背光应用实例简介

在越来越多的新兴需求和绿色节能趋势推动下，能够提升电源能效的电源和电源管理技术的应用将快速增长，背光就是一种典型的应用需求。虽然目前液晶电视的背光源仍以传统冷阴极荧光灯(CCFL)为主，但随着全球节能环保意识的日益增强，新型发光二极管(LED)背光源已广受关注，成为CCFL的有力竞争者。在便携式应用方面，液晶背光LED驱动方案更需要满足高能效、延长电池使用时间、减小印制电路板面积等要求。本文将结合安森美半导体的解决方案探讨背光市场和应用的特点及需求。

背光应用的需求和挑战

LED具有高色彩饱和度、环保耐用等优点，已在各种中小尺寸LCD面板中大量应用，目前正逐步向笔记本电脑、液晶电视等大中型LCD背光源市场渗透。2009年液晶电视采用LED背光的比例仅为3%，在未来三四年内，将可迅速攀升至40%至50%，为开发LED驱动器方案的厂商带来了巨大商机。

与CCFL相比，LED背光源的色彩表现更具优势。LED采用5 V～24 V低压驱动，非常安全，驱动电路设计较为简单，也非常节电。LED不使用对环境有害的汞，也就不存在汞泄漏等问题。LED技术也面临着一些挑战，如发光效率较低、成本高、价格昂贵。随着LCD背光向多种LED技术转移，设计工程师还要应对电源管理、热管理和色彩管理等新的挑战。

目前，汽车电子、移动设备、LCD背光、可寻址标志及通用照明等都是LED技术的潜在应用领域，其中LCD背光将成为LED技术的下一个主战场。

此外，电池供电的便携式应用功能越来越多，尺寸也越来越小巧，使得这些设备的功率需求也越来越高。采用低功率LED驱动器更有助于节省功耗，延长电池寿命，给消费者带来更好的使用体验。

安森美半导体的多样化背光解决方案

1. 中大尺寸液晶电视LED背光方案

LED背光液晶电视主要有侧光式和背光式两种方案，其电源管理的重要要求就是提高能效;另外，由于LED背光液晶电视以超薄外型为重要卖点，其电源管理方案更要以低高度来配合纤薄设计，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。

(1)侧光式方案：安森美半导体的高性价比多通道线性LED侧光式方案在半桥转换段采用NCP1397初级侧控制器和500 V高压MOSFET NDF05N50，以及6通道线性LED驱动器CAT4026。CAT4026是用于大尺寸侧光式LED背光液晶电视的高性价比多通道线性LED驱动器，可以单颗IC支持6个通道，易于分级为多达12个或18个通道(相应采用2个或3个控制器)，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实现更好的散热。

该方案由LED背光转换器(NCP1397等)和LED控制器(CAT4026等)组成(见图1)，支持低高度LED背光液晶电视设计，电路板上高度低于8 mm，总高度低于12.5 mm，还可以优化处理宽范围调光、散热、故障保护等，使电源设计挑战迎刃而解。

图1：大屏幕LED背光液晶电视侧光式方案(黄色背景部分)

(2)直下式方案：除了侧光式方案，安森美半导体还提供基于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，能够灵活调节集成电路的工作，以符合系统级要求。另外，内部1.25 V参考电压可以对输出电压精密稳压，用于低压应用。该器件具有预防电气故障的保护特性，如欠压锁定和断续(hiccup)电流限制，在发生故障时可提供系统级安全性。其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。

安森美半导体还为LED背光液晶电视提供了更多一站式方案，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。

2. 便携式设备LED背光方案

对便携式电子设备设计人员来说，高效能和小尺寸通常是最优先考虑的因素。安森美半导体推出了各种为便携式设备优化的LED背光方案，如用于扣式电池供电设备的低功率LED背光驱动器，以及用于手机和数码相机等的LED背光驱动器，以配合客户在获得小尺寸设计的同时延长电池使用时间，推出符合用户需求的创新产品。

(1)钮扣式电池供电设备LED背光驱动器：越来越多的创新型便携设备采用了钮扣式电池，如血糖仪、数字体温计、血氧计、呼吸分析仪和生理监测仪等。由于这种电池的独特特性以及需要长工作寿命，这些紧凑型应用需要定制的LED驱动器，不仅要管理背光，还要监测电池电量。

这类应用可采用安森美半导体新的CAT3661单LED驱动器，图3是其应用电路图。该器件采用安森美半导体专利的四模(Quad Mode)电荷泵架构，能效高达92%，静态电流低至150 μA，提供可调节的低电池电量检测、强固的LED故障监测、软启动和短路限制等功能，采用低高度3 x 3 mm TQFN-16封装，非常适合这类应用。

图3：为钮扣式电池供电设备优化的CAT3661 LED驱动器应用电路图