū)動器在整個輸入電壓范圍內(nèi)都可以提供恒定的起始電壓和電流,。因此,，閉環(huán)在不需要對輸入進行穩(wěn)壓的應(yīng)用中更受歡迎，通常電池供電應(yīng)用就屬于這一類,。 

        對于LED驅(qū)動器而言,，VCC必須大于為LED串和感測電阻供電所需的最小值。DC-DC升壓變換器必須采用閉環(huán)控制，以便在無負載或滿負載條件下都能提供相對穩(wěn)定的VCC,。 

        雖然LCD的CCFL背光與LED背光之間有很多顯著差異,，但驅(qū)動器設(shè)計人員必須遵從某些相似性和基本原理，包括考慮背光的環(huán)境溫度,，還應(yīng)特別注意CCFL的低溫情況及LED的高溫情況,。 

        由于高壓問題，CCFL背光所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)涉及CCFL封裝及驅(qū)動器布局,；由于熱管理,，LED背光面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)則圍繞負載器件的封裝。與模擬調(diào)光不同,，上述兩種技術(shù)都可很好地利用PWM,。本文雖然重點討論一些主要的考慮，但其它因素(如專用要求,、成本控制,、可制造性及可靠性)在優(yōu)化驅(qū)動器設(shè)計時也必須考慮。

另外的一些設(shè)計經(jīng)驗

散熱考慮 

        環(huán)境溫度是背光驅(qū)動性的設(shè)計中一個重要的考慮因素,。CCFL啟動關(guān)閉電壓與溫度成反比,。CCFL達到指定的亮度需要的時間也與溫度成反比。另一方面,， LED背光對低溫不敏感,。

調(diào)光 

        使用調(diào)節(jié)驅(qū)動器輸出電流來改變燈的亮度的CCFL背光模擬調(diào)光，可實現(xiàn)粗調(diào)至滿亮度的約30%——這對大多數(shù)應(yīng)用需要的動態(tài)范圍不夠,。PWM調(diào)光極大地改善了調(diào)光控制,。這種類型的調(diào)光中，CCFL或LED以固定頻率脈沖導(dǎo)通和截止,，通過調(diào)節(jié)占空比改變亮度,。

輸入電壓 

        大多數(shù)LCD背光驅(qū)動器工作在12V直流輸入，雖然應(yīng)用范圍可能是5到48V直流,。CCFL控制環(huán)可以是開環(huán),，這時需要穩(wěn)定輸入源，也可以是閉環(huán),，在整個輸入電壓范圍都可提供恒定的起始電壓和電流,。對LED驅(qū)動器，VCC必須大于LED串和檢測電阻所需電源最小值,。