汽車照明lcd液晶背光用白光LED驅(qū)動解決方案 - 全文

　　LCD目前較常采用CCFL作為背光光源，但因CCFL背光驅(qū)動線路復(fù)雜，要求驅(qū)動電壓高及演色性能力等因素，再加上背光的光源是系統(tǒng)中耗電量最大的部分，所以在功率限制日趨嚴(yán)苛的情況下，目前已逐漸被產(chǎn)業(yè)討論將使用LED作為代替。

　　為滿足節(jié)能及環(huán)保的需求，針對不同應(yīng)用與不同的功耗范圍，全球許多政府及能源機構(gòu)的各種新的能耗標(biāo)準(zhǔn)也紛紛出爐。同時，更加嚴(yán)格的規(guī)范也在制定中。降低能耗成為一項無法回避的重要議題，所以對電源管理也提出了更高的要求。

　　LED控制正向電流方案

　　LED是由電流驅(qū)動的器件，其亮度與正向電流呈比例關(guān)系。有兩種方法可以控制正向電流。第一種方法是采用LEDV-I曲線，一般利用一個電壓電源和一個整流電阻器，來確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向LED提供的電壓。但這種方法有一些缺點，如LED正向電壓的任何變化都會導(dǎo)致LED電流的變化。

　　假設(shè)固定電壓為3。6V、電流為20mA，當(dāng)電壓變?yōu)?。0V時，溫度或制造變化會引起的特定壓變，那么電流將可能降低到14mA。所以正向電壓出現(xiàn)較大變化時，會導(dǎo)致更大的正向電流變化，另外，壓降和功耗也都會浪費功率和降低電池使用壽命。第二種方法是利用固定電流來驅(qū)動LED。固定電流可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化，因此，可產(chǎn)生固定的LED亮度。利用固定電流只需要調(diào)整通過電流檢測電阻器的電壓，而不用調(diào)整電源的輸出電壓。

　　電源電壓和電流檢測電阻值決定了LED電流，在驅(qū)動多個LED時，只需串聯(lián)就可以在每個LED中達(dá)到固定電流。而在驅(qū)動并聯(lián)LED時，必須在每個LED串中放置一個整流電阻，但這樣將會導(dǎo)致效率降低和電流失配。

　　由于便攜式應(yīng)用中，電池的使用壽命是整體應(yīng)用關(guān)鍵。所以LED驅(qū)動器必須達(dá)到高效性。不過，LED驅(qū)動器的效率測量與典型電源的效率測量是有些不同。典型電源效率測量的定義，是輸出功率除以輸入功率。而對于LED驅(qū)動器來說，輸出功率并非是相關(guān)參數(shù)，反而預(yù)期LED亮度所需要的輸入功率值才是重點。在這點可以利用LED功率除以輸入功率來得到答案。

　　過壓保護(hù)

　　在固定電流模式中，LED驅(qū)動組件必須提供過壓保護(hù)功能。無論負(fù)載是多少，都可產(chǎn)生固定電流。但如果負(fù)載電阻增大，相對的電源的輸出電壓也必須隨之增加。當(dāng)電源檢測到過大的負(fù)載電阻，或負(fù)載斷開的話，那么輸出電壓可能會超出IC，或其它組件的最大使用電壓范圍。因此，在驅(qū)動器里就必須提供過壓保護(hù)。例如：可以利用將Zener二極管與LED并聯(lián)，這樣的方式可將輸出電壓限制在Zener二極管擊穿電壓和電源內(nèi)。當(dāng)出現(xiàn)過壓時，輸出電壓會提高到Zener二極管擊穿點，并通過Zener二極管，然后再到接地的電流檢測電阻器，所以在Zener二極管與LED并聯(lián)下，可以穩(wěn)當(dāng)?shù)靥峁┹敵鲭娏鳌?/p>

　　另外，也可以利用監(jiān)控輸出電壓，在達(dá)到過壓前關(guān)閉電源。當(dāng)過壓的情況出現(xiàn)時，LED驅(qū)動器可以降低功耗，并延長電池使用壽命。

　　PWM調(diào)光

　　許多便攜式LCD背光應(yīng)用都需要有限度地調(diào)節(jié)亮度。在這一部份可以采用兩種調(diào)光方式，就是模擬或PWM的方法。采用模擬調(diào)光，就像大家所熟悉的，在LED上增加50%的電流，這樣就可以提高50%的亮度。但這種方法是有缺點的，那就是會出現(xiàn)LED顏色偏移，并需要采用模擬控制信號，因此，這種模式一般來說使用率并不多。而利用PWM調(diào)節(jié)亮度的關(guān)鍵是，為確保使用者的眼睛看不到PWM脈沖現(xiàn)象，PWM信號的頻率必須高于100Hz，最大PWM頻率是取決于電源激活與響應(yīng)時間。

　　負(fù)載斷開

　　負(fù)載斷開是LED驅(qū)動電源中一個經(jīng)常被忽視的功能，因為在電源失效時，可以利用負(fù)載斷開將LED與電源斷開。這種功能在下列兩種情況下是相當(dāng)重要的，那就是斷電和PWM調(diào)光。例如：在升壓轉(zhuǎn)換器斷電期間，負(fù)載仍然透過電感器和二極管與輸入電壓相連接。因為輸入電壓仍然與LED連接的情況下，總電源已經(jīng)失效，仍舊會繼續(xù)產(chǎn)生小電流，當(dāng)長時間出現(xiàn)漏電流現(xiàn)象將會縮短電池壽命。另外，負(fù)載斷開在PWM進(jìn)行亮度控制時也很是相當(dāng)重要。因為在PWM不運作期間，電源在失效的情況下，但輸出電容仍然與LED連接。

　　如果沒有負(fù)載斷開的話，輸出電容仍舊會提供LED電源，直到PWM再次打開電源。因為電容在每個PWM循環(huán)開始時，都會出現(xiàn)放電的現(xiàn)象，一次電源必須在每個PWM循環(huán)開始時，將輸出電容器充電，所以，會在每個PWM循環(huán)出現(xiàn)時產(chǎn)生突波脈沖。突入的電流會造成系統(tǒng)效率降低，并在輸入總線上出現(xiàn)瞬時電壓。而如果具有負(fù)載斷開功能的話，LED就會從電源斷開，這樣當(dāng)電源失效時，就不會出現(xiàn)漏電流，而且在PWM進(jìn)行亮度調(diào)整的循環(huán)間，輸出電容器都是充滿的。

　　目前，全球各大業(yè)者正在積極開發(fā)結(jié)構(gòu)更加完整、背光效率更高的白光LED驅(qū)動電路。所以由于移動電話繼續(xù)朝著多功能智能化的方向發(fā)展，因此，預(yù)計LED驅(qū)動器的需求量會持續(xù)增加。例如：目前普通的移動電話一般只采用2至4顆LED驅(qū)動器，但功能更加豐富的雙屏幕照相手機需要7～9顆LED驅(qū)動器，才可滿足燈光方面的要求。

　　Supertex第二代高電壓LED驅(qū)動芯片HV9911

　　Supertex第二代高電壓LED驅(qū)動芯片HV9911，提供了工程師在進(jìn)行LCD用三原色背光、汽車照明和電池驅(qū)動LED燈等產(chǎn)品背光設(shè)計的應(yīng)用。HV9911是閉合環(huán)路的開關(guān)模式LED驅(qū)動IC設(shè)計，用于LED電流和對脈寬調(diào)整調(diào)光有良好瞬時反應(yīng)。在需要多個LED驅(qū)動器時，可同步防止系統(tǒng)分諧波振動。

　　HV9911還提供斜率補償，來達(dá)到允許在固定頻率模式具有更寬的工作范圍和一個內(nèi)部調(diào)節(jié)器用于低電壓和高電壓應(yīng)用。

　　NS小型白色LED驅(qū)動芯片LM2751

　　國家半導(dǎo)體(NS)型號為LM2751的小型白光LED驅(qū)動器，可在2。8伏至5。5伏間的輸入電壓范圍內(nèi)，提供4。5伏及5。0伏穩(wěn)壓輸出的固定頻率開關(guān)電容電荷泵，及150mA(以4。5伏電壓操作)或80mA(以5。0伏電壓操作)的輸出電流，并無需加設(shè)電感器，但需另加四顆陶瓷電容器。

　　LM2751適用于白色LED顯示器和鍵盤背光系統(tǒng)，及通用升壓或降壓/升壓穩(wěn)壓器等多種不同的應(yīng)用。LM2751芯片可以利用固定頻率進(jìn)行預(yù)先穩(wěn)壓，穩(wěn)壓輸出的準(zhǔn)確度極高，誤差不會超過正負(fù)3%，峰值效率達(dá)90%以上，確保隨著輸入電流混入系統(tǒng)內(nèi)的噪聲可以減至最少，且其開關(guān)頻率可以預(yù)測。并可選擇設(shè)定725kHz、300kHz、37kHz或9。5kHz等的開關(guān)頻率。

　　Linear白光LED驅(qū)動芯片LT3486

　　LinearTechnology的雙信道升壓LT3486，恒定電流驅(qū)動16顆白光LED(每信道8顆串行LED)，除可提供PWM調(diào)光，亦可保持LED于固定發(fā)光顏色。適合便攜式產(chǎn)品與汽車的顯示屏幕背光應(yīng)用等產(chǎn)品。

　　LT3486由PWM驅(qū)動器之工作周期控制來進(jìn)行調(diào)光，達(dá)到1000：1調(diào)光范圍，并利用電流模式及固定頻率保持均勻的LED亮度。LT3486的兩個獨立轉(zhuǎn)換器，能由2。5V～24V的輸入電壓，驅(qū)動不對稱的LED字陣，效率達(dá)85%。轉(zhuǎn)換器切換頻率可以利用一個單一電阻在200kHz及2MHz間進(jìn)行設(shè)定。其它特性尚包括內(nèi)部軟激活、突波電流限制及開路LED保護(hù)等。LT3486EDHC采用DFN-16封裝技術(shù)，LT3486EFE則采用TSSOP-16E封裝。

　　沛亨并聯(lián)式白光LED驅(qū)動芯片AIC1848

　　沛亨半導(dǎo)體針對手機、PDA、數(shù)碼相機等便攜式電子產(chǎn)品的小體積且高效能的電源需求，推出并聯(lián)式白光LED的驅(qū)動芯片AIC1848。AIC1848采用兩倍電荷泵(2XCharge-Pump)提供穩(wěn)定的5V輸出電壓，并以定電壓的方式驅(qū)動并聯(lián)多顆白光LED，操作頻率高達(dá)1。8MHz。

　　AIC1848僅需使用三顆陶瓷電容，并不需使用電感，節(jié)省更多的設(shè)計空間。此外，AIC1848內(nèi)設(shè)過電流(OCP)及熱關(guān)機(ThermalShutdown)的功能，使白光LED驅(qū)動電路具備更可并且更穩(wěn)定的工作系統(tǒng)，提供便攜式系統(tǒng)設(shè)計人員并聯(lián)式白光LED最具競爭力的電源解決方案。

　　東芝白光LED驅(qū)動芯片TB62752AFUG

　　東芝最大可驅(qū)動8個白光LED的高效率、高精度、高耐壓、低電耗的LED驅(qū)動芯片TB62752AFUG，TB62752AFUG采用了BiCD制程技術(shù)，內(nèi)設(shè)了過電壓保護(hù)的功能(OVP)，最大耐壓電壓為40V，在出現(xiàn)過高電壓的情況下，立即切斷內(nèi)部電路，以保護(hù)芯片、白光LED及應(yīng)用產(chǎn)品的安全，整體電源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%以上，電流誤差值為5%左右。

　　TB62752AFUG采用了高互換性PIN角的設(shè)計。可提供便攜式電玩、移動電話、數(shù)碼相機等內(nèi)建液晶面板背光驅(qū)動能力。TB62752AFUG已于2005年年底量產(chǎn)，采用SOT23-6的封裝技術(shù)。

　　BCDSemi白光LED驅(qū)動芯片AP3008

　　BCD串聯(lián)式升壓式的白光LED驅(qū)動芯片AP3008，能滿足LCD背光均勻、低成本、高性能、恒流等要求，從價格上能滿足客戶低成本的要求。AP3008為電流模式的升壓式DC-DC變換器，由1。25V的基準(zhǔn)、誤差放大器、1。2MHZ振蕩器和斜波發(fā)生器、電流取樣放大電路、PWM、R/S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動及功率開關(guān)管、過壓保護(hù)(OVP)等組成。

　　AP3008內(nèi)置UVLO電路，具有寬的工作電壓范圍。最低工作電壓可至2。5V，最高工作電壓可至15V。過壓保護(hù)(OVP)電路檢測PWM脈沖輸出的峰值電壓。當(dāng)PWM脈沖的峰值電壓高于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓時，過壓保護(hù)(OVP)電路動作并使PWM開關(guān)電路Shutdown。若使電路重新工作，可在Shutdownpin或Vinpin施加由低到高的信號即可。

　　AP3008的基準(zhǔn)電壓不是直接采用1。25V，而是經(jīng)電阻分壓后取其95mV，這是一種減少損耗的措施。另由于AP3008采用的高頻36VBipoler制程，在耐壓上遠(yuǎn)高于一些CMOS制程的升壓DC/DC變換器。AP3008在輸入3。2V時，它可以驅(qū)動4個白光LED，輸出電流最大可達(dá)20mA;在輸入5V時，它可以驅(qū)動6個白光LED，輸出電流最大可達(dá)20mA。AP3008采用SOT23-5和TSOT23-5封裝，可使IC的高度小于1。1mm和0。9mm。

　　Austriamicrosystems白光LED驅(qū)動芯片AS3691

　　austriamicrosystems白光LED驅(qū)動芯片AS3691，能讓設(shè)計人員僅透過外部電阻就能設(shè)定每個LED信道的運作電流，而LED的亮度則可由四個獨立脈沖寬度調(diào)節(jié)輸入組件控制。每顆AS3691芯片中皆整合了四個獨立運作的電流組件，因此能選擇同時驅(qū)動四個白光LED，可各自輸入400mA的電流，或是僅驅(qū)動一個白光LED輸入1。6安培的電流。AS3691的線性驅(qū)動器能避免電感升壓器所衍生的種種問題，例如電磁干擾或LCD屏幕品質(zhì)的影像閃爍等問題。為提升應(yīng)用的功率效益，該組件每個信道都含有一個回饋輸出端，能簡單調(diào)整一個或多個外部電源，將整體消耗功率降至最低。

　　AS3691電流精準(zhǔn)度達(dá)0。5%，相當(dāng)適用于采用RGB背光的液晶屏幕等精密的色彩管理應(yīng)用。此外，AS3691還能搭配各種彩色LED設(shè)定，如RGGB或RGBA。其電流輸入組件支持15V電壓范圍，允許極高的LED電源電壓，且最高電壓值僅受整個產(chǎn)品的最高消耗功率所限制。AS3691采用小型QFN4?封裝，將整體功耗控制在最小范圍內(nèi)。

　　CatalystSemiconductor高效白光LED驅(qū)動芯片CAT3691

　　CatalystSemiconductor擴展其固態(tài)照明產(chǎn)品系列，推出一種新型高效白光LED驅(qū)動。CAT3691穩(wěn)壓電荷泵可為大尺寸平面、雙LCD顯示提供一致無閃爍現(xiàn)象的背光照明。

　　CAT3691取代了傳統(tǒng)高亮度背光所需的電感升壓電路，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計。由于輸出電流大，CAT3608還可用于驅(qū)動主副屏幕手機顯示，或主顯示屏加低功率相機閃光。每路LED的獨立控制實現(xiàn)了主顯示屏的4個LED和副顯示屏的2個LED的PWM變暗和待機模式。為了降低電池消耗，該組件還具有完全系統(tǒng)關(guān)機功能，使得功耗降低到不足1μA。為了與多種亮度控制電路一起使用，該組件還帶有靈活的數(shù)字接口。其低噪聲、1MHz固定頻率控制方案，為使用小外接電容提供可能，從而降低成本和電路板占用。CAT3691針對鋰電池系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，可以最大限度保證功率傳輸，效率高達(dá)90%。該組件還具備CAT3691的效率、低噪聲和雙顯示能力，非常適于手機、智能電話、PDA和數(shù)字相機中的白光LED驅(qū)動。

　　Vishay高效率白光LED驅(qū)動芯片SiP12401

　　針對高效率白光LED驅(qū)動應(yīng)用，Vishay推出了兩款白光LED驅(qū)動芯片SiP12401，能讓手機和數(shù)字相機等便攜式電子設(shè)備中的LCD顯示屏白光LED背光等應(yīng)用中提供高效的可控亮度，效率達(dá)80%。

　　SiP12401升壓控制器芯片使用雙芯鎳氫或堿性以及鋰離子電池來驅(qū)動串聯(lián)的白光LED，無需使用鎮(zhèn)流電阻。該組件支持范圍介于1。8V～5。0V的輸入電壓。采用具有內(nèi)部頻率補償?shù)碾妷耗Ｊ絇WM設(shè)計，以幫助減少整體組件數(shù)從而實現(xiàn)更小、更輕的終端產(chǎn)品設(shè)計。為延長電池使用時間，SiP12401和轉(zhuǎn)換頻率為600kHz的PWM模式分別可實現(xiàn)80%和75%的高典型效率。LED電流可在外部加以調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對強度的模擬控制。邏輯控制的待機電流僅為1微安。

　　Maxim480mA白光LED倍壓芯片MAX1576

　　Maxim的MAX1576白光LED倍壓芯片，可提供480mA白光LED1x/1。5x/2x電荷泵，用于背光和照相機閃光燈白光LED驅(qū)動。

　　MAX1576電荷泵可驅(qū)動多達(dá)8個白色LED，具有恒定電流調(diào)節(jié)以實現(xiàn)統(tǒng)一的光強度。能夠以30mA的電流驅(qū)動每個主組(LED1-LED4)LED，用于背光。閃光燈組LED(LED5-LED8)是單獨控制的，并能夠以100mA驅(qū)動每個LED(或者總共400mA)。通過使用自適應(yīng)1x/1。5x/2x電荷泵模式和超低壓差的電流調(diào)節(jié)器，MAX1576能夠在1節(jié)鋰電池的整個電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率。1MHz的固定頻率開關(guān)僅需使用非常小的外部組件。MAX1576使用兩個外部電阻設(shè)置主LED和閃光燈LED的最大(100%)電流。使用四個控制引腳，通過串行控制或每組2位元邏輯控制用于LED亮度控制。ENM1和ENM2可將主LED的電流設(shè)置為最大電流的10%、30%或100%。ENF1和ENF2可將閃光燈LED的電流設(shè)置為最大電流的20%、40%或100%。另外，將每一對控制引腳連接到一起可實現(xiàn)單線、串行脈沖亮度控制。MAX1576采用24引腳薄型QFN封裝技術(shù)。

　　安森美高亮度白光LED驅(qū)動芯片NCP5603

　　安森美半導(dǎo)體(ONSemiconductor)所推出的高亮度白光LED驅(qū)動芯片NCP5603，是針對手機、相機與其它便攜式消費類電子產(chǎn)品中照明或閃光燈應(yīng)用。NCP5603透過一個充電泵架構(gòu)，搭配兩個外加陶瓷電容來提供電源轉(zhuǎn)換功能，并免除電源轉(zhuǎn)換時需要大型笨重電感器的問題，采用DFN-10封裝供貨，大小僅3mm?mm?。9mm，其占用面積相當(dāng)有限，非常適用于厚度較薄的便攜式消費電子產(chǎn)品應(yīng)用。新LED驅(qū)動器可藉由2。7V～5。5V電池電壓輸入提供給負(fù)載穩(wěn)定的電壓輸出，具備1X、1。5X與2X自動運作模式，讓運作效率可達(dá)到90%，使得它特別適用于需要較長電池使用時間的低成本低耗電應(yīng)用中高電流LED驅(qū)動，由于這顆組件能夠容忍高達(dá)350mA的高輸出電流脈沖，因此可用來推動功率達(dá)1W的高亮度LED，帶來更高的相機閃光燈效率與更佳的畫質(zhì)，組件同時還擁有PWM/EN輸入接腳，適合用來作為點亮控制用途。此外，由于NCP5603不需外部電感來儲存能量，因此還能夠作為低成本小型升壓式直流─直流轉(zhuǎn)換器，提供給手機、MP3播放機或數(shù)碼相機等空間受限應(yīng)用的4。5V或5V固定電壓輸出。

　　Arques白光LED驅(qū)動芯片支持兩個LCD背光及FlashLED

　　ArquesTechnology的AQ913X系列與AQ914X系列白光LED驅(qū)動器，可利用雙信道、雙增益的chargepump來調(diào)節(jié)電流，適用于小尺寸LCD顯示器的LED背光源應(yīng)用。這些組件可驅(qū)動可編程輸出電流高達(dá)120mA的并聯(lián)白光LED;可操作在2。7V～6。0V的鋰離子電池輸入電壓范圍中，并帶有欠壓鎖定功能。新組件還具備650kHz的固定頻率。在典型的折疊照相手機應(yīng)用中，AQ9133B可以驅(qū)動LCD背光，包括主屏幕和副屏幕，同時按照持續(xù)點亮和瞬間高亮兩種模式來驅(qū)動FlashLED。對FlashLED的驅(qū)動可以提供預(yù)閃模式和高亮曝光模式，預(yù)閃模式下，手機的主屏幕可維持亮度。

　　AQ913X、AQ914X系列擁有CurrentRegulationMode以及adaptive自動切換模式，電源電壓足夠時IC維持在LDO(1倍)模式減少輸入電流以提高效率，當(dāng)LED電流不足時才自動切換至1。5倍(Chargepump)模式，提高電池的使用效率。輸出可支持到兩信道共6個WLED，每個LEDpin最大容許電流可達(dá)50mA。