Светодиодная подсветка ЖК-дисплеев. КМОП-микросхема регулятора напряжения
При замене неэффективной CCFL-подсветки светодиодной необходим надежный источник питания по постоянному току. В ЖКИ телевизоров при замене CCFL для получения белой подсветки используется располагаемая позади ЖК-экрана панель, состоящая из "строк" красных, зеленых и синих последовательно соединенных светодиодов. Строка может содержать 20 или более светодиодов. Для получения зон белого свечения требуется достаточно большое число строк, чередующихся в последовательности "красная–зеленая–синяя". При этом число строк зависит от диагонали экрана (рис.1). Комбинация строк светодиодов создает спектр, который перекрывает 98% спектра стандарта NTSC. При этом светодиодная подсветка обеспечивает более однородный спектр, чем подсветка на CCFL. Кроме того, цветовой баланс можно изменять в широком диапазоне.
Напряжение питания строк, состоящих из 20 зеленых и синих светодиодов, составляет 60 В по постоянному току, так как при постоянном токе 30 мА напряжение питания одного светодиода равно 3,2 В. Напряжение питания "красной" строки – 40 В, так как при токе 30 мА рабочее напряжение светодиода равно 2 В. Типичная вольт-амперная характеристика источника питания светодиодной подсветки приведена на рис.2.
Очевидно, для выполнения этих требований необходим DC-DC-преобразователь мощностью 20–30 Вт.
Источники питания цветовых каналов ЖКИ
В источнике питания ЖКИ необходимо обеспечить увеличение входного напряжения до значения выходного напряжения, требуемого для питания светодиодных строк. При этом источник питания должен иметь высокий КПД и малую погрешность. Необходимы драйверы, позволяющие удовлетворить требования к напряжению и току различных строк. К тому же источник питания должен быть достаточно дешевым и обеспечить применение минимального числа внешних компонентов.
Для решения этих задач компанией Power Integrations разработаны КМОП-микросхемы регулировки тока импульсного источника питания семейства DPA-Switch. Входное напряжение микросхем составляет 16–75 В. Они содержат мощный МОП-транзистор, схемы возбуждения светодиодов и управления их питанием, что упрощает разработку источника питания, позволяет сократить число требуемых внешних компонентов и тем самым уменьшить его габариты. Кроме того, в микросхему входят устройства контроля напряжения, тока и температуры. Специальные средства отладки существенно упрощают и ускоряют процесс разработки импульсного источника питания на базе микросхем семейства. Микросхемы работают на частоте 400 кГц, благодаря чему можно уменьшить размеры дросселя и конденсатора фильтра.
Источник питания на базе микросхемы DPA-Switch выполняется по топологии незамкнутого повышающего DC-DC-преобразователя с индуктивной связью (рис.3). Стандартный повышающий преобразователь формируют индуктивность L1, диод D1 и микросхема семейства DPA-Switch U1. Микросхема U1 DPA424G семейства DPA-Switch контролирует напряжение с помощью транзистора Q2, который подает сигнал обратной связи на соответствующий вывод микросхемы. При включении входное напряжение по постоянному току возрастает (до 60 В), и стабилитроны VR1 и VR2 задают напряжение базы транзистора Q2, которое определяет ток коллектора транзистора, или ток цепи обратной связи. Входной ток вызывает падение напряжения на резисторах R3 и R4. Это напряжение через цепочку R2, С4 подается на базу транзистора Q2. Тем самым при снижении выходного напряжения до менее 60 В (стабилитроны VR1 и VR2 отключаются) обеспечивается обратную связь. Конденсаторы С3, C2, C6 и резистор R1 обеспечивают стабильность обратной связи. В результате поддерживается как постоянное выходное напряжение (с помощью стабилитронов VR1 и VR2), так и постоянный ток (резисторы R3, R4).
Источник питания преобразует входное напряжение 24 В в выходной сигнал с напряжением 40 В и током 500 мА. Его КПД превышает 90% (рис.4).
Перевод с английского Г.Бандура