- LED背光原理設計的數(shù)碼相框
- 直接通過LED控制傳導電流
- 通過控制電源的開/關來導通或關斷LED
近年來傳統(tǒng)紙質相片相框的吸引力已日漸消退，隨著數(shù)碼相機和手機相機的普及，數(shù)碼相框市場正方興未艾。數(shù)碼相框具有內置的揚聲器和耳機，可以通過MP3功能實現(xiàn)動人的畫面，由此我們不難預計相當比例的傳統(tǒng)相框將被數(shù)碼相框取代。此外，一旦數(shù)碼相框的價格開始回落，其流行風潮必將很快到來。
正是基于上述原因，許多公司紛紛推出了最新的數(shù)碼相框模型。本文將介紹美國國家半導體針對數(shù)碼相框應用推出的新產品，并著重驗證在每種應用中哪種產品最為有效。
美國國家半導體的許多產品已被應用在LCD偏置電源、LCD BLU(背光模組)、音頻和DC/DC模塊上。通常數(shù)碼相框顯示器的尺寸為5.6英寸、7英寸和8英寸，其中7英寸和8英寸是主流產品。較大尺寸的數(shù)碼相框是專門針對廣告行業(yè)而設計的。本文將主要介紹小尺寸數(shù)碼相框方案。
LCD面板是數(shù)碼相框的主要組成部分，它帶有用于背光照明的白光LED。目前，LM2733和LM27313已被大量用于白光LED BLU解決方案。LM2622被用于LCD偏置，LMH6683則用于視頻緩沖。
白色LED背光解決方案
在設計LED背光驅動電路時，最重要的問題是在LED正向偏置時保持恒流。由于LED是電流驅動型器件，光照強度取決于傳導電流的大小。為保證光照強度并提高LED的使用壽命，就必須保持恒定的電流。
市場上有多種類型的LED模塊。7英寸機型采用3×7陣列或7×3陣列。8英寸機型分別采用3×8或8×3陣列。由于所需電壓和電流取決于這些陣列，因此在設計初期選擇合適的LED驅動器是非常重要的。圖2是8英寸LCD中LED模塊驅動電路的一個示例。
1. 確定白色LED的規(guī)格并定義LED陣列的結構。
可以通過LED的陣列結構及LED的正向壓降和正向電流來選擇LED驅動器。如圖2所示，用于8英寸LCD BLU的白光LED的規(guī)格為：VF(最大值)=4V、IF(最大值)=25mA，陣列結構為3×8。兩個LED節(jié)點之間的總電壓如下：
總VF=VF×串聯(lián)LED數(shù)=12V
總IF=IF×并聯(lián)線路數(shù)=25mA×8=200mA
因此所選LED驅動器的驅動能力必須超過12V、200mA。如圖2所示，需采用升壓DC/DC解決方案來提供12V的電壓，該電路利用DC/DC轉換器從12V墻式適配器獲得5V恒定電壓。如果采用的是升壓轉換器，則內部FET容量需考慮可用容量，即最大輸入電流和最大輸出電壓。在圖2的電路中，所需FET容量可通過以下方法計算。
輸出功率為：
POUT=VOUT×IOUT=12×200mA=2.4W
因此所需的輸入功率為：
PIN=1.2×POUT=1.2×2.4W=2.88W
假設轉換效率為80%，由于VIN為5V，則所需輸入電流為IIN=PIN÷VIN=2.88W÷5V=576mA。因此，內部開關(FET)必須支持12V以上電壓及超過576mA的電流。對于8×3的LED陣列，結果為：
總VF=VF×串聯(lián)LED數(shù)=32V
總IF=IF×并聯(lián)線路數(shù)=25mA×8=75mA
FET的容量必須超過32V、75mA。如果考慮LM2733和LM27313的關鍵性能，就可以得出表1所列結果：從表中我們可以看出，LM27313不適合8×3的陣列，因為開關的最大可用電壓為30V。圖2和圖3顯示，LM2733適用于8×3陣列，LM27313則適用于3×8陣列。
2. 設計恒流電阻(RCC)以持續(xù)驅動LED
如前文所述，保持LED的電流恒定非常重要。在3×8陣列中，所需電流約為210mA。圖2中的恒流電阻的阻值可通過下列公式算出：
RCC=FB電壓÷總IF=1.23V÷200mA=6.15Ω
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因此采用6Ω的電阻器。在8×3陣列中，所需電流約為90mA，因此圖3中恒流電阻的電阻值可以下列公式算出：
RCC=FB電壓÷總IF=1.23V÷75mA=16.4Ω
在這種情況下使用17Ω的電阻器。從圖2和圖3我們可以看出，通過誤差放大器1.23V的反饋參考電壓保持FB電壓恒定，因此通過RCC的電流能夠始終保持恒定。
3. 面向調光控制的有源關斷功能
調光控制是指根據(jù)客戶的喜好控制顯示器光照強度。目前有兩種調光控制方法。一種是直接通過LED控制傳導電流，另一種是通過控制電源的開/關來導通或關斷LED，從而控制LED的導通時間。目前第二種方法更為流行，因為第一種方法的電路較復雜，且始終處于通電狀態(tài)會縮短LED的工作壽命。如圖2和圖3所示，可以通過開/關LM2733和LM273133來控制LED的開關，而對LM2733和LM273133的開關控制可通過在SHDN引腳上應用脈沖寬度調制(PWM)得以實現(xiàn)。LED的照明強度可以通過調整脈沖占空比實現(xiàn)精確控制。要記住的是，脈沖頻率必須超過20kHz。低于20kHz的頻率會使電路輸出端的多層陶瓷電容器產生波形振蕩，從而產生可聽噪聲。
4. 需要過電壓保護(OVP)
大多數(shù)LED模塊是通過一個連接器與主板相連的。如果圖2和圖3中LM2733和LM27313的輸出因誤操作或LED模塊受損而開路，那么由于誤差放大器的負輸入端沒有信號，輸出電壓將會無限制地上升。這將造成毀滅性后果，損壞LM2733和LM27313或輸出二極管。為解決這一問題，可加入一個過電壓保護電路(如圖4所示)。
所增加的電路能夠保護器件不被過高的輸出電壓所損壞。D2的作用是避免R2和RCC在未連接LED模塊時形成并聯(lián)，并防止輸出過壓，因為R1的阻值相對R2和RCC并聯(lián)值要大得多。
因此，在未接入LED模塊時，該電路以恒壓模式運行；當接入LED模塊時，則以恒流模式運行。在采用了R1和R2的恒壓模式下，輸出電壓必須設置得比LED模塊的總VF值更高。即，在3×8陣列下，總VF值約為12V，那么R1和R2的輸出電壓可通過下列等式計算出：
VOUT=1.23(R1/R2+1)
在這個等式中，我們需將R2設為10kΩ。如果將VOUT設為15V，可得到如下結果：R1=112kΩ。考慮到D2的VF、RCC兩個節(jié)點上的電壓變?yōu)?.23+VF。因此，RCC將有所增大，具體如下：
RCC=(1.23V+VF)÷ICC=(1.23V+0.4V)÷200mA=8.15Ω
如果計算RCC的功耗，可得出下列結果：
P=I2×R=0.182×8=0.32W
由于RCC的功耗高于0.32W，建議采用Wattage電阻器(1W)或并聯(lián)標準電阻器以提高電路安全性。
面向LCD平板電源的DC/DC轉換
在用于數(shù)碼相框的典型LCD平板顯示器中，輸入電源電壓約為5.0V。必須提供若干不同的電壓，以使顯示面板通過該輸入電壓實現(xiàn)最佳性能，通常情況下需用到升壓轉換器。美國國家半導體擁有最佳的電源解決方案LM2622。LM2622是中等尺寸LCD模塊電源解決方案的事實標準。我們可以看到利用LM2622是如何在+5.0V輸入電壓下實現(xiàn)下列不同電壓的：
+8.0V列驅動器模擬電源電壓；
+23.0V行驅動器導通電壓；
-8.0V行驅動器關斷電壓。
1. +8.0V列驅動器主模擬電壓
通常情況下，列驅動器的模擬電源電壓介于+7.5V和+10.0V之間。如圖5所示，模擬輸出電壓由電阻分壓器Rfb1和Rfb2控制。由于FB引腳上的電壓被內定為+1.26V，為實現(xiàn)紅色虛線圈中所示的+8.0V輸出電壓，建議將RFB1和RFB2的電阻值分別設為40.2kΩ及7.5kΩ：
RFB1=RFB2×(VOUT－1.26V)/1.26V
2. +23V行驅動器開啟電壓
這個23V的電源電壓被用于行驅動器以打開平板顯示器的柵極。總體來說，這種配置能夠提供三倍于列驅動器輸出電壓的電壓用作開啟行驅動器。該方法簡單且十分經(jīng)濟，通過搭載電容器電荷泵，可在LM2622上實現(xiàn)23V的電源電壓。
3. -8.0V行驅動器關斷電壓
為給行驅動器提供用作關斷TFT柵極的-8V電源電壓，可將LM2622與二極管變頻電路結合使用，如圖5所示。如欲了解更多信息，請參考LM2622數(shù)據(jù)手冊．
視頻解決方案
數(shù)碼相框離不開視頻緩沖器或數(shù)字接口。具體解決方案取決于平板輸入的類型。美國國家半導體可提供各種解決方案以滿足客戶對各種模擬解決方案的需求，還能夠提供各種視頻放大器，如LMH6643、LMH6683和LMH6601等。
對于數(shù)字平板接口應用而言，客戶可采用美國國家半導體的各種解決方案。這些解決方案可降低電磁干擾(EMI)，并幫助客戶利用SerDes解決方案輕松構建系統(tǒng)。
音頻解決方案
音頻是數(shù)碼相框的重要功能之一，因為數(shù)碼相框不僅可以顯示照片，而且能夠實現(xiàn)出色的音頻播放。美國國家半導體提供了各種音頻解決方案，尤其值得一提的是，內置3D功能能夠在小范圍內實現(xiàn)優(yōu)質音效。LM49270就是這種應用的一個典型產品，它可以提供約2W的3D效果。
