通過使用動態LED背光來增強視頻觀看，可以提高手機LCD顯示屏的感知對比度。本應用筆記以MAX6948B為例，介紹如何在現有LED驅動器上增加瞬時脈寬調制（PWM）強度控制。

介紹

背光液晶顯示器（LCD）存在于許多消費產品中，從微型手機到大型電視。但是，經常有很多關于對比度的抱怨，尤其是黑色水平。由于LCD需要背光照明 - 黑色水平，即沒有光線，看起來不太自然。動態背光允許自定義LCD屏幕上的背光，以通過改變背光強度來提高對比度。隨著能夠播放視頻文件的手持設備越來越多，提供更好的觀看體驗是一個關鍵賣點。

目前，液晶電視和手持設備通常采用由靜態冷陰極熒光燈（CCFL）或LED實現的屏幕邊緣背光。然而，未來的大面積高端LED背光液晶電視會將屏幕分成許多行和多列的單元，每個單元由一組RGB LED集群組成。通過獨立控制每個單元的光輸出（基于圖像內容），動態背光提高了圖像對比度。隨著背光和驅動器成本的下降，下一代高端電視可以將動態控制應用于單元內的每個RGB LED集群，以實現更精細的背光控制。系統所要做的就是監控視頻內容，并將控制信號反饋給背光控制器，以動態調整每個單元中的LED亮度。

對于手機LCD顯示屏，不需要將小屏幕分成一行又幾列的單元格。但是，背光也可以利用視頻內容的“窺探”，根據視頻屏幕在特定時刻的平均強度動態調整亮度，以增強觀看體驗。這種技術還可以延長手機電池的使用時間，因為每當播放視頻時，背光可能不必以全亮度運行。

LED背光驅動器（如MAX6948B等）具有內部脈寬調制（PWM）模塊，通過I2C等串行接口，根據手機基帶控制器的命令控制所連接LED的強度。然后，基帶控制器可以使用驅動器的內部PWM模塊動態調整背光，以響應用戶的按鍵或環境光的變化。然而，有限的通信速度和串行接口的協議開銷引起的延遲肯定會消除控制器使用LED驅動器的內部PWM模塊來實現與視頻內容相對應的動態背光。

改變與視頻內容相對應的背光強度需要一個PWM信號，其占空比隨視頻內容動態變化。該PWM信號可以使用手機基帶控制器內的現有視頻信號處理電路根據每幀的平均強度水平生成。PWM 信號可通過基帶控制器的通用 I/Ω （GPIO） 引腳發送到背光 LED 驅動器。

然后，LED驅動器需要將該外部PWM信號直接轉換為相應的LED強度水平變化，而不會通過串行接口（也由基帶控制器）對其內部PWM功能集造成太大干擾。例如，50%的外部PWM信號占空比不會使強度與內部PWM模塊設置的強度變化，小于50%占空比的PWM信號會使強度變暗，而超過50%的占空比會使強度變亮。

雖然對于MAX6948B等許多LED驅動器，沒有特定的輸入引腳來接受該外部PWM信號，但動態背光的額外PWM強度控制仍可以通過在典型應用電路中添加幾個元件來實現。讓我們研究如何添加外部PWM強度控制，以補充器件的內部PWM以實現動態背光控制。在本例中，額外的背光控制信號由微控制器的I/Ω引腳產生。但是，該信號可以表示移動光傳感器或分析屏幕內容的電路的輸出。MAX6948白光LED （WLED）驅動器作為示例器件。該驅動程序設計用于在移動電話中運行，但該概念可以應用于任何帶有LCD屏幕的系統。

MAX6948B WLED驅動器接受2.7V至5.5V的標準輸入電壓，輸出電壓升壓至28V以驅動背光。雖然該芯片設計用于驅動手機的背光，但添加外部PWM以動態控制背光的技術可用于液晶電視，PDA，筆記本電腦或幾乎任何LED背光顯示器。一個外部電阻器，RB，設置峰值背光強度（圖1）。電阻越大，峰值電流越低，因此背光強度越低。但是，通過增加一個晶體管（Q1）和第二個電阻（RB2），可以在不改變內部PWM的情況下調制電阻以改變背光亮度。

芯片內部產生PWM信號，根據主機通過I2C端口發送的命令確定LED強度。驅動WLED的芯片的升壓輸出可以完全開啟、完全關閉或PWM化，分辨率為10位（1024級）。最大電流由反饋電阻R決定B.如果 RB為3.3Ω，通過LED的最大電流約為30mA （VFB/RB= 100mV/3.3Ω

30mA）。如果 RB為30Ω，最大電流約為3.3mA。調節電壓，VFB，穩定在 100mV 左右，并控制通過 WLED 驅動的最大電流。通過調制反饋電阻，可以實現對WLED強度的額外控制。

圖1.電路用于對MAX6948B WLED驅動器施加外部PWM控制。微控制器的PWM頻率為5kHz，占空比為0至100%。

本例中PWM控制信號由MAXQ2000微控制器產生，PWM控制信號范圍為0V至+3.3V;頻率為5kHz;占空比可在0%至100%之間調節。MAX6948B也安裝在評估板上，Vishay SI4800BD n-FET晶體管（Q1）調制反饋電阻。對于手機應用，可以使用具有低漏源電阻RDSON的較小尺寸的n-FET晶體管;否則電阻 R?B可以減少以補償較大的RDSON。由于5kHz PWM開關頻率較低，當使用MAXQ2000的驅動器時，柵極電荷的影響可以忽略不計。晶體管的功耗可以忽略不計，因為開關損耗很低，通過它的平均電流也很低。

測試結果

圖3中的波形是使用電流探頭捕獲的，顯示了通過串聯WLED的電流。MAX6948B的內部PWM功能導通，占空比設置為50%。圖3a顯示了外部PWM占空比為15%時的LED電流;圖3b顯示了外部占空比為85%時的電流，圖3c顯示了外部PWM對通過串聯WLED的電流的影響。

數據顯示，由于MAX6948B的時間常數和反饋行為，LED電流電平不會在30Ω電阻確定的最低電流電平和3.3Ω電阻確定的最高電流電平之間切換。平均幅度和PWM擺幅根據外部PWM占空比設置而變化。

在這種情況下，外部PWM控制是通過改變n-FET晶體管的瞬時和平均電阻來實現的。這反過來又改變了通過串聯LED的電流。關于此配置，有兩個重要事實需要注意。首先，5kHz的外部PWM頻率遠高于125Hz的內部頻率。其次，外部PWM控制也在調節LED電流的直流部分。由于這兩個特性，該解決方案避免了與雙PWM強度控制相關的常見“跳動”問題。內部PWM從0%到100%施加了不同占空比的外部PWM控制，并且外部控制是有效的。在不同的占空比設置下未觀察到跳動。

圖 3a. 外部 PWM 占空比為 15% 時的 LED 電流。

圖 3b. 具有 85% 永恒 PWM 占空比的 LED 電流。

圖 3c.外部PWM效果的詳細信息。

LED的發光在有限截面上隨正向電流線性變化。圖4繪制了MAX6948評估板上金亮WLED的WLED發光強度與正向電流的關系。調制 RB3.3Ω至30Ω之間的電阻產生30mA至3.3mA的正向電流。3mA至30mA區域的電流-發光關系接近線性，如圖4所示。0% 外部 PWM 占空比在 3mA 時產生發光強度，在 30mA 時產生 100% 占空比。這些結果假設內部PWM強度完全開啟。通過使用I2C PWM命令，可以通過器件的內部PWM控制來降低強度水平。

圖4.發光和當前關系。

審核編輯：郭婷