Giải pháp thiết kế cho màn hình LCD ô tô sử dụng IC điều khiển LED

Xem cách IC điều khiển đèn LED ô tô đa kênh thực hiện làm mờ cục bộ đèn nền, mang lại 'màu đen thực sự' cho màn hình LCD ô tô.

Giải pháp thiết kế này cho thấy cách một bảng đèn nền màn hình LCD ô tô 12,3 inch chứa toàn bộ 256 đèn LED thực hiện tính năng làm mờ cục bộ để có màu đen thực sự chỉ sử dụng bốn chip. Các IC trình điều khiển LED và nguồn điện áp cung cấp năng lượng cho các dây LED được kết nối với một vòng phản hồi đảm bảo khoảng trống điện áp thích hợp cho đầu ra của bốn trình điều khiển LED, giảm thiểu tiêu hao điện năng tổng thể của hệ thống.

Đó là một đêm đen không sao… hay là? Bạn biết câu chuyện nhưng bây giờ, xem cảnh phim đó trên màn hình ở phía sau xe hơi của bạn, nó trông giống như hoàng hôn hơn. Vấn đề là gì?

Màn hình LCD trong Ô tô: Sau đó và Bây giờ

Màn hình LCD có mặt ở khắp nơi trên những chiếc xe hơi hiện đại, từ cụm đồng hồ đến màn hình cảm ứng xếp chồng lên nhau, giải trí cho hàng ghế sau, v.v. Với việc màn hình ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp người lái xe định hướng trên đường, khả năng báo cáo thông tin chính xác của họ là rất quan trọng đối với sự an toàn của người ngồi trên xe. Đồng thời, màn hình giải trí hàng ghế sau yêu cầu hình ảnh chất lượng cao để không làm giảm hiệu ứng kịch tính dự kiến ​​của bộ phim.

Một thiếu sót của màn hình LCD truyền thống là việc sử dụng đèn nền chiếu sáng cạnh. Vì các đèn LED của đèn nền nằm dọc theo các cạnh của bảng điều khiển, nên không thể tắt hoàn toàn các đèn LED vì PWM được đặt trên toàn cầu. Điều này sẽ làm cho màn hình không thực sự đen mà là xám đen. 

Màn hình LCD mới giải quyết vấn đề bằng cách tái cấu trúc lại đèn nền, từ đèn LED chiếu sáng cạnh đến đèn LED toàn dải (Hình 1).

Hình 1. Chi tiết bảng điều khiển đèn nền LED toàn dải

Giờ đây, các đèn LED được phân bố đồng đều dọc theo bề mặt bảng điều khiển và mỗi đèn LED, hoặc một vùng nhỏ bao gồm một vài đèn LED (một đến bốn), có thể được điều khiển riêng từ độ sáng đầy đủ đến tối hoàn toàn. Với tính năng làm mờ cục bộ, màu đen sâu hơn và độ tương phản ấn tượng hơn trong ảnh sẽ thu được.

Vì vậy, bạn đoán nó, bạn đang xem phim của mình trên một màn hình tràn viền.

Trong giải pháp thiết kế này, chúng tôi thảo luận các yêu cầu chính đối với đèn nền toàn mảng hiện đại và sau đó đề xuất IC điều khiển LED làm mờ cục bộ cung cấp tỷ lệ độ tương phản cao và độ mờ cao, dòng điện cao, độ chính xác cao, EMI thấp và nhỏ kích thước giải pháp. 

Ví dụ về đèn nền toàn mảng

Ví dụ, một bảng đèn nền màn hình cụm đồng hồ 12,3 inch được trang bị ma trận 256 đèn LED. Bằng cách chia 256 đèn LED thành 64 vùng 4 LED, việc làm mờ cục bộ có thể được thực hiện chỉ với bốn IC điều khiển LED 16 kênh. Cấu hình 2s2p của 4 đèn LED trong một vùng đảm bảo tính liên tục của chuỗi ngay cả khi một diode trong mỗi phần tử song song đang mở.

Một trong 16 kênh được thể hiện trong Hình 2. Cụm amp-điện trở MOSFET-op là bộ tản dòng cấp nguồn cho chuỗi LED 2s2p, có thể được làm mờ bằng một công tắc thông qua op amp (OA) hoặc ngắt. Hai bộ so sánh cung cấp bảo vệ quá áp (VTHH) và ngắn chạm đất (VTHL).

Hình 2. Sơ đồ trình điều khiển LED với một trong 16 kênh

Mỗi IC phải hoạt động trong các điều kiện khác nhau, bao gồm tiêu hao nguồn điện liên kết với 16 kênh hoạt động cùng một lúc. 

Ví dụ, vi mạch có điện trở nhiệt giữa đường giao nhau với môi trường xung quanh (R) là 29 ° C / W, TA = + 70 ° C và nhiệt độ tiếp giáp tối đa là + 150 ° C sẽ tiêu tan:

Với dòng điện (I) là 60mA trên mỗi kênh (30mA trên mỗi diode) và với tất cả 16 kênh 'bật', điện áp đầu ra của mỗi kênh (VOUT) phải bằng hoặc nhỏ hơn:

Với mức giảm 7V trên vùng LED 2s2p (3,5V trên mỗi diode), điện áp cung cấp chuỗi (VDD) phải được đặt bằng hoặc nhỏ hơn:

Một chân đầu ra phản hồi (FB trong Hình 3) là cần thiết để điều khiển bộ chuyển đổi DC-DC bên ngoài để khoảng không điện áp có thể được tối ưu hóa và giảm mức tiêu tán điện toàn hệ thống.

Quay lại Làm mờ cục bộ bằng MAX21610

Ví dụ, MAX21610 là trình điều khiển đèn nền mô-đun 16 kênh để sử dụng với màn hình ô tô (Hình 3). 

Hình 3. Ứng dụng làm mờ cục bộ đèn nền

Các đầu ra dòng điện tích hợp có thể giảm dòng điện LED lên đến 100mA, tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh. Nguồn thiết bị đến từ nguồn cung cấp 3.3V hoặc 5V bên ngoài, trong khi các đầu ra LED tản nhiệt có thể hoạt động lên đến 17V. Dòng điện LED chung cho tất cả các chuỗi được thiết lập thông qua giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI), với các cài đặt PWM riêng cho từng kênh. Tối đa 10 thiết bị cũng có thể được xâu chuỗi để giảm độ phức tạp của kết nối. MAX21610 có sẵn trong một gói TQFN và hoạt động trong phạm vi nhiệt độ -40 ° C đến + 125 ° C. 

Khi được gắn trên một bo mạch bốn lớp, khả năng chịu nhiệt của mối nối với môi trường xung quanh là 29 ° C / W thấp, cho phép tiêu tán điện năng vượt quá hai watt. Tỷ lệ làm mờ 15 bit cho phép tạo độ sáng lên đến 32.768 PWM ở 200Hz, đạt được thông số kỹ thuật hiển thị dải động cao (HDR). Các tính năng quan trọng khác của IC này bao gồm phát hiện và bảo vệ chuỗi LED mở và ngắn, bảo vệ quá áp, cảnh báo nhiệt và ngắt nhiệt. Trải phổ và dịch chuyển theo pha kênh giảm thiểu EMI, trong khi độ chính xác cài đặt dòng điện 1% mang lại độ trung thực màu cao. Làm mờ cục bộ làm tăng độ tương phản của màn hình bằng cách làm cho màu đen trông sâu hơn.

IC điều khiển LED cho màn hình LCD đen sâu

Việc tìm kiếm màu đen trung thực, sâu trong màn hình LCD đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ đèn nền LED chiếu sáng cạnh sang đèn nền LED toàn dải. Giải pháp thiết kế này cho thấy một bảng điều khiển đèn nền màn hình LCD 12,3 inch, được trang bị dãy 256 đèn LED, có thể được điều khiển hiệu quả chỉ với bốn IC điều khiển LED chuỗi.

Khả năng chịu nhiệt của IC hoặc PCB thấp đảm bảo khả năng tản nhiệt tối đa. Vòng phản hồi kết nối các IC trình điều khiển LED và nguồn điện áp cung cấp năng lượng cho các dây LED đảm bảo khoảng điện áp thích hợp cho đầu ra của bốn trình điều khiển LED, giảm thiểu tiêu hao điện năng tổng thể của hệ thống. Hai hiệu ứng đồng thời này cho phép phân phối lên đến 100mA mỗi kênh trong khi vẫn nằm trong vỏ nhiệt của ứng dụng.

Bài báo này được đồng tác giả bởi Nazzareno Rossetti , cũng của Maxim Integrated.

Các bài báo trong ngành là một dạng nội dung cho phép các đối tác trong ngành chia sẻ tin tức, thông điệp và công nghệ hữu ích với độc giả All About Circuits theo cách mà nội dung biên tập không phù hợp. Tất cả các Bài báo trong Ngành đều tuân theo các nguyên tắc biên tập nghiêm ngặt với mục đích cung cấp cho độc giả những tin tức, chuyên môn kỹ thuật hoặc câu chuyện hữu ích. Các quan điểm và ý kiến ​​được thể hiện trong các Bài báo trong ngành là của đối tác và không nhất thiết là của All About Circuits hoặc tác giả của nó.