點陣式LED驅動器的技術發(fā)展趨勢

LED驅動器的發(fā)展動向

在上述背景下，要求為LED提供電流使其點亮的裝飾用LED驅動器IC，能夠以更為靈活的亮燈模式控制數(shù)量更多的LED。

但是，過去被用于LCD背光等的恒流式LED驅動器采取1個恒流電路對1個LED元件的結構方式，增加LED燈數(shù)就要增大芯片面積、增加成本，所以往往被敬而遠之。但是，近年來LED在高亮度化方面已取得進展，用較小的電流值也可使LED以足夠的亮度進行亮燈，而恒流電路本身不增加。LED的電源（正極）一側內(nèi)置了依次驅動的PMOS晶體管進行分時亮燈，從而可以分別控制數(shù)量更多的LED（圖1）。如圖所示，傳統(tǒng)的LED驅動器用6ch的恒流電路使6個LED亮燈，而點陣式驅動器用3ch的SW電路和3ch的恒流電路便可分別對9個LED元件進行亮燈控制。

［圖1］傳統(tǒng)的LED驅動器與點陣式LED驅動器的電路結構

分別控制119個LED元件

一般說來，人的視覺可感知的頻率在100Hz以下，即使是在更快的速度下進行LED閃燈，也會被看作是用其ON/OFF的比（＝Duty）平均化了的亮度。稱之為PWM（=Pulse Width Modulation）控制方式，被廣泛地用作LED驅動器的調光方式。通過控制恒流電路的ON Duty便可調節(jié)DC的恒定電流值（＝LED的亮度）（例如，把恒定電流值定為20mA，ON Duty定為50%時，與不間斷地有10mA的恒定電流通過是一樣的）。點陣式LED驅動器通過采用圖1所示的矩陣連接與組合方式，可對數(shù)量等于SW電路×恒流電路部分的LED元件進行分別控制（圖2）。 點陣式驅動器是將LED元件的正極與負極連接成矩陣狀，對正極一側的SW電路以分時方式進行ON。負極一側的恒流電路以各自的ON時序驅動每個LED元件設定的恒定電流值，使LED亮燈。ROHM開發(fā)成功的BD26502GUL內(nèi)置有SW電路7ch、恒流電路17ch，總共可分別控制7x17=119個LED元件（圖3）。

BD26502GUL以約為4msec的周期（＝250Hz）進行分時亮燈，由于SW電路有7ch，所以各個LED元件的亮燈時間是該周期的1/7。因此，在時間上平均的LED電流量就等于恒流電路設定值的1/7。對于BD26502GUL型產(chǎn)品，即便按恒流電路設定的最大值（＝20mA)計算也就是20mA/7≒2.9mA那么大，但是LED的發(fā)光效率卻提高了，能夠確保有足夠高的亮度用于顯示和裝飾用途。

［圖2］依靠點陣式LED驅動器（圖1）工作的例子

［圖3］BD26502GUL的LED控制電路構成例

BD26502GUL的特點

另外，并不僅僅是簡單地使多個LED亮燈，如何才能在不增加控制用CPU負荷的前提下實現(xiàn)「引人注目」而又「漂亮的」亮燈模式也是重要的問題。BD26502GUL內(nèi)置了13種模式的傾斜功能和8方向的自動滾動功能，不給CPU增加負荷即可實現(xiàn)表現(xiàn)力豐富的LED亮燈效果（圖4，5）。而且，還搭載了能夠雙面存儲7x17的矩陣亮燈數(shù)據(jù)的RAM，并且通過邊擦寫這些數(shù)據(jù)邊交替反復顯示，達到像動畫片一樣的動態(tài)效果。

BD26502GUL擁有控制用時鐘輸入輸出端口，也可以使多塊這種IC同時工作（圖6）。傾斜和滾動等功能通常用內(nèi)置的振蕩電路生成時鐘來控制時間，但內(nèi)部振蕩電路因為多塊IC在頻率上各有偏差，所以在時間上無法形成完全統(tǒng)一的亮燈模式。使用本IC則可以將此時鐘切換到來自引腳的外部輸入，就能夠使用同一時鐘使多塊IC間的亮燈時序和傾斜、滾動時間同步。如圖6所示，采取從時鐘源向各塊IC并聯(lián)輸入時鐘的方法，或者通過本IC的時鐘輸入/輸出端口的串聯(lián)連接的方式，均可以用同一時鐘信號同步控制所有IC。利用此功能，就是LED元件數(shù)量達到7×17=119個以上的應用也可以實現(xiàn)完全同步的無半點不協(xié)調感的亮燈控制。

［圖4］能夠對各LED元件進行設定的13種模式的傾斜功能（減輕了CPU的負荷）

［圖5］BD26502GUL的滾動功能舉例

[圖6］多個BD26502GUL同時工作的一個構成例子

另外，利用ROHM獨創(chuàng)的技術已經(jīng)將恒流電路的飽和電壓降低到非常低的50mV（ROHM的評價）。所謂飽和電壓就是恒流電路中所使用的晶體管的最低工作電壓，如果電壓低于飽和電壓，恒流電路的驅動電流下降，就不能獲得所希望的LED亮度。近年來，市場正在擴大的智能手機顯示屏幕大且功能多，用戶對所謂的“電池沒電了”多有不滿，對占整部手機消耗功率很大比例的LED驅動器消耗功率的降低提出了嚴格要求。傳統(tǒng)的LED驅動器為了保證LED元件的Vf而需要升壓電路，這種升壓電路的效率是決定電池耐久性的重要因素而受到人們的重視。

但是現(xiàn)在，隨著LED的Vf降低，即使沒有升壓電路而只靠電池電源電壓也能確保達到Vf的事例已經(jīng)多起來了，因此關鍵在于上述的飽和電壓。因為是用電源電壓將LED的Vf那樣低的電壓外加給恒定電流驅動器引腳，所以該飽和電壓越低，不用升壓電路就可以使LED正常亮燈的范圍就越寬（圖7）。

［圖7］LED驅動器的恒流驅動電路與可驅動時間

ROHM充分利用了多年來培養(yǎng)起來的LED驅動器技術，不僅開發(fā)了點陣式驅動器，還在各種產(chǎn)品領域內(nèi)開發(fā)了與裝置的個性化和高級化相對應的顯示與裝飾用LED點陣式驅動器（表1）。

預定還將繼續(xù)擴大和充實產(chǎn)品線，備齊RGB裝飾用（BD1606MUV、BD28xx)和可適應各種用途的OpenDrain型顯示器驅動器（BD7844EFV）等產(chǎn)品，以供用戶根據(jù)各種用途進行選擇。

［表1］LED點陣式驅動器產(chǎn)品一覽（☆Under Development ★Under Planning）