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[笔电]笔记本屏幕背光改造,PWM调光改为DC调光 [复制链接]

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关键词:LP156WD1 (TL) (B2),ADD5201,DC调光,W350SK

    经过这么多年的发展,现在笔记本屏幕基本上都是液晶屏幕,再加上LED背光,和传统的CCFL(冷阴极管)背光源相比,LED具有低功耗、低发热量、亮度高、寿命长等特点。网上经常能见到说LED背光的各种好处的,但是很少有人提到LED背光的频闪问题,提到这个问题的一般也是个人在发帖讨论这个问题,能够提出解决办法的也寥寥无几。
    在背光频闪问题上,老式的CCFL背光基本上不存在这个问题,CCFL背光原理上和节能灯差不多,外形上和管灯差不多,一段玻璃管,内壁涂有荧光粉,里面充入少量汞蒸气,两端各有一个电极,用高压电触发之后就可以发光了,它的驱动电路的工作频率也和节能灯差不多,在几十KHz,所以人眼看不出闪烁,也不会有不舒服的情况。而CCFL存在的主要缺点就是汞蒸气的环保问题,还有色彩方面,不过对于一般人,估计也看不出色彩方面的差别。我的第一个笔记本就是CCFL背光的,用了四五年,感觉很好,后来主板坏了才换新电脑的。
    当然网上也有人不同意上述观点,认为CCFL背光调光时,也是用的pwm,我感觉这个不大现实,如果用低频pwm的话,那在关断的瞬间,灯管就熄灭了,然后就得重新激发。如果是高频PWM调光的话,那就和它本身的几十KHz的驱动频率差不多了,人眼就不会那么敏感了,后边我也会提到LED的高频PWM的问题,反正我的眼睛对高频pwm调光和直流调光感觉差不多。具体CCFL怎么调光还真的没怎么研究过,等下次回家的时候把那个坏笔记本拆了研究一下。
    而LED背光,LED驱动起来比CCFL背光容易多了,不需要复杂的升压电路,仅一个BOOST升压电路就可以解决了。LED背光结构主要分为两种,单组串联式电源或多组串联式/并联式电源。 单组串联式电源虽然使用较低恒流,但必须将输入电源提升至符合串联式电源的总顺向电压水平,才可以驱动LED。相反的,多组串联式/并联式LED电源虽然需要更高的恒流来驱动,却降低了高电压的需求。在调光方面,主要有直流调光,低频PWM调光,高频PWM调光几种,而一般的笔记本屏幕,都是选用PWM调光的,只是频率值可能不太相同。
        我现在的笔记本也是个老笔记本了,型号是CLEVO W350SK,是个准系统笔记本,已经五年多了。屏幕用手机就能看到频闪,拍出的照片有一条条黑色的条纹,用眼睛直接看的话,在灰色的区域能看到闪烁,不过好在用着没感觉到有不太舒服的感觉,只是一想到是pwm调光的,就感觉有点不爽(原来的笔记本是CCFL背光的,那个屏幕看着很舒服),只是因为屏幕太脆弱,屏幕排线更脆弱,就没敢拆。


        就这样用了几年。两年前的一天,实在没忍住,拆机清灰之后顺便就把屏幕拆了,拍了几张照片,看了看背光部分,然后就给装上了。装好之后搜了搜这个背光芯片,发现它功能还是很强大的,而且最关键的各种调光模式可以通过外接的0欧姆电阻进行调整。然后这棵草就种上了,茁壮地长了两年,一直到前两天,终于拔掉了这棵草,成功的完成了背光的改造。
    
    废话说得多了点,现在进入正题,开始分析和改造过程。先从这个背光芯片的资料说起吧,先上一张背光电路部分的照片,大致看一下屏幕背光电路的组成,更详细和更清晰的图片后面拆机部分再上。




    背光芯片是ADD5201,
    某度网盘地址:
链接:https://pan.baidu.com/s/1wGIboma7SL22TnfaZ8LEqQ 密码:jk49

    下边开始大白话翻译,可能很不准确,仅供参考。感兴趣的可以去谷歌或者百度翻译。

1.特性简介



液晶屏白色LED背光驱动器,最多支持8串LED
内置50V 2.9A MOS管
输入电压6-21V
最大输出电压45V,(每串LED最多13个,这个在后边有提到,也就是说这个芯片最多能驱动13*8个LED)
升压部分开关频率350KHz到 1MHz可调

8个LED电流源,每个最大30mA,调光频率200Hz到10KHz,LED开路短路保护
背光控制界面:1,主板PWM背光信号; 2,SMBus。
背光控制模式:    1,Fixed delay PWM dimming control      固定延迟PWM调光控制
                2,No delay PWM dimming control         无延迟PWM调光控制
                3,Phase shift PWM dimming control    移相PWM调光控制
                4,Direct PWM dimming control        直接PWM调光控制
                5,DC current dimming mode with 8-bit resolution        具有8位分辨率的直流电流调光模式

2,内部框图 及引脚功能







这个就不详细说了,感兴趣的可以自己去百度翻译一下各个模块的作用
需要提一下的是右侧2脚和3脚,SEL1和SEL2,这个是设置调光模式的引脚,分别可以接高电平、悬空、接地,一共可以有九种背光控制模式。
还有上方左侧的4脚,VDDIO引脚,这个引脚为内部线性电源的输出引脚,开路电压3.3V,短路电流5mA(资料里说的,不过还是尽量别搞短路了),而且和2脚3脚是挨着的,2脚3脚可以通过连接到4脚获取高电平,不要直接去接电源引脚,因为这个引脚耐压值是-0.3V-6V,电源引脚电压一般为6V-21V,如果接了电源引脚,会烧了这两个模式选择引脚

3,典型电路图
这个图中的背光控制模式为使用主板的PWM背光信号的移相PWM调光, SEL1和SEL2均为悬空。




可以看到,电源电压先经过L1,D1和内置的MOS管进行升压,然后去每一串背光LED灯珠的正极端,然后每串LED的负极分别连接到FB1-FB8,然后背光亮度调节就主要靠FB1-FB8这八个电流源来控制。其余部分就是一些背光开启关闭信号(SHDN),主板PWM信号输入端(PWMI),SMBus通讯引脚(SDA、SCL),背光模式设置引脚(SEL1、SEL2),调光频率设置用的电阻和电容(R1、C4),boost升压电路开关频率设置用的电阻(R2),LED电流设置电阻(R3)等等。


4,背光控制模式

    现在开始这次改造的主要部分。如下图所示,这个芯片一共有五种调光模式Dimming Mode,和两个控制界面Interface,但由于直接PWM调光仅能在PWMI界面内使用,所以一共有九种可能的组合。通过SEL1和SEL2两个引脚的电平来进行设置。




(1)两种控制界面

①SMBus控制界面
SMBus (System Management Bus,系统管理总线) 是1995年由Intel提出的,应用于移动PC和桌面PC系统中的低速率通讯。SMBus是一种二线制串行总线,1996年第一版规范开始商用。它大部分基于I2C总线规范。和 I2C一样,SMBus不需增加额外引脚,创建该总线主要是为了增加新的功能特性,但只工作在100kHz且专门面向智能电池管理应用。它工作在主/从模式:主器件提供时钟,在其发起一次传输时提供一个起始位,在其终止一次传输时提供一个停止位;从器件拥有一个唯一的7或10位从器件地址
SMBus与I2C的区别:SMBus与I2C总线之间在时序特性上存在一些差别。首先,SMBus需要一定数据保持时间,而 I2C总线则是从内部延长数据保持时间。SMBus具有超时功能,因此当SCL太低而超过35 ms时,从器件将复位正在进行的通信。相反,I2C采用硬件复位。SMBus具有一种警报响应地址(ARA),因此当从器件产生一个中断时,它不会马上清除中断,而是一直保持到其收到一个由主器件发送的含有其地址的ARA为止。SMBus只工作在从10kHz到最高100kHz。最低工作频率10kHz是由SMBus超时功能决定的
以上两段内容来自百度百科。简单来说,这个就是个类似I2C的接口,可以通过通讯来设置亮度值,鉴于普通笔记本屏幕或主机内都有一定的空间(轻薄本请自行飘过。。。),单片机高手完全可以通过这个通讯接口,设计专门的亮度控制电路,增加精细调光,自动控制,定时控制之类的个性化功能。我的单片机水平处于刚刚迈进一只脚的水平,就不搞那么复杂的设计了,哈哈。。。

②PWMI控制界面
    这个就很好理解了,主板通过一根线发送过来一个占空比可调的PWM信号,然后这个芯片就通过这个占空比来设置亮度值。这个笔记本用的就是这种控制界面。

    

(2)五种调光模式
    亮度最多可以分为256级,但是这个芯片一般无法从零开始调光,调光频率在5KHz的时候,如果升压电路部分的开关频率为600KHz到1MHz的时候,亮度可以从3%到100%之间调节;如果升压电路部分的开关频率在350KHz到600KHz之间的时候,亮度可以从5%到100%之间调节。



①Fixed delay PWM dimming control      固定延迟PWM调光


当SEL1为高电平或者悬空,SEL2为高电平的时候,芯片为固定延迟PWM调光。
调光频率由C_FPWM和R_FPWM决定,与输入的PWM信号频率无关,但占空比与输入的PWM信号占空比相同。
FB1-FB8依次导通,时间间隔为tD。
LED电流为通过ISET电阻设置的最大电流。





②Phase shift PWM dimming control    移相PWM调光


当SEL1为高电平或者悬空,SEL2为悬空的时候,芯片为移相PWM调光。
调光频率由C_FPWM和R_FPWM决定,与输入的PWM信号频率无关,但占空比与输入的PWM信号占空比相同。
FB1-FB8依次导通,时间间隔为tD。
LED电流为通过ISET电阻设置的最大电流。
这个模式看着和第一种固定延迟PWM调光很像,我个人理解的是,这两种的调光方式的主要不同在延时时间,第一种延时时间为固定的,仅由调光频率决定,而第二种移相PWM调光的延时时间由调光频率和使用的电流源数量来决定。第一种方式虽然各串LED的导通时间添加了延时时间,可以错开发光,但仍然会存在同时熄灭的现象,导致依然存在频闪。第二种方式,各串LED的导通时间完全错开,只要亮度设定值大于1/N(N为使用的电流源的数量),每时每刻都至少有一串LED在发光




③No delay PWM dimming control         无延迟PWM调光控制


当SEL1为高电平或者悬空,SEL2为低电平的时候,芯片为无延迟PWM调光。
调光频率由C_FPWM和R_FPWM决定,与输入的PWM信号频率无关,但占空比与输入的PWM信号占空比相同。
FB1-FB8同时导通,同时截止
LED电流为通过ISET电阻设置的最大电流。



④Direct PWM dimming control        直接PWM调光


当SEL1为低电平,SEL2为低电平的时候,芯片为直接PWM调光。
调光频率和占空比由输入的PWM信号频率决定,与C_FPWM和R_FPWM无关
FB1-FB8同时导通,同时截止
LED电流为通过ISET电阻设置的最大电流。

                




⑤DC current dimming mode        直流电流调光


当SEL1为低电平,SEL2为高电平或悬空的时候,芯片为直流调光。
FB1-FB8一直导通
LED电流为通过ISET电阻设置的最大电流 × 占空比(或设定的亮度值)。




    经过拆解观察,发现我的笔记本屏幕,SEL1和SEL2各使用一个0欧姆电阻短接至地,综合考虑这几种背光模式,结合电路板布局,决定先试试移相PWM调光,如果眼睛感觉不舒服,或者用相机能明显发现频闪,那再改造成直流调光。

不要走开,下一楼开始拆解。
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第二部分,拆机改造

        第一步肯定是断电,抠电池。如果是第一次拆屏幕的话,强烈建议将屏幕整个拆下,与主机部分分离开,像我这样拆的话,一不小心就会把屏幕掰碎了。我的笔记本两年前拆过一次屏幕,知道了内部结构,心里有底,这次为了省事和方便实验,所以就没将屏幕整个拆下来再改造。
    然后用针或者小一字螺丝刀轻轻挑开螺丝上面的盖板和胶垫,卸下螺丝,然后就是各种卡扣,慢慢撬吧,注意撬棒,银行卡之类的别太靠里,有可能会伤到屏幕。





下图是拆下B面边框之后,主要就是一块屏幕,然后上边有个摄像头模组,两个wifi天线,我的这两个wifi天线是在一起的,也有分别在左上角和右上角的。这个时候的屏幕就已经开始比较脆弱了,开合屏幕的时候一定用双手同时同步地扳上边两个角,别去扳动中间。然后在卸下圆圈处的四个螺丝,即可拆下A面外壳。注意wifi天线和摄像头排线,还有屏幕排线。





下图是屏幕与转轴的连接处,我的这个屏幕转轴处有一根金属片,用螺丝固定在屏幕的侧面,左右两侧各有一根,一直延伸到屏幕上边两个角的位置,一会拆下A面外壳之后,需要合上屏幕,对屏幕背光电路进行改造,合上屏幕的时候就要扳这两根金属片,一定保证屏幕不会受力,否则屏幕就要一命呜呼了。笔记本好久没擦了,脏东西比较多,强迫症患者先暂时忍忍,改造完之后再彻底清洁一下。




下图为拆下A面外壳之后,我的摄像头排线和wifi天线比较短,A面外壳无法平放下去,只能这样斜着呆着了,顺手拿了两只手套倚在了后边。




下图为屏幕背面整体图。背光调节电路就集成在这一条电路板上。




屏幕具体型号:LP156WD1  (TL)  (B2)   LG的屏幕




屏幕排线。显示信号,背光亮度信号,屏幕供电,都是通过这根排线过来。




再来一张A壳和屏幕背面的合影




        再发一遍这个图,这个就是背光控制电路,背光LED一般都是串联的,这样可以保证每个LED的电流值相同,亮度相同,避免一边比较亮,一边比较暗的情况出现。这样的话,背光电路就需要将电源电压进一步升压。




    这块电路板上边估计是为了防止碰到A壳的屏蔽层引起短路,所以上边有一层塑料片。一会改造的时候需要将塑料片揭开,我怕直接撕开会影响这块电路板与液晶屏之间的排线,那个地方坏了,这个屏幕基本上也就报废了,个人是没法修的,所以准备直接用剪刀剪了两刀,然后掀开,进行改造。

    掀起这层塑料片之后,照片一下子清晰多了。下边这张图是我根据PDF资料标注的。这次改造的主要部分就是SEL1和SEL2处的这两个0欧姆电阻,现在两个引脚均接地,为直接PWM调光模式,第一步就是先拆掉这两个电阻,将两个引脚悬空,设置为移相PWM调光模式,实验一下效果,如果不行,就用焊锡将SEL1接地,设置为直流调光模式。这里需要注意的是,这块电路板不是固定死的,是可以活动的,所以焊接的时候一定要扶住了,不要让它乱动,否则它与液晶屏之间的排线如果受损,那屏幕就报废了
    至于其他的改造,个人建议:1,升压电路频率不要改,这个频率一般都在几百KHz,而且和这个升压电路各个元件参数要配合好,乱改可能会导致工作不正常或者损坏;2,ISET背光电流设置不要改,这个应该是和LED的额定电流有关的,改小了估计没事,改大了搞不好会烧LED灯珠。其他的背光频率的电阻电容可以改改,如果你要用除了直流调光和直接PWM调光之外的其他模式的话。其他部分就根据自己需要进行改造吧。





下图是改造成移相PWM调光模式的图片。改造完之后,装好测试,发现拍照已经没有条纹了,然后就开始整理图片,准备发帖,结果整理了一两个小时,然后又玩了一个多小时之后,到睡觉的时候,发现眼睛很不舒服,眼睛周围,眉毛颧骨那一圈,感觉就像挂了两斤猪肉一样,一种特别僵硬的感觉。估计是背光的频率还是太低了,远低于主板的PWM背光信号,虽然每时每刻都有LED处于发光状态,但轮流发光的频率估计太低了,再加上不知道我的屏幕的6串LED是怎么排列的,搞不好背光不止在闪,还由于依次发光造成了扫描的效果。太晚了,准备第二天下班继续改造成直流调光。





下图是改造成直流调光之后的图片,再次拆解明显比第一次顺手了,很快就改好了。到目前(发帖)位置,用了几天了,眼睛没什么不舒服的感觉。




为了方便对比,效果图没有单独发,放在了一起,对比起来更明显一点。我的电脑的屏幕亮度一共分为8级,从上到下,亮度依次增加。最左边一列为改造之前,直接PWM调光;中间一列为移相PWM调光;右侧一列为直流调光。照片都是用小米5拍的,手动模式,快门速度1/1000,ISO自动,防止闪烁关闭,最开始几张ISO为6400,后边亮度提高之后,ISO就开始降低,所以开始能明显看见亮度变亮,后边的几张亮度基本一致了,但亮度实际是一级一级提高的。




    第一列可以明显看出,随着亮度的增加,黑色条纹在变窄,亮条纹在变宽。每张照片都大概有八九条黑色条纹,结合1/1000的快门,估计直接PWM的调光频率在八九KHz左右吧,不知道这样算对不对。右边两列,因为随时都有LED在发光,所以用相机检测不出来那种条纹了。万用表和示波器都带回家了,没办法测量一下频率和占空比之类的了,这个是个遗憾。没有万用表也测不出那个C-FPWM电容值,也没法算一下频率了。

    这次改造完之后,结合自己眼睛的实际感受,谈一下我的改造心得吧:

        1,眼睛没有感觉到不舒服,就可以不用改了,因为改造风险比较大。
        2,可以用相机,固定快门时间,拍照,然后数数黑色条纹的数量,大概判断一下频闪的频率,如果在5KHz以上,那也不用改了,我个人眼睛感觉8KHz的背光频率,实际感受和直流调光的差不多,但是如果需要经常拍摄屏幕的话,还有强迫症患者和追求完美的人,可以改造一下,因为无频闪之后,再去拍摄屏幕内容会很清晰。
        3,改造的话,建议将屏幕与主机分离之后再继续拆屏幕改造,还有就是注意不用动电路板与液晶屏玻璃之间的排线。
        4,每个液晶屏的背光芯片都不尽相同,可以先搜搜拆解图,或者先拆一下,查看芯片型号,然后研究好资料之后在进行改造。有直流调光的,可以一步到位改成直流调光,没有的,可以试着提高背光调节频率,提升到5KHz以上就行,这个芯片的资料里就有提到,最好将背光调节的频率设置在5KHz以上。但要注意,不要去改动boost升压电路部分的频率,改那个对背光频闪没有用,还会导致背光工作不正常。
        5,改造之前,最好上某宝搜搜有没有你这款屏幕卖,万一改造失败,就只能换屏了,我搜了一下我这个,普通屏幕也得两三百吧。
        6,动烙铁的时候,要防止温度过高,烫坏后边的塑料部分,或者弄掉焊盘,弄掉了焊盘,再改动工作模式,就很考验飞线技术了,要知道这个芯片的边长也才只有4毫米。还有就是要注意避免锡珠溜进缝隙里造成短路之类的故障。

最后上一张这次改造用的工具的全家福。





最后祝坛友工作顺利,心想事成,谢谢观看。







[ 此帖被lzh_23在2018-11-23 23:26重新编辑 ]
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厉害了,多数时候想到的都是干脆换个面板,就没想过可以通过调整芯片工作方式来改善

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最新进展:

        改成直流调光模式之后,用了六七天,结果发现使用时间长了之后,眼睛有种很干涩的感觉。然后昨天又调回了之前的直接PWM调光,本想直接修改主楼内容,结果发现修改不了,怕弄乱了,就在这顶帖说明一下吧。

        各种调光模式的眼睛感受总结如下:
        1.移相PWM调光,估计频率略低那种,眼睛周围肌肉会变僵硬,感觉那一圈肌肉很累。
        2.DC调光,眼睛略干涩。不知道为什么,按理说这种调光模式应该是最好的。不知道会不会和LED的质量、屏幕质量有关,或者和屏幕刷新方式有关。
        3.直接PWM调光,频率估计8KHz左右,用的时间长了,眼睛感觉会变模糊,眼屎多那种模糊,别的没什么,但比干涩要好一点。

    以上是我个人眼睛的感受,可能不适合别人。这次不太成功的折腾,就算是抛砖引玉吧,给大家一个新的改造思路。还是那句话,如果屏幕看着没问题,没有很不舒服的感觉,就不要改了;如果屏幕看着很难受,可以试着改变一下背光驱动电路的一些参数,以便获得更好的视觉感受。

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只看该作者 8楼 发表于: 11-30
当然是直流最好了,不闪的才是好的

楼主留言:

我也是这么认为的,等准备淘汰这个笔记本的时候再折腾一通,研究一下这个模式、频率那种更舒服一些。

离线苏州熊猫

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我的屏幕手机拍不闪,但是用8倍速视频拍的话,有一条黑暗影下移。

亮度最高的话,就没有暗影,应该也是pwm调光。

楼主留言:

有些高频pwm调光也还是可以接受的,最怕几百赫兹的低频pwm调光。

手机号码已经18年没换,要求换手机号码就是盗号的。