Устройство универсальной LED подсветки LCD экрана ноутбука CA-166, особенности, установка и адаптация

CCFL или LED?

Активно развивающейся светодиодная отрасль, не могла не повлиять и на производство LCD дисплеев, сейчас уже не имеет значения, это экран телефона, планшета, ноутбука, монитора или телевизора. Светодиодная или иначе говоря LED подсветка матриц практически полностью вытеснила подсветку на CCFL и EEFL лампах. И это вполне логично, LED подсветка имеет значительно больше преимуществ, таких как высокий КПД, большой срок службы, отсутствие ртути, отсутствие выгорания и широкий цветовой охват.

Но что делать если в вашем ноутбуке стоит CCFL подсветка и она вышла из строя? Стоит ли ставить снова CCFL лампу или заменить ее на LED подсветку? Мой совет следующий: если вам этот ноутбук дорог, и вы не планируете после ремонта продавать или дарить, то лучше установить LED подсветку, и навсегда забыть об проблеме перегорания CCFL ламп. Да, в отдельных случаях это может выйти несколько дороже, а также замена требует некоторых технических навыков, но в этой статье я постараюсь рассказать про один из готовых наборов для такой модификации экрана вашего ноутбука, что может вам помочь при выборе и монтаже набора.

Особенности набора LED подсветки CA-166 и схемотехническое решение

Набор LED подсветки CA-166, предназначен для замены ламп подсветки на светодиоды в ноутбуках различной диагонали. Внешний вид подсветки показан на рисунке ниже.

Общий вид LED подсветки с диодной лентой

Формфактор платы специально спроектирован для установки в ноутбуки вместо классической CCFL подсветки. С левой стороны плата имеет разъем с 4 контактами: «+ Питание», «земля», «включение подсветки», «регулировка яркости». Со второй стороны разъем для подключения LED ленты.

В качестве драйвер LED подсветки, используется микросхема DF6113. Ознакомиться с даташитом на DF6113 можно здесь. Микросхема представляет собой специализированный контроллер, разработанный именно для работы в схемах питания LED подсветки LCD дисплея.

Микросхема DF6113 способна работать при входном напряжении от 5 до 24В и при этом поддерживать постоянное значения тока на светодиодах. Забегая вперед хочу заметить, кто схемотехническое решение, реализованное в CA-166 требует входного напряжения не менее 10 вольт, об этом подробнее читайте далее. Контроллер поддерживает линейную регулировку яркости в диапазоне, как утверждает производитель от 10 до 100% (1:10). Но стоит оговориться, что это справедливо при использовании схемы подключения предложенной производителем. Если провести несложные изменения можно расширить диапазон регулировки яркости до 1:40.

Типичная схема включения является повышающей и имеет две токоизмерительные цепи CS и FB. CS измеряет ток через силовой ключ, а FB проводит замеры тока через светодиоды, при превышении любого из токов ШИМ ограничивает скважность. Напряжение обратной связи на этих резисторах также разное на CS составляет 600мВ, а на FB 420мВ, что необходимо учитывать при выборе токовых резисторов.

Управление яркостью возможно, как прямое, так и инверсное. Помимо этого, DF6113 имеет функцию плавного пуска, функцию защиты от перенапряжения и короткого замыкания. LED подсветка CA-166 соответственно переняла эти функции.

Подключаемая светодиодная лента состоит из светодиодов, подключённых параллельно-последовательно группами по 3 шт. При необходимости можно ленту укорачивать до нужной длинны, но сохраняя кратность диодов равную трем.

Обратите внимание! При укорачивании ленты желательно изменить ток стабилизации драйвера, в противном случае при максимальной яркости светодиоды подсветки от рагрева могут начать деградировать, что сократит срок службы. О том, как изменить ток, будет написано далее.

Рассмотрим схемотехническое решение. Схема подсветки показана на рис

Схема LED подсветки на контроллере DF6113A

Расположение индуктивности говорит, что она построена по принципу понижающего DC-DC конвертера отсюда и ограничение по минимуму входного напряжения о котором говорилось ранее. Для работы подсветки необходимо напряжение равное питанию 3х последовательных светодиодов (в среднем 9,6В) + 600мВ напряжение обратной связи (или 420мВ в стучае типичного включения). Следовательно, напряжение питания должно быть не ниже 10В и не более 24В (ограничение микросхемы). Резисторы R4 и R7 служат для задания рабочего тока LED подсветки. Силу тока выбирают из расчета что одна секция из трех диодов на максимальной яркости потребляет порядка 20мА. И исходя из этих данных рассчитывают по формуле Imax=600mV/Rвых. В таблице ниже представлены рекомендуемые значения сопротивлений.

Использование резисторов большего номинала не приведет к повреждению светодиодов, а лишь снизит максимальную яркость. Установка резисторов меньшего номинала также возможна, но при обязательном задействовании функции регулировки яркости ноутбуком.

Регулировка яркости аналоговая и происходит путем изменения уровня напряжения на контакте DIM. Такое решение было сделано с целью повысить универсальность устройства, поскольку при использовании этой подсветки в ноутбуках с ШИМ регулировкой яркости, она также будет работать, но возможно уровень яркости будет регулироваться в недостаточно широких пределах. Если Вас не устроит получившийся диапазон регулировки яркости, то можно провести несложные доработки, описанные далее.

Доработка 1. Модификация LED подсветки под работу с ШИМ сигналом регулировки яркости

Эта доработка позволит несколько расширить диапазон регулировки яркостью и лучше адаптировать плату на работу с ШИМ сигналом управления.

Ниже представлена схема, на которой красными линиями отмечены внесенные элементы и соединения, а серыми – удаленные элементы и соединения

Схема изменений в драйвере LED подсветки под работу с ШИМ сигналом регулировки яркости

Для доработки потребуются

    Диод 1N4148 или подобный (в корпусе SMD SOD-323*)

    Резистор 2.2 Ом** (SMD 1206)

    Резистор 3.0 Ом** (SMD 1206)

*Указанные типы корпусов не являются обязательными, но рекомендуются, поскольку очень удобно устанавливаются на плату.

**Номиналы резисторов были выбраны из соображений щадящего режима работы LED подсветки. При необходимости можно использовать значения сопротивлений из таблицы, приведенной ранее.

Последовательность действий при доработке

Удалить C5

Удалить R3

Заменить токовые резисторы R4 и R7. Можно вместо 2х резисторов установить один на 1,3 Ом при этом несколько снизиться максимальная яркость.

Установить диод 1N4148 диагонально, катодом к левому выводу резистора R3, а анодом к нижнему выводу конденсатора C5.

На фотографии ниже наглядно показаны изменения платы LED драйвера. Места изменений обведены красной линией.

После такой доработки вход DIM будет полностью совместим с ШИМ сигналом яркости. Вход сигнала включения также полностью ШИМ – совместим. Ток, выдаваемый драйвером на максимальной яркости будет приблизительно равен 320mA. Минимальная яркость зависит от скважности ШИМ сигнала. При распространенной частоте ШИМ 60Гц, минимальная яркость получиться около 36mA что соответствует регулировке яркости 1:9. Поскольку частота ШИМ сигнала в большинстве ноутбуков всего 60 Гц, отдельные люди могут замечать легкое мерцание. Если необходимо от него избавиться, то рекомендую взглянуть на следующую доработку, которая лишена этого недостатка.

Доработка 2. Убираем влияние ШИМ сигнала на изображение

Эта доработка несколько сложнее, по сравнению с предыдущей, но дает более заметные результаты.  При этой доработке удается полностью избавиться от модуляции яркости, повысить эффективность преобразования, расширить диапазон регулировки яркости вплоть до 1:100.

Ниже представлена схема с обозначенными доработками

Для доработки потребуются

    Диод 1n4148 (или подобный в корпусе DO35*)

    Резистор 220kΩ 1% точность

    Резистор 12kΩ (SMD 0603)

    Резистор 330kΩ (SMD 0603)

   Конденсатор 25V 0,1µF (SMD 0603 MLCC)

    N-канальный MOSFET (ZVN2106A, 2N7000 или аналоги)

    Резистор 1.8** Ом (SMD 1206)

    Резистор 3.9** Ом (SMD 1206)

Если необходимо расширить диапазон регулировки яркости, то потребуется еще замена индуктивности L1 номинал которой выбирается исходя из требований по регулировке яркости. Зависимость диапазона яркости от индуктивности приведены в следующей таблице:   

*Приведенная корпусировка элементов выбрана из соображений удобства монтажа и не является обязательным требованием.

**Номиналы резисторов выбирают соответственно длине и потребляемому LED подсветкой току. См. таблицу выше.

Последовательность действий при доработке

Удалить конденсатор C5.

Удалить резистор R3.

Заменить токоизмерительные резисторы R4 и R7 на резисторы 1.8 Ом и 3.9 Ом (или на выбранные из таблицы).

Если необходимо, то заменить индуктивность L1 — 47µH на большую по значению индуктивности. Это уменьшит минимально устанавливаемый выходной ток с 16 мА до 8 мА.

Замените резистор R6 на резистор со значением 12кОм.

Резистор 330 кОм припаять одной ножкой к 6 выводу микросхемы DF6113.

Конденсатор 0,1µF припаять к 7 ножке микросхемы DF6113.

Соединить свободные выводы резистора из пункта 6 и конденсатора из пункта 7 вместе.

Припаяйте исток полевого транзистора к земляному выводу резистора R5.

Припаяйте сток полевого транзистора к аноду диода 1N4148.

Соедините катод диода 1N4148 в точке, образованной между резистором и конденсатором из пункта 8.

Соедините вывод резистора 220 кОм с положительным выводом входного танталового конденсатора C6. Второй вывод соедините со стоком транзистора, это тот вывод, к которому мы ранее подключили анод диода 1N4148.

Припаяйте затвор транзистора к левой контактной площадке резистора R3.

При использовании элементов для поверхностного монтажа будьте предельно внимательны чтобы не допустить короткого замыкания межу выводами.

Расположение деталей можно посмотреть на следующих картинках:

После такой модификации, ШИМ сигнал управления яркостью будет преобразовываться в аналоговый. Это позволит избавиться от возможного мерцания, приведет к более линейной регулировке яркости и расширит диапазон ее регулировки.

Также очень рекомендуем ознакомиться со статьей «Выбор и устройство универсальной LED подсветки для монитора«

Заключение

Рассмотренный набор LED подсветки, который разработан специально для замены CCFL в экранах ноутбуков, имеет ряд преимуществ, которые с компенсируют некоторую сложность в установке. К достоинствам относят ценовую доступность набора, долговечность, улучшенную цветопередачу и т.д. Хотя приведенный дизайн платы драйвера LED подсветки и не реализует всех преимуществ микросхемы DF6113, но это можно легко исправить при наличии пары распространенных радиоэлементов и паяльника.

Набор для замены старой CCFL подсветки матрицы ноутбука на LED можно приобрести в нашем магазине по этой ссылке  http://ndft.com.ua/led-podsvetka-dlya-noutbuka-101-15