1前言

       近幾年,業(yè)界開始大量采用LED替代CCFL和EL作為LCD的背光(背景光照明的簡稱),與CCFL、EL相比．LED具有如下優(yōu)點：1)可使LCD色彩更逼真,采用LED背光町提供130％的NTSC色階,而CCFL僅為70％。色階的擴充使LCD影像色度更飽和、更逼真;可使LCD厚度更薄,在18英寸LCD模塊中,LED背光厚度為4mm～6mm,CCFL為8mm～12nm;3)壽命長,可達5萬小時;4）符合環(huán)保要求,LED不含汞,5）與EL背光相比,LED背光不會產(chǎn)生于擾。因此,LED背光廣泛用于PC、TV、汽車音響、手機、通信設(shè)備、個人數(shù)字助理(PDA)和手表等領(lǐng)域,它已成為LCD背光市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。

       2002年LED的市場需求量占背光市場總需求量的60％左右,目前,有綠、紅、藍和白色LED作為LCD的背光,由于價格因素,綠色LED居主流,約占LED背光產(chǎn)品的80％。它們的額定電流為2mA～20mA,亮度為600mcd。由于白色LED的成本較高,目前主要用于彩屏手機和彩屏PDA的背光以及汽車儀表的照明。

       2 白色LED的發(fā)光機理及特性

       2．1 發(fā)光機理

       單芯片白色LED是一種含InGaN活性層的CaN發(fā)光二極管,它主要有兩種發(fā)光機理：一種是結(jié)合藍色LED和黃磷,通過藍光和磷發(fā)射的黃光的混合產(chǎn)生白光;另一種是通過紫外光LED和紅、藍、綠磷的組合產(chǎn)生白光。

       2．2 特性

       白色LED的主要特性有：正向壓降為3．5 V;發(fā)光效率大于20lm／W,優(yōu)于白熾燈泡,次于熒光燈(601m／W～100lm／W),2004年,發(fā)光效率可提高到60lm／w,接近熒光燈水平,從而可大量用于照明市場;光通量為231m;封裝尺寸小。Nichia公司于2003年推出SMD型白色LED,型號為NSCW215,它是一種側(cè)視SMD型白色LED,高度為0．8/1mm,電流為20mA時,亮度達600mcd。Toyoda Gosei公司推出SMD型白色LED,尺寸為3．2 mm×2．8 mm,型號為TG white,電流為20mA時,亮度達100mcd,發(fā)光效率為4．5 lm／W～5 lmW。citizen公司采用Nichia公司的白色LED裸片開發(fā)出迄今為止世界上最小的白色LED,其厚度為0．55 mm。Nichia公司的非SMD型白色LED的尺寸為11．2mm(寬)×7．2mm(長)×6mm(高),壽命長,達5萬小時以上。白色LED在照明市場上的應(yīng)用前景誘人,為此,世界各國LED廠商加緊開發(fā)大功率白色LED,如Nichia公司開發(fā)出大功率InGaN LED,功率達1 W～2 W,是現(xiàn)有LED的10倍。美國加州大學(xué)固態(tài)發(fā)光及顯示中心計劃在2007年前開發(fā)出發(fā)光效率為200lm／W的白色LED。

       3 白色LED驅(qū)動電路

       目前,白色LED主要用于彩屏手機和彩屏PDA,一個彩屏LCD的均勻背光需要3個～4個或更多的白色LED,智能手機可能需要6個或更多的白色LED。由于白色LED需求的增多。有力地推動了白色LED驅(qū)動器市場的增長。據(jù)Linear公司電源事業(yè)部產(chǎn)品營銷經(jīng)理Tony Armstrong估計："2003年手機出貨量將超過4億部。其中至少有60％～70％是彩屏手機,此外。還將有1 000部彩屏PDA,市場將有幾億塊白色LED驅(qū)動器的需求",由于白色LED的正向壓降為3．5 V,當(dāng)單節(jié)鋰電池相近,因此,需要一個升壓轉(zhuǎn)換器來解決白色LED的正向電壓問題。目前,升壓有兩種解決方案：一是電荷泵方式(開關(guān)電容器),其優(yōu)點是占用面積小,但效率低,國家半導(dǎo)體公司推出的白色LED驅(qū)動器采用這種開關(guān)電容,該公司認(rèn)為,如果采用升壓轉(zhuǎn)換器,當(dāng)驅(qū)動器處于斷電狀態(tài)時就會有漏電流;二是電感開關(guān)升壓方式,其優(yōu)點是效率高,但占用面積大。目前,大多數(shù)白色LED驅(qū)動器廠商都采用電感開關(guān)升壓方式,如Catalyst公司的CAT32型白色LED驅(qū)動器,它工作在1．2MHz的固定頻率上,它可增強低電壓電池的電壓,并自動調(diào)整驅(qū)動電流,最多可支持4個串聯(lián)在一起的白色LED。該公司正在開發(fā)比CAT32更先進的白色LED驅(qū)動器,它可通過MPU對電流進行控制,并集成了無源元件,從而節(jié)約了成本。Linear公司推出片上集成肖特基二極管的白色LED驅(qū)動器,這樣,驅(qū)動電路只需兩個外部電容器、一個電阻器和一個電感器。而一般白色LED驅(qū)動器是集成MOSFET。

       白色LED驅(qū)動電路由白色LED驅(qū)動器和外圍電路(包含晶體管、二極管、電感器、電容器和電阻器等)組成。驅(qū)動白色LED需要一個恒流源,電流一般為15mA～20mA。LED的亮度依賴于其正向電流,所以多個白色LED串聯(lián)使用,可保證流過每個白色LED的電流都相同。正向編置的4個串聯(lián)白色LED需14V電壓,該電壓通過升壓穩(wěn)壓器來提升單節(jié)鋰電池(2．7V～4．2V)故稱工作電壓來獲得。圖1給出一種單節(jié)鋰電池(2．7V～4．2V)供電的高效率白色LED驅(qū)動電路。圖1中的SP6682是一塊標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓充電泵電路。它含有一個內(nèi)部500kHz振蕩器,用以正常驅(qū)動充電泵電容器?使輸人電壓提高一倍。圖1中的電路不采用電荷泵電容器,而將振蕩器的輸出加到引腳7上．并驅(qū)動Q1的導(dǎo)通和截止。Ql、L1、D1和C1構(gòu)成一個升壓穩(wěn)壓器,使C1兩端的電壓升高。當(dāng)該電壓超過4個串聯(lián)的白色LED的正向壓降之和時,電流開始啟動。白色LED與電流檢測電阻器R1串聯(lián),形成反饋回路閉合。要使R1兩端的壓降為最小,就可獲得高效率。將R1兩端的電壓與SP6682的0．3V參數(shù)電壓比較,可使該驅(qū)動電路的效率達87%。通常,市售的集成升壓穩(wěn)壓器以1．24V帶隙電壓作為反饋參考電壓,將使Rl兩端產(chǎn)生1．24V的壓降。從而使轉(zhuǎn)換效率降低7％。SP6682的0．3V參考電壓遠(yuǎn)低于1．24V,而效率的降低與參考電壓成正比。MOSFET具有很小的導(dǎo)通電阻和很高的開關(guān)速度,這些參數(shù)優(yōu)于其他集成開關(guān)。MOSFET的擊穿電壓會限制最大輸出電壓,通過調(diào)節(jié)該電壓以驅(qū)動所需幾個白色LED的系統(tǒng)。在SP6682的啟動引腳6上加一個PWM信號,可使穩(wěn)壓器關(guān)閉和重新啟動,以精確地控制白色LED的亮度。

                    
                                  圖1 單節(jié)鋰電池供電的高效率白色LED驅(qū)動電路
 

       雙節(jié)鋰電池(6V～8．4V)供電的白色LED驅(qū)動電路應(yīng)當(dāng)選擇的白色LED驅(qū)動器,如圖2所示。TI公司的TPS61042就是一塊適合雙節(jié)鋰電池供電的白色LED驅(qū)動器,但TPS61042的輸入電壓僅為1．8V～6 V,只要巧妙地將TPS61042的輸入電壓與功率級分開,就能使TPS61042驅(qū)動白色LED。將系統(tǒng)3．3V電壓接到驅(qū)動器的引腳VIN上,驅(qū)動器的功率級輸入直接連接到雙節(jié)鋰電池上。通常,功率級可連接到低于可需輸出電壓的任何電壓輸出端。由于升壓拓?fù)?功率級的輸入電壓必須低于輸出電壓,或者電感器和二極管直接將輸入電壓傳送到輸出端。引腳SW上的允許最大電壓為28 V,限制了功率級的最大輸入電壓。圖2的驅(qū)動電路表明,輸入電壓越高,效率也越高。所以,該驅(qū)動電路完全不受其輸入電壓范圍的限制,并能有效地節(jié)約系統(tǒng)成本和板極空間,還提高了效率。

       對于單節(jié)1．5 V電池如何選擇白色LED驅(qū)動電路。圖3回答了這個問題。圖3中的比為TI公司的SN74AUClGl4或Fairchild公司的NC7SPl4單柵施密特倒相器。在圖3(a)中,接通電池電源時,肖特基二極管D1導(dǎo)通,施密特觸發(fā)器非穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器開始振蕩,當(dāng)IC1的輸出變?yōu)楦唠?/div>