LED技术全攻略-工程师必备手册_60页.pdf

www.EET共 1 页，第 1 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！LED 技术全攻略 LED 技术全攻略 -工程师必备手册 -工程师必备手册 目录 目录 一、LED 发展史 二、LED 的分类 三、LED 驱动技术原理 四、LED 驱动设计技巧 五、LED 驱动设计参考案例及选型指导 六、LED 散热解决方案 七、LED 产业链厂商大全 八、设计参考资料索引 感谢文茂强先生对本白皮书所作出的巨大贡献！感谢文茂强先生对本白皮书所作出的巨大贡献！联系作者：联系作者：文茂强 13316560925 文茂强 13316560925 wmqwmq www.EET共 2 页，第 2 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！LED 发展史 LED 发展史 1907 年 Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。二十年代晚期 Bernhard Gudden 和 Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。1936 年,George Destiau 出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。二十世纪 50 年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的 LED,并于 60 年代面世。据说在早期的试验中，LED 需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用 LED 仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光 LED。磷化镓的改变使得 LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到 70 年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED 采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的 LED。尽管它不如欧洲的 LED 高效。但在 70 年代末，它能发出纯绿色的光。80 年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的 LED 的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到 20 世纪 90 年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的 LED。第一个有历史意义的蓝光 LED 也出现在 90 年代早期，再一次利用金钢砂早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光 LED 一样光源暗淡。90 年代中期，出现了超亮度的氮化镓 LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓 Led。超亮度蓝光蕊片是白光 LED 的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在 LED 市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到 LED 的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的 LED 不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。那么 LED 发展史到低能走多远，不得而知。也许某天就能开发出能发 X 射线的 LED。早期的 LED 只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去。www.EET共 3 页，第 3 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！LED 的分类 LED 的分类 常见 LED 的分类 常见 LED 的分类 1.按发光管发光颜色分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。2.按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为 2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm 及 20mm 等。国外通常把 3mm的发光二极管记作 T-1；把 5mm 的记作 T-1（3/4）；把 4.4mm 的记作 T-1（1/4）6-8。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为 2045。3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为 4590或更大，散射剂的量较大。3.按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4.按发光强度和工作电流分有普通亮度的 LED（发光强度小于 10mcd）；超高亮度的 LED（发光强度大于 100mcd）；把发光强度在 10100mcd 间的叫高亮度发光二极管。一般 LED 的工作电流在十几 mA 至几十 mA，而低电流 LED 的工作电流在 2mA 以下（亮度与普通发光管相同）。白光白光 LED 介绍介绍 白光LED的合成途径大体上有 2 条路可以走，第一条是RGB，也就是红光LED+绿光LED+蓝光LED，LED走RGB合成白光的这种办法主要的问题是绿光的转换效率底，现在红绿蓝LED转换效率分别达到 30%，10%和 25%，白光流明效率可以达到 60lm/w。通过进一步提高蓝绿光 LED 的流明效率，则白光流明效率可达到 200lm/w。由于合成白光所要求的色温和显色指数不同，对合成白光的各色 LED 流明效率有不同的。随着白光 LED 的深 www.EET共 4 页，第 4 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！配色、白平衡：入发展，人们希望用作照明光源的白光 LED 的光谱、色品坐标、显色性及相关色温等均能满足国际 CIE 和我国的有关标准，否则应认为不合格。我们对相关色温 8000 4000K 白光 LED的光色特性及其与正向电流的关系进行了总结。长期以来，低色温(4000K)、高显色性的白光 LE D 按照当前主流方案 InGaN 蓝色 LED 芯片和 ce“激活的稀土石榴石黄色荧光体组合的方案实现难度大，成为人们攻关的难题。因为黄色荧光体的发射光谱中缺少红成份。故目前大多数报告限于有关 5000K 以上的高色温白光 LED 的工作。尽管白光LED已有商品，但缺少低色温白光LED。5000K以上的高色温商品，显色性差，难以满足市场，目前，由蓝色芯片和荧光体组合的低色温白光LED的报告极少。因此，无论从学术上研究，还是应用需要，发展低色温(4000K)高显色性白光LED具有重要意义。第二条路是LED+不同色光荧光粉：第一个方法是用紫外或紫光LED+RGB荧光粉来合成LED，这种工作原理和日光灯是类似的，但是比日光灯的性能要优越，其中紫光LED的转换系数可达80%，各色荧光粉的量子转换效率可以达到90%，还有一个办法是用蓝光LED+红绿荧光粉，蓝光LED效率60%，荧光粉效率70%；还有是蓝光LED+黄色荧光粉来构成白光。两种途径相比较之下，RGB三色LED合成白光综合性能好，在高显色指数下，流明效率有可能高到200lm/w，要解决的主要技术难题是提高绿光LED的电光转换效率，目前只有13%左右，同时成本高。R、G、B 三基色组成 R、G、B 三基色组成 白色是红绿蓝三基色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21，蓝色的亮度为10时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED 红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。当为全彩色LED 显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1 比例的LED 器件组成像素。白平衡要求三种原色在相同的调配值下合成的仍旧为纯正的白色。原色、基色：原色指能合成各种颜色的基本颜色。色光中的原色为红、绿、蓝，色度图中的三个顶点为理想的原色波长。如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少，见下图。LED 发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性可大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。三个原色中绿色最为重要，因为绿色占据了白色中69的亮度，且处于色彩横向排列表的中心。因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的关系时，绿色是着重考虑的对 www.EET共 5 页，第 5 页 象。大功率LED封装结构 大功率LED封装结构 随着半导体材料和封装工艺的提高,LED的光通量和出光效率逐渐提高,从而使固体光源成为可能,已广泛应用于交通灯、汽车照明、广告牌等特殊照明领域,并且逐渐向普通照明领域过渡,被公认为有望取代白炽灯、荧光灯的第四代光源。不同应用领域对LED光源提出更高要求,除了对LED出光效率、光色有不同的要求,而且对出光角度、光强分布有不同的要求。这不但需要上游芯片厂开发新半导体材料,提高芯片制作工艺,设计出满足要求的芯片,而且对下游封装厂提出更高要求,设计出满足一定光强分布的封装结构,提高LED外部的光利用率。目前封装多种多样，封装将随着今后的发展，不断改进和迎合实际需要，为LED今后在各个领域应用奠定基础。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET LED 驱动技术原理 LED 驱动技术原理 超高亮 LED 的特性 超高亮 LED 的特性 下图为正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约2V)，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF 与 VF 成正比。见表是当前主要超高亮LED 的电气特性。由表可知，当前超高亮 LED 的最高 IF 可达 1A，而 VF 通常为 24V。由于 LED 的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，光通量(V)与 IF 的关系曲线，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，LED 的正向压降变化范围比较大(最大可达 1V 以上)，而由上图中的 VF-IF 曲线可知，VF 的微小变化会引起较大的，IF 变化，从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证 LED 亮度的一致性，并且影响 LED的可靠性、寿命和光衰。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驱动。下图是 LED 的温度与光通量(V)关系曲线，由下图可知光通量与温度成反比，85时的光通量是 25时的一半，而一 40时光输出是 25时的 18 倍。温度的变化对 LFD 的波长共 6 页，第 6 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 7 页，第 7 页 也有一定的影响，因此，良好的散热是 LED 保持恒定亮度的保证。下图是 LED 的温度与光通量关系曲线。一般 LED 驱动电路介绍 一般 LED 驱动电路介绍 由于受到 LED 功率水平的限制，通常需同时驱动多个 LED 以满足亮度需求，因此，需要专门的驱动电路来点亮 LED。下面简要介绍 LED 概念型驱动电路。阻限流电路 如下图所示，电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按下式计算。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 8 页，第 8 页 式中：Vin 为电路的输入电压：VF 为 IED 的正向电流；VF 为 LED 在正向电流为，IF 时的压降；VD 为防反二极管的压降(可选)；y 为每串 LED 的数目；x 为并联 LED 的串数。由上图可得 LED 的线性化数学模型为 式中：Vo 为单个 LED 的开通压降；Rs 为单个 LED 的线性化等效串联电阻。则上式限流电阻的计算可写为 当电阻选定后，电阻限流电路的 IF 与 VF 的关系为 由上式可知电阻限流电路简单，但是，在输入电压波动时，通过 LED 的电流也会跟随变化，因此调节性能差。另外，由于电阻 R 的接人损失的功率为 xRIF，因此效率低。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 9 页，第 9 页 线性调节器介绍 线性调节器介绍 线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或 MOSFFET 作为一动态可调电阻来控制负载。线性调节器有并联型和串联型两种。下图 a 所示为并联型线性调节器又称为分流调节器(图中仅画出了一个 LED，实际上负载可以是多个 LED 串联，下同)，它与 LED 并联，当输入电压增大或者 LED 减少时，通过分流调节器的电流将会增大，这将会增大限流电阻上的压降，以使通过 LED 的电流保持恒定。由于分流调节器需要串联一个电阻，所以效率不高，并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒定的调节。下图 b 所示为串联型调节器，当输入电压增大时，调节动态电阻增大，以保持 LED 上的电压(电流)恒定。由于功率三极管或 MOSFET 管都有一个饱和导通电压，因此，输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正确地工作。开关调节器介绍 开关调节器介绍 上述驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。在用于低功率的普通 LED 驱动时，由于电流只有几个 mA，因此损耗不明显，当用作电流有几百 mA 甚至更高的高亮 LED 的驱动时，功率电路的损耗就成了比较严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的，可以达到 90以上。Buek、Boost 和 Buck-Boost 等功率变换器都可以用于 LED 的驱动，只是为了满足 LED 的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。下图(a)为采用 Buck 变换器的 LED 驱动电路，与传统的 Buek 变换器不同，开关管 S 移到电感 L 的后面，使得 S 源极接地，从而方便了 S 的驱动，LED 与 L 串联，而续流二极管 D 与该串联电路反并联，该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容，降低了成本。但是，Buck变换器是降压变换器，不适用于输入电压低或者多个 LED 串联的场合。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 10 页，第 10 页 上图(b)为采用 Boost 变换器的 LED 驱动电路，通过电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值，实现在低输入电压下对 LED 的驱动。优点是这样的驱动 IC 输出可以并联使用，有效的提高单颗 LED 功率。上图(c)为采用 BuckBoost 变换器的 LED 驱动电路。与 Buek 电路相似，该电路 S 的源极可以直接接地，从而方便了 S 的驱动。Boost 和 Buck-Boosl 变换器虽然比 Buck 变换器多一个电容，但是，它们都可以提升输出电压的绝对值，因此，在输入电压低，并且需要驱动多个LED 时应用较多。PWM 调光知识介绍 PWM 调光知识介绍 在手机及其他消费类电子产品中，白光 LED 越来越多地被使用作为显示屏的背光源。近来，许多产品设计者希望白光 LED 的光亮度在不同的应用场合能够作相应的变化。这就意味着，白光 LED 的驱动器应能够支持 LED 光亮度的调节功能。目前调光技术主要有三种：PWM 调光、模拟调光、以及数字调光。市场上很多驱动器都能够支持其中的一种或多种调光技术。本文将介绍这三种调光技术的各自特点，产品设计者可以根据具体的要求选择相应的技术。PWM Dimming(脉宽调制)调光方式这是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光 LED驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光 LED 的亮度。PWM 调光的优点在于能够提供高质量的白光，以及应用简单，效率高！例如在手机的系统中，利用一个专用 PWM 接口可以简单的产生任意占空比的脉冲信号，该信号通过一个电阻，连接到驱动器的 EN 接口。多数厂商的驱动器都支持PWM 调光。但是，PWM 调光有其劣势。主要反映在：PWM 调光很容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声（audible noise，或者 microphonic noise）。这个噪声是如何产生？通常白光 LED 驱动器都属于开关电源器件（buck、boost、charge pump 等），其开关频率都在 1MHz本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 11 页，第 11 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！左右，因此在驱动器的典型应用中是不会产生人耳听得见的噪声。但是当驱动器进行 PWM调光的时候，如果 PWM 信号的频率正好落在 200Hz 到 20kHz 之间，白光 LED 驱动器周围的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声。所以设计时要避免使用 20kHz 以下低频段。我们都知道，一个低频的开关信号作用于普通的绕线电感（wire winding coil），会使得电感中的线圈之间互相产生机械振动，该机械振动的频率正好落在上述频率，电感发出的噪音就能够被人耳听见。电感产生了一部分噪声，另一部分来自输出电容。现在越来越多的手机设计者采用陶瓷电容作为驱动器的输出电容。陶瓷电容具有压电特性，这就意味着：当一个低频电压纹波信号作用于输出电容，电容就会发出吱吱的蜂鸣声。当 PWM 信号为低时，白光LED 驱动器停止工作，输出电容通过白光 LED 和下端的电阻进行放电。因此在 PWM 调光时，输出电容不可避免的产生很大的纹波。总之，为了避免 PWM 调光时可听得见的噪声，白光LED 驱动器应该能够提供超出人耳可听见范围的调光频率！相对于 PWM 调光，如果能够改变 RS 的电阻值，同样能够改变流过白光 LED 的电流，从而变化 LED 的光亮度。我们称这种技术为模拟调光。模拟调光最大的优势是它避免了由于调光时所产生的噪声。在采用模拟调光的技术时，LED的正向导通压降会随着 LED 电流的减小而降低，使得白光 LED 的能耗也有所降低。但是区别于 PWM 调光技术，在模拟调光时白光 LED 驱动器始终处于工作模式，并且驱动器的电能转换效率随着输出电流减小而急速下降。所以，采用模拟调光技术往往会增大整个系统的能耗。模拟调光技术还有个缺点在于发光质量。由于它直接改变白光 LED 的电流，使得白光 LED的白光质量也发生了变化！除了 PWM 调光，模拟调光，目前有些产商的驱动器支持数字调光。具备数字调光技术的白光LED 驱动器会有相应的数字接口。该数字接口可以是 SMB、I2C、或者是单线式数字接口。系统设计者只要根据具体的通信协议，给驱动器一串数字信号，就可以使得白光 LED 的光亮发生变化。LED 驱动设计技巧 LED 驱动设计技巧 LED 串并联驱动方式参考设计 LED 串并联驱动方式参考设计 LED 因其 VF 值特性原因做不到相同，随着温度及电流大小也有些 VF 值也会发生变化，一般不适合并联设计。但是有些情况又不得不并联解决多颗 LED 驱动成本问题，这些设计可以为大家做些参考。注意需要 VF 值分档，同档 VF 值的 LED 尽量使用在同一产品上面，产品可以保证误差电流在1mA 之内、LED 相对工作恒流状态。www.EET共 12 页，第 12 页 下图采用集成三极管可以保持每路 LED 电流一致，这些三极管在相同温度环境下、相同工艺条件生产出来的 值一样，可以保证每路电流基本一样。恒流部分在要求不是很高的条件下可以这样设计，稳定的电压或稳定的 PWM 伏值驱动稳压后的三极管偏压，做到基本恒流。下图采用精度较高的 IC 做恒流参考源，R 可以设定 IC 输出电流，一经确定 R 阻值可以使用固定电阻代替。多三极管集成器件的使用可以减少 IC 的使用数量，从而减低设计产品成本。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 13 页，第 13 页 线性大功率 LED 恒流输出可以并联使用，在产品设计中我们往往找不到较大电流的驱动 IC，一般 2A 以上就很少见，标称 2A 的 IC 也不一定可以极限使用。大于 1A 的 IC 工艺成本的原因 MOS 管都是外置，外置 MOS 管线路复杂，可靠性减低。并联使用是有效的设计办法。下图采用 DD312 并联参考设计直接驱动 3 颗 6W LED。使能 PWM 控制信号需要适当的隔离，避免相互干扰和驱动能力问题。EN 使能电压要符合规格书要求，不要电压太高损坏 EN 脚。一般 IC 耐压是指负载和电源，没有注明激励电压请不要大于 5V 设计。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 14 页，第 14 页 像这种检测在 LED 的一端 LED 恒流驱动 IC 也可以并联设计驱动，实际上 IC 是单独工作的，最后在并流一起。DC-DC 方式是工作在较高的频率上，需要注意的是 PCB 布板时避免交叉设计，各自滤波、旁路电容要紧靠 IC 附近，负载电流最后会和即可。当然可以 2 并，也可以 3 并或多并联设计，不过要提醒多试之！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 15 页，第 15 页 LED 驱动设计参考案例及选型指导 LED 驱动设计参考案例及选型指导 大功率 LED 温度保护参考设计 大功率 LED 温度保护参考设计 最佳的温度保护居里点温度应该是 80-90。最高环境温度，夏天 40，在夏日光暴晒 50，50为最高环境温度，一般大功率 LED 结温度在 120是可以承受的，芯片到铝基板的热阻，规格书一般推荐 10-15，那 LED 基板要保证在 120-15=105。保留温差取 50-105中间值 77.5，一般电子元器件工作温度在 85是可靠的，77是符合这个原则。建议 77开始启动保护，85前大幅度的减低电流，90彻底完成产品温度保护功能。选者居里点在 85左右的热敏电阻可以设计出理想电路。下图用点晶公司 DD311 和 DD312 做参考设计。手机 LED 应用设计 手机 LED 应用设计 德州仪器的 TPS61150/1 产品是一款具备双稳压电流输出的白光 LED 驱动器，能够驱动翻盖手机中用于主显示屏与副显示屏 LCD 背光照明的白光 LED。同时，该器件的双通道输出也可驱动显示屏与键区的背光照明，其在单个较大显示屏上可驱动多达 12 个白光 LED。TPS61150/1 无需外部有源电源组件的支持，即可实现较高的效率与设计灵活性。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 16 页，第 16 页 美信 MAX1553/MAX1554 高效率,升压到 40V 为 2 到 10 白色 LED 的转换器驱动。应用于小LCD 屏和按键区域背光照明。MAX1553/MAX1554 能够以恒定电流驱动串联的白色 LED，为蜂窝电话、PDA 及其它手持设备提供高效的显示器背光驱动。这款升压转换器内部包含一个40V、低 RDSON 的 N 沟道 MOSFET 开关，可提高效率、延长电池寿命。MAX1553 限流为 480mA，可驱动 2 至 6 只白色 LED；MAX1554 限流为 970mA，可驱动多达 10 只白色 LED。一个模拟/PWM Dual ModeTM 输入提供了两种简便的亮度调节方式，单独的使能输入提供开/关控制。软启动可降低启动过程中的浪涌电流。MAX1553/MAX1554 采用节省空间的 8 引脚 TDFN 3mm x 3mm 封装。美信 MAX1576 480mA 白色 LED 1x/1.5x/2x 电荷泵式从背光照亮到照相机闪光灯应用。MAX1576 电荷泵能够以高达 480mA 的总电流驱动两组、每组四个 LED。对于闪烁状态的 LED组，允许每个 LED 电流达到 100mA 的电流。每组 LED 具有独立的电流设置、脉冲亮度调节和2 线亮度控制。利用自适应开关，在单节锂电池的整个放电过程中平均效率可以达到 83%。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 17 页，第 17 页 对于使用 LED 闪光灯的数码照相机，MAX1576 是理想选择。LM27964 有 I2C 的独立控制的，多按键区域背光指示应用 IC。LM27964 芯片还内置 I!C 兼容接口,采用锂电池供电,其输入电压为 2.75.5V。这三款白光发光二极管驱动器采用双增益结构,可让稳压器因情况选择适当的输入/输出电压增益,适用于移动电话、个人数字助理、便携式电子游戏机及 MP3 媒体播放器。LP3954 电话 LED 指示包括展览背光、RGB、按键区和照相机闪光等应用。LP3954 背光发光二极管驱动器可以控制手持式电子产品发出的各种不同的灯光，最适用于移动电话、数码相机、电子游戏机及 MP3 播放机。LP3954 的灯光管理单元采用小巧的 micro SMD 封装，内含两个背光驱动器、一个双组装红绿蓝光发光二极管控制器、一个闪灯发光二极管驱动器及一个 A/D 转换器，以上电路全部集成在这颗单芯片之内。在这 些内置的电路之中，高度集成的磁力升压 DC/DC 转换器负责驱动高电流负载，其优点是适用于电池电压范围，而且效率极高。LP3954 芯片是专门管理便携式系统灯光的管理单元，可以驱动两组各自独立控制的白光发光二极管背光系统，分别为主及副显示屏幕提供背光。部分便携式系统可能只有一 个加大的显示屏幕，在这种情况下，各单元可以汇集一起，一同驱动高达 6 个发光二极管。此外，这两个背光驱动器除了可以调节所有发光二极管，以确保亮度均匀之外，还设有自动调节光本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 18 页，第 18 页 暗的功能。飞兆半导体 FAN5611/12/13/14 PDA/MP3 等低端 LED 背光源应用 IC。FAN5613 是FAIRCHILD 公司生产的低压差白色 LED 驱动器,能并联驱动 4 个白色 LED。主要特点:压差小于 300mV；4 个并联的 LED 电流匹配,差值3%；无需外围元件来匹配 4个 LED 的均流；每个 LED 最大电流可达 40mA；有 EN 端可实现关闭,关闭状态时耗电1A；并且可输入 PWM 信号实现 LED 的亮度调节；小尺寸 8 管脚 SC-70 封装；工作温度-40+85。飞兆半导体 FAN5609 三态泵式背光源驱动(420mA)80mA PDA、DSC、MP3 Players FAN5609 驱动器如何在 LED 之间提供电流匹配,而无需使用限流电阻。唯一缺点是每个 LED都需要连接到驱动器。并非所有并联 LED 驱动器都需要升压电路。白光 LED 需要的正向电压相对较高。最新的技术趋势是将该电压降低-低于 3V。本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 19 页，第 19 页 LED 大屏幕参考设计大屏幕参考设计 LED 显示屏发展经历了三个阶段：1.1990 年以前 LED 显示屏的成长形成时期。一方面，受 LED 材料器件的限制，LED 显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的 LED 显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点 4 级调灰，产品的成本比较高。2.1990-1995 年，这一阶段是 LED 显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED 显示屏在 LED 材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 显示屏进入市场；电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现 16 级灰度和 64 级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段，LED 显示屏在我国发展速度非常迅速，从初期的几空企业、年产值几千万元发展到几十家企业、年产值几亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是 1993 年证券股票业的发展更引发了 LED 显示屏市场的大幅增长。LED 显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED 显示屏产业成为新兴的高科技产业。3.1995 年以来，LED 显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。1995年以来，LED 显示屏产业内部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对 LED 显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，目前这方面的工作正在逐步深化。LED 屏幕现状 2006 年度销售亿元以上企业 上海三思科技发展有限公司 南京洛普股份有限公司 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET共 20 页，第 20 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！南京汉德森电子有限公司 北京利亚得电子科技有限公司 北京世纪澄通电子有限公司 惠州德赛光电科技有限公司 京东方智能显示技术有限公司 深圳市锐拓显示技术有限公司 深圳市蓝普科技有限公司 深圳市普耐光电科技有限公司 深圳联创健和光电有限公司 2006 年，行业内的骨干企业在不断发展和提高。惠州德赛：产能提升，成为国 LED 显示屏产品出口的主要加工基地；北京世纪澄通:基础建设，形成 LED 显示屏专业加工生产能力，跃升行业前列；深圳锐拓、深圳蓝普、深圳钧多利集团等企业:在 LED 器件、显示产品等方面综合发展，成为了业内颇具规模的 LED 显示应用产品供应商；上海信茂完成了转制和结构调整，为未来发展奠定了基础；西安青松、南京洛普、同州电子、南京汉德森等企业:在 LED显示屏业务的基础上，拓展其他显示产品或系统领域的业务，形成了持续发展的基础。16 位恒流 IC 的由来：双色屏主要是以显示文字为主，单片机扫描比较方便，由于 LED 数量的增加，为了节省资源，引用 74HC595 移位扫描。为了更适合 LED 的应用在此基础上整合了恒流电流设定功能，更符合需求及成本需要又封装出 16 位器件，被目前全彩屏广泛采用。目前全球有 80%的 LED 大屏幕生产在中国大陆，LED 大屏幕驱动主流 IC 主要有聚积、点晶、东芝、TI 等。另外还有些厂家的 IC 和用 74HC595 生产的 LED 屏幕企业，这部分恒流IC 每年在大陆的销售额大概在 3 亿多元。根据 IC 数量结合不同的扫描方式，大概计算出 LED 这部分大屏幕产值在 150 亿元左右。主要的代表 IC 有以下几款：聚积 MBI5026、点晶 DM13C、东芝 TB62726、德州仪器 TLC5921。www.EET 共 21 页，第 21 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET LED 的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三大部分组成。主控箱从计算机的显示卡中获取一屏象素的各色亮度数据,然后重新分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED 屏上的若干行(列)，而每一行(列)上 LED 的显控信号则用串行的方式传送。目前有两种串行传送显示控制信号的方式：一种是扫描板上集中控制各象素点灰度，扫描板将来自控制箱的各行象素的亮度值进行分解(即脉宽调制)，然后将各行 LED 的开通信号以脉冲形式(点亮为 1，不亮为 0)按行用串行方式传输到相应的 LED 上，控制其是否点亮。这种方式使用器件较少，但串行传输的数据量较大，因为在一个重复点亮的周期内，每个象素在 16 级灰度下需要 16 个脉冲，在 256 级灰度下需要 256 个脉冲，由于器件工作频率限制，一般只能使 LED 屏做到 16 级灰度。另一种方法是扫描板串行传输的内容不是每个 LED 的开关信号而是一个 8 位二进制的亮度值。每个 LED 都有一个自己的脉宽调制器来控制点亮时间。这样，在一个重复点亮的周期内，每个象素点在 16 级灰度下只需要 4 个脉冲，256 级灰度下只需 8 个脉冲，大大降低了串行传输频率。用这种分散控制 LED 灰度的方法可以很方便地实现 256 级灰度控制。共 22 页，第 22 页 本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！本白皮书版权归电子工程专辑系列网站及文茂强先生所有，未经允许，不得转载！www.EET 一般 LED 大屏幕低频怎么会闪烁，是由于，LED 本身不具有余辉效应的特性，所以采用传统的恒流源脉冲调宽控制灰度的 LED 屏的刷新率必须大于 120Hz 才能实现无闪烁的图像显示。这样就需要对灰度数据较低的输八帧频的图像信号进行增频刷新，其结果造成刷新数据出现了极大冗余度，井增加了 LED 驱动板的硬件开销。目前市场上多采用南京德普达科技实业有限公司和深圳灵星雨科技发展有限公司控制系统较多。详细资料可以到上述公司网站查看或咨询。异形屏幕和级联式灯饰控制设计方式 异形屏幕和级联式灯饰控制设计方式 异形屏幕灵活的点间距和灵活的设计越来越多的受到广泛的采用，能把它制作成我们心目中任意想像的形状,大可以装饰几十层楼整栋大厦,小的可以显示金字招牌。可以避让窗户、楼台等不需要装饰的任何地方；远距离观看，比如海岸、江河对岸观看；大型灯饰广场装饰等。较成熟的控制方式目前有北京中庆微电子公司和常州银港数据系统公司等控制方式产