原創：臥龍會 終南小師傅
在之前的文章當中終南小師傅為大家分析過顯示屏的顯示驅動VGH/VGL電路，相信大家應該還記得。如下連結
LCM驅動電壓VGH&VGL產生電路原理分析！
在顯示屏驅動板設計中還有另外一個很重要的電路—背光碟機動電路，也是很多工程師存在疑問的一個基礎電路，因此我將在本文中帶大家從背光單元組成到背光電路設計，一步一步分析這個電路。照舊還是先上圖。
圖1 參考電路圖
上圖是我之前設計過的一款顯示屏（AUO M190ETN01。0 ，19”）的背光碟機動電路圖，本文就以此為例，講解如何設計一款LED背光碟機動電路，以及其背後關聯的原理。原創今日頭條：臥龍會IT技術
一、背光單元組成分析
1、基本原理分析
目前大尺寸的顯示屏主要還以LCD為主，LCD本身不會發光，要想讓其顯示畫面，就必須使用白光背光源，常見的白光背光源一般由數個白色LED燈組成，LED燈的個數由屏的尺寸決定，一般由1~10串（串聯型，本文暫不介紹並聯型），每串2~20個不等。
2、LED的引數
LED的主要引數是Vf和If。
Vf：正向電壓，LED發光時自身正負極兩端的壓降。
If：正向電流，一定發光強度下透過LED的電流，發光強度和If成正比，相同的If下LED燈的發光強度相同。
例如，普通手機LCD背光常用的LED正常發光時的If為20mA，Vf一般為3。0~3。4V 。
3、LED驅動電路的基本設計要求
（1）滿足背光的亮度要求；
（2）整個顯示屏亮度均勻（即不允許有某一部分較亮、另一部分較暗的情況）；
（3）亮度可以方便地調節 ；
（4）驅動電路佔PCB空間要小；
（5）工作效率高；
（6）綜合成本低；
（7）對系統其他模組干擾小。原創今日頭條：臥龍會IT技術
4、背光碟機動原理講解
串聯型驅動電路顧名思義就是在電路中各LED燈採用串聯的方式連線在一起，因此，經過各個燈的電流都是一樣的，這樣就可以保證每顆燈的亮度一樣，因此發光亮度均勻是串聯型的最大優點。
由於各燈採用串聯連線方式，而每顆燈Vf電壓為3。0~3。4V，以Vf為3。0V為例，如果是10顆串聯就意味著需要10*3。0=30V，所以該方式的驅動電路就需要採用DC/DC Boost電路把電壓升到所需電壓。
下圖2是M190ETN01。0 datasheet中的一段描述。
圖2 顯示屏背光單元電效能引數
示意圖如下。
圖3 背光燈串示意圖
圖中共有4串LED燈串，每串的正極接在一起連到高壓上，負極則分別引出。
二、電路原理分析
由上圖2可以看出，M190ETN01。0這款顯示屏的Vmax為37。4V，總共需要4路電源，單路Imax為90mA，因此在選擇boost晶片時既可以考慮2路Imax為180mA的晶片，也可以考慮4路Imax為90mA的晶片。
考慮到一些worse case，我們在選用Boost晶片一般都需要降額使用，即Vmax和Imax均需要上調50％左右（需要根據應用環境調整降額百分比，由於我這款電路是應用在高鐵上，所以降額幅度稍大）。
除此之外還要考慮各路之間的平衡值，如果這個值越大，表示各路之間亮度均勻性越差。還有一點，個人認為2路180mA相對與4路90mA的亮度一致性也會稍微差一些。綜合實際應用，我們使用的是一驅一的方式，在本設計中選用的Boost晶片是MP3394。
講到這裡，不知道大家有沒有沒弄懂的地方？如果沒有，我們繼續往下分析。
1、MP3394功能分析
首先貼上MP3394 datasheet中的功能描述。
圖4 MP3394功能描述
上面這大段英文描述大致意思就是：MP3394是一顆常用的LED驅動晶片，共有4個輸出引腳，能同時驅動4路（注意這裡是4路，不是四串，上面也有說過根據電流不同，每路可同時驅動多串）LED組，每路最大驅動電流是200mA。為了能夠自動穩定LED燈的電流達到恆定，設計有一個升壓器為LED燈條供電，升壓器的頻率固定，頻率可透過外接電阻進行設定。此外需要外接一個功率MOS管完成升壓變換。
每路LED的驅動電流也可以透過外接電阻進行設定。晶片內有4個電流源，以平衡4路LED電流均等，每路間不平衡度低於2。5%。這顆晶片還可以透過PWM脈寬和DC（電流模式）兩種不同方式進行調光。
2、引腳功能分析
由於LED驅動晶片屬於專用DCDC晶片，各廠家的晶片引腳稱謂可能不一致，但是基本功能相似，以下就MP3394的主要引腳進行逐個分析。
圖5 MP3394引腳圖
1腳：環路頻率補償，和普通DCDC一樣用作環路補償；
2腳：使能控制端，可接IO進行背光開關閉；
3腳：亮度控制輸入端，可以是PWM脈衝，也可以是直流輸入；
5腳：升壓電路開關頻率設定，該頻率設定恰當，可以提高升壓電路的效率，減小電路板的尺寸；
6腳：燈串電流設定，datasheet中有相應公式進行計算；
7腳：亮度調製頻率設定腳，當調光訊號是直流電壓時，該腳到地接一顆電容，當調光訊號是PWM脈衝時，該腳到地接一顆100K電阻；
8~11腳：4路LED燈串驅動輸出端，外接LED燈串的負極，晶片內部是MOS管漏極開路輸出端；原創今日頭條：臥龍會IT技術
12腳：過壓保護取樣輸入端，外接升壓電路輸出端的取樣分壓電阻。該腳電壓超過1。23V時，會觸發晶片內部的過壓保護電路；
13腳：燈串電流檢測，在貯能電感上串聯一個電流檢測電阻，以檢測電感電流的峰值不超過額定值；
15腳：供電腳，5V~28V，當2腳的供電低於5。5V時，晶片內部的欠壓保護電路啟動，晶片進入休眠狀態；
16腳：晶片內部有5V穩壓電路，該腳的5V電壓為晶片內部的電路供電，當晶片檢測到故障時，該腳電壓下降到0V。
3、工作原理深度分析
下圖為MP3394內部框圖，以防引起大家不適，僅作簡單分析。
圖6 MP3394內部框圖
上圖中，背光供電加到晶片的VIN腳，在內部經穩壓後，VCC腳得到穩壓後的5V電壓，該電壓供晶片內部電路使用。晶片開始工作後，在內部時鐘的作用下，從GATE腳輸出高電平，加到升壓開關管的G極，升壓開關管導通。剩下工作原理和常規DCDC基本一致，對照datasheet就可以完成餘下的設計，就不再詳細分析每一個器件是如何選型的。
以下詳細分析一下亮度是如何調節的。
4、背光LED亮度調節方法
目前常用的背光LED亮度調節方法有兩種，一種是PWM（電壓模式），另一種是DC（電流模式）。
電流模式相對電壓模式他的負載相應較快，但是工作原理較為複雜，本文中不做研究和分析。本文中著重分析一下PWM調節。
PWM即脈衝寬度調製，這種調光方式是利用PWM訊號的佔空比來實現背光亮度調節，其訊號的頻率和佔空比可以透過軟體進行設定。最大電流Imax一般是透過硬體設定的，然後透過設定PWM的佔空比來調節實際流過LED的電流，佔空比為100%時，流過LED的實際電流即為Imax，佔空比為50%時，流過LED的實際電流即為Imax的50%。
從另一個方面理解，LED背光碟機動電路其實是一個穩流電路。可以穩定LED燈串的電流在LED燈的額定電流上。該電流的大小不隨背光的亮度而變化，即調節背光亮度時，LED燈串的電流是穩定不變的，始終保持在Imax，只是調節LED燈串的開啟與關斷的時間佔空比來達到調節背光的亮度，使用電流表測得的電流值實際是電流平均值。
其他的功能像開路、過壓、短路的保護，可以參閱datasheet中的解釋，這個在常規設計當中一般無需過於關注。
最後一點，在串聯型背光電路中需要一個功率電感和和一個肖特基二極體，與常規DCDC一樣，在設計時需要處理好環路問題，否則很容易產生EMI問題。
三、結語
由於LED燈條本身故障率較高，常常會引起背光碟機動板故障，如果背光碟機動板本身設計再存在瑕疵，那麼會導致很嚴重的後果。一般這些故障在產品工作初期不會明顯出現，往往在中晚期集中出現，因此在設計當中我們完全有必要弄懂這款電路的原理，對於不同型號顯示屏要區別對待，不要盲目套用參考設計，在上面的分析當中也可以看出，一個電阻值的差異就會導致背光異常或者超負荷工作。
至此，LED背光碟機動電路的原理已完成分析，不知道各位讀者是否已完全看懂？你對此文有什麼建議，請在留言區評論！
原創：臥龍會 終南小師傅
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