高线性、大动态 led 背光源调光电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种高线性、大动态的LED背光源调光电路，涉及电子电路领域，其中包括：第六电阻一端连接PWM脉冲控制信号源，所述第六电阻另一端、第十电阻一端连接第四NPN晶体管的基极；第七电阻其中一端、所述第四NPN晶体管的集电极连接第五NPN晶体管的集电极；所述第四NPN晶体管的发射极连接所述第五NPN晶体管的基极；所述第十电阻另一端、所述第五NPN晶体管的发射极以及第二电容一端接地；所述第七电阻另一端连接LED背光源负极；所述LED背光源正极、所述第二电容另一端连接直流稳压电源V+。具有电路简单、成本低，工作状态稳定，同时线性度优异、动态范围大的特点。
【专利说明】高线性、大动态LED背光源调光电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种高线性、大动态的LED背光源调光 电路。
【背景技术】
[0002] 中低端车载音响普遍采用IXD显示器，由于IXD显示器是一种被动发光器件，所以 需要背光源（目前已普遍采用LED)进行照明。白天环境光线强，为保证清晰度，IXD显示器 需要较高的背光亮度；而夜晚环境光线弱，为防止刺眼，LCD显示器需要较低且可调的背光 亮度。用户对白天环境下车载音响LCD显示器的亮度值要求越来越高，对夜间环境下LCD 显示器最低亮度值的要求则越来越低，这样就需要采用高线性、大动态的LED背光源调光 电路。
[0003] 常见的LED背光源调光电路如图1和图2。在图1和图2中，为避免主控制管Q1、Q3 之直流放大系数hFE(存在一定离散性)对Q1、Q3工作状态造成影响，进而影响LED背光源的 峰值工作电压及其亮度，Q1、Q3通常都工作在深度饱和状态(饱和度不低于10, Vce?0V)。 由于Ql、Q3都是双极型晶体管，工作于深度饱和状态同时流过较大的电流，开关特性变差， 具体表现在：Ql、Q3因为基极存储了较多电荷的原因需要延长一段时间才能截止，也即在 每一个PWM信号周期内，Q3导通时间将明显长于PWM信号处于高电平的时间。此时如果 LED背光源需要超大范围、大动态调光，当LED背光源需要调到最低亮度时，PWM信号的占 空比就需要调到很低(有时可能低到0. 5%以下)，相应地Ql、Q3的导通时间就需要很短，当 Ql、Q3开关特性差到导通延长时间足以与前述时间相比甚至更长时，Ql、Q3就失去了开关 作用，具体表现就是低亮度时调光的线性度变差即（LED背光源的亮度和PWM控制信号的占 空比不再成正比例关系)，更糟糕的是背光源最低亮度偏高且无法再调低（因为PWM信号的 占空比可能已经低到接近0,没有继续向下调的空间）。
[0004] 解决上述技术难题的三种常规办法如下：
[0005] - .增大R2、R4,使Ql、Q3工作在临界饱和状态，从而改善其开关特性，大大缩短 脉冲延长的时间。但由于晶体管直流放大系数hFE存在较大的离散性，所以实际很难保证 Ql、Q3导通时刚好工作在临界饱和状态(有可能工作在不同饱和深度的浅饱和状态甚至放 大状态)，这样就可能会额外增大LED背光源个体之间亮度的差异，或者降低LED背光源调 光的线性度和动态范围；
[0006] 二.将Q1、Q3分别改成PM0S、NM0S晶体管；这样做可能会增加成本。另外假如PWM 信号幅度较低，同时LED背光源的峰值工作电流较大时，图2电路的NM0S晶体管可能进入 饱和区(放大状态)，导致输出阻抗变大，从而额外增大LED背光源个体之间亮度的差异；
[0007] 三.分别在R1、R4两端并联适当容量的加速电容；实验发现图1没有明显效果，图 2有一定效果，但是会导致输出到LED背光源的PWM脉冲信号出现过冲和振荡，这样有可能 会导致产品电磁辐射超标或者干扰其它电路的正常工作； 实用新型内容
[0008] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种 高线性、大动态的LED背光源调光电路。为了实现上述目的，本实用新型在图2电路基础上 将Q3换成两只按达林顿接法连接的分立NPN晶体管（即图3里边的Q4和Q5)或者一只 NPN达林顿晶体管。这样主控制管Q5将始终工作于临界饱和状态，而与其hFE无关，相关电 路见图3。
[0009] 本实用新型公开了一种高线性、大动态的LED背光源调光电路，其特征在于，包括 第六电阻、第七电阻、第十电阻、第四NPN晶体管、第五NPN晶体管、第二电容和LED背光源。 所述第六电阻一端连接PWM脉冲信号源，所述第六电阻另一端与所述第十电阻一端分别连 接所述第四NPN晶体管的基极；所述第七电阻一端与所述第四NPN晶体管的集电极分别连 接所述第五NPN晶体管的集电极；所述第四NPN晶体管的发射极连接所述第五NPN晶体管 的基极；所述第十电阻另一端与所述第五NPN晶体管的发射极以及所述第二电容一端接 地；所述第七电阻另一端连接所述LED背光源负极；所述LED背光源正极与所述第二电容 另一端连接直流稳压电源V+。
[0010] 其有益效果为：低成本、稳定、高线性、大动态。
[0011] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第四NPN晶体 管、第五NPN晶体管替换成一个NPN达林顿晶体管。
[0012] 其有益效果为：进一步简化电路，同时降低成本。
[0013] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第六电阻取 2. 2ΚΩ?47ΚΩ，所述第十电阻取所述第六电阻阻值的3?5倍。
[0014] 其有益效果为：防止PWM控制信号源负载过重，同时保证第五主控制晶体管导通 时能够稳定地处于临界饱和状态以及PWM控制信号为低电平时第四和第五NPN晶体管能够 完全截止，从而避免额外增大LED背光源个体间亮度差异以及进一步提高本LED背光源调 光电路的线性度及其动态范围。
[0015] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第二电容取 luF-100uF。
[0016] 其有益效果为：滤除电路电源杂波、稳定电源的电压以及降低调光电路的电磁辐 射。
[0017] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第二电容安装 在所述LED背光源正极端口处。
[0018] 其有益效果为：缩小LED背光源高频脉冲电流回路的环路面积，更好地滤除电源 杂波、稳定电源的电压以及降低调光电路的电磁辐射。
[0019] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：电路简单、成本 低，工作状态稳定，同时线性度优异、动态范围大。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中：
[0021] 图1是现有技术中LED背光源调光电路的不意图；
[0022] 图2是现有技术中LED背光源调光电路的示意图；
[0023] 图3是本实用新型高线性、大动态的LED背光源调光电路的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的 限制。
[0025] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底""内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本 实用新型的限制。
[0026] 在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语"安装"、"相 连"、"连接"、"连通"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内 部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而 言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0027] 本LED背光源调光电路仅需要使用两只按达林顿接法连接的分立NPN晶体管或者 一只NPN达林顿晶体管、三只普通电阻以及一只普通小电容就能实现高线性、大动态的LED 背光源调光功能，具有电路简单、成本低，工作状态稳定，同时线性度优异、动态范围大的特 点。
[0028] 见附图3 :本实用新型公开了一种高线性、大动态的LED背光源调光电路，其特征 在于，包括第六电阻、第七电阻、第十电阻、第四NPN晶体管、第五NPN晶体管、第二电容和 LED背光源。所述第六电阻一端连接PWM脉冲信号源，所述第六电阻另一端与所述第十电 阻一端分别连接所述第四NPN晶体管的基极；所述第七电阻一端与所述第四NPN晶体管的 集电极分别连接所述第五NPN晶体管的集电极；所述第四NPN晶体管的发射极连接所述第 五NPN晶体管的基极；所述第十电阻另一端与所述第五NPN晶体管的发射极以及所述第二 电容一端接地；所述第七电阻另一端连接所述LED背光源负极；所述LED背光源正极与所 述第二电容另一端连接直流稳压电源V+。
[0029] 其有益效果为：低成本、稳定、1?线性、大动态。
[0030] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第四NPN晶体 管、第五NPN晶体管替换成一个NPN达林顿晶体管。
[0031] 其有益效果为：进一步简化电路，同时降低成本。
[0032] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第六电阻取 2. 2ΚΩ?47ΚΩ，所述第十电阻取所述第六电阻阻值的3?5倍。
[0033] 其有益效果为：防止PWM控制信号源负载过重，同时保证第五主控制晶体管导通 时能够稳定地处于临界饱和状态以及PWM控制信号为低电平时第四和第五NPN晶体管能够 完全截止，从而避免额外增大LED背光源个体间亮度差异以及进一步提高本LED背光源调 光电路的线性度及其动态范围。
[0034] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第二电容取 luF-100uF。
[0035] 其有益效果为：滤除电路电源杂波、稳定电源的电压以及降低调光电路的电磁辐 射。
[0036] 所述的高线性、大动态的LED背光源调光电路，优选的，包括：所述第二电容安装 在所述LED背光源正极端口处。
[0037] 其有益效果为：缩小LED背光源高频脉冲电流回路的环路面积，更好地滤除电源 杂波、稳定电源的电压以及降低调光电路的电磁辐射。
[0038] 本LED背光源调光电路的工作原理说明如下：
[0039] 见图3,通过选取合适阻值的电阻R6及R7,将Q4晶体管导通时的饱和度控制在 5?100之间；同时将PWM信号处于低电平时Q4基极对地电压控制在IV以下。因为Q4导 通时处于深度饱和状态，所以此时Vce4 ~ 0V，由于Vcb5=Vce4,所以Vcb5 ~ 0V，这样无论 Q5的直流放大系数hFE5是多少，Q5导通时都将稳定工作于临界饱和状态(非饱和型开关)， 因此输出PWM脉冲信号被延长的时间很短；当PWM控制信号为低电平时Q4和Q5晶体管也 能够完全截止。这样即使输入很低占空比的PWM信号，本LED背光源调光电路也能非常接 近于理想的线性响应。再由于Q5导通时工作状态稳定，Vce5=Vcb5+Vbe5 ~ Vbe5,而同型号 晶体管个体之间的发射结压降Vbe差异很小(硅管约为0. 6?0. 7V)，所以Q4、Q5晶体管的 个体差异几乎不会对LED背光源的低亮度值造成额外影响。另外由于图3电路增加了缓冲 晶体管Q4, PWM控制信号源的负载电流相比原图2大大降低。
[0040] 本实用新型的有益效果为：电路简单、成本低，工作状态稳定，同时线性度优异、动 态范围大。
[0041 ] 在本说明书的描述中，参考术语"一种优选实施方式"、"一个实施例"、"一些实施 例"、"示例"、"具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特 征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对 上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、 材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[〇〇42] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1. 一种高线性、大动态LED背光源调光电路，其特征在于，包括第六电阻、第七电阻、第 十电阻、第四NPN晶体管、第五NPN晶体管、第二电容和LED背光源；所述第六电阻一端连接 PWM脉冲信号源，所述第六电阻另一端与所述第十电阻一端分别连接所述第四NPN晶体管 的基极；所述第七电阻一端与所述第四NPN晶体管的集电极分别连接所述第五NPN晶体管 的集电极；所述第四NPN晶体管的发射极连接所述第五NPN晶体管的基极；所述第十电阻 另一端与所述第五NPN晶体管的发射极以及所述第二电容一端接地；所述第七电阻另一端 连接所述LED背光源负极；所述LED背光源正极与所述第二电容另一端连接直流稳压电源 V+〇
2. 根据权利要求1所述的高线性、大动态LED背光源调光电路，其特征在于，包括：所 述第四NPN晶体管、第五NPN晶体管替换成一个NPN达林顿晶体管。
3. 根据权利要求1所述的高线性、大动态LED背光源调光电路，其特征在于，包括：所 述第六电阻取2. 2ΚΩ?47ΚΩ，所述第十电阻取所述第六电阻阻值的3?5倍。
4. 根据权利要求1所述的高线性、大动态LED背光源调光电路，其特征在于，包括：所 述第二电容取luF-100uF。
5. 根据权利要求1所述的高线性、大动态LED背光源调光电路，其特征在于，包括：所 述第二电容安装在所述LED背光源正极端口处。
【文档编号】G09G3/34GK203840595SQ201420138742
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】刘德锋 申请人:重庆徐港电子有限公司