Cómo implementar la pantalla LCD PMW Dimming en la placa base

      La atenuación PWM (modulación de ancho de pulso) para pantallas LCD es una solución común para el control de brillo al ajustar el ciclo de trabajo de la fuente de retroiluminación. El núcleo de este método es generar una señal PWM con una frecuencia específica y un ciclo de trabajo en la placa base, lo que impulsa el circuito de retroiluminación (generalmente una luz de fondo LED) para encender y apagar de acuerdo con este ciclo de señal. Este método utiliza la persistencia de visión del ojo humano para lograr un ajuste de brillo suave. Los ingenieros de tecnología de Shenzhen Hongjia, que se basan en años de experiencia en I + D, ofrecen las siguientes ideas de diseño para la referencia de sus ingenieros:

A. Principios básicos de la atenuación de PMW

Las pantallas de cristal líquido (LCD) no se emiten luz; En cambio, confían en una fuente de retroiluminación (principalmente LED) para proporcionar luz. PWM Dimming ajusta el brillo promedio controlando la relación de los tiempos de encendido y apagado de la luz de fondo (ciclo de trabajo):

· Cuando el ciclo de trabajo PWM es del 100%, la luz de fondo siempre está encendida, logrando el máximo brillo.

· A medida que disminuye el ciclo de trabajo, la luz de fondo está encendida solo por parte del ciclo, lo que resulta en una disminución correspondiente en el brillo promedio.

· El ojo humano no puede percibir un parpadeo de alta frecuencia (típicamente> 200Hz) debido a su persistencia de visión (aproximadamente 24 cuadros por segundo), lo que alcanza la atenuación suave.

B. Generación de señales PWM de placa base

La placa base debe proporcionar una señal PWM estable y ajustable, típicamente implementada por un chip de control principal (como un MCU, SOC o un controlador de retroiluminación dedicado). Los pasos específicos son los siguientes:

1. Selección de chips de control principal

· MCU/SOCS con controladores PWM integrados: estos incluyen la serie ARM Cortex-M (STM32), puntos de acceso de teléfono móvil (como Qualcomm Snapdragon) y controladores de TV (como MediaTek MTK). Estos MCU/SOC tienen un módulo de generador PWM integrado, lo que permite la configuración del software de parámetros como la frecuencia, el ciclo de trabajo y la polaridad.

IC del controlador de luz de fondo dedicado: si la placa base solo necesita conducir la luz de fondo, un IC del controlador de fondo con control PWM integrado (como TPS61088 de TI o PCA9685 de NXP) puede simplificar el diseño del circuito.

2. Configuración de parámetros PWM

Selección de frecuencia: se debe alcanzar un equilibrio entre la suavidad del brillo y la interferencia. Una frecuencia que es demasiado baja (<200Hz) puede causar parpadeo visible; Una frecuencia que es demasiado alta (> 20kHz) puede aumentar las pérdidas de conmutación e interferir potencialmente con los circuitos de audio. Rango común: 100Hz-20kHz (TVS/Monitores generalmente usan 1-10kHz, y los teléfonos móviles generalmente usan 200Hz-1KHz).

Rango del ciclo de trabajo: típicamente, el 0% -100% corresponde al brillo del 0 al máximo. Esto debe coincidir con la linealidad del circuito del controlador de la luz de fondo para evitar la no linealidad de brillo en ciclos de bajo servicio.

Resolución: El grado de precisión del ajuste del ciclo de trabajo (por ejemplo, niveles de 8 bits → 256, niveles de 10 bits → 1024), lo que determina la finura del ajuste de brillo (los teléfonos móviles/televisores generalmente requieren ≥8 bits).

C. Transmisión de la señal PWM al circuito del controlador de luz de fondo

La señal PWM generada por la placa base debe transmitirse a la placa del controlador de luz de fondo (o el circuito de luz de fondo directamente integrada en la placa base) a través de una conexión con cable. Se deben considerar los siguientes problemas:

1. Integridad de señal

· Transmisión de corta distancia (por ejemplo, la placa base y la placa de fondo son adyacentes): use trazas de PCB estándar (no se requiere control de impedancia), pero evite ejecutar señales paralelas a alta frecuencia (como LVD y EDP) para evitar la diafonía.

· Transmisión de larga distancia (por ejemplo, cables de pantalla de la computadora portátil): use cables blindados (como cables coaxiales) o cables diferenciales (como LVD), y minimice las longitudes de traza para evitar la atenuación o distorsión de la señal PWM.

2. Matriota de nivel

La salida del nivel PWM por la placa base (por ejemplo, 3.3V CMOS) debe ser compatible con el nivel de entrada del IC del controlador de luz de fondo. Si el IC del controlador funciona con 5V, se puede requerir una conversión de nivel (por ejemplo, utilizando un chip lógico de la serie 74LVC).

3. Protección de aislamiento

Si hay un alto voltaje entre el circuito de la luz de fondo y la placa base (por ejemplo, las lámparas fluorescentes de cátodo frío (CCFL) requieren un alto voltaje, mientras que las luces de fondo LED son en su mayoría de bajo voltaje), se debe usar un optoacoplador (como el HCPL-0723) para aislar el bucle de fundamento y evitar el voltaje alto de interferir con la señal PWM.

D. Diseño del circuito del controlador de retroiluminación (etapa de salida de señal PWM)

La señal PWM debe convertirse a la corriente/voltaje requerido por el Circuito del controlador LED. La función central es convertir el ciclo de trabajo PWM en la corriente promedio del LED. Un circuito típico incluye una arquitectura de modulación de corriente de corriente constante + PWM, con los siguientes componentes:

1. Boost/Buck Converter

Las luces de fondo LED requieren una corriente estable (por ejemplo, 350 mA a 2A por cadena). La fuente de alimentación de la placa base es típicamente 5V/12V, lo que requiere un convertidor DC-DC para ajustar el voltaje:

Circuito de refuerzo: cuando el voltaje total de los LED en la serie excede el voltaje de la fuente de alimentación de la placa base (por ejemplo, cuando se conectan múltiples LED en serie), se usa un chip de refuerzo (como el TI TPS61020).

Circuito Buck: cuando el voltaje LED es menor que el voltaje de suministro de placa base (por ejemplo, una sola cadena de LED de bajo voltaje), se usa un IC reductor (como el TI TPS5430).

2. Módulo de modulación PWM

El IC del controlador necesita recibir la señal PWM de placa base y ajustar la corriente de salida en función de su ciclo de trabajo. Soluciones comunes:

Los IC del controlador con control PWM integrado: como el Maxim MAX16834 y NXP PCA9685, que tienen un comparador PWM integrado que convierte directamente la señal PWM de la placa base en modulación de corriente LED (no se requieren componentes adicionales).

Solución discreta: Cree un circuito de conmutación PWM usando transistores/MOSFET (por ejemplo, utilizando un MOSFET como un interruptor electrónico, con la señal PWM que controla/desactiva, ajustando así la corriente LED promedio).

3. Muestreo y retroalimentación de corriente (control de corriente constante)

Para garantizar un brillo estable, la corriente LED debe muestrearse y volver a alimentarse al IC del controlador para una regulación de corriente constante:

Una resistencia de muestreo (por ejemplo, 0.1Ω a 1Ω) está conectada en serie con el circuito LED, y el voltaje muestreado se amplifica mediante un amplificador OP (por ejemplo, el TI INA219).

El IC del controlador compara el voltaje muestreado con un voltaje de referencia y ajusta el ciclo de trabajo PWM o la resistencia al interruptor para mantener una corriente constante (para evitar la deriva del brillo del LED debido a las fluctuaciones de temperatura).

F. Parámetros y consideraciones clave

1. Interferencia de frecuencia: la frecuencia PWM debe evitar el reloj de píxeles de la señal de visualización (por ejemplo, 75MHz-150MHz de LVDS) para evitar la interferencia electromagnética (EMI) y la distorsión de la pantalla. El ruido de alta frecuencia se puede filtrar agregando un filtro RC (por ejemplo, conectando un condensador de 100pf en paralelo con la línea de señal PWM).

2. Dimitación multicanal: si se requiere atenuación de RGB independiente (por ejemplo, para monitores de alta gama), la placa base debe obtener tres señales PWM independientes para controlar las luces LED rojo, verde y azul, respectivamente, para lograr una gama de colores más amplia y una mayor precisión del color.

3. Inicio y protección suave: el circuito del controlador debe tener una función de arranque suave (para evitar una oleada de corriente instantánea durante el inicio) y la protección integrada de sobrecorriente (OCP), la protección de sobretensión (OVP) y la protección de sobretemperatura (OTP) para evitar daños a los LED o el IC del controlador.

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