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分析液晶电视LED背光源的调光方法

发布时间:2024-06-22 点此:400次

LED现已成为目前高效、绿色光源的最佳选择,为满足用环境的需要,其调光功能也相当要紧。相比荧光灯、节能灯、高压钠灯等光源而言,LED光源的调光功能更容易达成,其主要方法有以下三种。
1、正向电流调节方法

要改变LED的亮度,第一想到的是改变流过它的正向电流,由于LED的亮度是与它的正向电流接近正比率关系。Cree公司生产的XLampXP-G系列LED的输出相对光强和正向电流的关系如图1所示。

分析液晶电视LED背光源的调光方法

由图1可知,若以正向电流为350mA时的光强作为100%,那样电流为200mA时的光强就约是60%,电流为100mA时的光强就约是25%。这样来看,改变LED的正向电流就可达成亮度的调节。
1.调节正向电流的办法

调节LED的电流最简单的办法就是改变和LED串联的电流测试电阻。绝大部分DC-DC恒流芯片都设有一个测试电流的端口,常用“CS"表示,如图2所示。该端口将测试到的电压和芯片内部的参考电压比较,从而控制输出电流,使之恒定。

分析液晶电视LED背光源的调光方法

一般,电流测试电阻的阻值非常小,一般为零点几欧姆。假如要在光源开关中装一个零点几欧姆的电位器来调节电流是不大可能的,由于引线电阻已有零点几欧姆。因此,部分芯片设有一个控制电压接口,改变输人的控制电压从而改变其输出恒流值,比如凌特企业的LT3478芯片,如图3所示,只须改变R1和R2的比值,就能改变其输出的恒流值。

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2.调节正向电流的缺点

会出现LED色谱偏移现象在通过调节正向电流改变LED亮度时,也会改变LED的光谱和色温。由于现在所用的白光LED大多使用蓝光LED激起黄色荧光粉发光方法,当正向电流减小时,蓝光LED亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没按比率减薄,从而使其发出的光的光谱的主波长增长。主波长和正向电流的关系如图4所示。

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当正向电流为350mA时,主波长为545.8nm;当正向电流减小为200mA时,主波长为548.6nm;当正向电流减小为100mA时,主波长为550.2nm。

另外,正向电流的改变也会引起色温的变化。白光LED的色温和正向电流的关系如图5所示。当正向电流为350mA时,色温为5734K,而正向电流增加到350mA时,色温就偏移到5636K;电流再进步减小时,色温会向暖色变化。当然,上述问题在普通的实质照明中可能不算是一个大问题,但在使用RGB的LED系统中或液晶彩电的LED背光源中,彩色的偏移即使是一个大问题,由于人眼对彩色的偏差十分敏锐。

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可能致使LED恒流驱动电路没办法正常工作
LED光源一般使用DC-DC恒流驱动。恒流驱动电路一般分为升压型、降压型和升降压型三大类。因为升降压型效率低、价钱贵,实质中极少使用。到底使用升压型还是降压型由电源电压和LED负载电压之间的关系决定。倘若电源电压低于负载电压就使用升压型;若电源电压高于负载电压就使用降压型。LED的正向电压是由其正向电流决定的。
LED的优安特质曲线如图6所示,正向电流的变化势必会引起正向电压的相应变化,确切地说,正向电流的减小也会引起正向电压的减小。在调低LED的正向电流时,从图6可知,LED的正向电压也就跟着减少,这就会改变电源电压和负载电压之间的关系。

分析液晶电视LED背光源的调光方法
比如:在一个输人电压为24V的LED光源中,使用8颗1W的大功率LED串联。在正向电流为350mA时,每一个LED的正向电压是3.3V,那样8颗串联后的总电压就是26.4V,比输人电压高,所以这个时候应该使用升压型恒流源。若调光时,把电流降到100mA,此时每只LED的正向电压只有2.8V,8颗LED串联后总电压为22.4V,负载电压低于电源电压,应该使用降压型恒流源。如此一来;原配的升压型恒流源就根本没办法正常工作,会出现LED闪烁现象。
提示:对于使用升压型恒流驱动电路而言,若使用正向电流调光方法,当调低LED亮度使LED负载电压低于电源电压时,会出现LED亮度闪烁现象。
若使用降压型恒流驱动,假如将LED的正向电流调得很低,LED的负载电压也将变得非常低,这个时候在驱动电路两端的压降比很大,比较容易超出该驱动电路的正常工作范围,使之没办法正常工作,从而出现LED亮度闪烁现象。
值得一提的是,虽然调低LED光源亮度减少了恒流源的输出功率,但会引起降压型恒流源的功耗加强温升增高,其缘由如下:在减少LED正向电流时,LED灯组的总正向电压减少会使降压比减少,而降压型恒流源的效率与降压比有关,降压比越大,效率越低,损耗在芯片上的功耗越大。

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SLM2842J的效率和降压比的关系曲线如图7所示,输人电压为35V ,输出电流为2A,当输出电压为30V时,效率可以高达97.8%;当输出电压减少到20V时,效率就降为96%;当输出电压减少为10V时,效率就减少为92%。在上述三种状况下,尽管其输出功率依次为60W、40W和20W,但其损耗功率却依次为1.2W、1.6W和1.6W,后两种状况的功耗增大了33%。倘若恒流模块的散热系统设计为临界状况,增加33%的耗散功率就或许会使芯片的结温升高,以致发生过温保护而没办法工作,紧急时还可能致使芯片烧毁。
提示:对于使用降压型恒流驱动电路而言,若使用正向电流调光方法,让LED长期工作于低亮度状况,会使降压型恒流驱动电路效率减少,温升增高,问题率增加。
没办法得到精确的调光成效
因为LED的正向电流和发光强度并非真的的正比率关系,并且不一样的LED会有不一样的正向电流和光强输出关系曲线,所以使用正向电流调节方法非常难达成精确的光强输出控制。
2、脉宽调制 方法
LED类属二极管,可以迅速开/关,且开关速度可以高达微秒级,是任何发光器件所没办法比拟的。因此,只须把电源改成脉冲恒流源,用改变脉冲宽度的办法,就能改变其亮度。这种办法称为脉宽调制调光法。
脉宽调制的波形如图8所示,脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那样其工作比D就是ton/tpwm,改变恒流源脉冲的工作比就能改变LED的亮度。

分析液晶电视LED背光源的调光方法
1.达成PWM调光的办法
具体达成PWM调光的办法就是在LED的负载中串人一个MOS开关管,这串LED的阳极用一个恒流源供电,如图9所示。控制芯片输出-一个PWM信号加到MOS管的栅极,让MOS管工作于开关状况,从而迅速地开/关这串LED,以达成调光功能。不少恒流控制芯片本身就带一个PWM接口,可以直接同意PWM调光信号,再输出脉冲控制MOS开关管。

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2.PWM调光的频率
选择若PWM调光脉宽频率选择得较低,人眼就会感到闪烁。为了充分借助人眼的视觉残留特质,其工作频率应当高于100Hz,最好为200Hz。 虽然脉冲频率高于100Hz后人眼没办法知道其闪烁,但这个频率仍在人耳的听觉范围内,这个时候或许会听到“咝咝”的声音。消除这个噪声主要有以下两种办法:一是把开关频率提升到20kHz以上,跳出人耳听觉的范围。但频率过高也会引起一些问题,由于各种寄生参数的影响,会使脉冲波形产生畸变,这就减少了调光的精确度。另一种办法是找出发声的器件而加以处置。事实上,电路中的主要发声器件是输出端的陶瓷电城容,由于陶瓷电容一般是由高介电常数的陶瓷制成,这种陶瓷都具备压电特质,在数百赫兹的脉冲用途下,就会产生机械振动从而发声,解决的办法是使用钽电容来代替。不过,高耐压的钽电容价格较贵,会增加一些本钱。
3.PWM调光的优点
PWM调光方法不会产生LED色谱偏移现象,由于流过LED的电流在OA与正常值之间跳变;该方法并不改变恒流源的工作条件,不可能使恒流源出现过热现象;即便在非常大范围内调光,也不会发生LED闪烁现象,并且具备极高的调光精确度。
另外,因为数字信号比较容易转换成PWM信号,因此该方法容易与数字控制技术相结合,从而达成自动调光功能,现已广泛用于道路办公室、商场、学校等公共场合的LED照明系统中,下面举例说明。
在LED路灯照明中,为了节省电能,一般的做法是在晚上12点后关灯或者将亮度降为一半,但最适当的做法是依据交通流量来控制LED路灯的亮度。
一款LED路灯亮度控制曲线如图10所示。为了达成这种智能调光,仅需把这一曲线输入到一个单片机内,单片机依据这个曲线输出对应PWM的调光信号,控制恒流驱动电路即可。

分析液晶电视LED背光源的调光方法
另外,在一些需自动依据环境光强度调节LED亮度的系统中,大多使用光敏自动调节技术,以减小在强光下非必须的电能消耗。
一款使用光敏自动调节技术的LED照明控制电路框图如图11所示。光敏元件有哪些用途是感受周围的环境光,假如环境光亮度够强,那样该控制电路就会输出一个PWM信号到所有挨近强环境光的LED灯具,把它们的亮度调暗。一个调光信号发生器可以调节不少LeD灯具,只须这类灯具的恒流驱动源带有PWM调光控制接口。这种调光系统本身的效率高达92%。这种全自动的自适应节能调光是荧光灯、节能灯、高压钠灯等气体放电管根本没办法达成的,而这却是LED灯具最善于的。

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3、可控硅调光方法
前面两种办法是使用直流电源LED的调光策略,下面介绍使用交流电源的LED调光策略。
在介绍之前,先说说普通白炽灯和卤素灯一般使用交流电源的调光策略一可控硅调光方法。白炽灯和卤素灯是一个纯电阻器件,它不需要输入电压肯定是正弦波,由于它的电流波形永远和电压波形一样,所以不管电压波形怎么样偏离正弦波,只须改变输人电压的有效值,就能达成调光。
可控硅调光就是对交流电的正弦波加以切割,从而达到改变其有效值的目的,其电路原理图如图12所示。虚线部分就是安装在墙上的可控硅调光开关,A、B之间的电阻R就是白炽灯负载,即负载是和可控硅开关是串联的。

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改变可调电阻W的连入电路的阻值就可改变可控硅的导通角,从而改变加在R两端的交流电压的有效值,达到调光的目的。一般电位器w带一个开关,接在交流电压的输入端,用于开/关灯。
1.可控硅调光的缺点
可控硅电路破坏了正弦波的波形,从而减少了功率因数值,一般PF低于0.5,并且导通角越小,功率因数越低;同时,非正弦波形增大了谐波系数,会在线路上产生紧急的干扰信号。
另外,可控硅调光方法在负载较轻时易出现不稳定现象,为此还需要加上一只泄流电阻, 而这个泄流电阻至少有一两瓦的功率消耗。
2.LED的可控硅调光方法
虽然可控硅调光方法存在上述缺点和问题,但其电路简单,本钱低廉,绝大部分的白炽灯、卤素灯均使用该调光方法。假如想用LED取代可控硅调光的白炽灯和卤素灯,则需要LED的调光也要和可控硅调光兼容。具体来讲,在-一些已经安装了可控硅调光的白炽灯或卤素灯的地方,墙上已经安装了可控硅的调光开关和旋钮,墙壁里也已经安装了通向灯具的两根连接线。要更换墙上的可控硅开关且增加连接线的数目都不是那样容易,最简单的办法就是什么都不变,只须把灯头上的白炽灯拧下,换上带有兼容可控硅调光功能的LED灯泡即可。这一思路就像市场上的LED日光灯一样,做成和目前的T10、T8荧光灯尺寸、大小完全一样,如图13所示,无需专业电工,普通用户就能直接更换,如此才可能非常快普及。

分析液晶电视LED背光源的调光方法
假如将普通可控硅调光电路用于LED驱动电源中,LED驱动电源会发出噪声,LED灯组会闪烁,其缘由是LED驱动电源中输人端的LC滤波器会使可控碓产生振荡。这种振荡对于白炽灯是无所谓的,由于白炽灯的热惯性使得人眼根本看不出这种振荡,但对于LED来讲就相当明显了。
综上所述;要达成LED的可控硅调光方法,就得对LED的驱动电路重新设计。为此,海外不少厂商已开发出多款可以兼容可控硅调光方法的LED驱动IC。现在,市面上主要有以下四种兼容可控硅调光的LED驱动IC:恩智浦的SSL2101/2,国半的LM3445,iWatt的iW3610和OnSemi的NCL3000,各IC的特点见表1。

分析液晶电视LED背光源的调光方法
值得一提的是,尽管多个大芯片公司都推出了兼容现有可控硅调光方法的芯片和解决方法,但这种解决方法是不值得推荐的,重要原因如下: 1.可控硅技术是具备半个多世纪的陈旧技术,它具备不少缺点,是一种早该淘汰的技术。2.不少芯片自称具备PFC功能,可以改变功率因数,事实上,它只改变了作为可控硅负载的功率因数,使它们看起来接近纯电阻的白炽灯和卤素灯,并没改变包含可控硅在内的整个系统的功率因数。3.所有兼容可控硅的LED调光系统的整体效率都十分低下,有的还没考虑为了稳定工作而需要的泄流电阻的损耗,完全遗弃了LED的高能效特征。4.所有些可控硅LED调光系统也都是使用调节LED的正向电流的方法,仍存在前面所述的LED色谱偏移等缺点。5. 绝大部分安装可控硅调光的都是台灯、床头灯立灯,与之配套的有几十种不同规格的可控硅和晶体管调光开关,现已开发的IC根本不可能兼容所有些可控硅开关,而只能兼容其中的一小部分。总之,LED是一-种全新的新技术商品,有着无可比拟的优越性,完全没必要为了照顾落后的可控硅而牺牲自己的优点。

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