白光LED的應用與驅動(dòng)

鄭久云韓志剛,羅勝欽:白光LED的應用與驅動(dòng)文章編號:1006-6268(200908-0043-04白光LED的應用與驅動(dòng)技術(shù)交鄭久云,韓志剛,羅勝欽上海同濟大學(xué)電子與信息學(xué)院,上海201800)摘要:隨著(zhù)地球能源的不斷消耗和人們對綠色產(chǎn)品的追求,高效無(wú)污染的白光LED越來(lái)越受到人們的青睞。文中討論了白光LED的幾種主要驅動(dòng)方式,并以PT4115驅動(dòng)芯片為例闡逑開(kāi)關(guān)電源驅動(dòng)電路的原理與應用關(guān)鍵詞:白光LED;開(kāi)關(guān)電源;PWM調光中圖分類(lèi)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(chǎn)品之中,而無(wú)須考慮更換。因為在這個(gè)時(shí)間內,很多東西都已經(jīng)要報廢處理,LED照明被稱(chēng)為第4代照明技術(shù),正以飛快的所以可以大大簡(jiǎn)化一些產(chǎn)品的設計;另外,無(wú)污染,無(wú)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(diǎn)正符合了現在人們的追求。第一用,而且無(wú)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(diǎn),LED正不斷地應用到社會(huì )的各高效的產(chǎn)品顯然更感興趣。在傳統照明中普遍應用白個(gè)領(lǐng)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(chǎng)。這是LED最常規最普遍變成了熱能而耗散掉。在后來(lái)應用的熒光燈中功率的應用之一,這個(gè)市場(chǎng)的需求量大,但是對LED的損耗仍高達80%。而隨著(zhù)LED不斷地發(fā)展,現在它質(zhì)量要求一般不是很高價(jià)格比較便宜;的效率已經(jīng)可以達到80%以上,極大提高了能源的顯示屏市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)是LED的主要應用利用率;第二,超長(cháng)的壽命。LED在適當的電流和電市場(chǎng)中國煤化工站廣場(chǎng)等各個(gè)地壓下工作,使用壽命可以長(cháng)達10萬(wàn)小時(shí)。這也是常規方比較好,因此價(jià)格照明用燈所無(wú)法比擬的一個(gè)優(yōu)勢。這樣的長(cháng)壽命特會(huì )CNMH、,在也很活躍,整體市場(chǎng)超過(guò)指示燈市場(chǎng)。憑借著(zhù)獨特優(yōu)勢,LED全彩顯收稿日期:2009-06-09g20,0第103期現代顯示 Advanced Display43鄭久云韓志剛羅勝欽:白光LED的應用與驅動(dòng)示屏廣泛應用在體育場(chǎng)館、市政廣場(chǎng)、演唱會(huì )、車(chē)站、這個(gè)市場(chǎng)之中?，F在,在一些諸如酒店、商務(wù)會(huì )館、高機場(chǎng)等場(chǎng)所檔商用寫(xiě)字樓等商用場(chǎng)所已有所應用。三、背光源市場(chǎng)。中大尺寸將成為新關(guān)注點(diǎn)。LED早已應用在以手機為主的小尺寸液晶面板背光市場(chǎng)2LED的驅動(dòng)與調光技中,手機產(chǎn)量的持續增長(cháng)帶動(dòng)了背光源市場(chǎng)的發(fā)展交彩屏手機的出現更是推動(dòng)了白光LED市場(chǎng)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(zhù)手機產(chǎn)量進(jìn)入平穩增長(cháng)階段以及技術(shù)提升LED?；诓煌脑?它們的驅動(dòng)方案有所不同,導致用于手機液晶面板背光源的LED數量減少,使因此在應用設計時(shí),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(jià)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(chǎng)增長(cháng)乏還原圖像的原貌,但同時(shí)也使得驅動(dòng)方案更復雜和力?，F在LED已經(jīng)應用于筆記本電腦的背光源和大代價(jià)龐大。在價(jià)格敏感的產(chǎn)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(chǎng)雖為廠(chǎng)實(shí)也是可以接受的方案。事實(shí)上,目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品商新寵,但是目前規模還不是很大,需要在技術(shù)繼續也是以白光LED為主。下面我們主要探討白光LED突破、價(jià)格繼續下降后,規模將逐漸擴大;的驅動(dòng)四、汽車(chē)市場(chǎng)。目前LED在汽車(chē)上的應用最主要的還是在汽車(chē)內部,比如內部指示燈、儀表盤(pán)、閱21恒流驅動(dòng)和恒壓驅動(dòng)讀燈等。但是如果能把LED應用到汽車(chē)的尾燈和前白光LED本質(zhì)上是一個(gè)二極管結構,流過(guò)的電壓燈上,市場(chǎng)將是巨大的。但是從目前來(lái)看,尾燈和前和電流之間有著(zhù)典型的指數關(guān)系。在器件導通后,端電燈的應用市場(chǎng)才剛剛起步不久,大規模引用還需要壓的微小變化就會(huì )引起比較大的導通電流的改變,而時(shí)間。這是因為L(cháng)ED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(huì )影響白光的質(zhì)量,引起高,價(jià)格要下降,同時(shí)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(lái),這將是一個(gè)推動(dòng)LED的恒流驅動(dòng)方式就會(huì )優(yōu)于恒壓驅動(dòng)方式LED繼續高速向前發(fā)展的一個(gè)重要因素;五、窒內裝飾燈市場(chǎng)逐步啟動(dòng)。室內裝飾燈市場(chǎng)是LED的另一新興市場(chǎng)。通過(guò)電流的控制,LED可22開(kāi)關(guān)電源和電荷泵驅動(dòng)以實(shí)現幾百種甚至上千種顏色的變化。在當前講究白光LED的驅動(dòng)電路類(lèi)型,市場(chǎng)上主要分為兩類(lèi):一個(gè)是有電感的基于開(kāi)關(guān)電源方式的驅動(dòng)電路,個(gè)性化的時(shí)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(chǎng)的發(fā)展。LED已經(jīng)開(kāi)始做成小型裝飾燈,應開(kāi)關(guān)電源的基本原理是在開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)候,電用在酒店、居室中裝飾幕墻源對負載供電,同時(shí)對電感充電,電感存儲能量,當六、景觀(guān)照明市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)目前正快速發(fā)展。景觀(guān)照明市場(chǎng)主要以街道、廣場(chǎng)等公共場(chǎng)所裝飾照明為開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),負載和電感通過(guò)續流二極管形成回路,電感釋放能量。主,推動(dòng)力量主要來(lái)自于政府。由于2008年北京奧運會(huì )和2010年上海世博會(huì )的影響,北京、上海等舉在實(shí)際電路中,開(kāi)關(guān)管一般用功率MOS管代替。由于開(kāi)關(guān)管不斷的開(kāi)啟和閉合,開(kāi)關(guān)管處于間歇辦地加快了景觀(guān)照明的步伐。LED在景觀(guān)照明中具有廣闊的前景,主要是它的功耗低,在大型景觀(guān)照明工作狀態(tài),電路的效率會(huì )比較高,但這個(gè)同時(shí)也帶來(lái)中具有很大的優(yōu)勢。目前,LED已經(jīng)越來(lái)越多地應用了電路的EM|問(wèn)題。為了解決開(kāi)關(guān)電源的EM問(wèn)題,除了采用常規到景觀(guān)照明市場(chǎng)中,相信這個(gè)市場(chǎng)會(huì )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(chǎng)。對于進(jìn)入通用照明市場(chǎng)而言白光LED面臨著(zhù)諸多問(wèn)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(kāi)關(guān)電路好、成本過(guò)高等問(wèn)題,同時(shí)目前還沒(méi)有一個(gè)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(lái)還將是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)中集的CNMH技術(shù)可以達到這樣程。但是LED具有的種種優(yōu)點(diǎn)必將使它最終進(jìn)入到的目的。頻率抖動(dòng)的原理是開(kāi)關(guān)頻率不固定,呈周期44現代顯示 Advanced displayAug2009,總第103期鄭久云韓志剛,羅勝欽:白光LED的應用與驅動(dòng)contr?？刂破鱁+_RLVD比較器技術(shù)交流圖1性變化。因此在電路中需要采用頻率抖動(dòng)電路來(lái)產(chǎn)生周期性的開(kāi)關(guān)頻率。這個(gè)方法能比較有效地解決電路的EM問(wèn)題。相比之下,電荷泵類(lèi)型驅動(dòng)器,不存在EM的圖2問(wèn)題。電荷泵的基本原理是在一段時(shí)間內不斷對電電能轉換效率隨著(zhù)輸出電流的減小而急速下降。所以,容進(jìn)行充放電和改變電容的連接關(guān)系,從而得到不用模擬調光技術(shù)時(shí)系統的效率會(huì )比較低。同的輸出電壓,但是電荷泵輸出的電壓缺少連續性,在輸入電壓比較高時(shí),效率會(huì )比較低。2.42PWM調光PWM調光的原理是利用人們的視覺(jué)殘留效23串聯(lián)驅動(dòng)和并聯(lián)驅動(dòng)應,當LED亮暗變化頻率大于100Hz時(shí),人們就不根據LED的連接方式可以分為串聯(lián)驅動(dòng)和并會(huì )感覺(jué)到閃爍,而認為燈是一直亮著(zhù)的。聯(lián)驅動(dòng)。采用串聯(lián)方式驅動(dòng)的LED之間,將會(huì )有極PWM調光利用脈沖信號,反復開(kāi)關(guān)白光功率好的電流匹配性,流過(guò)各個(gè)LED的電流相等,發(fā)出開(kāi)關(guān)。這種方式的調光只需要改變輸入脈沖信號的的白光質(zhì)量幾乎一致。但是這樣的驅動(dòng)方式所要求占空比,即可簡(jiǎn)單地實(shí)現改變LED的亮度。PWM的驅動(dòng)電壓高,是串聯(lián)的所有LED驅動(dòng)電壓之和。調光的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供高質(zhì)量的白光,因為在采用并聯(lián)驅動(dòng)方式的LED之間有相同的驅動(dòng)電壓,LED導通時(shí)流過(guò)的電流是恒定的。電流的匹配性不如采用串聯(lián)驅動(dòng),但是所需驅動(dòng)電當輸入的PWM波在一個(gè)周期中,高電平時(shí),開(kāi)啟壓很低,只是一個(gè)LED的驅動(dòng)電壓即可。功率開(kāi)關(guān)管,LED導通,電流恒定;而在低電平期間,通路關(guān)閉,流過(guò)LED的電流為零。這樣MOS管根據輸24模擬調光和PWM調光入頻率快速反復進(jìn)行開(kāi)關(guān),可以知道,只要導通時(shí)流過(guò)24.1模擬調光的電流大小是恒定的,發(fā)出的白光就不會(huì )發(fā)生色偏,而模擬調光是直接改變流過(guò)LED的電流的大小,且只要頻率大于100Hz,人眼是察覺(jué)不到閃爍的。從而調節亮度。但是從前面的論述得知,當流過(guò)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(shí),除了亮度會(huì )改變以外,也會(huì )影響較復雜;其次則是驅動(dòng)電路很容易產(chǎn)生人們聽(tīng)得到白光的質(zhì)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(dòng)器一般都屬于開(kāi)關(guān)電源器件某些對白光質(zhì)量要求比較高的場(chǎng)合是不適用的,比當開(kāi)關(guān)頻率落在200Hz到20kH之間時(shí),會(huì )使得電如LcD的背光應用。但是這種調光方式的電路簡(jiǎn)感中的線(xiàn)圈之間相互產(chǎn)生機械振動(dòng),電感發(fā)出的噪單,調節的精度也比較高,因此在要求不高的場(chǎng)合還聲就能夠被人耳聽(tīng)到。所以為了避免PWM調光時(shí)是會(huì )獲得一些應用。產(chǎn)生可聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲,白光LED驅動(dòng)器應能夠提供模擬調光最大的優(yōu)勢是它避免了調光時(shí)所產(chǎn)生的超出人耳可聽(tīng)見(jiàn)范圍的調光頻率噪聲。在采用模擬調光技術(shù)時(shí),LED的正向導通壓降會(huì )隨著(zhù)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(shù),在模擬調光CNMHG時(shí)白光LED驅動(dòng)器始終處于工作模式,并且驅動(dòng)器的PT4115是一款基于開(kāi)關(guān)電源的白光LED驅動(dòng)Aug2009,總第103期現代顯示 Advanced Display45鄭久云韓志剛,羅勝欽:白光LED的應用與驅動(dòng)器,可以用于驅動(dòng)一個(gè)或者多個(gè)串聯(lián)LED。它主要應用在車(chē)載LED燈、LED備用燈、LED信號燈等場(chǎng)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(jiǎn)單,只需要4個(gè)抆元器件,即使與電荷泵驅動(dòng)電路相比,整個(gè)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(dòng)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(guò)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(lái)驅動(dòng)功率GND開(kāi)關(guān)管,從而來(lái)控制流過(guò)LED的電流。邏輯電路則是實(shí)現頻率抖動(dòng)的關(guān)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(dòng)芯片。輸出電流最開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率,實(shí)現頻率抖動(dòng),把能量分散到各高可以達到12A。通過(guò)芯片上的DM端可以方便頻率點(diǎn)上,大大減小了EM。的進(jìn)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(shí),DM端電壓要在O5到25之在異常工作狀態(tài)下及時(shí)關(guān)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(shí),芯片重新開(kāi)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(zhù)LED技術(shù)的不斷突破和創(chuàng )新,LED在社會(huì )數字調光時(shí)DM端輸入方波脈沖信號,方波幅生活中必將扮演越來(lái)越重要的角色。同時(shí)開(kāi)發(fā)高效值應該超過(guò)25V但是應小于5V。電流大小為的LED驅動(dòng)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(shí)斌大功率LED太陽(yáng)能照明系統相關(guān)電路設計中但是如果方波信號幅值小于25時(shí),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(dòng)芯片設計D杭州浙江大學(xué)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(dòng)技術(shù)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(shù),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(jiǎn)介:鄭久云,上海同濟大學(xué)電子與信息學(xué)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(gè)模塊正CNMHG常工作后,其他模塊才能正常工作。46現代顯示 Advanced DisAug2009,總第103期