背光灯板原理：全面解析

康佳LED液晶彩电采用的编号为34007165背光灯板，型号为KLD+L075E12-01或KLD+L080E12-01，版本号为35014746，应用于LED42MS92DC、LED42IS97N、LED37IS95N等超薄大屏幕LED液晶彩电中。

康佳LED液晶彩电采用的编号为34007165背光灯板，电路组成框图如图3-25所示；背光灯板的供电电路如图3-26所示。背光灯板电路分为两部分，如图3-27和图3-28所示。由于大屏幕液晶屏需要点亮的LED灯串达到12条以上，背光灯板采用两个完全相同的LED背光灯驱动电路。每个驱动电路由三部分组成：一是以集成电路OZ9986为核心组成的驱动控制电路；二是由储能电感、MOSFET（开关管）、续流管、输出电容组成的Boost结构的升压输出电路；三是由晶体管、二极管、电感组成Buck结构的均流控制电路，为12路背光LED灯串提供62.7V、每路110mA均流输出，使LED灯条正常点亮。

图3-24 康佳42in背光板34007165实物图解

图3-25 康佳42in背光板34007165电路组成框图

图3-26 康佳大屏幕LED彩电背光灯板供电电路

图3-27 康佳大屏幕LED彩电

背光灯板电路1

图3-28 康佳大屏幕LED彩电

背光灯板电路2

1.OZ9986电路简介

（1）内部电路和引脚功能

康佳LED液晶彩电背光灯板普遍采用的驱动控制电路OZ9986，内部电路框图如图3-29所示，提供6个驱动输出通道，用以驱动背光LED，内置过电压保护、过电流保护等功能。推荐VDDA、VDDP供电电压为4.5～5.5V，运行频率为（100～200）kHz，均衡开关频率为300kHz～1.5MHz，采用30脚SSOP和30脚SOP封装。OZ9986采用开关模式调整LED负载上的电流，效率高，性能稳定。OZ9986引脚功能和维修数据见表3-12，推荐运行范围见表3-13。

图3-29 OZ9986内部电路框图

表3-12 OZ9986引脚功能及维修数据

（续）

表3-13 OZ9986推荐运行范围

（2）启动特性

OZ9986启动时，ENA电压大于2.2V。当电压小于1V时，OZ9986失去工作能力。OZ9986提供欠电压锁定保护功能，并将停止IC输出。当电压VDDA/VDDP下降到大约为3V时，OZ9986输出被禁用。该OZ9986如要恢复正常运作，VDDA/VDDP端增加的电压必须超过大约4V。建议启动（ON）的顺序是VIN、VDDA/VDDP、DIM、ENA。关断（OFF）的顺序是ENA、DIM、VIN、VDDA/VDDP。

（3）软启动

一旦OZ9986被启用，DC-DC变换器也开始启动。为了避免浪涌电流延续到负载时开启，这个软启动功能提供可靠的负载运作。软启动时间取决于6脚外接的电容C7106或C7206连接的SSTCMP。电容C7106或C7206的容量值可根据实际定义，以满足设计师的要求。例如：C7106或C7206的电容值为470nF，该电容可提供一个软启动时间约200ms的启动过程。

（4）振荡器频率设置

OZ9986以固定频率运行，该频率为升压转换器和开关模式平衡控制电路的工作频率。平衡控制电路开关模式工作频率通过连接到OZ9986的1脚外部RT电阻R7105或R7205设置。

工作频率计算公式：f_op（kHz）=51000/R_T（kΩ）。一旦平衡控制电路开关模式工作频率被设定，升压转换器频率将随之变化，而且可以近似由公式：f_Boost（kHz）=f_op（kHz）/N计算。

升压转换器组数：OZ9986对升压转换器驱动信号提供了一个相移功能。例如，3个DRV信号的使用，它们之间有一个120°的相移；如果是2个DRV信号被使用，DRV1和DRV2有一个180°的相移，而DRV3被禁用。如要禁用DRV3，ISW3端连接到VDDA端即可。相移功能可优化电源效率，减少了输入/输出电流纹波。

（5）LED电流设置和校准

一旦工作频率设定，下一步是确定LED电流。LED电流可以近似以下式计算：I_LED（mA）=253/R_ISEN（Ω），参见图3-27左下部的Q7161均流控制电路，R_ISEN=R7161//R7181。

根据提供参考的LED电流，在ISEN～ISEN6上设置每串LED的电流。DC-DC变换器可根据以上设置调节LED的电流。在正常运作时，通过检测ISEN1～ISEN6串最低电流，控制升压转换器。电阻R7106（R_cmp）和电容C7106（C_cmp）连接到SSTCMP脚，用于控制回路补偿。

LED电流平衡电路采用了开关模式稳压器，由一个电感、一只肖特基二极管和一只N沟道MOSFET分别连接COMP脚组成。通过COMP脚调整每路占空比，控制每串LED的电流。

（6）升压模式（Boost）操作

当系统的输入电压低于所需的电压驱动所有的LED，OZ9986是在升压模式下工作。该系统驱动电压输出以满足最大的LED串电压（正向电压）。其他LED串由各自的平衡控制电路调整。

（7）降压模式（Buck）操作

当输入电压超过所有的驱动电压时，LED串的升压转换器停止工作，降压开关模式平衡电路执行LED电流控制，每串LED由各自的平衡电路控制。

（8）背光亮度控制

PWM调光控制是通过直流电压控制OZ9986的ADIM脚实现的。直流电压范围为0.1～3V，控制面板的亮度为0～100%。PWM调光频率可以是自由运行或由外部输入同步信号设定，与VSYNC脚有关。

1）独立的背光亮度调节频率。使用自由运行调光频率时，VSYNC脚（29脚）通过电阻R7110或R7210接地，先使同步功能失去作用。使用自由运行调光频率时，必须将LPF脚连接VDDA脚。(www.xing528.com)

典型的自由调光频率近似计算公式：若0V<SEL<2V时，K=10；若2V<SEL<3V时，K=2.5；若SEL≥3V时，K=1.25。

2）相移功能。OZ9986提供PWM相移功能调光操作。当所有的6串LED都连接时，每串相移60°。图3-30说明了“开/关”的PWM调光波形6阶段的应用。

图3-30 PWM移相控制

对于5相调光，ISEN6被拉至VDDA并从控制回路排除在外。该LED控制回路只包括ISEN1～ISEN5和COMP1～COMP5。对于4相调光，ISEN6和ISEN5是拉至VDDA并将控制回路排除在外。LED电流控制包括ISEN1～ISEN4和COMP1～COMP4。对于3相调光，ISEN2、ISEN4和ISEN6是拉至VDDA并排除控制回路。LED的控制回路包括ISEN1/3/5和COMP1/3/5。

（9）保护功能

1）过电流保护（OCP）功能。OZ9986提供过电流保护，是为了保护升压转换器的MOSFET和LED串。ISW1～ISW3脚为功率MOSFET提供过电流保护。

在功率MOSFET的“ON”期间，当任何引脚（ISW1～ISW3）的电压超过大约0.5V时，相应的DRV1～DRV3会变成“OFF”，将无法打开“ON”，直至下一个驱动器周期开始。

OZ9986还通过ISEN脚检测对LED电流平衡电路起到过电流保护作用。当任何ISEN脚（ISEN1～ISEN6）电压超过大约0.5V时，相应的COMP脚（COMP1～COMP6）将关闭，并会恢复到正常运作的最低ON的时间占空比。

2）过电压保护（OVP）功能。在启动过程中，如果所有的LED串是开路的，当VSEN电压达到约2.54V，所有的MOSFET驱动器（DRV1～DRV3）会变成“OFF”。要恢复正常工作，切换ENA。如果至少有一个LED串在正常运作，控制器将自动忽略开路功能，当VSEN电压达到约2.54V，剩余LED串将保持原有设置，此功能将提高电源效率。

3）输出短路保护及LED开路保护功能。该OVP脚接GNDA脚时，内部吸收电流约为0.5μA。如果输出是短路到地或肖特基二极管开路，V_OUT接近0V，并且OVP电压也将接近0V，当OVP电压低于或接近0.1V时，DRV脚将停止输出。

4）其他保护功能。在不正常的情况下OZ9986关闭，且VSEN电压大于3V。

（10）电感的选择

OZ9986中的升压转换器运行在非连续和连续模式下。输出电感器（L1～L3）的工作从非连续模式到连续模式。电感的饱和额定电流必须大于峰值电流。L1=L2=L3，电路中的电感为L7101、L7102、L7103，均为100μH。

（11）电容的选择

输入电容能降低电流峰值，减少噪声干扰。例如，对于一个24V输入、70W功率输出器，用一个22μF的陶瓷电容器应该是足够的。例如，对于一个典型的25V输出电压和1%纹波值，规定的最大输出峰-峰值纹波电压为0.25V。C_OUT（C7121）选择为22μF/100V。

2.驱动控制电路

（1）背光灯板供电电路

背光灯板供电电路如图3-26所示。电源板输出的24V电压经输入连接器XS7001的1～5脚为背光灯板供电，其中24V直接为Boost结构的升压输出电路和Buck结构的均流控制电路供电；同时经两级串联稳压电路Q7002、D7003和Q7001、D7001降压、稳压后，产生5V的VDD电压和VEE电压，为驱动控制电路OZ9986（N7101/N7201）的12、26脚供电。

（2）启动工作过程

遥控开机后，主板输出的点灯控制EN电压和亮度调整DIM电压分别送到OZ9986（N7101/N7201）的19脚和27脚，背光灯电路启动工作，一是OZ9986（N7101/N7201）从10～8脚输出DRV升压激励脉冲电压，推动Boost结构的升压输出电路MOSFET（开关管）工作于开关状态，与储能电感和续流二极管、输出滤波电容配合，将24V供电提升到45～60V（根据显示屏大小和背光灯串的需要，各个背光灯有所不同），为背光灯串供电；二是OZ9986（N7101/N7201）从18～13脚输出COMP均压激励脉冲电压，推动Buck结构的降压型均流控制电路MOSFET工作于开关状态，与储能电感和续流二极管配合，对各个灯串的电流进行控制，达到均衡电流、均衡和稳定背光灯亮度的目的。

模块电路采用恒定电流方式驱动LED负载，因此输出电压会随LED负载的正向电压变化而做自动调整。

3.Boost升压输出电路和Buck均流控制电路

由于背光灯板需要为12条背光灯串提供电源，工作电流较大，为此不但采用两个相同的背光灯驱动电路，而且每个背光灯驱动电路采用3个相同的Boost升压输出电路并联运行，以及6个Buck结构的降压型均流控制电路，以提供足够的供电电流。

图3-27所示背光灯驱动电路1中的Boost结构升压输出电路：开机背光灯电路启动后，OZ9986（N7101）从10～8脚输出DRV1～DRV3升压激励脉冲电压，分别经D7167、R7450、R7147、R7139，D7168、R7157、R7148、R7160，D7169、R7158、R7149、R7167去推动三路Boost结构的升压输出电路MOSFET（开关管）Q7101～Q7103工作于开关状态，与储能电感L7101～L7103和续流二极管D7101～D7103、输出滤波C7121、D7122电容配合，将24V供电提升到60V左右（根据显示屏大小和背光灯串的需要，各个背光灯有所不同，同时在45～63V），产生OUT1输出电压，经连接器XS7101、XS7102的7、6脚为6路LED背光灯串供电。

图3-27所示背光灯驱动电路1中的Buck结构均流控制电路：开机背光灯电路启动后，OZ9986（N7101）从18～13脚输出COMP1～COMP6均压激励脉冲电压，推动Buck结构的降压型均流控制电路MOSFET（开关管）Q7161～Q7165工作于开关状态，与储能电感L7161～L7166和续流二极管D7161～D7166、电容器C7181～C7186配合，对连接器XS7101、XS7102的1～3脚6路LED灯串回路CH11～CH16的电流进行控制，达到均衡电流、稳定背光灯亮度的目的。

图3-28所示背光灯驱动电路2中的Boost结构升压输出电路和Buck结构均流控制电路与图3-27所示的背光灯驱动电路1中的电路结构和原理相同，只是元器件编号不同，不再重述。

为了说明其工作原理，将其中的一路Boost升压输出电路和Buck均流控制电路简化为图3-31。

图3-31 大屏幕LED背光灯电路工作原理示意图

（1）Boost升压输出电路

Boost升压输出电路由储能电感L1、MOSFET（开关管）Q1、续流管D1、输出电容C1为核心组成，其工作原理与电源板PFC电路的工作原理基本相同。

Q1导通时，24V电流经储能电感L1、Q1、R1到地，在储能电感L1中产生感应电压并储能，此时由开机状态24V电压在输出滤波电容C1两端形成的电压为背光灯串供电。

开关管Q1截止时，24V电压经电感L1、D1、C1到地，对C1充电，同时，流过L1电流呈减小趋势，电感两端必然产生左负、右正的感应电压，感应电压与24V电压叠加，经续流二极管整流、输出电容滤波，将24V供电电压提升到60V左右，根据负载自动调整，满足LED灯串的供电需要，经连接器输出为LED背光灯串供电。

R1为Q1的S极电流取样电阻，R1两端电压反映了Q1的电流大小，产生ISW电流取样电压，反馈到OZ9986的5～3脚内部控制电路，对Q1的工作电流进行监测，当Q1发生过电流故障，5～3脚电压达0.5V时，OZ9986采取保护措施，停止输出激励脉冲DRV1～DRV3，直到下一个驱动器周期开始。

（2）Buck均流控制电路

背光灯点亮后，均流电路对LED灯串回路电流进行控制，达到调整灯串亮度平衡的目的。

MOSFET（开关管）Q2导通时，LED灯串电流CH经储能电感L2、Q2、R2到地，LED灯串下端CH电压下降，在储能电感L2中产生感应电压并储能，理论上此时背光灯电流最大，发光最亮。

开关管Q2截止时，储能电感L2中的储能电压经续流二极管D2整流、输出电容C2滤波，LED灯串下端CH电压上升，理论上此时背光灯电流最小，发光最暗。由于电感和电容两端电压不能突变，开关管的工作频率较高，在Q2的控制下，维持灯串下端CH电压相对稳定。

OZ9986输出的均流控制脉冲宽度越宽，Q2导通时间越长，CH电压相对下降，LED背光灯变亮；OZ9986输出的均流控制脉冲宽度越窄，Q2导通时间越短，CH电压相对上升，LED背光灯变暗。

R2为Q2的E极电流取样电阻，R2两端电压反映了Q2和LED灯串电流大小，产生IS电流取样电压，反馈到OZ9986的内部控制电路，对开关管Q2的工作电流进行监测，据此对输出COMP脉冲进行控制；当Q2发生过电流故障，13～18脚电压达0.5V时，OZ9986采取保护措施，相应的引脚停止输出COMP激励脉冲，并会恢复到正常状态的最低ON时间占空比。

据上述分析，Boost升压输出电路对LED背光灯串上部的供电电压进行控制，Buck均流控制电路对LED灯串下部的电压进行控制，两者协同配合，对加在LED灯串的实际工作电压进行控制和平衡，达到稳定LED工作电压和发光亮度的目的。

（3）过电压、欠电压保护电路

在图3-27和图3-28的Boost升压输出电路滤波电容C7121、C7122或C7221、C7222两端设有分压取样电路R7103、R7109、R7104和R7203、R7209、R7204，获取取样电压OVP1或OVP2，反馈到驱动控制电路U7101或U7102的2脚。当背光灯板输出的OUT1或OUT2电压过高、过低，送到U7101或U7102的2脚检测电压OVP低于0.1V或高于3V时，U7101或U7102停止输出激励脉冲DRV，达到保护的目的。