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(多图) 驱动新技术有助于降低LCD电视功耗

Peter Rust?? Werner Sch gler?? Manfred Pauritsch?? Herbert Truppe 奥地利微电子公司?? 2013年05月31日 ?? 收藏1
超高能效设备电器推广促进项目(SEAD)的调查结果显示,电视机耗电量占全球家用耗电量的大约3%~8%。美国劳伦斯伯克利国家实验室的分析表明,未来几年,电视技术的进步(如LED驱动效率提高等)有助于大幅降低电视机耗电量。

似乎毫无疑问,采用LED背光的液晶技术是达到官方所倡议能效目标的唯一可行途径。等离子电视技术存在以下缺点:每个像素都是有源的光发射器发光体,电视屏幕的像素数量直接决定了电视机的耗电量。在屏幕分辨率和亮度相同的情况下,高清等离子电视的耗电量是液晶电视的2倍~3倍。

根据近期报道,之前备受推崇的OLED(有机发光二极管)技术难以快速推广。因为这种大屏幕电视尖端技术需要巨额投资。不过,如果大型显示面板采用目前最先进TFT-LCD技术以及带局部调光的“智能”直接LED背光,则成本远低于OLED,而功耗与图像质量毫不逊色。目前生产的LCD电视(即使是采用了LED背光)仍然难以达到未来几年设定的节能要求。然而,LED驱动器电路的设计新技术有望大幅降低功耗,使电视机生产商满足严苛的功耗要求。

电视机功耗标准不断提高

电视机标准(如能源之星)于2008年开始制定,之后标准当中规定的电视机耗电量逐年递减。当前标准规定,现在任何尺寸屏幕的最大功耗为85W。这个标准给大屏幕电视的设计带来了更大的挑战。

能源之星是一项针对高能效消费产品的国际标准,具有很大的影响力。生产商可以自行决定是否遵从该标准。此外,类似的标准还有很多。例如,美国加利福尼亚州能源委员会就自行制定了一套功耗标准,并于2011年开始生效。加利福尼亚州能源委员会制定的这套能耗标准比能源之星的标准还要严格,该标准规定:不符合能耗标准的产品禁止在加利福尼亚州销售。

在欧洲,多年来规定已经允许对白色家电的功耗做直接比较(欧盟功耗标签),消费者可以用它作为购买决策的依据。这些规定现在已成为电视、汽车和家用电器的强制标准。

LED背光

在LCD电视的总耗电量中,LED背光组件的耗电量占其中的30%~70%。因此,要降低整台电视机的耗电量,首先要设法降低LED背光组件的耗电量。有时候,只要稍微提高某些组件的运行效率,设备的总能耗就会大幅降低,这种情况在电源系统设计领域极为常见。

实现LED背光的方式有两种(如图1所示):间接式背光和直下式背光。如果使用间接背光技术(也称为侧光式背光),LED排列在屏幕的边沿。一个光导将光源均匀地分配到整个屏幕。这种结构对60英寸以内的屏幕有良好的光照一致性,能够实现厚度仅为5mm~10mm的背光单元。

图1: LED背光在LCD电视中可以通过两种方式实现:间接式背光(也称为侧光式背光,如图a所示)和直下式背光(如图b所示)。
图1: LED背光在LCD电视中可以通过两种方式实现:间接式背光(也称为侧光式背光,如图a所示)和直下式背光(如图b所示)。

如果使用直下式背光技术,LED则直接排列在LCD屏幕后方,这种方式不仅耗电少易散热,而且还具有很好的扩展性,尤其是对屏幕尺寸没有限制。与侧光式背光相比,直下式背光技术的LCD屏幕一般更厚一些。但随着光分布技术的进步,现在有些屏幕厚度已经降至8mm。直下式背光的一个突出优势是可以实现完美的局部调光。局部调光既可以降低电视耗电量也可以提高动态对比度,从而使最新的电视设计能与OLED电视相媲美。

系统架构

对一个LED背光驱动系统架构的选择能够最大程度地节约能耗,大大提高图像质量。设计人员要在LED串的局部控制与最小材料清单(BOM)之间找到一个最佳平衡点。

在一个单串、单DC/DC转换器的背光系统中,开关电源(SMPS)为排列成串的背光LED提供电源。一个电流阱用于调节通过LED串的电流。为了尽量降低耗电量,ILED阱的电压必须略微高于所需电压,以保证LED获得其规定的电流(如图2所示)。

图2: 为了尽量降低单串、单DC/DC变换器背光系统的功耗,ILED阱的电压必须略高于所需电压,以保证LED获得规定的电流。
图2: 为了尽量降低单串、单DC/DC变换器背光系统的功耗,ILED阱的电压必须略高于所需电压,以保证LED获得规定的电流。

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