LCD目前較常采用CCFL作為背光光源,但因CCFL背光驅動線路復雜,要求驅動電壓高及演色性能力等因素,再加上背光的光源是系統(tǒng)中耗電量最大的部分,所以在功率限制日趨嚴苛的情況下,目前已逐漸被產(chǎn)業(yè)討論將使用LED作為代替。
為滿足節(jié)能及環(huán)保的需求,針對不同應用與不同的功耗范圍,全球許多政府及能源機構的各種新的能耗標準也紛紛出爐。同時,更加嚴格的規(guī)范也在制定中。降低能耗成為一項無法回避的重要議題,所以對電源管理也提出了更高的要求。
LED控制正向電流方案
LED是由電流驅動的器件,其亮度與正向電流呈比例關系。有兩種方法可以控制正向電流。第一種方法是采用LEDV-I曲線,一般利用一個電壓電源和一個整流電阻器,來確定產(chǎn)生預期正向電流所需要向LED提供的電壓。但這種方法有一些缺點,如LED正向電壓的任何變化都會導致LED電流的變化。
假設固定電壓為3。6V、電流為20mA,當電壓變?yōu)?。0V時,溫度或制造變化會引起的特定壓變,那么電流將可能降低到14mA。所以正向電壓出現(xiàn)較大變化時,會導致更大的正向電流變化,另外,壓降和功耗也都會浪費功率和降低電池使用壽命。第二種方法是利用固定電流來驅動LED。固定電流可消除正向電壓變化所導致的電流變化,因此,可產(chǎn)生固定的LED亮度。利用固定電流只需要調(diào)整通過電流檢測電阻器的電壓,而不用調(diào)整電源的輸出電壓。
電源電壓和電流檢測電阻值決定了LED電流,在驅動多個LED時,只需串聯(lián)就可以在每個LED中達到固定電流。而在驅動并聯(lián)LED時,必須在每個LED串中放置一個整流電阻,但這樣將會導致效率降低和電流失配。
由于便攜式應用中,電池的使用壽命是整體應用關鍵。所以LED驅動器必須達到高效性。不過,LED驅動器的效率測量與典型電源的效率測量是有些不同。典型電源效率測量的定義,是輸出功率除以輸入功率。而對于LED驅動器來說,輸出功率并非是相關參數(shù),反而預期LED亮度所需要的輸入功率值才是重點。在這點可以利用LED功率除以輸入功率來得到答案。
過壓保護
在固定電流模式中,LED驅動組件必須提供過壓保護功能。無論負載是多少,都可產(chǎn)生固定電流。但如果負載電阻增大,相對的電源的輸出電壓也必須隨之增加。當電源檢測到過大的負載電阻,或負載斷開的話,那么輸出電壓可能會超出IC,或其它組件的最大使用電壓范圍。因此,在驅動器里就必須提供過壓保護。例如:可以利用將Zener二極管與LED并聯(lián),這樣的方式可將輸出電壓限制在Zener二極管擊穿電壓和電源內(nèi)。當出現(xiàn)過壓時,輸出電壓會提高到Zener二極管擊穿點,并通過Zener二極管,然后再到接地的電流檢測電阻器,所以在Zener二極管與LED并聯(lián)下,可以穩(wěn)當?shù)靥峁┹敵鲭娏鳌?/p>
另外,也可以利用監(jiān)控輸出電壓,在達到過壓前關閉電源。當過壓的情況出現(xiàn)時,LED驅動器可以降低功耗,并延長電池使用壽命。
PWM調(diào)光
許多便攜式LCD背光應用都需要有限度地調(diào)節(jié)亮度。在這一部份可以采用兩種調(diào)光方式,就是模擬或PWM的方法。采用模擬調(diào)光,就像大家所熟悉的,在LED上增加50%的電流,這樣就可以提高50%的亮度。但這種方法是有缺點的,那就是會出現(xiàn)LED顏色偏移,并需要采用模擬控制信號,因此,這種模式一般來說使用率并不多。而利用PWM調(diào)節(jié)亮度的關鍵是,為確保使用者的眼睛看不到PWM脈沖現(xiàn)象,PWM信號的頻率必須高于100Hz,最大PWM頻率是取決于電源激活與響應時間。
負載斷開
負載斷開是LED驅動電源中一個經(jīng)常被忽視的功能,因為在電源失效時,可以利用負載斷開將LED與電源斷開。這種功能在下列兩種情況下是相當重要的,那就是斷電和PWM調(diào)光。例如:在升壓轉換器斷電期間,負載仍然透過電感器和二極管與輸入電壓相連接。因為輸入電壓仍然與LED連接的情況下,總電源已經(jīng)失效,仍舊會繼續(xù)產(chǎn)生小電流,當長時間出現(xiàn)漏電流現(xiàn)象將會縮短電池壽命。另外,負載斷開在PWM進行亮度控制時也很是相當重要。因為在PWM不運作期間,電源在失效的情況下,但輸出電容仍然與LED連接。
如果沒有負載斷開的話,輸出電容仍舊會提供LED電源,直到PWM再次打開電源。因為電容在每個PWM循環(huán)開始時,都會出現(xiàn)放電的現(xiàn)象,一次電源必須在每個PWM循環(huán)開始時,將輸出電容器充電,所以,會在每個PWM循環(huán)出現(xiàn)時產(chǎn)生突波脈沖。突入的電流會造成系統(tǒng)效率降低,并在輸入總線上出現(xiàn)瞬時電壓。而如果具有負載斷開功能的話,LED就會從電源斷開,這樣當電源失效時,就不會出現(xiàn)漏電流,而且在PWM進行亮度調(diào)整的循環(huán)間,輸出電容器都是充滿的。
目前,全球各大業(yè)者正在積極開發(fā)結構更加完整、背光效率更高的白光LED驅動電路。所以由于移動電話繼續(xù)朝著多功能智能化的方向發(fā)展,因此,預計LED驅動器的需求量會持續(xù)增加。例如:目前普通的移動電話一般只采用2至4顆LED驅動器,但功能更加豐富的雙屏幕照相手機需要7~9顆LED驅動器,才可滿足燈光方面的要求。