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背光及照明用LED驅動(dòng)IC技術(shù)應用分析

發(fā)布時(shí)間:2017-06-05 00:56:35

  要:從技術(shù)和市場(chǎng)經(jīng)濟的角度對LED驅動(dòng)IC的需求迅速增長(cháng)作出分析,消費電子用LED驅動(dòng)器的技術(shù)和市場(chǎng)比較成熟,家庭照明用LED驅動(dòng)器還有技術(shù)瓶頸尚待突破。

關(guān)鍵詞:LED驅動(dòng)器,LED燈,LCD背光

  LED作為綠色環(huán)保的清潔光源得到廣泛的認可。LED使用壽命長(cháng)、節能省電、應用簡(jiǎn)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(xué)習機、筆記本計算機等的手持產(chǎn)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(chē)的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車(chē)燈、方向燈、尾燈;以及將在家庭照明都會(huì )得到海量的應用。

  目前手機彩屏背光應用占LED驅動(dòng)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(chǎn)量由2006年的8億臺增長(cháng)到2007年的11億臺,增幅達40%,2008年預計將生產(chǎn)15億臺。2007年中國手機出貨量將增長(cháng)21.9%,達5.58億部 ,占據全球市場(chǎng)的一半左右 。按80%手機采用彩屏計算,2007年手機產(chǎn)品應用的LED驅動(dòng)IC6億顆規模。預估LED驅動(dòng)IC在消費性電子產(chǎn)品市場(chǎng)將繼續成倍增長(cháng)。

  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(shí)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(zhì)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(chǎn)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(hù)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(chǎn)量為8,500萬(wàn)臺,采用LED作為背光的筆記本計算機將達到680萬(wàn)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(jīng)十分清晰。2009LED驅動(dòng)IC出貨量將達9.1億顆,年復合成長(cháng)率將達32%。

LED驅動(dòng)IC目前市場(chǎng)需求

  LED驅動(dòng)IC目前市場(chǎng)需求按應用來(lái)分基本有三大類(lèi),一是用于消費性電子產(chǎn)品的,其應用特點(diǎn)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(dòng)器是目前量大面廣的產(chǎn)品;二是用于汽車(chē)照明產(chǎn)品,因其電源來(lái)自汽車(chē)蓄電池,一般是48V,所以需要較高電壓降壓的LED驅動(dòng)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(dòng)IC,主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源,并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配。因而不同應用的LED驅動(dòng)IC是完全不同的。

  消費性電子產(chǎn)品的LED驅動(dòng)器擁有比較成熟的技術(shù)、產(chǎn)品和相對成熟的市場(chǎng)。2007年全球手機市場(chǎng)使用LED驅動(dòng)IC6億顆,2008年將繼續增長(cháng)。

  汽車(chē)照明產(chǎn)品使用的LED等的數量較多,大多是串、并聯(lián)驅動(dòng),需要較高的電壓,對于取自48V汽車(chē)蓄電池的電源來(lái)說(shuō)是十分方便的。目前能耐60V高壓的LED驅動(dòng)器新品推出已較多。因而在汽車(chē)前裝市場(chǎng)直接采用LED的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車(chē)燈、方向燈、尾燈的市場(chǎng)十分看好和樂(lè )觀(guān)。

  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(dòng)IC,目前還不能提供單個(gè)SOC的集成電路產(chǎn)品,大多數是模塊電路。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(zhù)。社會(huì )對家庭用LED照明燈需要量將是一個(gè)天文數字,但目前的家庭用LED照明燈技術(shù)和生產(chǎn)成本離大批量生產(chǎn)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(dòng)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(guān)的是顏色、波長(cháng)、發(fā)光亮度、發(fā)光角度、效率、功耗。VF前降電壓是為LED發(fā)光建立一個(gè)正常的工作狀態(tài)。IF前降電流是促使LED發(fā)光,發(fā)光亮度與流過(guò)的電流成正比例。LED VF標稱(chēng)電壓:3.4V±0.2。LED IF工作電流按應用需要選用,LED產(chǎn)品的IF5-500mA。以手機為例,手機鍵盤(pán)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(chǎn)品常用LED驅動(dòng)IC

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

  DC/DC開(kāi)關(guān)穩壓器是用電感器來(lái)儲存電能的,而電感器容易發(fā)射開(kāi)關(guān)頻率,易對射頻(RF)發(fā)生新的干擾,因此在手機產(chǎn)品中用得較少。電荷泵也是一種開(kāi)關(guān)穩壓器,但它是用電容器作電能儲能,因而不會(huì )發(fā)射開(kāi)關(guān)頻率,在手機產(chǎn)品中占了最大的份額。LED發(fā)光要求IF恒流,恒流源就是針對這個(gè)市場(chǎng)而特別設計、生產(chǎn)的,恒流源的價(jià)格是電荷泵的50%,因而近年來(lái)在普及型手機產(chǎn)品中也占有一定的份額。普及型手機產(chǎn)品苛求成本下降,手機背光驅動(dòng)單元尚可榨油的就是降低LED驅動(dòng)IC的成本,大多數手機的關(guān)機電壓設計在電池電壓降至3.3V時(shí),因此恒流源就設計成在4.2V-3.3V時(shí)恒流輸出20-30MmA,3.3V以下輸出電流急降。電荷泵的賣(mài)點(diǎn)是效率(η),但大多數電荷泵在4.2V-3.3V時(shí)其轉換效率并不高,當電池電壓降到3.0V-2.5V時(shí)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(fā)揮其優(yōu)勢。LDO是一個(gè)性能很好的低壓差穩壓器,輸出電壓穩定,當負載不變時(shí),它流過(guò)負載的電流也恒定,基于此原理的LDO也是一個(gè)很好的LED驅動(dòng)器。就目前手機用LED驅動(dòng)IC而言,一個(gè)DC/DCBoost)的售價(jià)是USD0.12-0.15,一個(gè)電荷泵的售價(jià)是USD0.20-0.25,一個(gè)恒流源的售價(jià)是0.09-0.12,一個(gè)LDO只幾分美金,對于降低手機背光驅動(dòng)單元成本,有一定的空間,今年來(lái)不少普及型手機都已選用。

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

  沒(méi)有RF部分的消費電子產(chǎn)品的LCD屏背光驅動(dòng)可以選用DC/DC開(kāi)關(guān)穩壓器,LED一般是N串聯(lián)+N并聯(lián)使用,工作電壓略高,工作電流較小。多個(gè)LED的串并聯(lián)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(dòng)手持顯示產(chǎn)品背光LED驅動(dòng)IC的選擇

  移動(dòng)手持顯示產(chǎn)品背光LED驅動(dòng)IC的選擇,按LCD的面積來(lái)設定需要LED點(diǎn)光源的個(gè)數;按LEDNN并的點(diǎn)亮方式來(lái)選擇不同工作原理、不同輸出能力的LED驅動(dòng)IC;1.8”-3.5”手機用LCMLED點(diǎn)光源是2-4LED;3.5”-8.0” MP3/MP4/PDP/GPS/PND/DPFLCMLED點(diǎn)光源是6-28LED;12.1”-15.4”筆記本計算機用LCMLED點(diǎn)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(méi)有RF的消費電子產(chǎn)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(dòng)IC有電荷泵(Charge Pump)、恒流源(Constant current)、電感升壓開(kāi)關(guān)穩壓器( DC/DC Boost )。

家庭用LED照明燈驅動(dòng)器

  家庭用的照明燈目前還沒(méi)有成熟的產(chǎn)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(shū)寫(xiě)閱讀照明用?,F在的高亮度LED燈價(jià)格十分昂貴,非一般老百姓能享用的。

  白光LED技術(shù)突飛猛進(jìn),用作照明燈源的單顆芯片的LED,其功率越做越大,已經(jīng)大批量生產(chǎn)投放市場(chǎng)的有1W、3W、5W、10W、20W、30W、50W、100W,發(fā)光亮度最大已達到4400lm。大功率照明用LED其封裝從成品來(lái)看是單顆芯片的,其實(shí)是用NLED管芯封裝在一個(gè)單位里的(如圖4)。它們的排列組合是串并聯(lián),它們是N個(gè)串聯(lián),再N個(gè)并聯(lián),然后由二點(diǎn)聯(lián)接電源。大功率照明用LED的大批量生產(chǎn)給最終生產(chǎn)照明用LED燈創(chuàng )造了必須的條件和物質(zhì)基礎。


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