LED背光與照明中面臨的挑戰(zhàn)與主要解決方案

　　由于在背光和照明等相關(guān)應(yīng)用中的迅猛發(fā)展，以節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽命為賣(mài)點(diǎn)的led技術(shù)正在重新回到熱點(diǎn)技術(shù)的行列中來(lái)。盡管業(yè)界還需要克服一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)來(lái)完善現(xiàn)有的技術(shù)，不過(guò)主要的半導(dǎo)體廠商都已紛紛推出了各具特色的解決方案。

　　面臨眾多挑戰(zhàn)

　　對(duì)于許多剛剛接觸LED技術(shù)的工程師來(lái)說(shuō)，如何減少其在系統(tǒng)中的占用空間以及盡可能的提高亮度是他們選擇LED方案供應(yīng)商時(shí)首先碰到的問(wèn)題。不過(guò)由于LED技術(shù)還處于起步階段，供應(yīng)商們還需要克服眾多挑戰(zhàn)。

　　Cypress的EZ-Color產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Shone Tran認(rèn)為，對(duì)于所有的大功率LED設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，器件分選(Binning)、溫度、色準(zhǔn)以及信號(hào)通訊可能是半導(dǎo)體方案供應(yīng)商們正在面臨的四項(xiàng)主要難題。不過(guò)具體到不同的細(xì)分市場(chǎng)還是有一些細(xì)微的區(qū)別。比如色準(zhǔn)、溫度和信號(hào)通訊是LED背光中最需要迫切解決的問(wèn)題，而在汽車(chē)照明中，溫度和色準(zhǔn)控制技術(shù)的重要性要更高一些，至于通用照明，無(wú)論是方面都還需要進(jìn)一步的完善。

　　Tran關(guān)于細(xì)分市場(chǎng)要求不同的看法與安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理部市場(chǎng)推廣經(jīng)理蔣家亮的意見(jiàn)不謀而合。不同的是，后者認(rèn)為成本問(wèn)題才是LED背光和通用照明中最重要的因素。至于汽車(chē)照明，他指出：“已有的方案還必須在可靠性上(比如能否經(jīng)受?chē)?yán)酷的環(huán)境溫度)不斷加強(qiáng)?！?/P>

　　蔣家亮表示，LED技術(shù)要想在通用照明領(lǐng)域取得更多進(jìn)展，就必須考慮如何更方便地替換現(xiàn)有的鹵素?zé)艉途酃庹彰鳠舻葌鹘y(tǒng)光源。“比如將LED和轉(zhuǎn)換電路組裝到小型的燈具當(dāng)中?！倍?span id="jsz44is" class=hrefStyle>歐司朗光電半導(dǎo)體的LED市場(chǎng)總監(jiān)Timon Rupp也持有同樣的看法。歐司朗光電半導(dǎo)體目前主要關(guān)注的還是汽車(chē)和通用照明市場(chǎng)。其與照明大廠歐司朗的親密關(guān)系令其對(duì)終端需求的體會(huì)比其他供應(yīng)商更深?！癓ED技術(shù)正努力在通用照明領(lǐng)域同傳統(tǒng)光源展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)?！盧upp表示，“半導(dǎo)體供應(yīng)商遇到的最主要的挑戰(zhàn)是如何在系統(tǒng)集成方面取得突破，比如提供更容易令消費(fèi)者從傳統(tǒng)光源轉(zhuǎn)向這種新興技術(shù)的所謂‘交鑰匙’或者‘即插即用’的解決方案?！?/P>

　　與其他受訪者相比，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理吳志民的意見(jiàn)要具體一些?！霸?span id="wace4wr" class=hrefStyle>驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED燈串的背光方案中，燈串間的電流匹配是主要挑戰(zhàn)。而無(wú)論LCD電視還是汽車(chē)應(yīng)用，都對(duì)對(duì)比度提出了較高的要求?！眳侵久裾f(shuō)。另外，他還指出，由于LED在通用照明領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，供應(yīng)商還必須有能力提供擁有全范圍輸入電壓的各種驅(qū)動(dòng)器。

　　“白光LED驅(qū)動(dòng)器必須能夠?yàn)樘囟ǖ腖ED配置提供足夠的電流和電壓，并采用可滿(mǎn)足輸入電壓范圍以及所需的輸出電壓和電流要求的轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?！盠inear電源產(chǎn)品組產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Tony Armstrong表示。他指出，一款絕佳的LED驅(qū)動(dòng)器必須擁有下列特點(diǎn)中的部分或者全部?jī)?nèi)容：寬輸出電壓范圍；高效轉(zhuǎn)換；嚴(yán)格調(diào)節(jié)的LED電流匹配；低噪聲、恒定頻率操作；獨(dú)立的電流和調(diào)光控制；外形緊湊、占板面積小、外部元件極少。

　　主要解決方案

　　EZ-Color是Cypress于去年夏天專(zhuān)門(mén)針對(duì)高亮度(HB)LED智能照明系統(tǒng)推出的一款基于閃存的可編程LED驅(qū)動(dòng)器。它最多可控制16個(gè)HB-LED(CY8CLED16)，這比同類(lèi)型的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品要多出4~5個(gè)。為了盡可能加快設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，該公司還同時(shí)提供了兩款名為PSoC Express和PSoC Designer的設(shè)計(jì)工具。分別面向此前沒(méi)有任何嵌入式設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的入門(mén)級(jí)用戶(hù)以及嵌入式設(shè)計(jì)專(zhuān)家使用。同時(shí)提供的評(píng)估套件(CY3261A-RGB)還提供一個(gè)交互式圖形界面，可透過(guò)CIE圖表，或者是直接控制單個(gè)HB-LED進(jìn)行快速顏色混合。EZ-Color還有分別可控制4個(gè)和8個(gè)LED的CY8CLED04與CY8CLED08可供選擇。據(jù)悉，基于EZ-Color HB-LED驅(qū)動(dòng)器，該公司還在開(kāi)發(fā)一款光反饋解決方案，其中將采用顏色傳感器來(lái)進(jìn)行閉環(huán)的顏色準(zhǔn)確度補(bǔ)償。

　　針對(duì)高端手機(jī)閃光燈應(yīng)用，歐司朗光電半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了CERAMOS和OSLUX產(chǎn)品線。該公司同時(shí)還提供面向汽車(chē)前燈(OSTAR Headlamp)和通用照明的產(chǎn)品(OSTAR Lighting)。特別要介紹的是這款通過(guò)了汽車(chē)安規(guī)驗(yàn)證并已開(kāi)始提供樣片的OSTAR Headlamp。它并沒(méi)有采用透鏡，但通過(guò)一個(gè)改進(jìn)的轉(zhuǎn)換器以及Thinfilm技術(shù)上的提升，其在工作電流為700mA的情況下獲得了620lm和12W的峰值亮度和功耗，高達(dá)500lm的亮度典型值也是上代產(chǎn)品的兩倍，這比目前已有的任何一款LED亮度都高。緊湊的封裝形式令其能夠同小型光學(xué)器件連接在一起，從而節(jié)省空間并賦予設(shè)計(jì)師更多自有發(fā)揮的空間。該公司將于2008年底開(kāi)始量產(chǎn)這款產(chǎn)品。

　　美國(guó)國(guó)半不久前剛剛發(fā)布了一款型號(hào)為L(zhǎng)M3433的DC/DC同步降壓恒流穩(wěn)壓器，它能夠?yàn)?span id="t9ctf4z" class=hrefStyle>投影儀和背投電視的大功率HB-LED提供穩(wěn)定的負(fù)電流。由于允許多個(gè)LED陽(yáng)極直接連接到接地點(diǎn)，這使得電路散熱能力大大提高。此外，超過(guò)40kHz的PWM調(diào)光控制頻率還促成了數(shù)字色溫控制、干擾清除、場(chǎng)序照明以及亮度控制等技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。由于采用固定導(dǎo)通時(shí)間，該器件也無(wú)需加接輸出電容。該公司還將很快上市一款面向汽車(chē)以及LCD TV背光應(yīng)用、集成了升壓控制器的3通道恒流LED驅(qū)動(dòng)器LM3431。它能夠?yàn)?個(gè)LED燈串(每串最多可有10個(gè)LED)提供高精度的恒定電流。最大輸出電流為150mA，在適當(dāng)擴(kuò)展后還能夠驅(qū)動(dòng)6個(gè)LED燈串。為了減少壓降提高效率，LM3431還采用了陰極反饋穩(wěn)壓控制電路。采用PWM調(diào)光方式，最大調(diào)光頻率25kHz，此時(shí)的對(duì)比度為100:1，而進(jìn)一步降低調(diào)光頻率后，對(duì)比度更可超過(guò)1,000:1。

　　LED的應(yīng)用多種多樣，供應(yīng)商需要提供各種不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得其在特定應(yīng)用中達(dá)到最優(yōu)的方案成本與性能?；谶@樣一個(gè)思路，安森美在其LED驅(qū)動(dòng)器中采用了提高轉(zhuǎn)換頻率、采用低損耗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電荷泵等方法。比如利用其在充電器解決方案中的經(jīng)驗(yàn)所推出的NCP1216，可方便地用于構(gòu)建帶有安全隔離或不帶有安全隔離功能的解決方案。作為一款PWM控制器，能夠配合一個(gè)外置MOSFET用于從10瓦到數(shù)十瓦的某些背光應(yīng)用。此外，內(nèi)置了一個(gè)MOSFET的NXP101X系列由于緊湊的封裝非常適用于聚光照明等較小型應(yīng)用。而低壓直流-直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器NCP3065則可用于LED燈的簡(jiǎn)單降壓或升壓配置。此外，如果同時(shí)需要PFC和電源轉(zhuǎn)換，單段式PFC控制器NCP1651也是一個(gè)較好的選擇。

　　Linear也是LED驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)的主要供應(yīng)商。LT3595是該公司最新推出一款高性能LED驅(qū)動(dòng)器，面向大尺寸TFT-LCD背光應(yīng)用，16個(gè)獨(dú)立通道最多可驅(qū)動(dòng)160個(gè)(16×10)50mA LED。每個(gè)通道的調(diào)光可通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的PWM引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)光范圍5,000:1，16個(gè)通道間的電路匹配度為8%。LT3595還具備開(kāi)路檢測(cè)和熱保護(hù)等功能。由于所有的電源開(kāi)關(guān)、肖特基二極管和補(bǔ)償元件都被集成進(jìn)來(lái)，轉(zhuǎn)換器電路板面積和元件成本都被大大降低。

　　LTC3212是Linear專(zhuān)門(mén)面向便攜式顯示和照明應(yīng)用中的RGB LED而推出的另外一款新品。能以高達(dá)25mA的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)3個(gè)LED(輸入電壓2.7V~5.5V)。由于僅需3個(gè)小電容器和1~3個(gè)編程電阻器即可構(gòu)成一款纖巧完整的RGB或白光LED電流控制器和電源解決方案，這令其特別適合于小型的電池供電設(shè)備。其多模工作方式的充電泵可執(zhí)行低噪聲、恒定頻率操作，以最大限度地抑制紋波。設(shè)計(jì)師可利用3個(gè)單獨(dú)的電阻器來(lái)設(shè)置的LED電流源，進(jìn)而控制LED的調(diào)光操作和亮度。當(dāng)全部3個(gè)RGB LED均被設(shè)置為ON時(shí)，白光模式將對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光LED電流比進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)最佳的白色光。