Hinterleuchtung
LED-Treiber für Hinterleuchtungen von LC-Displays
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Optimierung der Anzahl n der Strang-LEDs
Bei Treibern, die auf Aufwärtsreglern basieren, sind für die Auswahl von n und m mehrere Faktoren zu berücksichtigen:
- nmax × ULED-min < maximale Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers
- nmin × ULED-min > Uein_max
- m bestimmt die Helligkeitsanforderung und legt den maximalen Laststrom des Wandlers fest.
Die gemessenen Daten bestätigen, dass bei derselben Eingangsspannung und beim selben ILED-Wert pro Strang ein Treiber mit m = 6 und n = 12 (d.h. in einer 12S6P-Konfiguration) einen besseren Wirkungsgrad hat als ein ansonsten identischer Wandler in 9S8P-Konfiguration. Wie ist das zu erklären?
Die Verluste in einem Aufwärtswandler nehmen mit steigender Ausgangsleistung des Wandlers zu. Die Ausgangsleistung eines Aufwärtswandlers nimmt zu, wenn Uausg steigt und/oder sich die Ausgangslast erhöht. Die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers nimmt mit steigender Zahl n der Serien-LEDs zu, und ebenso nimmt die Ausgangslast mit steigender Zahl m der Stränge (bzw. mit steigendem Strom pro Strang) zu. Die in den Stromreglern entstehenden Verluste errechnen sich einfach aus dem Strom im jeweiligen Strang, multipliziert mit der Spannung am jeweiligen Stromgegenkopplungs-Pin (UIFBx).
Offensichtlich sind die Reglerverluste höher, wenn der Strom je Strang steigt oder wenn der Treiber mit einer hohen Regelspannung UIFB arbeitet. Wie bereits erwähnt, regeln Treiber der in Bild 2 gezeigten Variante den Aufwärtsregler so, dass die Ausgangsspannung nur bis zur Summe der ULED-Werte des Stranges steigt, in dem die W-LEDs die größten Werte von ULED plus UIFB min aufweisen. Da die übrigen UIFB-Werte höher sind, weil über den LEDs in den restlichen Strängen niedrigere Spannungen abfallen, entstehen in den übrigen Stromreglern Verluste.
Theoretisch gibt es eine optimale Zahl m von Strängen mit n LEDs pro Strang, bei der diese Leistungsverluste am geringsten sind und der Wirkungsgrad des Treibers am größten ist. Führt man eine statistische Analyse der Verluste im Stromregler durch, indem man die Mittelwerte, die Varianz und die Standardabweichung der Spannungsabfälle über den LEDs betrachtet, dann zeigt sich, dass die Stromreglerverluste direkt proportional zur Anzahl m der Stränge steigen, aber nur proportional zur Quadratwurzel der Anzahl n der LEDs pro Strang.
Bild 3 zeigt die Ergebnisse einer Wirkungsgradanalyse an einem Modell für den Aufwärtswandler und die Stromregler für einen bestimmten Treiber. Zwar variieren die Ergebnisse ein wenig mit Ueing, ILED und UIFB, doch wird offensichtlich, dass Hinterleuchtungen für die meisten MFF-Displays mit 4 < m < 12 Strängen ihren höchsten Wirkungsgrad aufweisen.
- LED-Treiber für Hinterleuchtungen von LC-Displays
- Optimierung der Anzahl n der Strang-LEDs
- Optimierung des Dimmens durch Kombination
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