多串行電路混合架構(gòu)

　　該架構(gòu)提供效率和物料成本之間的最佳平衡。它結(jié)合了上文提到的多串行電路和多DC-DC轉(zhuǎn)換器兩者的架構(gòu)元素。這種混合架構(gòu)（如圖5）利用多個DC-DC轉(zhuǎn)換器為多個LED串行電路組合提供電壓。

　　圖5 混合架構(gòu)使物料成本及效率達致更佳平衡

　　該方案能提供最好的整體能源效率，因為它匯聚了直光式系統(tǒng)的局部調(diào)光優(yōu)勢與出色的DC-DC輸出電壓穩(wěn)壓效能。與高效率的多串聯(lián)多DC-DC轉(zhuǎn)換器架構(gòu)相比，也大大節(jié)省了物料成本。

　　調(diào)節(jié)電流以滿足LED的特性要求

　　LED的制造流程會導(dǎo)致不同的LED在亮度和色溫上出現(xiàn)廣泛的變化。因此，為方便用戶，白光LED制造商會根據(jù)不同的顏色、亮度和正向電壓對產(chǎn)品進行分組，將表現(xiàn)近似的產(chǎn)品歸為一類。不過，制造商對亮度和色溫的規(guī)格說明僅在特定的標(biāo)準(zhǔn)操作條件下才有效。這表示LED電流必須設(shè)定為數(shù)據(jù)表中所列的額定電流，方能產(chǎn)生指定的標(biāo)準(zhǔn)亮度和色彩。

　　基于同一理由，調(diào)光和亮度控制也只能透過數(shù)字PWM控制信號，啟動（額定電流）或關(guān)斷（零電流）任意單個LED的電流來執(zhí)行。在模擬調(diào)光中，LED會在特定額定電流以外操作，產(chǎn)生無法接受的色溫改變以及LED之間不良的亮度匹配（如圖6）。

　　圖6 相同類別的LED在額定電流下可保證亮度一致（這個例子中電流為20mA）

　　電流源特性

　　隨著LED需要完美調(diào)節(jié)的恒流電源，LED驅(qū)動器的首要作用是在啟動開關(guān)時將電流設(shè)置為額定值，而當(dāng)關(guān)閉開關(guān)時則確保電流為0A。因此，對準(zhǔn)確調(diào)節(jié)電流輕足輕重的反饋回路電流便需要極其精確的電流源（見圖7）。

　　雖然電流源的設(shè)計有許多種，但電視背光的精準(zhǔn)要求（電流調(diào)節(jié)精度誤差小于0.5%） 迫使系統(tǒng)采用精確的運算放大器來設(shè)定ILED電流，毋須理會ILED電壓。但在背光驅(qū)動器應(yīng)用中，即使是在電流源的電壓變得非常低的時候仍要維持電流調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，使該任務(wù)變得難以實現(xiàn)。

　　然而，奧地利微電子公司特別設(shè)計的4代超精準(zhǔn)電流源LED驅(qū)動器系列，包括AS369x、AS381x、AS382x和AS385x，卻可以滿足這種應(yīng)用的嚴(yán)苛要求。這些器件還包含偏移補償運算放大器。電流源驅(qū)動器需要最低的漏極電壓（VDS（sat）），以確保飽和區(qū)域內(nèi)電流源晶體管的準(zhǔn)確性和正常操作。飽和區(qū)域的輸出電流主要受閘極源電壓控制。

　　若要使電流源的運作達到更高效率，VSET和VDS的壓降處于低水平是非常重要的。配備運算放大器的LED驅(qū)動器包括了內(nèi)置偏移補償功能，這能將VSET維持在125至250mV的低水平。系統(tǒng)同時為高于VDS（sat）的VDS提供150mV的額外電壓差，將使電流源可達到共約400mV的壓降。由8個LED構(gòu)成的串行電路（Vf = 8 x 3.2 = 25.6V），其ISINK的電流耗損約為1.5%。如果奧地利微電子的背光LED驅(qū)動器沒有包含偏移補償功能，VSET值將會更高，引起電流源更高的能源耗損。

　　圖7 不同的電流源設(shè)計：精確的電流源必須使用高精度且含偏移補償功能的運算放大器

　　反饋調(diào)節(jié)優(yōu)化功率

　　如上文所述，從LED驅(qū)動器到SMPS的反饋回路使漏電壓處于所需的最低值。輸出電流源既可用簡單且明確的電流輸出驅(qū)動器和外部電容器（見圖8中左圖）來部署，也可以使用數(shù)字控制電路設(shè)定啟動/釋放次數(shù)，并借助數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器（IDAC） 來控制電流輸出（見圖8中右圖）。

　　圖8 建立到SMPS反饋回路的兩種方法

　　這兩種方法都具有較高的效率，可以配合各種含電壓反饋的SMPS運作，并可以透過用反饋線路把多個驅(qū)動器連接至同一個SMPS，以符合混合架構(gòu)系統(tǒng)的要求。

　　然而，第二種數(shù)字實施方法擁有獨特的優(yōu)勢。除了不用輸出電容器，數(shù)字電路還讓設(shè)計人員自由定義反饋系統(tǒng)的啟動和衰減次數(shù)。選用含衰減潛伏期及衰減速度相對較慢的快速啟動時間，將能改善顯示器的表現(xiàn)。這種優(yōu)勢尤見于需要迅速改變亮度的情況。快速啟動消除了屏幕從暗至全亮過程中可感知的亮度瑕疵。圖8中的模擬方案在短暫的暗框（dark frame）期間逐漸調(diào)暗LED的亮度輸出，結(jié)果在下一輪亮框（bright frame ）之前造成顯眼的延遲。

　　這對電視觀眾來說是一種明顯的干擾，因為電影和其他視頻內(nèi)容均是由一幀到另一幀的動態(tài)畫面構(gòu)成。不過，數(shù)字調(diào)節(jié)電路卻能透過在衰變指令中插入成百上千毫秒的延遲來消除這些瑕疵。這意味著，當(dāng)變亮過程被一系列短暫的變暗過程打斷，第二個變亮過程將從全亮開始。這是因為驅(qū)動器自動延遲了電壓的斜降。奧地利微電子旗下產(chǎn)品已提供了可實現(xiàn)衰減延遲的數(shù)字反饋算法。

　　另一個整合到LED驅(qū)動器IC的實用功能是快速串行外設(shè)接口（SPI） 。在直光式電視中，LED組成大量相對較短的串行電路，使面板上的細(xì)小部分也能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)光以節(jié)約能源。在通常情況下，這種組合包含256條信道，以16x16矩陣排列，每個LED均由PWM獨立配置?？墒?，產(chǎn)生256個具備可變PWM寬度和延遲的PWM信號對最快的微控制器來說，都依然是極其巨大的處理任務(wù)。

　　因此，這些背光系統(tǒng)在LED驅(qū)動器IC中加入了局部PWM產(chǎn)生器。這就可以用簡單的SPI數(shù)據(jù)傳輸來設(shè)定亮度。在多驅(qū)動器IC架構(gòu)中（例如由16個16通道IC構(gòu)成的256通道架構(gòu)） ，LED通道可以由菊鏈SPI信號方式進行配置，傳輸用于VSYNC框架至前一個框架的數(shù)據(jù)。

　　在這種組合下，通過SPI進行數(shù)據(jù)傳輸在400Hz 幀速率下可以達到20Mb/秒的速度，或50kb/幀。有了能夠彌補局部PWM發(fā)生器延時、高峰和時段的延遲功能，該傳輸速度足以實現(xiàn)各處的實際幀同步調(diào)光。因此，理想的局部調(diào)光效果能以最低的微控制器成本得以實現(xiàn)。

　　側(cè)光式系統(tǒng)的智能型調(diào)光

　　該局部調(diào)光技術(shù)僅適用于直光式照明系統(tǒng)，但側(cè)光式照明仍可有一定程度的智能式調(diào)光功能，特別是PWM調(diào)光功能可在白光LED色溫保持不變的情況下，調(diào)整亮度。在該方案中，側(cè)光照明所用的LED并非永久設(shè)定在特定的亮度值，而是可以憑借脈沖寬度的變化動態(tài)改變亮度。

　　另一種節(jié)省能源的技術(shù)是動態(tài)亮度調(diào)節(jié)（DLS） 。有了這種技術(shù)，LCD顯示器的白電平/亮度水平便可在特定場景中調(diào)高，從而減少背光LED的電源輸出。

　　此外，還可以使用環(huán)境光源傳感器來減少能耗。如果看電視時周遭環(huán)境較暗，背光燈亮度就可以減弱（見圖9） 。

　　圖9 采用智能型LED驅(qū)動器和智能型環(huán)境光源傳感器的節(jié)能方法

　　其實電視制造商也正在探索更先進的方法。比如，顯示器開始加入鏡頭，使消費者可以在電視上使用Skype之類的視頻電話功能。這些鏡頭也可以用來檢測是否有人在看電視，如果房間里根本沒有人在看電視，背光燈的亮度就可調(diào)校到最低水平。

　　還有，度身訂制的能源使用模式也將得以實現(xiàn)。雖然你可能愛在弱背光亮度的節(jié)能模式下看電視，但其他人或許更喜歡在全亮度下看電視。

　　總括而言，現(xiàn)有的先進LED驅(qū)動技術(shù)可透過提升效率達致節(jié)能。隨著日趨嚴(yán)格的法規(guī)不斷收緊對新電視最大能耗的限制，這將有助于電視制造商面對新挑戰(zhàn)。