司佑全，李艷生，張學(xué)文

(湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

隨著數(shù)碼產(chǎn)品的飛速發(fā)展和迅速普及，顯示模塊的發(fā)展也得到高速發(fā)展。LED(Light Emitting Diode)光源材料的逐步開發(fā)與深入，LED 發(fā)光亮度也經(jīng)歷了由不可見到低亮度、高亮度、甚至超亮度的質(zhì)的飛躍。 LED 具備發(fā)光效率高、耗電省、綠色環(huán)保和壽命長等優(yōu)點，在手機(jī)顯示屏、平板電腦、液晶顯示背光燈等很多方面有著廣泛的應(yīng)用。因此，TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liguid Crystal Display) 液晶顯示背光驅(qū)動電源的設(shè)計也就越來越受關(guān)注。它的性能會直接影響到顯示效果、顯示模塊的壽命及電池的待機(jī)時間等。TFT-LCD液晶顯示背光燈的穩(wěn)定工作離不開恒定電源驅(qū)動。本文采用DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 AP3032 芯片設(shè)計了一款直流 TFT-LCD 背光燈驅(qū)動電源，并且可通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，實現(xiàn)背光狀態(tài)的實時調(diào)節(jié)，它工作可靠，轉(zhuǎn)換效率高，可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

1 AP3032驅(qū)動芯片簡介

AP3032是一種基于電感的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。它僅通過幾個外部器件——升壓電感, 輸入、 輸出電容、肖特基二極管、反饋電阻來完成對負(fù)載WLED的驅(qū)動。AP3032芯片內(nèi)部電路及引腳圖如圖1、圖2所示。

圖1 AP3032內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖2 AP3032芯片引腳圖

其輸入電壓范圍為 2.7～9 V，采用恒頻1MHz脈寬調(diào)制(PWM)控制方案，可以使用微小的外部元件。效率高達(dá)81%(UIN=5V，IOUT=80mA)；可驅(qū)動多達(dá)4排WLED，每排串聯(lián)7個LED(UIN=5V)；200mV的反饋電壓；工作溫度范圍：-40～85 ℃。AP3032內(nèi)部設(shè)有過輸出電壓保護(hù)，同時包括UVLO、軟啟動、待機(jī)模式、限流和OTSD，以實現(xiàn)電路在空載狀態(tài)下運行及對電路在過載情況下進(jìn)行保護(hù)[1]。

2 TFT-LCD背光燈驅(qū)動電源工作原理

2.1 并聯(lián)(升壓Boost)型變換器電路原理

并聯(lián)(升壓Boost)型DC-DC變換器又稱升壓變換器(Step Up Converter), 其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。電感L由輸入端接入，LC為儲能元件，D為續(xù)流二極管，功率開關(guān)管T與負(fù)載并聯(lián)。因為MOSFET管的飽和壓降、穿透電流及開關(guān)時間轉(zhuǎn)換均較小，且控制邏輯相對簡單，所以功率開關(guān)管T一般都采用MOSFET管。

圖3 Boost變換器電路原理圖

圖4 脈寬調(diào)制電壓調(diào)光控制電路

圖3中控制電壓uG為矩形波，控制功率開關(guān)管T的導(dǎo)通與截止。當(dāng)功率開關(guān)管T飽和導(dǎo)通時，由于輸入電壓Ui的加載，導(dǎo)致電感線圈L中的電流呈線性增加，并儲存磁能，二極管D因反偏而截止，此時電容C(已充電)向負(fù)載提供電流(RLC?ton)。當(dāng)功率開關(guān)管T截止時，線圈L的電流不能發(fā)生突變，線圈L磁能產(chǎn)生的反電動勢UL與電源Ui疊加(故輸入側(cè)的電感L亦稱為升壓電感)向電容C、負(fù)載 RL供電。開關(guān)管T導(dǎo)通時間越長，線圈L儲能越多。故在一定負(fù)載電流條件下，輸出電壓UO隨控制電壓UG的占空比的變化而變化。因輸入電流iL是連續(xù)的，由于電容C的充放電作用，負(fù)載電流IO也是連續(xù)的[2，3]。

2.2 基于PWM的背光調(diào)節(jié)原理

在日常使用的大多數(shù)液晶顯示屏中，通常采用白光LED作為顯示屏的背光光源[4]。脈寬調(diào)制(PWM)的特點在LED的調(diào)光控制中得到充分發(fā)揮。PWM調(diào)光原理就是利用人眼的視覺暫停效應(yīng)，以一定的頻率和占空比可調(diào)的方波來控制 LED的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)LED的調(diào)光作用。LED正向電流在零電流與正常工作電流之間來回切換，通過控制高速開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)，即可循環(huán)提供不同占空比的方波信號，實現(xiàn)LED的亮度調(diào)節(jié)。當(dāng)方波信號的頻率大干100Hz時，人眼看到的將是連續(xù)的光源[5]。因LED導(dǎo)通時正向電流大小是恒定的，故LED發(fā)出的白光是不會有色差產(chǎn)生的。

2.3 AP3032的典型應(yīng)用方案

通過控制管腳電平來改變IC啟用狀態(tài)；利用電阻分壓器向FB引腳添加恒定的直流電壓，可以控制調(diào)光。改變FB管腳與直流電壓之間的直流電壓或電阻，可以獲得適當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度，該方法具有輸出電壓穩(wěn)定、LED電流穩(wěn)定的特點。而濾波后的脈寬調(diào)制信號可以看作是一個變化的、可調(diào)的直流電壓。PWM輸入以實現(xiàn)調(diào)光控制的典型電路如圖4所示。

因AP3032是一種基于電感的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，可設(shè)計用于驅(qū)動多達(dá)4排且每排串聯(lián)7個LED用于背光電路。通過改變PWM的占空比即可改變LED的發(fā)光程度，其典型應(yīng)用如圖5 所示。

圖5 AP3032典型應(yīng)用電路

3 結(jié)論

本文選用DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 AP3032芯片，采用升壓型結(jié)構(gòu) Boost 變換器電路成功設(shè)計了一款小體積 TFT-LCD 背光燈驅(qū)動電源，給出了背光調(diào)節(jié)的實現(xiàn)方法。經(jīng)實際使用，其工作可靠，轉(zhuǎn)換效率高，且具有良好的穩(wěn)定性和通用性。