ot;display: block;">在手機應(yīng)用的強勁驅(qū)動下,高亮度(HB)LED市場曾于2001至2004年一直保持著46%的驚人增長率。正當(dāng)人們擔(dān)心由于手機設(shè)備趨于飽和而導(dǎo)致LED市場推動力逐漸疲軟的時候,照明、汽車頭燈以及液晶電視背光驅(qū)動等LED的新興應(yīng)用市場大量涌現(xiàn),掀起了LED的又一波應(yīng)用狂潮。美國市場調(diào)研公司Strategies Unlimited預(yù)計,到2010年,HB LED市場將達(dá)到83億美元,比2005年的總數(shù)超過兩倍。如此誘人的市場引來眾多廠商分食,凌力爾特、飛兆、ADI、恩智浦等廠商在LED驅(qū)動技術(shù)上,都有著不俗的表現(xiàn)。就電源管理領(lǐng)域來看,LED驅(qū)動技術(shù)已然成為各個廠商比拼技術(shù)實力的大好舞臺。

就調(diào)光技術(shù)大做文章,背光也需“高清”

對于顯示技術(shù)而言,不僅視頻信號處理上需要高清,背光調(diào)節(jié)的好壞,也直接影響著視頻顯示效果。為了將“高清”技術(shù)進(jìn)行到底,廠商們在LED背光驅(qū)動技術(shù)上也著實下了不少功夫。

傳統(tǒng)上,LED的調(diào)光是利用一個DC信號或濾波PWM對LED中的正向電流進(jìn)行調(diào)節(jié)來完成的。減小LED電流將起到調(diào)節(jié)LED光輸出強度的作用,然而,正向電流的變化也會改變LED的彩色,因為LED的色度會隨著電流的變化而變化。許多應(yīng)用(比如汽車和LCD TV背光照明)都不能允許LED發(fā)生任何的彩色漂移。在這些應(yīng)用中,由于周圍環(huán)境中存在不同的光線變化,而且人眼對于光強的微小變化都很敏感,因此寬調(diào)光范圍是必需的。通過施加一個PWM信號來控制LED亮度的做法允許在不改變彩色的情況下完成LED的調(diào)光。

人們常說的真正彩色(True Color)PWM調(diào)光是利用一個PWM信號來調(diào)節(jié)LED的亮度。它實際上需要在滿電流和PWM頻率條件下進(jìn)行LED的接通和關(guān)斷操作。人眼的分辨極限是每秒60幀,通過增加PWM頻率(如提高到80~100Hz),就能夠使人眼認(rèn)為脈動的光源是連續(xù)導(dǎo)通的。此外,通過調(diào)節(jié)占空比(接通時間的總量),也可控制LED的亮度。目前,許多LCD TV設(shè)計師都需要高達(dá)3,000:1的調(diào)光比,以便針對眾多的環(huán)境光照條件進(jìn)行亮度調(diào)整。

系統(tǒng)工程師在挑選背光源時,究竟是該選RGB還是白光LED呢？凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場經(jīng)理Tony Armstrong指出,背光源(RGB或白光LED)的選擇可以根據(jù)特定最終產(chǎn)品的要求來進(jìn)行。不過,采用RGB LED來替代白光LED是有正當(dāng)理由的,因為前者具有更加寬廣的色譜,這將顯著地改善圖像質(zhì)量,以挑選LCD TV為例,消費者對色彩逼真度的關(guān)注程度是最高的。然而,采用RGB LED需要一個更大、更復(fù)雜而且更昂貴的解決方案。

凌力爾特的LT3476四通道LED驅(qū)動器便是RGB LED驅(qū)動器的一個實例。LT3476的每個通道能驅(qū)動多達(dá)8個串聯(lián)的1A LED(紅光、綠光、藍(lán)光或白光),因而使得LT3476能夠驅(qū)動多達(dá)32個1A LED,并提供高達(dá)96%的效率。4個通道均可通過其獨立的True Color PWM信號來獨立運作,從而實現(xiàn)了其獨立調(diào)光,調(diào)光比可高達(dá)1,000:1。固定頻率、電流模式架構(gòu)可在一個很寬的電源和輸出電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定的運作。一個頻率調(diào)節(jié)引腳允許用戶在200kHz~2MHz的范圍內(nèi)設(shè)置開關(guān)頻率,以優(yōu)化效率,并最大限度地縮減外部元件尺寸。其耐熱增強型5×7mm QFN封裝提供了一個非常緊湊的解決方案占板面積,很適合于大型LCD TV中常見的100W LED應(yīng)用。

除了類似于凌力爾特的將PWM信號用作控制信號來進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)之外,是否還有其他技術(shù)也能達(dá)到很好的調(diào)光效果呢？飛兆半導(dǎo)體現(xiàn)場應(yīng)用工程師Brian Law有著自己的見解,他認(rèn)為,區(qū)分LED驅(qū)動器和標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵要求之一是LED驅(qū)動器能夠控制LED的亮度水平。調(diào)節(jié)亮度有三種常用方法:使用SET電阻；采用PWM技術(shù)；以及線性調(diào)節(jié)。最簡便的方法是在IC中使用外部SET電阻。雖然這是有效的方法,但卻缺乏靈活性,無法讓用戶改變光強度。采用PWM技術(shù)和線性調(diào)節(jié)則可對光強度進(jìn)行動態(tài)控制。但是這兩種方法各有缺點。采用PWM調(diào)暗LED會造成EMI噪聲,并引起白光LED朝向藍(lán)色光譜的色彩偏移。可能是輕微的偏移,但可在敏感應(yīng)用中檢測出。線性調(diào)節(jié)則會降低效率,并引起白光LED朝向黃色光譜的色彩偏移。至于哪種方法較優(yōu),業(yè)界至今尚未有共識。結(jié)果是飛兆半導(dǎo)體開發(fā)了最新的LED驅(qū)動器,能夠用其中一種或結(jié)合兩種方法來調(diào)校亮度。FAN5617使用充電泵架構(gòu)來驅(qū)動三個并聯(lián)LED,并糅合了一個單線總線,讓用戶以線性或施加PWM信號來設(shè)置光強度。

凌力爾特四通道LED驅(qū)動器LT3476。

然而,就這種“集成式”調(diào)光技術(shù)而言,飛兆并非首例。據(jù)北京思旺電子技術(shù)有限公司總裁裴石燕介紹,該公司近日推出的無電感Charge Pump型WLED驅(qū)動IC SE3362也采用了類似技術(shù)。SE3362內(nèi)部設(shè)計有電流匹配控制電路,能有效控制LED電流,使每一路WLED的電流具有高的匹配度,以保證WLED亮度的一致性。通過外部Rset電阻可對WLED電流設(shè)定,其亮度還可通過多種方式進(jìn)行調(diào)節(jié):
1. 使用一個直流電壓設(shè)置RSET管腳的電流,從而改變WLED電流,調(diào)節(jié)亮度；
2. 將PWM信號用作控制信號,通過占空比調(diào)節(jié)亮度；
3. 將GPIO施于控制端,通過占空比調(diào)節(jié)亮度；
4. 在RSET兩端并聯(lián)不同的轉(zhuǎn)換電阻,改變WLED電流調(diào)節(jié)亮度。

該驅(qū)動IC可同時驅(qū)動4顆并聯(lián)的WLED,最大電流達(dá)30mA/WLED,適合用來驅(qū)動手機、PDA、DSC和PMP等LCD屏的背光LED。

提升可操作性,閃光燈領(lǐng)域比拼人性化

對于閃光燈這一應(yīng)用領(lǐng)域,光是效率的提升已不足以滿足設(shè)備廠商的胃口。隨著照相手機的普及,人們對照相性能的要求也越來越高。對于面向閃光燈應(yīng)用的LED驅(qū)動器來說,可操作性是一個為其加分的性能,同時這也是眾多LED驅(qū)動廠商們努力的方向。

研諾邏輯近日推出的LED驅(qū)動器AAT1270為設(shè)計師提供了對閃光和電影模式操作的高靈活性控制,該產(chǎn)品可通過一個獨立的外部電阻對滿量程閃光LED電流進(jìn)行設(shè)置。在電影模式應(yīng)用時,缺省電流值的電流比設(shè)置為7.3:1,電影模式電流也可通過研諾邏輯專有的單線簡易串行控制(S2Cwire)接口編程而設(shè)為15個其它比率。此外,為了防止閃光LED熱損傷,AAT1270配置了用戶可編程安全計時器,它可在設(shè)定的時間長度內(nèi)停止閃光活動,還有一個獨立的閃光燈支持引腳,以同時啟動閃光/閃光燈操作和安全計時器。最后,AAT1270還配置了一個異步閃光抑制接腳,在高電池需求期間可減少拍攝模式中的閃光電流。

同樣,為了提升用戶的照相體驗,恩智浦(NXP)半導(dǎo)體所發(fā)布的高效照相手機LED閃光驅(qū)動器UBA3001則可在電池供電型手機中提供最大閃光效果輸出。增強的閃光性能可提高不良照明條件下的圖像質(zhì)量,由此顯著改善用戶的視覺體驗。恩智浦UBA3001可為單顆高亮度LED提供1安培電流,由于它具備自動升壓與降壓轉(zhuǎn)換功能,無論電池電量多少都可以獲得極好的閃光性能。該解決方案專為高要求的照相手機而設(shè)計,并提供一些專門的特性,如發(fā)射模式期間降低電流、自動關(guān)機、真正LED關(guān)機,以及不同應(yīng)用下電流設(shè)置的完全控制,包括閃光燈、手電,以及“相機/視頻-開”的指示燈模式。

爭奪照明應(yīng)用“潛力股”,力排效率障礙

在環(huán)保呼聲高漲的今天,節(jié)能照明技術(shù)已經(jīng)越來越受到大眾的重視,歐、美許多國家甚至立法以規(guī)范照明管理。LED照明技術(shù)以其低功耗、長壽命的優(yōu)勢當(dāng)之無愧的成為了節(jié)能照明技術(shù)的“排頭兵”。

除了演出照明、景觀照明、住宅照明、防火照明等傳統(tǒng)照明市場之外,汽車前燈照明市場也是LED照明技術(shù)發(fā)展的大好空間。Tony Armstrong甚至認(rèn)為:增長最快的LED驅(qū)動器集成電路市場是汽車前燈照明,從現(xiàn)在到2011年,年復(fù)合增長率將超過150%。一個流行的應(yīng)用領(lǐng)域是很多汽車和卡車的儀表板背光照明、內(nèi)部照明和剎車燈。豪華型汽車制造商正在越來越多地采用最新的固態(tài)LED照明技術(shù),用這些更輕、更小和更耐用的器件提供內(nèi)部和外部照明,以提高未來車型的美感。

針對各種照明應(yīng)用,如何提高LED發(fā)光效率是LED驅(qū)動廠商們目前最為關(guān)注的話題。為了盡快推動LED照明市場的快速增長,各個廠商也相繼推出了一系列優(yōu)秀的LED驅(qū)動產(chǎn)品。

聚積科技近日研發(fā)出的“定電流模式”高效率DC/DC轉(zhuǎn)換器MBI6650,利用了創(chuàng)新的Hysteretic PFM技術(shù),除了能避開對音頻的干擾外,還可以在大電流的狀態(tài)下具有快速切換頻率,而在小電流時具有慢速切換頻率,使得MBI6650在輕載與重載的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率分別高達(dá)85%和90%,大幅提升了LED照明系統(tǒng)運作上的效率,達(dá)到省電的效果。針對高功率LED照明的應(yīng)用,該芯片的輸入電流范圍還擴增至9~36V。此外,MBI6650內(nèi)建的全方位保護(hù)措施及散熱片,能提高M(jìn)BI6650運作時的穩(wěn)定性與安全性。

除了提升發(fā)光效率,增加集成度也是廠商們的努力方向。美信(Maxim)今年推出的高效LED驅(qū)動器MAX16819和MAX16820僅需一個外部MOSFET和少量無源器件,即可驅(qū)動高達(dá)3A電流的LED。每個器件均可以驅(qū)動多達(dá)6個串聯(lián)LED,提供從1W到25W以上的輸出功率,效率高達(dá)94%。該系列驅(qū)動器所具有的高邊電流檢測功能使器件從本質(zhì)上區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)降壓PWM控制器。由于其外部檢流電阻的壓降僅為200mV,從而降低了MAX16819/MAX16820的功耗。此外,高邊電流檢測和集成的電流調(diào)節(jié)電路減少了外部元件數(shù),同時可輸出的LED電流精度達(dá)±5%。MAX16819和MAX16820無需使用外部電容,分別具有30%和10%的電流紋波。該系列產(chǎn)品適用于節(jié)能燈源以及汽車前后照明車燈。

雖然LED驅(qū)動市場前景可觀,卻仍然有一些技術(shù)方面的因素制約著其發(fā)展速度。Tony Armstrong指出,對于LED驅(qū)動技術(shù)來說,目前面臨的主要挑戰(zhàn)包括:1. 用可能低于、等于或高于負(fù)載電壓的電池電壓為一個或幾個LED串供電；2. 以大調(diào)光比高效率地對LED調(diào)光,同時在高和低亮度時保持顏色特性不變；3. LED驅(qū)動器高效率工作是關(guān)鍵要求,尤其是在驅(qū)動HB LED時更是這樣,因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散了。因此,各個半導(dǎo)體廠商在謀求LED技術(shù)更大發(fā)展的道路上,還有許多事情可以做。

作者:孔文