背光驱动电路的选择策略和应用

1、背光驱动电电路的选选择策略略和应用用越来越越多的便便携式消消费电子子产品配配备了彩彩色显示示屏，例例如手机机、数码码相机、PPDA、MMP3、PPMP播播放器等等，其中中手机又又占据了了这个市市场的绝绝大部分分份额，从从而导致致了这两两年来中中小尺寸寸显示屏屏产业链链的飞速速发展。根根据应用用的不同同，显示示屏会有有不同的的种类，例例如TFFT-LLCD、CCSTNN-LCCD以及及OLEED显示示屏，从从市场的的应用看看，OLLED显显示屏只只是在折折叠式手手机的副副屏以及及MP33的市场场上占有有一定的的份额，而而市场的的主流依依然是TTFT和和CSTTN，这这两种类类型的LLCD屏屏占据

2、了了现有的的中小尺尺寸显示示屏出货货量的绝绝大部分分。本文文重点就就中小尺尺寸的LLCD显显示屏的的背光驱驱动解决决方案作作一个分分析介绍绍。 背光驱动的的技术分分析LCDD显示屏屏自身并并不发光光，为了了可以清清楚的看看到LCCD显示示屏的内内容，需需要一定定的白光光背光源源。在中中小尺寸寸LCDD显示屏屏中，一一般采用用白光LLED作作为显示示屏的背背光源。白白色LEED背光光电源由由数个白白光LEED组成成，如手手机、数数码相机机一般仅仅需要22到3个个白光LLED，而而PDAA和PMMP则根根据其显显示屏的的面积，可可能需要要3到66个LEED。对对背光驱驱动电路路的要求求是：满足背背

3、光的亮亮度要求求整个显显示屏亮亮度均匀匀（不允允许有某某一部分分较亮、另另一部较较暗的情情况）亮度可可以方便便地调节节驱动电电路占PPCB空空间要小小工作效效率高 综合成成本低 对系统统其他模模块干扰扰小根据应应用场合合不同，系系统设计计者关注注的重点点可能会会有所差差别,例例如对于于低成本本的产品品方案中中，可能能会把整整个驱动动电路的的成本放放在第一一位，对对于手机机的应用用中，白白光驱动动电路对对其他模模块是否否会产生生EMII干扰则则是要重重点考虑虑的因素素，而在在MP33应用中中，又有有可能对对EMII干扰不不太关心心。白光LLED驱驱动器基基本上有有两种驱驱动方式式：一种种是采用用

4、电感升升压式DDC/DDC升压压变换的的原理来来驱动，所所有的LLED串串联接在在一起，一一般也叫叫做串联联型驱动动方式；另一种种是采用用升压式式电荷泵泵驱动电电路，所所产生的的电压一一般在55V/44.5VV或者是是根据LLED的的正向导导通电压压而自适适应确定定的一个个电压，所所有的LLED并并联在一一起，一一般也叫叫做并联联型驱动动方式。串联驱动动电路从技术术发展的的角度看看，串联联型驱动动出现的的比较早早，技术术上也比比较成熟熟。 以以启攀微微电子的的CP221266为例，典典型的串串联型驱驱动电路路如图一一所示：以CPP21226为例例，一般般而言，采采用串联联方式使使流过每每一个L

5、LED的的电流都都一样，则则发光的的均匀性性好；同同时由于于其升压压原理，所所产生的的电压依依赖于LLED导导通指定定电流时时所需要要的电压压，反馈馈电压CCS内部部设定为为95mmV，可可以计算算出当需需要155mA的的LEDD电流时时，R11的值应应该为：R195mmV/115mAA=6.3ohhm无论是是驱动22个LEED还是是多达55个LEED，都都可以通通过改变变R1的的电阻值值可以灵灵活的设设定LEED的亮亮度，在在SHDDN引脚脚施加一一定占空空比的PPWM控控制信号号，可以以使LEED的亮亮度从不不亮到满满亮度之之间无级级可变。在CP21126的的设计中中注意了了两个问问题：1

6、、避避免了EEMI的的干扰问问题CP221266避免了了一般的的串联型型LEDD驱动电电路中电电感和大大电流开开关所产产生的EEMI干干扰问题题，对于于例如MMP3、PPMP之之类的应应用场合合，这个个问题可可能影响响不大，但但是在手手机应用用中，EEMI干干扰会造造成手机机的接收收灵敏度度变差。CCP21126通通过优化化了内部部电路的的设计，避避免了这这个问题题。下表表对比了了两款串串联驱动动芯片在在相同的的应用情情况下，对对手机接接收灵敏敏度的影影响。可以看看到，CCP21126的的工作与与否对手手机接收收灵敏度度的指标标几乎没没有影响响，而芯芯片X在在工作时时，由于于EMII的干扰扰造

7、成了了手机接接收灵敏敏度的下下降。同同时，CCP21126在在输入33.6VV驱动33个白光光LEDD的典型型应用情情况下，可可以达到到83的转换换效率。PCBB设计也也会对电电路性能能有比较较大的影影响。一一般而言言高频部部分的走走线应该该尽可能能的短而而粗，对对地的过过孔尽可可能的大大而多，在在CP221266的相关关资料中中对此都都有比较较详细的的说明。2、内内置输出出开路保保护电路路在应用用中，有有可能出出现LEED的开开路故障障情况，在在这种情情况下，由由于CSS引脚的的反馈电电压始终终为0，如如果没有有保护电电路，这这种升压压型的电电路就会会一直升升压直到到内部的的开关管管被击穿穿

8、而损坏坏。所以以，没有有内置开开路保护护电路的的芯片会会要求外外部增加加一个ZZeneer二极极管，利利用它的的击穿来来保护内内部的开开关管。保保护电路路如下：显而易易见，这这样的保保护电路路又增加加了系统统的成本本和PCCB板的的面积，另另一种保保护方式式是增加加一个引引脚，采采用如SSOT22366L的封封装，对对VOUUT的电电压采样样并进行行检测。CCP21126的的设计可可以保证证外围应应用电路路无须做做任何改改动，在在LEDD开路的的情况下下芯片依依然不被被损坏，当当故障状状态解除除后，芯芯片又可可以正常常工作。并联驱动虽然串串联驱动动电路具具备了效效率高的的优点，但但是整体体的解

9、决决方案需需要一个个电感和和一个肖肖特基二二极管，这这又额外外的增加加了系统统成本，使使得最终终的综合合成本和和并联相相比，并并不一定定有优势势。同时时，贴片片电感的的体积较较大，一一般有55.2mmm*55.2mmm大小小，同时时还有可可能产生生EMII干扰。固定模式式并联驱驱动电路路早期的的并联驱驱动电路路只是解解决了LLED所所需要的的电压问问题，它它把电池池电压统统一通过过电荷泵泵的方式式升压到到5V或或者4.5V的的这样一一个固定定的电压压，然后后每一个个LEDD通过串串联一定定的电阻阻阻值来来控制LLED的的电流。电荷泵泵电路的的一个基基本缺点点在于，在在给定的的输出电电压要求求情

10、况下下，随着着输入电电压的变变化，转转换效率率变化很很大，理理论上，两两倍电荷荷泵电路路所能达达到的最最高效率率为：EEff=VOUUT/(2*VVIN)*1000%例如，当当VINN=3.1V，VVOUTT=5VV时，效效率可以以达到883.33%，由由于内部部器件的的损耗，一一般也可可以达到到80以上。但是，当当VINN=4.2V,VOUUT=55V时，理理论效率率最高就就只有559.55%。从图中中可以看看到，CCP21128外外围元件件只需要要三个电电容，根根据驱动动LEDD灯的数数目的不不同，需需要1到到5个电电阻，和和串联驱驱动电路路相比，虽虽然具有有效率不不高的缺缺点，但但是外围

11、围元件的的成本和和所占PPCB面面积都比比较小，还还可以说说是相当当低成本本的一个个解决方方案。混和模式并并联驱动动电路为了能能够和串串联驱动动相抗衡衡，并联联驱动电电路要重重点解决决两个问问题：一一个是效效率，一一个是电电流匹配配。为了了提高效效率，非非常有必必要引入入新的工工作模式式。在这这种情况况下，驱驱动电路路所产生生的输出出电压不不再是一一个固定定值，而而是一个个适当的的并且可可以驱动动LEDD的电压压值。一一般来说说，白光光LEDD在工作作电流为为20mmA时，正正向导通通电压一一般在33.13.55V左右右。锂电电池的额额定电压压为3.6V或或3.77V，充充满电后后的电压压一般

12、在在4.22V44.3VV，锂离离子电池池允许深深度放电电到2.7V，但但是在实实际应用用中，一一般手机机设置的的强制关关机电压压为3.6V左左右（不不同整机机厂商设设定的强强制关机机电压可可能不同同）。在在电池充充满电后后，这个个电压足足以直接接驱动LLED，在在这种情情况下，电电荷泵电电路不工工作，电电池的电电压通过过一个开开关直接接到VOOUT然然后驱动动LEDD。而随随着电池池的放电电，电池池电压会会逐步降降低，当当降低到到一定的的程度不不足以直直接驱动动LEDD时，电电荷泵电电路开始始工作。所所以集成成多种驱驱动模式式成为背背光驱动动的主流流解决方方案，即即所谓集集成1倍倍模式和和1

13、.55倍模式式，并且且在尽可可能的情情况下，让让电路工工作在11倍的直直通模式式下。启启攀新推推出的CCP21130/1/33，很好好的解决决了这两两个问题题。其中中CP221300可以最最多驱动动5个LLED，CCP21131可可以最多多驱动33个LEED，CCP21133可可以最多多驱动44个LEED。同样，对对于系统统应用而而言，最最关心的的指标仍仍是效率率和LEED电流流匹配度度。所谓谓效率，尽尽可能的的工作在在1倍模模式能够够显著提提高整个个电池工工作电压压范围的的电源转转换效率率。1、效效率对于关关注的效效率问题题，CPP21330/11/3实实现了两两种工作作模式自自适应动动态切

14、换换（即根根据电池池电压和和LEDD实际导导通压降降判断），而而不是固固定电压压点切换换（即只只考虑电电池电压压），从从而显著著提高了了效率。只只要电池池电压比比LEDD的工作作电压高高3500mV至至5500mV（根根据ENN1和EEN2的的引脚设设定不同同而不同同）时，CCP21130/1/33就可以以工作在在相对效效率较高高的一倍倍模式下下。图示为为典型应应用情况况下CPP21330/11/3的的工作效效率。可可以看到到效率根根据工作作模式的的不同，是是一个两两段的折折线图，880的的电池能能量在33.6VV4.1V之之间，在在这个电电压范围围内可以以获得平平均800以上上的工作作效率。

15、2、电电流匹配配度和串联联驱动相相比，并并联驱动动要解决决的一个个重要问问题就是是各个LLED间间的电流流匹配，由由于LEED的发发光亮度度是和它它的工作作电流相相关的，不不一样的的电流会会导致显显示屏的的亮度不不均匀。对对于并联联驱动的的LEDD，在实实际应用用中，LLED由由于批次次的不同同和个体体差异，在在同样工工作电流流情况下下的正向向导通压压降不同同，可能能会有550mVV2000mVV左右的的电压差差值，这这要求在在设计内内部的电电流控制制电路时时需要考考虑到这这个差异异。CPP21330/11/3采采用申请请了国家家专利保保护的AAutoo-Miirroor技术术，可以以使得各各

16、并联白白光LEED电流流匹配度度几乎不不随白光光LEDD导通压压降的差差别而变变化。即即使导通通压降差差在500mV2000mV之之间，LLED的的电流匹匹配度仍仍然可以以达到22%以内内。上图是是一种典典型应用用情况，CCP21130/1/33采用QQFN 3mmm*3mmm 116引脚脚的封装装，同时时外围元元件相当当简单，只只需要四四个电容容。3、支支持PWWM调光光目前调调光方式式主要有有两种，一一种是通通过改变变LEDD的直流流工作电电流的方方式来调调整亮度度，例如如，有的的芯片通通过设置置内部的的寄存器器来直接接设置LLED的的直流工工作电流流，从而而达到不不同的亮亮度台阶阶，这种

17、种方式的的缺点是是可能会会产生色色移。所所谓的白白光，其其实是利利用一种种作为其其管芯的的蓝光所所发出的的短波长长紫蓝光光，激发发涂布于于输出光光学透镜镜内壁的的荧光材材料，进进而产生生波谱较较宽的白白色复合合光。在在非额定定电流工工作情况况下，LLED所所产生的的光谱会会有变化化，导致致最终的的白光有有色移。而而另一种种方式就就是PWWM调光光，利用用人眼的的视觉暂暂停原理理，以一一定的频频率和占占空比来来周期性性的控制制白光LLED的的导通电电流在零零电流倒倒额定工工作电流流之间来来回切换换，从而而调整亮亮度，这这种调光光方式就就不会产产生色移移。在应应用时，为为了确保保人眼看看不到LLED周周期亮灭灭的情况况，PWWM调光光的频率率一般要要大于1100HHz，CCP21130/1/33可以支支持050KKHz的的调光频频率范围围，这样样大大方方便了系系统的设设计。并并且由于于芯片优优越的环环路控制制特性，保保证了调调光过程程的平稳稳，消除除了可能能潜在的的噪声干干扰。同时对对于第一一种调光光方法，CCP21130/1/33也设置置了满量量程、22/3量量程和11/3量