相对于传统CCFL LCD背光源因高压驱动而存在的色阶差、色纯度低、功耗高、屏幕厚度大等缺点，LED背光源以其功耗低、寿命长、更环保、屏幕厚度小等优点，在民用和军用显示产品中得到了广泛应用。特别是其超强的色彩表现力远远落后于CCFL背光，色彩饱和度达到甚至超过Adobe RGB和NTSC色彩标准的要求，可以达到NTSC比100%以上的平面光源特性，而CCFL背光只能达到NTSC色区的78%。此外，LED的高刷新频率使其在文章中有更好的表现。LED显示屏单元素响应速度是CCFL背光液晶屏的1 000倍，即使在强光下也能照顾到，适应零下40的低温。
随着LED背光源越来越广泛的应用，其驱动电路的良好设计显得尤为重要。对于普通的小型LCD，通常只有几个LED灯就能满足其显示要求，所以对驱动电路的要求也较低。大中型液晶显示器，从010到31002往往需要上百个LED灯，对电路驱动能力的设计要求更高。笔者介绍的基于LT3599 LED背光源的驱动控制电路，可以应用于中大型LCD显示器(也可以应用于小型LCD背光源的驱动)。该电路已经过实验测试和验证，可以满足中大型液晶显示器各种常规背光驱动控制电路的要求。
1t3599简介
LT3599是一款具有真彩色PWM脉冲宽度控制的DC/DC转换器。它的占空比高达3 000:1，由四个LED通道驱动。每个通道可驱动120 mA电流，每个通道的电流可编程控制，独立切换。
可适应3.1 V~30 VDC的宽输入电压范围，输出电压高达44 VDC，开关频率范围为200 kHz~2.1 MHz，同步时钟选择灵活——可连接外部时钟，也可自带同步时钟。
LT3599是一款安全可靠的集成控制芯片，具有过压、欠压、过流、过热、抗大浪涌电流、输出短路或开环保护等完善的保护功能。
2电路的总体设计
整个驱动控制电路的整体框图如图1所示，由多路功率输出模块、LT3599控制模块、FPGA可编程PWM脉宽控制模块和LED灯组模块组成。LT3599内部有升压电路，在FPGA模块的控制下将输入电压转换成LED灯组所需的稳定电流和电压，从而实现亮度和对比度调节，为液晶屏提供稳定均匀的背光。
图1驱动控制电路系统框图
2.1多路功率输出模块的设计
本设计选用日本COSEL公司的CBS502424、CBS502403集成电源模块设计可调稳压电路。外部电源只有一路输入(28VDC)，经过内部整流、滤波、电压转换、稳压后，转换输出给FPGA模块和LT3599控制模块，用于5VDC、3.3 V、24 VDC等多种电压。
2.2 lt 3599控制模块的设计
LT3599有28针封装和32针封装两种，其中32针封装为热控增强型封装。对于高亮和中等尺寸的液晶屏，32引脚的热控增强封装设计电路更加稳定可靠。其典型控制电路如图2所示。
图2 lt 3599的典型应用电路
2.2.1输出LED的驱动电流设计
LT3599有四个LED电流输出通道，每个通道的输出电流在30 ~ 120Ma之间，具体通过设置连接到ISET引脚的电阻RISET的值来控制，该值在11 ~ 11 ~ 44.2k之间。RISET值和LED驱动电流的具体计算方法如下：
LT3599通过PWM脉宽控制改变LED输出的电流值，从而改变LED的亮度，调节LCD的亮度和对比度。PWM脉冲宽度和LED电流之间的关系如图3所示。
图PWM脉宽序列与LED电流的关系
2.2.2开关频率设计
LT3599具有较宽的开关频率范围，从200 kHz到2.1 MHz，由连接到RT引脚的电阻值决定，RT值与开关频率之间的关系如图4所示。
图4开关频率与RT引脚电阻的关系图。
为了设计最合适的电路开关频率，需要综合考虑几个方面：
1)开关频率越高，电感值越小，高频开关损耗越小；
2)对于以低电压驱动多个LED灯的情况，需要将开关频率设置得尽可能低；
3)设计中应考虑总电压和功率的损失。
LT3599的内部同步时钟频率介于240 kHz SYNC 1.5 MHz之间。对于启用LT3599内部同步时钟频率的电路，电路的开关频率应小于LT 3599内部同步频率的20%，否则电路会不稳定。
2.2.3输出LED所需电压的设计
通过设置电阻R10、R11的值来确定LT3599的输出电压，计算公式为：
为了保证电路的长期可靠性和输出效率，输出电压值一般高于LED所需电压的10%。为了减少输出纹波，应在LT3599电压的输出端连接一个4.7 ~ 10 f的电容。
此外，应注意，连接到Vout引脚的肖特基齐纳二极管允许的平均电流应大于LED驱动电流，并且该肖特基齐纳二极管的最大反向电压应大于LT3599的输出电压Vout。
2.2.4保护电路设计
1)过压保护设计：通过FB引脚设计电压反馈回路，实现过压保护功能。FB引脚的基准电压为1.233 V，具体保护电路设计如图5所示。
图5设计带FB引脚的过压保护电路。
2)热保护电路的设计：用VREF和TSET管脚设计热保护电路。
预设了内部极限保护温度LT3599。当LT3599芯片的温度超过这个值时，LT3599输出到LED灯的电流会自动降低，使芯片的温度逐渐降低。LT3599内部将参考电压设置为VREF 1.227V，VREF最大输出电流为100 A a，具体电路设计如图6所示，LT3599内部最大控制节点温度值与电阻R1、R2选取的对应关系如表1所示。
图6带TSET引脚的温度保护电路设计
LT3599芯片中最高节点控制温度与电阻R1、R2的对应关系。
3)欠压保护电路设计：通过引脚设计欠压保护电路。为了避免电路工作在超低电压下造成的不稳定，当该引脚的电压低于1.4 V时，LT3599会自锁.LT3599的关断电压和导通电压分别由公式(3)和公式(4)计算：
当引脚电压低于1.4 V或VIN引脚电压低于2.7 V时，欠压保护将关闭整个LT3599电路，以避免电路工作在不稳定状态。具体电路设计如图7所示。
图7欠压自锁控制电路
4)FPGA模块通过SS引脚设计软启动开关锁定，避免电路从关断或自锁状态恢复正常工作时，受到大的瞬时浪涌电流或过冲电压的影响。当使用软启动恢复工作时，电路的开关频率将自动降低，以保护电路免受大电流损坏。SS引脚设置的软启动锁定只有在VIN 《2.7 V 或《1.4 V 时，LT3599 电路会立即自动全部关断，并通过SS 管脚设置了软启动锁， 防止电路误启动。只有当“VIN》 2.7 V、“1.4 V、PWM”1V和SS“0.25V”四个条件同时满足后才会解锁。此时，内部输出11 A的电流，以控制恢复期间的电流和电压上升率。上升速率与连接到ss引脚的电容Css的容量有关，可通过等式(5)计算，其中Iss的典型值为11 A a.
通过SS引脚设置软启动开关锁定的控制时序图如图8所示。
图8软开关控制启动时序图
2.3 FPGA可编程控制模块设计
FPGA使用高速串行接口通信。与传统的并行接口相比，串行通信可以提供更大的带宽、更远的距离、更低的成本和更高的可扩展性
在设计FPGA对LT3599的控制功能时，要充分利用其内部的灵活性。首先，检测文章驱动板输出到显示屏的文章信号，识别非标准信号。如有必要，标准文章信号在FPGA内部产生。然后对行场同步信号进行数字滤波和时钟锁定，解决长距离传输带来的衰减失真和电磁干扰现象。然后，根据预定曲线调整RGB信号的伽马和对比度。
在文章信号检测期间，输入信号(如HS和VS)的上升沿或下降沿由板上的系统时钟计数。如果在设定时间内检测到的边沿数大于某个极限，则表示有信号输入，否则没有信号输入。该方法输入信号格式范围广，可实现性强。
FPGA在调整Gamma和对比度时，采用的是通过PC查表的方式，即对每一次输入给出一个确切的输出值，这个值是按照一定的算法预先计算好，用C语言程序编程设定，然后将相关数据添加到FPGA工程代码中。通过预设的通信方式，当需要调整时，将需要调整的信息发送给FPGA，FPGA根据设定的电平选择输出不同的值，完成相应的调整功能。
数字滤波采用调整FPGA内部电平的方式，因为HS、VS等信号上出现的异常电磁干扰信号的脉宽一般很窄，而HS、VS、de的脉宽相对较宽。因此，只要能消除异常脉冲，就能保证画面的稳定正常显示。数字滤波解决EMC电磁干扰的时序图如图9所示。
图9数字滤波时序图
2.4 LED灯组
因为LED的亮度是由流过它的电流决定的，所以一方面要考虑整个液晶屏的亮度均匀性，另一方面要减小小的电压波动对LED灯亮度的影响。对于普通的中小尺寸液晶屏，因为背光多为侧光，所以LED灯组可以串并联组合。对于大尺寸液晶屏，背光一般采用直下式。为了提高亮度均匀性，减轻显示器重量，LED灯组还可以采用正三角形阵列布局，可以更好地保护LED灯，提高亮度均匀性。
3结束语
本文介绍的LED背光驱动电路，电路效率达到90%以上。电路设计中所有相关参数均可精确计算和控制，电路保护措施完备，控制效果好，抗干扰能力强，可根据所需背光亮度和屏幕尺寸灵活组合。通过实验和使用测试，证明它是一种理想的驱动控制电路。
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