白光LED驱动电路不同特性分析.doc

1、白光 LED 驱动电路不同特性分析字号: 小 中 大 | 打印 发布: 2008-5-10 19:22 作者: ALINA 来源: 照明工程师社区 查看: 759次 摘要：目前,白光 LED 已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显示器等领域。由于白光 LED 还具备丰富的三原色色温与高发光效率的特性，一般认为非常适用于液晶显示器的背光照明光源，因此，各厂商陆续推出白光 LED 专用驱动电路与相关组件。1996 年，日亚化学的中村氏发现蓝光 LED 之后，白光 LED 就被视为照明光源最具发展潜力的组件，因此，有关白光 LED 性能的改善与商品化应用，立即成为

2、各国研究的焦点。目前,白光 LED 已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显示器等领域。由于白光 LED 还具备丰富的三原色色温与高发光效率的特性，一般认为非常适用于液晶显示器的背光照明光源，因此，各厂商陆续推出白光 LED 专用驱动电路与相关组件。鉴于此，本文就 LED 专用驱动电路的特性与今后的发展动向进行简单阐述。1 定电流驱动的理由1.1 白光 LED 的光度以顺向电流规范白光 LED 的顺向电压通常被规范成 20mA 时，最小为 3.0V，最大为 4.0V，也就是若单纯施加一定的顺向电压时，顺向电流会作大范围的变化。图 1 是从 A、B 两家 LED

3、 企业的产品中随机取三种白光 LED 样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的结果。根据检测结果显示，若利用 3.4V 顺向电压驱动上述六种白光 LED时，顺向电流会在 1044mA 范围内大幅变动。表 1 为白光 LED 的电气与光学特性。由于白光 LED 的光度与色度是以定电流方式量测的，所以，为获得预期的亮度与色度，通常是用定电流驱动。表 2 为光学坐标的等级(rank)(IF=25mA ，Ta=250C)。1.2 避免顺向电流超越容许电流值为确保白光 LED 的可靠性，基本上就是需要设法避免顺向电流超过白光 LED 的绝对最大设计值(定格值)。图 2 中，白光 LED 的定格最大顺向电流为

4、 30mA，随着周围温度的上升，容许顺向电流则持续衰减，如果周围温度为 50，通常顺向电流就不能超过 20mA。此外，利用定电压的驱动方式不易控制流入 LED 的电流值，因此就无法维持 LED 的可靠性。2 白光 LED 的驱动方法图 3 是驱动白光 LED 常用的四种电源电路; 图 4 是上述六种随机取样白光 LED 稳定后的 ReguLation 精度特性。图 4 的测试结果显示，ReguLator 的负载特性出现在白光 LED 的 VF 角落上，即图中的交叉点就是各白光 LED 的稳定动作点。2.1 使用电压 ReguLator 的驱动方式图 3(a)的电路分别使用可以控制 LED 电流

5、的电压 ReguLator 与 BaLLast 电阻，这种电路的优点是电压 ReguLator 种类丰富，设计者可以选择的自由度较大，而且与电压ReguLator、LED 的接点只有一点 ;缺点是 BaLLast 造成的电力损失会导致效率恶化。此外，LED 的顺向电流也无法获得精密控制。图 4(a)中可以看出，随机取样六个白光 LED 的顺向电流，从 14.2mA 到 18.4mA 分布范围非常广，因此，A 厂商 LED 的(平均值) 顺向电流高达 2.0mA。相比之下，图 4(b)电路使用的 ReguLator 虽然有小型、低成本的优点，缺点是可能会无法满足性能与可靠性的要求，也就是说本电路

6、的实用性相对较弱。2.2 使用定电流输出的电压 ReguLator 驱动方式图 3(b)的电路虽然可以使流入 LED 的所有电流稳定化，不过为了匹配 (Matching)各LED 的电气特性，电路中特别设置了一组 BaLLast 电阻。图 3(b)中的 MAX1910 属于定电流输出型的电压 ReguLator，虽然本电路使用同厂商、同批号(Lot)的白光 LED，获得了极佳的匹配性，不过，在使用不同厂商与批号的 LED 时，就会出现很大的特性差异分布。本电流 Regu-Lator 使用类似图 3(a)的方式控制驱动电流，不过它却可以使 BaLLast 电阻的消费电力降低一半左右。图 4(b)

7、的测试结果显示，流入六个随机取样白光 LED 的电流，从 15.4mA 到19.6mA，变化范围非常大。因此，A 厂商与 B 厂商两者的 LED 是以平均 17.5mA 的电流驱动。此电路的缺点是 BaLLast 电阻造成的电力损失有残留之虞，而且又无法获得 LED电流的匹配性;不过整体而言，本电路兼具动作特性与简洁性，所以具有相当程度的使用价值。2.3 使用输出型的 MuLti PuLL 电流 Regu-Lator 的驱动方式图 3(c)的电路可以使流入 LED 的电流各自稳定化，因此不需要使用 BaLLast 电阻，电流的精度与匹配性 ReguLator 则由各自的电流 ReguLator

8、 支配。图 3(c)中的 MAX1570 IC 可以使上述电流 ReguLation 达成 2%标准的电流精度，与0.3%标准的电流匹配性等目标。由 MAX1570 IC 构成的电流 ReguLator 为低 Drop Out Type，因此它的动作效率非常高。图 4(c)的测试结果显示，使用图 3(c)的驱动电路时，流入六个随机取样白光 LED稳定化的电流为 17.5mA。虽然 ReguLator 与 LED 之间需要四个连接端子，不过此电路不需要 BaLLast 电阻，所以可以有效抑制封装面积，因此非常适合应用在封装空间极为狭窄的小型液晶面板等领域。2.4 使用升压型电流 ReguLato

9、r 驱动的方式图 3(d)的电路是利用可以使电流稳定化的电感(Inductor) ，构成所谓的高效率 Step Up Converter。本电路的最大特点是 Feed Back ThreshoLd 电压，可以减少电流检测用电阻的电力损失。此外，LED 采用串联方式连接，所以流入白光 LED 的电流即使是在各种要求下，都能够与 LED 完全取得匹配。有关电流的精度基本上取决于 Regu-Lator 的 Feed Back ThreshoLd 精度，因此不会受到 LED 顺向电压的影响。由 MAX1848 与 MAX1561 IC 构成的电流 ReguLator 的效率(PLED/PIN) 分别是

10、：三个 LED+MAX1848，87%;六个 LED+MAX-1561， 84%。Step Up Converter 的另一优点是 Regu-Lator 与 LED 之间需要两个连接端子，而且 LED 的使用数量不会受到 Step Up Converter 种类的影响，这意味着设计者会拥有更大的选择空间。因此，Step Up Converter 广泛应用在各种尺寸的液晶面板;电路的缺点是电感外形高度、组件成本偏高，有 EMI 辐射干扰。3 结束语以上介绍了白光 LED 常用的驱动电路，并通过实验方式深入探讨了各电路实际运行时的优缺点和特性。由于 LED 结构的限制，因此会有波长与驱动电流精度不易控制等困扰，随着白光 LED 背光模块应用需求的不断增加，如何改善上述波长与电流精度问题，同时降低驱动电路的制作成本，成为必须克服的问题。