1996年，日亞化學(xué)的中村氏發(fā)現(xiàn)藍(lán)光LED之后，白光LED就被視為照明光源最具發(fā)展?jié)摿Φ慕M件，因此，有關(guān)白光LED性能的改善與商品化應(yīng)用，立即成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。目前,白光LED已經(jīng)分別應(yīng)用于公共場(chǎng)所的步道燈、汽車照明、交通號(hào)志、可攜式電子產(chǎn)品、液晶顯示器等領(lǐng)域。由于白光LED還具備豐富的三原色色溫與高發(fā)光效率的特性，一般認(rèn)為非常適用于液晶顯示器的背光照明光源，因此，各廠商陸續(xù)推出白光LED專用驅(qū)動(dòng)電路與相關(guān)組件。鑒于此，本文就LED專用驅(qū)動(dòng)電路的特性與今后的發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。
1 定電流驅(qū)動(dòng)的理由
1.1 白光LED的光度以順向電流規(guī)范
白光LED的順向電壓通常被規(guī)范成20mA時(shí)，最小為3.0V，最大為4.0V，也就是若單純施加一定的順向電壓時(shí)，順向電流會(huì)作大范圍的變化。
圖1是從A、B兩家LED企業(yè)的產(chǎn)品中隨機(jī)取三種白光LED樣品進(jìn)行順向電壓與順向電流特性檢測(cè)的結(jié)果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示，若利用3.4V順向電壓驅(qū)動(dòng)上述六種白光LED時(shí)，順向電流會(huì)在10~44mA范圍內(nèi)大幅變動(dòng)。表1為白光LED的電氣與光學(xué)特性。
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由于白光LED的光度與色度是以定電流方式量測(cè)的，所以，為獲得預(yù)期的亮度與色度，通常是用定電流驅(qū)動(dòng)。
1.2 避免順向電流超越容許電流值
為確保白光LED的可靠性，基本上就是需要設(shè)法避免順向電流超過(guò)白光LED的絕對(duì)最大設(shè)計(jì)值(定格值)。
圖2中，白光LED的定格最大順向電流為30mA，隨著周圍溫度的上升，容許順向電流則持續(xù)衰減，如果周圍溫度為50℃，通常順向電流就不能超過(guò)20mA。此外，利用定電壓的驅(qū)動(dòng)方式不易控制流入LED的電流值，因此就無(wú)法維持LED的可靠性。
2 白光LED的驅(qū)動(dòng)方法
圖3是驅(qū)動(dòng)白光LED常用的四種電源電路;圖4是上述六種隨機(jī)取樣白光LED穩(wěn)定后的ReguLation精度特性。
圖4的測(cè)試結(jié)果顯示，ReguLator的負(fù)載特性出現(xiàn)在白光LED的VF角落上，即圖中的交叉點(diǎn)就是各白光LED的穩(wěn)定動(dòng)作點(diǎn)。
2.1 使用電壓ReguLator的驅(qū)動(dòng)方式
圖3(a)的電路分別使用可以控制LED電流的電壓ReguLator與BaLLast電阻，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是電壓ReguLator種類豐富，設(shè)計(jì)者可以選擇的自由度較大，而且與電壓ReguLator、LED的接點(diǎn)只有一點(diǎn);缺點(diǎn)是BaLLast造成的電力損失會(huì)導(dǎo)致效率惡化。此外，LED的順向電流也無(wú)法獲得精密控制。
圖4(a)中可以看出，隨機(jī)取樣六個(gè)白光LED的順向電流，從14.2mA到18.4mA分布范圍非常廣，因此，A廠商LED的(平均值)順向電流高達(dá)2.0mA。相比之下，圖4(b)電路使用的ReguLator雖然有小型、低成本的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是可能會(huì)無(wú)法滿足性能與可靠性的要求，也就是說(shuō)本電路的實(shí)用性相對(duì)較弱。
2.2 使用定電流輸出的電壓ReguLator驅(qū)動(dòng)方式
圖3(b)的電路雖然可以使流入LED的所有電流穩(wěn)定化，不過(guò)為了匹配(Matching)各LED的電氣特性，電路中特別設(shè)置了一組BaLLast電阻。
圖3(b)中的MAX1910屬于定電流輸出型的電壓ReguLator，雖然本電路使用同廠商、同批號(hào)(Lot)的白光LED，獲得了極佳的匹配性，不過(guò)，在使用不同廠商與批號(hào)的LED時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)很大的特性差異分布。本電流Regu-Lator使用類似圖3(a)的方式控制驅(qū)動(dòng)電流，不過(guò)它卻可以使BaLLast電阻的消費(fèi)電力降低一半左右。
圖4(b)的測(cè)試結(jié)果顯示，流入六個(gè)隨機(jī)取樣白光LED的電流，從15.4mA到19.6mA，變化范圍非常大。因此，A廠商與B廠商兩者的LED是以平均17.5mA的電流驅(qū)動(dòng)。此電路的缺點(diǎn)是BaLLast電阻造成的電力損失有殘留之虞，而且又無(wú)法獲得LED電流的匹配性;不過(guò)整體而言，本電路兼具動(dòng)作特性與簡(jiǎn)潔性，所以具有相當(dāng)程度的使用價(jià)值。
2.3 使用輸出型的MuLti PuLL電流Regu-Lator的驅(qū)動(dòng)方式
圖3(c)的電路可以使流入LED的電流各自穩(wěn)定化，因此不需要使用BaLLast電阻，電流的精度與匹配性ReguLator則由各自的電流ReguLator支配。
圖3(c)中的MAX1570 IC可以使上述電流ReguLation達(dá)成2%標(biāo)準(zhǔn)的電流精度，與0.3%標(biāo)準(zhǔn)的電流匹配性等目標(biāo)。
由MAX1570 IC構(gòu)成的電流ReguLator為低Drop Out Type，因此它的動(dòng)作效率非常高。圖4(c)的測(cè)試結(jié)果顯示，使用圖3(c)的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，流入六個(gè)隨機(jī)取樣白光LED穩(wěn)定化的電流為17.5mA。
雖然ReguLator與LED之間需要四個(gè)連接端子，不過(guò)此電路不需要BaLLast電阻，所以可以有效抑制封裝面積，因此非常適合應(yīng)用在封裝空間極為狹窄的小型液晶面板等領(lǐng)域。
2.4 使用升壓型電流ReguLator驅(qū)動(dòng)的方式
圖3(d)的電路是利用可以使電流穩(wěn)定化的電感(Inductor)，構(gòu)成所謂的高效率Step Up Converter。本電路的最大特點(diǎn)是 Feed Back ThreshoLd電壓，可以減少電流檢測(cè)用電阻的電力損失。此外，LED采用串聯(lián)方式連接，所以流入白光LED的電流即使是在各種要求下，都能夠與LED完全取得匹配。
有關(guān)電流的精度基本上取決于Regu-Lator的Feed Back ThreshoLd精度，因此不會(huì)受到LED順向電壓的影響。
由MAX1848與MAX1561 IC構(gòu)成的電流ReguLator的效率(PLED/PIN)分別是：三個(gè)LED+MAX1848，87%;六個(gè)LED+MAX-1561， 84%。
Step Up Converter的另一優(yōu)點(diǎn)是Regu-Lator與LED之間需要兩個(gè)連接端子，而且LED的使用數(shù)量不會(huì)受到Step Up Converter種類的影響，這意味著設(shè)計(jì)者會(huì)擁有更大的選擇空間。因此，Step Up Converter廣泛應(yīng)用在各種尺寸的液晶面板;電路的缺點(diǎn)是電感外形高度、組件成本偏高，有EMI輻射干擾。
3 結(jié)束語(yǔ)
以上介紹了白光LED常用的驅(qū)動(dòng)電路，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式深入探討了各電路實(shí)際運(yùn)行時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)和特性。由于LED結(jié)構(gòu)的限制，因此會(huì)有波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電流精度不易控制等困擾，隨著白光LED背光模塊應(yīng)用需求的不斷增加，如何改善上述波長(zhǎng)與電流精度問(wèn)題，同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電路的制作成本，成為必須克服的問(wèn)題。