背光驱动电子：恒流、调光电路与分区架构

背光是整机功耗的大头，也是"亮度、均匀性、频闪、光晕"这几件事共同的下游。 电源系统与背光驱动 讲了它"要恒流"；这一页讲恒流是怎么做到的、调光在电路上怎么实现、分区越多驱动就变成什么样。

本页按三段式走：先看驱动电路的构成与分工（概念）→ 再按症状定位到通道与环节（会用）→ 最后弄清匹配、扫描与调光频率三条机制（原理）。

分区算法的收益与光晕取舍见 局部调光算法与光晕； 调光方式对护眼与频闪指标的影响见 背光与调光、频闪与 SVM。 本页只管电路与驱动架构这一层。

一、驱动电路的构成

升压级（Boost）                恒流级（多通道 Sink）
  12V ──► [电感·开关管·二极管] ──► 高电压母线 ──┬──► CH1 ──► LED 串 1 ──┐
                            │                 ├──► CH2 ──► LED 串 2 ──┤
            反馈：取样电阻/△V ├──► 控制环路     └──► CHn ──► LED 串 n ──┘
                                            （各路恒流沉到地，逐路调节）

部分	职责	关键点
升压级	把输入升到能驱动整串 LED 的电压	环路稳定、软启动、限流
恒流级	逐路把电流定住（而不是定电压）	通道间匹配精度决定均匀性
调光控制	改变亮度	改电流幅值（DC）或改通断占空比（PWM）
反馈与保护	稳定与自保	取样位置、开短路检测、过温

两种集成形态：

形态	说明	取舍
一体化驱动 IC	升压 + 多路恒流集成在一颗	体积小、外围简单；通道数与功率受限
分立（控制器 + 多颗恒流 IC）	升压控制器与恒流 IC 分开	通道可扩展、散热分散；布线更复杂

✅ 通道数是"分区能力"的硬上限：不管算法多聪明，驱动侧没有独立通道，就做不到独立控制。 分区数与通道数的对应关系见第四节。

二、恒流精度与通道匹配

指标	含义	影响
绝对精度	每路电流与设定值的偏差	整体亮度与功耗
通道间匹配	各路彼此之间的偏差	亮度与色度均匀性（最直观）
温度漂移	结温变化时电流的变化	预热后均匀性变化、热点附近偏亮
负载调整率	串电压变化时电流的稳定度	不同串数与批次之间的一致性

⚠️ 匹配精度比绝对精度更重要 —— 绝对偏差可以整体调亮度补回来，通道之间的差异补不回来： 它会在屏上留下固定位置的暗带或亮带，且随亮度变化（因为 LED 的色度也随电流变）。

提高匹配的常用手段：逐路取样电阻 + 高精度修调（出厂把各路调到同一点）、 多通道共用一个基准、同一颗 IC 内的通道（同片匹配天然更好）。

三、调光的电路实现

方式	电路上做了什么	代价
DC 调光	直接改变恒流级的电流设定幅值	低电流段 LED 色度偏移、电流精度要求高、调光范围有限
PWM 调光	保持电流幅值，快速通断，用占空比定亮度	存在调制（波动深度随占空比变化）；开关边沿产生 EMI
混合调光	高亮度段用 DC，低亮度段转到 PWM（或分段切换）	需要保证两段衔接处亮度平滑，否则能看到"跳档"

PWM 调光在电路上的三个细节：

① 开关边沿：上升/下降沿越快，EMI 越强；越慢，则"实际占空比"越偏离设定
   → 调光精度与 EMI 在这里直接对冲
② 极小占空比：占空比很小时，边沿时间占比变大 → 亮度不线性、最低亮度下不来
   → 这也是"最低亮度档波动最深"的电路原因
③ 通道同步：多通道若各自独立开关，瞬时总电流波动更大
   → 常见做法是把各路 PWM 相位错开（错相），把峰值电流摊平

⚠️ 调光频率与刷新率是两个独立参数，不要互相换算： 调光频率决定"频闪"这一族问题（见 频闪与 SVM）， 刷新率决定运动与时序那一族问题。二者可以互质、也可以同步，取决于设计。

四、分区控光的驱动架构

架构	做法	代价
直驱（独立通道）	每个分区一条独立恒流通道	通道数与线束随分区数线性增长，成本与布线受限
扫描式（时间复用）	分区按时序分组轮流点亮，用"亮得少、亮得猛"换通道数	亮度损失、频闪加重、串扰与拖影风险
混合	一部分直驱 + 一部分扫描	复杂度换平衡

扫描式的本质：
   分区数 N，通道数 M（M < N）
   → 把 N 个分区分成 N/M 组，组内轮流转
   → 每一区在一个周期内只亮 1/(N/M) 的时间
   → 要维持同样的平均亮度，瞬时电流必须**成倍提高**
   → 于是：亮度上限受瞬时电流与热限制、波动深度变大、电源瞬态更剧烈

⚠️ 这是"分区数好看但观感没提升"的常见原因： 分区数写在规格上，实际驱动是扫描式 —— 分区粒度带来的光晕改善真实存在，但亮度与频闪的代价同时被引入（见 结论登记表 C-026）。

驱动侧的另外两个约束：

约束	说明
母线电压与串数	分区串电压越高，升压比越大，效率与元器件耐压都受影响
每通道的最小工作电压	恒流 sink 需要一定裕量，串电压过低时无法恒流 → 低亮度段先失真

五、保护与失效表现

失效	电路上的处置	屏上表现
单串开路	该通道检测到无电流，单独关闭或整机保护	一条暗带（单路关闭）或整机无背光（保护）
单颗 LED 短路	串电压下降，恒流仍维持	通常无可见异常（串内其余灯珠电流不变）
单颗 LED 开路	整串开路	一条暗带
过温	降额（限流或限占空比）	长时间高亮后整体变暗
过压（串开路导致）	升压输出冲高，OVP 动作	间歇熄灭或锁死

✅ 一条"暗带"是很好的定位线索：若暗带边界与分区边界重合， 指向分区驱动通道；若边界与灯条/LED 串的物理分布重合，指向灯条或某一路恒流。 两者在更换部件前就应分清 —— 前者是驱动板，后者是灯条。

六、会用：从症状定位到通道与环节（五步）

① 先分"亮度问题"还是"均匀性问题"：
   □ 整体偏暗 → 降额、母线电压、调光设定
   □ 固定位置的暗带/亮带 → 通道匹配或单路灯条（第五节）
② 再分"与亮度档相关"还是"与内容相关"：
   □ 只在低亮度出现闪烁 → PWM 调光在极小占空比下的调制（第三节）
   □ 只在大面积高亮出现掉亮度 → 功率与降额、瞬时电流（第四节的扫描式最明显）
   □ 只在分区工作时出现 → 分区算法与驱动架构（互链局部调光页）
③ 再看"是否随画面移动"：
   □ 光晕随高光移动 → 属分区粒度的固有代价，不是驱动故障
   □ 固定暗带不随画面变化 → 属驱动/灯条的物理问题
④ 记录条件：亮度档、调光方式（若可切换）、分区开关、画面内容与窗口、环境温度
⑤ 结论落到"哪一路/哪个架构环节"，并写明是设计取舍还是器件失效

原理（一）：为什么恒流精度会直接变成亮度均匀性

LED 的亮度由电流决定（不是由电压决定，见 [电源系统与背光驱动](power-system.md) C-018）
→ 多通道之间电流不一致，等价于"每个分区的亮度基准不同"
→ 又因为 LED 的色度也随电流轻微变化：
   电流差异同时表现为**亮度差异 + 色度差异**
→ 更麻烦的是"热耦合"：偏亮的通道结温更高 → 特性继续漂移 → 差异被放大
→ 所以匹配精度不是"参数表上一行数字"，而是屏上一条可见的亮暗分界

原理（二）：为什么要"用时间换通道"

通道数受限于 IC 引脚、线束与成本，而分区数由光学效果要求决定
→ 当分区数 > 通道数时，只能让一组通道"分时服务"多个分区（扫描）
→ 分时意味着每个分区在一个周期内只亮一部分时间：
   平均亮度 = 瞬时亮度 × 占空比
   要维持平均亮度，只能把瞬时亮度（电流）提上去
→ 代价有三条，且是同一件事的三个方面：
   ① 瞬时电流上升 → 电源瞬态与热压力上升
   ② 亮度以脉冲形式给出 → 波动深度变大（频闪观感变差）
   ③ 扫描与帧时序若不同步 → 会出现随画面移动的"亮带"（串扰）
→ 这就是"扫描式分区"在规格上很好看、在观感上未必更好的机制原因

原理（三）：为什么调光频率会变成画面上的横纹

背光调光是对"整屏亮度"做时间上的调制
→ 若调光与帧时序不同步（不同频、或频率接近但不锁相）：
   相邻帧的点亮相位不同 → 画面亮度按差拍频率起伏
   → 人眼/相机看到沿垂直方向的滚动条带（拍屏尤其明显）
→ 若调光与栅极扫描耦合（某些扫描式架构下），
   点亮时刻会被行扫描调制 → 条带固定在屏上的某个位置
→ 因此"调光频率的选择"不只是频闪问题（人眼），
   也是**拍屏与录像**问题（相机采样率与调光频率的差拍）
→ 这也解释了为什么"肉眼无感但手机拍出来有横纹"——
   两者的采样/积分特性不同，判据必须写明观察方式

📋 判据接口：本页属工程与制造类 —— 依此页结论做判定时，除通用条件外还必须附带 判据字段集 · 工程与制造类 所列字段（共 7 项）：这个结论是"这台的设计问题"，还是"这一批的共因"？ 缺任一项，结论不可复核，只能作降级表述。

关键概念速查

术语	英文	含义
升压变换	Boost	把输入升到驱动 LED 串所需电压
恒流沉	Current Sink	逐路把电流定住的输出级
通道匹配	Channel Matching	各路电流之间的一致程度
直流调光	DC Dimming	改变电流幅值来调亮度
脉宽调光	PWM Dimming	改变通断占空比来调亮度
混合调光	Hybrid Dimming	高亮用 DC、低亮用 PWM 的分段方式
错相调光	Phase Shifting	各路 PWM 相位错开以摊平峰值电流
扫描式分区	Scanning Local Dimming	用分时复用换分区数的驱动架构
母线电压	Bus Voltage	升压级的输出电压
降额	Derating	温度或负载超限时降低允许输出
波动深度	Flicker Depth	调光带来的亮度波动幅度

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• HDR 亮度口径：峰值、窗口与 ABL（降额在亮度上的表现）

• 参考量级（亮度与频闪类项目的量级参考，非标准限值）

• 结论登记表 —— 本页核心结论编号：C-026

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