基于PF7900的恒流式LED背光燈驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

王忠誠

（懷化商業(yè)學(xué)校 懷化高級技校，湖南 懷化418000）

基于PF7900的恒流式LED背光燈驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

王忠誠

（懷化商業(yè)學(xué)校 懷化高級技校，湖南 懷化418000）

為了提高效率，降低能耗，同時(shí)又能簡化電路，節(jié)省成本，提出了PF7900恒流式LED背光燈驅(qū)動(dòng)方案。用PF7900芯片與少量外圍元件構(gòu)成DC/DC升壓電路來驅(qū)動(dòng)LED背光燈工作；用分立元件構(gòu)成恒流電路來控制LED背光燈的亮度，就可實(shí)現(xiàn)對LED的恒流驅(qū)動(dòng)。該電路在節(jié)能方面和穩(wěn)定性方面都較傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)電路有很大的改善。實(shí)驗(yàn)表明，這種驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓非常穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)，亮度調(diào)節(jié)方便，是一款極具應(yīng)用前景的電路。

PF7900；LED背光燈；升壓電路；恒流電路

液晶電視機(jī)的背光燈有CCFL（冷陰極熒光燈）和LED（發(fā)光二極管）兩種類型［1］。由于LED屬于固體式電子照明，具有重量輕、體積小、發(fā)光效率高、色域?qū)挕勖L、無紫外線輻射等優(yōu)點(diǎn)，有利于液晶屏的輕型化和超薄化，所以LED成了液晶電視機(jī)背光燈的首選。LED驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)DC/DC升壓電路，通過將12～24 V的直流電壓升至40～100 V的直流電壓，來驅(qū)動(dòng)LED，使LED發(fā)光。驅(qū)動(dòng)方式有直接驅(qū)動(dòng)式、恒流驅(qū)動(dòng)式和脈沖驅(qū)動(dòng)式3種［2］。其中，恒流驅(qū)動(dòng)式能自動(dòng)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電流，且便于亮度調(diào)節(jié)，能有效延長LED的使用壽命，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。由于單個(gè)LED無法滿足液晶屏的照明要求，故在實(shí)際使用時(shí)，常將多個(gè)LED燈珠粘在一個(gè)金屬條上，通過串聯(lián)的方式將它們連接起來，形成LED燈條，再用LED燈條來作為背光燈。液晶屏中一般布有兩個(gè)以上的LED燈條，每個(gè)燈條含多少個(gè)LED燈珠，視屏幕大小和LED燈珠的功率而定。

1 恒流式LED驅(qū)動(dòng)電路模型

恒流式LED驅(qū)動(dòng)電路模型如圖1所示，它由升壓電路和恒流電路構(gòu)成。升壓電路的主要任務(wù)是將輸入的12～24 V直流電壓提升至40～100 V的直流電壓，是一個(gè)典型的DC/DC電路；恒流電路的主要任務(wù)是控制LED背光燈的電流，使流過LED燈的電流穩(wěn)定，進(jìn)而穩(wěn)定背光燈的亮度。

升壓電路常由一個(gè)電源管理芯片和場效應(yīng)開關(guān)管構(gòu)成。目前，電源管理芯片的型號很多，其中，PF7900就是一款性能優(yōu)良，且性價(jià)比特高的芯片。以PF7900構(gòu)成的LED驅(qū)動(dòng)電路不但結(jié)構(gòu)簡單，而且工作穩(wěn)定，故障率很低。

圖1 LED驅(qū)動(dòng)電路模型

2 PF7900介紹

PF7900是一個(gè)電流模式PWM脈沖控制器件［3］，能輸出PWM脈沖，具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等多種保護(hù)功能。該芯片采用8腳SOP封裝，可與一個(gè)外置場效應(yīng)開關(guān)管構(gòu)成開關(guān)電源，也常用于LED驅(qū)動(dòng)電路。

2.1 內(nèi)部框圖

PF7900內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，具有如下一些功能特點(diǎn)：

1）內(nèi)置參考電壓發(fā)生器，能產(chǎn)生5 V的參考電壓供內(nèi)部電路使用；

2）內(nèi)置欠壓比較器，當(dāng)8腳電壓低于8 V時(shí)，芯片停止工作，進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)；

3）內(nèi)置過壓比較器，當(dāng)8腳電壓高于29.5 V時(shí)，芯片停止工作，進(jìn)入過壓保護(hù)狀態(tài)；

4）內(nèi)置過流比較器，當(dāng)4腳電壓超過0.3 V，且持續(xù)250 ns時(shí)，芯片進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)，提前輸出低電平。

5）內(nèi)置穩(wěn)壓電路，能將1腳電壓鎖定在2.5 V上。

圖2 PF7900內(nèi)部框圖

2.2 引腳功能

PF7900引腳功能如下：

1腳（FB）：反饋輸入（用于穩(wěn)壓控制）；

2腳（GM）：PWM控制回路補(bǔ)償端 ，外接RC濾波器；

3腳（RT）：振蕩器外接定時(shí)電阻；

4腳（CS）：過流檢測端（高于0.3V時(shí)，過流保護(hù)）；

5腳（DIM）：亮度調(diào)節(jié)端；

6腳（GND）：接地端；

7腳（OUT）：PWM脈沖輸出端；

8腳（VCC）：供電端（高于9V時(shí)，電路工作）。

3 電路設(shè)計(jì)

3.1 升壓電路

升壓電路如圖3所示，電路輸入電壓為24 V，輸出電壓為45.6 V，最大輸出電流可達(dá)0.8 A以上。圖中無說明的電阻均為1/8W，精度為5%。

3.1.1 電路工作過程

通電后，24V電壓一方面經(jīng)儲能電感L1送至開關(guān)管VT1的漏極，另一方面經(jīng)IC2穩(wěn)壓成12V，送至IC1（PF7900）的8腳，使IC1工作，從7腳輸出PWM脈沖，使VT1進(jìn)入開關(guān)工作狀態(tài)。在VT1飽和期間，24 V電壓經(jīng)VT1對儲能電感L1充電，流過L1的電流近似線性上升，L1感應(yīng)左正右負(fù)的電動(dòng)勢，同時(shí)L1儲存能量；在VT1截止期間，L1釋放能量，L1感應(yīng)右正左負(fù)的電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢與24V供電電壓疊加，并經(jīng)VD1整流和C6、L2、C7濾波后，得到VLED電壓，用來驅(qū)動(dòng)LED背光燈，使LED背光燈點(diǎn)亮。

R7、R8和R9構(gòu)成分壓電路，R9上所分得的電壓送至IC1的1腳，用于穩(wěn)壓控制，使輸出電壓VLED保持穩(wěn)定。例如，當(dāng)輸出電壓上升時(shí)，R9上所分得的電壓也上升，從而使芯片1腳的電壓也上升，并高于2.5 V，經(jīng)芯片內(nèi)部電路調(diào)節(jié)后，7腳輸出的脈沖寬度會變窄，VT1的飽和時(shí)間會縮短，導(dǎo)致L1中儲存的能量減小，最終使輸出電壓下降。同理，若輸出電壓下降時(shí)，則電路調(diào)節(jié)過程與上述過程相反。

圖3 升壓電路

3.1.2 輸出電壓及誤差

輸出電壓VLED的高低由R7、R8、R93只電阻決定，通過改變這3只電阻的阻值，即可設(shè)計(jì)出不同的輸出電壓來。輸出電壓與這3只電阻的關(guān)系如下式所示：

將圖中數(shù)據(jù)代入上式中，可以算出輸出電壓VLED為45.6 V。為了確保輸出電壓的精度，R7、R8和R9必須使用精密電阻，當(dāng)這3只電阻的精度取1%時(shí)，電路可能出現(xiàn)的最大輸出電壓Vmax與最小輸出電壓Vmin可按下式計(jì)算。

將圖中數(shù)據(jù)代入上式中，可以算出Vmax為46.5V，Vmin為44.8 V。

Vmax與VLED之間的誤差為0.9 V，折合成百分比為+1.9%；Vmin與VLED之間的誤差為-0.8 V，折合成百分比為-1.7%。也就是說，當(dāng)R7、R8和R9的精度為1%時(shí)，電路輸出誤差在±2%以內(nèi)，屬于高精度輸出。

3.1.3 過流保護(hù)

芯片具有過流保護(hù)功能，VT1的源極接有電流檢測電阻R6，當(dāng)流過VT1的電流過大時(shí)，R6上的電壓就會上升，該電壓經(jīng)R11和C8濾波后送至4腳，只要4腳電壓超過0.3 V，過流保護(hù)功能啟動(dòng)，7腳輸出的脈沖寬度變窄，VT1飽和時(shí)間縮短，漏-源電流下降，從而有效避免過流現(xiàn)象，防止VT1因過流而擊穿。R6的阻值決定保護(hù)點(diǎn)IP的高低，并可按下式計(jì)算：

當(dāng)R6取0.05Ω時(shí)，保護(hù)點(diǎn)為6 A，即流過VT1的電流超過6 A時(shí)，過流保護(hù)功能啟動(dòng)。

3.1.4 可變帶負(fù)載能力

芯片5腳用于亮度調(diào)節(jié)，當(dāng)LED背光燈亮度增大時(shí)，升壓電路負(fù)載會變重，為了提高電路的帶負(fù)載能力，使輸出電壓不至于因負(fù)載加重而下降，要求VT1的飽和時(shí)間增長，5腳就是實(shí)現(xiàn)這一目的的。在調(diào)節(jié)亮度時(shí)，DIM電壓會變化，亮度越大，DIM電壓也越高，7腳輸出的PWM脈沖寬度越寬，開關(guān)管VT1的飽和時(shí)間越長，電路帶負(fù)載能力也越大。

3.1.5 VD1和VT1的參數(shù)選擇

VD1和VT1工作在大電流開關(guān)狀態(tài)，是決定電路安全與否的關(guān)鍵元件，選擇這兩個(gè)元件時(shí)，一定要確保其參數(shù)滿足電路要求，且留有足夠余量。

VD1用于脈沖整流，在通電的初始階段，流過VD1的浪涌電流會大到幾十安；在正常工作時(shí)，VD1的整流電流可達(dá)3 A以上；在VT1飽和時(shí)，VD1的反向電壓等于VLED。故選擇VD1時(shí)，要求其最大反向耐壓VRRM＞80 V，最大正向浪涌電流IFSM＞100 A，正向整流電流IF＞5 A，正向?qū)妷篤F＜1 V?？紤]到VD1工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，最好選用肖特基勢壘整流二極管，如SR510、SR515、SR520等，均能滿足上述要求。

VT1是場效應(yīng)開關(guān)管，在電路滿載工作時(shí)，VT1漏-源電流會達(dá)到5 A以上，電路的最大輸出功率可達(dá)30 W左右，漏-源之間的最大電壓會達(dá)到供電電壓的3倍左右。故選擇VT1時(shí)，要求最大漏-源電壓VDS＞90 V，最大漏-源電流ID＞10 A，最大耗散功率PD＞40W。同時(shí)，為了盡可能地減少熱損耗，還要求VT1的導(dǎo)通電阻RDS＜0.05Ω。目前，市面上流行的AOD4126、AOI4126、AOTF454等型號的管子均能滿足上述要求。

3.2 恒流電路

恒流電路如圖4所示，VT2與VT4、……、VT n構(gòu)成恒流源，若它們發(fā)射極所接的電阻阻值均為R，VT2的供電電壓為VREF，則流過每個(gè)LED背光燈的最大電流［5］（即不考慮VT3的情況下）為：

因VREF、R18和R均為定值，故I是一個(gè)恒定值，與LED驅(qū)動(dòng)電壓VLED無關(guān)。由圖可知，VREF為5V，R18為22Ω，R為10Ω（即R12、R16、R17的阻值），將數(shù)據(jù)代入上式，可求得I=134mA。

VT6和VT3用于亮度調(diào)節(jié)，若DIM由0開始不斷增高時(shí)，VT6由截止開始導(dǎo)通，且導(dǎo)通程度越來越大，從而使其集電極電壓越來越低，VT3導(dǎo)通越來越弱，VT3集電極電壓越來越高，流過LED背光燈的電流越來越大，亮度逐步增大。反之，若DIM電壓由高逐步變低時(shí)，則亮度逐步下降。

LED燈條可選用7020燈條，每個(gè)燈條由14個(gè)LED燈珠串聯(lián)而成，每個(gè)LED燈珠的導(dǎo)通電壓為3 V左右，最大允許電流為160mA［6］，發(fā)光功率為0.5W，只要用兩個(gè)燈條即可滿足32英寸屏的照明要求。

圖4 恒流電路

4 結(jié)束語

PF7900是一款非常完美的電源管理芯片，不但用于新型開關(guān)電源，也可用于DC/DC升壓電路。因其引腳較少，故外部電路比較簡單，加上內(nèi)部具有完善的保護(hù)功能，所以工作穩(wěn)定，故障率極低。

實(shí)踐表明，基于PF7900的恒流式LED背光燈驅(qū)動(dòng)電路具有極高的電壓穩(wěn)定性和電流可調(diào)性，當(dāng)接2～4條7020燈條時(shí)（每條含14個(gè)LED燈珠），輸出電壓均穩(wěn)定在45.5 V上。調(diào)節(jié)亮度時(shí)，電壓能保持不變，但燈條的亮度可在全暗和高亮之間變化，長時(shí)間通電，芯片無明顯溫升，場效應(yīng)開關(guān)管也僅微微發(fā)熱，電路運(yùn)行十分穩(wěn)定。該電路不但可作液晶電視機(jī)的背光電路，也可用于LED燈具中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］王軒.平板電視顯示技術(shù)［M］.長沙：湖南科技出版社，2004.

［2］楊建紅.LED背光燈的驅(qū)動(dòng)電路分析及檢修［J］.電子報(bào)，2013.

［3］王忠誠.一步到位學(xué)液晶電視機(jī)維修技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［4］孫唯真.開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作［M］.長沙：湖南科技出版社，2002.

［5］張龍興.模擬電子技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［6］http://www.cnledw.com/product/detail-389801.htm.

Design of constant current LED backlight driving based on the PF7900

WANG Zhong-cheng
（Huaihua Commercial School，Huaihua Senior Vestibule School，Huaihua 418000，China）

In order to improve the efficiency，reduce energy consumption，as well as simplify the circuit and save cost，it proposed the scheme of PF7900 constant current LED backlightdriving。Itdrives the LED backlightwith PF7900 chip and a small amount of peripheral components constitute DC/DC booster circuit。And it is to use discrete component constitutes a constant current circuit to control the brightness of LED backlight，It can be achieved on LED constant current driver。The circuithas a great improvement in the aspectof energy saving and stability compared with the traditional LED drive circuit.。The experiments show that the output voltage of driving circuit is very stable，load capability is strong and the brightness adjustment is convenient，It isa highly promising circuit.

PF7900；LED backlight；booster circuit；constant current circuit

TN86

A

1674－6236（2016）20-0140-03

2015-10-17 稿件編號：201510109

王忠誠（1965—），男，湖南懷化人，高級講師，工程師。研究方向：電源技術(shù)和視頻技術(shù)。