全球LED驅動IC新品創(chuàng)新技術分析

LED驅動電路相關的設計參數(shù)包括輸入電壓范圍、驅動的LED數(shù)量、LED電流、隔離、EMI抑制以及效率等。總的看來LED照明設計需要考慮以下幾方面的因素：

　　輸出功率：涉及LED正向電壓范圍、電流及LED排列方式等

　　電源：AC-DC電源、DC-DC電源、直接采用AC電源驅動

　　功能要求：調光要求、調光方式（模擬、數(shù)字或多級）、照明控制

　　其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理（保護特性）、要遵從的標準及可靠性等

　　更多考慮因素：機械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等

　　2.2 LED照明驅動

　　LED照明符合節(jié)能環(huán)保的大趨勢，前景比較明朗，雖然背光、顯示技術發(fā)展多年，方案相對成熟，但在市場熱度上不如照明，而且在很多相關消費電子市場（如手機背光）競爭強度大，對成本要求高，價格戰(zhàn)頻發(fā)，利潤空間受到較大限制。有人認為也許就在2-3年中，LED照明技術將有突破性進展，市場會大規(guī)模啟動。與此同時LED照明的應用不斷拓寬，新的市場不斷涌現(xiàn)。也許大功率路燈、普通照明等市場起步比較慢，但你會發(fā)現(xiàn)一些小功率的照明市場在快速發(fā)展，比如裝飾照明、便攜產品照明等等。

　　美國能源部（DOE）“能源之星”（ENERGYSTAR）固態(tài)照明（SSL）規(guī)范：

　　美國能源部（DOE）“能源之星”（ENERGYSTAR）固態(tài)照明（SSL）規(guī)范中規(guī)定任何功率等級皆須強制提供功率因數(shù)校正（PFC）。這標準適用于一系列特定產品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的LED 驅動器功率因數(shù)須大于0.7，而商業(yè)應用中則須大于0.9;但是，這標準屬于自愿性標準。歐盟的IEC61000-3-2 諧波含量標準中則規(guī)定了功率大于25 W 的照明應用的總諧波失真性能，其最大限制相當于總諧波失真（THD）《 35%，而功率因數(shù)（PF）》0.94。

　　雖然不是所有國家都絕對強制要求照明應用中改善功率因數(shù)，但某些應用可能有這方面的要求，如公用事業(yè)機構大力推動擁有高功率因數(shù)的產品在公用設施中的商業(yè)應用，此外，公用事業(yè)機構購入/維護街燈時，也可以根據他們的意愿來決定是否要求擁有高功率因數(shù)（通?！?.95+）。

　　美國能源部能源之星近期發(fā)布了其集成LED燈（該燈通常要擰入ANSI標準化燈座，與當今市面上的大多數(shù)白熾燈類似）提議標準的修訂草案3，其中規(guī)定對于功率≤5W的燈泡，對最小功率因數(shù)不作要求，對于功率》5W的燈泡，功率因數(shù)必須≥ 0.70。

　　LED照明系統(tǒng)拓撲架構選擇：

　　LED照明系統(tǒng)架構選擇取決于你的設計目標是低成本、高效率還是最小PCB面積。一般來說，小于25W的LED照明系統(tǒng)不要求進行功率校正，因此可以采取簡單一些的拓撲架構，如PSR或Buck拓撲。25W-100W的LED照明應用要求進行功率校正，因此一般采用單級PFC、準諧振（QR）PWM或反激式拓撲。100W以上LED照明應用一般采用效率更高的LLC拓撲和PFC。從效率角度來看，LLC和QR性能更好;而PSR方案無需次級反饋，設計簡單，尺寸也比其它方案小?！?/FONT>

　　就DC-DC解決方案而言，其中，標準降壓型轉換器是最簡單和最容易實現(xiàn)的方案，升壓型和降壓-升壓型轉換器次之，而SEPIC型轉換器則最難實現(xiàn)，這是因為它采用了復雜的磁性設計原理，而且需要設計者擁有高超的開關模式電源設計專長。終端產品的應用決定LED的拓撲結構，然后再根據LED的拓撲結構和輸入電源再合理選擇Buck、Boost、SEPIC（較少用）、或Buck-Boost結構。“一般來說，25W以下選用Buck的較多。更大功率的則傾向于選擇Boost結構。效率的話兩者一般都可以做到85%以上，小功率的LED燈盡量采用集成度高的方案。大功率的方案要選用技術集成度高的產品。

2.3 LED背光驅動

　　LED背光在手機、數(shù)碼相機、PowerDVD等小尺寸屏上的應用已經非常成熟，近幾年也不會有很高的年復合增長率。隨著LED光通量的提高、成本的降低以及LED具有的綠色環(huán)保（CCFL背光含汞）、色域范圍廣、可進行局部調光等特性，符合目前LCDTV高清節(jié)能的發(fā)展需求。因此背光的增長點將在筆記本、液晶電視等中大尺寸屏上的應用。

　　圖3 LED背光驅動系統(tǒng)的基本結構

　　移動手持等顯示產品背光LED驅動IC的選擇，按LCD的面積來設定需要LED點光源的個數(shù);按LED的N串N并的點亮方式來選擇不同工作原理、不同輸出能力的LED驅動IC;1.8英寸～3.5 英寸手機用LCM其LED點光源是2顆～4顆LED;3.5英寸～8.0英寸MP3、MP4、PDP、GPS、PND、DPF用LCM其LED點光源是6顆～28顆LED;12.1英寸～15.4英寸筆記本電腦用LCM其LED點光源是48顆～60顆、60顆～72顆LED;手機有RF怕干擾，因此大多數(shù)不選用以電感器為電能儲存器的DC/DCBoost;沒有RF 的消費電子產品，大多選用DC/DCBoost，因其能輸出較高電壓和有較高效率。常用LED驅動IC的有電荷泵（Charge Pump）、恒流源（Constant current）、電感升壓開關穩(wěn)壓器（DC/DC Boost）。下面是移動手持顯示產品背光驅動IC的選擇表。

　　表2 移動手持顯示產品背光驅動IC的選擇

2.4 LED 顯示屏驅動

　　LED顯示屏作為一項高科技產品引起了人們的高度重視，采用計算機控制，將光、電融為一體的智能全彩顯示屏已經在廣泛領域得到應用。其像素點采用LED發(fā)光二極管，將許多發(fā)光二極管以點陣方式排列起來，構成LED陣列，進而構成LED屏幕。通過不同的LED驅動方式，可得到不同效果的圖像。因此LED驅動芯片的優(yōu)劣，對LED顯示屏的顯示質量起著重要的作用。LED驅動芯片可分為通用芯片和專用芯片。通用芯片一般用于LED顯示屏的低端產品，如戶內的單、雙色屏等。

　　圖4 LED顯示屏系統(tǒng)的基本結構

　　目前，LED顯示屏專用驅動芯片生產廠家主要有TOSHIBA（東芝）、TI（美國德州儀器公司）、SONY（索尼）、MBI（聚積科技）、SITI（點晶科技）等。在國內LED顯示屏行業(yè)，這幾家的芯片都有應用。

　　由于LED是電流特性器件，即在飽和導通的前提下，其亮度隨著電流大小的變化而變化，不隨著其兩端電壓的變化而變化。專用芯片的最大特點是提供恒流源輸出，保證LED的穩(wěn)定驅動，消除LED的閃爍現(xiàn)象。具有輸出電流大、恒流等特點，適用于要求大電流、高畫質的場合，如戶外全彩屏、室內全彩屏等。

　　LED顯示屏的驅動一般是多通道恒流源（目前多數(shù)為16通道）再加上灰度控制等功能，IC上不集成DC/DC等電源模塊，而在背光和照明驅動中，通道數(shù)會少一些，而且DC/DC轉換模塊通常是IC的一部分。LED顯示屏非常注重屏的刷新速度和圖像表現(xiàn)能力，高匹配度、高刷新率和高分辨率成為判斷一個LED顯示屏性能優(yōu)劣的重要指標。這要求LED顯示屏驅動IC通道間電流的高一致性、高速的通信接口速率以及恒流響應速度。顯示屏驅動的技術著重于LED灰階線性度及快速的輸出響應。背光廠則采用多并多串的架構使得需要的操作電壓高達50V～60V，這會使驅動IC所需要的工藝技術提高，在串高電壓后每個LED的VF的差異度便需要列入考慮