背光及照明用LED驅(qū)動IC技術(shù)分析

led 作為綠色環(huán)保的清潔光源得到廣泛的認可。LED 使用壽命長、節(jié)能省電、應(yīng)用簡單方便、使用成本低，因而在手機、MP3、MP4、PMP、DSC(數(shù)碼相機)、PDA、GPS、PND、游戲機、學(xué)習(xí)機、筆記本電腦等的手持產(chǎn)品的LCD 背光；LED 手電筒、礦燈便攜照明；在建筑照明、裝飾照明、標(biāo)識牌照明；在汽車的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車燈、方向燈、尾燈；以及在家庭照明都會得到海量的應(yīng)用。

　　目前手機彩屏背光應(yīng)用占LED驅(qū)動IC 總出貨比重的60%，除了按鍵與彩屏背光應(yīng)用外，由于照相手機的普及，搭配LED 省電與小型化的特性，手機相機閃光燈應(yīng)用比重逐日提高，將占整體手機應(yīng)用的35%～40%。全球手機產(chǎn)量由2006 年的8 億部增長到2007 年的11 億部，增幅達40%，2008 年預(yù)計將生產(chǎn)15 億部。2007 年中國手機出貨量增長21.9%，達5.58億部，占據(jù)全球市場的一半左右。按80%手機采用彩屏計算，2007 年手機產(chǎn)品應(yīng)用的LED驅(qū)動IC 達6 億顆。預(yù)估LED 驅(qū)動IC 在消費性電子產(chǎn)品市場將繼續(xù)成倍增長。

　　7 英寸～19 英寸的LCD 屏原用CCFL 作為背光，而現(xiàn)在也正在逐步地被LED 所蠶食。

　　特別是在歐盟實施RoHS 的法令以后，含汞的CCFL 被禁止，否則要付10 美元的有害物質(zhì)處理費，這將加快采用LED 背光的步伐。在筆記本電腦等更大量產(chǎn)品的液晶屏中，采用LED背光也已成為一種趨勢，因為它不但可以使屏幕的厚度減半(從9mm 降到4.5mm)，重量減輕26%，而且還可以節(jié)省50%的耗電，其唯一的不足是目前成本比CCFL 高2.38 美元，因能減輕重量和節(jié)電，預(yù)計用戶還是可以接受的。據(jù)估計，2007 年有8%的筆記本電腦采用LED 作為背光，而2007 年筆記本電腦的預(yù)計產(chǎn)量為8500 萬臺，采用LED 作為背光的筆記本電腦將達到680 萬臺，這一數(shù)據(jù)還有望突破。LCD TV 和筆記本電腦可望采用LED 取代CFL 背光的趨勢已經(jīng)十分清晰。2009 年LED 驅(qū)動IC 出貨量將達9.1 億顆，年復(fù)合增長率將達32%。
LED 驅(qū)動IC 的市場需求

　　LED 驅(qū)動IC 的市場需求按應(yīng)用來分基本有三大類，一是用于消費性電子產(chǎn)品的，其應(yīng)用特點是以電池為能源，一般為4.2V～8.4V，因此低電壓、小電流的LED 驅(qū)動器是目前量大面廣的產(chǎn)品；二是用于汽車照明產(chǎn)品，因其電源來自汽車蓄電池，一般是48V，所以需要較高電壓降壓的LED 驅(qū)動IC；三是建筑裝飾照明和家庭照明，則需要將AC 能直接變換成DC 的LED 驅(qū)動IC，主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，并同時完成與LED 的電壓和電流的匹配。因而不同應(yīng)用的LED 驅(qū)動IC 是完全不同的。

　　消費性電子產(chǎn)品的LED 驅(qū)動器擁有比較成熟的技術(shù)、產(chǎn)品和相對成熟的市場。汽車照明產(chǎn)品使用的LED 數(shù)量較多，大多是串、并聯(lián)驅(qū)動，需要較高的電壓，對于取自48V 汽車蓄電池的電源來說是十分方便的。目前能耐60V 高壓的LED 驅(qū)動器新品已推出較多，因而在汽車前裝市場直接采用LED 的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車燈、方向燈、尾燈的市場十分看好和樂觀。

　　建筑裝飾照明和家庭照明，則需要將AC 能直接變換成DC 恒流源的LED 驅(qū)動IC，目前還不能提供單個SoC 的集成電路產(chǎn)品，大多數(shù)是模塊電路。建筑裝飾照明在國內(nèi)各大城市應(yīng)用已十分廣泛，節(jié)能效果顯著。社會對家庭用LED 照明燈需要量將是一個天文數(shù)字，但目前的家庭用LED 照明燈技術(shù)和生產(chǎn)成本離大批量生產(chǎn)還有一定的距離，尚需努力。

LCD 背光用LED 工作原理

　　要設(shè)計LED 驅(qū)動的應(yīng)用電路，首先要了解LED 的工作原理。LED 工作的主要參數(shù)是VF、IF，其它相關(guān)的是顏色、波長、發(fā)光亮度、發(fā)光角度、效率、功耗。VF 前降電壓是為LED 發(fā)光建立一個正常的工作狀態(tài)。IF 前降電流是促使LED 發(fā)光，發(fā)光亮度與流過的電流成正比例。LED VF 的標(biāo)稱電壓一般為3.4V±0.2V。工作電流IF 按應(yīng)用需要選用，LED 的IF 通常為5mA~500mA。以手機為例，手機鍵盤背光使用電流為5mA~10mA，LCD 背光使用電流為15mA~20mA，相機閃光燈使用電流為100mA~500mA。它們的IF 都不相同，各擋LED 不能混用。
消費性電子產(chǎn)品常用LED 驅(qū)動IC
　　消費性電子產(chǎn)品LCD 屏的背光一般是2 顆~8 顆LED 燈，并聯(lián)或單顆供電的應(yīng)用居多。自2000 年以來，消費性電子產(chǎn)品常用LED 驅(qū)動IC 有DC/DC 開關(guān)穩(wěn)壓器(Boost)、電荷泵(Charge Pump)、恒流源(Constant)和低壓差穩(wěn)壓器LDO)。DC/DC 開關(guān)穩(wěn)壓器是用電感器儲存電能的，而電感器容易發(fā)射開關(guān)頻率，易對射頻(RF)發(fā)生新的干擾，因此在手機產(chǎn)品中用得較少。電荷泵也是一種開關(guān)穩(wěn)壓器，但它是用電容器作電能儲能，因而不會發(fā)射開關(guān)頻率，在手機產(chǎn)品中占了最大的份額。LED 發(fā)光要求IF 恒流，恒流源就是針對這個市場而特別設(shè)計、生產(chǎn)的，恒流源的價格是電荷泵的50%，因而近年來在普及型手機產(chǎn)品中也占有一定的份額。普及型手機產(chǎn)品對成本的要求很苛刻，手機背光驅(qū)動單元尚可榨油的就是降低LED 驅(qū)動IC 的成本，大多數(shù)手機的關(guān)機電壓設(shè)計在電池
電壓降至3.3V 時，因此恒流源就設(shè)計成在4.2V~3.3V 時恒流輸出20mA~30mA，3.3V 以下輸出電流急降。電荷泵的賣點是轉(zhuǎn)換效率高(η)，但大多數(shù)電荷泵在4.2V~3.3V 時其轉(zhuǎn)換效率并不高，當(dāng)電池電壓降到3.0V~2.5V 時它的轉(zhuǎn)換效率能達85%~90%，可惜在目前大多數(shù)的手機方案中并不能發(fā)揮其優(yōu)勢。LDO 是一個性能很好的低壓差穩(wěn)壓器，輸出電壓穩(wěn)定，當(dāng)負載不變時，它流過負載的電流也恒定，基于此原理LDO 也是一個很好的LED 驅(qū)動器。