高效率的白色LED驱动器

1、n led驅動器探討n led特性和白光led的基礎知識與驅動n lcd背光用白光led驅動解決方案n 高效率的白色led驅動器n 白色發光二極體及其驅動電路n 提供恒定發光度的led驅動器 n 用於多顯示幕背光照明的多用途白光led驅動器n 用電池容量的一半點亮白色ledn 高效率白光led驅動iclc41059n 為微控制器提供振盪器的led驅動電路n 提供64級對數調光的白光led驅動器n 白光led簡史n 白光led長壽大功率低耗電技術n led工藝技術與實現白光led的方法n 白光型發光二極體(wled)之背光設計兵法n 液晶：led背光技術解析n 各種白光led驅動電路特性評比n

2、鐳射二極體發射控制的精密方法n 彩屏手機背光驅動電路的選擇策略 led驅動器探討 2006-3-13 -如今，眾多的便攜電子產品均需要背景燈led驅動器解決方案，其具有以下特性：直流控制、高效率、pwm調光、過壓保護、負載斷開、小型尺寸以及簡便易用。本文將探討每種led驅動器的特性以及實現這些特性的方法，最後將說明具備每種特性的典型電路。直流控制led是由電流驅動的器件，其亮度與正向電流呈比例關係。有兩種方法可以控制正向電流。第一種方法是採用led v-i曲線來確定產生預期正向電流所需要向led施加的電壓。其實現方法一般採用一個電壓電源和一個鎮流電阻器。圖1說明了這種方法。如下所述，此方法有多

3、項不足之處。led正向電壓的任何變化都會導致led電流的變化。如果額定正向電壓為3.6v，則圖1中led的電流為20ma。如果電壓變為4.0v，這是溫度或製造變化引起的特定壓變，那麼正向電流則降低到14ma。正向電壓變化11會導致更大的正向電流變化，達30。另外，根據可用的輸入電壓，鎮流電阻的壓降和功耗會浪費功率和降低電池使用壽命。圖1：帶鎮流電阻的電壓電源導致效率降低和正向電流失配第二種方法、也是首選的led電流調整方法是利用恒流電源來驅動led。恒流電源可消除正向電壓變化所導致的電流變化。 因此可產生恒定的led亮度，無論正向電流如何變化。產生恒流電源很容易。只需要調整通過電流檢測電阻器的

4、電壓，而不用調整電源的輸出電壓。圖2說明了這種方法。電源參考電壓和電流檢測電阻器值決定了led電流。在驅動多個led時，只需把它們串聯就可以在每個led中實現恒定電流。驅動並聯led需要在每個led串中放置一個鎮流電阻，這會導致效率降低和電流失配。圖2：驅動led的恒流電源高效率攜帶型應用中電池使用壽命是至關重要的。led驅動器如果實用，就必須具備高效性。led驅動器的效率測量與典型電源的效率測量不同。典型電源效率測量的定義是輸出功率除以輸入功率。而對於led驅動器來說，輸出功率並非相關參數。重要的是產生預期led亮度所需要的輸入功率值。這可以簡單地通過使led功率除以輸入功率來確定。請注意：

5、如果這樣定義效率的話，則電流檢測電阻器中的功耗會導致電源功率耗散。通過圖3所示的公式，我們可以看出較小的電流傳感電壓會產生較高效率的led驅動器。圖4說明了選用0.25v參考電壓的電源與選用1v參考電壓的電源相比，二者的效率提高情況。較低的電流傳感電壓電源更為有效，無論輸入電壓或led電流如何，只要其他條件相同，較低的參考電壓都可以提高效率並延長電池的使用壽命。圖3：led驅動器效率顯示了電流檢測電阻器損耗的重要性圖4：低電流傳感電壓更有效pwm調光許多攜帶型led應用都需要進行光度調節。在lcd背光等應用中，調光功能可提供亮度及對比度調節。我們可採用兩種調光方法：模擬與 pwm。利用模擬調光

6、，通過向led施加50的最大電流可實現50的亮度。這種方法的缺點是會出現led顏色偏移並且需要採用類比控制信號，因此使用率一般不高。以更低忙閑度向led施加滿電流可實現pwm調光。在50忙閑度施加滿電流可達到50亮度。為確保人的肉眼看不到pwm脈衝，pwm信號的頻率必須高於100hz。最大pwm頻率取決於電源啟動與回應時間。為提供最大的靈活性以及集成簡易性，led驅動器應能夠接受高達50khz的pwm頻率。過壓保護在恒流模式中操作電源需要採用過壓保護功能。無論負載為多少，恒流電源都可產生恒定輸出電流。如果負載電阻增大，電源的輸出電壓也必須隨之增大。 這就是電源保持恒流輸出的方法。如果電源檢測到

7、過大的負載電阻，或者負載斷開的話，輸出電壓可提高到超出ic或其他分立電路元件的額定電壓範圍。恒流led驅動器可採用多種過壓保護方法。其中一個方法是使齊納二極體與led並聯。這種方法可以將輸出電壓限制到齊納擊穿電壓和電源的參考電壓。在過壓條件下，輸出電壓會提高到齊納擊穿點並開始傳導。輸出電流會通過齊納二極體，然後通過電流檢測電阻器接地。 在齊納二極體限制最大輸出情況下電源可連續產生恒定的輸出電流。更佳的過壓保護方法是監控輸出電壓並在達到過壓分界點時關閉電源。如果出現故障，在過壓條件下關斷電源可降低功耗並延長電池使用壽命。負載斷開led驅動電源中一個經常被忽視的功能是負載斷開。在電源失效時負載斷開

8、功能可以把led從電源斷開。這種功能在下列兩種情況下至關重要，即斷電和pwm調光。如圖2所示，在升壓轉換器斷電期間，負載仍然通過電感器和捕獲二極體與輸入電壓連接。由於輸入電壓仍然與led連接，即使電源已經失效，就會繼續產生一個小電流。即使很小的洩漏電流也會在很長的空閒期間極大縮短電池壽命。負載斷開在pwm調光時也很重要。在pwm空閒期間，電源已經失效，但是輸出電容器仍然與led連接。如果沒有負載斷開功能，輸出電容器會通過led放電，直到pwm脈衝再次打開電源。由於電容器在每個pwm迴圈開始都部分放電，一次電源必須在每個pwm迴圈開始時給輸出電容器充電。因此會在每個pwm迴圈產生突入電流脈衝。突

9、入電流會降低系統效率並在輸入匯流排上產生暫態電壓。而如果具有負載斷開功能，led就會從電路斷開，這樣，在電源失效時就不會存在洩漏電流，而且在pwm調光迴圈之間輸出電容器都是充滿的。實施負載斷開電路時最好在led和電流傳感電阻器之間放置一個mosfet。在電流傳感電阻器和接地之間放置mosfet會產生一個附加壓降，其在輸出電流設定點會把自身顯示為一個差錯。簡便易用簡便易用是相對而言的。在評估電路的簡便易用性時，不但必須考慮初始設計的複雜性，而且還必須要考慮在未來進行快速修改並把電路用於其他有不同輸入或輸出要求的程式時需要做的工作。總之，滯後控制器非常簡便易用。滯後控制器可消除傳統電源設計中必需的

10、複雜頻率補償功能。雖然頻率補償對於有經驗的電源設計人員來說是小菜一碟，但是對於新手來說就不那麼輕鬆了。由於最佳的補償隨輸入和輸出條件的不同而不同，傳統的電源設計不能實現針對不同操作條件的快速修改。而滯後控制器具有內在的穩定性從而在輸出/輸出條件改變時無需改變。小尺寸小尺寸是攜帶型電路的一個重要特性。電路元件的尺寸受多種因素的影響。其中一個因素是切換頻率。高切換頻率允許採用小型無源元件。用於便攜應用的現代led驅動器應能夠以高達1mhz頻率切換。由於切換頻率並不能明顯縮小電路尺寸，而且較高的切換損耗會降低效率和縮短電池壽命，所以建議切換頻率一般不超過1mhz。把各種功能集成到控制ic是實現小型驅

11、動解決方案的一個最重要的因素。如果上述所有功能都通過分離的元件實現的話，它們所需要的電路板空間將超出電源自身佔用的空間。把它們集成到控制ic可大大縮小整體驅動器尺寸。功能集成的第二個同樣重要優勢是可以降低解決方案總成本。如果分步執行的話，led驅動器中所有預期功能會導致每額外個別成本增加0.600.70美元。而當集成到控制ic時，這些功能只會增加ic成本0.100.15美元。實用解決方案tps61042是現代led驅動器控制ic的絕佳例子。圖5說明tps61042的方框圖。方框圖顯示一個高度集成的控制ic。q1是一個低電阻集成電源fet。此部件的低電阻有助於實現極高的效率。0.25v參考電壓可

12、降低電流傳感電阻器中的損耗。通過在高達50khz頻率情況下向ctrl引腳施加pwm信號，此ic可以輕鬆實現pwm調光。q2實現集成的負載斷開電路。由於已經集成，負載斷開電路可以與pwm調光頻率完美同步。過壓保護功能也已經集成到ic中。大多經驗豐富的電源設計人員都會看出省略了誤差信號放大器和相關補償電路。這種功能已經被誤差比較儀所取代。該ic利用滯後控制反饋拓撲工作，因此不需要補償並且具有內在穩定性。在方框圖中未顯示ic物理尺寸。全部電路和功能都集成到3mm3mm的qfn封裝中。圖6說明了一個典型led驅動應用，其驅動4個led，正向電流為20ma，輸入電壓範圍為1.8v6.0v。整個電路是由控

13、制ic、2個小陶瓷帽、1個電感器、一個二級管和1個電流傳感電阻器組成。這種緊湊、高度集成的電路說明了利用當今的led驅動器可以實現的高水準集成。利用控制ic和6個小表面貼裝無源元件就可以實現主要電源功能和輔助功能，如：負載斷開、過壓保護、pwm調光等。圖5：tps61042方框圖說明了高水準集成圖6：典型tps61042 led驅動器解決方案led特性和白光led的基礎知識與驅動 2006-3-1 -很多年來，發光二極體（led）廣泛的應用於狀態顯示與點陣顯示板。現在，不僅可以選擇近期剛剛研發出來的藍光和白光產品（普遍用於便攜設備），而且也能在已有的綠光、紅光和黃光產品中選擇。例如，白光led

14、被認為是彩色顯示器的理想背光源。但是，必須注意這些新型led 產品的固有特性，需要為其設計適當的供電電源。本文描述了新、舊類型led的特性，以及對驅動電源的性能要求。標準紅光、綠光和黃光led 使led工作的最簡單的方式是，用一個電壓源通過串接一個電阻與led 相連。只要工作電壓（vb）保持恒定，led 就可以發出恒定強度的光（儘管隨著環境溫度的升高光強會減小）。通過改變串聯電阻的阻值能夠將光強調節至所需要的強度。 對於5mm直徑的標準led，圖1給出了其正嚮導通電壓（vf）與正向電流（if）的函數曲線。1 注意led的正向壓降隨著正向電流的增大而增加。假定工作于10ma正向電流的綠光led應

15、該有5v 的恒定工作電壓，那麼串接電阻rv 等於（5v -vf,10ma）/10ma = 300 。如數據表中所給出的典型工作條件下的曲線圖（圖2）所示，其正嚮導通電壓為2v。 圖1、標準紅光、綠光和黃光led 具有1.4v 至2.6v 的正嚮導通電壓範圍。當正向電流低於10ma時，正嚮導通電壓僅僅改變幾百毫伏。 圖2、串聯電阻和穩壓源提供了簡單的led 驅動方式。 這類商用二極體採用gaasp （磷砷化鎵）製成。易於控制，並且被絕大多數工程師所熟知，它們具有如下優點： 所產生的色彩（發射波長）在正向電流、工作電壓以及環境溫度變化時保持相當的穩定性。標準綠光led 發射大約565nm 的波長，

16、容差僅有25nm。由於色彩差異非常小，在同時並聯驅動幾個這樣的led 時不會出現問題（如圖3 所示）。正嚮導通電壓的正常變化會使光強產生微弱的差異，但這是次要的。通常可以忽略同一廠商、同一批次的led 之間的差異。 正向電流高至大約10ma時，正向電壓變化很小。紅光led 的變化量大約為200mv， 其他色彩大約為400mv （如圖1 所示）。 相比之下，對於低於10ma 的正向電流，藍光和白光led 的正向電壓變化更小。可以直接使用便宜的鋰電池或三節nimh 電池驅動。 圖3. 該圖給出了同時並聯驅動幾個紅光、黃光或者綠光led 的結構，具有很小的色彩差異或亮度差異。 因此，驅動標準led的

17、電流消耗非常低。如果led的驅動電壓高於其最大的正向電壓，則並不需要升壓轉換器或者複雜昂貴的電流源。 led甚至可以直接由鋰電池或者3節nimh電池來驅動，只要因電池放電而導致的亮度減弱可以滿足該應用的要求即可。 藍光led 在很長的一段時間內都無法提供發射藍光的led。設計工程師僅能採用已有的色彩：紅色、綠色和黃色。早期的“藍光”器件並不是真正的藍光led，而是包圍有藍色散射材料的白熾燈。 幾年前，使用純淨的碳化矽（sic）材料研製出了第一個“真正的藍光”led，但是它們的發光效率非常低。下一代器件使用了氮化鎵基料，其發光效率可以達到最初產品的數倍。當前製造藍光led的晶體外延材料是氮化銦鎵

18、（ingan）。發射波長的範圍為450nm至470nm，氮化銦鎵led可以產生五倍於氮化鎵led的光強。 白光led 真正發射白光的led是不存在的。這樣的器件非常難以製造，因為led的特點是只發射一個波長。白色並不出現在色彩的光譜上；一種替代的方法是，利用不同波長合成白色光。 白光led設計中採用了一個小竅門。在發射藍光的ingan基料上覆蓋轉換材料，這種材料在受到藍光激勵時會發出黃光。於是得到了藍光和黃光的混合物，在肉眼看來就是白色的（如圖4所示）。 圖4. 白光led 的發射波長（實線）包括藍光和黃光區域的峰值，但是在肉眼看來就是白色。肉眼的相對光敏感性（虛線）如圖所示。 白光led的色

19、彩由色彩座標定義。x和y座標的數值根據國際照明委員會（cie）的15.2規範的要求計算得到。白光led 的資料資料通常會詳細說明隨著正向電流增加而引起的色彩座標的變化（如圖5所示）。 圖5. 正向電流的變化改變了白光led （osram opto semiconductors 的le q983）的色彩座標，並因此改變了白光質量。 不幸的是，採用ingan 技術的led 並不像標準綠光、紅光和黃光那樣容易控制。ingan led的顯示波長（色彩）會隨著正向電流而改變（如圖6所示）。例如，白光led所呈現的色彩變化產生於轉換材料的不同濃度，以及藍光發光ingan 材料隨著正向電壓的變化而產生波長變

20、化。從圖5可以看到色彩的變化，x和y座標的移動意味著色彩的改變（如前所述，白光led沒有明確的波長。） 圖6. 增加的正向電流通過改變其發射波長而改變了藍光led 的色彩。 當正向電流高至10ma 時，正向電壓的變化很大。變化量的範圍大約為800mv （有些二極體型號變化會更大一些）。電池放電引起的工作電壓的變化因此會改變色彩，因為工作電壓的變化改變了正向電流。在10ma正向電流時，正向電壓大約為3.4v （該數值會隨供應商的不同而有所不同，範圍從3.1v至4.0v）。同樣，不同led之間的電流-電壓特性也有較大差異。直接用電池驅動led是很困難的，因為絕大數電池會隨著放電使電壓低於led所需

21、要的最小正嚮導通電壓。 驅動並聯白光led 許多攜帶型或採用電池供電的設備使用白光led 作為背光。特別是pda 彩色顯示器需要白色背景光，以恢復所希望的色彩，恢復色彩要與原物很接近。未來的3g 手機支援圖片和視頻資料，這也需要白色背光。數碼照相機、mp3 播放器和其他視頻、音頻設備也包括需要白色背光的顯示器。在絕大多數應用中，單個白光led是不夠的，需要同時驅動幾個led。必須採用特定的操作，以確保它們的強度和色彩一致，即使是在電池放電或其他條件變化時。 圖7給出了一組隨機挑選的白光led的電流-電壓曲線。 在這些led上載入3.3v電壓（上端虛線）會產生2ma 至5ma 範圍的正向電流，導

22、致不同亮度的白光。該區域中（如圖5 所示）y座標變化很劇烈，會導致顯示色彩的不真實。同樣，led也具有不同的光強，這會產生不均勻的亮度。另外一個問題是所需的最小供電電壓，led要求高於3v的電壓驅動，若低於該電壓，幾個led可能會完全變暗。 圖7. 曲線顯示了不同白光led 的電流-電壓特性之間的相當大的差異，甚至是從同一產品批次中隨機挑選的led。因此，用恒定的3.3v驅動這樣幾個並聯的led會導致不同亮度的白光（上虛線）。 鋰電池在完全充滿電時可以提供4.2v的輸出電壓，在很短的一段工作時間內會下降到標稱的3.5v。由於電池放電，其輸出電壓會進一步下降到3.0v。如果白光led直接由電池驅

23、動，如圖3所示，則會產生如下問題： 首先，當電池充滿電時，所有的二極體都被點亮，但會具有不同的光強和色彩。當電池電壓下降至其標稱電壓時，光強減弱，並且白光間的差異變得更大。因此，設計人員必須考慮電池電壓和二極體正向電壓的數值，而需要計算串聯電阻的阻值。（隨著電池徹底放電，部分led將會完全熄滅。）帶有電流控制的電荷泵 led 供電電源的目標是提供一個足夠高的輸出電壓，並且在並聯連接的led 上載入同樣的電流。注意（如圖5 所示），如果並聯配置的所有led 具有一致的電流，那麼所有的led 將會具有相同的色彩座標。maxim 提供帶有電流控制的電荷泵，以實現這一目標（max1912）。圖8所示的

24、三個並聯的led，電荷泵具有較大量程，可以提高輸入電壓至1.5倍。早期的電荷泵只能簡單的使輸入電壓倍壓，而新的技術則提供了更好的效率。將輸入電壓升高至恰好可以驅動led 工作的電平。連接至set（10 引腳）的電阻網路保證所有led 的電流一致。內部電路保持set 電平在200mv，這樣就可以計算出流經每個led 的電流iled = 200mv/10 = 20ma。如果某些二極體需要較低的電流，可以同時並聯驅動3個以上的led，max1912的輸出電流可達60ma。 圖8. ic內部包括電荷泵和電流控制，電荷泵為白光led提供足夠的驅動電壓，而電流控制通過給每個led載入同樣的電流來確保均勻的

25、白光。 簡單電流控制 如果系統提供高於二極體正嚮導通電壓的電平，白光led 可以很容易的被驅動。例如，數碼照相機通常包括一個+5v 供電電源。如果那樣的話，就不需要升壓功能，因為供電電壓足以驅動led。對於圖8 所示電路，應該選擇一個匹配的電流源。比如，max1916 可以同時驅動3 個並聯的led （如圖9 所示）。 圖9. 單個外部電阻（rset）設定流經每個led 的電流數值。在ic 的使能引腳(en)上載入脈寬調製信號可以實現簡單的亮度控制（調光功能）。 工作簡單：電阻rset設定載入至所連led的電流。這種方法佔用很少的pcb空間。除ic （小巧的6引腳sot23封裝）和幾個旁路電容

26、之外，僅需要一個外部電阻。ic具有極好的電流匹配，不同led之間差別0.3%。這種結構提供了相同的色彩區域，因此每個led具有一致的白光亮度。 調光改變光強 某些攜帶型設備根據環境光線條件來調節其光輸出亮度，有些設備在一段較短的空閒時間之後通過軟體降低其光強。這都要求led 具有可調光強，並且這樣的調節應該以同樣的方式去影響每路正向電流，以避免可能的色彩座標偏移。利用小型數模轉換器控制流經rset 電阻的電流可以得到均勻的亮度。 6位元解析度的轉換器，比如帶有i2c介面的max5362或者帶有spi介面的max5365，能夠提供32級亮度調節（如圖10所示）。由於正向電流會影響色彩座標，因此l

27、ed白光會隨著光強的變化而改變。但是這並不是問題，因為相同的正向電流會使得這個組裏的每個二極體都發出同樣的光。圖10. 數模轉換器通過一致改變led 的正向電流來控制led 的調光。 使色彩座標不發生移動的調光方案叫做脈寬調製。它能夠由絕大多數可以提供使能或者關斷控制的電源器件實現。例如，通過拉低en電平禁止器件工作時，max1916可以將流經led的洩漏電流限定在1a，使發射光為零。拉高en電平可以管理可控的led正向電流。如果給en引腳加脈寬調製信號，那麼亮度就與該信號的占空比成正比。 由於流經每個led的正向電流持續保持一致，因而色彩座標不會偏移。但是，肉眼會感覺到占空比改變帶來的光強變

28、化。人眼無法分辨超過25hz的頻率，因此200-300hz的開關頻率是pwm調光的很好選擇。更高的頻率會產生問題，用來切換led開關的短暫時間間隔內色彩 座標會發生變化。pwm信號可以由微處理器的i/o引腳或其外設提供。可提供的兩度等級取決於所用的計數寄存器的位元組長度。 開關模式升壓轉換器，具有電流控制 除了前面所提到的電荷泵（max1912）之外，還可以實現帶有電流控制的升壓轉換器。比如，開關模式電壓轉換器max1848，可以產生最高至13v 的輸出電壓，足以驅動三個串聯的led （如圖11 所示）。這種方法也許是最簡潔的，因為所有串接的led 具有完全相同的電流。led 電流由rsens

29、e 與載入在ctrl 輸入上的電壓共同決定。 圖11. 開關模式升壓轉換器可以驅動幾個串聯的led。這些led 都具有相同的正向電流，該電流（比如）由數模轉換器通過ctrl輸入來控制。 max1848 可以根據前面所描述的任一方法來實現調光功能。通過led 的正向電流與載入在ctrl 引腳的電壓成正比。由於當載入在ctrl 上的電壓低於100mv 時max1848 會進入關斷模式，這樣也可以實現pwm 調光功能。 概述 如果能夠通過使led 正向電流相等而確保白光發射的均勻性，則可以並聯驅動白光led 。為驅動led，應該選擇可控的電流源或者帶有電流控制的步進轉換器。採用電荷泵或者開關升壓轉換

30、器可以實現這樣的與幾個標準產品的結合。 lcd背光用白光led驅動解決方案 2006-8-19 -lcd目前較常採用ccfl作為背光光源，但因ccfl背光驅動線路複雜，要求驅動電壓高及演色性能力等因素，再加上背光的光源是系統中耗電量最大的部分，所以在功率限制日趨嚴苛的情況下，目前已逐漸被產業討論將使用led作為代替。為滿足節能及環保的需求，針對不同應用與不同的功耗範圍，全球許多政府及能源機構的各種新的能耗標準也紛紛出爐。同時，更加嚴格的規範也在制定中。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是由電流驅動的器件，其亮度與正向電流呈比例關係

31、。有兩種方法可以控制正向電流。第一種方法是採用led v-i曲線，一般利用一個電壓電源和一個整流電阻器，來確定產生預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致led電流的變化。假設固定電壓為3.6v、電流為20ma，當電壓變為4.0v時，溫度或製造變化會引起的特定壓變，那麼電流將可能降低到14ma。所以正向電壓出現較大變化時，會導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動led。固定電流可消除正向電壓變化所導致的電流變化，因此，可產生固定的led亮度。利用固定電流只需要調整通過電流檢測

32、電阻器的電壓，而不用調整電源的輸出電壓。電源電壓和電流檢測電阻值決定了led電流，在驅動多個led時，只需串聯就可以在每個led中達到固定電流。而在驅動並聯led時，必須在每個led串中放置一個整流電阻，但這樣將會導致效率降低和電流失配。由於攜帶型應用中，電池的使用壽命是整體應用關鍵。所以led驅動器必須達到高效性。不過，led驅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。而對於led驅動器來說，輸出功率並非是相關參數，反而預期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。過壓保護在固定電流模式中，led

33、驅動元件必須提供過壓保護功能。無論負載是多少，都可產生固定電流。但如果負載電阻增大，相對的電源的輸出電壓也必須隨之增加。當電源檢測到過大的負載電阻，或負載斷開的話，那麼輸出電壓可能會超出ic，或其他元件的最大使用電壓範圍。因此，在驅動器裏就必須提供過壓保護。例如：可以利用將zener二極體與led並聯，這樣的方式可將輸出電壓限制在zener二極體擊穿電壓和電源內。當出現過壓時，輸出電壓會提高到zener二極體擊穿點，並通過zener二極體，然後再到接地的電流檢測電阻器，所以在zener二極體與led並聯下，可以穩當地提供輸出電流。另外，也可以利用監控輸出電壓，在達到過壓前關閉電源。當過壓的情況

34、出現時，led驅動器可以降低功耗，並延長電池使用壽命。pwm調光許多攜帶型lcd背光應用都需要有限度地調節亮度。在這一部份可以採用兩種調光方式，就是類比或pwm的方法。採用模擬調光，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led顏色偏移，並需要採用類比控制信號，因此，這種模式一般來說使用率並不多。而利用pwm調節亮度的關鍵是，為確保使用者的眼睛看不到pwm脈衝現象，pwm信號的頻率必須高於100hz，最大pwm頻率是取決於電源啟動與回應時間。負載斷開負載斷開是led驅動電源中一個經常被忽視的功能，因為在電源失效時，可以利用負載斷開

35、將led與電源斷開。這種功能在下列兩種情況下是相當重要的，那就是斷電和pwm調光。例如：在升壓轉換器斷電期間，負載仍然透過電感器和二極體與輸入電壓相連接。因為輸入電壓仍然與led連接的情況下，總電源已經失效，仍舊會繼續產生小電流，當長時間出現漏電流現象將會縮短電池壽命。另外，負載斷開在pwm進行亮度控制時也很是相當重要。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迴圈開始時，都會出現放電的現象，一次電源必須在每個pwm迴圈開始時，將輸出電容器充電，所以，會在每個pwm迴圈

36、出現時產生突波脈衝。突入的電流會造成系統效率降低，並在輸入匯流排上出現暫態電壓。而如果具有負載斷開功能的話，led就會從電源斷開，這樣當電源失效時，就不會出現漏電流，而且在pwm進行亮度調整的迴圈間，輸出電容器都是充滿的。目前，全球各大業者正在積極開發結構更加完整、背光效率更高的白光led驅動電路。所以由於移動電話繼續朝著多功能智慧化的方向發展，因此，預計led驅動器的需求量會持續增加。例如：目前普通的移動電話一般只採用2至4顆led驅動器，但功能更加豐富的雙螢幕照相手機需要79顆led驅動器，才可滿足燈光方面的要求。supertex第二代高電壓led驅動晶片hv9911supertex第二代

37、高電壓led驅動晶片hv9911，提供了工程師在進行lcd用三原色背光、汽車照明和電池驅動led燈等產品背光設計的應用。hv9911是閉合環路的開關模式led驅動ic設計，用於led電流和對脈寬調整調光有良好暫態反應。在需要多個led驅動器時，可同步防止系統分諧波振動。hv9911還提供斜率補償，來達到允許在固定頻率模式具有更寬的工作範圍和一個內部調節器用於低電壓和高電壓應用。ns小型白色led驅動晶片lm2751 國家半導體（ns）型號為lm2751的小型白光led驅動器，可在2.8伏至5.5伏間的輸入電壓範圍內，提供4.5伏及5.0伏穩壓輸出的固定頻率開關電容電荷泵，及150ma（以4.5

38、伏電壓操作）或80ma（以5.0伏電壓操作）的輸出電流，並無需加設電感器，但需另加四顆陶瓷電容器。lm2751適用於白色led顯示器和鍵盤背光系統，及通用升壓或降壓升壓穩壓器等多種不同的應用。lm2751晶片可以利用固定頻率進行預先穩壓，穩壓輸出的準確度極高，誤差不會超過正負3，峰值效率達90以上，確保隨著輸入電流混入系統內的雜訊可以減至最少，且其開關頻率可以預測。並可選擇設定725khz、300khz、37khz或9.5khz等的開關頻率。linear白光led驅動晶片lt3486linear technology的雙通道升壓lt3486，恒定電流驅動16顆白光led（每通道8顆串列led）

39、，除可提供pwm調光，亦可保持led于固定發光顏色。適合攜帶型產品與汽車的顯示幕幕背光應用等產品。lt3486由pwm驅動器之工作週期控制來進行調光，達到1000：1調光範圍，並利用電流模式及固定頻率保持均勻的led亮度。lt3486的兩個獨立轉換器，能由2.5v24v的輸入電壓，驅動不對稱的led字陣，效率達85。轉換器切換頻率可以利用一個單一電阻在200khz及2mhz間進行設定。其他特性尚包括內部軟啟動、突波電流限制及開路led保護等。lt3486edhc採用dfn-16封裝技術，lt3486efe則採用tssop-16e封裝。沛亨並聯式白光led驅動晶片aic1848沛亨半導體針對手機

40、、pda、數碼相機等攜帶型電子產品的小體積且高效能的電源需求，推出並聯式白光led的驅動晶片aic1848。aic1848採用兩倍電荷泵（2x charge-pump）提供穩定的5v輸出電壓，並以定電壓的方式驅動並聯多顆白光led，操作頻率高達1.8mhz。aic1848僅需使用三顆陶瓷電容，並不需使用電感，節省更多的設計空間。此外，aic1848內設過電流（ocp）及熱關機（thermal shutdown）的功能，使白光led驅動電路具備更可靠並且更穩定的工作系統，提供攜帶型系統設計人員並聯式白光led最具競爭力的電源解決方案。東芝白光led驅動晶片tb62752afug東芝最大可驅動8個

41、白光led的高效率、高精度、高耐壓、低電耗的led驅動晶片tb62752afug，tb62752afug採用了bicd制程技術，內設了過電壓保護的功能（ovp），最大耐壓電壓為40v，在出現過高電壓的情況下，立即切斷內部電路，以保護晶片、白光led及應用產品的安全，整體電源轉換效率高達80以上，電流誤差值為5左右。tb62752afug採用了高互換性pin角的設計。可提供攜帶型電玩、移動電話、數碼相機等內建液晶面板背光驅動能力。tb62752afug已於2005年年底量產，採用sot23-6的封裝技術。bcd semi白光led驅動晶片ap3008bcd串聯式升壓式的白光led驅動晶片ap30

42、08，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、誤差放大器、1.2mhz振盪器和斜波發生器、電流取樣放大電路、pwm、r/s觸發器、輸出驅動及功率開關管、過壓保護（ovp）等組成。ap3008內置uvlo電路，具有寬的工作電壓範圍。最低工作電壓可至2.5v，最高工作電壓可至15v。過壓保護（ovp）電路檢測pwm脈衝輸出的峰值電壓。當pwm脈衝的峰值電壓高於內部設置的閥值電壓時，過壓保護（ovp）電路動作並使pwm開關電路shutdown。若使電路重新工作，可在shutdown pin或

43、vin pin施加由低到高的信號即可。ap3008的基準電壓不是直接採用1.25v，而是經電阻分壓後取其95mv，這是一種減少損耗的措施。另由於ap3008採用的高頻36v bipoler制程，在耐壓上遠高於一些cmos制程的升壓dc/dc變換器。ap3008在輸入3.2v時，它可以驅動4個白光led，輸出電流最大可達20ma；在輸入5v時，它可以驅動6個白光led，輸出電流最大可達20ma。ap3008採用sot23-5和tsot23-5封裝，可使ic的高度小於1.1mm和0.9mm。austriamicrosystems白光led驅動晶片as3691austriamicrosystems白

44、光led驅動晶片as3691，能讓設計人員僅透過外部電阻就能設定每個led通道的運作電流，而led的亮度則可由四個獨立脈衝寬度調節輸入元件控制。每顆as3691晶片中皆整合了四個獨立運作的電流元件，因此能選擇同時驅動四個白光led，可各自輸入400ma的電流，或是僅驅動一個白光led輸入1.6安培的電流。as3691的線性驅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螢幕品質的影像閃爍等問題。為提升應用的功率效益，該元件每個通道都含有一個回饋輸出端，能簡單調整一個或多個外部電源，將整體消耗功率降至最低。as3691電流精准度達0.5，相當適用於採用rgb背光的液晶螢幕等精密的色彩

45、管理應用。此外，as3691還能搭配各種彩色led設定，如rggb或rgba。其電流輸入元件支援15v電壓範圍，允許極高的led電源電壓，且最高電壓值僅受整個產品的最高消耗功率所限制。as3691採用小型qfn44封裝，將整體功耗控制在最小範圍內。catalyst semiconductor高效白光led驅動晶片cat3691catalyst semiconductor擴展其固態照明產品系列，推出一種新型高效白光led驅動。cat3691穩壓電荷泵可為大尺寸平面、雙lcd顯示提供一致無閃爍現象的背光照明。cat3691取代了傳統高亮度背光所需的電感升壓電路，從而簡化了系統設計。由於輸出電流大，

46、cat3608還可用於驅動主副螢幕手機顯示，或主顯示幕加低功率相機閃光。每路led的獨立控制實現了主顯示幕的4個led和副顯示幕的2個led的pwm變暗和待機模式。為了降低電池消耗，該元件還具有完全系統關機功能，使得功耗降低到不足1a。為了與多種亮度控制電路一起使用，該元件還帶有靈活的數位介面。其低雜訊、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佔用。cat3691針對鋰電池系統進行了優化，可以最大限度保證功率傳輸，效率高達90。該組件還具備cat3691的效率、低雜訊和雙顯示能力，非常適於手機、智慧型電話、pda和數字相機中的白光led驅動。vishay高效率白

47、光led驅動晶片sip12401針對高效率白光led驅動應用，vishay推出了兩款白光led驅動晶片sip12401，能讓手機和數位相機等攜帶型電子設備中的lcd顯示幕白光led背光等應用中提供高效的可控亮度，效率達80。 sip12401升壓控制器晶片使用雙芯鎳氫或鹼性以及鋰離子電池來驅動串聯的白光led，無需使用鎮流電阻。該元件支援範圍介於1.8v5.0v的輸入電壓。採用具有內部頻率補償的電壓模式pwm設計，以幫助減少整體元件數從而實現更小、更輕的終端產品設計。為延長電池使用時間，sip12401和轉換頻率為600khz的pwm模式分別可實現80和75的高典型效率。led電流可在外部加以

48、調節，以實現對強度的模擬控制。邏輯控制的待機電流僅為1微安。maxim 480ma白光led倍壓晶片max1576maxim的max1576白光led倍壓晶片，可提供480ma白光led1x/1.5x/2x電荷泵，用於背光和照相機閃光燈白光led驅動。max1576電荷泵可驅動多達8個白色led，具有恒定電流調節以實現統一的光強度。能夠以30ma的電流驅動每個主組（led1-led4）led，用於背光。閃光燈組led（led5-led8）是單獨控制的，並能夠以100ma驅動每個led（或者總共400ma）。通過使用自適應1x/1.5x/2x電荷泵模式和超低壓差的電流調節器，max1576能夠在

49、1節鋰電池的整個電壓範圍內實現高效率。1mhz的固定頻率開關僅需使用非常小的外部元件。max1576使用兩個外部電阻設置主led和閃光燈led的最大（100）電流。使用四個控制引腳,通過串列控制或每組2位元元邏輯控制用於led 亮度控制。enm1和enm2可將主led的電流設置為最大電流的10、30或100。enf1和enf2可將閃光燈led的電流設置為最大電流的20、40或100。另外，將每一對控制引腳連接到一起可實現單線、串列脈衝亮度控制。max1576採用24引腳薄型qfn封裝技術。安森美高亮度白光led驅動晶片ncp5603安森美半導體（on semiconductor）所推出的高亮度

50、白光led驅動晶片ncp5603，是針對手機、相機與其他攜帶型消費類電子產品中照明或閃光燈應用。ncp5603透過一個充電泵架構，搭配兩個外加陶瓷電容來提供電源轉換功能，並免除電源轉換時需要大型笨重電感器的問題，採用dfn-10封裝供貨，大小僅3mm3mm0.9mm，其佔用面積相當有限，非常適用于厚度較薄的攜帶型消費電子產品應用。新led驅動器可藉由2.7v5.5v電池電壓輸入提供給負載穩定的電壓輸出，具備1x、1.5x與2x自動運作模式，讓運作效率可達到90，使得它特別適用於需要較長電池使用時間的低成本低耗電應用中高電流led驅動，由於這顆元件能夠容忍高達350ma的高輸出電流脈衝，因此可用

51、來推動功率達1w的高亮度led，帶來更高的相機閃光燈效率與更佳的畫質，元件同時還擁有pwm/en輸入接腳，適合用來作為點亮控制用途。此外，由於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換器，提供給手機、mp3播放機或數碼相機等空間受限應用的4.5v或5v固定電壓輸出。arques白光led驅動晶片支援兩個lcd背光及flash ledarques technology的aq913x系列與aq914x系列白光led驅動器，可利用雙通道、雙增益的charge pump來調節電流，適用於小尺寸lcd顯示器的led背光源應用。這些元件可驅動可編程輸出電流高達120m

52、a的並聯白光led；可操作在2.7v6.0v的鋰離子電池輸入電壓範圍中，並帶有欠壓鎖定功能。新元件還具備650khz的固定頻率。在典型的折疊照相手機應用中，aq9133b可以驅動lcd背光，包括主螢幕和副螢幕，同時按照持續點亮和瞬間高亮兩種模式來驅動flash led。對flash led的驅動可以提供預閃模式和高亮曝光模式，預閃模式下，手機的主螢幕可維持亮度。aq913x、aq914x系列擁有current regulation mode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led電流不足時才自動切換至1.5倍（charge p

53、ump）模式，提高電池的使用效率。輸出可支援到兩通道共6個wled，每個led pin最大容許電流可達50ma。 高效率的白色led驅動器 2006-2-24 -核心器件: sp6682最近加入lcd背景光光源中的白色led，通常用來為彩色lcd提供背景光照明。因其尺寸小和輸出是白光，白色led被應用於具有彩色顯示器的小型便攜設備中，例如個人數位助理（pda）和移動電話機。與其他顏色led一樣，白色led驅動需要一個恒流源-一般為15 20 ma的電流。白色led的正向電壓約為3.5v。大多數產品都使用多個led為顯示器提供足夠的背景光。因為led的亮度依賴于其正向電流，所以多個led通常串接

54、起來使用，以保證流過每一個led的電流都相同。正向偏置4個串聯的led需要大約14v電壓，起始于單節鋰離子電池的2.7 4.2v標稱工作電壓。通常採用升壓穩壓器來提供這一工作電壓。你以與led串接方式插入的電流檢測電阻器會使反饋回路閉合。然而，重要的是，要使該電阻兩端的壓降最小，以提高效率。目前可買到的集成升壓穩壓器通常採用1.24v帶隙電壓作為反饋參考電壓，這會在電流檢測電阻器兩端產生1.24v壓降，這個壓降使轉換效率降低7%。圖1示出了一種有趣的led驅動電路。 圖1 這一電路使用一塊充電泵ic來為一串串聯的led供電。圖中，sp6682是一種標準的穩壓充電泵電路。你可以以不尋常的方法使用

55、sp6682，以便控制外部開關q1。該ic包含一個內部500khz振盪器，用以正常驅動充電泵電容器，使輸入電壓增加一倍。圖1所示電路不採用電荷泵電容器。而是振盪器的輸出加到了引腳7上，並驅動q1的導通和截止。q1、l1、d1和c1組成一個升壓穩壓器，使c1兩端的電壓升高。當該電壓超過二極體正向壓降之和時，電流開始流動。電路檢測r1兩端的電壓並將其與晶片內的0.3v參考電壓比較。該電路具有高達87%的效率，這一效率超過任何集成升壓穩壓器的效率。使該電路的效率提高的因素有幾個。首先，sp6682內的0.3v參考電壓大大低於通常的1.24v。該參考電壓是與led串聯的，因此，效率的降低與參考值電壓成

56、正比。第二，分立的mosfet具有很小的導通電阻和很高的開關速度，這兩個參數均優於任何其他集成開關。q1是一個採用小型sot-23封裝的廉價器件。此外，電荷泵ic的卓越驅動功能確保開關損耗很小。只要更改你所用mosfet的類型，你就可以在期望的效率和成本之間進行折衷。mosfet的擊穿電壓會限制最大輸出電壓；你可以調節這一電壓，以便驅動具有你所需數量led的系統。（較大的顯示器使用8 12個led。）為了達到調光的目的，在啟動（enable）引腳上加一個pwm信號就可使穩壓器關閉和重新啟動。這一功能可使你精確地控制led的亮度。 白色發光二極體及其驅動電路 2006-3-10 -1前言近幾年，業界開始大量採用led替代ccfl和el作為lcd的背光(背景光照明的簡稱)，與ccfl、el相比led具有如下優點：1)可使lcd色彩更逼真，採用led背光町提供130的ntsc色階，而ccfl僅為70。色階的擴充使lcd影像色度更飽和、更逼真；可使lcd厚度更薄，在18英寸lc