點擊這里給我發消息 QQ交流 關注科發鑫 0755-86130872
當前位置:首頁 -  內容詳情

背光及照明用LED驅動IC技術應用分析

發布時間:2017-06-05 00:56:35

  要:從技術和市場經濟的角度對LED驅動IC的需求迅速增長作出分析,消費電子用LED驅動器的技術和市場比較成熟,家庭照明用LED驅動器還有技術瓶頸尚待突破。

關鍵詞:LED驅動器,LED燈,LCD背光

  LED作為綠色環保的清潔光源得到廣泛的認可。LED使用壽命長、節能省電、應用簡單方便、使用成本低,因而在手機、MP3、MP4、PMP、DSC(數碼相機)、PDA、GPS、PND、游戲機、學習機、筆記本計算機等的手持產品的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;以及將在家庭照明都會得到海量的應用。

  目前手機彩屏背光應用占LED驅動IC總出貨比重的60%,除了按鍵與彩屏背光應用外,由于照相手機的普及,搭配LED省電與小型化的特性,手機相機閃光燈應用比重逐日提高,將占整體手機應用的35-40%。全球手機產量由2006年的8億臺增長到2007年的11億臺,增幅達40%,2008年預計將生產15億臺。2007年中國手機出貨量將增長21.9%,達5.58億部 ,占據全球市場的一半左右 。按80%手機采用彩屏計算,2007年手機產品應用的LED驅動IC6億顆規模。預估LED驅動IC在消費性電子產品市場將繼續成倍增長。

  7-19英寸LCD屏原用CCFL作為背光,而現在也正在逐步地被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美元的有害物質處理費,這將加快采用LED背光的步伐。在筆記本計算機等更大量產品的液晶屏中,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(9mm降到4.5mm),重量減輕26%,而且還可以節省50%的耗電,其唯一的不足是目前成本比CCFL2.38美元,因能減輕重量和節電預計用戶還是可以接受的。據統計,2007年有8%的筆記本計算機采用LED作為背光,而2007年筆記本計算機的預計產量為8,500萬臺,采用LED作為背光的筆記本計算機將達到680萬臺,這一數據還有望突破。LCD TV和筆記本計算機可望采用LED取代CCFL背光的趨勢已經十分清晰。2009LED驅動IC出貨量將達9.1億顆,年復合成長率將達32%。

LED驅動IC目前市場需求

  LED驅動IC目前市場需求按應用來分基本有三大類,一是用于消費性電子產品的,其應用特點是以電池為能源,一般為4.2-8.4V,因此低電壓、小電流的LED驅動器是目前量大面廣的產品;二是用于汽車照明產品,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DCLED驅動IC,主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源,并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。因而不同應用的LED驅動IC是完全不同的。

  消費性電子產品的LED驅動器擁有比較成熟的技術、產品和相對成熟的市場。2007年全球手機市場使用LED驅動IC6億顆,2008年將繼續增長。

  汽車照明產品使用的LED等的數量較多,大多是串、并聯驅動,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驅動器新品推出已較多。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驅動IC,目前還不能提供單個SOC的集成電路產品,大多數是??櫚緶?。建筑裝飾照明在國內各大城市應用已十分廣泛,節能效果顯著。社會對家庭用LED照明燈需要量將是一個天文數字,但目前的家庭用LED照明燈技術和生產成本離大批量生產還有一定的距離,尚需努力。

LCD背光用LED工作原理

  要設計LED驅動的應用電路,首先要了解LED的工作原理。LED工作的主要參數是VF、IF,其它相關的是顏色、波長、發光亮度、發光角度、效率、功耗。VF前降電壓是為LED發光建立一個正常的工作狀態。IF前降電流是促使LED發光,發光亮度與流過的電流成正比例。LED VF標稱電壓:3.4V±0.2。LED IF工作電流按應用需要選用,LED產品的IF5-500mA。以手機為例,手機鍵盤背光使用電流為5-10mA、LCD背光使用電流為15-20mA、相機閃光燈使用電流為100-500mA它們的IF都不相同,各檔LED不能混用。

消費性電子產品常用LED驅動IC

  消費性電子產品LCD屏的背光一般是2-8LED燈,并聯或單顆供電的應用居多。自2000年來,消費性電子產品常用LED驅動ICDC/DC開關穩壓器(Boost)、電荷泵(Charge Pump)、恒流源(Constant)和低壓差穩壓器(LDO)。

  DC/DC開關穩壓器是用電感器來儲存電能的,而電感器容易發射開關頻率,易對射頻(RF)發生新的干擾,因此在手機產品中用得較少。電荷泵也是一種開關穩壓器,但它是用電容器作電能儲能,因而不會發射開關頻率,在手機產品中占了最大的份額。LED發光要求IF恒流,恒流源就是針對這個市場而特別設計、生產的,恒流源的價格是電荷泵的50%,因而近年來在普及型手機產品中也占有一定的份額。普及型手機產品苛求成本下降,手機背光驅動單元尚可榨油的就是降低LED驅動IC的成本,大多數手機的關機電壓設計在電池電壓降至3.3V時,因此恒流源就設計成在4.2V-3.3V時恒流輸出20-30MmA,3.3V以下輸出電流急降。電荷泵的賣點是效率(η),但大多數電荷泵在4.2V-3.3V時其轉換效率并不高,當電池電壓降到3.0V-2.5V時它的轉換效率能達85-90%,可惜在目前大多數的手機方案中并不能發揮其優勢。LDO是一個性能很好的低壓差穩壓器,輸出電壓穩定,當負載不變時,它流過負載的電流也恒定,基于此原理的LDO也是一個很好的LED驅動器。就目前手機用LED驅動IC而言,一個DC/DCBoost)的售價是USD0.12-0.15,一個電荷泵的售價是USD0.20-0.25,一個恒流源的售價是0.09-0.12,一個LDO只幾分美金,對于降低手機背光驅動單元成本,有一定的空間,今年來不少普及型手機都已選用。

手機除了彩屏背光需要LED驅動IC,手機的鍵盤背光,手機相機的閃光燈也需要LED驅動IC。其特點是低電壓、小電流,因為是以電池為能源的。

  沒有RF部分的消費電子產品的LCD屏背光驅動可以選用DC/DC開關穩壓器,LED一般是N串聯+N并聯使用,工作電壓略高,工作電流較小。多個LED的串并聯可作較大的LCD屏背光源,如圖3 LCD電子燈箱。此外,還有如LED手電筒。

移動手持顯示產品背光LED驅動IC的選擇

  移動手持顯示產品背光LED驅動IC的選擇,按LCD的面積來設定需要LED點光源的個數;按LEDNN并的點亮方式來選擇不同工作原理、不同輸出能力的LED驅動IC;1.8”-3.5”手機用LCMLED點光源是2-4LED;3.5”-8.0” MP3/MP4/PDP/GPS/PND/DPFLCMLED點光源是6-28LED;12.1”-15.4”筆記本計算機用LCMLED點光源是48-60-72LED;手機有RF怕干擾,因此大多數不選用以電感器為電能儲存器的DC/DC Boost;沒有RF的消費電子產品,大多選用DC/DC Boost,因其能輸出較高電壓,和有較高效率;常用LED驅動IC有電荷泵(Charge Pump)、恒流源(Constant current)、電感升壓開關穩壓器( DC/DC Boost )。

家庭用LED照明燈驅動器

  家庭用的照明燈目前還沒有成熟的產品,家庭用的照明燈的功率要求10W以上。目前市售的1-5W LED燈在家庭只能作為壁燈和輔助照明用,因為他們的亮度還達不到白熾燈、熒光節能燈的要求,還不能作為書寫閱讀照明用。現在的高亮度LED燈價格十分昂貴,非一般老百姓能享用的。

  白光LED技術突飛猛進,用作照明燈源的單顆芯片的LED,其功率越做越大,已經大批量生產投放市場的有1W、3W、5W、10W、20W、30W、50W、100W,發光亮度最大已達到4400lm。大功率照明用LED其封裝從成品來看是單顆芯片的,其實是用NLED管芯封裝在一個單位里的(如圖4)。它們的排列組合是串并聯,它們是N個串聯,再N個并聯,然后由二點聯接電源。大功率照明用LED的大批量生產給最終生產照明用LED燈創造了必須的條件和物質基礎。


?