マザーボードでLCDスクリーンPMWの調光を実装する方法

      PWM（パルス幅変調）LCDスクリーンの調光は、バックライトソースのデューティサイクルを調整することにより、輝度制御の一般的なソリューションです。この方法のコアは、マザーボードに特定の周波数とデューティサイクルを持つPWM信号を生成し、バックライト回路（通常はLEDバックライト）を駆動して、この信号サイクルに従ってオンとオフにします。この方法は、人間の目の視力の持続性を利用して、滑らかな明るさの調整を実現します。長年のR＆Dエクスペリエンスを活用した深Shenzhen Hongjiaテクノロジーエンジニアは、エンジニアのリファレンスに次のデザインのアイデアを提供します。

A. PMW調光の基本原則

液晶ディスプレイ（LCD）は、自分で光を放出しません。代わりに、彼らはバックライトソース（ほとんどがLED）に依存して光を提供します。 PWM調光は、バックライトのオンとオフタイムの比を制御することにより、平均輝度を調整します（デューティサイクル）：

・PWMデューティサイクルが100％の場合、バックライトは常にオンになり、最大の明るさを達成します。

・デューティサイクルが減少すると、バックライトはサイクルの一部のみでオンになり、平均輝度がそれに対応する減少をもたらします。

・人間の目は、視力の持続（1秒あたり約24フレーム）のため、高周波フリッカー（通常は200Hzを> 200Hz）を知覚できないため、滑らかな調光が達成されます。

B.マザーボードPWM信号生成

マザーボードは、通常、メインコントロールチップ（MCU、SOC、または専用のバックライトコントローラーなど）によって実装される安定した調整可能なPWM信号を提供する必要があります。特定の手順は次のとおりです。

1.メインコントロールチップ選択

・統合されたPWMコントローラーを備えたMCUS/SOC：これらには、ARM Cortex-Mシリーズ（STM32）、携帯電話アクセスポイント（Qualcomm Snapdragonなど）、およびTVコントローラー（MediaTek MTKなど）が含まれます。これらのMCU/SOCには、統合されたPWMジェネレーターモジュールがあり、周波数、デューティサイクル、極性などのパラメーターのソフトウェア構成が可能になります。

専用のバックライトドライバーIC：マザーボードがバックライトを駆動するだけである場合、統合されたPWMコントロール（TIのTPS61088やNXPのPCA9685など）を備えたバックライトドライバーICは、回路設計を簡素化できます。

2。PWMパラメーター構成

周波数選択：明るさと干渉の間でバランスを打つ必要があります。低すぎる周波数（<200Hz）は、目に見えるフリッカーを引き起こす可能性があります。高すぎる周波数（> 20kHz）は、スイッチング損失を増加させ、オーディオサーキットに干渉する可能性があります。共通範囲：100Hz-20kHz（通常、1〜10kHzを使用し、携帯電話は通常200Hz-1KHzを使用します）。

デューティサイクル範囲：通常、0％-100％は0から最大までの輝度に対応します。これは、低関税サイクルでの明るさの非線形性を避けるために、バックライトドライバー回路の直線性と一致する必要があります。

解像度：デューティサイクル調整の精度（例：8ビット→256レベル、10ビット→1024レベル）。これは、輝度調整の細かさを決定します（携帯電話/テレビは通常8ビット以上が必要です）。

C.バックライトドライバー回路へのPWM信号伝送

マザーボードによって生成されたPWM信号は、有線接続を介してバックライトドライバーボード（またはマザーボードに直接統合されたバックライト回路）に送信する必要があります。次の問題を考慮する必要があります。

1。信号の完全性

・短距離伝送（例：マザーボードとバックライトボードは隣接しています）：標準のPCBトレース（インピーダンス制御は必要ありません）を使用しますが、クロストークを防ぐために高周波信号（LVDやEDPなど）と並行して実行しないようにします。

・長距離伝送（ラップトップスクリーンケーブルなど）：シールドケーブル（同軸ケーブルなど）またはディファレンシャルケーブル（LVDなど）を使用し、PWM信号の減衰または歪みを避けるためにトレースの長さを最小限に抑えます。

2。レベルマッチング

マザーボードによるPWMレベルの出力（3.3V CMOなど）は、バックライトドライバーICの入力レベルと互換性がなければなりません。ドライバーICが5Vで駆動されている場合、レベル変換が必要になる場合があります（たとえば、74LVCシリーズロジックチップを使用してください）。

3。分離保護

バックライト回路とマザーボードの間に高電圧がある場合（たとえば、コールドカソード蛍光ランプ（CCFL）が高電圧を必要とするのに対し、LEDバックライトはほとんど低電圧です）、オプトカプラー（HCPL-0723な​​ど）を使用して、PWMシグナルとの交差からの高電圧を防ぐために使用する必要があります。

D.バックライトドライバー回路設計（PWM信号出力段階）

PWM信号は、ドライバー回路のLEDが必要とする電流/電圧に変換する必要があります。コア関数は、PWMデューティサイクルをLEDの平均電流に変換することです。典型的な回路には、次のコンポーネントを含む定電流駆動 + PWM変調アーキテクチャが含まれます。

1。ブースト/バックコンバーター

LEDバックライトには、安定した電流が必要です（たとえば、文字列あたり350mAから2a）。マザーボード電源は通常5V/12Vであり、電圧を調整するためにDC-DCコンバーターを必要とします。

ブースト回路：直列のLEDの総電圧がマザーボード電源電圧（たとえば、複数のLEDが直列に接続されている場合）を超えると、ブーストチップ（TI TPS61020など）が使用されます。

バック回路：LED電圧がマザーボード供給電圧（たとえば、単一の低電圧LEDの文字列）よりも少ない場合、ステップダウンIC（TI TPS5430など）が使用されます。

2。PWM変調モジュール

ドライバーICは、マザーボードPWM信号を受け取り、デューティサイクルに基づいて出力電流を調整する必要があります。一般的な解決策：

統合されたPWMコントロールを備えたドライバーICS：マキシムMAX16834やNXP PCA9685など、マザーボードPWM信号をLED電流変調に直接変換する統合されたPWMコンパレータがあります（追加のコンポーネントは必要ありません）。

ディスクリートソリューション：トランジスタ/MOSFETを使用してPWMスイッチング回路を構築します（たとえば、MOSFETを電子スイッチとして使用し、PWM信号がオン/オフを制御し、平均LED電流を調整します）。

3。現在のサンプリングとフィードバック（定電流コントロール）

安定した明るさを確保するには、LED電流をサンプリングし、定電流規制のためにドライバーICに返還する必要があります。

サンプリング抵抗（0.1Ω〜1Ωなど）は、LED回路と直列に接続されており、サンプリングされた電圧はOP AMP（Ti INA219など）によって増幅されます。

ドライバーICは、サンプリングされた電圧を基準電圧と比較し、PWMデューティサイクルまたはスイッチのオン耐性を調整して、一定の電流を維持します（温度変動によるLED輝度ドリフトを防ぎます）。

F.重要なパラメーターと考慮事項

1。周波数干渉：PWM周波数は、電磁干渉（EMI）とスクリーニングの歪みを防ぐために、ディスプレイ信号のピクセルクロック（LVDSの75MHz-150MHzなど）を回避する必要があります。高周波ノイズは、RCフィルターを追加することでフィルタリングできます（たとえば、PWM信号線と並行して100pfコンデンサを接続する）。

2。マルチチャネル調光：独立したRGB調光が必要な場合（たとえば、ハイエンドモニターの場合）、マザーボードは3つの独立したPWM信号を出力して、それぞれ赤、緑、青のLEDバックライトを制御して、より広い色の域とより大きな色の精度を実現する必要があります。

3。ソフトスタートと保護：ドライバー回路には、LEDまたはドライバーICへの損傷を防ぐために、ドライバー回路にはソフトスタート機能が必要です（起動中の瞬間的な電流サージを回避します）、過電流保護（OCP）、過電圧保護（OVP）、および過剰浸潤保護（OTP）が必要です。

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