詳解運(yùn)放恒流源電路的工作原理

在LCD等液晶顯示系統(tǒng)中，其發(fā)光的原理是通過背光來照亮其像素點(diǎn)，根據(jù)不同的環(huán)境亮度，通過調(diào)節(jié)背光來達(dá)到不同的顯示亮度。這一期，我和大家分享一下?背光驅(qū)動(dòng)電路的幾種方案?，重點(diǎn)講一下?以運(yùn)放為核心搭建的恒流源電路?。

01 手機(jī)背光控制策略

在傳統(tǒng)的手持消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，比如手機(jī)平板等，LCD的背光源通常采用少數(shù)的白色LED組成矩陣，均勻排列在液晶面板中，比如8s4p或7s4p等（幾串幾并的意思）。我們將LED陽極接電源輸出，陰極接到電源的反饋引腳，如下圖所示。

我們只要控制FB的電壓，就能控制流過背光LED的電流，I=Vfb/Rset。我們通過外加PWM信號(hào)，經(jīng)過RC濾波后，就能動(dòng)態(tài)調(diào)整FB的電壓了。

當(dāng)然，也有一些驅(qū)動(dòng)IC將這些電路直接集成了，IC直接有一個(gè)PWM pin，我們可以直接將PWM信號(hào)接進(jìn)來，控制背光電流。

02 VR LCD背光控制策略

在手機(jī)的LCD背光控制中，我們注意到背光是常亮的，在手機(jī)這種應(yīng)用場(chǎng)景下不會(huì)有什么問題。但是在VR這種頭顯設(shè)備中，如果背光常亮的話，當(dāng)畫面變化的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橐壕ы憫?yīng)較慢，而看到拖影，造成使用者眩暈。所以VR上如果使用LCD的話，都會(huì)使用?插黑技術(shù)（blinking）?。

簡單來講，就是讓畫面變化的這段時(shí)間，背光不亮，等到全屏所有的液晶都完成翻轉(zhuǎn)后，再點(diǎn)亮背光，這樣人眼看到的就是一幅靜止的畫面。

blinking技術(shù)有兩點(diǎn)需要注意：

1）因?yàn)楸彻庵芷谛蚤_關(guān)，頻率和刷新率保持一致，頻率過低的話會(huì)讓人察覺到明顯的閃屏問題，因此?一般頻率在72Hz以上為佳?；

2）背光周期性開關(guān)，利用人眼視覺暫留的特性讓人覺得背光保持常亮狀態(tài)，因此背光?瞬間所需要的電流比常亮?xí)r要大?。

針對(duì)VR場(chǎng)景需求，我們的背光控制電路通常分為兩種，一種是?陽極控制方法?，就是將PWM信號(hào)直接接到電源的EN pin來周期性開關(guān)IC的輸出。這種雖然簡單，但是會(huì)導(dǎo)致輸出電容上有一個(gè)較大的電壓波動(dòng)，造成電容振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生板振噪音。

因此，我們更常用另一種控制方式--?陰極控制?，即我們今天重點(diǎn)要分析的?基于運(yùn)放搭建的恒流源控制電路?。

如下圖，電源和LED燈部分簡略，我們重點(diǎn)分析一下運(yùn)放+三極管的控制邏輯部分。

我們可以?將R1、Q1、R2、C1當(dāng)成運(yùn)放內(nèi)部電路，共同組成了一個(gè)電壓跟隨器?，其反饋回路如下圖綠色箭頭所示。在深度負(fù)反饋的條件下，我們利用“虛短”理論，可以得到運(yùn)放的U+=U-，即PWM信號(hào)直接加載到電阻R3上，此時(shí)背光的電流大小、開關(guān)周期，完全由PWM信號(hào)的電壓和頻率決定。背光電流流向如下紅色箭頭所示。

上述電路中，

1）電阻R3是背光電流控制電阻，實(shí)際方案中，需要根據(jù)需求選擇，原則是盡量小，來減小損耗。

2）電阻R1的作用是限流，避免上電瞬間，Q1流過太大電流。

3）電阻R2和R3起到限流緩沖的作用，也可以不接。

4）電容C1的作用是保持運(yùn)放的穩(wěn)定，該電路的反饋路徑比較長，可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)反饋還未建立，運(yùn)放輸出就已經(jīng)飽和的問題。因此通過C1就近構(gòu)建運(yùn)放的高頻負(fù)反饋，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。在低頻電路分析中，我們可以忽略這個(gè)電容。

5）對(duì)于運(yùn)放的選型，我們需要重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)放的失調(diào)電壓和輸出電壓范圍這兩個(gè)參數(shù)，避免對(duì)電流精度造成影響。

審核編輯：湯梓紅