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驱动设计匹配LED背光优化节能方案解析

2014-11-15 01:01
魏丁小陆
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  LED背光是电视满足越来越苛刻的能源之星认证(Energy Star)的前提条件,驱动设计与背光实现方式的匹配能实现节能的最大化,Gyan Tiwary解释道。

  LED 对平板电视的要求近年来变得愈加严能源之星认证6.o方案获得通过,它将要求所有2012年秋季前大于50英寸的电视的能耗必须不高于85W。两年前,此类电视耗能还接近200W。上述严格的标准旨在全球范围减少能源消耗,已经在液晶电视领域引发了显著了创新,特别是电视中的主要耗能部件一一背光照明单元(Backlight Unit,BLU)。基于LED的背光单元能显著降低能耗,但驱动器设计必须针对直下式( direct-backlit)和侧光式(edge-backlit)背光方案进行优化。

  液晶电视的主动能耗有两个组成部分:显示功耗及基准功耗。基准功耗包括电视图像的处理及主电源等,约为总功耗的三分之一。各种器件和不同的使用设置会影响基准功耗、如帧率和电源效率等。对3D电视而言,额外的图像处理工作、更高的刷新率以及更高的亮度使其功耗相比标准电视高50-100%。类似地,智能网络电视要求更高性能的处理器、更多的内存及其他器件也会增加功耗。然而,基准功耗的增加也只占电视总功耗的一小部分。

  显示功耗指的是液晶屏幕、背光单元以及相关电路所消耗的功率,占到电视总功耗的约三分之二。因此业界很自然地会关注于降低该部分的能耗。

  显示功耗较高的原因主要在于液晶电视的光效率太差。液晶面板的透光率极低,只有约4-6%,从背光单元发出的光需要穿过光导、漫射器、光学薄膜以及色彩过滤器等。例如,假如背光单元产生光的亮度为8000-10000 cd/m2,最终人眼可见的光输出通常只有约380-450 cd/m2。

  因此背光单元必须产生相当高亮度的光以满足要求,于是消耗了液晶电视中最大部分的功率。背光单元效能图1不同LED背光单元的特性。

  几年前冷阴极荧光灯(CCFL)背光还是液晶电视中最大的能耗部件。CCFL背光所消耗的大部分功率都被浪费了,因为当电视图案较暗时CCFL灯管也很难将亮度合适地调暗。故而液晶电视很快过渡到采用LED背光。LED本身的特性就包括更小的功耗、快的开关切换速度。

  上述特性使LED成为CCFL理想的替代,良好的亮度调节既能改善电视画质又可降低能耗。LED背光照明方式怎样使LED背光以达到成本、效率和画质组合的最优化,业界还有不同意见。不同的背光方式对电流和电压特性要求大不相同,因此不同的背光方式对驱动系统也有不同要求。三种常见LED背光方式的相对电流和电压特性如图1所示。

  在侧光式(Edge-lit)设计中,条状LED灯组被置于屏幕的两侧或四周边缘处。侧光式背光是笔记本电脑屏幕和液晶电视最早的背光设计方案。

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