基于 AP3032 芯片的 TFT-LCD 背光调节及驱动电源设计

2020-10-28司佑全李艳生张学文

湖北师范大学学报(自然科学版) 2020年3期

司佑全，李艳生，张学文

(湖北师范大学物理与电子科学学院，湖北黄石 435002)

随着数码产品的飞速发展和迅速普及，显示模块的发展也得到高速发展。LED(Light Emitting Diode)光源材料的逐步开发与深入，LED 发光亮度也经历了由不可见到低亮度、高亮度、甚至超亮度的质的飞跃。 LED 具备发光效率高、耗电省、绿色环保和寿命长等优点，在手机显示屏、平板电脑、液晶显示背光灯等很多方面有着广泛的应用。因此，TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liguid Crystal Display) 液晶显示背光驱动电源的设计也就越来越受关注。它的性能会直接影响到显示效果、显示模块的寿命及电池的待机时间等。TFT-LCD液晶显示背光灯的稳定工作离不开恒定电源驱动。本文采用DC/DC升压转换器 AP3032 芯片设计了一款直流 TFT-LCD 背光灯驱动电源，并且可通过调节PWM信号的占空比，实现背光状态的实时调节，它工作可靠，转换效率高，可以达到节能环保的效果。

1 AP3032驱动芯片简介

AP3032是一种基于电感的DC/DC升压转换器。它仅通过几个外部器件——升压电感, 输入、输出电容、肖特基二极管、反馈电阻来完成对负载WLED的驱动。AP3032芯片内部电路及引脚图如图1、图2所示。

图1 AP3032内部结构图

图2 AP3032芯片引脚图

其输入电压范围为 2.7～9 V，采用恒频1MHz脉宽调制(PWM)控制方案，可以使用微小的外部元件。效率高达81%(UIN=5V，IOUT=80mA)；可驱动多达4排WLED，每排串联7个LED(UIN=5V)；200mV的反馈电压；工作温度范围：-40～85 ℃。AP3032内部设有过输出电压保护，同时包括UVLO、软启动、待机模式、限流和OTSD，以实现电路在空载状态下运行及对电路在过载情况下进行保护[1]。

2 TFT-LCD背光灯驱动电源工作原理

2.1 并联(升压Boost)型变换器电路原理

并联(升压Boost)型DC-DC变换器又称升压变换器(Step Up Converter), 其电路拓扑结构如图3所示。电感L由输入端接入，LC为储能元件，D为续流二极管，功率开关管T与负载并联。因为MOSFET管的饱和压降、穿透电流及开关时间转换均较小，且控制逻辑相对简单，所以功率开关管T一般都采用MOSFET管。

图3 Boost变换器电路原理图

图4 脉宽调制电压调光控制电路

图3中控制电压uG为矩形波，控制功率开关管T的导通与截止。当功率开关管T饱和导通时，由于输入电压Ui的加载，导致电感线圈L中的电流呈线性增加，并储存磁能，二极管D因反偏而截止，此时电容C(已充电)向负载提供电流(RLC≫ton)。当功率开关管T截止时，线圈L的电流不能发生突变，线圈L磁能产生的反电动势UL与电源Ui叠加(故输入侧的电感L亦称为升压电感)向电容C、负载 RL供电。开关管T导通时间越长，线圈L储能越多。故在一定负载电流条件下，输出电压UO随控制电压UG的占空比的变化而变化。因输入电流iL是连续的，由于电容C的充放电作用，负载电流IO也是连续的[2，3]。

2.2 基于PWM的背光调节原理

在日常使用的大多数液晶显示屏中，通常采用白光LED作为显示屏的背光光源[4]。脉宽调制(PWM)的特点在LED的调光控制中得到充分发挥。PWM调光原理就是利用人眼的视觉暂停效应，以一定的频率和占空比可调的方波来控制 LED的通断状态，实现LED的调光作用。LED正向电流在零电流与正常工作电流之间来回切换，通过控制高速开关导通状态，即可循环提供不同占空比的方波信号，实现LED的亮度调节。当方波信号的频率大干100Hz时，人眼看到的将是连续的光源[5]。因LED导通时正向电流大小是恒定的，故LED发出的白光是不会有色差产生的。

2.3 AP3032的典型应用方案

通过控制管脚电平来改变IC启用状态；利用电阻分压器向FB引脚添加恒定的直流电压，可以控制调光。改变FB管脚与直流电压之间的直流电压或电阻，可以获得适当的发光强度，该方法具有输出电压稳定、LED电流稳定的特点。而滤波后的脉宽调制信号可以看作是一个变化的、可调的直流电压。PWM输入以实现调光控制的典型电路如图4所示。

因AP3032是一种基于电感的DC/DC升压转换器，可设计用于驱动多达4排且每排串联7个LED用于背光电路。通过改变PWM的占空比即可改变LED的发光程度，其典型应用如图5 所示。