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原创：卧龙会终南小师父
提问
LCD背光驱动电路原理是哪些样的，要如何设计？
回答
明天是卧龙会终南小师父回答这个问题
在之前的文章当中小师父为你们剖析过显示屏的显示驱动VGH/VGL电路，相信你们应当还记得。如下链接
在显示屏驱动板设计中还有另外一个很重要的电路—背光驱动电路，也是好多工程师存在疑惑的一个基础电路，为此我将在本文中带你们从背光单元组成到背光电路设计，一步一步剖析这个电路。照旧还是先上图。
图1参考电路图
上图是我之前设计过的一款显示屏（AUO.0,19”）的背光驱动电路图，本文就借此为例，讲解怎样设计一款LED背光驱动电路，以及其背后关联的原理。
一、背光单元组成剖析
1、基本原理剖析
目前大规格的显示屏主要还以LCD为主，LCD本身不会发光，要想让其显示画面，就必须使用白光背光源，常见的白光背光源通常由数个红色LED灯组成，LED灯的个数由屏的规格决定，通常由1~10串（串联型，本文暂不介绍并联型），每串2~20个不等。
2、LED的参数
LED的主要参数是Vf和If。
Vf：正向电流，LED发光时自身正正极两端的压降。
If：正向电压，一定发光硬度下通过LED的电压，发光硬度和If成反比，相同的If下LED灯的发光硬度相同。原创陌陌公众号：卧龙会IT技术
比如，普通手机LCD背光常用的LED正常发光时的If为20mA，Vf通常为3.0~3.4V。
3、LED驱动电路的基本设计要求
（1）满足背光的色温要求；
（2）整个显示屏色温均匀（即不容许有某一部份较亮、另一部份较暗的情况）；
（3）照度可以便捷地调节；
（4）驱动电路占PCB空间要小；
（5）工作效率高；
（6）综合成本低；
（7）对系统其他模块干扰小。
4、背光驱动原理讲解
串联型驱动电路顾名思义就是在电路中各LED灯采用串联的形式联接在一起，因而，经过各个灯的电压都是一样的，这样就可以保证每颗灯的色温一样，因而发光色温均匀是串联型的最大优点。
因为各灯采用串联联接形式，而每颗灯Vf电流为3.0~3.4V，以Vf为3.0V为例，假如是10颗串联就意味着须要10*3.0=30V，所以该方法的驱动电路就须要采用DC/DCBoost电路把电流升到所需电流。
右图2是.0中的一段描述。
图2显示屏背光单元电性能参数
示意图如下。
图3背光灯串示意图
图中共有4串LED灯串，每串的负极接在一起连到高压上，正极则分别引出。
二、电路原理剖析
由上图2可以看出，.0这款显示屏的Vmax为37.4V，总共须要4路电源，单路Imax为90mA，因而在选择boost芯片时既可以考虑2路Imax为180mA的芯片，也可以考虑4路Imax为90mA的芯片。
考虑到一些worsecase，我们在选用Boost芯片通常都须要降额使用，即Vmax和Imax均须要下调50％左右（须要依照应用环境调整降额比率，因为我这款电路是应用在铁路上，所以降额幅度稍大）。原创陌陌公众号：卧龙会IT技术
除此之外还要考虑各路之间的平衡值，假如这个值越大，表示各路之间色温均匀性越差。还有一点，个人觉得2路180mA相对与4路90mA的色温一致性也会稍为差一些。综合实际应用，我们使用的是一驱一的形式，在本设计中选用的Boost芯片是。
提到这儿，不晓得你们有没有没看懂的地方？假如没有，我们继续往下剖析。
1、功能剖析
首先贴上中的功能描述。
图4功能描述
前面这大段英语描述大致意思就是：是一颗常用的LED驱动芯片，共有4个输出引脚，能同时驱动4路（注意这儿是4路，不是四串，里面也有说过依照电压不同，每路可同时驱动多串）LED组，每路最大驱动电压是200mA。为了才能手动稳定LED灯的电压达到恒定，设计有一个升压器为LED灯条供电，升压器的频度固定，频度可通过外接内阻进行设置。据悉须要外接一个功率MOS管完成升压变换。
每路LED的驱动电压也可以通过外接内阻进行设置。芯片内有4个电压源，以平衡4路LED电压均等，每路间不平衡度高于2.5%。这颗芯片还可以通过PWM纳秒和DC（电压模式）两种不同形式进行调光。
2、引脚功能剖析
因为LED驱动芯片属于专用DCDC芯片，各厂家的芯片引脚称谓可能不一致，而且基本功能相像，以下就的主要引脚进行挨个剖析。
图5引脚图
1脚：支路频度补偿，和普通DCDC一样用作支路补偿；
2脚：使能控制端，可接IO进行背光开关闭；
3脚：色温控制输入端，可以是PWM脉冲，也可以是直流输入；
5脚：升压电路开关频度设置，该频度设置恰当，可以提升升压电路的效率，降低电路板的规格；
6脚：灯串电压设置，中有相应公式进行估算；
7脚：色温调制频度设置脚，当调光讯号是直流电流时，该脚到地接一颗电容，当调光讯号是PWM脉冲时，该脚到地接一颗100K内阻；
8~11脚：4路LED灯串驱动输出端，外接LED灯串的正极，芯片内部是MOS管漏极开路输出端；
12脚：缺相保护采样输入端，外接升压电路输出端的采样分压内阻。该脚电流超过1.23V时led灯串联和并联区别，会触发芯片内部的缺相保护电路；
13脚：灯串电压测量，在贮能电感上串联一个电压测量阻值，以检查电感电压的峰值不超过额定值；
15脚：供电脚，5V~28V，当2脚的供电高于5.5V时，芯片内部的欠压保护电路启动，芯片步入休眠状态；原创陌陌公众号：卧龙会IT技术
16脚：芯片内部有5V稳压电路，该脚的5V电流为芯片内部的电路供电，当芯片检查到故障时，该脚电流升高到0V。
3、工作原理深度剖析
右图为内部框图，以防造成你们不适，仅作简单剖析。
图6内部框图
上图中，背光供电加到芯片的VIN脚，在内部经稳压后，VCC脚得到稳压后的5V电流，该电流供芯片内部电路使用。芯片开始工作后，在内部时钟的作用下，从GATE脚输出高电平，加到升压开关管的G极，升压开关管导通。剩下工作原理和常规DCDC基本一致，对照就可以完成余下的设计，就不再详尽剖析每一个元件是怎样选型的。
以下详尽剖析一下色温是怎样调节的。
4、背光LED色温调节方式
目前常用的背光LED色温调节方式有两种，一种是PWM（电流模式），另一种是DC（电压模式）。
电压模式相对电流模式他的负载相应较快，而且工作原理较为复杂，本文中不做研究和剖析。本文中注重剖析一下PWM调节。
PWM即脉冲长度调制，这些调光方法是借助PWM讯号的信噪比来实现背光色温调节，其讯号的频度和转矩可以通过软件进行设置。最大电压Imax通常是通过硬件设置的，之后通过设置PWM的信噪比来调节实际流过LED的电压，基频为100%时，流过LED的实际电压即为Imax，基频为50%时，流过LED的实际电压即为Imax的50%。
从另一个方面理解，LED背光驱动电路当然是一个稳流电路。可以稳定LED灯串的电压在LED灯的额定电压上。该电压的大小不随背光的色温而变化，即调节背光照度时，LED灯串的电压是稳定不变的，一直保持在Imax，只是调节LED灯串的开启与关断的时间信噪比来达到调节背光的照度，使用电压表测得的电压值实际是电压平均值。
其他的功能像开路、过压、短路的保护led灯串联和并联区别，可以参阅中的解释，这个在常规设计当中通常无需过分关注。
最后一点，在串联型背光电路中须要一个功率电感和和一个肖特基三极管，与常规DCDC一样，在设计时须要处理好支路问题，否则很容易形成EMI问题。
三、结语
因为LED灯条本身故障率较高，经常会导致背光驱动板故障，假如背光驱动板本身设计再存在瑕疵，这么会造成很严重的后果。
通常这种故障在产品工作早期不会显著出现，常常在中晚期集中出现，因而在设计当中我们完全有必要读懂这款电路的原理，对于不同机型显示屏要区别对待，不要盲目套用参考设计，在前面的剖析当中也可以看出，一个内阻值的差别都会造成背光异常或则超负荷工作。
至此，LED背光驱动电路的原理已完成剖析，不晓得诸位读者是否已完全读懂？你对此文有哪些想说的，在评论区留言
原创：卧龙会终南小师父
2018年11月19日
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