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封面作者： PanHongliang仅供个人学习LED 发展史1907 年 Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用。更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。二十年代晚期 Bernhard Gudden和 Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停 止。 1936 年， George Destiau 出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了 “电致发光 ”这 个术语。二十世纪 50 年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的 LED ，并于 60 年代面世。据 说在早期实验中， LED 需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用 LED 仅仅只能发 出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。 60 年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED 。磷化镓的改变使得 LED 更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到 70 年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。 LED 采用双层磷化镓蕊片 （ 一个红色另一个是绿色 ） 能够发出 黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的 LED 。尽管它不如欧洲的 LED 高效。但在 70 年代末，它能发出纯绿色 的光。80 年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的 LED 的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到 20 世纪90 年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的 LED 。第一个有历史意义的蓝光 LED 也出现在 90 年代早期，再一次利 用金钢砂 早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光 LED 一样源暗淡。90 年代中期，出现了超亮度的氮化镓 LED ，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓 Led 。超亮度蓝光蕊片是白光 LED 的 核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜 色的光。今天在 LED 市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到 LED 的发展经 历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的 LED 不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色 ”紫外光。那么 LED 发展史到低能走多远，不得而知。也许某天就能开发出能发 X 射线的 LED 。早期的 LED 只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手 表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去。 LED 的分类常见 LED 的分类1. 按发光管发光颜色分成红色、橙色、绿色 （ 又细分黄绿、标准绿和纯绿 ）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色 的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射 和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。2. 按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为$ 2mm、$ 4.4mm、$ 5mm、$ 8mm、$ 10mm 及$ 20mm 等。国外通常把 $ 3mm 的发光二极管记作 T-1。把$ 5mm 的记作T-1（3/4）。把$ 4.4mm 的记作T-1（1/4）6-8。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520。或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20 453）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45 90。或更大，散射剂的量较大。3. 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4. 按发光强度和工作电流分有普通亮度的 LED（ 发光强度小于 10mcd） 。超高亮度的 LED（ 发光强度大于 100mcd） 。把发光强度在 10100mcd 间的叫高亮度发光二极管。一般 LED的工作电流在十几 mA至几十mA ,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度 与普通发光管相同 ） 。白光 LED 介绍白光LED的合成途径大体上有 2条路可以走，第一条是 RGB，也就是红光 LED+绿光LED+蓝光LED，LED走RGB合成白光的 这种办法主要的问题是绿光的转换效率底，现在红绿蓝 LED 转换效率分别达到 30% ， 10% 和 25% ，白光流明效率可以达到 60lm/w 。通过进一步提高蓝绿光 LED 的流明效率，则白光流明效率可达到 200lm/w 。由于合成白光所要求的色温和显色指数不同， 对合成白光的各色 LED 流明效率有不同的。随着白光 LED 的深配色、白平衡：深入发展，人们希望用作照明光源的白光LED 的光谱、色品坐标、显色性及相关色温等均能满足国际 CIE 和我国的有关标准，否则应认为不合格。我们对相关色温 80004000K 白光 LED 的光色特性及其与正向电流的关系进行了总结。长期以来，低色温 （4000K） 、高显色性的白光 LED 按照当前主流方案 InGaN 蓝 色LED芯片和ce 激活的稀土石榴石黄色荧光体组合的方案实现难度大，成为人们攻关的难题。因为黄色荧光体的发射光谱中缺少红成 份。故目前大多数报告限于有关 5000K 以上的高色温白光 LED 的工作。尽管白光 LED 已有商品，但缺少低色温白光 LED。 5000K 以上的高色温商品，显色性差，难以满足市场，目前，由蓝色芯片和荧 光体组合的低色温白光 LED 的报告极少。因此，无论从学术上研究，还是应用需要，发展低色温 （4000K） 高显色性白光 LED 具有重 要意义。第二条路是 LED+ 不同色光荧光粉：第一个方法是用紫外或紫光 LED+RGB 荧光粉来合成 LED ，这种工作原理和日光灯是类似 的，但是比日光灯的性能要优越，其中紫光 LED 的转换系数可达 80% ，各色荧光粉的量子转换效率可以达到 90% ，还有一个办法是 用蓝光 LED+ 红绿荧光粉，蓝光 LED 效率 60% ，荧光粉效率 70% 。还有是蓝光 LED+ 黄色荧光粉来构成白光。两种途径相比较之下， RGB 三色 LED 合成白光综合性能好，在高显色指数下，流明效率有可能高到 200lm/w ，要解决的主要技 术难题是提高绿光 LED 的电光转换效率，目前只有 13% 左右，同时成本高。R、G 、B 三基色组成白色是红绿蓝三基色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69% ，红色的亮度为 21% ，蓝色的亮度为 10% 时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但 LED 红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度 得到白色光，称为配色。当为全彩色 LED 显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为 3:6:1 比例的 LED 器件组成像素。白平衡要求三种原色在相同的调配值下合成的仍旧为纯正的白色。原色、基色：原色指能合成各种 颜色的基本颜色。色光中的原色为红、绿、蓝，色度图中的三个顶点为理想的原色波长。如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减 小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少。LED 发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性可大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、 蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。三个原色中绿色最为重要，因为绿色占据了白色中69% 的亮度，且处于色彩横向排列表的中心。因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的关系时，绿色是着重考虑的对象。大功率 LED 封装结构随着半导体材料和封装工艺的提高， LED 的光通量和出光效率逐渐提高，从而使固体光源成为可能，已广泛应用于交通灯、汽车照 明、广告牌等特殊照明领域，并且逐渐向普通照明领域过渡，被公认为有望取代白炽灯、荧光灯的第四代光源。不同应用领域对 LED 光源提出更高要求，除了对 LED 出光效率、光色有不同的要求，而且对出光角度、光强分布有不同的要求。 这不但需要上游芯片厂开发新半导体材料，提高芯片制作工艺，设计出满足要求的芯片，而且对下游封装厂提出更高要求，设计出满足 一定光强分的封装结构，提高 LED 外部的光利用率。目前封装多种多样，封装将随着今后的发展，不断改进和迎合实际需要，为LED 今后在各个领域应用奠定基础。LED 驱动技术原理和超高亮 LED 的特性下图为正向压降 （VF） 和正向电流的 （IF） 关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值 （约 2V） ，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比。见表是当前主要超高亮LED的电气特性。由表可知，当前超高亮LED的最高IF可达1A ,而VF通常为24V。由于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，光通量（V）与IF的关系曲线，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外， LED 的正向压降变化范围比较大 （最大可达 1V 以上），而由上图中的 VF-IF 曲线可知， VF 的微小变化会引起较 大的， IF 变化，从而引起亮度的较大变化。所以，采用恒压源驱动不能保证LED 亮度的一致性，并且影响 LED 的可靠性、寿命和光衰。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驱动。下图是LED的温度与光通量（V）关系曲线，由下图可知光通量与温度成反比，85 C时的光通量是 25 C时的一半，而一 40 C时光输出是25 C时的1.8倍。温度的变化对 LFD的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是 LED保持恒定亮度的保证。见 LED的温度 与光通量关系曲线。一般 LED 驱动电路介绍由于受到 LED 功率水平的限制，通常需同时驱动多个 LED 以满足亮度需求，因此，需要专门的驱动电路来点亮 LED 。下面简要介 绍 LED 概念型驱动电路。阻限流电路电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按下式计算。式中： Vin 为电路的输入电压：VF 为 IED 的正向电流。VF 为 LED 在正向电流为， IF 时的压降。VD 为防反二极管的压降 (可选 )。y 为每串 LED 的数目。x 为并联 LED 的串数。由上图可得 LED 的线性化数学模型为式中： Vo 为单个 LED 的开通压降。Rs 为单个 LED 的线性化等效串联电阻。则上式限流电阻的计算可写为当电阻选定后，电阻限流电路的 IF 与 VF 的关系为，由上式可知电阻限流电路简单，但是，在输入电 压波动时，通过 LED 的电流也会跟随变化，因此调节性能差。另外，由于电阻 R 的接人损失的功率为 xRIF ，因此效率低。 线性调节器介绍线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或 MOSFFET 作为一动态可调电阻来控制负载。线性调节器有并联型和串联型 两种。下图 a 所示为并联型线性调节器又称为分流调节器 (图中仅画出了一个 LED ，实际上负载可以是多个 LED 串联，下同 )，它与 LED 并联，当输入电压增大或者 LED 减少时，通过分流调节器的电流将会增大，这将会增大限流电阻上的压降，以使通过 LED 的电流保持 恒定。由于分流调节器需要串联一个电阻，所以效率不高，并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒定的调节。下图 b 所示为串联型调节器，当输入电压增大时，调节动态电阻增大，以保持 LED 上的电压 (电流 ) 恒定。 由于功率三极管或 MOSFET 管都有一个饱和导通电压，因此，输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正 确地工作。开关调节器介绍 上述驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。在用于低功率的普通 LED 驱动时，由于电流只有几个 mA ，因此损耗不 明显，当用作电流有几百 mA 甚至更高的高亮 LED 的驱动时，功率电路的损耗就成了比较严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的，可以达到 90% 以上。 Buek 、 Boost 和 Buck-Boost 等功率变换器都可以用于LED 的驱动，只是为了满足 LED 的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。下图(a) 为采用 Buck 变换器的 LED 驱动电路，与传统的Buek变换器不同，开关管 S移到电感L的后面，使得S源极接地，从而方便了S 的驱动， LED 与 L 串联，而续流二极管 D与该串联电路反并联，该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容，降低了成本。但是，Buck 变换器是降压变换器，不适用于输入电压低或者多个 LED 串联的场合。上图 (b) 为采用 Boost 变换器的 LED 驱动电路，通过电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值，实现在低输入电压下对LED 的驱动。优点是这样的驱动 IC 输出可以并联使用，有效的提高单颗 LED 功率。上图(c)为采用BuckBoost变换器的LED驱动电路。与Buek电路相似，该电路 S的源极可以直接接地，从而方便了S的驱动。 Boost 和 Buck-Boosl 变换器虽然比 Buck 变换器多一个电容，但是，它们都可以提升输出电压的绝对值，因此，在输入电压低， 并且需要驱动多个 LED 时应用较多。PWM 调光知识介绍在手机及其他消费类电子产品中，白光 LED 越来越多地被使用作为显示屏的背光源。近来，许多产品设计者希望白光 LED 的光亮 度在不同的应用场合能够作相应的变化。这就意味着，白光 LED 的驱动器应能够支持 LED 光亮度的调节功能。目前调光技术主要有三 种： PWM 调光、模拟调光、以及数字调光。市场上很多驱动器都能够支持其中的一种或多种调光技术。本文将介绍这三种调光技术的各自特点，产品设计者可以根据具体的要求选择相应的技术。PWMDimming( 脉宽调制 )调光方式 这是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光LED 驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光 LED 的亮度。 PWM 调光的优点在于能够提供高质量的 白光，以及应用简单，效率高 ! 例如在手机的系统中，利用一个专用 PWM 接口可以简单的产生任意占空比的脉冲信号，该信号通过一 个电阻，连接到驱动器的 EN 接口。多数厂商的驱动器都支持 PWM 调光。但是， PWM 调光有其劣势。主要反映在： PWM 调光很容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声 (audiblenoise ，或 者 microphonicnoise) 。这个噪声是如何产生 ?通常白光 LED 驱动器都属于开关电源器件 (buck 、boost 、chargepump 等 )，其开关 频率都在 1MHz 左右，因此在驱动器的典型应用中是不会产生人耳听得见的噪声。但是当驱动器进行 PWM调光的时候，如果 PWM 信号的频率正好落在 200Hz 到 20kHz 之间，白光 LED 驱动器周围的电感和输出电容就会产生人耳听得 见的噪声。所以设计时要避免使用 20kHz 以下低频段。我们都知道，一个低频的开关信号作用于普通的绕线电感 (wirewindingcoil) ，会使得电感中的线圈之间互相产生机械振动，该机 械振动的频率正好落在上述频率，电感发出的噪音就能够被人耳听见。电感产生了一部分噪声，另一部分来自输出电容。现在越来越多 的手机设计者采用陶瓷电容作为驱动器的输出电容。陶瓷电容具有压电特性，这就意味着：当一个低频电压纹波信号作用于输出电容， 电容就会发出吱吱的蜂鸣声。当 PWM 信号为低时，白光 LED 驱动器停止工作，输出电容通过白光 LED 和下端的电阻进行放电。因此 在 PWM 调光时，输出电容不可避免的产生很大的纹波。总之，为了避免 PWM 调光时可听得见的噪声，白光 LED 驱动器应该能够提 供超出人耳可听见范围的调光频率 !相对于 PWM 调光，如果能够改变 RS 的电阻值，同样能够改变流过白光 LED 的电流，从而变化 LED 的光亮度。我们称这种技术 为模拟调光。模拟调光最大的优势是它避免了由于调光时所产生的噪声。在采用模拟调光的技术时， LED 的正向导通压降会随着 LED 电流的减 小而降低，使得白光 LED 的能耗也有所降低。但是区别于 PWM 调光技术，在模拟调光时白光 LED 驱动器始终处于工作模式，并且驱 动器的电能转换效率随着输出电流减小而急速下降。所以，采用模拟调光技术往往会增大整个系统的能耗。模拟调光技术还有个缺点在于发光质量。由于它直接改变白光 LED 的电流，使得白光 LED 的白光质量也发生了变化 ! 除了 PWM 调 光，模拟调光，目前有些产商的驱动器支持数字调光。具备数字调光技术的白光 LED 驱动器会有相应的数字接口。该数字接口可以是 SMB 、 I2C 、或者是单线式数字接口。系统设计者只要根据具体的通信协议，给驱动器一串数字信号，就可以使得白光LED 的光亮发生变化。LED 驱动设计技巧LED 串并联驱动方式参考设计LED 因其 VF 值特性原因做不到相同，随着温度及电流大小也有些 VF 值也会发生变化，一般不适合并联设计。但是有些情况又不 得不并联解决多颗 LED 驱动成本问题，这些设计可以为大家做些参考。注意需要 VF 值分档，同档 VF 值的 LED 尽量使用在同一产品上面，产品可以保证误差电流在 1mA 之内、 LED 相对工作恒流状 态。下图采用集成三极管可以保持每路LED电流一致，这些三极管在相同温度环境下、相同工艺条件生产出来的B值一样，可以保证每路电流基本一样。恒流部分在要求不是很高的条件下可以这样设计，稳定的电压或稳定的PWM 伏值驱动稳压后的三极管偏压，做到基本恒流。下图采用精度较高的IC做恒流参考源，R可以设定IC输出电流，一经确定 R阻值可以使用固定电阻代替。多三极管集成器件的 使用可以减少 IC 的使用数量，从而减低设计产品成本。线性大功率 LED 恒流输出可以并联使用，在产品设计中我们往往找不到较大电流的驱动 IC ，一般 2A 以上就很少见，标称 2A 的 IC 也不一定可以极限使用。大于 1A 的 IC 工艺成本的原因 MOS 管都是外置，外置 MOS 管线路复杂，可靠性减低。并联使用是有效 的设计办法。下图采用 DD312 并联参考设计直接驱动 3 颗 6WLED 。使能 PWM 控制信号需要适当的隔离，免相互干扰和驱动能力问题。 EN 使能电压要符合规格书要求，不要电压太高损坏 EN 脚。一般 IC 耐压是指负载和电源，没有注明激励电压请不要大于 5V 设计。像这种检测在 LED 的一端 LED 恒流驱动 IC 也可以并联设计驱动，实际上 IC 是单独工作的，最后在并流一起。 DC-DC 方式是工 作在较高的频率上，需要注意的是 PCB 布板时避免交叉设计，各自滤波、旁路电容要紧靠 IC 附近，负载电流最后会和即可。当然可以 2 并，也可以 3 并或多并联设计，不过要提醒多试之 !LED 驱动设计参考案例及选型指导大功率 LED 温度保护参考设计最佳的温度保护居里点温度应该是80-90 C。最高环境温度，夏天 40 C,在夏日光暴晒 50 C, 50 C为最高环境温度，一般大功率LED结温度在120 C是可以承受的，芯片到铝基板的热阻，规格书一般推荐10-15 C,那LED基板要保证在120-15=105 C。保留温差取50-105 C中间值77.5 C, 般电子元器件工作温度在85 C是可靠的，77 C是符合这个原则。建议77 C开始启动保护，85 C前大幅度的减低电流，90 C彻底完成产品温度保护功能。选者居里点在85 C左右的热敏电阻可以设计出理想电路。手机 LED 应用设计德州仪器的 TPS61150/1 产品是一款具备双稳压电流输出的白光 LED 驱动器，能够驱动翻盖手机中用于主显示屏与副显示屏LCD背光照明的白光 LED。同时，该器件的双通道输出也可驱动显示屏与键区的背光照明，其在单个较大显示屏上可驱动多达12个白光 LED 。 PS61150/1 无需外部有源电源组件的支持，即可实现较高的效率与设计灵活性。美信MAX1553/MAX1554 高效率，升压到 40V为2到10白色LED的转换器驱动。应用于小 LCD屏和按键区域背光照明。MAX1553/MAX1554能够以恒定电流驱动串联的白色LED，为蜂窝电话、PDA及其它手持设备提供高效的显示器背光驱动。这款升压转换器内部包含一个 0V、低RDSON的N沟道MOSFET开关，可提高效率、延长电池寿命。MAX1553 限流为480mA，可驱动2至6只白色LED。MAX1554 限流为970mA，可驱动多达10只白色LED。一个模拟/PWMDualModeTM输入提供了两种简便的亮度调节方式，单独的使能输入提供开 /关控制。软启动可降低启动过程中的浪涌电流。 MAX1553/MAX1554 采用节省空间的 8 引脚 TDFN3mmx3mm 封装。美信 MAX1576480mA 白色 LED1x/1.5x/2x 电荷泵式从背光照亮到照相机闪光灯应用。MAX1576 电荷泵能够以高达 480mA 的总电流驱动两组、每组四个 LED 。对于闪烁状态的 LED 组，允许每个 LED 电流达到 100mA 的电流。每组 LED 具有独立的电流设置、脉冲亮度调节和 2 线亮度控制。利用自适应开关，在单节锂电池的整个放电过程中 平均效率可以达到 83% 。对于使用 LED 闪光灯的数码照相机， MAX1576 是理想选择。LM27964 有 I2C 的独立控制的，多按键区域背光指示应用 IC 。 LM27964 芯片还内置 I!C 兼容接口，采用锂电池供电，其输入电 压为2.75.5V。这三款白光发光二极管驱动器采用双增益结构，可让稳压器因情况选择适当的输入/输出电压增益，适用于移动电话、个人数字助理、便携式电子游戏机及 MP3 媒体播放器。 LP3954 电话 LED 指示包括展览背光、 RGB 、按键区和照相机闪光等应 用。LP3954 背光发光二极管驱动器可以控制手持式电子产品发出的各种不同的灯光，最适用于移动电话、数码相机、电子游戏机及MP3 播放机。LP3954 的灯光管理单元采用小巧的 microSMD 封装，内含两个背光驱动器、一个双组装红绿蓝光发光二极管控制器、一个闪灯 发光二极管驱动器及一个 A/D 转换器，以上电路全部集成在这颗单芯片之内。在这些内置的电路之中，高度集成的磁力升压DC/DC 转换器负责驱动高电流负载，其优点是适用于电池电压范围，而且效率极高。LP3954 芯片是专门管理便携式系统灯光的管理单元，可以驱动两组各自独立控制的白光发光二极管背光系统，分别为主及副显示 屏幕提供背光。部分便携式系统可能只有一个加大的显示屏幕，在这种情况下，各单元可以汇集一起，一同驱动高达6 个发光二极管。此外，这两个背光驱动器除了可以调节所有发光二极管，以确保亮度均匀之外，还设有自动调节光暗的功能。飞兆半导体 FAN5611/12/13/14PDA/MP3 等低端 LED 背光源应用 IC 。 FAN5613 是 FAIRCHILD 公司生产的低压差白色 LED 驱动器，能并联驱动 4 个白色 LED 。主要特点 :压差小于 300mV 。4 个并联的 LED 电流匹配，差值 3% 。无需外围元件来匹配 4 个LED的均流。每个LED最大电流可达40mA。有EN端可实现关闭，关闭状态时耗电1。并且可输入 PWM信号实现LED的亮度调节。小尺寸 8管脚SC-70 封装。工作温度-40+85 C。飞兆半导体 FAN5609 三态泵式背光源驱动（4 X 20mA）80mAPDA 、 DSC 、 MP3PlayersFAN5609 驱动器如何在 LED 之间提供电流匹配，而无需使用限流电阻。唯一缺点是每个 LED 都需要连接到驱动 器。并非所有并联 LED 驱动器都需要升压电路。白光 LED 需要的正向电压相对较高。最新的技术趋势是将该电压降低 -低于 3V 。 LED 大屏幕参考设计LED 显示屏发展经历了三个阶段：1.1990 年以前 LED 显示屏的成长形成时期。一方面，受 LED 材料器件的限制， LED 显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方 面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED 显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4 级调灰，产品的成本比较高。2.1990-1995 年，这一阶段是 LED 显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突 破， LED 显示屏在 LED 材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 显示屏进入市场。电子计算 机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16 级灰度和 64 级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段， LED 显示屏在我国发展速非常迅速，从初期的几空企业、年产值几千万元发展到几十家企业、年 产值几亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993 年证券股票业的发展更引发了 LED 显示屏市场的大幅增长。 LED 显示屏平板显示领域的主流产品局面基本形成， LED 显示屏产业成为新兴 的高科技产业。3.1995 年以来， LED 显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。1995 年以来， LED 显示屏产业内部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对 LED 显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，目前这方面的工作正在逐步深化。LED 屏幕现状2006 年度销售亿元以上企业 ?上海三思科技发展有限公司 ?南京洛普股份有限公司 ?南京汉德森电子有限公司 ?北京利亚得电子科技 有限公司 ?北京世纪澄通电子有限公司 ?惠州德赛光电科技有限公司 ?京东方智能显示技术有限公司 ?深圳市锐拓显示技术有限公司 ?深圳 市蓝普科技有限公司 ?深圳市普耐光电科技有限公司 ?深圳联创健和光电有限公司2006 年，行业内的骨干企业在不断发展和提高。惠州德赛：产能提升，成为国LED 显示屏产品出口的主要加工基地。北京世纪澄通:基础建设，形成 LED显示屏专业加工生产能力，跃升行业前列。深圳锐拓、深圳蓝普、深圳钧多利集团等企业：在LED器件、显示产品等方面综合发展，成为了业内颇具规模的 LED 显示应用产品供应商。上海信茂完成了转制和结构调整，为未来发展奠定了基础。西安青松、南京洛普、同州电子、南京汉德森等企业：在LED显示屏业务的基础上，拓展其他显示产品或系统领域的业务，形成了持续发展的基础。16 位恒流 IC 的由来：双色屏主要是以显示文字为主，单片机扫描比较方便，由于LED 数量的增加，为了节省资源，引用74HC595 移位扫描。为了更适合 LED 的应用在此基础上整合了恒流电流设定功能，更符合需求及成本需要又封装出16 位器件，被目前全彩屏广泛采用。目前全球有 80% 的 LED 大屏幕生产在中国大陆， LED 大屏幕驱动主流 IC 主要有聚积、点晶、东芝、 TI 等。另外还有些厂家的 IC 和用 74HC595 生产的 LED 屏幕企业，这部分恒流 IC 每年在大陆的销售额大概在 3 亿多元。根据 IC 数量结合不同的扫描方式， 大概计算出 LED 这部分大屏幕产值在 150 亿元左右。主要的代表 IC 有以下几款：聚积 MBI5026 、点晶 DM13C 、东芝 TB62726 、 德州仪器 TLC5921 。LED 的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三大部分组成。主控箱从计算机的显示卡中获取一屏象素的各色亮度数据，然后 重新分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制 LED 屏上的若干行 （列），而每一行 （列）上 LED 的显控信号则用串行的方式传送。目前 有两种串行传送显示控制信号的方式：一种是扫描板上集中控制各象素点灰度，扫描板将来自控制箱的各行象素的亮度值进行分解 （ 即 脉宽调制） ，然后将各行 LED 的开通信号以脉冲形式 （点亮为 1，不亮为 0）按行用串行方式传输到相应的 LED 上，控制其是否点亮。这 种方式使用器件较少，但串行传输的数据量较大，因为在一个重复点亮的周期内，每个象素在 16 级灰度下需要 16 个脉冲，在 256 级 灰度下需要 256 个脉冲，由于器件工作频率限制，一般只能使 LED 屏做到 16 级灰度。另一种方法是扫描板串行传输的内容不是每个 LED 的开关信号而是一个 8 位二进制的亮度值。每个 LED 都有一个自己的脉宽调制 器来控制点亮时间。这样，在一个重复点亮的周期内，每个象素点在 16 级灰度下只需要 4 个脉冲， 256 级灰度下只需 8 个脉冲，大大 降低了串行传输频率。用这种分散控制 LED 灰度的方法可以很方便地实现 256 级灰度控制。一般 LED 大屏幕低频怎么会闪烁，是由于， LED 本身不具有余辉效应的特性，所以采用传统的恒流源脉冲调宽控制灰度的 LED 屏 的刷新率必须大于 120Hz 才能实现无闪烁的图像显示。这样就需要对灰度数据较低的输八帧频的图像信号进行增频刷新，其结果造成 刷新数据出现了极大冗余度，井增加了 LED 驱动板的硬件开销。目前市场上多采用南京德普达科技实业有限公司和深圳灵星雨科技发展有限公司控制系统较多。详细资料可以到上述公司网站查看或咨询。异形屏幕和级联式灯饰控制设计方式 异形屏幕灵活的点间距和灵活的设计越来越多的受到广泛的采用，能把它制作成我们心目中任意想像的形状，大可以装饰几十层楼 整栋大厦，小的可以显示金字招牌。可以避让窗户、楼台等不需要装饰的任何地方。远距离观看，比如海岸、江河对岸观看。大型灯饰 广场装饰等。较成熟的控制方式目前有北京中庆微电子公司和常州银港数据系统公司等控制方式产品。目前可以支持这种设计的 IC 有以下几款：北京中庆微电子公司 ZQL9712该芯片是专门为 LED 驱动应用设计的芯片。采用了先进的 CMOS 工艺，具有低功耗的优点。 ZQL9712 芯片可以应用于 LED 显示 系统，特比适合多离散点的级连应用。 ZQL9712 提供了 3 个大电流驱动输出，驱动电流最大为 30mA 。ZQL9712 芯片包括串行移位寄存器和输出寄存器。经串行移位寄存器，串移输入转为 3bit 并 行输出，并把该输出作为输出寄存器的输入。串移寄存器和输出寄存器由不同的时钟信号控制，并且都是在时钟信号的上升沿有 效。 ZQL9712 将控制信号驱动后输出，该输出可作为后级电路的输入信号。杭州士兰微电子公司 SC16722SC16722 是专门为 LED 驱动设计的芯片，采用先进的 CMOS 工艺，具有低功耗的优点。电路所有的输入和输出均有内部线路保 护功能，以减少由于静电感应应而损坏器件的可能性，具有高抗噪音和驱动负载的能力。常州银港数据系统公司 SD600SD600 是一款先进的单芯片 LED 调光控制芯片，使用两根线实现控制电路的同步通信，使芯片的级联更加方便与灵活。 SD600 支持 3 路 PWM 调光，灰度等级为 256 ，采用高速同步通信接口，数据速率高达 10Mbps ， SOP10 封装，最多能控制 2048 个像素。深圳彩拓科技有限公司 LPD6803LPD680 是专门为 LED 灯光系统设计的驱动芯片， CMOS 工艺，提供三路恒流和灰度输出，特别适合离散的多灰阶全彩灯光系统。台湾点晶科技股份有限公司 DM412DM412 是一颗具脉波宽度调制 （PWM） 输出及使能控制的 LED 驱动芯片，专为 LED 照明，装饰，大屏显示等应用而设计。每一输 出通道皆可输出高达 16 比特（65 ，536 级）灰阶的可调线性电流。芯片内含移位缓存器，数据锁存，三通道恒流驱动器（ 电流值可由相对应的三个外挂。电阻调控 ），以及做 PWM 功能之用的内建震荡器。数据，时钟，与锁存讯号输出端均内建缓冲，支持长串接应用。内建LED 开路侦测功能可帮助使用者找出 LED 开路的具体位置，无需加上任何外围组件。独特的输出端极性反转功能使 DM412 亦能用做 PWM 讯号产生器，可与大功率 LED 驱动器 (DD311/2/3) 搭配，以实现大功率 LED 之 65 ， 536 级灰阶的颜色变化。芯片特色? 最大恒流输出： 200mA( 由三个外挂电阻分别控制 )? 最大输出承受电压 :17V? 最大串行输入时钟频率 :20MHz? 线性可调电流输出： 65 ， 536 级 PWM 灰阶? 数据 / 时钟 / 锁存讯号输出端均内建缓冲，支持长串接应用?具PWM自由运行能力(内置振荡器可达17.5MHz，产生画面刷新率达 267Hz)? 锁存信号输入方式可设定为自动 / 手动锁存LED 开路侦测功能输出端极性反转功能芯片工作电压： 3.3V5.5V应用LED 装饰与照明、户内 /外 LED 视频/ 讯息显示屏、 PWM 信号产生器封装 SOP16 ， SSOP16 ， TSSOP16( 带散热片 )高压驱动部分选型Supertex 是 LED 高压恒流驱动的领导者，是目前推出最多的高压LED 恒流直驱 IC 企业之一，有不断推出新品及改进版本出现，满足市场不断增长的需求。 HV9910 是目前市场上高压部分使用最多的 IC 之一。这款灵活简单的 LED 驱动器 IC 效率超过 93% ，可减少相关元件的数量，从而降低了系统成本。 HV9910 可将调整过的 85V 至 265Vac 或 8V 至 450Vdc 电压源转换为一个恒流源，从而为串连或并联的高亮 LED 提供电源。HV9910 应用恒定频率峰值电流控制的脉宽调制 (PWM) 方法，采用了一个小电感和一个外部开关来最小化 LED 驱动器的损耗。不 同于传统的 PWM 控制方法，该驱动器使用了一个简单的开 / 关控制来调整 LED 的电流，因而简化了控制电路的设计。该驱动器具有内置的降低亮度控制，能协同外部衰减范围在 0 至100% 的 PWM 信号工作，也可以利用其衰减引脚上外接的任意可 在0至最大值之间调整的线性控制电压来实现亮度控制。 HV9910 适用于 LED 常规或装饰灯、替代氖灯的 LED 以及其它高压交 /直流 输入的应用。以下是目前 Supertex 公司产品线：Supertex 公司以设计高压 IC 为主，缺点是有些 IC 设计的保护功能不完善。灰度表现欠佳；串连 LED 个数有限。线路设计布线相对复杂，走线要求严格。一般应用于射灯、MR16 高压灯杯、洗墙灯等灰度表现不是很高的场合。在传统的方法中，针对每一 LED 均配备了专用的脉宽调制 (PWM) 控制器以控制至多个 LED 的输出，并通过控制器将输出电压转换 为供给 LED 的电流。电压控制脉宽调制控制器常用于此用途。电流感应电阻与LED 串联配置，将电压值反馈给控制器。因此，控制器实际上是工作于电压模式，并保持恒定的取样电压值，从而保持恒定的电流。该典型电路配置如图所示。深圳泉芯科技与上海华润矽威科有生产间接替代产品，因其国内目前没有600V 高压 CMSIC 生产制程，巧妙的低压 CMOS 工艺设计，工艺简单性能价格比高。 IC 供电采用电阻降压获得，效率会低些，外置高压 MOS 管，会有同样的效果。 QX9910 可以间接取 代 HV9910 改进后的 QX9920 封装更小，性能、成本也有所改进，可以直接做到 MR16 灯杯里面。 上海华润矽威科 PT4107 也是一 款类似的 IC ，稳压二极管也做在 IC 里面并增加些功能性能价格比高。PT4107 就是一款针对这一市场趋势开发，针对高功率 LED 照明，输入电压既可为传统的 110V/220V 交流电压又可为 18V 以上 到数百伏直流电压的 PWM 恒流控制器。它以独特的电路结构，采用峰值电流检测为大功率LED 提供恒定的供电电流。另外， PT4107 还为使用者提供良好的调光措施 （SW1 ： 5K 的可调电位器 ），并为系统提供了安全可靠的过流过温保护，提高了整个系统的可靠性。整 体供电效率可达 80% 以上，每个 PT4107 可以驱动 30 串多并的 LED 组合，达到了高效低成本的驱动要求。深圳光华源科技有封装整合出 HA2200 些列 IC ，可以直接驱动 LED 灯串、 LED 日光灯管等产品。 恒流源芯片是一种输出电流恒定的电源变换器，此款恒流源芯片主要是应用于串联 LED 供电中，每串 LED 串联个数最多可达到110个，该芯片输入电压为交流85V240V，输出为一个恒定电流，恒定电流值可由客户预设。该芯片外配电路简洁，无电感、无变压器，因此全部电路组成体积小，可嵌入小体积LED灯具内部。缺点是功率因数较低，110AC时0.6。220AC只有0.3，个人认为只能是款过度产品，一定会被类似此公司高功率因数 IC 所取代。ZD832 是美商齐荣电子公司的产品，线路简单很具代表性，高压直驱动小功率LED 应用。缺点是线性恒流驱动，效率不是很高，串接 LED 个数有限。线性大功率驱动 IC 选型。 LED 驱动 IC 应从，输入电压范围。输出电流要求。串接 LED 个数需要。是否有灰度表现要求。是否需 要信号级联传递。价格。交货期和封装适合度等考虑。AMC7135 是最早得到广泛应用的线性 LED 驱动器之一，特点是压差低只有 200mV ，特别符合锂电池和 4V 铅酸电池驱动单颗 LED ，广泛应用矿灯、手电筒、应急灯等产品。 20-400mA 固定式电流市场上都可以找到。可供应的厂家有，台湾富微、广鹏科技、台晶光电、杭州士兰、深圳泉芯科技等等公司。奥地利微电子AS3691 是一款很据代表性的线性 LED 大尺寸 LCD 背光驱动 IC ，将线性 IC 功耗设计的一样出色。反馈采样自动适应 LEDVF 值。 4 路 LED 恒流输出，符合 R/G/B 颜色组合 3 ：6 ：1 高演色性要求。可以应用于高要求背光源、洗墙灯等灯光产品上。台湾点晶科技公司，以线性大功率LED 驱动为主，目前在全球线性驱动 IC 设计中很具代表性，在此我们就依点晶科技公司的线性 IC 着重介绍参考设计 !目前市场销售状况良好，采用的厂家越来越多。优点是，线路简单简洁，设计应用方便，灰度表现目前是全球最好的之一（65 ，536 级）。缺点是，用这些 IC 都需要大功率电源供电，设计成本高。电源部分成本要高过LED 驱动部分，目前多是洗墙灯、舞台灯光、屏幕等要求颜色变化要求较高的产品上。灰度表现是今后在 LED 方面设计 IC 中很重要的因数。单通道大功率 LED 恒流驱动器 DD311DD311 是一单通道输出的 LED 恒流驱动器，内建电流镜与电流开关组件，是专为驱动大功率 LED 而设计的芯片。 DD311 可驱 动高达 1 安培的沈入电流 （sinkcurrent） ，并可透过调整参考输入电流 （IREF） 来任意设定输出电流的大小。输出电流值约为 100 倍的 IREF ， IREF 可由调整外挂电阻或偏压 （bias） 电压来设定。微调或使能偏压电压可校正 LED 间的亮度不一或实现多颗 LED 间整体亮度 同时调整。芯片的输出端可承受高达 36V 的电压，支持多颗大功率 LED 的串接应用。内建输出使能端 （Enable） ，可轻易地实现大功率 LED 的高灰阶应用。DD311 特色最大输出电流： 1A（ 由参考输入电流 IREF 设定）? 最小输出电压要求： 1V（ 当 Iout=1A 时）? 最大输出承受电压： 36V（ 输出通道漏电流小于 0.1uA）共 32 页，第 32 页最大输出使能频率： 1MHz? 绝佳的恒流输出特性应用? LED 建筑 / 娱乐 /景观照明? LED 一般或特用照明? LED 背光源应用封装形式? TO-252 单通道大功率 LED 恒流驱动器 DD312DD312 是专为大功率 LED 应用所设计的恒流驱动器。芯片内含恒流产生电路，可透过外挂电阻来设定输出恒流值。透过芯片的使 能端可以控制输出通道的开关时间，切换频率最高达一兆赫 （1MHz） 。电流输出反应极快，支持高色阶变化及高画面刷新率的应用。内 建开路侦测，过热断电，及过电流保护功能，使应用系统的可靠性大为提升。DD312 特色? 最大输出电流： 1A（ 透过外挂电阻设定 ）? 输出电流为 1A 时所要求的最小输出电压： 1V? 最大输出承受电压： 18V? 最大输出使能频率： 1MHz? 芯片工作电压范围： 518V? 过电流保护功能? 过热断电功能? 过热警示功能 （SOP8 封装具备 ）?LED 开路检测功能 （SOP8 封装具备 ）封装形式? TO-252 或 SOP8（ 带散热片 ）SC16722 是专用为 LED 串接级连应用设计的 CMOS 集成电路，可提供全彩三通道 LED 驱动，内 部有信号整形、级连驱动输出、稳压器等线路。适合灯带式结构的 LED 显示驱动应用，电流大于 30mA ，允许用户在 5V 信号不变的 情况下灵活的选择 LED 数量。下图是结合点晶 DD311 、 DD312 做级联式讯号传递设计。三通道大功率 LED 恒流驱动器 DD313DD313 是专为大功率 LED 应用所设计的恒流驱动芯片。内建三个恒流输出通道，可透过三个外挂电阻分别设定输出电流值。并特 别设计三个使能端，可个别独立控制三输出通道的开关时间，切换频率最高达一兆赫 （1MHz） 。电流输出反应极快，支持高色阶变化及 高画面刷新率的应用。芯片内建过热断电及过电流保护功能，使应用系统可靠性更为提升。DD313 特 色? 三输出通道，可个别控制电流与色阶变化? 最大输出电流： 500mA（ 分别由三个外挂电阻设定 ）? 最小输出电压要求： 0.8V（ 当 Iout=500mA 时 ）? 最大输出承受电压： 18V? 最大输出使能端频率： 1MHz? 芯片工作电压： 5V18V? 过电流保护功能? 过热断电功能应用?LED 建筑 / 娱乐 / 景观照明?LED 一般或特用照明?LED 背光源应用封装形式? SOP16 或 TSSOP16（ 带散热片 ）DD313 级联式讯号传输设计，级联式设计广泛用于投射灯、地埋灯等需要级联控制的场合。 下图是结合点晶 DD313 做级联式讯号传递设计。三通道 LED 恒流驱动器 DM413DM413 是一颗具脉波宽度调制 （PWM） 输出及使能控制的 LED 驱动芯片，专为 LED 照明，装饰，大屏显示等应用而设计。芯片内 含移位缓存器，数据锁存，及三通道恒流驱动器（ 电流值可由相对应的三个外挂电阻调控）。内建振荡器可实现 PWM 输出功能，最高达14 比特的灰阶。数据输出端与时钟信号输出端皆可串接至下一芯片。独特的输出端极性反转功能可与大功率 LED 之应用做搭配设 计，增加了设计延展性。芯片特色最大恒流输出： 100mA（ 由三个外挂电阻分别控制 ）最大输出承受电压 :17V最大串行时钟频率 :20MHz内置缓存，使影像数据与时钟数据串行传输至下一芯片具 PWM 自由运行能力 （ 内置振荡器可达 6.5MHz ，产生刷新率达 400Hz）三种 PWM 操作模式： 8 位亮度数据输入 （8 位模式 ） 8 位亮度数据输入 + 6 位整体亮度调整数据输入 （14 位模式 ） 8 位亮度数据输入 + 5 位单点色偏校正数据输入 （13 位模式 ） 输出极性反转功能TTL/CMOS 相容输入位准芯片工作电压： 3.3V5.5V应用LED 装饰与照明户内/ 外 LED 视频 / 讯息显示屏PWM 信号产生器 DC-DC 大功率驱动 IC 选型40V 低压 DCtoDC 灯杯、汽车等代表性 IC ，因其 IC 种类太多，在此仅介绍具有代表性的 IC ，供大家交流学习。有些高压 IC 也 可以应用到这个电压范围，在这里就不在重复介绍。 ZetexSemiconductorsplc 专门设计、生产及推销离散及综合模拟半导体产品， 在业界占有领导地占。凭借 标准 组件、方便使用的集成电路及完全自订的集成电路，在通信、家电、汽车、及工业市场，迎战现今电 子业开发设计的激烈竞争。低压升压 LED 恒流器件全系列做的比较出色的公司之一。下图输入电压范围从 0.7V 到 1.6V 最大输出 335mA ，符合单节干电池的单颗 LED 升压型驱动 IC ，广泛应用于军事应急手持设备 方面。下图输入电压范围从 1.6V 到 2.4V 最大输出 335mA ，符合单节干电池的单颗 LED 升压型驱动 IC. 下图输入电压范围从 3.5V 到 4V 最大输出多颗 LED 驱动线路，符合单节锂离子电池供电的产品。下图是台湾点晶科技公司一款 DD212 ，可以 1.5-5.5V 输入电压， 2 倍压升压输出最大 400mA 。 外围器件是目前最少的之一。SP6685 是一种恒定电流充电泵。主要用于驱动数码相机和摄像手机中的半导体闪光灯.也可用于摄像机断续高亮度照明灯。该充电泵可以设定二种不同的恒定电流值，分别驱动照相机闪光灯和摄像机照明灯。 SP6685 可以自动转换升压和降压工作状态，确保半导 体照明灯 （LED） 的工作电流与正向电压无关。该电路所需的电流采样基准电压很低 （50mV） ，可以用阻值很小的表面贴装电阻器。凌特美信也有相关参品，可到相应网站参考。PT4105 是一款大功率 LED 驱动用 18V 降压转换器。它包含一个 PWM 控制器、一个高精度的能带隙参考源、一个误差放大器、 相位补偿电路、软启动电路、保护电路、 IC 使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路和功率 MOS 管。 PT4105 采用固
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