作者/ David Gamperl 艾迈斯半导体
摘要：分辨率是电视和显现屏制造商的中心竞赛范畴。但在HDR(高动态规模)显现屏推出后，顾客开端了解到比照度相同对观看作用有着巨大的影响。本文介绍了进步比照度遇到的应战，以及艾迈斯半导体开发的立异LED驱动操控技能的处理办法。
导言
分辨率是电视和显现屏制造商的中心竞赛范畴。顾客乐意花费更高的价钱购买HD(高清晰度)显现屏及最近的4K显现屏。未来超高清的8K显现屏将会替代当时这一代高端电视。
在HDR(高动态规模)显现屏推出后，顾客开端了解到比照度相同对观看作用有着巨大的影响(如图1)。HDR显现屏可以经过在最亮堂的淡色和最深、最暗的黑色之间构成更大的比照，为顾客带来更精彩生动的观看体会。
可是，显现屏制造商在开发新的HDR显现屏时需求处理一个电力体系的规划问题：高比照度不只需求一个具有十分高亮度的背光灯来实在再现图画极亮的部分，并且高电流的背光电路还有必要能输出十分暗的光来正确烘托图画较暗的部分。一同，电视制造商有必要满意比如美国动力部推出的ENERGY STAR®动力之星计划这样的苛刻法规法则，该计划严厉约束了新电视的均匀能耗。
传统的PWM背光调光办法最多只能在最高和最低电流之间完成1:1000的比率。假如一个功率操控器IC只支撑数字PWM调光办法，那么在用于高性能的HDR显现屏时就会导致糟蹋电能，并且图画质量也会受影响。因而需求一种新的电视背光操控办法来进一步拉大最高和最低亮度的距离，并对显现屏各区域的背光进行精密的部分操控。
HDR显现屏对峰值照度的新要求
Dolby凭仗其Dolby Vision™项目成为向世人展现了高性能HDR电视的公司。在其2015年展现的产品中，显现屏峰值亮度达到了4000尼特。比较而言，现在的HD或4K电视的峰值亮度一般都在300尼特左右。在峰值照度明显进步后，电视就能实在再现极亮的图画，并加大亮暗之间的比照度。
这种大比照度使得HDR显现屏看起来十分舒畅，但相同也给电力体系的规划出了道难题。由于，假如要正确再现深蓝色、黑色和灰色，背光灯需求调到十分暗。这意味着假如峰值亮度为4000尼特，而传统的PWM操控器最多只能调暗至峰值亮度的0.1%，如此一来，最低的显现屏亮度就不够低，深黑色就会悉数被烘托成偏灰的色彩。
实际中，现在HDR显现屏的制造商会把峰值亮度定在约为800~1000尼特，尽管进步了对极深色彩的烘托，但也下降了最亮色彩的生动性。
假如只依托数字PWM操控是无法处理这一问题的：PWM操控的MOSFET有特定的最小占空比，这详细取决于关断推迟和下降时刻。而关断推迟和下降时刻是电力设备中的硅的根本特点，这些特点会阻挠PWM操控器将亮度调到峰值输出的0.1%以下。
部分调光怎么协助进步显现屏的比照度
显现屏背光照明的办法会影响到比照度和调光安置。现在家庭中运用的大部分带LED背光的电视都归于侧光式，选用大局动态调光。也便是说假如图画大部分都较为亮堂，那么整个显现屏的背光就会以全功率或挨近全功率运作，假如图画大部分都较暗，那么整个显现屏的背光就会调到较低水平。因而，大局动态调光不适合HDR显现屏，特别是由于它在处理需求一同显现明暗部分的图画(如图1)时作用很差。
这意味着HDR技能需求带部分调光的直下式背灯照明，这种结构要求更多的LED、更多LED通道和更为杂乱的LED驱动体系，当然价格也更为贵重。可是，假如将显现屏的背光照明体系分红一个个区域(现在的47寸直下式背光照明电视一般分为16到256个区域)，那么每个区域的背光亮度就可以与其所显现的图画部分的内容精确匹配。这样，深暗蓝色就可以与亮白色一同显现，一同也不会由于对图画较暗部分进行背光照明而糟蹋电力。
部分调光办法需求LED驱动器与视频或图形处理器(GPU)同步。假如设备之间的接口答应，则背光驱动器可以直接由GPU操控。
经过选用艾迈斯半导体的AS3824 LED背光灯操控器可完成部分调光。图2显现了笔直同步信号(VSYNC——艾迈斯半导体LED操控器的一项专利功用)可以用于符号每个新建帧的开端，然后为背光灯操控器供给一个同步输入。图中，帧1在区域1中图片较亮，因而需求十分高的PWM占空比，而在区域n中烘托的是图画较暗的部分，所以占空比较低。而在帧2中，新的视频内容意味着须替换这两个区域的亮度。在帧1过程中GPU会发送指令为区域1和区域n供给新的PWM占空比，而这两个区域的信号在帧2的上升沿进行改写。
图2显现了VSYNC上升/下降沿与PWM信号的上升沿之间的延时。这一推迟可在AS3824操控器中设置：这就让显现屏制造商可以依据LCD像素的翻开时刻进行推迟补偿，使操控器能精确地在像素翻开时点亮LED，这样就可以进步图画质量，并将功耗降到最低。推迟翻开PWM还可以下降LED电源的负荷，削减体系所发生的噪音和搅扰。
模仿调光：一种增强峰值亮度的办法
比如AS3824这样的多通道LED操控器可以对16个通道进行独自操控，然后完成屏幕各区域的精密调光。经过菊花链式结构最多可以将32个AS3824 IC经由各自的SPI接口衔接到一同，然后操控带有16个区域以上的显现屏(见图3)。
但HDR显现屏制造商仍就面临着比照度的问题。他们怎么既保存烘托十分暗的色彩的才能又可以将峰值亮度进步到1000尼特以上呢?答案便是AS3824操控器%&&&&&%中引进的一种专利立异：一种增强PWM操控电流的模仿办法。它最多可以将PWM信号所操控的电流增强到根底水平的8倍，然后更好地对图画最亮的部分进行照明。一同，处理最暗部分的通道可以只运用根底模仿LED电流的10%，PWM占空比也最小，或许只要0.1%。换言之，调光计划中数字PWM的动态规模坚持不变，而额定的模仿部分则拓宽了全体(模仿+数字)动态规模(见图4)。
这一额定的模仿调光经过集成在AS3824中的DAC完成。依据显现屏视频处理器或GPU供给的数字输入信号DAC会供给一个基准电压。该基准电压扩大后用于操控为通道上的LED供电的FET电流的起伏。实际上，模仿电流操控是一种以同步脉冲宽度调制和脉冲起伏调制为根底的电源计划。
AS3824可以用于驱动额定电流较高的FET或BJT。外部开关电源的输出电压必定要与其所衔接的LED串的电压要求相匹配。过大的FET供电电压余度会导致功率损耗并下降体系功率。
经过调理经R1流至其反应(FB)引脚的电流，AS3824的DC-DC反应功用可与恣意类型的DC-DC转换器(升压或降压)以及其它比如LLC操控器之类的转换器相配合来调理FET的供电电压。反应功用的操控可经过SPI进行设置。在手动反应形式下，SMPS的输出电压可以直接经过AS3824进行调理。换言之，AS3824一直对SMPS的输出电压进行彻底的操控，因而可以将体系功率丢失降到最低。
精密的电源操控带来更高的比照度
运用AS3824操控器来操控LED背光照明不只可以完成对直下式背光显现屏的精密、多通道操控，并且其带来的模仿+数字调光规模是传统的仅运用数字PWM调光的LED背光操控器的数倍。这样能大幅进步比照度，然后答应对显现屏一些区域中最亮的白色进行再现，一同还能烘托另一些区域深暗的蓝色和灰色，终究带来的观看体会要远胜于现在的HD和4K电视和显现屏。
16通道的AS3824是AS382x系列LED背光操控器的最新成员，专门用于HDR显现屏。该系列中的其它产品有16通道的AS3820、12通道的AS3821、8通道的AS3822和6通道的AS3823。
小结
本文介绍了艾迈斯半导体开发的立异LED驱动操控技能，它将模仿电流操控与传统的PWM调光技能相结合，调光规模大大超出了仅运用数字PWM的操控办法。这让显现屏制造商可以完成远高于当时市场上的比照度，并明显进步观看体会。
本文来源于《电子产品世界》2017年第1期第79页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
