LED驅(qū)動基礎(chǔ)知識

LED驅(qū)動基礎(chǔ)知識LED驅(qū)動基礎(chǔ)知識/LED驅(qū)動基礎(chǔ)知識驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡介按照應(yīng)用可以分為照明、背光和""\o"顯示"顯示三大類別。大多數(shù)的""\o"驅(qū)動電路"驅(qū)動電路都屬于下列拓?fù)漕愋停航祲盒?、升壓型、降?升壓型、和反激式拓?fù)洹榱藢崿F(xiàn)更加高效的照明，需要有新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來提供解決方案，從反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮零電壓""\o"開關(guān)"開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（）的優(yōu)勢。除此之外還有簡易的限流電阻器或線性穩(wěn)壓器來驅(qū)動，但是此類方法通常會浪費(fèi)過多""\o"功率"功率。照明應(yīng)用的主要設(shè)計挑戰(zhàn)包括以下幾個方面：散熱、高效率、低成本、調(diào)光無閃爍、大范圍調(diào)光、可靠性、安全性和消除色偏。這些挑戰(zhàn)需要綜合運(yùn)用適當(dāng)?shù)碾娫聪到y(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)、驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計才能解決。表1

驅(qū)動常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖不管照明系統(tǒng)的輸出功率有多大，驅(qū)動器電路的選擇都將在很大程度上取決于輸入電壓范圍、串本身的累積電壓降、以與足以驅(qū)動所需的電流。這導(dǎo)致了多種不同的可行驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓型、升壓型、降壓-升壓型和型、反激式拓?fù)?、諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。驅(qū)動電路相關(guān)的設(shè)計參數(shù)包括輸入電壓范圍、驅(qū)動的數(shù)量、電流、隔離、""\o""抑制以與效率等?？偟目磥碚彰髟O(shè)計需要考慮以下幾方面的因素：輸出功率：涉與正向電壓范圍、電流與排列方式等電源：電源、電源、直接采用電源驅(qū)動功能要求：調(diào)光要求、調(diào)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(hù)特性）、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)與可靠性等更多考慮因素：機(jī)械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等2.2照明驅(qū)動照明符合節(jié)能環(huán)保的大趨勢，前景比較明朗，雖然背光、顯示技術(shù)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(guān)消費(fèi)電子市場（如手機(jī)背光）競爭強(qiáng)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(rèn)為也許就在2-3年中，照明技術(shù)將有突破性進(jìn)展，市場會大規(guī)模啟動。與此同時照明的應(yīng)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(chǎn)品照明等等。美國能源部（）“能源之星”（）固態(tài)照明（）規(guī)范：美國能源部（）“能源之星”（）固態(tài)照明（）規(guī)范中規(guī)定任何功率等級皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正（）。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈與臺燈，其中，住宅應(yīng)用的驅(qū)動器功率因數(shù)須大于0.7，而商業(yè)應(yīng)用中則須大于0.9;但是，這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)。歐盟的61000-3-2諧波含量標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定了功率大于25W的照明應(yīng)用的總諧波失真性能，其最大限制相當(dāng)于總諧波失真（）《35%，而功率因數(shù)（）》0.94。雖然不是所有國家都絕對強(qiáng)制要求照明應(yīng)用中改善功率因數(shù)，但某些應(yīng)用可能有這方面的要求，如公用事業(yè)機(jī)構(gòu)大力推動擁有高功率因數(shù)的產(chǎn)品在公用設(shè)施中的商業(yè)應(yīng)用，此外，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)購入/維護(hù)街燈時，也可以根據(jù)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""\o"燈"燈（該燈通常要擰入標(biāo)準(zhǔn)化燈座，與當(dāng)今市面上的大多數(shù)白熾燈類似）提議標(biāo)準(zhǔn)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。照明系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)選擇：照明系統(tǒng)架構(gòu)選擇取決于你的設(shè)計目標(biāo)是低成本、高效率還是最小""\o""面積。一般來說，小于25W的照明系統(tǒng)不要求進(jìn)行功率校正，因此可以采取簡單一些的拓?fù)浼軜?gòu)，如或拓?fù)洹?5100W的照明應(yīng)用要求進(jìn)行功率校正，因此一般采用單級、準(zhǔn)諧振（）""\o""或反激式拓?fù)洹?00W以上照明應(yīng)用一般采用效率更高的拓?fù)浜?。從效率角度來看，和性能更?而方案無需次級反饋，設(shè)計簡單，尺寸也比其它方案小?！本徒鉀Q方案而言，其中，標(biāo)準(zhǔn)降壓型轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器次之，而型轉(zhuǎn)換器則最難實現(xiàn)，這是因為它采用了復(fù)雜的磁性設(shè)計原理，而且需要設(shè)計者擁有高超的開關(guān)模式""\o"電源設(shè)計"電源設(shè)計專長。終端產(chǎn)品的應(yīng)用決定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和輸入電源再合理選擇、、（較少用）、或結(jié)構(gòu)。“一般來說，25W以下選用的較多。更大功率的則傾向于選擇結(jié)構(gòu)。效率的話兩者一般都可以做到85%以上，小功率的燈盡量采用集成度高的方案。大功率的方案要選用技術(shù)集成度高的產(chǎn)品。2.3""\o"背光"背光驅(qū)動背光在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、等小尺寸屏上的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，近幾年也不會有很高的年復(fù)合增長率。隨著""\o"光通量"光通量的提高、成本的降低以與具有的綠色環(huán)保（""\o""背光含汞）、""\o"色域"色域范圍廣、可進(jìn)行局部調(diào)光等特性，符合目前""\o""高清節(jié)能的發(fā)展需求。因此背光的增長點(diǎn)將在筆記本、液晶電視等中大尺寸屏上的應(yīng)用。圖3背光驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)""\o"移動"移動手持等顯示產(chǎn)品背光驅(qū)動的選擇，按的面積來設(shè)定需要點(diǎn)光源的個數(shù);按的N串N并的點(diǎn)亮方式來選擇不同工作原理、不同輸出能力的驅(qū)動;1.8英寸～3.5英寸手機(jī)用其點(diǎn)光源是2顆～4顆;3.5英寸～8.0英寸3、4、、""\o""、、用其點(diǎn)光源是6顆～28顆;12.1英寸～15.4英寸筆記本電腦用其點(diǎn)光源是48顆～60顆、60顆～72顆;手機(jī)有""\o""怕干擾，因此大多數(shù)不選用以""\o"電感"電感器為""\o"電能"電能儲存器的;沒有的消費(fèi)電子產(chǎn)品，大多選用，因其能輸出較高電壓和有較高效率。常用驅(qū)動的有電荷泵（）、恒流源（）、電感升壓開關(guān)穩(wěn)壓器（）。下面是移動手持顯示產(chǎn)品背光驅(qū)動的選擇表。表2

移動手持顯示產(chǎn)品背光驅(qū)動的選擇2.4顯示屏驅(qū)動""\o"顯示屏"顯示屏作為一項高科技產(chǎn)品引起了人們的高度重視，采用計算機(jī)控制，將光、電融為一體的智能全彩顯示屏已經(jīng)在廣泛領(lǐng)域得到應(yīng)用。其像素點(diǎn)采用發(fā)光二極管，將許多發(fā)光二極管以點(diǎn)陣方式排列起來，構(gòu)成陣列，進(jìn)而構(gòu)成"屏"\o"屏"屏幕。通過不同的驅(qū)動方式，可得到不同效果的圖像。因此驅(qū)動芯片的優(yōu)劣，對顯示屏的顯示質(zhì)量起著重要的作用。驅(qū)動芯片可分為通用芯片和專用芯片。通用芯片一般用于顯示屏的低端產(chǎn)品，如戶內(nèi)的單、雙色屏等。圖4

顯示屏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)目前，顯示屏專用驅(qū)動芯片生產(chǎn)廠家主要有（東芝）、（美國德州儀器公司）、（索尼）、（""\o"聚積科技"聚積科技）、（""\o"點(diǎn)晶科技"點(diǎn)晶科技）等。在國內(nèi)顯示屏行業(yè)，這幾家的芯片都有應(yīng)用。由于是電流特性器件，即在飽和導(dǎo)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(diǎn)是提供恒流源輸出，保證的穩(wěn)定驅(qū)動，消除的閃爍現(xiàn)象。具有輸出電流大、恒流等特點(diǎn)，適用于要求大電流、高畫質(zhì)的場合，如戶外全彩屏、室內(nèi)全彩屏等。顯示屏的驅(qū)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，上不集成等""\o"電源模塊"電源模塊，而在背光和照明驅(qū)動中，通道數(shù)會少一些，而且轉(zhuǎn)換模塊通常是的一部分。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顯示屏性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。這要求顯示屏驅(qū)動通道間電流的高一致性、高速的通信""\o"接口"接口速率以與恒流響應(yīng)速度。顯示屏驅(qū)動的技術(shù)著重于灰階線性度與快速的輸出響應(yīng)。背光廠則采用多并多串的架構(gòu)使得需要的操作電壓高達(dá)50V～60V，這會使驅(qū)動所需要的工藝技術(shù)提高，在串高電壓后每個的的差異度便需要列入考慮，這對整體的電源效率與定電流（）控制會有很大的影響。

下表為顯示屏幕驅(qū)動關(guān)鍵指標(biāo)。表3顯示屏幕驅(qū)動關(guān)鍵指標(biāo)2.5汽車照明驅(qū)動對汽車應(yīng)用來說，有極大的吸引力，長壽命、抗震、高效、對光源良好的控制能力，都是它的優(yōu)勢。當(dāng)然，相對于白熾燈，需要驅(qū)動電路，還有汽車電氣是靠酸鉛蓄電池供電的，是機(jī)械驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)充電，這類電池適合白熾燈，不適用，因此，設(shè)計一種穩(wěn)壓性能良好而又低噪聲的驅(qū)動電路是十分必要的。""\o"汽車電源"汽車電源的變化范圍是很大的，在818V之間，峰值電壓可達(dá)幾十伏。此外，高亮度驅(qū)動電流大，會在電阻上產(chǎn)生大量的熱量，使散熱設(shè)計復(fù)雜化。圖五所示是現(xiàn)代汽車中的各種照明應(yīng)用。在汽車內(nèi)部，有幾種采用各種類型的“標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置”照明模塊。有些是單個，而像導(dǎo)航儀表板背光照明等另一些應(yīng)用則需要陣列。在外部照明方面，也得到了認(rèn)可?，F(xiàn)在超過40%的中央高位剎車燈已經(jīng)采用紅光。另外，奧迪（）2008A8采用大電流陣列作為白天行車燈（）。雷克薩斯（）600轎車和奧迪R8包括前燈在內(nèi)的全部外部“前向照明”都是由完成的。類似地，甚至更多中檔汽車和很多摩托車也采用了彩色陣列作為剎車/轉(zhuǎn)向信號指示燈。圖5照明在現(xiàn)代汽車中的典型應(yīng)用下圖為汽車照明驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖汽車內(nèi)部、中間高位剎車燈、尾燈圖6

汽車照明驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖下表為汽車照明驅(qū)動常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表格表4

汽車照明驅(qū)動常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.6調(diào)光技術(shù)-模擬、和調(diào)光調(diào)光解決方案與規(guī)范一直在不斷變化，直到現(xiàn)在還未固定下來，所以現(xiàn)在市場上存在、模擬與\o"可控硅"可控硅（）三種調(diào)光方案。和模擬方法是其中較簡單的，但需要構(gòu)建調(diào)光基礎(chǔ)架構(gòu)和新的調(diào)光"控制器"\o"控制器"控制器。模擬調(diào)光方案的缺點(diǎn)是，電流的調(diào)節(jié)范圍局限在某個最大值至該最大值的約10%之間（10:1調(diào)光范圍）。由于的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應(yīng)用。調(diào)光方案則是以某種快至足以掩蓋視覺閃爍的速率（通常高于100）在零電流和最大電流之間進(jìn)行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而可實現(xiàn)高達(dá)3000:1的調(diào)光范圍（僅受限于最小占空比）。由于電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免在電流變化時發(fā)生色偏的優(yōu)點(diǎn)，而在采用模擬調(diào)光時這種色偏現(xiàn)象是很常見的。

關(guān)于，說法不一：調(diào)光是業(yè)內(nèi)非常熱的一個話題，最初，調(diào)光器是為白熾燈而設(shè)計的，但大多數(shù)用戶希望相同的調(diào)光器也能對替代的燈進(jìn)行調(diào)光。觀點(diǎn)一：飛兆半導(dǎo)體公司高壓產(chǎn)品行銷經(jīng)理表示看好調(diào)光方案的市場前景，可控硅（，2線調(diào)光）將成為非常流行的解決方案，因為這種技術(shù)可以完全使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)而不需任何改變。而且，它還能夠擴(kuò)展為3線調(diào)光，以避免出現(xiàn)與低功率因數(shù)值相關(guān)的缺陷。”觀點(diǎn)二：產(chǎn)品與設(shè)計部工程師徐瑞包認(rèn)為調(diào)制方式的選擇不應(yīng)該決定于的功率。而應(yīng)決定于終端產(chǎn)品的應(yīng)用要求。比如，顯示背光或者裝飾燈可能會選用的調(diào)光方式，顏色一致性好，亮度級別高。但是對于一般的家用照明或者商業(yè)照明，模擬調(diào)光或者也可以選擇，不過會產(chǎn)生色偏，并且調(diào)光的級別會很低?！?"\o""也指出，最終用戶所采用的調(diào)光方法在很大程度上將由本身的最終用途來決定。例如，在用于給顯示器提供背面照明的汽車信息娛樂系統(tǒng)中，環(huán)境照明的亮度變化范圍是非常寬的，既有陽光充足時的無比明亮，也有無月之夜的漆黑一片，可謂千差萬別。由于人眼對于環(huán)境照明條件的輕微變化極其敏感，因此需要3000:1的寬調(diào)光范圍。這將要求驅(qū)動器電路采用調(diào)光方法。不過，他補(bǔ)充道：“在街燈中，由于這種燈常常要么處于接通狀態(tài)要么處于關(guān)斷狀態(tài)，因而只需要一個有限的調(diào)光范圍即可。在這種場合中，僅需采用一種簡單的模擬調(diào)光法便能滿足要求?！庇^點(diǎn)三：""\o"安森美"安森美半導(dǎo)體中國區(qū)高級應(yīng)用經(jīng)理鄭宗前認(rèn)為市場上調(diào)光器的應(yīng)用方案應(yīng)該只是過渡性的，長遠(yuǎn)來說，應(yīng)該會用調(diào)光。主要的三點(diǎn)決定性因素為：1）用調(diào)光從零到最光，都不會有閃爍的現(xiàn)象。2）性能會更好。因為調(diào)光輸出功率采用了功率因數(shù)校正電路，這是配合全球?qū)艄獠捎霉β室驍?shù)有強(qiáng)制性的要求，雖然一般從25W開始有這要求，但美國要求燈光從零瓦起已需強(qiáng)制性功率因數(shù)校正電路。如采用調(diào)光將犧牲功率因數(shù)和增加了電路的復(fù)雜性。因此，采用調(diào)光可以提供最好性能的選擇，也是未來的趨勢。3）成本會更好。用調(diào)整占空比，不需要太多額外的控制電路成本?！庇w凌科技有限公司電源管理業(yè)務(wù)部產(chǎn)品市場總監(jiān)也表示看好調(diào)光方案前景，他說：“與模擬調(diào)光方法相比，的調(diào)光方法有以下優(yōu)點(diǎn)：1）效率更高;2）不管調(diào)光程度有多大，允許一直在優(yōu)化的和恒定的電流下工組;3）在整個調(diào)光范圍內(nèi)顏色色調(diào)保持一致（顏色色調(diào)像""\o"流明"流明輸出一樣隨工作電流而變化）?！睘榱嗽谶B續(xù)調(diào)光時實現(xiàn)無閃爍，大多數(shù)客戶喜歡選擇調(diào)光，因為它可提供更大的調(diào)光范圍和更好的線性度。取決于你正在使用的調(diào)光頻率，閃爍現(xiàn)象可以降到最小。模擬調(diào)光更容易實現(xiàn)，因為它只需要一個電壓就可以無閃爍地對進(jìn)行調(diào)光。對于由多個構(gòu)成的大功率照明應(yīng)用，確保每個具有均勻的亮度且不產(chǎn)生任何閃爍也成為了主要的設(shè)計障礙，但方法很容易解決調(diào)光時的閃爍問題。如前所述，小于25W的照明應(yīng)用主要是替換標(biāo)準(zhǔn)白熾燈和鹵素?zé)?。在這一功率范圍上，最可能的一個應(yīng)用就是替代由基于（雙向可控硅）的逐步削減入墻式調(diào)光器控制的白熾燈或節(jié)能燈。目前市場上有前沿和后沿削減調(diào)光器，這為整體兼容性帶來了挑戰(zhàn)，因為從的角度來看調(diào)光是很差的?！皩τ谝笞罴研詢r比的非調(diào)光應(yīng)用，使用像英飛凌6561這樣的的單級反激拓?fù)涫且粋€合適的選擇?！庇w凌科技有限公司電源管理業(yè)務(wù)部產(chǎn)品市場總監(jiān)認(rèn)為，“25W與以上功率范圍照明應(yīng)用面向更多的專業(yè)市場。調(diào)光控制方法的選擇將取決于它是替代型還是新安裝型。數(shù)字照明控制（如或""\o"無線"無線解決方案）允許對調(diào)光水平進(jìn)行更精確的控制、以與更多的功能，如日光下調(diào)光和占空比感應(yīng)。替代型安裝可能要求兼容舊的模擬1-10V調(diào)光控制器?！?。

第3章驅(qū)動技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析-專家觀點(diǎn)觀點(diǎn)一：目前驅(qū)動在室內(nèi)照明上的難點(diǎn)主要在與市電兼容和散熱方面目前驅(qū)動在室內(nèi)照明上的難點(diǎn)，主要在與市電兼容和散熱方面：在路燈方面主要是高低溫可靠性，在背光驅(qū)動方面主要是效率和電流穩(wěn)定性。當(dāng)然其他綜合性能也很重要。金宇杰（""\o"恩智浦"恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)多重市場產(chǎn)品部市場總監(jiān)金宇杰）觀點(diǎn)二：為了保護(hù)照明的優(yōu)勢，驅(qū)動必須可靠、高效、安全（能夠承受多種故障條件）、低成本，并且還要能夠易于實現(xiàn)。為了保護(hù)照明的優(yōu)勢，驅(qū)動必須可靠、高效、安全（能夠承受多種故障條件）、低成本，并且還要能夠易于實現(xiàn)。另外，""\o"燈具"燈具設(shè)計中，物理設(shè)計也非常重要，特別是在形狀和適應(yīng)性方面。另外，燈具的散熱能力也非常重要，需要良好地處理散熱，保證與驅(qū)動器的高可靠性。而針對不同的照明應(yīng)用，首先需要選擇恰當(dāng)?shù)尿?qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如功率小于100W的中低功率照明應(yīng)用首選反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而為了提供更高能效，諧振半橋雙電感加單電容（）則是首選的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此外，還要注意產(chǎn)品目標(biāo)市場的能效規(guī)范問題。若有需要，還要考慮功率因數(shù)校正（），提供相應(yīng)的驅(qū)動解決方案。安森美半導(dǎo)體提供各種高能效的方案，滿足燈具驅(qū)動設(shè)計所需。蔣家亮：（安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理部市場推廣經(jīng)理蔣家亮）觀點(diǎn)三：驅(qū)動器的發(fā)展面臨兩大技術(shù)障礙：散熱和尺寸驅(qū)動器的發(fā)展面臨兩大技術(shù)障礙：散熱：在工作時溫度會升高，因此應(yīng)用需要使用不會加重散熱問題的高能效電源。尺寸：將電源順利裝入燈座是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。的驅(qū)動器能效極高且高度集成，因此可使設(shè)計師輕松克服上述兩方面的挑戰(zhàn)。公司市場營銷部副總裁觀點(diǎn)四：驅(qū)動的技術(shù)難點(diǎn)是高恒流精度、的寬電壓范圍、晶圓片的高壓工藝、芯片內(nèi)置的散熱。驅(qū)動的技術(shù)難點(diǎn)是高恒流精度、的寬電壓范圍、晶圓片的高壓工藝、芯片內(nèi)置的散熱。隨著大批歐美著名""\o"集成電路"集成電路公司有多年設(shè)計經(jīng)驗的海歸人員回國效忠，本土集成電路公司設(shè)計的電源芯片水平已完全接近國外同類水平，并具有很好的性價比和