基于S-58LM20A传感器的LED背光补偿应用设计

随着LED的RGB背光的市场逐步扩大，人们对显示屏现实的图像要求不仅是看全彩色的图像，并希望能够获得逼真的图像效果，但目前由于高功率LED输入功率仅有20%～30%转换成光，其余60%～70%均转换成热，存在环境温度偏离常温时显示屏的图像的白场平衡被破坏、色彩失真的问题，如冬季0℃以下时，图像的色彩偏暗、明亮度差;夏季30℃以上时，图像色彩鲜艳、明亮。

　　本文介绍了S-58LM20A传感器IC的特性及其在LED背光补偿中的应用。

　　S-58LM20A的性能特点

　　图1 输出电压-温度曲线图

　　S-58LM20A温度传感器可用于移动电话、无线设备等的高频电路特性的补正;石英振荡器振荡频率的补正;LCD的对比度补正;放大器增益的补正;自动调焦电路的补正;电池管理方面的温度检测以及充电电池、卤素灯等的过热保护等方面。S-58LM20A系列是对温度变化能取得线性输出电压的高精度温度传感器IC，在芯片内集成了温度传感器、恒电流电路和运算放大器。使用温度范围-55～+130℃，与传统的热敏电阻器等的温度传感器相比线性优越(如图1所示)，可以广泛应用于各种温度控制电路中。其显著优点包括温度精确度为±2.5℃(-55～130℃)，线性输出电压典型值为-11.77mV/℃。其引脚图如图2所示。

　图2 引脚排列图

　　基于反Gamma校正的补偿电路

　　一个具备视频放映质量的显示器需要配合极纯净的白色光源，这个白色光源能够在不同的亮度设定、温度和多个厂商平板显示器中维持高纯度的白色光。传统的白光LED方案只能提供一个由白光LED供应商决定的固定色彩平衡，而一个RGB

　　LED光源则是把红、绿和蓝光LED的输出合成为白光，这样便可通过驱动器的脉冲宽度调制来调节每个颜色，从而调节合成光的色彩平衡度。

　　LED系统通常用统一的反Gamma校正曲线来校正视频的亮度信息。为了不减少低级灰度且保证对亮度的调整，这里采用了一种针对每个温度段采用不同的Gamma参数来调整相关色彩亮度的方法，以补偿环境温度对器件的影响。系统针对不同的RGB基色设置其独立的Gamma反校正参数。如图3所示，以B-LED的特性为例，提出了适合温度变化的Gamma校正曲线。在相同的输入值前提下，低温采用γ1曲线时，输出的理论亮度值高于常温，以校正低温时LED温度特性导致的亮度损失，同样在高温情况下采用γ3曲线，使校正后的亮度与常温时亮度相当。从LED的温度特性分析可知，每个基色在环境温度作用下亮度变化的幅度不相同。为此针对不同的RGB三基色设置各不相同的反Gamma校正参数，使系统在不同的环境温度下，保证系统色度匹配比例以达到白场平衡的目的。

　　图3 B-LED在不同温度下Gamma校正曲线

　　经实验发现，以16℃温度间隔对色彩进行补偿时，能基本满足图像的观看质量，在-55～130℃范围，每个基色给出供5种不同的Gamma参数一补偿亮度的变化，图4给出系统的温度检测电路和相应的控制Gamma参数的电路框图。利用温度传感器S-58LM20A检测环境温度的变化，当环境温度达到设定温度值时，通过微处理器的ABC3个I/O线输出5个温度状态中的某一状态值给CPLD。在CPLD内部设有RGB三基色(3×4+1=13)13个Gamma值提供给亮度控制电路和显示控制电路。显示控制电路针对每个基色的Gamma参数不同产生对应的控制信号，以控制相应基色的亮度显示数据;即三基色的亮度数据输入相同的情况下，通过显示电路的控制信号控制RGB三基色的导通时间，使RGB三基色LED上产生不同的理想亮度，以补偿环境温度变化导致LED亮度特性变化的问题。

　图4 系统温度补偿电路框图

　　结束语

　　通过校正整个显示屏亮度基本不受外界环境温度的影响，传感器与微处理器的接口设计相当简单方便，并且精度较高，抗干扰能力强，能够有效地起到超温保护的作用。同时经验证，S-58LM20A的检测温度范围达到-55～+130℃，检测精度在±2.5℃以内。