中心議題：

• 傳統的功率優化方案
• 環境光檢測
• 動態背光控製或內容調整的背光控製

長電池壽命是便攜式電子產品市場的關鍵指標。LCD顯示器的LED背光驅動器占了總有效係統功耗的25%至40%。在過去
，設計師盡量減少背光顯示器功耗的工具僅限於降低LED驅動電流，同時提高轉換器的效率。今天，高達50%的電力節省是通過采用優化的轉換器利用LED驅動器
、環境光傳感器
，以及內容調整背光控製（CABC）方法來實現的。這些技術可以在不嚴重降低顯示信息（網站、視頻、圖片等）的視覺質量的前提下提高驅動器的效率。

傳統的功率優化

傳統上圍繞背光驅動器的主要節能技術一直是選擇升壓架構。兩種主要類型的升壓拓撲結構主導著背光驅動架構：電感式升壓和開關式電容升壓。電感式升壓通常用在串聯LED驅動的應用，而開關式電容升壓則通常用於並聯LED驅動架構。

圖1 LM3535—開關式電容升壓

開關式電容升壓依賴於電容器的充電和放電，以創建升壓輸出電壓。開關式電容升壓的增益數是由飛跨電容（flying capacitor）和內部MOSFET開關管的數量決定的。通過選擇性地對第一相的輸入與地之間組合的串聯/並聯電容器的充電，然後重新配置第二相的輸入和輸出之間並聯/串聯的電容，轉換器就能夠提供一個比輸入電壓更高的輸出電壓。（開關式電容升壓轉換器通常限製在一個固定電壓增益（1倍
、3/2倍
，有時是2倍），以幫助提高解決方案的效率，同時使外部元件數目減到最少。）此ci外wai，用yong來lai配pei置zhi飛fei跨kua電dian容rong的de開kai關guan管guan的de大da小xiao對dui於yu最zui大da限xian度du地di提ti高gao效xiao率lv非fei常chang關guan鍵jian。最zui大da限xian度du地di降jiang低di增zeng益yi的de輸shu出chu阻zu抗kang可ke以yi使shi電dian荷he泵beng在zai一yi個ge相xiang當dang長chang時shi間jian保bao持chi在zai最zui低di增zeng益yi

，有you助zhu於yu提ti高gao解jie決jue方fang案an的de效xiao率lv。

開關式電容的增益量很有限，電感式升壓轉換器具有無限的增益。通過調節電感式升壓的開關占空比
，可以實現支持負載（LED串）所需的確切升壓增益。這種優化有助於防止在固定增益躍遷（gain transition）發生之後，可能在開關式電容升壓右側出現的“過度升壓”。

為了優化電感式升壓轉換器，應盡量減小NMOS功率開關管的導通電阻（RDSON）和電感的串聯電阻。不幸的是
，減小這兩個參數通常會導致物理尺寸的增加（通常具有相同電感值的較大的電感器要比較小的電感器阻抗更高。）提ti高gao升sheng壓ya開kai關guan頻pin率lv可ke以yi通tong過guo使shi用yong具ju有you較jiao低di電dian感gan值zhi的de電dian感gan器qi來lai減jian小xiao電dian感gan器qi的de物wu理li尺chi寸cun
，但dan提ti高gao開kai關guan頻pin率lv會hui導dao致zhi開kai關guan功gong率lv損sun耗hao增zeng加jia的de結jie果guo。選xuan擇ze具ju有you低di正zheng向xiang開kai啟qi電dian壓ya的de肖xiao特te基ji二er極ji管guan將jiang有you助zhu於yu提ti高gao轉zhuan換huan效xiao率lv，而er且qie較jiao低di正zheng向xiang電dian壓ya的de肖xiao特te基ji二er極ji管guan的de尺chi寸cun通tong常chang大da於yu那na些xie較jiao高gao電dian壓ya的de器qi件jian。此ci外wai

，由you於yu器qi件jian僅jin在zai開kai關guan周zhou期qi很hen短duan時shi間jian內nei導dao通tong，串chuan聯lian背bei光guang驅qu動dong器qi相xiang關guan的de高gao占zhan空kong比bi（80%）可以最大限度地減少低Vf二極管的影響。

串聯LED驅動器實現方法有助於最大限度地減少與電流控製元件（通常是抽電流（current sink））相關的功率損耗。在串聯轉換器條件下
，需要一個抽電流控製通過LED串的電流，而並行轉換器的係統中每個LED也需要一個抽電流。為了進一步提高效率，灌電流（current source）調節電壓應設置在略高於灌電流的餘量（或壓差）電壓的水平，以防止由於輸出電容充電/放電循環引起的輸入電壓和/或輸出電壓紋波驟降導致的LED串的電流變化。

圖2 LM3530—電感式升壓[page]

環境光檢測

除了電源轉換器的優化，還可以實現其他節電功能來創建一個高效的背光係統。許多現代手機采用了一種省電機製，即用環境光傳感器（ALS）來監測環境照明條件
，並相應調整背光強度（更多環境光意味著背光必須以較高的電流來驅動，而在低光照條件下可以減少背光電流）。在(zai)明(ming)亮(liang)的(de)室(shi)外(wai)環(huan)境(jing)中(zhong)，需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)高(gao)水(shui)平(ping)的(de)顯(xian)示(shi)器(qi)背(bei)光(guang)，以(yi)便(bian)可(ke)以(yi)看(kan)清(qing)顯(xian)示(shi)器(qi)。與(yu)此(ci)相(xiang)反(fan)，在(zai)非(fei)常(chang)黑(hei)暗(an)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)
，背(bei)光(guang)可(ke)以(yi)調(tiao)暗(an)，這(zhe)時(shi)仍(reng)可(ke)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)光(guang)量(liang)以(yi)保(bao)持(chi)顯(xian)示(shi)屏(ping)的(de)可(ke)讀(du)性(xing)。

環huan境jing光guang檢jian測ce需xu要yao一yi個ge光guang傳chuan感gan器qi或huo光guang電dian二er極ji管guan與yu檢jian測ce電dian路lu組zu合he使shi用yong。大da多duo數shu光guang傳chuan感gan器qi都dou是shi基ji於yu電dian流liu的de器qi件jian
，可ke提ti供gong一yi個ge與yu進jin入ru傳chuan感gan器qi的de光guang量liang成cheng正zheng比bi的de輸shu出chu電dian流liu。這zhe種zhong環huan境jing信xin息xi可ke用yong來lai確que定ding環huan境jing條tiao件jian（室外、辦公室

、電影院等）
，然後用來調節背光到預定的亮度水平。

圖3 25mA條件下LM3535控製6個LED

通過將背光調整到合適的水平，就可以顯著減少從電池吸收的功率。圖3顯示了一種使用情況
，突出了在5個亮度區使用係統可能實現的電力節省：陽光、陰天室外
、明亮的辦公室、昏暗的房間、夜間/電影院。亮度值分別設置為100%
、85%、70%、60%和50%（25mA、21.3mA、17.5mA
、15mA和12.5mA）。由於ALS的電壓上升（或通過傳感器增加環境光），在驅動器迫使LED電流變化之前
，驅動IC在預定時間內對ALS電壓采樣。規定（或平均）時間內的ALS電壓采樣有助於防止在瞬息萬變的照明條件下出現LED閃爍。

動態背光控製或內容調整的背光控製

傳(chuan)統(tong)移(yi)動(dong)手(shou)機(ji)用(yong)戶(hu)能(neng)夠(gou)根(gen)據(ju)自(zi)己(ji)的(de)喜(xi)好(hao)手(shou)動(dong)調(tiao)整(zheng)係(xi)統(tong)的(de)顯(xian)示(shi)器(qi)亮(liang)度(du)。有(you)些(xie)用(yong)戶(hu)將(jiang)所(suo)有(you)時(shi)間(jian)的(de)亮(liang)度(du)設(she)置(zhi)為(wei)最(zui)大(da)，而(er)另(ling)一(yi)些(xie)用(yong)戶(hu)將(jiang)亮(liang)度(du)調(tiao)整(zheng)到(dao)較(jiao)低(di)水(shui)平(ping)，以(yi)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。手(shou)動(dong)調(tiao)整(zheng)方(fang)案(an)迫(po)使(shi)用(yong)戶(hu)做(zuo)出(chu)妥(tuo)協(xie)。LCD顯示驅動器的最新進展為係統設計師提供了一種基於屏幕上顯示的信息來調整背光的機製。這個概念被稱為動態或內容調整背光控製（DBC或CABC）。通過分析顯示器信息，顯示驅動器可以直接傳達背光驅動器所需的背光級別。

例如
，如果我們使用一個電感式升壓LED驅動器（德州儀器的LM3530）以19mA驅動一串六個LED的背光3.5英寸屏幕來收看電視節目（約20分鍾），驅動器將不斷從電池消耗137mA（假設VBATTERY = 3.6V）電流。使用相同背光驅動器的DBC，如果將亮度設置為滿度的100%、75%、50%和33%水平，平均電流消耗可下降到78mA。與沒有使用DBC的設計相比，有DBC的背光驅動器消耗的平均輸入電流將減少45%。

此外，由於背光亮度變化帶來的像素的漏光較少，采用DBC有可能實現LCD顯示屏更高級別的對比度。雖然利用DBC節省電力很有效，但對圖像質量也有輕微的副作用。當DBC運yun行xing在zai較jiao低di亮liang度du水shui平ping時shi，白bai屏ping內nei容rong看kan起qi來lai不bu會hui那na麼me明ming亮liang
，有you時shi可ke能neng會hui出chu現xian輕qing微wei的de灰hui色se調tiao。不bu過guo，利li用yong所suo選xuan擇ze的de合he適shi亮liang度du水shui平ping，設she計ji師shi可ke以yi優you化hua功gong耗hao和he保bao持chi圖tu像xiang質zhi量liang。

圖4 采用LM3530動態背光控製節省的功耗

總結

zongzhi，chuantongdexiaolvgaishankeyitongguoxuanzebeiguangqudongqishengyajiagoulaishixian
，xuduoxindefujiagongnengkeyijinyibujianshaodianchixiaohao。tongguoshiyonghuanjingguangchuanganqi，xiandaibeiguangqudongqikeyigenjuxianshiqizhouweiguangxianhuanjingtigongheshidebeiguang。ciwai，tongguoshiyongdongtaibeiguangkongzhi，xianshiqudongqihaikeyigenjutuxiangneirongzishiyingtiaozhengbeiguangqiangdu。jinguanzheliangzhongxindebeiguangtiaojiejishubuyidingketigaoLEDqudongqidexiaolv，danzuizhongquekeyijiangdishurugonghao，bingtigaoshoujidedianchishiyongshouming。zaibuxianzhujiangdipingmushangxianshideshijiaozhiliangtiaojianxiadoukeyishiyongzhexiefangfa。