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 上海亚光照明 LED 2013展会
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LCD液晶背光用白光LED驱动解决方案
[2013/5/17 9:21:00]   来源:中国之光网   编辑:zhaomingr   评论0
摘要:LCD目前较常采用CCFL作为背光光源,但因CCFL背光驱动线路复杂,要求驱动电压高及演色性能力等因素,再加上背光的光源是系统中耗电量最大的部分,所以在功率限制日趋严苛的情况下,目前已逐渐被产业讨论将使用LED作为......
LCD目前较常采用CCFL作为背光光源,但因CCFL背光驱动线路复杂,要求驱动电压高及演色性能力等因素,再加上背光的光源是系统中耗电量最大的部分,所以在功率限制日趋严苛的情况下,目前已逐渐被产业讨论将使用LED作为代替。

  为满足节能及环保的需求,针对不同应用与不同的功耗范围,全球许多政府及能源机构的各种新的能耗标准也纷纷出炉。同时,更加严格的规范也在制定中。降低能耗成为一项无法回避的重要议题,所以对电源管理也提出了更高的要求。

  LED控制正向电流方案

  LED是由电流驱动的器件,其亮度与正向电流呈比例关系。有两种方法可以控制正向电流。第一种方法是采用LEDV-I曲线,一般利用一个电压电源和一个整流电阻器,来确定产生预期正向电流所需要向LED提供的电压。但这种方法有一些缺点,如LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化。

  假设固定电压为3。6V、电流为20mA,当电压变为4。0V时,温度或制造变化会引起的特定压变,那么电流将可能降低到14mA。所以正向电压出现较大变化时,会导致更大的正向电流变化,另外,压降和功耗也都会浪费功率和降低电池使用寿命。第二种方法是利用固定电流来驱动LED。固定电流可消除正向电压变化所导致的电流变化,因此,可产生固定的LED亮度。利用固定电流只需要调整通过电流检测电阻器的电压,而不用调整电源的输出电压。

  电源电压和电流检测电阻值决定了LED电流,在驱动多个LED时,只需串联就可以在每个LED中达到固定电流。而在驱动并联LED时,必须在每个LED串中放置一个整流电阻,但这样将会导致效率降低和电流失配。

  由于便携式应用中,电池的使用寿命是整体应用关键。所以LED驱动器必须达到高效性。不过,LED驱动器的效率测量与典型电源的效率测量是有些不同。典型电源效率测量的定义,是输出功率除以输入功率。而对于LED驱动器来说,输出功率并非是相关参数,反而预期LED亮度所需要的输入功率值才是重点。在这点可以利用LED功率除以输入功率来得到答案。

  过压保护

  在固定电流模式中,LED驱动组件必须提供过压保护功能。无论负载是多少,都可产生固定电流。但如果负载电阻增大,相对的电源的输出电压也必须随之增加。当电源检测到过大的负载电阻,或负载断开的话,那么输出电压可能会超出IC,或其它组件的最大使用电压范围。因此,在驱动器里就必须提供过压保护。例如:可以利用将Zener二极管与LED并联,这样的方式可将输出电压限制在Zener二极管击穿电压和电源内。当出现过压时,输出电压会提高到Zener二极管击穿点,并通过Zener二极管,然后再到接地的电流检测电阻器,所以在Zener二极管与LED并联下,可以稳当地提供输出电流。

  另外,也可以利用监控输出电压,在达到过压前关闭电源。当过压的情况出现时,LED驱动器可以降低功耗,并延长电池使用寿命。

  PWM调光

  许多便携式LCD背光应用都需要有限度地调节亮度。在这一部份可以采用两种调光方式,就是模拟或PWM的方法。采用模拟调光,就像大家所熟悉的,在LED上增加50%的电流,这样就可以提高50%的亮度。但这种方法是有缺点的,那就是会出现LED颜色偏移,并需要采用模拟控制信号,因此,这种模式一般来说使用率并不多。而利用PWM调节亮度的关键是,为确保使用者的眼睛看不到PWM脉冲现象,PWM信号的频率必须高于100Hz,最大PWM频率是取决于电源激活与响应时间。

  负载断开

  负载断开是LED驱动电源中一个经常被忽视的功能,因为在电源失效时,可以利用负载断开将LED与电源断开。这种功能在下列两种情况下是相当重要的,那就是断电和PWM调光。例如:在升压转换器断电期间,负载仍然透过电感器和二极管与输入电压相连接。因为输入电压仍然与LED连接的情况下,总电源已经失效,仍旧会继续产生小电流,当长时间出现漏电流现象将会缩短电池寿命。另外,负载断开在PWM进行亮度控制时也很是相当重要。因为在PWM不运作期间,电源在失效的情况下,但输出电容仍然与LED连接。

  如果没有负载断开的话,输出电容仍旧会提供LED电源,直到PWM再次打开电源。因为电容在每个PWM循环开始时,都会出现放电的现象,一次电源必须在每个PWM循环开始时,将输出电容器充电,所以,会在每个PWM循环出现时产生突波脉冲。突入的电流会造成系统效率降低,并在输入总线上出现瞬时电压。而如果具有负载断开功能的话,LED就会从电源断开,这样当电源失效时,就不会出现漏电流,而且在PWM进行亮度调整的循环间,输出电容器都是充满的。

  目前,全球各大业者正在积极开发结构更加完整、背光效率更高的白光LED驱动电路。所以由于移动电话继续朝着多功能智能化的方向发展,因此,预计LED驱动器的需求量会持续增加。例如:目前普通的移动电话一般只采用2至4颗LED驱动器,但功能更加丰富的双屏幕照相手机需要7~9颗LED驱动器,才可满足灯光方面的要求。

  Supertex第二代高电压LED驱动芯片HV9911

  Supertex第二代高电压LED驱动芯片HV9911,提供了工程师在进行LCD用三原色背光、汽车照明和电池驱动LED灯等产品背光设计的应用。HV9911是闭合环路的开关模式LED驱动IC设计,用于LED电流和对脉宽调整调光有良好瞬时反应。在需要多个LED驱动器时,可同步防止系统分谐波振动。

  HV9911还提供斜率补偿,来达到允许在固定频率模式具有更宽的工作范围和一个内部调节器用于低电压和高电压应用。

  NS小型白色LED驱动芯片LM2751

  国家半导体(NS)型号为LM2751的小型白光LED驱动器,可在2。8伏至5。5伏间的输入电压范围内,提供4。5伏及5。0伏稳压输出的固定频率开关电容电荷泵,及150mA(以4。5伏电压操作)或80mA(以5。0伏电压操作)的输出电流,并无需加设电感器,但需另加四颗陶瓷电容器。

  LM2751适用于白色LED显示器和键盘背光系统,及通用升压或降压/升压稳压器等多种不同的应用。LM2751芯片可以利用固定频率进行预先稳压,稳压输出的准确度极高,误差不会超过正负3%,峰值效率达90%以上,确保随着输入电流混入系统内的噪声可以减至最少,且其开关频率可以预测。并可选择设定725kHz、300kHz、37kHz或9。5kHz等的开关频率。

  Linear白光LED驱动芯片LT3486

  LinearTechnology的双信道升压LT3486,恒定电流驱动16颗白光LED(每信道8颗串行LED),除可提供PWM调光,亦可保持LED于固定发光颜色。适合便携式产品与汽车的显示屏幕背光应用等产品。

  LT3486由PWM驱动器之工作周期控制来进行调光,达到1000:1调光范围,并利用电流模式及固定频率保持均匀的LED亮度。LT3486的两个独立转换器,能由2。5V~24V的输入电压,驱动不对称的LED字阵,效率达85%。转换器切换频率可以利用一个单一电阻在200kHz及2MHz间进行设定。其它特性尚包括内部软激活、突波电流限制及开路LED保护等。LT3486EDHC采用DFN-16封装技术,LT3486EFE则采用TSSOP-16E封装。

  沛亨并联式白光LED驱动芯片AIC1848

  沛亨半导体针对手机、PDA、数码相机等便携式电子产品的小体积且高效能的电源需求,推出并联式白光LED的驱动芯片AIC1848。AIC1848采用两倍电荷泵(2XCharge-Pump)提供稳定的5V输出电压,并以定电压的方式驱动并联多颗白光LED,操作频率高达1。8MHz。

  AIC1848仅需使用三颗陶瓷电容,并不需使用电感,节省更多的设计空间。此外,AIC1848内设过电流(OCP)及热关机(ThermalShutdown)的功能,使白光LED驱动电路具备更可并且更稳定的工作系统,提供便携式系统设计人员并联式白光LED最具竞争力的电源解决方案。

  东芝白光LED驱动芯片TB62752AFUG

  东芝最大可驱动8个白光LED的高效率、高精度、高耐压、低电耗的LED驱动芯片TB62752AFUG,TB62752AFUG采用了BiCD制程技术,内设了过电压保护的功能(OVP),最大耐压电压为40V,在出现过高电压的情况下,立即切断内部电路,以保护芯片、白光LED及应用产品的安全,整体电源转换效率高达80%以上,电流误差值为5%左右。

  TB62752AFUG采用了高互换性PIN角的设计。可提供便携式电玩、移动电话、数码相机等内建液晶面板背光驱动能力。TB62752AFUG已于2005年年底量产,采用SOT23-6的封装技术。

  BCDSemi白光LED驱动芯片AP3008

  BCD串联式升压式的白光LED驱动芯片AP3008,能满足LCD背光均匀、低成本、高性能、恒流等要求,从价格上能满足客户低成本的要求。AP3008为电流模式的升压式DC-DC变换器,由1。25V的基准、误差放大器、1。2MHZ振荡器和斜波发生器、电流取样放大电路、PWM、R/S触发器、输出驱动及功率开关管、过压保护(OVP)等组成。

  AP3008内置UVLO电路,具有宽的工作电压范围。最低工作电压可至2。5V,最高工作电压可至15V。过压保护(OVP)电路检测PWM脉冲输出的峰值电压。当PWM脉冲的峰值电压高于内部设置的阀值电压时,过压保护(OVP)电路动作并使PWM开关电路Shutdown。若使电路重新工作,可在Shutdownpin或Vinpin施加由低到高的信号即可。

  AP3008的基准电压不是直接采用1。25V,而是经电阻分压后取其95mV,这是一种减少损耗的措施。另由于AP3008采用的高频36VBipoler制程,在耐压上远高于一些CMOS制程的升压DC/DC变换器。AP3008在输入3。2V时,它可以驱动4个白光LED,输出电流最大可达20mA;在输入5V时,它可以驱动6个白光LED,输出电流最大可达20mA。AP3008采用SOT23-5和TSOT23-5封装,可使IC的高度小于1。1mm和0。9mm。

  Austriamicrosystems白光LED驱动芯片AS3691

  austriamicrosystems白光LED驱动芯片AS3691,能让设计人员仅透过外部电阻就能设定每个LED信道的运作电流,而LED的亮度则可由四个独立脉冲宽度调节输入组件控制。每颗AS3691芯片中皆整合了四个独立运作的电流组件,因此能选择同时驱动四个白光LED,可各自输入400mA的电流,或是仅驱动一个白光LED输入1。6安培的电流。AS3691的线性驱动器能避免电感升压器所衍生的种种问题,例如电磁干扰或LCD屏幕品质的影像闪烁等问题。为提升应用的功率效益,该组件每个信道都含有一个回馈输出端,能简单调整一个或多个外部电源,将整体消耗功率降至最低。

  AS3691电流精准度达0。5%,相当适用于采用RGB背光的液晶屏幕等精密的色彩管理应用。此外,AS3691还能搭配各种彩色LED设定,如RGGB或RGBA。其电流输入组件支持15V电压范围,允许极高的LED电源电压,且最高电压值仅受整个产品的最高消耗功率所限制。AS3691采用小型QFN4?封装,将整体功耗控制在最小范围内。

  CatalystSemiconductor高效白光LED驱动芯片CAT3691

  CatalystSemiconductor扩展其固态照明产品系列,推出一种新型高效白光LED驱动。CAT3691稳压电荷泵可为大尺寸平面、双LCD显示提供一致无闪烁现象的背光照明。

  CAT3691取代了传统高亮度背光所需的电感升压电路,从而简化了系统设计。由于输出电流大,CAT3608还可用于驱动主副屏幕手机显示,或主显示屏加低功率相机闪光。每路LED的独立控制实现了主显示屏的4个LED和副显示屏的2个LED的PWM变暗和待机模式。为了降低电池消耗,该组件还具有完全系统关机功能,使得功耗降低到不足1μA。为了与多种亮度控制电路一起使用,该组件还带有灵活的数字接口。其低噪声、1MHz固定频率控制方案,为使用小外接电容提供可能,从而降低成本和电路板占用。CAT3691针对锂电池系统进行了优化,可以最大限度保证功率传输,效率高达90%。该组件还具备CAT3691的效率、低噪声和双显示能力,非常适于手机、智能电话、PDA和数字相机中的白光LED驱动。

  Vishay高效率白光LED驱动芯片SiP12401

  针对高效率白光LED驱动应用,Vishay推出了两款白光LED驱动芯片SiP12401,能让手机和数字相机等便携式电子设备中的LCD显示屏白光LED背光等应用中提供高效的可控亮度,效率达80%。

  SiP12401升压控制器芯片使用双芯镍氢或碱性以及锂离子电池来驱动串联的白光LED,无需使用镇流电阻。该组件支持范围介于1。8V~5。0V的输入电压。采用具有内部频率补偿的电压模式PWM设计,以帮助减少整体组件数从而实现更小、更轻的终端产品设计。为延长电池使用时间,SiP12401和转换频率为600kHz的PWM模式分别可实现80%和75%的高典型效率。LED电流可在外部加以调节,以实现对强度的模拟控制。逻辑控制的待机电流仅为1微安。

  Maxim480mA白光LED倍压芯片MAX1576

  Maxim的MAX1576白光LED倍压芯片,可提供480mA白光LED1x/1。5x/2x电荷泵,用于背光和照相机闪光灯白光LED驱动。

  MAX1576电荷泵可驱动多达8个白色LED,具有恒定电流调节以实现统一的光强度。能够以30mA的电流驱动每个主组(LED1-LED4)LED,用于背光。闪光灯组LED(LED5-LED8)是单独控制的,并能够以100mA驱动每个LED(或者总共400mA)。通过使用自适应1x/1。5x/2x电荷泵模式和超低压差的电流调节器,MAX1576能够在1节锂电池的整个电压范围内实现高效率。1MHz的固定频率开关仅需使用非常小的外部组件。MAX1576使用两个外部电阻设置主LED和闪光灯LED的最大(100%)电流。使用四个控制引脚,通过串行控制或每组2位元逻辑控制用于LED亮度控制。ENM1和ENM2可将主LED的电流设置为最大电流的10%、30%或100%。ENF1和ENF2可将闪光灯LED的电流设置为最大电流的20%、40%或100%。另外,将每一对控制引脚连接到一起可实现单线、串行脉冲亮度控制。MAX1576采用24引脚薄型QFN封装技术。

  安森美高亮度白光LED驱动芯片NCP5603

  安森美半导体(ONSemiconductor)所推出的高亮度白光LED驱动芯片NCP5603,是针对手机、相机与其它便携式消费类电子产品中照明或闪光灯应用。NCP5603透过一个充电泵架构,搭配两个外加陶瓷电容来提供电源转换功能,并免除电源转换时需要大型笨重电感器的问题,采用DFN-10封装供货,大小仅3mm?mm?。9mm,其占用面积相当有限,非常适用于厚度较薄的便携式消费电子产品应用。新LED驱动器可藉由2。7V~5。5V电池电压输入提供给负载稳定的电压输出,具备1X、1。5X与2X自动运作模式,让运作效率可达到90%,使得它特别适用于需要较长电池使用时间的低成本低耗电应用中高电流LED驱动,由于这颗组件能够容忍高达350mA的高输出电流脉冲,因此可用来推动功率达1W的高亮度LED,带来更高的相机闪光灯效率与更佳的画质,组件同时还拥有PWM/EN输入接脚,适合用来作为点亮控制用途。此外,由于NCP5603不需外部电感来储存能量,因此还能够作为低成本小型升压式直流─直流转换器,提供给手机、MP3播放机或数码相机等空间受限应用的4。5V或5V固定电压输出。

  Arques白光LED驱动芯片支持两个LCD背光及FlashLED

  ArquesTechnology的AQ913X系列与AQ914X系列白光LED驱动器,可利用双信道、双增益的chargepump来调节电流,适用于小尺寸LCD显示器的LED背光源应用。这些组件可驱动可编程输出电流高达120mA的并联白光LED;可操作在2。7V~6。0V的锂离子电池输入电压范围中,并带有欠压锁定功能。新组件还具备650kHz的固定频率。在典型的折叠照相手机应用中,AQ9133B可以驱动LCD背光,包括主屏幕和副屏幕,同时按照持续点亮和瞬间高亮两种模式来驱动FlashLED。对FlashLED的驱动可以提供预闪模式和高亮曝光模式,预闪模式下,手机的主屏幕可维持亮度。

  AQ913X、AQ914X系列拥有CurrentRegulationMode以及adaptive自动切换模式,电源电压足够时IC维持在LDO(1倍)模式减少输入电流以提高效率,当LED电流不足时才自动切换至1。5倍(Chargepump)模式,提高电池的使用效率。输出可支持到两信道共6个WLED,每个LEDpin最大容许电流可达50mA。
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