LED驅動(dòng)電源設計方案攻略

　　1.1 白光LED的光度以順向電流規范

　　白光LED的順向電壓通常被規范成20mA時(shí)，最小為3.0V，最大為4.0V，也就是若單純施加一定的順向電壓時(shí)，順向電流會(huì )作大范圍的變化。

　　圖1是從A、B兩家LED企業(yè)的產(chǎn)品中隨機取三種白光LED樣品進(jìn)行順向電壓與順向電流特性檢測的結果。根據檢測結果顯示，若利用3.4V順向電壓驅動(dòng)上述六種白光LED時(shí)，順向電流會(huì )在10~44mA范圍內大幅變動(dòng)。表1為白光LED的電氣與光學(xué)特性。

　　由于白光LED的光度與色度是以定電流方式量測的，所以，為獲得預期的亮度與色度，通常是用定電流驅動(dòng)。

　　表2 為光學(xué)坐標的等級（rank）（IF=25mA，Ta=250C）。

　　1.2 避免順向電流超越容許電流值

　　為確保白光LED的可靠性，基本上就是需要設法避免順向電流超過(guò)白光LED的絕對最大設計值（定格值）。

　　圖2中，白光LED的定格最大順向電流為30mA，隨著(zhù)周?chē)鷾囟鹊纳仙?，容許順向電流則持續衰減，如果周?chē)鷾囟葹?0℃，通常順向電流就不能超過(guò)20mA。此外，利用定電壓的驅動(dòng)方式不易控制流入LED的電流值，因此就無(wú)法維持LED的可靠性。

2 白光LED的驅動(dòng)方法

　　圖3是驅動(dòng)白光LED常用的四種電源電路；圖4是上述六種隨機取樣白光LED穩定后的ReguLation精度特性。

　　圖4的測試結果顯示，ReguLator的負載特性出現在白光LED的VF角落上，即圖中的交叉點(diǎn)就是各白光LED的穩定動(dòng)作點(diǎn)。

　2.1 使用電壓ReguLator的驅動(dòng)方式

　　圖3（a）的電路分別使用可以控制LED電流的電壓ReguLator與BaLLast電阻，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是電壓ReguLator種類(lèi)豐富，設計者可以選擇的自由度較大，而且與電壓ReguLator、LED的接點(diǎn)只有一點(diǎn)；缺點(diǎn)是BaLLast造成的電力損失會(huì )導致效率惡化。此外，LED的順向電流也無(wú)法獲得精密控制。

　　圖4（a）中可以看出，隨機取樣六個(gè)白光LED的順向電流，從14.2mA到18.4mA分布范圍非常廣，因此，A廠(chǎng)商LED的（平均值）順向電流高達2.0mA。相比之下，圖4（b）電路使用的ReguLator雖然有小型、低成本的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是可能會(huì )無(wú)法滿(mǎn)足性能與可靠性的要求，也就是說(shuō)本電路的實(shí)用性相對較弱。

　　2.2 使用定電流輸出的電壓ReguLator驅動(dòng)方式

　　圖3（b）的電路雖然可以使流入LED的所有電流穩定化，不過(guò)為了匹配（Matching）各LED的電氣特性，電路中特別設置了一組 BaLLast電阻。

　　圖3（b）中的MAX1910屬于定電流輸出型的電壓ReguLator，雖然本電路使用同廠(chǎng)商、同批號（Lot）的白光LED，獲得了極佳的匹配性，不過(guò)，在使用不同廠(chǎng)商與批號的LED時(shí)，就會(huì )出現很大的特性差異分布。本電流Regu-Lator使用類(lèi)似圖3（a）的方式控制驅動(dòng)電流，不過(guò)它卻可以使BaLLast電阻的消費電力降低一半左右。

　圖4（b）的測試結果顯示，流入六個(gè)隨機取樣白光LED的電流，從15.4mA到19.6mA，變化范圍非常大。因此，A廠(chǎng)商與B廠(chǎng)商兩者的 LED是以平均17.5mA的電流驅動(dòng)。此電路的缺點(diǎn)是BaLLast電阻造成的電力損失有殘留之虞，而且又無(wú)法獲得LED電流的匹配性；不過(guò)整體而言，本電路兼具動(dòng)作特性與簡(jiǎn)潔性，所以具有相當程度的使用價(jià)值。

　　2.3 使用輸出型的MuLti　PuLL電流Regu-Lator的驅動(dòng)方式

　　圖3（c）的電路可以使流入LED的電流各自穩定化，因此不需要使用BaLLast電阻，電流的精度與匹配性ReguLator則由各自的電流 ReguLator支配。

　　圖3（c）中的MAX1570　IC可以使上述電流ReguLation達成2％標準的電流精度，與0.3％標準的電流匹配性等目標。

　　由MAX1570　IC構成的電流ReguLator為低Drop　Out　Type，因此它的動(dòng)作效率非常高。圖4（c）的測試結果顯示，使用圖3（c）的驅動(dòng)電路時(shí)，流入六個(gè)隨機取樣白光LED穩定化的電流為17.5mA。

　　雖然ReguLator與LED之間需要四個(gè)連接端子，不過(guò)此電路不需要BaLLast電阻，所以可以有效抑制封裝面積，因此非常適合應用在封裝空間極為狹窄的小型液晶面板等領(lǐng)域。

　　2.4 使用升壓型電流ReguLator驅動(dòng)的方式

　　圖3（d）的電路是利用可以使電流穩定化的電感（Inductor），構成所謂的高效率Step　Up　Converter。本電路的最大特點(diǎn)是　Feed　Back　ThreshoLd電壓，可以減少電流檢測用電阻的電力損失。此外，LED采用串聯(lián)方式連接，所以流入白光LED的電流即使是在各種要求下，都能夠與LED完全取得匹配。有關(guān)電流的精度基本上取決于Regu-Lator的Feed　Back　ThreshoLd精度，因此不會(huì )受到LED順向電壓的影響。

　　由MAX1848與MAX1561　IC構成的電流ReguLator的效率（PLED/PIN）分別是：三個(gè) LED＋MAX1848，87％；六個(gè)LED＋MAX-1561， 84％。

　　Step　Up　Converter的另一優(yōu)點(diǎn)是Regu-Lator與LED之間需要兩個(gè)連接端子，而且LED的使用數量不會(huì )受到Step Up　Converter種類(lèi)的影響，這意味著(zhù)設計者會(huì )擁有更大的選擇空間。因此，Step　Up　Converter廣泛應用在各種尺寸的液晶面板；電路的缺點(diǎn)是電感外形高度、組件成本偏高，有EMI輻射干擾。

　　3　結束語(yǔ)

　　以上介紹了白光LED常用的驅動(dòng)電路，并通過(guò)實(shí)驗方式深入探討了各電路實(shí)際運行時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)和特性。由于LED結構的限制，因此會(huì )有波長(cháng)與驅動(dòng)電流精度不易控制等困擾，隨著(zhù)白光LED背光模塊應用需求的不斷增加，如何改善上述波長(cháng)與電流精度問(wèn)題，同時(shí)降低驅動(dòng)電路的制作成本，成為必須克服的問(wèn)題。