基于 AP3032 芯片的 TFT-LCD 背光調節及驅動電源設計

司佑全，李艷生，張學文

(湖北師范大學 物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

隨著數碼產品的飛速發展和迅速普及，顯示模塊的發展也得到高速發展。LED(Light Emitting Diode)光源材料的逐步開發與深入，LED 發光亮度也經歷了由不可見到低亮度、高亮度、甚至超亮度的質的飛躍。 LED 具備發光效率高、耗電省、綠色環保和壽命長等優點，在手機顯示屏、平板電腦、液晶顯示背光燈等很多方面有著廣泛的應用。因此，TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liguid Crystal Display) 液晶顯示背光驅動電源的設計也就越來越受關注。它的性能會直接影響到顯示效果、顯示模塊的壽命及電池的待機時間等。TFT-LCD液晶顯示背光燈的穩定工作離不開恒定電源驅動。本文采用DC/DC升壓轉換器 AP3032 芯片設計了一款直流 TFT-LCD 背光燈驅動電源，并且可通過調節PWM信號的占空比，實現背光狀態的實時調節，它工作可靠，轉換效率高，可以達到節能環保的效果。

1 AP3032驅動芯片簡介

AP3032是一種基于電感的DC/DC升壓轉換器。它僅通過幾個外部器件——升壓電感, 輸入、 輸出電容、肖特基二極管、反饋電阻來完成對負載WLED的驅動。AP3032芯片內部電路及引腳圖如圖1、圖2所示。

圖1 AP3032內部結構圖

圖2 AP3032芯片引腳圖

其輸入電壓范圍為 2.7～9 V，采用恒頻1MHz脈寬調制(PWM)控制方案，可以使用微小的外部元件。效率高達81%(UIN=5V，IOUT=80mA)；可驅動多達4排WLED，每排串聯7個LED(UIN=5V)；200mV的反饋電壓；工作溫度范圍：-40～85 ℃。AP3032內部設有過輸出電壓保護，同時包括UVLO、軟啟動、待機模式、限流和OTSD，以實現電路在空載狀態下運行及對電路在過載情況下進行保護[1]。

2 TFT-LCD背光燈驅動電源工作原理

2.1 并聯(升壓Boost)型變換器電路原理

并聯(升壓Boost)型DC-DC變換器又稱升壓變換器(Step Up Converter), 其電路拓撲結構如圖3所示。電感L由輸入端接入，LC為儲能元件，D為續流二極管，功率開關管T與負載并聯。因為MOSFET管的飽和壓降、穿透電流及開關時間轉換均較小，且控制邏輯相對簡單，所以功率開關管T一般都采用MOSFET管。

圖3 Boost變換器電路原理圖

圖4 脈寬調制電壓調光控制電路

圖3中控制電壓uG為矩形波，控制功率開關管T的導通與截止。當功率開關管T飽和導通時，由于輸入電壓Ui的加載，導致電感線圈L中的電流呈線性增加，并儲存磁能，二極管D因反偏而截止，此時電容C(已充電)向負載提供電流(RLC?ton)。當功率開關管T截止時，線圈L的電流不能發生突變，線圈L磁能產生的反電動勢UL與電源Ui疊加(故輸入側的電感L亦稱為升壓電感)向電容C、負載 RL供電。開關管T導通時間越長，線圈L儲能越多。故在一定負載電流條件下，輸出電壓UO隨控制電壓UG的占空比的變化而變化。因輸入電流iL是連續的，由于電容C的充放電作用，負載電流IO也是連續的[2，3]。

2.2 基于PWM的背光調節原理

在日常使用的大多數液晶顯示屏中，通常采用白光LED作為顯示屏的背光光源[4]。脈寬調制(PWM)的特點在LED的調光控制中得到充分發揮。PWM調光原理就是利用人眼的視覺暫停效應，以一定的頻率和占空比可調的方波來控制 LED的通斷狀態，實現LED的調光作用。LED正向電流在零電流與正常工作電流之間來回切換，通過控制高速開關導通狀態，即可循環提供不同占空比的方波信號，實現LED的亮度調節。當方波信號的頻率大干100Hz時，人眼看到的將是連續的光源[5]。因LED導通時正向電流大小是恒定的，故LED發出的白光是不會有色差產生的。

2.3 AP3032的典型應用方案

通過控制管腳電平來改變IC啟用狀態；利用電阻分壓器向FB引腳添加恒定的直流電壓，可以控制調光。改變FB管腳與直流電壓之間的直流電壓或電阻，可以獲得適當的發光強度，該方法具有輸出電壓穩定、LED電流穩定的特點。而濾波后的脈寬調制信號可以看作是一個變化的、可調的直流電壓。PWM輸入以實現調光控制的典型電路如圖4所示。

因AP3032是一種基于電感的DC/DC升壓轉換器，可設計用于驅動多達4排且每排串聯7個LED用于背光電路。通過改變PWM的占空比即可改變LED的發光程度，其典型應用如圖5 所示。

圖5 AP3032典型應用電路

3 結論

本文選用DC/DC升壓轉換器 AP3032芯片，采用升壓型結構 Boost 變換器電路成功設計了一款小體積 TFT-LCD 背光燈驅動電源，給出了背光調節的實現方法。經實際使用，其工作可靠，轉換效率高，且具有良好的穩定性和通用性。