自2010年代以来，液晶显示器(LCD)背光源中的冷阴极荧光灯(CCFL)逐渐被发光二极管(LED)取代。这是因为不含汞的 LED 在散热效率、显色性和降低成本方面表现出色。 内容各液晶电视厂商纷纷争先恐后地在液晶显示器上采用LED背光技术，以实现薄型化的特点，以期在新一代家用电视到来时提高市场份额。LED背光机种的市场渗透率不断飙升，目前台湾市场上的液晶电视大多采用LED背光。 LED背光技术可分为两类：直下式和侧光式。用于直下式背光的 LED 可以是白色或 RGB。本应用笔记将研究这两种类型以及 LED 电源解决方案在系统角度的差异。例如，笔记本电脑中使用的 4 通道 LED 驱动器RT8510的功能框图如图 2 所示。上面的块是升压转换器，提供 LED 灯串所需的电压，下面的块是恒流调光控制器。
图 1. LED LCD 电视的功耗低于 CCFL LCD 电视
图 2. LED 驱动器RT8510的功能框图 1. 侧光式与直下式背光背光模组作为液晶显示器的照明光源，由光源、导光板、背光扩散板等组成。随着液晶电视、笔记本电脑的普及，将高效节能的LED背光模组融入到系统中是发展重点。顺应面板大尺寸、薄型化的趋势。 对于侧光式LED背光技术，白色LED放置在LCD的四个侧面周围，光线从LCD面板和反射片之间发出，通过反射片反射到LCD面板的背面。导光板将光线均匀地分布在 LCD 背面。这是迄今为止最常用的LED背光技术，具有低成本、薄型等优点。
图 3. 侧光式背光模块 对于直下式背光技术，LED 以平面阵列形式放置在导光板和 LCD 屏幕后面，光线直接发射到 LCD 屏幕上。这种方法可以对屏幕上特定区域的亮度进行快速局部调光，从而大大增强动态对比度。但缺点是需要使用更多的LED，这会增加产品成本以及背光模组的厚度。白光 LED 最常用于 LED 背光，而对于某些高端型号，RGB LED 用于实现更宽色域的色彩再现。 表 1. 侧光式和直下式背光技术比较 2. LED 驱动器 IC 的重要特性一般来说，用户在选择LED驱动IC时会考虑以下特点： 1.LED 电流精度：LED 电流由 ISET 引脚接地的外部电阻 RISET 的值设置。该电流通过电流镜镜像到电流源。理论计算电流值与实际电流值的误差百分比称为LED电流精度。 2.LED电流匹配：有多种方法可以配置阵列中的LED。如果 LED 串并联，则流经每个 LED 串的 LED 电流必须相互匹配。这将提高各个 LED 串之间的亮度均匀性。LED电流通常与LED亮度成正比。 3.调光类型：调光已成为LED驱动器的基本功能。它可以分为模拟调光和PWM调光。由于色度坐标没有变化，PWM 调光可以实现更好的色彩再现。然而，它更容易受到可听噪声问题的影响。解决这个问题的方法将在稍后的会议上提出。 4.LED 电流线性度：对于 PWM 调光，输出 LED 电流随 PWM 占空比变化。这两者之间的关系被描述为线性。低 PWM 占空比和高 PWM 调光频率会降低 LED 电流线性度。图 4 显示了RT8510 PWM 调光线性度。
图 4. RT8510 PWM 调光线性度 3. 电源解决方案当今电视型号常用的电源架构是 LLC 或反激式系统为升压或降压转换器提供直流电源，然后驱动 LED 阵列，LED 电流调节器将电流钳位在所需的 LED 亮度。然而，近年来，LED阵列可以直接由LLC或Flyback系统驱动，而前级的电压可以通过控制器IC调节。 图5是电源解决方案的应用示意图。RT8525左侧，作为 DC-DC 升压转换器，提供足够的电压来驱动 LED 阵列。RT8300作为电流调节器，提供恒流和调光功能。DHC（动态余量控制）将这两个 IC 连接起来作为反馈控制。当背光模块开启时，LED的正向电压Vf会因温度升高而降低。如果输出电压保持固定，则LED 1~4引脚上的端电压将增加。这会导致 RT8300 的功耗和温度升高。因此，这将导致整体效率下降并且无法满足IC的表面温度要求。因此，必须有一种机制使升压转换器降低其输出电压。
图5. 电源解决方案应用示意图 动态余量控制（DHC）功能就是为此目的而创建的。RT8300 会找出所有 LED 通道中 LED 1~4 引脚上的端电压最低的通道，并根据图 6 中的曲线钳位所需的工作电压。该电压与 LED 电流呈线性关系。
图6. RT8300的线性特性 如果该最低电压通道的引脚电压高于图 6 中的相应值，则 RT8300 V FB引脚将被设置为高电平。通过R3至V REF，输出电压(VLED)将会降低。反之亦然，如果引脚电压太低，V FB引脚将被设置为低电平，输出电压将被拉高。图 7 显示了原理图和相应的基于叠加定理的方程。
图 7. RT8300 DHC 原理图
对于不同的应用，其背光模组的瓦数会有所不同。一般来说，LCD 面板越大，需要越多的 LED 阵列来提供所需的亮度。IC 和功率器件的功耗将因此增加，从而恶化热性能。与笔记本电脑背光电源解决方案相比，台式显示器需要更大的功率。因此，最好将 MOSFET 外接。对于更高瓦数的应用，例如液晶电视，甚至电流源器件的驱动器也会外部连接，以降低IC的表面温度。以下列出立锜科技针对各种应用的 LED 背光电源解决方案。
图 8. 适用于各种应用的电源解决方案 4. 噪音问题的解决方案所有电子产品都有有关可听噪声的规格。随着便携式电子产品越来越普及，其背光模块的噪声规格也变得更加严格。当应用程序在 PWM 调光模式下运行时，通常会出现可闻噪声。噪声主要是由输出电容、MLCC 和输出电流开关引起的谐振产生的。在 PWM 调光中，PWM LED 电流在重负载和零负载之间切换。负载的突变会增加输出电压的纹波。这种波纹对于人耳来说是可听见的噪音。图9为RT8510调光时的波形图。 CH1 = PWM，CH2 = Vout,ac，CH3 = VLX，CH4 = ILED
图9. RT8510调光时波形图 有很多方法可以解决可闻噪音问题。下面举几个例子供用户参考： 1.增加输出电容值以减少输出纹波：这种方法简单直接，但缺点是成本增加。 2.改变PWM调光频率，避开可听频率范围，约为20kHz。然而，缺点是调光线性度会受到影响。 3.混合模式：在较低的 PWM 占空比下，只需切换到模拟调光即可减少可闻噪声。 4.移相功能：在多通道驱动IC中，顺序打开每个通道以提高负载瞬态性能。 5.使用较大的OVP电阻：当PWM关闭时，较大的OVP电阻会降低负载和输出压差，从而降低噪声。 6.更换为降噪方案中的MLCC：输出电容会影响纹波的大小。大的波纹可能会引起层与层之间的共振，从而产生噪声。降噪电容器具有优于交叉电压的性能，即在较高的直流偏置下电容变化较小。图 10 显示了新（降噪）制造工艺与传统制造工艺之间的等效 MLCC 电容的比较。
图 10. 新制造工艺与传统制造工艺之间 MLCC 等效电容的比较。 5. 保护机制一般来说，LED驱动器具有以下内置保护机制： 1.SLP（LED短路保护）：如果LED灯串中的任何一个LED在表面贴装时短路，则LED灯串的整体正向电压Vf会较低，从而导致VLEDX端电压较高。SLP是检测VLEDX电压是否过高。对于某些型号，仅关闭短通道，而对于其他型号，则关闭驱动电路。用户可以通过R SLP调节SLP 电压。 2.OLP（LED开路保护）：如果LED灯串中的任何一个LED在组装或使用过程中接触不良，OLP就是在上电时检测VLEDX电压是否过低，并发出相应的警告信号。 3.OVP（过压保护）：当输出电压出现过压时，OVP会通过分压器进行检测。它将输出电压钳位在 OVP 设置的电压上，而无需关闭电路。RT8300保护机制流程如图12所示。
图 11. RT8300 SLP 图
图 12. RT8300 保护机制流程 6. 3D/局部调光近年来，3D 和局部调光功能已被纳入高端电视型号中。现将其介绍如下： 1. 3D调光： 在3D模式下，由于PWM占空比降低，需要背光模块具有更高的亮度。人的右眼/左眼感知到的图像会交替显示，产生景深效果。图 13 展示了 3D 调光功能图。LED驱动器RT-CVT要求3D眼镜快门与主板同步，以有效地交替遮挡左右眼。
图 13. 3D 调光功能图 2. 局部调光： 此方法用于高级模型以增强对比度。具有局部调光功能的黑色会感觉更暗，因为该部分的背光变暗。相反，较亮部分后面的背光可能会更亮。今后，局部调光具有消耗更少电力的优点。图 14 展示了 64 区局部调光的示例。屏幕划分的区域越多，局部调光的好处就越明显。但其代价是控制的复杂度和成本也会相应增加。
图 14. 64 区局部调光示意图 对于局部调光应用，常用 I2C 接口的有限带宽已不再可接受。例如，RT8302是一款4通道可编程灌电流LED驱动器，它使用SPI总线（串行外设接口总线）作为信号传输接口。图15为RT8302 SPI接口应用原理图。
图 15. RT8302 SPI 接口应用原理图 图 16 是 RT8302 读/写指令图如下。 读取命令：
写入命令：
图 16. RT8302 SPI 读/写指令图 | ||||||||||
