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当完善的设计LED驱动电路避免组件与系统损

发布时间:2021-09-11 05:34:35 阅读: 来源:挖掘机滤芯厂家

完善的设计LED驱动电路 避免组件与系统损害

摘要:高亮度LED再跨入成为液晶面板背光光源之后,高亮度LED的话题性热度,瞬间被市场提升,还可调理材料终究到达的强度高亮度LED也从传统担任显示的角色转变成为光源提供者,来取代传统的冷阴极管。

高亮度LED再跨入成为液晶面板背光光源之后,高亮度LED的话题性热度,瞬间被市场提升,高亮度LED也从传统担任显示的角色转变成为光源提供者,来取代传统的冷阴极管。

一般而言,绝大多数的中小尺寸面板,都是利用3——10颗的白光LED,采用串连的方式来作为背光光源,甚至于或PDA的键盘背光也多是利用LED作为辅助照明之用,再加上欧盟对于无汞化的要求,因此对于更新一代的LED的驱动芯片和技术,也就相当地被市场所期待。

由于传统的冷阴极管是利用交流驱动,所以在整个的驱动线路较为复杂,并且需要INVERTER(反向器),将产品机构中所使用的直流电,转换成高压交流电来驱动,所以,在低耗电、电路简单化、演色要求下,在中小面板的部分,采用白光LED来作为背光源已经相当普及了,并且白光LED除了有体积小、高亮度的优点外,驱动电路也较冷阴极管简单。在多色LED电路驱动设计部分,大部分都是利用场序交互点灯的驱动方式,藉此得以形成所谓的“FieldSequence”。好处是,可以让多色LED与液晶面板的Sub-Pixel、彩色滤光片来达到同步,达到更广的色彩表现范围,不过就整体结构的部分,需要搭配多色LED重新设计,因为包括,导光板、色转换电路等等,传统的部分组件都需要重新开发,虽然原件的材料上没有太大不同,但是结构上却需要配合LED的点光源特性重新设计。

依需求发展出多元化的驱动方式

对于驱动白光LED来说,电路本身需要供给白光LED固定的电压或固定的电流,而当可携式产品开始运作后,就会产生电压下降的现象,因而需要升压组件来进行升压、稳压。大部分的电路设计多采用电容来维持稳压,这是考虑到避免升压零件工作时,对于射频带来一些影响,所以,就整体的电路来说,稳压设计是相当重要的设计,来提供白光LED驱动所需要稳定电压电流,而就对于白光LED驱动的部分,在本身的电路设计上,也综上所述发展出多元化的驱动方式,保护相关组件以及提供所需的亮度。

因为LED的特性是利用电流来驱动的特性,所以LED的亮度表现与顺向电流有等比的依存关系,所以对于LED亮度的调整就必须有效的控制顺向电流变化,目前可以利用调整电流检加工商可以利用这些埃奇得XP牌号的非凡性能和加工性能简化产品库存测电阻,以及整流电阻来达到控制顺向电流。

采用整流电阻的目的是确保顺向电流都能够流向LED芯片,不过这样的做法会因为顺向电压的改变,影响顺向电流的强弱,会造成顺向电压的改变有很多因素,例如温度等等,这些都会使得LED亮度受到影响,产生功耗的浪费以及缩短电池的寿命。

然而采用整电流检测电阻来确保顺向电流变化的做法,相较之下是比较好的,因为使用电流检测电阻可以确保流向LED的顺向电流,也因此可以消除顺向电压变化所带来的影响,如果期望改变LED顺向电流的话,只需调整电流检测电阻即可,不需要对整个输入电源进行改变。另一个好处是,如果驱动多个LED时,只需要将多个LED进行串联,因为电流检测电阻的作用关系,因此也可以确保流入每个LED的电流都是固定的,但是这样的做法对于并联的LED,并不适当,因为必须在每个并联的LED中安置一个电流检测电阻,当然缺点就是成本会因此而增加,并且效率也会大打折扣,当然也会影响电池的使用寿命。

所以事实上,设计完善的LED驱动电路,不仅仅是确保LED的亮度能够维持,更重要的是能够保护电池的使用寿命,来增加可携式产品在无来电源情况下的使用时间。另外还有一点是相当重要的,因为一般都是利用输出功率除以输入功率,来判定电源效率,但是对于LED驱动而言,在期望获得亮度的情况下来定义输入功率,所以并不能采用输出功率除以输入功率的方式,而是必须将LED功率除以输入功率,所得到的结果才是正确的效率测量。

利用传统模拟与PWM方式进行调光

大多数的可携式产品,对于面板的背光都设计有调光功能,也就是说,在有无交流供电、待机模式等等的情况下,都会对背光的亮度进行调整,来减少耗电,延长电池的使用时间,目前有PWM或者模拟(电压调整法)等两种的方式来对白光LED进行电流的控制与驱动,达到点灭控制、多段式亮度等等。

模拟的电压调整方法,就是单纯的改变输入电流,也就是说,所改变的输入电流比例也就直接地影响白光LED的明暗,这样的方式如果对于电流量的操控不够精准的话,些许的电压变化会造成输入电流产生变动,而使得白光LED难以达到所预期的亮度,但是如果要能够精确的让白光LED产生期望亮度的话,那么就需要相当复杂的电路设计,此外因为过大的电流,这会使得设计困难度与成本都大幅度的增加,此外还会对白光LED的波长产生影响,出现LED颜色偏移,一般而言使用,模拟电压调整方式的情况不大多见,所以目前大多是利用PWM的方式来进行调光。PWM是利用改变白光LED的DutyCycle,改变周期百分比、频率来进行控制亮度,因此利用PWM调光可以达到相当精细的调整,不过,采用PWM方式的话,必须将工作频率提高到100Hz,因为如果低于100Hz的话,就会被眼睛察觉出PWM的脉冲现象,因此电源启动与响应时间是关键的条件。

降压式驱动与升压式驱动各有优缺

利用PWM调光的方式,有两种类型,包括升压式和降压式,一般而言较多人使用升压式的驱动设计,这也意味着可以利用低于3V的电源来驱动白光LED,达到减少由电池所占据的体积,完成轻薄的产品设计。

采用升压驱动方式的好处是,如果FET毁损不会导致LED也被烧毁、输入电流的滤波比较简单、可以简化LED电流的侦测、简化P机电方面WM调光控制负担,根据业者的评估,升压电路的效率可以高达90%左右。但是也是有缺点,升压式的驱动设计,由于本身并不具有固定电流功能,如果当电压超过限值时,有可能会对LED或者电路中其它组件造成损毁。

目前,升压电路可以利用2种模式来完成:连续导通模式,以及不连续导通模式。这2种模式都是利用电感电流的波形来决定。连续导通模式是用在,输入电流大于1安培时,输出电压与输入电压比值小于或等于6,如果需要更大的输出电压与输入电压比就必须采用不连续导通模式,不过不连续导通模式产生较大的电流,有可能造成电感的毁损,也会让均方根电流增加,因此两者相较之下,不连续导通模式的效率较低。

而至于降压式的驱动设计,也有工程设计师偏爱使用,降压驱动的优点是,结构比较简单,并且成本也不至于太高,不过部分设计不佳的降压驱动芯片解决方案,当面对驱动电压较高时,会产生较大的功耗,使得电池的使用寿命减少,并且会产生高热的情况。所以,目前有业者开始开发具有固定电流功能的降压白光LED驱动芯片,避免因为驱动电路出现问题时,过高的电流造成LED损毁。

过压保护延长电池的使用寿命

就如前述,对于白光LED驱动而言,最佳的状况是电源电路能够提供稳定的电压以及电流,来驱动白光LED,但是在电路的运作过程中,难免都会出现突波现象,如果负载电阻增大,相对的电源的输出电压也必须随之增加,所以对于利用固定电流驱动的白光LED,就必须设计出过压的保护措施,在出现过大负载时,也都能维持固定的电流提供LED驱动。目前提供过压保护这一方面,可以利用稳压二极管与LED进行并联,这样可以将电压维持在稳压二极管最大承受范围之内,当出现电压高于稳压二极管击穿点的过压的现象时,可以让电压流到电流检测电阻,藉此保护白光LED组件,所以利用稳压二极管和白光LED组件并联的方式可以确保流入白光LED的电压电流值都在固定的状态。此外也有设计者利用监控的方式来维持电源的稳定,透过监控机制的管理,当出现电源过压的情况时,立即关闭电源,来保护白光LED组件,并且可以延长电池的使用寿命。

断电机制经常被工程师所遗忘

断电机制也是LED驱动电路设计中,需要考虑的机制之一,不过却会被工程师遗忘,而产生缩短产品使用寿命的情况。

因为在电压转换器断电期间,还是会出现负载经由电感以及二极管连接着输入电压,这是由于输入电压与LED处于连接的状态下,即使是电源不再供应,但是还是会产生些许的电流,如此处在经常都是如此状况下的话,那么漏电流就会对电池带来影响,使得电池的使用寿命大幅缩短。因此负载断开的设计,对于整体的电路来说,还是有存在的必要性。

另外,如果没有负载断开机制的话,还会对PWM调光的部分带来影响,因为当电源不提供电流时,输出电容还是会和白光LED连接着,所以,电力仍旧会慢慢地流向白光LED,当电源被打开,PWM调光机制重新运作的时候,电容在每个PWM循环开始时,都会产生放电的现象,并且将输出电容充电,因此当每个PWM循环开始时,就会出现突波脉冲,如果此时过压保护机制设计不佳的话,那么就会直接对白光LED造成程度不一的伤害。此外,突波脉冲更会使得整个的系统效能下滑。所以,在电源电路中加入断电机制时,LED就会与电源隔绝,当电源不再提供电力时,就不会出现漏电流的现象,并且PWM进行重新运作时,因为电容都是充满电力的情况,也不至于突波脉冲。

完善的设计驱动电路来保护电路

目前,全球各大解决方案业者,都积极开发结构更加完整、背光效率更高的白光LED驱动电路,提供工程设计师更简化的设计,以及更完善的电路保护,对于白光LED驱动来说,无论是采用那种驱动方式,最重要的还是能够完善的设计驱动电路,来保护电路中的各项组件,以避免不必要的突波或增加无谓的功耗,且可提高可携式产品以及电池的使用寿命与时间。

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