一种电视新型背光调光方式及应用 胡向峰 盘桥富 杨文祥摘要：目前LED液晶电视大多采用传统的PWM调光技术，模组背光灯条以设定的频率亮灭变化，引起频闪现象，长期观看会引起眼睛干涩、不适等症状也有部分电视为了解决频闪问题采用传统的模拟调光技术，使得模组灯条的调节范围有限，很难实现全范围调光，同时，由于模拟调光技术会引起高亮电视画面和低亮电视画面的色温差异，因此为了解决LED电视收看时不出现闪烁，有效保护眼睛，获得舒适的观看体验，同时，为了解决模拟调光限制和亮暗画面的色温偏差，特提出一种新型模拟调光和PWM调光相结合的互补式调光技术（简称APC调光技术），彻底解决了模拟调光或PWM调光技术各自的缺陷，成为TV行业或其他显示行业全新的一种背光调节技术关键词：模拟调光;PWM调光;APC调光技术0引言目前，LED TV及其他显示类设备的模组背光主要采用两种调光方式：模拟调光（analog dimming）和脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）[1]模拟调光因调光范围较窄（一般为10%～100%），模拟调光技术不能满足显示设备从亮到暗的全范围调光，此外，随着LED电视使用的模组灯条电流不断增大，在最暗状态时，模组背光调节灯条电流较大，导致LED电视屏幕依然较亮，因此在LEDTV中较少使用。
PWM调光技术是目前行业内普遍采用的调光方式，广泛应用于各类LED显示设备通过调节PWM占空比，调节范围较宽（一般为1%～100%），能够实现LED电视背光由暗到亮控制的全范围调节，但是，PWM调光时模组灯条按照调光频率周期性的出现“亮-灭-亮-灭”交替变化，导致频闪现象发生，电视或其他显示设备的屏幕闪烁会迫使人眼“眼睫肌”处于紧张的快速张合状态，加快疲劳速度，久而久之，会对眼睛造成伤害因此，本文提出了一种新型调光方式“模拟-PWM互补式”调光技术（analog-PWM complementary dimmingtechnology），简称APC调光技术1传统调光技术方案在LEDTV行业，大多采用PWM调光技术，在显示器行业，大多采用模拟调光技术，也称直流调光技术（DC调光），不管采用何种调光方式，其恒流系统原理框图基本一致，如图1所示Unit1是电源系统（PSU），为主板系统和恒流系统供电，同时，经过电压变换电路为模组灯条供电Unit2是主板系统（mainboard），为恒流控制系统提供使能信号（ENA）和调光信号（ADJ），其中，ENA用于开启恒流驱动器，ADJ为调光信号Unit3是恒流控制器（LEDdriver），用于实现模组灯条恒流控制。
其中，Q1为调光MOS，既可以是恒流控制器的内置MOS，也可根据设计需要，采用外置MOS匹配注：上图中的PWM信号和电流信号不代表背光从0～100%的实际变化1）模拟调光从图1中可以看出，自主板系统发出ADJ信号，送至恒流系统的ADIM脚，此时，PWM脚被屏蔽，模组灯条中的电流波形如图2（a）所示从中可见，当主板SoC发出ADJ脉冲调光信号，经恒流系统转换为模拟调光信号当调光占空比恒定时，灯条电流为恒定的直流波形;当TV菜单中的背光调节从0～100%变化时，ADJ的占空比随之增大，对应的灯条电流值亦随之增加，整机从暗逐渐变亮[2]需要说明的是，由于模拟调光的调节范围有限（调光比较小），当背光调至0时，屏幕依然较亮例如，以OZ9902D为例（调光比为3：1），灯条电流为800mA（100%占空比），则当背光调至0时，灯条电流值为：Iav=×Ipk33.3=3×%800=33.33%266.6mA从上述计算结果可以看出，当系统调制最暗时，灯条电流仍有266.6mA，液晶屏幕依然较亮，不能满足从暗到亮（或从亮到暗）的全范围变化要求，因此，在实际TV设计中较少使用2）PWM调光根据图1，自主板系统发出ADJ信号，送至恒流系统的PWM脚，此时，ADIM脚被屏蔽，模组灯条中的电流波形如图2（b）所示。
从图中可以看出，当主板SoC发出ADJ脉冲调光信号，送至恒流系统，当调光占空比恒定时，灯条电流为相同频率的脉冲电流;当TV菜单中的背光调节从0～100%变化时，ADJ的占空比随之增大，对应的灯条电流波形占空比值亦随之增大，整机从暗逐渐变亮由于PWM脉冲变化范围较宽，一般恒流方案可满足1%～100%的变化范围，因此，当背光调至0时，主板SoC软件可调至1%的占空比，同样以灯条电流为800mA（100%占空比）为例，灯条电流最小值为：I=I×1%=800×1%=8mAavpk因此，当系统调至最暗时，灯条电流只有8mA，液晶屏幕实现从暗到亮（或从亮到暗）的全范围变化要求，可在实际应用中广泛使用但是，在PWM控制方式下，灯条电流“亮-灭-亮-灭”交替变化，导致频闪现象，同时，电源始终工作的动态负载情况下，系统的EMI效果较差2APC调光技术APC调光技术是针对目前传统的模拟调光和PWM调光各自存在的問题提出的一种结合两者优势的新调光方式APC调光技术有3个关键技术点：互补调光控制技术，低亮高频调光技术，互补分界点可调技术注：上图中的PWM信号和电流信号不代表背光从0～100%的实际变化1）互补调光控制技术如图3（a）所示，当主板系统发出ADJ调光脉冲信号（即PWM调光信号）送至恒流控制器后，恒流控制器接收外部背光从0～100%变化，对应调光信号占空比在a点由PWM调光段（part1）转至模拟调光段（part2），对应灯条电流变化亦由PWM电流波形转至直流，此后到最大占空比（对应背光为100%）的过程中，灯条电流均为DC调光电流，实现互补调光，从而实现了全范围调光。
2）低亮高频调光技术APC调光技术另一个特点是：在低亮段（背光从0～a范围内），PWM调光频率（part1）经倍频电路转化为20kHz以上调光频率，原因为：1在PWM调光段内，消除电视画面的频闪问题;2根据人耳能听到声音频率范围20Hz～20kHz，该调光方式可消除了低亮段调光时电路的噪声问题3）互补分界点可调技术由于LED电视尺寸大小及模组灯条电流大小不同，根据实际画质调试需要，为了弥补低亮度色温偏差问题，设置了互补分界点比较电路，可根据实际需要灵活调节模拟调光和PWM调光的分界点，以满足画质调节的需要通过以上分析可以看出，APC调光技术既避开了模拟调光和PWM调光各自的缺点，又充分体现了模拟调光和PWM调光各自的优点表1从理论和实验结果分别对比了模拟调光、PWM调光及APC调光3种方式的优缺点，可做设计参考3结束语本文详细介绍了传统调光技术的原理和存在的问题，提出了一种全新的模拟-PWM互补式调光技术（APC调光技术），详细介绍了APC调光技术的3种关键技术，即互补调光控制技术、低亮高频调光技术和互补分界点可调技术;对APC互补式调光技术做了明确定义;还从理论上和实验结果对3种调光技术做了对比分析。
从中可以看出，APC互补式调光技术避开了模拟调光技术和PWM调光技术的缺点，结合了两者的优点，将成为显示行业一种新的调光技术，为调光技术大家庭中增添了新的一员，具有很大的实用价值和广泛的应用前景Reference：[1]WINDER S.LED驱动电路设计[M].谢运祥，王晓刚，译.北京：人民邮电出版社，2009.[2]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2004.电子产品世界2021年12期电子产品世界的其它文章水下环形组网网络中时延测量及调整策略基于MAX1452的电涡流传感器设计基于机器视觉的钢轨表面损伤检测研究消防灭火机器人控制系统的设计与研究基于供电可靠性的配电网规划许居衍院士:下一波芯片技术的创新前瞻 -全文完-。