鄭久云韓志剛,羅勝欽:白光LED的應用與驅動文章編號:1006-6268(200908-0043-04白光LED的應用與驅動技術交鄭久云,韓志剛,羅勝欽上海同濟大學電子與信息學院,上海201800)摘要:隨著地球能源的不斷消耗和人們對綠色產品的追求,高效無污染的白光LED越來越受到人們的青睞。文中討論了白光LED的幾種主要驅動方式,并以PT4115驅動芯片為例闡逑開關電源驅動電路的原理與應用關鍵詞:白光LED;開關電源;PWM調光中圖分類號:TN431文獻標識碼:AThe Application and Driver of White-light LEDZHENG Jiu- Yun, HAN Zhi-gang, LUO Sheng-qinCollege of Electronics and information Engineering, Tongji University,Shanghai 201800, China)Abstract: With the constant consumption of energy and the people' s pursuit of the greenproduct, LED becomes more and more popular In this article we will describe severalmethods of driving white LEDs and theory of driver used in switching power with PT4115Keywords: white-light LED; switching power; PWM dimming1LED的應用性,使LED可以直接嵌入到產品之中,而無須考慮更換。因為在這個時間內,很多東西都已經要報廢處理,LED照明被稱為第4代照明技術,正以飛快的所以可以大大簡化一些產品的設計;另外,無污染,無速度向前發(fā)展。LED如此受到人們的青睞,是由于它輻射。白光LED中不含汞等有害重金屬,可以回收利所具備的各項優(yōu)點正符合了現(xiàn)在人們的追求。第一用,而且無輻射是真正的綠色光源LED具有很高的效率。由于能源的不斷消耗,人們對由于這些優(yōu)點,LED正不斷地應用到社會的各高效的產品顯然更感興趣。在傳統(tǒng)照明中普遍應用白個領域之中。熾燈而白熾燈的熱損耗高達95%,大部分的電能轉LED指示燈市場。這是LED最常規(guī)最普遍變成了熱能而耗散掉。在后來應用的熒光燈中功率的應用之一,這個市場的需求量大,但是對LED的損耗仍高達80%。而隨著LED不斷地發(fā)展,現(xiàn)在它質量要求一般不是很高價格比較便宜;的效率已經可以達到80%以上,極大提高了能源的顯示屏市場。這個市場是LED的主要應用利用率;第二,超長的壽命。LED在適當?shù)碾娏骱碗娛袌鲋袊夯ふ緩V場等各個地壓下工作,使用壽命可以長達10萬小時。這也是常規(guī)方比較好,因此價格照明用燈所無法比擬的一個優(yōu)勢。這樣的長壽命特會CNMH、,在也很活躍,整體市場超過指示燈市場。憑借著獨特優(yōu)勢,LED全彩顯收稿日期:2009-06-09g20,0第103期現(xiàn)代顯示 Advanced Display43鄭久云韓志剛羅勝欽:白光LED的應用與驅動示屏廣泛應用在體育場館、市政廣場、演唱會、車站、這個市場之中?，F(xiàn)在,在一些諸如酒店、商務會館、高機場等場所檔商用寫字樓等商用場所已有所應用。三、背光源市場。中大尺寸將成為新關注點。LED早已應用在以手機為主的小尺寸液晶面板背光市場2LED的驅動與調光技中,手機產量的持續(xù)增長帶動了背光源市場的發(fā)展交彩屏手機的出現(xiàn)更是推動了白光LED市場的快速發(fā)目前,作為光源使用的主要有 RGB LED和白光展。但隨著手機產量進入平穩(wěn)增長階段以及技術提升LED?；诓煌脑?它們的驅動方案有所不同,導致用于手機液晶面板背光源的LED數(shù)量減少,使因此在應用設計時,必須考慮采用哪種LED。前者相得LED在手機背光源中用量增速放緩,加上平均價比后者,有更廣的色譜,因此在顯示屏上能夠更好地格的不斷下降,最終導致小尺寸背光源市場增長乏還原圖像的原貌,但同時也使得驅動方案更復雜和力。現(xiàn)在LED已經應用于筆記本電腦的背光源和大代價龐大。在價格敏感的產品中,采用白光LED其屏幕彩色電視的背光源,中大尺寸背光源市場雖為廠實也是可以接受的方案。事實上,目前市場上的產品商新寵,但是目前規(guī)模還不是很大,需要在技術繼續(xù)也是以白光LED為主。下面我們主要探討白光LED突破、價格繼續(xù)下降后,規(guī)模將逐漸擴大;的驅動四、汽車市場。目前LED在汽車上的應用最主要的還是在汽車內部,比如內部指示燈、儀表盤、閱21恒流驅動和恒壓驅動讀燈等。但是如果能把LED應用到汽車的尾燈和前白光LED本質上是一個二極管結構,流過的電壓燈上,市場將是巨大的。但是從目前來看,尾燈和前和電流之間有著典型的指數(shù)關系。在器件導通后,端電燈的應用市場才剛剛起步不久,大規(guī)模引用還需要壓的微小變化就會引起比較大的導通電流的改變,而時間。這是因為LED的發(fā)光效率和亮度還需不斷提電流的變化不僅影響亮度還會影響白光的質量,引起高,價格要下降,同時國家如果能夠在政策上加以鼓色偏,這是我們在應用中理應避免的。因此,對白光勵和扶持,那么相信不久的將來,這將是一個推動LED的恒流驅動方式就會優(yōu)于恒壓驅動方式LED繼續(xù)高速向前發(fā)展的一個重要因素;五、窒內裝飾燈市場逐步啟動。室內裝飾燈市場是LED的另一新興市場。通過電流的控制,LED可22開關電源和電荷泵驅動以實現(xiàn)幾百種甚至上千種顏色的變化。在當前講究白光LED的驅動電路類型,市場上主要分為兩類:一個是有電感的基于開關電源方式的驅動電路,個性化的時代中,LED顏色的多樣化有助于LED裝如圖1所示;另一種就是電荷泵,如圖2所示。飾燈市場的發(fā)展。LED已經開始做成小型裝飾燈,應開關電源的基本原理是在開關閉合的時候,電用在酒店、居室中裝飾幕墻源對負載供電,同時對電感充電,電感存儲能量,當六、景觀照明市場。這個市場目前正快速發(fā)展。景觀照明市場主要以街道、廣場等公共場所裝飾照明為開關斷開時,負載和電感通過續(xù)流二極管形成回路,電感釋放能量。主,推動力量主要來自于政府。由于2008年北京奧運會和2010年上海世博會的影響,北京、上海等舉在實際電路中,開關管一般用功率MOS管代替。由于開關管不斷的開啟和閉合,開關管處于間歇辦地加快了景觀照明的步伐。LED在景觀照明中具有廣闊的前景,主要是它的功耗低,在大型景觀照明工作狀態(tài),電路的效率會比較高,但這個同時也帶來中具有很大的優(yōu)勢。目前,LED已經越來越多地應用了電路的EM|問題。為了解決開關電源的EM問題,除了采用常規(guī)到景觀照明市場中,相信這個市場會快速地發(fā)展;的方法比如采用濾波器或者切斷傳播途徑等手段七、通用照明市場。對于進入通用照明市場而言白光LED面臨著諸多問題,比如發(fā)光效率低、散熱不外,還可以在源頭上考慮解決的方法。在開關電路好、成本過高等問題,同時目前還沒有一個通用的中國煤化射的能量峰值主要此可以考慮把輻射LED照明標準,普遍應用起來還將是一個漫長的過中集的CNMH技術可以達到這樣程。但是LED具有的種種優(yōu)點必將使它最終進入到的目的。頻率抖動的原理是開關頻率不固定,呈周期44現(xiàn)代顯示 Advanced displayAug2009,總第103期鄭久云韓志剛,羅勝欽:白光LED的應用與驅動contr?？刂破鱁+_RLVD比較器技術交流圖1性變化。因此在電路中需要采用頻率抖動電路來產生周期性的開關頻率。這個方法能比較有效地解決電路的EM問題。相比之下,電荷泵類型驅動器,不存在EM的圖2問題。電荷泵的基本原理是在一段時間內不斷對電電能轉換效率隨著輸出電流的減小而急速下降。所以,容進行充放電和改變電容的連接關系,從而得到不用模擬調光技術時系統(tǒng)的效率會比較低。同的輸出電壓,但是電荷泵輸出的電壓缺少連續(xù)性,在輸入電壓比較高時,效率會比較低。2.42PWM調光PWM調光的原理是利用人們的視覺殘留效23串聯(lián)驅動和并聯(lián)驅動應,當LED亮暗變化頻率大于100Hz時,人們就不根據(jù)LED的連接方式可以分為串聯(lián)驅動和并會感覺到閃爍,而認為燈是一直亮著的。聯(lián)驅動。采用串聯(lián)方式驅動的LED之間,將會有極PWM調光利用脈沖信號,反復開關白光功率好的電流匹配性,流過各個LED的電流相等,發(fā)出開關。這種方式的調光只需要改變輸入脈沖信號的的白光質量幾乎一致。但是這樣的驅動方式所要求占空比,即可簡單地實現(xiàn)改變LED的亮度。PWM的驅動電壓高,是串聯(lián)的所有LED驅動電壓之和。調光的優(yōu)點在于能夠提供高質量的白光,因為在采用并聯(lián)驅動方式的LED之間有相同的驅動電壓,LED導通時流過的電流是恒定的。電流的匹配性不如采用串聯(lián)驅動,但是所需驅動電當輸入的PWM波在一個周期中,高電平時,開啟壓很低,只是一個LED的驅動電壓即可。功率開關管,LED導通,電流恒定;而在低電平期間,通路關閉,流過LED的電流為零。這樣MOS管根據(jù)輸24模擬調光和PWM調光入頻率快速反復進行開關,可以知道,只要導通時流過24.1模擬調光的電流大小是恒定的,發(fā)出的白光就不會發(fā)生色偏,而模擬調光是直接改變流過LED的電流的大小,且只要頻率大于100Hz,人眼是察覺不到閃爍的。從而調節(jié)亮度。但是從前面的論述得知,當流過LED但是,PWM調光也有其劣勢。首先是控制器比的電流發(fā)生變化時,除了亮度會改變以外,也會影響較復雜;其次則是驅動電路很容易產生人們聽得到白光的質量,即不同電流下發(fā)出的白光有色偏。這在的噪聲。因為這種驅動器一般都屬于開關電源器件某些對白光質量要求比較高的場合是不適用的,比當開關頻率落在200Hz到20kH之間時,會使得電如LcD的背光應用。但是這種調光方式的電路簡感中的線圈之間相互產生機械振動,電感發(fā)出的噪單,調節(jié)的精度也比較高,因此在要求不高的場合還聲就能夠被人耳聽到。所以為了避免PWM調光時是會獲得一些應用。產生可聽得見的噪聲,白光LED驅動器應能夠提供模擬調光最大的優(yōu)勢是它避免了調光時所產生的超出人耳可聽見范圍的調光頻率噪聲。在采用模擬調光技術時,LED的正向導通壓降會隨著LED電流的減小而降低,使得白光LED的能耗3凵中國煤化k的典型應用也有所降低。但是有別于PWM調光技術,在模擬調光CNMHG時白光LED驅動器始終處于工作模式,并且驅動器的PT4115是一款基于開關電源的白光LED驅動Aug2009,總第103期現(xiàn)代顯示 Advanced Display45鄭久云韓志剛,羅勝欽:白光LED的應用與驅動器,可以用于驅動一個或者多個串聯(lián)LED。它主要應用在車載LED燈、LED備用燈、LED信號燈等場合。圖3是芯片的應用框圖,該芯片內部集成功率管,采電壓調整器用高端電阻檢測法,外圍電路極其簡單,只需要4個抆元器件,即使與電荷泵驅動電路相比,整個電路占用基準電壓電流交的空間也顯得非常小。做神內+比較器>→輸出驅動調光模塊溫度保護DVIN CSN調光模塊和比較器組成電路的功能模塊。通過外部的輸入直流電壓或者輸入PWM波,調光模塊DIMDIMPT4115輸出電壓與比較器比較后輸出高低電平來驅動功率GND開關管,從而來控制流過LED的電流。邏輯電路則是實現(xiàn)頻率抖動的關鍵。邏輯電路圖3選擇不同的電壓作為比較器的比較電壓,從而改變PT4115是一款降壓型的驅動芯片。輸出電流最開關管的開關頻率,實現(xiàn)頻率抖動,把能量分散到各高可以達到12A。通過芯片上的DM端可以方便頻率點上,大大減小了EM。的進行模擬或PWM調光。保護模塊包括溫度保護和欠壓保護,保護電路模擬調光時,DM端電壓要在O5到25之在異常工作狀態(tài)下及時關閉芯片,使電路免遭破壞,間。電流大小為而在情況恢復正常時,芯片重新開始工作。0.1xV-25×4結論VmM為DM端直流電位,R5為采樣電阻的大隨著LED技術的不斷突破和創(chuàng)新,LED在社會數(shù)字調光時DM端輸入方波脈沖信號,方波幅生活中必將扮演越來越重要的角色。同時開發(fā)高效值應該超過25V但是應小于5V。電流大小為的LED驅動器也是使LED能夠廣泛應用的保證。0.1×D,(0≤D≤100%)參考文獻D為方波信號的占空比。1時斌大功率LED太陽能照明系統(tǒng)相關電路設計中但是如果方波信號幅值小于25時,電流國照明電器2007.1的計算如下所示2 Tony Armstrong.RGB與白光LED如何取舍J電子與VM×01×D電腦20086.25×3105Ww≤25)3]付佳升壓型雙模式PM+LED驅動芯片設計D杭州浙江大學2007圖4為芯片的內部原理圖,芯片主要有電壓調4]周正王世山頻率抖動技術抑制變換器電磁干整器、帶隙基準、調光模塊、比較器、邏輯電路和保護擾分析J通信電源技術,2008,251)電路組成電壓調整器的作用是輸入電壓變成邏輯電平電作者簡介:鄭久云,上海同濟大學電子與信息學院在壓給低壓電路和邏輯電路供電,帶隙基準則是給電讀中國煤化工芯片設計,E-malt路提供各種基準電壓或者電流。只有這兩個模塊正CNMHG常工作后,其他模塊才能正常工作。46現(xiàn)代顯示 Advanced DisAug2009,總第103期