背光及照明用LED驅動IC技術應用分析
背光及照明用LED驅動IC技術應用分析
摘 要：從技術和市場經濟的角度對LED驅動IC的需求迅速增長作出分析，消費電子用LED驅動器的技術和市場比較成熟，家庭照明用LED驅動器還有技術瓶頸尚待突破。 關鍵詞：LED驅動器，LED燈，LCD背光
LED作為綠色環保的清潔光源得到廣泛的認可。LED使用壽命長、節能省電、應用簡單方便、使用成本低，因而在手機、MP3、MP4、PMP、DSC（數碼相機）、PDA、GPS、PND、游戲機、學習機、筆記本計算機等的手持產品的LCD背光；LED手電筒、礦燈便攜
照明；在建筑照明、裝飾照明、標識牌照明；在汽車的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車燈、方向燈、尾燈；以及將在家庭照明都會得到海量的應用。
目前手機彩屏背光應用占LED驅動IC總出貨比重的60%，除了按鍵與彩屏背光應用外，由于照相手機的普及，搭配LED省電與小型化的特性，手機相機閃光燈應用比重逐日提高，將占整體手機應用的35-40%。全球手機產量由2006年的8億臺增長到2007年的11億臺，增幅達40%，2008年預計將生產15億臺。2007年中國手機出貨量將增長21.9%，達5.58億部 ，占據全球市場的一半左右 。按80%手機采用彩屏計算，2007年手機產品應用的LED驅動IC達6億顆規模。預估LED驅動IC在消費性電子產品市場將繼續成倍增長。
7-19英寸的LCD屏原用CCFL作為背光，而現在也正在逐步地被LED所蠶食。特別是在歐盟實施RoHS的法令以后，含汞的CCFL被禁止，否則要付10美元的有害物質處理費，這將加快采用LED背光的步伐。在筆記本計算機等更大量產品的液晶屏中，采用LED背光也已成為一種趨勢，因為它不但可以使屏幕的厚度減半(從9mm降到4.5mm)，重量減輕26%，而且還可以節省50%的耗電，其唯一的不足是目前成本比CCFL高2.38美元，因能減輕重量和節電預計用戶還是可以接受的。據統計，2007年有8%的筆記本計算機采用LED作為背光，而2007年筆記本計算機的預計產量為8,500萬臺，采用LED作為背光的筆記本計算機將達到680萬臺，這一數據還有望突破。LCD TV和筆記本計算機可望采用LED取代CCFL背光的趨勢已經十分清晰。2009年LED驅動IC出貨量將達9.1億顆，年復合成長率將達32%。 LED驅動IC目前市場需求
LED驅動IC目前市場需求按應用來分基本有三大類，一是用于消費性電子產品的，其應用特點是以電池為能源，一般為4.2-8.4V，因此低電壓、小電流的LED驅動器是目前量大面廣的產品；二是用于汽車照明產品，因其電源來自汽車蓄電池，一般是48V，所以需要較高電壓降壓的LED驅動IC；三是建筑裝飾照明和家庭照明，則需要將AC能直接變換成DC的LED驅動IC，主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源，并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。因而不同應用的LED驅動IC是完全不同的。
消費性電子產品的LED驅動器擁有比較成熟的技術、產品和相對成熟的市場。2007年全球手機市場使用LED驅動IC達6億顆，2008年將繼續增長。
汽車照明產品使用的LED等的數量較多，大多是串、并聯驅動，需要較高的電壓，對于取自48V汽車蓄電池的電源來說是十分方便的。目前能耐60V高壓的LED驅動器新品推出已較多。因而在汽車前裝市場直接采用LED的儀表板背光、前后霧燈、第三剎車燈、方向燈、尾燈的市場十分看好和樂觀。
建筑裝飾照明和家庭照明，則需要將AC能直接變換成DC恒流源的LED驅動IC，目前還不能提供單個SOC的集成電路產品，大多數是模塊電路。建筑裝飾照明在國內各大城市應用已十分廣泛，節能效果顯著。社會對家庭用LED照明燈需要量將是一個天文數字，但目前的家庭用LED照明燈技術和生產成本離大批量生產還有一定的距離，尚需努力。 LCD背光用LED工作原理
要設計LED驅動的應用電路，首先要了解LED的工作原理。LED工作的主要參數是VF、IF，其它相關的是顏色、波長、發光亮度、發光角度、效率、功耗。VF前降電壓是為LED發光建立一個正常的工作狀態。IF前降電流是促使LED發光，發光亮度與流過的電流
成正比例。LED VF標稱電壓：3.4V±0.2。LED IF工作電流按應用需要選用，LED產品的IF從5-500mA。以手機為例，手機鍵盤背光使用電流為5-10mA、LCD背光使用電流為15-20mA、相機閃光燈使用電流為100-500mA它們的IF都不相同，各檔LED不能混用。 消費性電子產品常用LED驅動IC
消費性電子產品LCD屏的背光一般是2-8顆LED燈，并聯或單顆供電的應用居多。自2000年來，消費性電子產品常用LED驅動IC有DC/DC開關穩壓器（Boost）、電荷泵（Charge Pump）、恒流源（Constant）和低壓差穩壓器（LDO）。
DC/DC開關穩壓器是用電感器來儲存電能的，而電感器容易發射開關頻率，易對射頻（RF）發生新的干擾，因此在手機產品中用得較少。電荷泵也是一種開關穩壓器，但它是用電容器作電能儲能，因而不會發射開關頻率，在手機產品中占了最大的份額。LED發光要求IF恒流，恒流源就是針對這個市場而特別設計、生產的，恒流源的價格是電荷泵的50%，因而近年來在普及型手機產品中也占有一定的份額。普及型手機產品苛求成本下降，手機背光驅動單元尚可榨油的就是降低LED驅動IC的成本，大多數手機的關機電壓設計在電池電壓降至3.3V時，因此恒流源就設計成在4.2V-3.3V時恒流輸出20-30MmA，3.3V以下輸出電流急降。電荷泵的賣點是效率（η），但大多數電荷泵在4.2V-3.3V時其轉換效率并不高，當電池電壓降到3.0V-2.5V時它的轉換效率能達85-90%，可惜在目前大多數的手機方案中并不能發揮其優勢。LDO是一個性能很好的低壓差穩壓器，輸出電壓穩定，當負載不變時，它流過負載的電流也恒定，基于此原理的LDO也是一個很好的LED驅動器。就目前手機用LED驅動IC而言，一個DC/DC（Boost）的售價是USD0.12-0.15,一個電荷泵的售價是USD0.20-0.25,一個恒流源的售價是0.09-0.12，一個LDO只幾分美金，對于降低手機背光驅動單元成本，有一定的空間，今年來不少普及型手機都已選用。