完善的設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路　避免組件與系統(tǒng)損害

高亮度LED再跨入成為液晶面板背光光源之后，高亮度LED的話題性熱度，瞬間被市場(chǎng)提升，高亮度LED也從傳統(tǒng)擔(dān)任顯示的角色轉(zhuǎn)變成為光源提供者，來(lái)取代傳統(tǒng)的冷陰極管。

一般而言，絕大多數(shù)的中小尺寸面板，都是利用3~10顆的白光LED，采用串連的方式來(lái)作為背光光源，甚至于手機(jī)或PDA的鍵盤(pán)背光也多是利用LED作為輔助照明之用，再加上歐盟對(duì)于無(wú)汞化的要求，因此對(duì)于更新一代的LED的驅(qū)動(dòng)芯片和技術(shù)，也就相當(dāng)?shù)乇皇袌?chǎng)所期待。

由于傳統(tǒng)的冷陰極管是利用交流驅(qū)動(dòng)，所以在整個(gè)的驅(qū)動(dòng)線路較為復(fù)雜，并且需要INVERTER(反向器)，將產(chǎn)品機(jī)構(gòu)中所使用的直流電，轉(zhuǎn)換成高壓交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以，在低耗電、電路簡(jiǎn)單化、演色要求下，在中小面板的部分，采用白光LED來(lái)作為背光源已經(jīng)相當(dāng)普及了，并且白光LED除了有體積小、高亮度的優(yōu)點(diǎn)外，驅(qū)動(dòng)電路也較冷陰極管簡(jiǎn)單。在多色LED電路驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)部分，大部分都是利用場(chǎng)序交互點(diǎn)燈的驅(qū)動(dòng)方式，藉此得以形成所謂的“FieldSequence”。好處是，可以讓多色LED與液晶面板的Sub-Pixel、彩色濾光片來(lái)達(dá)到同步，達(dá)到更廣的色彩表現(xiàn)范圍，不過(guò)就整體結(jié)構(gòu)的部分，需要搭配多色LED重新設(shè)計(jì)，因?yàn)榘ǎ?span id="hoqhgma" class=hrefStyle>導(dǎo)光板、色轉(zhuǎn)換電路等等，傳統(tǒng)的部分組件都需要重新開(kāi)發(fā)，雖然原件的材料上沒(méi)有太大不同，但是結(jié)構(gòu)上卻需要配合LED的點(diǎn)光源特性重新設(shè)計(jì)。

依需求發(fā)展出多元化的驅(qū)動(dòng)方式

對(duì)于驅(qū)動(dòng)白光LED來(lái)說(shuō)，電路本身需要供給白光LED固定的電壓或固定的電流，而當(dāng)可攜式產(chǎn)品開(kāi)始運(yùn)作后，就會(huì)產(chǎn)生電壓下降的現(xiàn)象，因而需要升壓組件來(lái)進(jìn)行升壓、穩(wěn)壓。大部分的電路設(shè)計(jì)多采用電容來(lái)維持穩(wěn)壓，這是考慮到避免升壓零件工作時(shí)，對(duì)于射頻帶來(lái)一些影響，所以，就整體的電路來(lái)說(shuō)，穩(wěn)壓設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的設(shè)計(jì)，來(lái)提供白光LED驅(qū)動(dòng)所需要穩(wěn)定電壓電流，而就對(duì)于白光LED驅(qū)動(dòng)的部分，在本身的電路設(shè)計(jì)上，也發(fā)展出多元化的驅(qū)動(dòng)方式，保護(hù)相關(guān)組件以及提供所需的亮度。

因?yàn)長(zhǎng)ED的特性是利用電流來(lái)驅(qū)動(dòng)的特性，所以LED的亮度表現(xiàn)與順向電流有等比的依存關(guān)系，所以對(duì)于LED亮度的調(diào)整就必須有效的控制順向電流變化，目前可以利用調(diào)整電流檢測(cè)電阻，以及整流電阻來(lái)達(dá)到控制順向電流。

采用整流電阻的目的是確保順向電流都能夠流向LED芯片，不過(guò)這樣的做法會(huì)因?yàn)轫樝螂妷旱母淖?，影響順向電流的?qiáng)弱，會(huì)造成順向電壓的改變有很多因素，例如溫度等等，這些都會(huì)使得LED亮度受到影響，產(chǎn)生功耗的浪費(fèi)以及縮短電池的壽命。

然而采用整電流檢測(cè)電阻來(lái)確保順向電流變化的做法，相較之下是比較好的，因?yàn)槭褂秒娏鳈z測(cè)電阻可以確保流向LED的順向電流，也因此可以消除順向電壓變化所帶來(lái)的影響，如果期望改變LED順向電流的話，只需調(diào)整電流檢測(cè)電阻即可，不需要對(duì)整個(gè)輸入電源進(jìn)行改變。另一個(gè)好處是，如果驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED時(shí)，只需要將多個(gè)LED進(jìn)行串聯(lián)，因?yàn)殡娏鳈z測(cè)電阻的作用關(guān)系，因此也可以確保流入每個(gè)LED的電流都是固定的，但是這樣的做法對(duì)于并聯(lián)的LED，并不適當(dāng)，因?yàn)楸仨氃诿總€(gè)并聯(lián)的LED中安置一個(gè)電流檢測(cè)電阻，當(dāng)然缺點(diǎn)就是成本會(huì)因此而增加，并且效率也會(huì)大打折扣，當(dāng)然也會(huì)影響電池的使用壽命。

所以事實(shí)上，設(shè)計(jì)完善的LED驅(qū)動(dòng)電路，不僅僅是確保LED的亮度能夠維持，更重要的是能夠保護(hù)電池的使用壽命，來(lái)增加可攜式產(chǎn)品在無(wú)來(lái)電源情況下的使用時(shí)間。另外還有一點(diǎn)是相當(dāng)重要的，因?yàn)橐话愣际抢幂敵?span id="iezfahv" class=hrefStyle>功率除以輸入功率，來(lái)判定電源效率，但是對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)而言，在期望獲得亮度的情況下來(lái)定義輸入功率，所以并不能采用輸出功率除以輸入功率的方式，而是必須將LED功率除以輸入功率，所得到的結(jié)果才是正確的效率測(cè)量。

利用傳統(tǒng)模擬與PWM方式進(jìn)行調(diào)光

大多數(shù)的可攜式產(chǎn)品，對(duì)于面板的背光都設(shè)計(jì)有調(diào)光功能，也就是說(shuō)，在有無(wú)交流供電、待機(jī)模式等等的情況下，都會(huì)對(duì)背光的亮度進(jìn)行調(diào)整，來(lái)減少耗電，延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，目前有PWM或者模擬(電壓調(diào)整法)等兩種的方式來(lái)對(duì)白光LED進(jìn)行電流的控制與驅(qū)動(dòng)，達(dá)到點(diǎn)滅控制、多段式亮度等等。

模擬的電壓調(diào)整方法，就是單純的改變輸入電流，也就是說(shuō)，所改變的輸入電流比例也就直接地影響白光LED的明暗，這樣的方式如果對(duì)于電流量的操控不夠精準(zhǔn)的話，些許的電壓變化會(huì)造成輸入電流產(chǎn)生變動(dòng)，而使得白光LED難以達(dá)到所預(yù)期的亮度，但是如果要能夠精確的讓白光LED產(chǎn)生期望亮度的話，那么就需要相當(dāng)復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，此外因?yàn)檫^(guò)大的電流，這會(huì)使得設(shè)計(jì)困難度與成本都大幅度的增加，此外還會(huì)對(duì)白光LED的波長(zhǎng)產(chǎn)生影響，出現(xiàn)LED顏色偏移，一般而言使用，模擬電壓調(diào)整方式的情況不大多見(jiàn)，所以目前大多是利用PWM的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)光。PWM是利用改變白光LED的DutyCycle，改變周期百分比、頻率來(lái)進(jìn)行控制亮度，因此利用PWM調(diào)光可以達(dá)到相當(dāng)精細(xì)的調(diào)整，不過(guò)，采用PWM方式的話，必須將工作頻率提高到100Hz，因?yàn)槿绻陀?00Hz的話，就會(huì)被眼睛察覺(jué)出PWM的脈沖現(xiàn)象，因此電源啟動(dòng)與響應(yīng)時(shí)間是關(guān)鍵的條件。

降壓式驅(qū)動(dòng)與升壓式驅(qū)動(dòng)各有優(yōu)缺

利用PWM調(diào)光的方式，有兩種類型，包括升壓式和降壓式，一般而言較多人使用升壓式的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，這也意味著可以利用低于3V的電源來(lái)驅(qū)動(dòng)白光LED，達(dá)到減少由電池所占據(jù)的體積，完成輕薄的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

采用升壓驅(qū)動(dòng)方式的好處是，如果FET毀損不會(huì)導(dǎo)致LED也被燒毀、輸入電流的濾波比較簡(jiǎn)單、可以簡(jiǎn)化LED電流的偵測(cè)、簡(jiǎn)化PWM調(diào)光控制負(fù)擔(dān)，根據(jù)業(yè)者的評(píng)估，升壓電路的效率可以高達(dá)90％左右。但是也是有缺點(diǎn)，升壓式的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，由于本身并不具有固定電流功能，如果當(dāng)電壓超過(guò)限值時(shí)，有可能會(huì)對(duì)LED或者電路中其它組件造成損毀。

目前，升壓電路可以利用2種模式來(lái)完成：連續(xù)導(dǎo)通模式，以及不連續(xù)導(dǎo)通模式。這2種模式都是利用電感電流的波形來(lái)決定。連續(xù)導(dǎo)通模式是用在，輸入電流大于1安培時(shí)，輸出電壓與輸入電壓比值小于或等于6，如果需要更大的輸出電壓與輸入電壓比就必須采用不連續(xù)導(dǎo)通模式，不過(guò)不連續(xù)導(dǎo)通模式產(chǎn)生較大的電流，有可能造成電感的毀損，也會(huì)讓均方根電流增加，因此兩者相較之下，不連續(xù)導(dǎo)通模式的效率較低。

而至于降壓式的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，也有工程設(shè)計(jì)師偏愛(ài)使用，降壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且成本也不至于太高，不過(guò)部分設(shè)計(jì)不佳的降壓驅(qū)動(dòng)芯片解決方案，當(dāng)面對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的功耗，使得電池的使用壽命減少，并且會(huì)產(chǎn)生高熱的情況。所以，目前有業(yè)者開(kāi)始開(kāi)發(fā)具有固定電流功能的降壓白光LED驅(qū)動(dòng)芯片，避免因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/驅(qū)動(dòng)電路">驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，過(guò)高的電流造成LED損毀。

過(guò)壓保護(hù)延長(zhǎng)電池的使用壽命

就如前述，對(duì)于白光LED驅(qū)動(dòng)而言，最佳的狀況是電源電路能夠提供穩(wěn)定的電壓以及電流，來(lái)驅(qū)動(dòng)白光LED，但是在電路的運(yùn)作過(guò)程中，難免都會(huì)出現(xiàn)突波現(xiàn)象，如果負(fù)載電阻增大，相對(duì)的電源的輸出電壓也必須隨之增加，所以對(duì)于利用固定電流驅(qū)動(dòng)的白光LED，就必須設(shè)計(jì)出過(guò)壓的保護(hù)措施，在出現(xiàn)過(guò)大負(fù)載時(shí)，也都能維持固定的電流提供LED驅(qū)動(dòng)。目前提供過(guò)壓保護(hù)這一方面，可以利用穩(wěn)壓二極管與LED進(jìn)行并聯(lián)，這樣可以將電壓維持在穩(wěn)壓二極管最大承受范圍之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)電壓高于穩(wěn)壓二極管擊穿點(diǎn)的過(guò)壓的現(xiàn)象時(shí)，可以讓電壓流到電流檢測(cè)電阻，藉此保護(hù)白光LED組件，所以利用穩(wěn)壓二極管和白光LED組件并聯(lián)的方式可以確保流入白光LED的電壓電流值都在固定的狀態(tài)。此外也有設(shè)計(jì)者利用監(jiān)控的方式來(lái)維持電源的穩(wěn)定，透過(guò)監(jiān)控機(jī)制的管理，當(dāng)出現(xiàn)電源過(guò)壓的情況時(shí)，立即關(guān)閉電源，來(lái)保護(hù)白光LED組件，并且可以延長(zhǎng)電池的使用壽命。

斷電機(jī)制經(jīng)常被工程師所遺忘

斷電機(jī)制也是LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，需要考慮的機(jī)制之一，不過(guò)卻會(huì)被工程師遺忘，而產(chǎn)生