盘点热门应用看LED驱动技术特性大比拼

        在手机应用的强劲驱动下，高亮度(HB)LED市场曾于2001至2004年一直保持着46%的惊人增长率。正当人们担心由于手机设备趋于饱和而导致LED市场推动力逐渐疲软的时候，照明、汽车头灯以及液晶电视背光驱动等LED的新兴应用市场大量涌现，掀起了LED的又一波应用狂潮。美国市场调研公司Strategies Unlimited预计，到2010年，HB LED市场将达到83亿美元，比2005年的总数超过两倍。如此诱人的市场引来众多厂商分食，凌力尔特、飞兆、ADI、恩智浦等厂商在LED驱动技术上，都有着不俗的表现。就电源管理领域来看，LED驱动技术已然成为各个厂商比拼技术实力的大好舞台。
           
         就调光技术大做文章，背光也需“高清”
            　　
         对于显示技术而言，不仅视频信号处理上需要高清，背光调节的好坏，也直接影响着视频显示效果。为了将“高清”技术进行到底，厂商们在LED背光驱动技术上也着实下了不少功夫。

         传统上，LED的调光是利用一个DC信号或滤波PWM对LED中的正向电流进行调节来完成的。减小LED电流将起到调节LED光输出强度的作用，然而，正向电流的变化也会改变LED的彩色，因为LED的色度会随着电流的变化而变化。许多应用(比如汽车和LCD  TV背光照明)都不能允许LED发生任何的彩色漂移。在这些应用中，由于周围环境中存在不同的光线变化，而且人眼对于光强的微小变化都很敏感，因此宽调光范围是必需的。通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法允许在不改变彩色的情况下完成LED的调光。

         人们常说的真正彩色(True Color)PWM调光是利用一个PWM信号来调节LED的亮度。它实际上需要在满电流和PWM频率条件下进行LED的接通和关断操作。人眼的分辨极限是每秒60帧，通过增加PWM频率(如提高到80~100Hz)，就能够使人眼认为脉动的光源是连续导通的。此外，通过调节占空比(接通时间的总量)，也可控制LED的亮度。目前，许多LCD TV设计师都需要高达3,000:1的调光比，以便针对众多的环境光照条件进行亮度调整。
            　　
         系统工程师在挑选背光源时，究竟是该选RGB还是白光LED呢？凌力尔特公司电源产品市场经理Tony  Armstrong指出，背光源(RGB或白光LED)的选择可以根据特定最终产品的要求来进行。不过，采用RGB  LED来替代白光LED是有正当理由的，因为前者具有更加宽广的色谱，这将显著地改善图像质量，以挑选LCD TV为例，消费者对色彩逼真度的关注程度是最高的。然而，采用RGB LED需要一个更大、更复杂而且更昂贵的解决方案。
            　　
         凌力尔特的LT3476四通道LED驱动器便是RGB LED驱动器的一个实例。LT3476的每个通道能驱动多达8个串联的1A LED(红光、绿光、蓝光或白光)，因而使得LT3476能够驱动多达32个1A LED，并提供高达96%的效率。4个通道均可通过其独立的True Color PWM信号来独立运作，从而实现了其独立调光，调光比可高达1,000:1。固定频率、电流模式架构可在一个很宽的电源和输出电压范围内实现稳定的运作。一个频率调节引脚允许用户在200kHz~2MHz的范围内设置开关频率，以优化效率，并最大限度地缩减外部元件尺寸。其耐热增强型5×7mm QFN封装提供了一个非常紧凑的解决方案占板面积，很适合于大型LCD TV中常见的100W LED应用。
            　　
         除了类似于凌力尔特的将PWM信号用作控制信号来进行亮度调节之外，是否还有其他技术也能达到很好的调光效果呢？飞兆半导体现场应用工程师Brian Law有着自己的见解，他认为，区分LED驱动器和标准升压转换器的关键要求之一是LED驱动器能够控制LED的亮度水平。调节亮度有三种常用方法：使用SET电阻；采用PWM技术；以及线性调节。最简便的方法是在IC中使用外部SET电阻。虽然这是有效的方法，但却缺乏灵活性，无法让用户改变光强度。采用PWM技术和线性调节则可对光强度进行动态控制。但是这两种方法各有缺点。采用PWM调暗LED会造成EMI噪声，并引起白光LED朝向蓝色光谱的色彩偏移。可能是轻微的偏移，但可在敏感应用中检测出。线性调节则会降低效率，并引起白光LED朝向黄色光谱的色彩偏移。至于哪种方法较优，业界至今尚未有共识。结果是飞兆半导体开发了最新的LED驱动器，能够用其中一种或结合两种方法来调校亮度。FAN5617使用充电泵架构来驱动三个并联LED，并糅合了一个单线总线，让用户以线性或施加PWM信号来设置光强度。

         然而，就这种“集成式”调光技术而言，飞兆并非首例。据北京思旺电子技术有限公司总裁裴石燕介绍，该公司近日推出的无电感Charge Pump型WLED驱动IC SE3362也采用了类似技术。SE3362内部设计有电流匹配控制电路，能有效控制LED电流，使每一路WLED的电流具有高的匹配度，以保证WLED亮度的一致性。通过外部Rset电阻可对WLED电流设定，其亮度还可通过多种方式进行调节：
          1. 使用一个直流电压设置RSET管脚的电流，从而改变WLED电流，调节亮度；
          2. 将PWM信号用作控制信号，通过占空比调节亮度；
          3. 将GPIO施于控制端，通过占空比调节亮度；
          4. 在RSET两端并联不同的转换电阻，改变WLED电流调节亮度。
            　　
         该驱动IC可同时驱动4颗并联的WLED，最大电流达30mA/WLED，适合用来驱动手机、PDA、DSC和PMP等LCD屏的背光LED。
           
         提升可操作性，闪光灯领域比拼人性化
            　　
         对于闪光灯这一应用领域，光是效率的提升已不足以满足设备厂商的胃口。随着照相手机的普及，人们对照相性能的要求也越来越高。对于面向闪光灯应用的LED驱动器来说，可操作性是一个为其加分的性能，同时这也是众多LED驱动厂商们努力的方向。
            　　
         研诺逻辑近日推出的LED驱动器AAT1270为设计师提供了对闪光和电影模式操作的高灵活性控制，该产品可通过一个独立的外部电阻对满量程闪光LED电流进行设置。在电影模式应用时,缺省电流值的电流比设置为7.3:1，电影模式电流也可通过研诺逻辑专有的单线简易串行控制(S2Cwire)接口编程而设为15个其它比率。此外，为了防止闪光LED热损伤，AAT1270配置了用户可编程安全计时器，它可在设定的时间长度内停止闪光活动，还有一个独立的闪光灯支持引脚，以同时启动闪光/闪光灯操作和安全计时器。最后，AAT1270还配置了一个异步闪光抑制接脚，在高电池需求期间可减少拍摄模式中的闪光电流。

        同样，为了提升用户的照相体验，恩智浦(NXP)半导体所发布的高效照相手机LED闪光驱动器UBA3001则可在电池供电型手机中提供最大闪光效果输出。增强的闪光性能可提高不良照明条件下的图像质量，由此显著改善用户的视觉体验。恩智浦UBA3001可为单颗高亮度LED提供1安培电流，由于它具备自动升压与降压转换功能，无论电池电量多少都可以获得极好的闪光性能。该解决方案专为高要求的照相手机而设计，并提供一些专门的特性，如发射模式期间降低电流、自动关机、真正LED关机，以及不同应用下电流设置的完全控制，包括闪光灯、手电，以及“相机/视频-开”的指示灯模式。
            
        争夺照明应用“潜力股”，力排效率障碍
            　　
        在环保呼声高涨的今天，节能照明技术已经越来越受到大众的重视，欧、美许多国家甚至立法以规范照明管理。LED照明技术以其低功耗、长寿命的优势当之无愧的成为了节能照明技术的“排头兵”。

        除了演出照明、景观照明、住宅照明、防火照明等传统照明市场之外，汽车前灯照明市场也是LED照明技术发展的大好空间。Tony  Armstrong甚至认为：增长最快的LED驱动器集成电路市场是汽车前灯照明，从现在到2011年，年复合增长率将超过150%。一个流行的应用领域是很多汽车和卡车的仪表板背光照明、内部照明和刹车灯。豪华型汽车制造商正在越来越多地采用最新的固态LED照明技术，用这些更轻、更小和更耐用的器件提供内部和外部照明，以提高未来车型的美感。

        针对各种照明应用，如何提高LED发光效率是LED驱动厂商们目前最为关注的话题。为了尽快推动LED照明市场的快速增长，各个厂商也相继推出了一系列优秀的LED驱动产品。

        聚积科技近日研发出的1.2A“定电流模式”高效率DC/DC转换器MBI6650，利用了创新的Hysteretic PFM技术，除了能避开对音频的干扰外，还可以在大电流的状态下具有快速切换频率，而在小电流时具有慢速切换频率，使得MBI6650在轻载与重载的系统转换效率分别高达85%和90%，大幅提升了LED照明系统运作上的效率，达到省电的效果。针对高功率LED照明的应用，该芯片的输入电流范围还扩增至9~36V。此外，MBI6650内建的全方位保护措施及散热片，能提高MBI6650运作时的稳定性与安全性。 

        除了提升发光效率，增加集成度也是厂商们的努力方向。美信(Maxim)今年推出的高效LED驱动器MAX16819和MAX16820仅需一个外部MOSFET和少量无源器件，即可驱动高达3A电流的LED。每个器件均可以驱动多达6个串联LED，提供从1W到25W以上的输出功率，效率高达94%。该系列驱动器所具有的高边电流检测功能使器件从本质上区别于标准降压PWM控制器。由于其外部检流电阻的压降仅为200mV，从而降低了MAX16819/MAX16820的功耗。此外，高边电流检测和集成的电流调节电路减少了外部元件数，同时可输出的LED电流精度达±5%。MAX16819和MAX16820无需使用外部电容，分别具有30%和10%的电流纹波。该系列产品适用于节能灯源以及汽车前后照明车灯。 

         虽然LED驱动市场前景可观，却仍然有一些技术方面的因素制约着其发展速度。Tony  Armstrong指出，对于LED驱动技术来说，目前面临的主要挑战包括：1. 用可能低于、等于或高于负载电压的电池电压为一个或几个LED串供电；2. 以大调光比高效率地对LED调光，同时在高和低亮度时保持颜色特性不变；3. LED驱动器高效率工作是关键要求，尤其是在驱动HB  LED时更是这样，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散了。因此，各个半导体厂商在谋求LED技术更大发展的道路上，还有许多事情可以做。