液晶显示器的LED背光驱动控制设计方案

　　本文介绍了一种液晶显示器的LED 背光驱动控制设计方案，对电路的整体控制、各项功能的实现、各性能参数的详细计算方法以及电路的具体设计等一一进行了阐述，并给出了相关的控制框图和时序图，配合灵活的FPGA 的软件编程以及恰当的LED 灯组布局，可以实现良好的LED 背光驱动控制。

　　相对传统的CCFL 液晶显示器背光源存在色阶差、色纯度低、需高压驱动导致功耗大、屏厚度大等缺点而言，LED 背光源以其功耗低、寿命长、更环保、屏厚度低等优点在民用和军用显示产品上得到更多应用。尤其是它超强的色彩表现力更是CCFL 背光源远不及的， 其色彩饱和度达到甚至超过Adobe RGB 和NTSC 色彩标准要求， 可以达到NTSC ratio100%以上平面光源特性， 而CCFL 背光只能实现NTSC 色彩区域的78%。另外，LED 的高刷新频率使其在视频方面有更好的性能表现，LED 显示屏的单个元素反应速度是CCFL 背光液晶屏的1 000 倍，即使是在强光下也可以照看不误，并且适应零下40 ℃的低温。

　　随着LED 背光源越来越广泛地应用，其驱动电路的良好设计也就显得格外重要。对于普通的小型液晶显示器而言，通常只要几个LED 灯便可满足其显示要求，因此对驱动电路的要求也较低。对于中大型液晶显示器而言，常需要几十、上百个的LED 灯，对电路驱动能力的设计要求就更高。笔者介绍的基于LT3599 LED 背光源驱动控制电路， 可以适用于中大型液晶显示器(同样也可适用于小型液晶屏背光源的驱动)。此电路经测试和试验验证，能满足各种常规中大型液晶显示器的背光驱动控制电路的要求。

　　1 LT3599 简介

　　LT3599 是一款真彩色PWM 脉宽调控的DC/DC 转换器，它的占空比高达3 000:1， 带有4 路LED 驱动， 每路可驱动120 mA 电流，且每路的电流大小均可编程控制和独立开关。

　　它能适应3.1 V～30 VDC 的宽输入电压范围， 输出电压高达44 VDC，开关频率范围为200 kHz～2.1 MHz，同步时钟的选择灵活———即可接外部时钟也可用自带同步时钟。

　　LT3599 带过压、欠压、过流、过热、抗较大浪涌电流、输出短路或开环保护等完善的保护功能，是一款安全可靠的集成控制芯片。

　　2 电路的总体设计

　　整个驱动控制电路的整体构成框图如图1 所示，由多路电源输出模块、LT3599 控制模块、FPGA 可编程PWM 脉宽控制模块、LED 灯组模块组成。LT3599 内部是升压电路， 将输入的电压在FPGA 模块的控制下转换成LED 灯组所需的稳定电流和电压，从而实现亮度、对比度调节，提供给液晶屏稳定均匀的背光源。

　　图1 驱动控制电路系统框图

　　2.1 多路电源输出模块的设计

　　设计时选用了日本COSEL 公司的CBS502424、CBS502403集成电源块，设计成可调稳压电路。外部电源只有一路(+28VDC)输入，经内部的整流、滤波、电压转换和稳压处理后，转换输出给FPGA 模块以及LT3599 控制模块所需要的+5VDC、+3.3 V 和+24 VDC 等多路电压。

　　2.2 LT3599 控制模块的设计

　　LT3599 有2 种封装：28 个管脚的封装和32 个管脚的封装，其中32 个管脚的封装是热控增强型封装，对于高亮及中大型液晶屏来说， 选择32 个管脚的热控增强型封装设计电路更稳定可靠。其典型控制电路如图2 所示。

　　图2 LT3599 典型应用电路

　　2.2.1 输出LED 驱动电流大小的设计

　　#pLT3599 有4 路#e#LT3599 有4 路LED 电流输出通道， 每路输出的电流大小在30～120 mA 之间， 具体通过设置ISET管脚所接电阻RISET值大小来控制， 此RISET电阻值范围在11～44.2 kΩ 之间，RISET值与LED 驱动电流大小的具体计算方法为：

　　LT3599 通过PWM 脉宽调控来改变其输出给的LED 电流值大小，从而改变LED 的亮度，实现对液晶显示器亮度和对比度的调节。PWM 脉宽与LED 电流的关系曲线图如图3所示。

　　图3 PWM 脉宽时序与LED 电流关系图

　　2.2.2 开关频率的设计

　　LT3599 有很宽的工作开关频率，在200 kHz～2.1 MHz之间，具体由管脚RT所接电阻值的大小来决定，RT值与开关频率大小的关系图如图4 所示。

　　图4 开关频率与管脚RT所接电阻值关系曲线图

　　要想设计出最适合的电路开关频率，需综合考虑几个方面：

　　1)开关频率越高则电感值越小，高频开关损耗也就越小;

　　2)对于低压驱动多个LED 灯的情况，需尽量设置低的开关频率;

　　3)设计时需考虑总电压功率的损耗。

　　4)LT3599 内部的同步时钟频率在240 kHz～1.5 MHz 之间，对于启用了LT3599 内部SYNC 同步时钟频率的电路，电路的开关频率设计时需低于LT3599 内部同步频率的20%，否则会导致电路工作不稳定。

　　2.2.3 输出LED 所需电压的设计

　　LT3599 输出电压的大小通过设置电阻R10、R11的值来确定，计算公式为：

　　为了确保电路长期使用的可靠性和输出效率，设计时输出电压值一般要高于LED 所需电压的10%。为了减少输出纹波， 在LT3599 电压输出端需还接一个4.7～10 μF 的电容。

　　另外需注意，Vout 管脚处所接肖特基稳压管允许通过的平均电流需大于LED 驱动电流，此肖特基稳压管的最大反向电压还需大于LT3599 输出电压Vout。

　　2.2.4 保护电路的设计

　　1)过压保护的设计：通过FB 管脚设计电压反馈环路从而实现过压保护功能。FB 脚参考电压为1.233 V， 具体的保护电路设计如图5 所示。

　　图5 用FB 管脚设计过压保护电路

　　2)热保护电路的设计：用VREF、TSET管脚设计热保护电路。