详解运放恒流源电路的工作原理

在LCD等液晶显示系统中，其发光的原理是通过背光来照亮其像素点，根据不同的环境亮度，通过调节背光来达到不同的显示亮度。这一期，我和大家分享一下 背光驱动电路的几种方案 ，重点讲一下 以运放为核心搭建的恒流源电路 。

01 手机背光控制策略

在传统的手持消费类电子产品中，比如手机平板等，LCD的背光源通常采用少数的白色LED组成矩阵，均匀排列在液晶面板中，比如8s4p或7s4p等（几串几并的意思）。我们将LED阳极接电源输出，阴极接到电源的反馈引脚，如下图所示。

我们只要控制FB的电压，就能控制流过背光LED的电流，I=Vfb/Rset。我们通过外加PWM信号，经过RC滤波后，就能动态调整FB的电压了。

当然，也有一些驱动IC将这些电路直接集成了，IC直接有一个PWM pin，我们可以直接将PWM信号接进来，控制背光电流。

02 VR LCD背光控制策略

在手机的LCD背光控制中，我们注意到背光是常亮的，在手机这种应用场景下不会有什么问题。但是在VR这种头显设备中，如果背光常亮的话，当画面变化的时候，会因为液晶响应较慢，而看到拖影，造成使用者眩晕。所以VR上如果使用LCD的话，都会使用 插黑技术（blinking） 。

简单来讲，就是让画面变化的这段时间，背光不亮，等到全屏所有的液晶都完成翻转后，再点亮背光，这样人眼看到的就是一幅静止的画面。

blinking技术有两点需要注意：

1）因为背光周期性开关，频率和刷新率保持一致，频率过低的话会让人察觉到明显的闪屏问题，因此 一般频率在72Hz以上为佳 ；

2）背光周期性开关，利用人眼视觉暂留的特性让人觉得背光保持常亮状态，因此背光 瞬间所需要的电流比常亮时要大 。

针对VR场景需求，我们的背光控制电路通常分为两种，一种是 阳极控制方法 ，就是将PWM信号直接接到电源的EN pin来周期性开关IC的输出。这种虽然简单，但是会导致输出电容上有一个较大的电压波动，造成电容振动，进而产生板振噪音。

因此，我们更常用另一种控制方式-- 阴极控制 ，即我们今天重点要分析的 基于运放搭建的恒流源控制电路 。

如下图，电源和LED灯部分简略，我们重点分析一下运放+三极管的控制逻辑部分。

我们可以 将R1、Q1、R2、C1当成运放内部电路，共同组成了一个电压跟随器 ，其反馈回路如下图绿色箭头所示。在深度负反馈的条件下，我们利用“虚短”理论，可以得到运放的U+=U-，即PWM信号直接加载到电阻R3上，此时背光的电流大小、开关周期，完全由PWM信号的电压和频率决定。背光电流流向如下红色箭头所示。

上述电路中，

1）电阻R3是背光电流控制电阻，实际方案中，需要根据需求选择，原则是尽量小，来减小损耗。

2）电阻R1的作用是限流，避免上电瞬间，Q1流过太大电流。

3）电阻R2和R3起到限流缓冲的作用，也可以不接。

4）电容C1的作用是保持运放的稳定，该电路的反馈路径比较长，可能会出现负反馈还未建立，运放输出就已经饱和的问题。因此通过C1就近构建运放的高频负反馈，保证系统稳定。在低频电路分析中，我们可以忽略这个电容。

5）对于运放的选型，我们需要重点关注运放的失调电压和输出电压范围这两个参数，避免对电流精度造成影响。

审核编辑：汤梓红