MS8609A,TDS3034バックライトLED化(NL6448液晶LED化)

はじめに

TFT液晶NL6448AC20-06, NL6448BC20-08は6.5インチVGAで、多くの計測器に採用されている。
うちのMS8609Aもこの液晶。狭帯域測定を行うとバックライトインバータ由来のスプリアスが出ることがわかっている。
LEDに打ち替えて低ノイズ化、長寿命化を行う。

LEDドライバ設計

・ドライバIC

多くのLEDドライバはPWM輝度制御を採用しているが、前述スペアナのスプリアスがCFLインバータのPWM由来と判明しているためボツ。
順方向電流で輝度調整すると色温度が変化するため、演色性を重視してPWMを用いるものが多い。
計測器なので演色性は問題にならないため、電流制御を採用する。

aitendoで適当に探していたところ、XL6001が良さそうなので採用。
実は最初DF6113を使ったのだが、5～24Vのスペックにもかかわらず、5Vで起動不良になるという致命的な問題があってやめた。
XL6001は出力FETを内蔵しているため、基本回路ならコンデンサとコイル程度で昇圧ドライバが構成できる。

・輝度制御信号

CFLインバータ65PWB31互換にする。
65PWB31の仕様書によれば、抵抗または電圧で制御する。(下図)
抵抗は結局は分圧されているので、要は電圧コントロールになっている。

仕様バグだと思うのだが、抵抗から計算した電圧と、電圧輝度仕様が一致しない。
入力回路は以下のようになっており、VR=0ΩだとBRTH=約1.5V（30％）で仕様通りだが、VR=10kΩではBRTH=1.9Vであり、電圧仕様100%@2.3Vと異なる。

今回、電圧制御仕様で設計することにした。抵抗仕様ではmin～max間0.4Vとシビア過ぎるためだ。
30%@1.5V～100%@2.3Vの制御仕様に合致するよう、輝度調整整合回路を設計した。

定数設定は少々面倒だが、以下のように2つのシーソーに例えると考えやすい。

Vaを上げればVbを支点にVcは下がり、0.22Vの支点を経由してVdが上がる。
VdはLED電流に比例しているから明るくなる。
2条件(Va=1.5, Vd=30%),(Va=2.3, Vd=100%)から5変数(Ra,Rb,Rc,Rd,Vb)を一意に決定することはできない。
ところが、Ra/Rb, Rc/Rdは比なので3変数に減らすことができ、Vbを決めてやれば解くことができる。
自由度があるため解はいくつも得られるが、設計、製作しやすさで決める。

100%時の輝度を設定できるよう、VRを設定。100%時のIF=100～200mA。

・ノイズ対策

LED化の目的がノイズ対策なので、以下設計配慮。

・PWM輝度制御を行わない（既出）
・トロイダルコアを使い漏れ磁束を減少
・複数のコンデンサ容量をパラって広帯域低インピ化、OSコン採用
・ムラタのEMIフィルで電源デカップリング強化
・高周波パスを考えたパターン設計

製作

基板はいつものFusion PCB。
CFLインバータと基板サイズ、穴、コネクタ位置を合わせてあります。板厚1.0。
トロイドはFT50-61に手巻きです。
秋月にアミドンのFTを扱ってくれるよう要望を出したら扱い始めましたね。
アマチュアはフェライトのFT、カーボニルのTをよく使うと思います。
入手難だったのはコネクタ。中華(Ali express)調達。互換品ではなく純正みたいです。
VRは想定していたピン配と逆で、左回し輝度UPになってしまった。
たぶんこのVRを使った人は、相当数が逆設計していると思います。