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[产品推荐] 符合主流发展需求的LED技术

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2010-12-01 作者:Tony Armstrong 来源:凌力尔特 浏览量: 网友评论: 0

摘要: 2009年对于LED的普及而言,可谓关键性的一年,在过去的12个月时间里,LED获得了一些重要的技术进展,而此发展也于各种应用中,大幅提升为其供电所需的LED驱动器IC的需求量。通过分析即将在LED驱动器IC需求量增长中发挥作用的“催化剂”,我们不难发现,LED将迅速成为一种主流的照明光源,而其中几个主要的动力来自汽车照明、大屏幕LCD高清(HD) TV、掌上型设备、LED光输出、LED成本因素及其有望取代白炽灯泡的潜在用途。

  Audi(奥迪)是第一家在其车型中采用LED前照灯的汽车制造商。其组件包含两个近光前照灯(作为主要功能),各由2个LED阵列和4个主动组件组成。3个额外的LED阵列(各采用2颗LED芯片)被摆置在光学透镜的后面;它们的任务是控制汽车前照灯的亮/暗边界和照射距离。对于远光前照灯,在邻近近光LED阵列的地方布设了1个4-LED阵列。在靠近汽车前照灯组件的下边缘处,一排(24个) LED构成了昼间行驶灯。在1A的电流条件下,每个LED阵列可实现600流明的亮度。在2008年度的Audi R8豪华型跑车上,该组件被作为可选配件来提供给车主,但在奥迪其它车型上它们正成为了主流的配置。此外,VW、Lexus和Cadillac已在其2009年度车型上提供了这种LED汽车前照灯。

  当被用来驱动用于为高分辨率电视显示屏提供背面照明的LED时,LED驱动器IC带来了诸多的优势。它们可使LED驱动器电路解决方案纤巧、精小和扁平。而且,这些IC还在高开关频率条件下运作,以在采用基于充电泵的架构时缩减输出电容的数值、尺寸和成本。在基于电感的DC/DC开关架构中,这些高开关频率可减低电感和输出电容的数值、尺寸和成本。此外,在某些场合中,LED驱动IC还能够实现肖特基二极管和升压二极管的片内整合,从而减少外部组件数,进而降低设计复杂性,并缩减了解决方案的外形尺寸和成本。

  LCD HDTV具有运动模糊到彩色再现性欠佳等多种缺点,也就是说,当使用目前这一代LCD HDTV时无法获得真正的“黑色”,而且提供所有彩色的动态范围均较低。传统HDTV采用CCFL灯管作为背光源,所能提供的对比度比仅在450cd/m2 ~ 650cd/m2之间。这些HDTV的主要问题是不能够完全关断CCFL背光源,或对其进行局部调光。

  与此相反的是,当采用高亮度(HB)LED背面照明时,在背光照明“群组”中,一个LED 阵列(就一个46英寸显示屏幕而言,由多达1,600个LED组成)可以局部调光或关闭,从而提供比CCFL 设计几乎高一个数量级的对比度(>4,000cd/m2)。此外,通过调整背面照明LED串的亮度,还能够复制更多的中间色调,从而使得图像更加栩栩如生。另一个好处是能够在局部位置将LED完全关断,从而减少运动模糊。通过在讯框间将LED完全关断,由快速运动物体所引起的图像模糊实际上将被消除。另外,在解决CCFL背面照明LCD TV所常见的快速运动模糊问题的过程中,LED所拥有非常快的响应速率是非常重要的。

  目前许多移动电话都具备能拍摄高分辨率静止和视频图像的内建数码相机。而且,相机效能的提升还使得人们需要一种供相机在室内或昏暗环境光条件下使用的高功率白光源。白光LED已开始逐渐成为照相手机的主要光源。原因是它们兼具现代蜂巢式电话设计者所期望的诸多特点,即:小尺寸、高光输出以及提供“闪光”和连续“视频”物体照明的能力。高输出功率LED专为用作整合相机照明灯而开发。

  同样地,几乎所有的消费性电池供电型掌上型设备均采用彩色主动矩阵LCD来显示使用者所需的不同类型信息和数据。然而,制造商面临的难题,是确保用户能够在任何类型的环境中清晰地阅读这些显示屏上的信息。为此,他们必须提供具有正确背面照明光量的彩色LCD。这种背面照明一般是由白光LED以不同的组合(取决于屏幕尺寸)来提供的。于是,对那些用于为之供电的精小、高效和低噪声LED驱动器IC的需求便因应而生。

  LED的重要发展因素

  高功率LED的光输出已经实现了具有重要里程碑意义的每瓦100流明,有些制造商甚至声称其在实验室里获得的LED光输出达到了每瓦120流明。这意味着,就能量效率而言,LED如今已经超越了CFL(其光输出为每瓦80流明)。不过,根据进一步的预测,到2012年时,LED的光输出将达到每瓦150流明。此外,在大家均十分关注“绿色环保”的背景之下,LED还不含任何危险材料(不像CFL在其灯管内部存在有毒的汞蒸汽)。

  美国能源部指出照明所消耗的能量占到了美国年发电量的22%,因此上述进步十分重要。LED照明的广泛使用将使此项能耗下降一半。如果客观地考虑到这一点,那么到2027年时,LED照明所实现的年度能耗削减量将相当于5亿桶石油,同时还减少了二氧化碳的排放量。

  LED照明的成本下降得非常快。在过去的12个月里,个别白光二极管(某些已被LED灯泡所采用并占据了其大部分成本)的价格已经从几年前的8美元降至1.50美元。LED行业的许多分析人士预测:在未来的12个月里,用LED灯泡替换白炽灯泡的价位将为消费者所接受。有些LED制造商声称他们已经设计出了可为LED灯泡供电的发光芯片,所产生的光线亮度与美国家庭极为常用的75W白炽灯泡相当。为了具备输出该光量的能力,此类LED芯片通常需要12W至15W的功率。

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  高亮度LED为驱动器IC带来的挑战

  如今,LED驱动器IC必须具备的一项重要效能特征,便是对LED进行适当调光的能力。由于LED是采用一个定电流源来驱动的(这里,DC电流水平与LED的亮度成比例),因此,如欲改变LED的亮度,可以采取两种通过控制LED电流来实现的调光方法。第一种方法是模拟调光,在这种调光方法中,通过降低定LED电流位准来使LED DC电流位准成比例下降。减小LED电流会导致LED彩色发生变化或LED电流的错误控制。第二种方法是数字或脉宽调变(PWM)调光。PWM调光以一个100Hz或更高的频率来导通和关断LED,如此高的频率是人眼所无法察觉的。PWM调光工作周期与LED的亮度成比例,而导通时间LED电流处于相同的位准(由一个LED驱动器IC来设定),从而在高调光比期间保持了恒定的LED彩色。在某些应用中,这种PWM调光法可以在调光比高达3,000:1的条件下使用。

  特别是在驱动高亮度LED时,通过运用一种满足输入电压范围以及所需输出电压和电流要求的转换架构,凌力尔特的LED驱动器IC能够提供适合诸多不同类型LED配置的足够电流和电压。因此,凌力尔特的HB LED驱动器IC通常具有以下特点:(1)宽输入电压范围;(2)宽输出电压范围;(3)高效转换;(4)严格调节的LED电流匹配;(5)低噪声、定频操作;(6)独立的电流和调光控制;(7)宽调光比;(8)精小的接脚占位和极少外部组件。

  凌力尔特LT3754和LT3755便是其中的两个实例。该公司的一款新产品可解决了与驱动白光LED(当其被用于为大尺吋屏幕提供背光照明时)相关联的设计问题。LT3754是一款创新的LED驱动器IC,可用于屏幕尺寸为26”或更大的HDTV。该升压模式LED驱动器具有16个单独的信道,每个信道能够以大约3.2V的VF 来驱动一个包含多达15个50mA LED的LED串。如此使每个LT3754能驱动多达240个50mA白光LED。因此,一部26”LCD HDTV将只需一个LT3754便可提供必要的背光照明。所有16个通道均通过单个PWM输入来控制,该PWM输入能够提供高达3000:1的PWM调光比。

  LT3754采用了一个小型的电感和更加精小的陶瓷输出电容。其它所需的组件仅为单个输入电容、MOSFET和一个电流设定电阻(如图1所示)。每个通道接受一个主编程电流,以提供每串10mA至50mA的LED电流。也可以把通道并联起来以提供较高的LED电流。输出电压适应于LED VF 的变化以实现最佳效率,而且LED开路故障不会影响连接LED串的操作。

  LT3754采用精小32接脚、5mm x 5mm QFN封装。LT3755-2是一款75V、高端电流检测DC/DC控制器,专为从一个4.5V至40V的输入电压范围来驱动高电流LED而设计。LT3756-2采用相同的设计,但可从6V至100V输入来提供至100V的输出。这两款组件的“-1”版本均提供了外部同步能力,而标准组件版本则用一个LED开路状态指示器来取代该接脚的功能。两款组件均为众多应用的理想选择,包括汽车、工业和建筑照明。

  对于要求40V以上(比如:48V电源轨)输入电压的应用而言,LT3756-2将是优选的解决方案。这两款组件均采用一个外部N通道MOSFET,并能够从一个12V(标称值)输入来驱动多达14个1A白光LED,从而提供了50W以上的功率。它们内置了一个高端电流检测电路,因而使其能够在升压、降压、升降压或SEPIC和反驰架构中使用。LT3755-2和LT3756-2在升压模式中能提供超过94%的效率,从而免除了任何增设外部散热装置的需要。一个频率调节接脚允许使用者在100kHz至1MHz的范围内设置频率,因而最佳化效率,同时最大限度地缩减了外部组件的尺寸和成本。再加上所采用3mm x 3mm QFN封装或耐热效能增强型MSOP-16E封装,LT3755-2和LT3756-2提供了一款非常精小的高功率LED驱动器解决方案。

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