LED灯及其驱动电路.doc

LED灯及其驱动电路近几年，业界开始大量采用LED替代CCFL和EL作为LCD的背光(背景光照明的简称)，与CCFL、EL相比.LED具有如下优点：1)可使LCD色彩更逼真，采用LED背光町提供130%的NTSC色阶，而CCFL仅为70%。色阶的扩充使LCD影像色度更饱和、更逼真;可使LCD厚度更薄，在18英寸LCD模块中，LED背光厚度为4mm6mm，CCFL为8mm12nm;3)寿命长，可达5万小时;4)符合环保要求，LED不含汞，5)与EL背光相比，LED背光不会产生于扰。因此，LED背光广泛用于PC、TV、汽车音响、手机、通信设备、个人数字助理(PDA)和手表等领域，它已成为LCD背光市场的主导产品。2002年LED的市场需求量占背光市场总需求量的60%左右，目前，有绿、红、蓝和白色LED作为LCD的背光，由于价格因素，绿色LED居主流，约占LED背光产品的80%。它们的额定电流为2mA20mA，亮度为600mcd。由于白色LED的成本较高，目前主要用于彩屏手机和彩屏PDA的背光以及汽车仪表的照明。深圳聖特光源科技有限公司(聖特光科)，专业从事各种CCFL冷阴极、CFL热阴极、LED光源产品的研发，生产和销售，作为以“光源”为专业制造商，公司拥有一批从事光源行业多年的技术专家和产品研发人员及经验丰富的工艺工程师，专业为客户提供各种类型的光源产品技术解决方案。如有疑问可联系黄生、QQ白色LED的发光机理及特性2.1 发光机理单芯片白色LED是一种含InGaN活性层的CaN发光二极管，它主要有两种发光机理：一种是结合蓝色LED和黄磷，通过蓝光和磷发射的黄光的混合产生白光;另一种是通过紫外光LED和红、蓝、绿磷的组合产生白光。2.2 特性白色LED的主要特性有：正向压降为3.5 V;发光效率大于20lm/W，优于白炽灯泡，次于荧光灯(601m/W100lm/W)，2004年，发光效率可提高到60lm/w，接近荧光灯水平，从而可大量用于照明市场;光通量为231m;封装尺寸小。Nichia公司于2003年推出SMD型白色LED，型号为NSCW215，它是一种侧视SMD型白色LED，高度为0.8/1mm，电流为20mA时，亮度达600mcd。Toyoda Gosei公司推出SMD型白色LED，尺寸为3.2 mm2.8 mm，型号为TG white，电流为20mA时，亮度达100mcd，发光效率为4.5 lm/W5 lmW。citizen公司采用Nichia公司的白色LED裸片开发出迄今为止世界上最小的白色LED，其厚度为0.55 mm。Nichia公司的非SMD型白色LED的尺寸为11.2mm(宽)7.2mm(长)6mm(高)，寿命长，达5万小时以上。白色LED在照明市场上的应用前景诱人，为此，世界各国LED厂商加紧开发大功率白色LED，如Nichia公司开发出大功率InGaN LED，功率达1 W2 W，是现有LED的10倍。美国加州大学固态发光及显示中心计划在2007年前开发出发光效率为200lm/W的白色LED。3.白色LED驱动电路目前，白色LED主要用于彩屏手机和彩屏PDA，一个彩屏LCD的均匀背光需要3个4个或更多的白色LED，智能手机可能需要6个或更多的白色LED。由于白色LED需求的增多。有力地推动了白色LED驱动器市场的增长。据Linear公司电源事业部产品营销经理Tony Armstrong估计：2003年手机出货量将超过4亿部。其中至少有60%70%是彩屏手机，此外。还将有1 000部彩屏PDA，市场将有几亿块白色LED驱动器的需求，由于白色LED的正向压降为3.5 V，当单节锂电池相近，因此，需要一个升压转换器来解决白色LED的正向电压问题。目前，升压有两种解决方案：一是电荷泵方式(开关电容器)，其优点是占用面积小，但效率低，国家半导体公司推出的白色LED驱动器采用这种开关电容，该公司认为，如果采用升压转换器，当驱动器处于断电状态时就会有漏电流;二是电感开关升压方式，其优点是效率高，但占用面积大。目前，大多数白色LED驱动器厂商都采用电感开关升压方式，如Catalyst公司的CAT32型白色LED驱动器，它工作在1.2MHz的固定频率上，它可增强低电压电池的电压，并自动调整驱动电流，最多可支持4个串联在一起的白色LED。该公司正在开发比CAT32更先进的白色LED驱动器，它可通过MPU对电流进行控制，并集成了无源元件，从而节约了成本。Linear公司推出片上集成肖特基二极管的白色LED驱动器，这样，驱动电路只需两个外部电容器、一个电阻器和一个电感器。而一般白色LED驱动器是集成MOSFET。白色LED驱动电路由白色LED驱动器和外围电路(包含晶体管、二极管、电感器、电容器和电阻器等)组成。驱动白色LED需要一个恒流源，电流一般为15mA20mA。LED的亮度依赖于其正向电流，所以多个白色LED串联使用，可保证流过每个白色LED的电流都相同。正向编置的4个串联白色LED需14V电压，该电压通过升压稳压器来提升单节锂电池(2.7V4.2V)故称工作电压来获得。图1给出一种单节锂电池(2.7V4.2V)供电的高效率白色LED驱动电路。图1中的SP6682是一块标准的稳压充电泵电路。它含有一个内部500kHz振荡器，用以 正常驱动充电泵电容器?使输人电压提高一倍。图1中的电路不采用电荷泵电容器，而将振荡器的输出加到引脚7上.并驱动Q1的导通和截止。Ql、L1、D1和C1构成一个升压稳压器，使C1两端的电压升高。当该电压超过4个串联的白色LED的正向压降之和时，电流开始启动。白色LED与电流检测电阻器R1串联，形成反馈回路闭合。要使R1两端的压降为最小，就可获得高效率。将R1两端的电压与SP6682的0.3V参数电压比较，可使该驱动电路的效率达87%。通常，市售的集成升压稳压器以1.24V带隙电压作为反馈参考电压，将使Rl两端产生1.24V的压降。从而使转换效率降低7%。SP6682的0.3V参考电压远低于1.24V，而效率的降低与参考电压成正比。MOSFET具有很小的导通电阻和很高的开关速度，这些参数优于其他集成开关。MOSFET的击穿电压会限制最大输出电压，通过调节该电压以驱动所需几个白色LED的系统。在SP6682的启动引脚6上加一个PWM信号，可使稳压器关闭和重新启动，以精确地控制白色LED的亮度。图1 单节锂电池供电的高效率白色LED驱动电路双节锂电池(6V8.4V)供电的白色LED驱动电路应当选择的白色LED驱动器，如图2所示。TI公司的TPS61042就是一块适合双节锂电池供电的白色LED驱动器，但TPS61042的输入电压仅为1.8V6 V，只要巧妙地将TPS61042的输入电压与功率级分开，就能使TPS61042驱动白色LED。将系统3.3V电压接到驱动器的引脚VIN上，驱动器的功率级输入直接连接到双节锂电池上。通常，功率级可连接到低于可需输出电压的任何电压输出端。由于升压拓扑，功率级的输入电压必须低于输出电压，或者电感器和二极管直接将输入电压传送到输出端。引脚SW上的允许最大电压为28 V，限制了功率级的最大输入电压。图2的驱动电路表明，输入电压越高，效率也越高。所以，该驱动电路完全不受其输入电压范围的限制，并能有效地节约系统成本和板极空间，还提高了效率。对于单节1.5 V电池如何选择白色LED驱动电路。图3回答了这个问题。图3中的比为TI公司的SN74AUClGl4或Fairchild公司的NC7SPl4单栅施密特倒相器。在图3(a)中，接通电池电源时，肖特基二极管D1导通，施密特触发器非稳态多频振荡器开始振荡，当IC1的输出变为高电位时，晶体管Q1导通，电感器L1中的电流开始增大。当施密特触发器输出高电平脉冲结束时，倒相器输出为低电位，Q1截止，L1两端的电压极性反转。由此产生的逆转电压立即使Q1的集电极电压升高到超过电池电压，并使串联的白色LED和D2处于正向偏置。只要施密特触发器输出高电平脉冲持续3s，就可导致大约65 mA的峰值电感器电流，并使白色LED产生极高亮度的白光。即使电池电压小到500mV，相应的33 mA峰值电流仍可使白色LED发出足够亮的白光。如果图3(a)中的D1被PNP晶体管Q2替代，可进一步降低最小启动电压电平，见图3(b)所示。在室温下