似乎毫無疑問，采用LED背光的液晶技術是達到官方所倡議能效目標的唯一可行途徑。等離子電視技術存在以下缺點：每個像素都是有源的光發(fā)射器發(fā)光體，電視屏幕的像素數(shù)量直接決定了電視機的耗電量。在屏幕分辨率和亮度相同的情況下，高清等離子電視的耗電量是液晶電視的2倍~3倍。

根據(jù)近期報道，之前備受推崇的OLED(有機發(fā)光二極管)技術難以快速推廣。因為這種大屏幕電視尖端技術需要巨額投資。不過，如果大型顯示面板采用目前最先進TFT-LCD技術以及帶局部調光的“智能”直接LED背光，則成本遠低于OLED，而功耗與圖像質量毫不遜色。目前生產的LCD電視(即使是采用了LED背光)仍然難以達到未來幾年設定的節(jié)能要求。然而，LED驅動器電路的設計新技術有望大幅降低功耗，使電視機生產商滿足嚴苛的功耗要求。

電視機功耗標準不斷提高

電視機標準(如能源之星)于2008年開始制定，之后標準當中規(guī)定的電視機耗電量逐年遞減。當前標準規(guī)定，現(xiàn)在任何尺寸屏幕的最大功耗為85W。這個標準給大屏幕電視的設計帶來了更大的挑戰(zhàn)。

能源之星是一項針對高能效消費產品的國際標準，具有很大的影響力。生產商可以自行決定是否遵從該標準。此外，類似的標準還有很多。例如，美國加利福尼亞州能源委員會就自行制定了一套功耗標準，并于2011年開始生效。加利福尼亞州能源委員會制定的這套能耗標準比能源之星的標準還要嚴格，該標準規(guī)定：不符合能耗標準的產品禁止在加利福尼亞州銷售。

在歐洲，多年來規(guī)定已經允許對白色家電的功耗做直接比較(歐盟功耗標簽)，消費者可以用它作為購買決策的依據(jù)。這些規(guī)定現(xiàn)在已成為電視、汽車和家用電器的強制標準。

LED背光

在LCD電視的總耗電量中，LED背光組件的耗電量占其中的30%~70%。因此，要降低整臺電視機的耗電量，首先要設法降低LED背光組件的耗電量。有時候，只要稍微提高某些組件的運行效率，設備的總能耗就會大幅降低，這種情況在電源系統(tǒng)設計領域極為常見。

實現(xiàn)LED背光的方式有兩種(如圖1所示)：間接式背光和直下式背光。如果使用間接背光技術(也稱為側光式背光)，LED排列在屏幕的邊沿。一個光導將光源均勻地分配到整個屏幕。這種結構對60英寸以內的屏幕有良好的光照一致性，能夠實現(xiàn)厚度僅為5mm~10mm的背光單元。

圖1: LED背光在LCD電視中可以通過兩種方式實現(xiàn)：間接式背光(也稱為側光式背光，如圖a所示)和直下式背光(如圖b所示)。

如果使用直下式背光技術，LED則直接排列在LCD屏幕后方，這種方式不僅耗電少易散熱，而且還具有很好的擴展性，尤其是對屏幕尺寸沒有限制。與側光式背光相比，直下式背光技術的LCD屏幕一般更厚一些。但隨著光分布技術的進步，現(xiàn)在有些屏幕厚度已經降至8mm。直下式背光的一個突出優(yōu)勢是可以實現(xiàn)完美的局部調光。局部調光既可以降低電視耗電量也可以提高動態(tài)對比度，從而使最新的電視設計能與OLED電視相媲美。

系統(tǒng)架構

對一個LED背光驅動系統(tǒng)架構的選擇能夠最大程度地節(jié)約能耗，大大提高圖像質量。設計人員要在LED串的局部控制與最小材料清單(BOM)之間找到一個最佳平衡點。

在一個單串、單DC/DC轉換器的背光系統(tǒng)中，開關電源(SMPS)為排列成串的背光LED提供電源。一個電流阱用于調節(jié)通過LED串的電流。為了盡量降低耗電量，ILED阱的電壓必須略微高于所需電壓，以保證LED獲得其規(guī)定的電流(如圖2所示)。

圖2: 為了盡量降低單串、單DC/DC變換器背光系統(tǒng)的功耗，ILED阱的電壓必須略高于所需電壓，以保證LED獲得規(guī)定的電流。

為了達到上述要求，通常需要在ILED宿和SMPS之間布一個反饋電路對SMPS輸出的電壓進行調節(jié)。這個反饋電路必須能夠承受LED之間正向電壓(VF)的波動。一般情況下，流向白光LED的額定正向電壓約為3.2V，浮動范圍為±200mV。因此，如果一串LED串中含有10個LED，該LED串的總額定電壓(VLED總量)則為30V~40V。

DC/DC轉換器的所需電壓可以表示為：VDC-DC=VLED+VSINK，其中VLED=n×VF (LED)。假設VSINK為0.5V，則ILED阱需將VDC-DC的范圍調節(jié)在30.5V~34.5V之內，具體取決于實際的LED正向電壓。

單串LED一般都不適合，因為隨著串內LED數(shù)量增多，所需要的輸出電壓也隨之增加。超過了一定的VOUT/VIN比率后，SMPS的效率就會大幅下降。為了防止SMPS輸出的電壓過高，LED背光系統(tǒng)設計者一般會使用多個LED串。

最簡單的方法是為各個串完全重復這種單串、單DC/DC轉換器結構(圖3)。這種方法的優(yōu)點是效率，因為每串LED的電壓都可以單獨調節(jié)。而缺點則是成本較高， 因為每串LED都需要自己的DC/DC轉換器、MOSFET、線圈、二極管，以及輸出電容。為了節(jié)省BOM成本，設計者可以減少LED通道的數(shù)量，而采用單串上多LED的長串。但這種辦法也會影響系統(tǒng)的局部調光功能，而局部調光正是降低電視耗電量的另外一種重要技術。因此，這種結構的優(yōu)劣折中并不具備太大的吸引力。

圖3: 每個LED串都配備單獨的DC/DC轉換器，這是成本較高的選擇。

降低BOM成本的一個更有效的辦法是，采用多LED串+單DC/DC轉換器的結構(圖4)。但這種方法也有自身的缺點，即SMPS輸出的電壓要調節(jié)在高于LED串的最大正向電壓，這意味著，其工作電壓要高于那些有較低正向電壓串的電壓需求。結果，ILED阱必須消耗掉額定電壓較低LED串的多余電壓，產生的熱量必須從電路板傳導出去，而且降低了功率效率。

圖4: 多個LED串配備一個DC/DC轉換器，則SMPS電壓不是最優(yōu)。

在效率與BOM成本之間取得最佳平衡的架構是：將前述多串與多DC/DC轉換器架構的元素結合起來。這種混合架構(圖5)有多只DC/DC轉換器，為成組的LED串供電。

圖5: 混合架構方案獲得了BOM與功率效率之間的最佳平衡。

這種多串的混合架構方案可提供最好的整體能效，因為它兼有直下式背光系統(tǒng)的局部調光與良好DC/DC輸出電壓調節(jié)的優(yōu)點。另外，它的BOM成本也大大低于等效的多串與多DC/DC轉換器架構。

電流調節(jié)

因為生產工藝關系，廠家生產出各支LED的亮度和色溫都有較大的差異。為便于用戶使用，白光LED廠家將具有相近性能的LED(如顏色、亮度與正向電壓)按組為單位(或“批次”，bin)做歸類。但是，廠家是根據(jù)特定標稱工作條件對每只LED的亮度和色溫進行劃分。這意味著，要使LED發(fā)出特定的亮度和顏色，通過LED的電流必須設定為數(shù)據(jù)表中注明的標稱電流。

因此，只有通過一個數(shù)字PWM控制信號，切換送給任何on(有標稱電流)或off(零電流)單只LED的電流，才能實現(xiàn)調光和對亮度的控制。如果使用模擬調光，LED將工作在超出其指定標稱電流的范圍內，這會產生不可接受的色溫變化，以及各只LED之間的亮度匹配不良(圖6)。

圖6: 同一批次LED的亮度只確保在標稱電流下的匹配(在本例中，為20mA。)

電流阱性能

LED工作時需要一個完全穩(wěn)定的恒流電源，于是，LED驅動器的主要功能就是：當LED點亮時將電流調至標稱值；在LED關閉時將電流調至0A。因此，用于控制調節(jié)精度的反饋回路就需要一個高精度的電流阱(圖7)。

因為電流阱的設計樣式很多，根據(jù)電視背光的精度需求，要用一個精密運放獨立設定ILED電流，而與ILED電壓無關。但背光驅動應用的任務要更為艱巨，因為即使在電流阱的電流變得極低的水平時，也必須維持電流調節(jié)的精確度。

要達到這個要求