基于PF7900的恒流式LED背光灯驱动电路的设计

王忠诚

（怀化商业学校 怀化高级技校，湖南 怀化418000）

基于PF7900的恒流式LED背光灯驱动电路的设计

王忠诚

（怀化商业学校 怀化高级技校，湖南 怀化418000）

为了提高效率，降低能耗，同时又能简化电路，节省成本，提出了PF7900恒流式LED背光灯驱动方案。用PF7900芯片与少量外围元件构成DC/DC升压电路来驱动LED背光灯工作；用分立元件构成恒流电路来控制LED背光灯的亮度，就可实现对LED的恒流驱动。该电路在节能方面和稳定性方面都较传统的LED驱动电路有很大的改善。实验表明，这种驱动电路的输出电压非常稳定，带负载能力强，亮度调节方便，是一款极具应用前景的电路。

PF7900；LED背光灯；升压电路；恒流电路

液晶电视机的背光灯有CCFL（冷阴极荧光灯）和LED（发光二极管）两种类型［1］。由于LED属于固体式电子照明，具有重量轻、体积小、发光效率高、色域宽、寿命长、无紫外线辐射等优点，有利于液晶屏的轻型化和超薄化，所以LED成了液晶电视机背光灯的首选。LED驱动电路是一个DC/DC升压电路，通过将12～24 V的直流电压升至40～100 V的直流电压，来驱动LED，使LED发光。驱动方式有直接驱动式、恒流驱动式和脉冲驱动式3种［2］。其中，恒流驱动式能自动稳定驱动电流，且便于亮度调节，能有效延长LED的使用寿命，因而具有广泛的应用前景。由于单个LED无法满足液晶屏的照明要求，故在实际使用时，常将多个LED灯珠粘在一个金属条上，通过串联的方式将它们连接起来，形成LED灯条，再用LED灯条来作为背光灯。液晶屏中一般布有两个以上的LED灯条，每个灯条含多少个LED灯珠，视屏幕大小和LED灯珠的功率而定。

1 恒流式LED驱动电路模型

恒流式LED驱动电路模型如图1所示，它由升压电路和恒流电路构成。升压电路的主要任务是将输入的12～24 V直流电压提升至40～100 V的直流电压，是一个典型的DC/DC电路；恒流电路的主要任务是控制LED背光灯的电流，使流过LED灯的电流稳定，进而稳定背光灯的亮度。

升压电路常由一个电源管理芯片和场效应开关管构成。目前，电源管理芯片的型号很多，其中，PF7900就是一款性能优良，且性价比特高的芯片。以PF7900构成的LED驱动电路不但结构简单，而且工作稳定，故障率很低。

图1 LED驱动电路模型

2 PF7900介绍

PF7900是一个电流模式PWM脉冲控制器件［3］，能输出PWM脉冲，具有过流保护、过压保护和欠压保护等多种保护功能。该芯片采用8脚SOP封装，可与一个外置场效应开关管构成开关电源，也常用于LED驱动电路。

2.1 内部框图

PF7900内部结构框图如图2所示，具有如下一些功能特点：

1）内置参考电压发生器，能产生5 V的参考电压供内部电路使用；

2）内置欠压比较器，当8脚电压低于8 V时，芯片停止工作，进入欠压保护状态；

3）内置过压比较器，当8脚电压高于29.5 V时，芯片停止工作，进入过压保护状态；

4）内置过流比较器，当4脚电压超过0.3 V，且持续250 ns时，芯片进入过流保护状态，提前输出低电平。

5）内置稳压电路，能将1脚电压锁定在2.5 V上。

图2 PF7900内部框图

2.2 引脚功能

PF7900引脚功能如下：

1脚（FB）：反馈输入（用于稳压控制）；

2脚（GM）：PWM控制回路补偿端 ，外接RC滤波器；

3脚（RT）：振荡器外接定时电阻；

4脚（CS）：过流检测端（高于0.3V时，过流保护）；

5脚（DIM）：亮度调节端；

6脚（GND）：接地端；

7脚（OUT）：PWM脉冲输出端；

8脚（VCC）：供电端（高于9V时，电路工作）。

3 电路设计

3.1 升压电路

升压电路如图3所示，电路输入电压为24 V，输出电压为45.6 V，最大输出电流可达0.8 A以上。图中无说明的电阻均为1/8W，精度为5%。

3.1.1 电路工作过程

通电后，24V电压一方面经储能电感L1送至开关管VT1的漏极，另一方面经IC2稳压成12V，送至IC1（PF7900）的8脚，使IC1工作，从7脚输出PWM脉冲，使VT1进入开关工作状态。在VT1饱和期间，24 V电压经VT1对储能电感L1充电，流过L1的电流近似线性上升，L1感应左正右负的电动势，同时L1储存能量；在VT1截止期间，L1释放能量，L1感应右正左负的电动势，该电动势与24V供电电压叠加，并经VD1整流和C6、L2、C7滤波后，得到VLED电压，用来驱动LED背光灯，使LED背光灯点亮。

R7、R8和R9构成分压电路，R9上所分得的电压送至IC1的1脚，用于稳压控制，使输出电压VLED保持稳定。例如，当输出电压上升时，R9上所分得的电压也上升，从而使芯片1脚的电压也上升，并高于2.5 V，经芯片内部电路调节后，7脚输出的脉冲宽度会变窄，VT1的饱和时间会缩短，导致L1中储存的能量减小，最终使输出电压下降。同理，若输出电压下降时，则电路调节过程与上述过程相反。

图3 升压电路

3.1.2 输出电压及误差

输出电压VLED的高低由R7、R8、R93只电阻决定，通过改变这3只电阻的阻值，即可设计出不同的输出电压来。输出电压与这3只电阻的关系如下式所示：

将图中数据代入上式中，可以算出输出电压VLED为45.6 V。为了确保输出电压的精度，R7、R8和R9必须使用精密电阻，当这3只电阻的精度取1%时，电路可能出现的最大输出电压Vmax与最小输出电压Vmin可按下式计算。

将图中数据代入上式中，可以算出Vmax为46.5V，Vmin为44.8 V。

Vmax与VLED之间的误差为0.9 V，折合成百分比为+1.9%；Vmin与VLED之间的误差为-0.8 V，折合成百分比为-1.7%。也就是说，当R7、R8和R9的精度为1%时，电路输出误差在±2%以内，属于高精度输出。

3.1.3 过流保护

芯片具有过流保护功能，VT1的源极接有电流检测电阻R6，当流过VT1的电流过大时，R6上的电压就会上升，该电压经R11和C8滤波后送至4脚，只要4脚电压超过0.3 V，过流保护功能启动，7脚输出的脉冲宽度变窄，VT1饱和时间缩短，漏-源电流下降，从而有效避免过流现象，防止VT1因过流而击穿。R6的阻值决定保护点IP的高低，并可按下式计算：

当R6取0.05Ω时，保护点为6 A，即流过VT1的电流超过6 A时，过流保护功能启动。

3.1.4 可变带负载能力

芯片5脚用于亮度调节，当LED背光灯亮度增大时，升压电路负载会变重，为了提高电路的带负载能力，使输出电压不至于因负载加重而下降，要求VT1的饱和时间增长，5脚就是实现这一目的的。在调节亮度时，DIM电压会变化，亮度越大，DIM电压也越高，7脚输出的PWM脉冲宽度越宽，开关管VT1的饱和时间越长，电路带负载能力也越大。

3.1.5 VD1和VT1的参数选择

VD1和VT1工作在大电流开关状态，是决定电路安全与否的关键元件，选择这两个元件时，一定要确保其参数满足电路要求，且留有足够余量。

VD1用于脉冲整流，在通电的初始阶段，流过VD1的浪涌电流会大到几十安；在正常工作时，VD1的整流电流可达3 A以上；在VT1饱和时，VD1的反向电压等于VLED。故选择VD1时，要求其最大反向耐压VRRM＞80 V，最大正向浪涌电流IFSM＞100 A，正向整流电流IF＞5 A，正向导通电压VF＜1 V。考虑到VD1工作于高频开关状态，最好选用肖特基势垒整流二极管，如SR510、SR515、SR520等，均能满足上述要求。

VT1是场效应开关管，在电路满载工作时，VT1漏-源电流会达到5 A以上，电路的最大输出功率可达30 W左右，漏-源之间的最大电压会达到供电电压的3倍左右。故选择VT1时，要求最大漏-源电压VDS＞90 V，最大漏-源电流ID＞10 A，最大耗散功率PD＞40W。同时，为了尽可能地减少热损耗，还要求VT1的导通电阻RDS＜0.05Ω。目前，市面上流行的AOD4126、AOI4126、AOTF454等型号的管子均能满足上述要求。

3.2 恒流电路

恒流电路如图4所示，VT2与VT4、……、VT n构成恒流源，若它们发射极所接的电阻阻值均为R，VT2的供电电压为VREF，则流过每个LED背光灯的最大电流［5］（即不考虑VT3的情况下）为：

因VREF、R18和R均为定值，故I是一个恒定值，与LED驱动电压VLED无关。由图可知，VREF为5V，R18为22Ω，R为10Ω（即R12、R16、R17的阻值），将数据代入上式，可求得I=134mA。

VT6和VT3用于亮度调节，若DIM由0开始不断增高时，VT6由截止开始导通，且导通程度越来越大，从而使其集电极电压越来越低，VT3导通越来越弱，VT3集电极电压越来越高，流过LED背光灯的电流越来越大，亮度逐步增大。反之，若DIM电压由高逐步变低时，则亮度逐步下降。

LED灯条可选用7020灯条，每个灯条由14个LED灯珠串联而成，每个LED灯珠的导通电压为3 V左右，最大允许电流为160mA［6］，发光功率为0.5W，只要用两个灯条即可满足32英寸屏的照明要求。

图4 恒流电路

4 结束语

PF7900是一款非常完美的电源管理芯片，不但用于新型开关电源，也可用于DC/DC升压电路。因其引脚较少，故外部电路比较简单，加上内部具有完善的保护功能，所以工作稳定，故障率极低。

实践表明，基于PF7900的恒流式LED背光灯驱动电路具有极高的电压稳定性和电流可调性，当接2～4条7020灯条时（每条含14个LED灯珠），输出电压均稳定在45.5 V上。调节亮度时，电压能保持不变，但灯条的亮度可在全暗和高亮之间变化，长时间通电，芯片无明显温升，场效应开关管也仅微微发热，电路运行十分稳定。该电路不但可作液晶电视机的背光电路，也可用于LED灯具中，具有广阔的应用前景。

［1］王轩.平板电视显示技术［M］.长沙：湖南科技出版社，2004.

［2］杨建红.LED背光灯的驱动电路分析及检修［J］.电子报，2013.

［3］王忠诚.一步到位学液晶电视机维修技术［M］.北京：化学工业出版社，2014.

［4］孙唯真.开关电源设计与制作［M］.长沙：湖南科技出版社，2002.

［5］张龙兴.模拟电子技术［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［6］http://www.cnledw.com/product/detail-389801.htm.

Design of constant current LED backlight driving based on the PF7900

WANG Zhong-cheng
（Huaihua Commercial School，Huaihua Senior Vestibule School，Huaihua 418000，China）

In order to improve the efficiency，reduce energy consumption，as well as simplify the circuit and save cost，it proposed the scheme of PF7900 constant current LED backlightdriving。Itdrives the LED backlightwith PF7900 chip and a small amount of peripheral components constitute DC/DC booster circuit。And it is to use discrete component constitutes a constant current circuit to control the brightness of LED backlight，It can be achieved on LED constant current driver。The circuithas a great improvement in the aspectof energy saving and stability compared with the traditional LED drive circuit.。The experiments show that the output voltage of driving circuit is very stable，load capability is strong and the brightness adjustment is convenient，It isa highly promising circuit.

PF7900；LED backlight；booster circuit；constant current circuit

TN86

A

1674－6236（2016）20-0140-03

2015-10-17 稿件编号：201510109

王忠诚（1965—），男，湖南怀化人，高级讲师，工程师。研究方向：电源技术和视频技术。