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LED背光照明系统 的设计方案选项

  • 发布日期:2007-01-31 浏览次数344

      LED正成为中小型彩色显示器背光照照明应用的主流器件。LED的选择是决定显示子系统设计最佳性价比的关键因素。此外,LED驱动IC能与较低成本的LED协同工作,通过多种方法提升现有LED的性能。除亮度控制外,这些驱动IC还能实现精确的亮度匹配。或允许使用一系列具备不同VF特性的LED。本文介绍各种基于LED的背光照明设计方案选项,以及在考虑成本因素和各种设计方法利弊的前提下,如何优化系统性能。

1.led驱动电路
    设计人员为便携应用选择LED驱动电路时,一般考虑成本和性能因素。系统设计的一个约束条件是可用电池功率和电压,其它约束条件还包括功能特性,例如针对环境光线作出调整及建立LED的架构。
    LED可根据不问参数进行筛分,包括正向电压及特定正向电流时的色度和亮度。举例说,白光LED的正向电压范围通常为3.5~4V,典型工作电流为15~20mA。当多个LED在一个背光照明设备应用时,这些LED通常都会进行匹配,以产生均匀的亮度。因此,LED制造商所提供经“差异筛选”或匹配的LED,在某个特定电压范围内其VF或其它参数都是匹配的。这些VF差异通常为3.5~3.65V、3.65~3.8V,以及3.8~4.0V,飞兆半异体最新产品的指定电压为3V。低VF LED小型显示器设备应用,至于较大的彩色显示器通常需要较高的亮度,一般采用中等至高VF值的LED。
    一般来说,LED的VF值是系统设计的重要变数。因为由普通电池供电的便携产品如蜂窝电话所使用单一的锂离子电池,其电压范围为2.7~4.2V。如果将系统对电池工作电压的要求设计为不低于3V,设计人员就可以直接使用低至3V且未经稳压的电池电压来驱动LED。
其它经区配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示的颜色,大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言,筛选工艺可测量在给定正向操作电流下的发光强度。

2.使用led驱动IC优化设计
    目前,市场上已有能够驱动多个LED的驱动IC,其功能包括电压提升以至驱动多个串联LED,以便与每列包含一人或多个LED的多例LED进行电流匹配。特定驱动IC可提供独立于LED VF的精确电流匹配,使用这类IC可省去VF差异筛选取的有关费用。另一项常用功能是亮度控制,有助于提供更多功能和改善电源管理。

3.多个led的亮度匹配
   将多个LED连接在一起使用时,正向电压和电流均必须匹配,整个组件才能产生一致的亮度。实现恒定电流最简单的方法,是将经过正向电压筛选的LED串联起来。筛选工作可由LED供应商进行,或在用户的制造场所完成。筛选过程能够按照设计人员的匹配要求建立已匹配产品的差异等级。

4.成本考虑
   随着系统采用匹配LED的数量增加,有关成本也会因为所需的差异筛选工艺而相应增加。在这情况下,驱动IC提供了良好的解决方案。
最简单的驱动设计:串联
    串联LED能确保供应至各个器件的电流一致。图1所示为驱动4个串联LED组件的典型驱动IC电路,它具有从LED到驱动电路的反馈功能和附加的调节电阻器,可以实现亮度调暗功能。
    如果总体正向电压VF为12V的4个LED与16V驱动电路一起使用,就必须使用具有升压功能的简单LED驱动电路,以便为每个LED提供充足的电压。但由于经差异筛选LED的VF值存在一个变化范围,LED之间的压差会随之变化,有可能影响亮度的均匀性。

5.led驱动IC选项
    现有驱动IC还具有其它功能特点,包括软起动、短路保护,以及能将外围部件数减至最少的LED驱动电路。

6.并联设计选项
    在并联设计中,多个LED由具备独立电流的驱动电路来驱动。并联设计基于低驱动电压,因此无需带电感的升压电路。此外,并联设计提供低电磁干扰、低噪声和高效率,且容错性较强。在串联设计中,一个LED发生故障就会导致整个背光照明子系统失效,而并联设计可避免这种个严重缺陷。

7.有源电流匹配并联设计
   现有两种用于并联配置的驱动IC:一种是具匹配VF的LED驱动IC;另一种是利用未匹配VF的LED驱动IC。
(1)驱动匹配的LED
图2(a)中的电路使用具有内部匹配电流源的LED驱动IC,来驱动并联的匹配LED。驱动IC在现有的3.3~5.5V总线电压下运行,LED的电流通过单一的外部电阻器来调节。由于不需要DC-DC转换进行升压,故无需采用外部电感,因此电路的电磁干扰和纹波可达到最小。如果电源电压稳定且经过稳压处理,VDDVIN)和Vcontrol便可连接在

 

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