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      基于高壓LED搭建的背光控制電視系統

      作者:朱杉婷,吳哲,朋朝明(深圳創維-RGB電子有限公司,廣東深圳 518000)時間:2022-10-24來源:電子產品世界收藏

      摘?要:本文引入一種應用在系統的新型方案,并對其進行了詳細講述,與傳統方案相 比,新方案無論是在、成本、還是效率方面均有不同程度的優化,值得學習和推廣。

      本文引用地址:http://www.tpagfe.com/article/202210/439505.htm

      關鍵詞;;;

      隨著消費者對液晶電視機畫質要求的不斷提升,Local Dimming()作為提升對比度的主要技術受到了各大電視機廠家的青睞。眾所周知,電視機的分區越多,Local Dimming 的效果越好,動態對比度越高,畫質更佳。而在電視機上引入 Local Dimming 技術,通常都會對電視機背光進行分區處理,幾顆燈一區或者一顆燈一區,主板實時根據圖像信號的亮度算法對每個區域進行亮度分析,將結果以電流值的形式與 SPI 的方式傳輸給背光的每一區,從而達到對背光進行實時亮度調節的目的,表現為亮的區域更亮、暗的地方更暗,從而提高動態對比度。

      1 傳統Local Dimming方案分析

      目前高端 Local Dimming 電視產品均做到了一顆燈一區或者幾燈一區,主流 LED(發光二極管)的驅動電壓為 3.3 V,配套的電源板使用 12 V 輸出給恒流板供電,恒流板通過 BUCK 電路將 12 V 降壓至 3.3 V 給 LED 供電,然后通過恒流芯片進行恒流處理。因采用該種驅動方式的電視分區多,模組亮度指標高,在用戶觀賞方面,電視機顯示清晰醒目,色彩艷麗,畫質極佳,深受消費者的喜愛。但是此種驅動方式由于 LED 使用大電流驅動,各區 LED 的負極到恒流板的路徑較長,因此線損很大,恒流板因為負極線產生的熱而溫度較高,對穩壓二極管等元器件的耐電流能力要求較高,在選型上帶來諸多不便,溫度方面需要通過加散熱片才能滿足要求。整體來說,該系統電源效率低、線損大、低,成本相對較高。

      2 新型 Local Dimming方案

      如何優化 Local Dimming 所存在的如上幾點問題?同時隨著分區越來越多,如何在有限的 PCB 面積上容納更多的元器件?這些都是要去面對的問題。在此,我們引入高壓 LED 的概念,即改變 LED 的電氣特性,將 LED 的電氣規格由 3.3 V、300 mA 改變成 24 V、40 mA 的規格,同時保持其光學特性不變(包括 LED 的發光亮度、發光曲線以及與光學 LENS 的匹配光型)。這樣做的目的在于:使用 24 V 高電壓規格的 LED,恒流板無需進行降壓處理,而是直接通過電源板輸出 24 V 電 壓給 LED 供電并通過恒流 IC 對 LED 進行恒流驅動,即可以讓恒流板省去 12 V 轉 3.3 V 的 BUCK 電路。LED 的驅動電流由 300 mA 降低至 40 mA, 電源板的輸出電流降低至之前的33%,相關元器件均可以降低耐流值規格,選擇性更多,價格也會相應降低。同時整個系統LED的環路線損也僅為之前的13.3%,線損大大降低。恒流板的元器件溫升較之前也有較大改善,可靠性更佳。由于恒流板省去了 BUCK 單元電路,PCB 的空間更加充足,布局、走線更方便,PCB 板可以由之前的四層板改為兩層板,成本更低??傊?,使用 24 V LED 方案會給整個系統帶來諸多方面的優化,如成本、可靠性、效率、恒流板布板面積等等。接下來將對 24 V 高壓 LED 方案進行詳細的講述。

      首先從電源系統框圖上對 3.3 V LED 系統和 24 V LED 系統框圖進行對比,其框圖分別如圖 1 和圖 2 所示。

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      對比框圖可以看出,24 V LED 系統與 3.3 V LED 系統的差異在于電源板的供電輸出和恒流板的恒流模塊。以 65G8210 背光模組為例,背光為 108 區,當有一顆燈一區時,3.3 V LED 系統 LED 需要 3.3 V 供電規格,低電壓需要通過降壓的方式實現,體現在電源系統上為電 源板 12 V 供電,通過 BUCK 電路降壓 至 3.3 V。24 V LED 系統需輸出 24 V 規格,電源可直 接提供 24 V 規格的輸出,無需進行 BUCK 處理。24 V LED 系統較 3.3 V LED 系統的差異在于電源板的輸出規格以及恒流板板有無BUCK電路。

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      3.3 V LED 系統以及 24 V 系統恒流板恒流模塊原理圖對比如圖 4 和圖 5 所示。

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      3.3 V BUCK 降壓模塊選用 TI 公司的 TPS54531 為降壓 IC,該 IC 具有 3.5~28 V 的寬范圍輸入,集成一個低 Rds 的 MOSFET,可以有效減少 BUCK 系統電路的體積。以65G8210為例,恒流板使用 18 個 BUCK單元電路,為 LED 負載供電。

      3.3 V 恒流控制模塊主 IC 使用 Iwatt7025 恒流 IC,該 IC 具有多達 16 路的恒流控制,每路供電電壓可高達 85 V,整個 108 區 恒流板使用 9 顆恒流板 IC。

      其恒流板上實物對比圖如圖 6、圖 7 所示,省去 BUCK 電路后,電路更簡潔,PCB 布板空間更大。

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      3 兩種方案對比

      3.1 可靠性

      系統可靠性,主要包括 LED 的可靠性和電源板、恒流板的可靠性??煽啃赃€主要體現在元器件溫升上,表 1 為兩個系統的溫度對比表,從表中可以看出,24 V LED 系統在電源板和恒流板的元器件溫升上起到了很大的改善作用,即使是溫度降低最少的元器件也有 21 ℃。 對于模組部分,有約 5 ℃ 的改善。系統溫升的降低可以大幅提升整體的可靠性,使電視使用壽命更長。

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      3.2 光學數據

      光學數據方面,使用 3.3 V LED 量產的 65G8210 整機,180 顆燈,108 區,驅動電流 280 mA,整機亮度為 1 011 nits,功率為 271 W。在相同的膜片和結構搭配下,使用 24 V LED,180 顆燈,108 區,驅動電流 40 mA,整機亮度為 1 023 nits,功率為 253.5 W。從亮度數據上看,亮度基本上一致。從兩組數據對比中可以看出,在亮度指標相同的條件下,24 V LED 可以節省 17.5 W 的功率,可見 24 V LED 系統的效率更高。

      3.3 主觀數據

      在主觀視效方面,24 V LED 與 3.3 V LED 視效一樣好,主觀視效基本上一致。具體視效圖如圖 8 和圖 9 所示。


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      4 結語

      以上是基于 24 V LED 搭建的 Local Dimming 電視機系統,相對于傳統的低壓 LED Local Dimming 方案,在系統可靠性、系統成本、視效等方面均有不同程度的 改善。該技術方案屬于國內首例,具有積極的帶動作用,該方案的推出,改變現有區域調光的系統方案,提供更為可靠、低成本的系統。同時該方案的推出將對節能減排做出積極的貢獻,符合國家的綠色環保理念,值得推廣。本方案的順利完成,奠定了 HDR 技術基礎,為后續高端系列產品開發積累了經驗。

      (注:本文轉載自《電子產品世界》雜志2022年10月期)



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