畢竟是什么力量驅(qū)動其增加潛力？首先，LED的發(fā)光效率是白熾燈泡的十倍，同時(shí)也是熒光燈的兩倍，因此，當(dāng)供給一個(gè)給定的光輸出量(單位為流明)時(shí)，它所需的電能及產(chǎn)生的熱量大幅降落；而隨著LED的發(fā)展，它從電能產(chǎn)生光通量的效率將持續(xù)升高。其次，LED照明毋需要把持、***露和處理熒光燈泡中常見的有毒汞蒸汽，符合環(huán)保概念。第三則是白熾燈泡每1,000小時(shí)就須調(diào)換，熒光燈泡的應(yīng)用期限為10,000小時(shí)，而LED的壽命則長達(dá)100,000小時(shí)以上，促使LED能夠被永久嵌進(jìn)于終極產(chǎn)品或系統(tǒng)中，而毋須采用某種固定物。 LED實(shí)現(xiàn)高對照度比/高分辨率
其中的利用實(shí)例包含汽車的車身面板或高畫質(zhì)電視(HDTV)中的液晶顯示器(LCD)，由于它們在汽車或HDTV的應(yīng)用期限內(nèi)將永遠(yuǎn)不須調(diào)換。此外，LED的面積和高度要比同類調(diào)換計(jì)劃小幾個(gè)等級，而且可以制作成非常扁平的外形，因此能永久性嵌進(jìn)于汽車的內(nèi)部和外部裝置及扁平的花費(fèi)類電子產(chǎn)品中。另外，透過紅光、綠光和藍(lán)光LED配置，還可以供給無限多種彩色光。LED的調(diào)光和接通/關(guān)斷把持速度之快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類肉眼的分辨才能，因而在背光利用HDTV及其它類型的顯示器中，帶來了宏大的改良。假如沒有LED，高對照度和高分辨率的HDTV將無法實(shí)現(xiàn)。
然而，照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師所面臨的最大挑釁之一是如何最佳化最新一代LED的上風(fēng)？由于LED通常需要一個(gè)準(zhǔn)確而高效的直流電(DC)電流源及一種調(diào)光方法，因此，必需設(shè)計(jì)LED驅(qū)動IC以在眾多利用中滿足這些請求。電源解決計(jì)劃必需具備高效、功效堅(jiān)固性、精小和具本錢效益等特點(diǎn)。因此對于LED驅(qū)動IC而言，汽車?yán)煤痛笮虷DTV 液晶顯示器的背光利用是諸多極苛刻利用中的兩個(gè)實(shí)例。
由于LED在汽車?yán)弥兴鶕碛械木C合上風(fēng)，各種汽車照明情勢已全面采用，從車前燈到儀表盤/導(dǎo)航裝置的背光及普通的車身內(nèi)部/外部照明等一應(yīng)俱全。傳統(tǒng)上一直由冷陰極管(CCFL)供給的HDTV背光利用正在逐漸地被范圍較大、能夠以單獨(dú)的LED串調(diào)光的高亮度LED陣列所代替，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的局部調(diào)光。相較于采用CCFL背光源的傳統(tǒng)HDTV，將使對照度比提高一個(gè)等級。由于具有局部調(diào)光才能和超快的響應(yīng)時(shí)間，因此可以實(shí)現(xiàn)LED亮度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而解決在CCFL背光照明HDTV固有的運(yùn)動圖像含混標(biāo)題。
汽車照明利用逐漸采用LED
高亮度LED具備尺寸小、低功耗和快速接通時(shí)間等上風(fēng)，因此被汽車廣泛采用的局面。LED在汽車中的初始利用是中心高架停車燈(CHMSL)；此利用應(yīng)用紅光LED供給一個(gè)非常扁平的照明陣列，該照明陣列易于安裝，而且永遠(yuǎn)不需要調(diào)換。
傳統(tǒng)上，白熾燈泡是最為經(jīng)濟(jì)的光源，且仍被很多汽車所采用。然而，隨著可用照明空間的日益縮小及對照明光源應(yīng)用壽命請求的不斷提高，在很多利用中，由LED所供給的燈光色彩和精簡型設(shè)計(jì)計(jì)劃正敏捷代替白熾燈泡。信息娛樂系統(tǒng)中的傳統(tǒng)CCFL背光已漸被白光LED陣列代替，白光LED陣列供給了更精準(zhǔn)且可調(diào)的背光且可輕松超出汽車壽命的應(yīng)用期限。
另外，人們還在利用一種“可把持”型高電流LED陣列開發(fā)車前燈。該范疇一直是被鹵素/氙燈絲設(shè)計(jì)所獨(dú)占的。幾乎所有的汽車照明利用(包含車身內(nèi)部/外部照明和背光照明利用)都將逐步采用LED。在該環(huán)境中應(yīng)用LED的利益具有諸多積極的含意。首先，LED永遠(yuǎn)不須調(diào)換，由于其長達(dá)100,000小時(shí)以上的固態(tài)壽命(應(yīng)用年限為11.5年)比汽車的應(yīng)用壽命還要長。這使得汽車制作商能夠把它們永久性地嵌進(jìn)「車艙內(nèi)」的照明系統(tǒng)中，而毋須像以往預(yù)留用來調(diào)換燈絲燈泡的進(jìn)口。由于LED照明系統(tǒng)不需白熾燈泡所請求的安裝深度或面積，因此還可使汽車的造型產(chǎn)生引人注視標(biāo)明顯變更。
圖1為近期投產(chǎn)的Lexus LS600h LED頭燈。奧迪(Audi)的R8和通用汽車(GM)的Escalade也擁有類似的選項(xiàng)。所有這些車輛的總體照明配置都是類似的。每個(gè)車前燈部件包含五種專為所有照明請求而最佳化的LED光束，這些光束包含近光、遠(yuǎn)光、彎道光、晝間行駛燈和方向燈，全由LED來供給。尺度光束一般將需要35～50瓦的功率。聽起來似乎并不太多，但LED供給的光通量是鹵素?zé)舻氖?，因此，LED的光輸出相當(dāng)于500瓦鹵素?zé)?。遠(yuǎn)光所需的功率與尺度光束雷同或稍高，而彎道光、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向訊號需要較少的功率。這些光束均可利用單個(gè)HB LED驅(qū)動器驅(qū)動，由于電能耗費(fèi)可能超過200瓦，可見采用發(fā)熱量極少的高效率LED驅(qū)動器的重要性。
圖1 HB LED Lexus LS600h前照燈/方向燈/大燈
LED驅(qū)動電路晉升產(chǎn)品性能
為了確保最佳的性能和長久的工作壽命，LED需要一個(gè)有效的驅(qū)動電路。這些驅(qū)動電路必需能夠從相當(dāng)苛刻的汽車電源總線獲取工作電源，而且還應(yīng)兼具本錢和空間“效益性”。為了保持其長久的工作壽命，必定不得超過LED的電流和溫度限值。
大多數(shù)前照燈利用都需要大約50瓦的LED電流。有廠商專為此利用而設(shè)計(jì)能把汽車總線電壓(標(biāo)稱值為12伏特)晉升至高達(dá)60伏特，以驅(qū)動多達(dá)十四個(gè)串聯(lián)的1安培LED(圖2)。
圖2 采用LED驅(qū)動器解決計(jì)劃的50瓦前照燈電路圖
圖3顯示某LED驅(qū)動器解決計(jì)劃的效率可高達(dá)93％，它免除了對任何功率組件進(jìn)行散熱的需要，從而實(shí)現(xiàn)了非常精小的接腳占位。固然圖2中的電路是升壓模式架構(gòu)，但應(yīng)用了奇特的高壓側(cè)電流檢測設(shè)計(jì)，使其還能夠根據(jù)利用的特別請求而被配置成升壓、降壓模式、升降壓模式或反馳式架構(gòu)。
圖3 圖2所示電路的效率曲線
該解決計(jì)劃的設(shè)計(jì)是從一個(gè)內(nèi)部調(diào)節(jié)7伏特電源來驅(qū)動一個(gè)低壓側(cè)外部N通道金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(MOSFET)。固定頻率、電流模式架構(gòu)在一個(gè)寬廣的電源和輸出電壓范疇內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固和精準(zhǔn)的運(yùn)作。若LED驅(qū)動器IC想在輸進(jìn)電壓不穩(wěn)固的情況下實(shí)現(xiàn)恒定的LED亮度，其設(shè)計(jì)中必需供給一個(gè)定電流源。這對汽車?yán)锰貏e重要，由于輸進(jìn)電壓會在冷啟動和負(fù)載突降等過程中碰到瞬變而產(chǎn)生宏大擺動，因此，相干解決計(jì)劃的最大輸進(jìn)電壓請求，即使主汽車總線蒙受瞬態(tài)電壓的情況下，也要能調(diào)節(jié)LED電流和電壓。
此外，一個(gè)參考于地電位的電壓回饋針腳可充當(dāng)眾多LED保護(hù)功效電路(如開路LED保護(hù))的輸進(jìn)，并使轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電壓源的作用。一個(gè)頻率調(diào)節(jié)接腳則答應(yīng)應(yīng)用者在100k～1MHz的范疇內(nèi)進(jìn)行頻率設(shè)置，以最佳化效率和性能，同時(shí)最大限度地縮減外部組件尺寸。
目前相干廠商設(shè)計(jì)中有True Color脈沖寬度調(diào)變(PWM)調(diào)光功效可實(shí)現(xiàn)高達(dá)3,000:1的調(diào)光比，而發(fā)射光的色彩無變更(圖4)，從而使得能夠利用PWM的工作周期來對LED前照燈進(jìn)行經(jīng)常性的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種環(huán)境條件。由于凌力爾特的高電流LED驅(qū)動器是電流模式穩(wěn)壓器，因此它們并非直接調(diào)節(jié)電源開關(guān)的工作周期，而是由回授回路負(fù)責(zé)在每個(gè)周期中把持開關(guān)中的峰值電流。相較于電壓模式把持，電流模式把持改良了回路動態(tài)特征，并供給了逐周期電流限制。
圖4 圖2中True Color PWM調(diào)光示意圖
HDTV增加帶動 LED背光利用
汽車中的信息娛樂和導(dǎo)航顯示器的LED背光利用刺激了具高調(diào)光比的HB LED背光源利用，汽車內(nèi)部各種環(huán)境照明條件使得寬調(diào)光比范疇成為必需，而在HDTV利用中，這也是產(chǎn)生彩色的最大動態(tài)范疇所需要的。增加速度最快的花費(fèi)類電子產(chǎn)品市場之一是平面HDTV。由于花費(fèi)者需要屏幕較大的HDTV和較高的分辨率，因此這種需求敏捷地從等離子體HDTV轉(zhuǎn)移到了LED HDTV。
根據(jù)DisplaySearch猜測，等離子體HDTV的銷售額于2008年達(dá)到顛峰(240億美元)，而液晶HDTV則在2008年實(shí)現(xiàn)750億美元的市場銷售額，并將在2010年以前增加至930億美元。然而，液晶HDTV存在很多毛病，包含運(yùn)動含混和彩色再現(xiàn)性等，也就是說，目前這一代液晶HDTV無法獲得真正的「玄色」，而且供給了所有彩色的一個(gè)較低的動態(tài)范疇。傳統(tǒng)HDTV采用CCFL作為背光源，而且僅能供給450～650cd/m2的對照度比。這些HDTV的重要標(biāo)題是其不能完整關(guān)斷CCFL背光源或?qū)χM(jìn)行局部調(diào)光。
與此相反，當(dāng)采用HB LED背光源時(shí)，一個(gè)能夠以背光LED串進(jìn)行局部調(diào)光或關(guān)斷把持的LED陣列(對于46吋顯示器而言，LED的數(shù)目多達(dá)一千六百個(gè))幾乎供給了比CCFL設(shè)計(jì)高出一個(gè)數(shù)目級的對照度比(>4,000cd/m2)。此外，透過調(diào)節(jié)背光LED串的亮度，還可以復(fù)制更多的中間色調(diào)，從而使得圖像更加活潑逼真。
能夠在局部地位將LED完整關(guān)斷的另一個(gè)利益是可減少運(yùn)動含混。通過在訊框與訊框間將LED完整關(guān)斷，由快速運(yùn)動物體所引起的圖像含混實(shí)際上將被打消。在解決CCFL背光液晶電視所常見的快速運(yùn)動含混標(biāo)題的過程中，LED的快速響應(yīng)速率是相當(dāng)重要的。
要想使LED背光HDTV成為可行計(jì)劃，關(guān)鍵因素之一便是LED驅(qū)動IC。由于每塊顯示屏包含如此之多的LED，因此LED驅(qū)動器電路必需具有非常高的效率，否則顯示器將產(chǎn)生嚴(yán)重的熱標(biāo)題，并須采用體積宏大的散熱片，這與花費(fèi)者期盼平面HDTV外形更平、重量更輕的愿看背道而馳。此外，這些驅(qū)動器IC還必需能夠供給非常寬的調(diào)光比(高達(dá)5,000:1)以實(shí)現(xiàn)所需的寬對照度比。最后，全部LED驅(qū)動器解決計(jì)劃必需非常精小，以培養(yǎng)大多數(shù)花費(fèi)者所請求非常扁薄的HDTV格式。
根據(jù)廠商降壓模式LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)，其具有十六個(gè)單獨(dú)的信道，每個(gè)信道能夠從高達(dá)45伏特的輸進(jìn)來驅(qū)動由多達(dá)十個(gè)50毫安LED所組成的LED串。每個(gè)信道可被用來驅(qū)動一串(十個(gè))LED以供給局部調(diào)光。其十六個(gè)通道均可進(jìn)行獨(dú)立把持，并且具有一個(gè)單獨(dú)的PWM輸進(jìn)，該輸進(jìn)能夠供給高達(dá)5,000:1的PWM調(diào)光比。每個(gè)通道僅需要一個(gè)片式電感和一個(gè)甚至更小巧的陶瓷輸出電容。其它的必需組件僅為單個(gè)輸進(jìn)電容和用于斷定電流的設(shè)定電阻(圖5)。具箝位二極管、電源開關(guān)及具補(bǔ)償功效的把持邏輯電路所有十六個(gè)信道均被整合在較小的五十六接腳、5毫米×9毫米QFN封裝之產(chǎn)品中。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)擁有92％的峰值效率(在2MHz開關(guān)頻率條件下)，因而免除了增設(shè)外部散熱裝置的需要(圖6)。
圖5 一個(gè)從45伏特輸進(jìn)來驅(qū)動一百六十個(gè)白光LED的十六信道LED驅(qū)動器示意圖。(PWM調(diào)光比為5000:1)
圖6 圖5所示的160-LED驅(qū)動器的效率高于92％
圖7表現(xiàn)5,000:1PWM調(diào)光波形和一個(gè)外觀非常方正的LED電流波形。即使在導(dǎo)通時(shí)間僅為2微秒的情況下，一個(gè)20毫安LED電流仍然與100Hz的PWM訊號同步接通和關(guān)斷。下降PWM頻率可以實(shí)現(xiàn)較高的PWM調(diào)光比，但100Hz頻率能夠確保不呈現(xiàn)可見閃耀。
圖7 圖5所示電路的5000:1 PWM調(diào)光波形
所有十六個(gè)通道的滿LED亮度均利用單個(gè)外部電阻器來設(shè)定。每個(gè)通道具有雷同的編程LED電流--設(shè)定在10～50毫安之間。各通道之間的LED電流準(zhǔn)確度在8％以內(nèi)。True Color PWM調(diào)光采用了一個(gè)減小的工作周期，目標(biāo)在供給準(zhǔn)確的調(diào)光，而不使發(fā)射光的彩色產(chǎn)生任何偏移。固定頻率、電流模式把持計(jì)劃在一個(gè)很寬輸進(jìn)和輸出電壓及電流范疇內(nèi)供給穩(wěn)固的把持。對流過用于每個(gè)通道的內(nèi)部檢測電阻和內(nèi)部開關(guān)的LED電流的直接把持及用于每個(gè)信道的把持電路供給了合適LED驅(qū)動的出色恒定電流源調(diào)節(jié)性能。內(nèi)部100毫安電源開關(guān)和五十六接腳QFN封裝的外露散熱墊供給了足以處理十六個(gè)通道的功耗和發(fā)熱量(在50毫安電流條件下)的電源治理和熱治理。
LED照明利用在汽車和LCD HDTV中敏捷普及，使得對高電流LED利用中的LED驅(qū)動IC產(chǎn)生了很多特別的效能請求。在汽車中，這些利用從前照燈到內(nèi)部照明等不一而足。在HDTV中，LED則供給了一種更精密的局部調(diào)光法，大幅改良了圖像質(zhì)量。
此外，在汽車和HDTV市場以外的眾多貿(mào)易和產(chǎn)業(yè)環(huán)境中，LED的利用也非常廣泛，它們同樣具有這些高性能大多數(shù)的請求。這些LED驅(qū)動器還必需能夠供給定電流，以保持均勻的亮度，而不受輸進(jìn)電壓或LED正向電壓變更的影響，且須實(shí)現(xiàn)高工作效率，且供給寬調(diào)光比。另外，這些利用還需要接腳占位非常精小及散熱效率很高的解決計(jì)劃。面對汽車、HDTV利用及眾多其它LED設(shè)計(jì)請求，開發(fā)高電流LED驅(qū)動器產(chǎn)品系列實(shí)為重要課題。
