全球LED驅(qū)動(dòng)IC新品創(chuàng)新技術(shù)分析[附圖表]

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

美國(guó)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(jí)皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正（PFC）。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺(tái)燈，其中，住宅應(yīng)用的LED 驅(qū)動(dòng)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IEC61000-3-2 諧波含量標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定了功率大于25 W 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（THD）《 35%，而功率因數(shù)（PF）》0.94。

雖然不是所有國(guó)家都絕對(duì)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(dòng)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(gòu)入/維護(hù)街燈時(shí)，也可以根據(jù)他們的意愿來(lái)決定是否要求擁有高功率因數(shù)（通常》0.95+）。

美國(guó)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(biāo)準(zhǔn)化燈座，與當(dāng)今市面上的大多數(shù)白熾燈類(lèi)似）提議標(biāo)準(zhǔn)的修訂草案3，其中規(guī)定對(duì)于功率≤5W的燈泡，對(duì)最小功率因數(shù)不作要求，對(duì)于功率》5W的燈泡，功率因數(shù)必須≥ 0.70。

LED照明系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)選擇：

LED照明系統(tǒng)架構(gòu)選擇取決于你的設(shè)計(jì)目標(biāo)是低成本、高效率還是最小PCB面積。一般來(lái)說(shuō)，小于25W的LED照明系統(tǒng)不要求進(jìn)行功率校正，因此可以采取簡(jiǎn)單一些的拓?fù)浼軜?gòu)，如PSR或Buck拓?fù)洹?5W-100W的LED照明應(yīng)用要求進(jìn)行功率校正，因此一般采用單級(jí)PFC、準(zhǔn)諧振（QR）PWM或反激式拓?fù)洹?00W以上LED照明應(yīng)用一般采用效率更高的LLC拓?fù)浜蚉FC。從效率角度來(lái)看，LLC和QR性能更好;而PSR方案無(wú)需次級(jí)反饋，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，尺寸也比其它方案小。”

就DC-DC解決方案而言，其中，標(biāo)準(zhǔn)降壓型轉(zhuǎn)換器是最簡(jiǎn)單和最容易實(shí)現(xiàn)的方案，升壓型和降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器次之，而SEPIC型轉(zhuǎn)換器則最難實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樗捎昧藦?fù)雜的磁性設(shè)計(jì)原理，而且需要設(shè)計(jì)者擁有高超的開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)專(zhuān)長(zhǎng)。終端產(chǎn)品的應(yīng)用決定LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和輸入電源再合理選擇Buck、Boost、SEPIC（較少用）、或Buck- Boost結(jié)構(gòu)。“一般來(lái)說(shuō)，25W以下選用Buck的較多。更大功率的則傾向于選擇Boost結(jié)構(gòu)。效率的話(huà)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(shù)集成度高的產(chǎn)品。

2.3 LED背光驅(qū)動(dòng)

LED背光在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PowerDVD等小尺寸屏上的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，近幾年也不會(huì)有很高的年復(fù)合增長(zhǎng)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(jìn)行局部調(diào)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(zhǎng)點(diǎn)將在筆記本、液晶電視等中大尺寸屏上的應(yīng)用。

　　圖3 LED背光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

移動(dòng)手持等顯示產(chǎn)品背光LED驅(qū)動(dòng)IC的選擇，按LCD的面積來(lái)設(shè)定需要LED點(diǎn)光源的個(gè)數(shù);按LED的N串N并的點(diǎn)亮方式來(lái)選擇不同工作原理、不同輸出能力的 LED驅(qū)動(dòng)IC;1.8英寸～3.5 英寸手機(jī)用LCM其LED點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)光源是48顆～60顆、60顆～72顆LED;手機(jī)有RF怕干擾，因此大多數(shù)不選用以電感器為電能儲(chǔ)存器的DC/DCBoost;沒(méi)有RF 的消費(fèi)電子產(chǎn)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(qū)動(dòng)IC的有電荷泵（Charge Pump）、恒流源（Constant current）、電感升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（DC/DC Boost）。下面是移動(dòng)手持顯示產(chǎn)品背光驅(qū)動(dòng)IC的選擇表。

　　表2 移動(dòng)手持顯示產(chǎn)品背光驅(qū)動(dòng)IC的選擇

2.4 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)

LED顯示屏作為一項(xiàng)高科技產(chǎn)品引起了人們的高度重視，采用計(jì)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LED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(lái)，構(gòu)成LED陣列，進(jìn)而構(gòu)成LED屏幕。通過(guò)不同的LED驅(qū)動(dòng)方式，可得到不同效果的圖像。因此LED驅(qū)動(dòng)芯片的優(yōu)劣，對(duì)LED顯示屏的顯示質(zhì)量起著重要的作用。LED驅(qū)動(dòng)芯片可分為通用芯片和專(zhuān)用芯片。通用芯片一般用于LED顯示屏的低端產(chǎn)品，如戶(hù)內(nèi)的單、雙色屏等。

　　圖4 LED顯示屏系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

目前，LED顯示屏專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片生產(chǎn)廠(chǎng)家主要有TOSHIBA（東芝）、TI（美國(guó)德州儀器公司）、SONY（索尼）、MBI（聚積科技）、SITI（點(diǎn)晶科技）等。在國(guó)內(nèi)LED顯示屏行業(yè)，這幾家的芯片都有應(yīng)用。

由于LED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(zhuān)用芯片的最大特點(diǎn)是提供恒流源輸出，保證LED的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，消除LED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(huà)質(zhì)的場(chǎng)合，如戶(hù)外全彩屏、室內(nèi)全彩屏等。

LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)中，通道數(shù)會(huì)少一些，而且DC/DC轉(zhuǎn)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(gè)LED顯示屏性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。這要求LED顯示屏驅(qū)動(dòng)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(yīng)速度。顯示屏驅(qū)動(dòng)的技術(shù)著重于LED灰階線(xiàn)性度及快速的輸出響應(yīng)。背光廠(chǎng)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(huì)使驅(qū)動(dòng)IC所需要的工藝技術(shù)提高，在串高電壓后每個(gè)LED的VF的差異度便需要列入考慮，這對(duì)整體的電源效率及定電流（ConstantCurrent）控制會(huì)有很大的影響。

下表為L(zhǎng)ED顯示屏幕驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵指標(biāo)。

　　表3 LED顯示屏幕驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵指標(biāo)

2.5 LED汽車(chē)照明驅(qū)動(dòng)

對(duì)汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，LED有極大的吸引力，長(zhǎng)壽命、抗震、高效、對(duì)光源良好的控制能力，都是它的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，相對(duì)于白熾燈，LED需要驅(qū)動(dòng)電路，還有汽車(chē)電氣是靠酸鉛蓄電池供電的，是機(jī)械驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)充電，這類(lèi)電池適合白熾燈，不適用LED，因此，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)壓性能良好而又低噪聲的驅(qū)動(dòng)電路是十分必要的。汽車(chē)電源的變化范圍是很大的，在8V-18V之間，峰值電壓可達(dá)幾十伏。此外，高亮度LED驅(qū)動(dòng)電流大，會(huì)在電阻上產(chǎn)生大量的熱量，使散熱設(shè)計(jì)復(fù)雜化。

圖五所示是現(xiàn)代汽車(chē)中的各種LED照明應(yīng)用。在汽車(chē)內(nèi)部，有幾種采用各種類(lèi)型LED的“標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置”照明模塊。有些是單個(gè)LED，而像導(dǎo)航儀表板背光照明等另一些應(yīng)用則需要LED陣列。在外部照明方面，LED也得到了認(rèn)可。現(xiàn)在超過(guò)40%的中央高位剎車(chē)燈已經(jīng)采用紅光LED。另外，奧迪（Audi）2008 A8采用大電流LED陣列作為白天行車(chē)燈（DRL）。雷克薩斯（Lexus）600轎車(chē)和奧迪R8包括前燈在內(nèi)的全部外部“前向照明”都是由LED完成的。類(lèi)似地，甚至更多中檔汽車(chē)和很多摩托車(chē)也采用了彩色LED陣列作為剎車(chē)/轉(zhuǎn)向信號(hào)指示燈。