大尺寸LED背光应用提速，芯片厂商多方案应对

2010年是大尺寸LED背光源发展的重要一年，LED背光源超薄、节能环保、高色彩品质的显示优点已经成为推动背光源发展的强劲动力。根据研究机构的预测数据，2010年，全球LED液晶电视销量将达到3200万台，占全部液晶电视比重约19%；2011年采用LED背光大尺寸面板出货比率将达到56%，传统背光面板的出货量将下滑至44%；到2015年，LED面板出货渗透率将达到78%。在中国平板市场上，LED将在近两年全面超越CCFL普通液晶电视。

安森美(OnSemi)半导体电源及便携产品全球销售及营销高级总监郑兆雄表示，传统液晶电视采用冷阴极荧光灯(CCFL)背光，一般是将PFC电压经过24 V转换(传统电源)或不经过24 V转换(LIPS电源)后升压至超过1,000 V甚至2,000 V的交流高压来驱动呈条型或U型的CCFL灯管；而LED背光液晶电视采用若干条LED光条，主要以侧光式或背光式方案来背光，因此电源管理的一项重要要求就是提供高能效；另外，以电视机为例，由于LED背光液晶电视以超薄外型为重要卖点，故其电源管理方案要具备低高度以配合纤薄设计，同时还要顾及散热、降低电磁干扰、不同通道亮度匹配、调光及故障诊断和保护等问题。

“如上所述，这些条件要求半导体器件和解决方案提供高能效，采用更小巧(特别是低高度)的元器件来配合更纤薄设计，同时顾及改善散热、降低电磁干扰、提供高亮度匹配度(以提供亮度一致的背光)、调光、诊断和保护等。”郑兆雄补充说。

目前，安森美可同时提供侧光式和直下式LED背光方案。以侧光式方案为例，安森美半导体提供高性价比的多通道线性LED侧光方案，这方案在半桥转换段采用NCP1397初级侧控制器和500 V高压MOSFET NDF05N50，同时采用6通道线性LED驱动器CAT4026。CAT4026的目标能效高于90%，典型能效达94%，提供<±2%的极佳电流匹配精度及<1%的400 Hz PWM调光范围，并采用外部功率双极结晶体管来提供散热，更好地处理散热问题。

除了基于NCP1397、NDF05N50和CAT4026的线性侧光式方案，安森美半导体还提供包括基于NCP1397、NDF05N50和NCP1034的直下式降压驱动方案。NCP1034采用高达500 kHz的可编程开关频率驱动一对外部N沟道MOSFET，能够灵活地调节集成电路(IC)的工作，符合系统级要求。另外，使用内部1.25 V参考电压便能对输出电压精密稳压，用于低压应用。这器件的预防电气故障的保护特性，如欠压锁定和断续(hiccup)电流限制，在发生故障事件时提供所须的系统级安全性。优势包括驱动高能效场效应管(FET)及为1颗或多颗器件提供固定频率。

值得一提的是，安森美半导体为LED背光液晶电视提供完整方案，除了侧光式或直下式背光方案外，还包括功率因数校正(PFC)、待机开关电源以及相关的整流器、运算放大器、MOSFET及分立器件等，为客户提供一站式方案选择。

凌力尔特(Linear)公司电源产品产品市场总监Tony Armstrong认为，传统LCD HDTV采用CCFL灯管作为背光源，除了所能提供的对比度比仅在450cd/m2~650cd/m2之间外，最主要的问题还在于“不能够完全关断 CCFL背光源或对其进行局部调光”。也就是说，目前这一代LCD HDTV是无法获得真正的“黑色”的，而且所有彩色的动态范围均较低。

与此相反，当采用 HB LED背光照明时，一个能够以背面照明“LED群”来进行局部调光或关断操作的LED阵列(对于46英寸显示器而言，LED的数目多达1,600 个)提供了几乎比CCFL设计高出一个数量级的对比度比(>4,000cd/m2)。此外，通过调整背光照明LED群的亮度，还能复制更多的中间色调，从而使得图像更加栩栩如生。

“另一个好处是能够在局部位置将LED完全关断，从而减少运动模糊。通过在帧与帧之间将LED完全关断，由快速运动物体所引起的图像模糊实际上将被消除，因此，LED的快速响应速率是至关重要的。”Tony说。

他再次强调了驱动IC对于LED产品的可靠性和寿命等性能的重要性。认为除了使方案更加纤巧、紧凑和扁平外，驱动IC还在高开关频率条件下运作，在基于电感器的DC/DC开关拓扑结构中，这些高开关频率可减低电感器和输出电容器的数值、尺寸和成本。此外，在某些场合中，驱动IC还能够实现肖特基二极管和升压二极管的片内集成，从而减少外部元件的数目。这反过来又降低了设计复杂性，并缩减解决方案的外形尺寸和成本。

对于>100W的LED照明应用来说，Tony表示，LED驱动器电路的选择在很大程度上取决于输入电压范围、LED 串本身的累积电压降、以及足以驱动LED所需的电流。这导致了多种不同的可行LED驱动器拓扑结构，例如：降压型、升压型、降压-升压型和SEPIC型。其中，标准降压型转换器是最简单和最容易实现的方案，升压型和降压-升压型转换器次之，而SEPIC型转换器则最难实现，这是因为它采用了复杂的磁性设计原理，而且需要设计者拥有高程度的开关模式电源设计专长。“无论是何种拓扑结构，Linear都有针对性地提供了一种优化的LED驱动器解决方案。”

TI半导体事业部高性能模拟产品业务拓展经理刘学超强调说，LED TV在节能、环保、高寿命、色域广、易于超薄化等方面所具备的优势是毋庸置疑的。但目前看来，LED作为半导体发光二极管成本仍然较高，和采用CCFL的电视相比，其成本比传统LCD TV高出20%~50%，特别是直下式背光LED，成本远远高于传统LCD TV；另一方面，无论采用直下式或是侧光式技术，各厂商都希望能拥有动态PWM调光，也都需要解决效率和成本的瓶颈。同时，目前LED背光面板方案各不相同，如何使LED驱动适用于不同面板，提高兼容性，也是值得思索的问题。

以TI具有集成智能热控制器的8通道LED驱动器控制器TLC5960为例，刘学超认为，“4组裕量电压监控反馈(HVM)与FET控制器”和“稳健性、全面的系统诊断功能、LED/FET开路与FET短路保护”是该产品最大的优势所在。 此外，TI还有针对LED TV主板电源和背光电源150W LIPS的方案，其拓扑结构包括UCC28051(TM PFC)、UCC25600(LLC 谐振半桥)、UCC28610(待机及系统电源)、TPS40210(DC/DC Boost变换)和TLC5960(8ch LED恒流驱动)，完全能满足待机和工作功耗要求。[!--empirenews.page--]

飞兆(Fairchild)日前也公布了一款专门针对LED TV开发的整体电源和背光照明解决方案FSFR1700L。根据测试结果，相比普通CCFL解决方案所需的180W功率，新方案的功率可以降到110W以下。新设计具有高性能功率因数校正(PFC)、高效DC/DC、电流平衡和系统保护等特性。据称是“当今市场上首个由半导体厂商提供的全合一(all-in-one)(从AC/DC到LED背光照明)解决方案之一，是32至55英寸液晶电视的理想选择。”

作者：邵乐峰

【编辑：Vessel 】