摘?要：本文引入一種應用在局部背光調節(jié)系統的新型高壓LED方案，并對其進行了詳細講述，與傳統方案相 比，新方案無論是在可靠性、成本、還是效率方面均有不同程度的優(yōu)化，值得學習和推廣。

關鍵詞：局部背光調節(jié)；高壓LED；BUCK 橫流模塊；可靠性

隨著消費者對液晶電視機畫質要求的不斷提升，Local Dimming（局部背光調節(jié)）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(qū)越多，Local Dimming 的效果越好，動態(tài)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(qū)處理，幾顆燈一區(qū)或者一顆燈一區(qū)，主板實時根據圖像信號的亮度算法對每個區(qū)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(qū)，從而達到對背光進行實時亮度調節(jié)的目的，表現為亮的區(qū)域更亮、暗的地方更暗，從而提高動態(tài)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(qū)或者幾燈一區(qū)，主流 LED（發(fā)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(qū)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(qū) 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(wěn)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、可靠性低，成本相對較高。

2 新型高壓LED Local Dimming方案

如何優(yōu)化 Local Dimming 所存在的如上幾點問題？同時隨著分區(qū)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(guī)格由 3.3 V、300 mA 改變成 24 V、40 mA 的規(guī)格，同時保持其光學特性不變（包括 LED 的發(fā)光亮度、發(fā)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(guī)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(guī)格，選擇性更多，價格也會相應降低。同時整個系統LED的環(huán)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。總之，使用 24 V LED 方案會給整個系統帶來諸多方面的優(yōu)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。

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(qū)，當有一顆燈一區(qū)時，3.3 V LED 系統 LED 需要 3.3 V 供電規(guī)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(guī)格，電源可直 接提供 24 V 規(guī)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(guī)格以及恒流板板有無BUCK電路。

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。

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(qū) 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。

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。

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(qū)，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(qū)，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(jié)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。

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(qū)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(jié)能減排做出積極的貢獻，符合國家的綠色環(huán)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(xù)高端系列產品開發(fā)積累了經驗。

(注：本文轉載自《電子產品世界》雜志2022年10月期)