LCD液晶背光用白光LED驅動解決方案

　　LCD目前較常采用CCFL作為背光光源，但因CCFL背光驅動線路復雜，要求驅動電壓高及演色性能力等因素，再加上背光之光源是系統中耗電量 大之部分，所以在功率限制日趨嚴苛之情況下，目前已逐漸被產業討論將使用LED作為代替。

　　為滿足節能及環保之需求，針對不同應用與不同之功耗范圍，全球許多政府及能源機構之各種新之能耗標準也紛紛出爐。同時，更加嚴格之規范也在制定中。降低能耗成為一項沒有法回避之重要議題，所以對電源管理也提出了更高之要求。

　　LED控制正向電流方案

　　LED是由電流驅動之器件，其亮度與正向電流呈比例關系。有兩種方法可以控制正向電流。第一種方法是采用LED V-I曲線，一般利用一個電壓電源和一個整流電阻器，來確定產生預期正向電流所需要向LED提供之電壓。但這種方法有一些缺點，如LED正向電壓之任何變化都會導致LED電流之變化。

　　假設固定電壓為3.6V、電流為20mA，當電壓變為4.0V時，溫度或制造變化會引起之特定壓變，那么電流將可能降低到14mA。所以正向電壓出現較大變化時，會導致更大之正向電流變化，另外，壓降和功耗也都會浪費功率和降低電池使用壽命。第二種方法是利用固定電流來驅動LED。固定電流可消除正向電壓變化所導致之電流變化，因此，可產生固定之LED亮度。利用固定電流只需要調整通過電流檢測電阻器之電壓，而不用調整電源之輸出電壓。

　　電源電壓和電流檢測電阻值決定了LED電流，在驅動多個LED時，只需串聯就可以在每個LED中達到固定電流。而在驅動并聯LED時，必須在每個LED串中放置一個整流電阻，但這樣將會導致效率降低和電流失配。

　　由于便攜式應用中，電池之使用壽命是整體應用關鍵。所以LED驅動器必須達到高效性。不過，LED驅動器之效率萬用表測量與典型電源之效率萬用表測量是有些不同。典型電源效率萬用表測量之定義，是輸出功率除以輸入功率。而對于LED驅動器來說，輸出功率并非是相關參數，反而預期LED亮度所需要之輸入功率值才是重點。在這點可以利用LED功率除以輸入功率來得到答案。

　　過壓保護

　　在固定電流模式中，LED驅動組件必須提供過壓保護功能。沒有論負載是多少，都可產生固定電流。但如果負載電阻增大，相對之電源之輸出電壓也必須隨之增加。當電源檢測到過大之負載電阻，或負載斷開之話，那么輸出電壓可能會超出IC，或其它組件之 大使用電壓范圍。因此，在驅動器里就必須提供過壓保護。例如：可以利用將Zener二極管與LED并聯，這樣之方式可將輸出電壓限制在Zener二極管擊穿電壓和電源內。當出現過壓時，輸出電壓會提高到Zener二極管擊穿點，并通過Zener二極管，然后再到接地之電流檢測電阻器，所以在Zener二極管與LED并聯下，可以穩當地提供輸出電流。

　　另外，也可以利用監控輸出電壓，在達到過壓前關閉電源。當過壓之情況出現時，LED驅動器可以降低功耗，并延長電池使用壽命。

　　PWM調光

　　許多便攜式LCD背光應用都需要有限度地調節亮度。在這一部份可以采用兩種調光方式，就是模擬或PWM之方法。采用模擬調光，就像大家所熟悉之，在LED上增加50％之電流，這樣就可以提高50％之亮度。但這種方法是有缺點之，那就是會出現LED顏色偏移，并需要采用模擬控制信號，因此，這種模式一般來說使用率并不多。而利用PWM調節亮度之關鍵是，為確保使用者之眼睛看不到PWM脈沖現象，PWM信號之頻率必須高于100Hz， 大PWM頻率是取決于電源激活與響應時間。

　　負載斷開

　　負載斷開是LED驅動電源中一個經常被忽視之功能，因為在電源失效時，可以利用負載斷開將LED與電源斷開。這種功能在下列兩種情況下是相當重要之，那就是斷電和PWM調光。例如：在升壓轉換器斷電期間，負載仍然透過電感器和二極管與輸入電壓相連接。因為輸入電壓仍然與LED連接之情況下，總電源已經失效，仍舊會繼續產生小電流，當長時間出現漏電流現象將會縮短電池壽命。另外，負載斷開在PWM進行亮度控制時也很是相當重要。因為在PWM不運作期間，電源在失效之情況下，但輸出電容仍然與LED連接。

　　如果沒有負載斷開之話，輸出電容仍舊會提供LED電源，直到PWM再次打開電源。因為電容在每個PWM循環開始時，都會出現放電之現象，一次電源必須在每個PWM循環開始時，將輸出電容器充電，所以，會在每個PWM循環出現時產生突波脈沖。突入之電流會造成系統效率降低，并在輸入總線上出現瞬時電壓。而如果具有負載斷開功能之話，LED就會從電源斷開，這樣當電源失效時，就不會出現漏電流，而且在PWM進行亮度調整之循環間，輸出電容器都是充滿之。

　　目前，全球各大業者正在積極開發結構更加完整、背光效率更高之白光LED驅動電路。所以由于移動電話繼續朝著多功能智能化之方向發展，因此，預計LED驅動器之需求量會持續增加。例如：目前普通之移動電話一般只采用2至4顆LED驅動器，但功能更加豐富之雙屏幕照相手機需要7～9顆LED驅動器，才可滿足燈光方面之要求。

　　Supertex第二代高電壓LED驅動芯片HV9911

　　Supertex第二代高電壓LED驅動芯片HV9911，提供了工程師在進行LCD用三原色背光、汽車照明和電池驅動LED燈等產品背光設計之應用。HV9911是閉合環路之開關模式LED驅動IC設計，用于LED電流和對脈寬調整調光有良好瞬時反應。在需要多個LED驅動器時，可同步防止系統分諧波振動。

　　HV9911還提供斜率補償，來達到允許在固定頻率模式具有更寬之工作范圍和一個內部調節器用于低電壓和高電壓應用。

　　NS小型白色LED驅動芯片LM2751

　　國家半導體（NS）型號為LM2751之小型白光LED驅動器，可在2.8伏至5.5伏間之輸入電壓范圍內，提供4.5伏及5.0伏穩壓輸出之固定頻率開關電容電荷泵，及150mA（以4.5伏電壓操作）或80mA（以5.0伏電壓操作）之輸出電流，并沒有需加設電感器，但需另加四顆陶瓷電容器。

　　LM2751適用于白色LED顯示器和鍵盤背光系統，及通用升壓或降壓／升壓穩壓器等多種不同之應用。LM2751芯片可以利用固定頻率進行預先穩壓，穩壓輸出之準確度極高，誤差不會超過正負3％，峰值效率達90％以上，確保隨著輸入電流混入系統內之噪聲可以減至 少，且其開關頻率可以預測�！〔⒖蛇x擇設定725kHz、300kHz、37kHz或9.5kHz等之開關頻率。

　　Linear白光LED驅動芯片LT3486

　　Linear Technology之雙信道升壓LT3486，恒定電流驅動16顆白光LED（每信道8顆串行LED），除可提供PWM調光，亦可保持LED于固定發光顏色。適合便攜式產品與汽車之顯示屏幕背光應用等產品。

　　LT3486由PWM驅動器之工作周期控制來進行調光，達到1000：1調光范圍，并利用電流模式及固定頻率保持均勻之LED亮度。LT3486之兩個獨立轉換器，能由2.5V～24V之輸入電壓，驅動不對稱之LED字陣，效率達85％。轉換器切換頻率可以利用一個單一電阻在200kHz及2MHz間進行設定。其它特性尚括內部軟激活、突波電流限制及開路LED保護等。LT3486EDHC采用DFN-16封裝技術，LT3486EFE則采用TSSOP-16E封裝。

　　沛亨并聯式白光LED驅動芯片AIC1848

　　沛亨半導體針對手機、PDA、數碼相機等便攜式電子產品之小體積且高效能之電源需求，推出并聯式白光LED之驅動芯片AIC1848。AIC1848采用兩倍電荷泵（2X Charge-Pump）提供穩定之5V輸出電壓，并以定電壓之方式驅動并聯多顆白光LED，操作頻率高達1.8MHz。

　　AIC1848僅需使用三顆陶瓷電容，并不需使用電感，節省更多之設計空間。此外，AIC1848內設過電流（OCP）及熱關機（Thermal Shutdown）之功能，使白光LED驅動電路具備更可*并且更穩定之工作系統，提供便攜式系統設計人員并聯式白光LED 具競爭力之電源解決方案。

　　東芝白光LED驅動芯片TB62752AFUG

　　東芝 大可驅動8個白光LED之高效率、高精度、高耐壓、低電耗之LED驅動芯片TB62752AFUG，TB62752AFUG采用了BiCD制程技術，內設了過電壓保護之功能（OVP）， 大耐壓電壓為40V，在出現過高電壓之情況下，立即切斷內部電路，以保護芯片、白光LED及應用產品之安全，整體電源轉換效率高達80％以上，電流誤差值為5％左右。

　　TB62752AFUG采用了高互換性PIN角之設計。可提供便攜式電玩、移動電話、數碼相機等內建液晶面板背光驅動能力。TB62752AFUG已于2005年年底量產，采用SOT23-6之封裝技術。

　　BCD Semi白光LED驅動芯片AP3008

　　BCD串聯式升壓式之白光LED驅動芯片AP3008，能滿足LCD背光均勻、低成本、高性能、恒流等要求，從價格上能滿足客戶低成本之要求。AP3008為電流模式之升壓式DC-DC變換器，由1.25V之基準、誤差放大器、1.2MHZ振蕩器和斜波發生器、電流取樣放大電路、PWM、R/S觸發器、輸出驅動及功率開關管、過壓保護（OVP）等組成。

　　AP3008內置UVLO電路，具有寬之工作電壓范圍。 低工作電壓可至2.5V， 高工作電壓可至15V。過壓保護（OVP）電路檢測PWM脈沖輸出之峰值電壓。當PWM脈沖之峰值電壓高于內部設置之閥值電壓時，過壓保護（OVP）電路動作并使PWM開關電路Shutdown。若使電路重新工作，可在Shutdown pin或Vin pin施加由低到高之信號即可。

　　AP3008之基準電壓不是直接采用1.25V，而是經電阻分壓后取其95mV，這是一種減少損耗之措施。另由于AP3008采用之高頻36V Bipoler制程，在耐壓上遠高于一些CMOS制程之升壓DC/DC變換器。AP3008在輸入3.2V時，它可以驅動4個白光LED，輸出電流 大可達20mA；在輸入5V時，它可以驅動6個白光LED，輸出電流 大可達20mA。AP3008采用SOT23-5和TSOT23-5封裝，可使IC之高度小于1.1mm和0.9mm。

　　Austriamicrosystems白光LED驅動芯片AS3691

　　austriamicrosystems白光LED驅動芯片AS3691，能讓設計人員僅透過外部電阻就能設定每個LED信道之運作電流，而LED之亮度則可由四個獨立脈沖寬度調節輸入組件控制。每顆AS3691芯片中皆整合了四個獨立運作之電流組件，因此能選擇同時驅動四個白光LED，可各自輸入400mA之電流，或是僅驅動一個白光LED輸入1.6安培之電流。AS3691之線性驅動器能避免電感升壓器所衍生之種種問題，例如電磁干擾或LCD屏幕品質之影像閃爍等問題。為提升應用之功率效益，該組件每個信道都含有一個回饋輸出端，能簡單調整一個或多個外部電源，將整體消耗功率降至 低。

　　AS3691電流精準度達0.5％，相當適用于采用RGB背光之液晶屏幕等精密之色彩管理應用。此外，AS3691還能搭配各種彩色LED設定，如RGGB或RGBA。其電流輸入組件支持15V電壓范圍，允許極高之LED電源電壓，且 高電壓值僅受整個產品之 高消耗功率所限制。AS3691采用小型QFN4?封裝，將整體功耗控制在 小范圍內。

　　Catalyst Semiconductor高效白光LED驅動芯片CAT3691

　　Catalyst Semiconductor擴展其固態照明產品系列，推出一種新型高效白光LED驅動。CAT3691穩壓電荷泵可為大尺寸平面、雙LCD顯示提供一致沒有閃爍現象之背光照明。

　　CAT3691取代了傳統高亮度背光所需之電感升壓電路，從而簡化了系統設計。由于輸出電流大，CAT3608還可用于驅動主副屏幕手機顯示，或主顯示屏加低功率相機閃光。每路LED之獨立控制實現了主顯示屏之4個LED和副顯示屏之2個LED之PWM變暗和待機模式。為了降低電池消耗，該組件還具有完全系統關機功能，使得功耗降低到不足1μA。為了與多種亮度控制電路一起使用，該組件還帶有靈活之數字接口。其低噪聲、1MHz固定頻率控制方案，為使用小外接電容提供可能，從而降低成本和電路板占用。CAT3691針對鋰電池系統進行了優化，可以 大限度保證功率傳輸，效率高達90％。該組件還具備CAT3691之效率、低噪聲和雙顯示能力，非常適于手機、智能電話、PDA和數字相機中之白光LED驅動。

　　Vishay高效率白光LED驅動芯片SiP12401

　　針對高效率白光LED驅動應用，Vishay推出了兩款白光LED驅動芯片SiP12401，能讓手機和數字相機等便攜式電子設備中之LCD顯示屏白光LED背光等應用中提供高效之可控亮度，效率達80％。

　　SiP12401升壓控制器芯片使用雙芯鎳氫或堿性以及鋰離子電池來驅動串聯之白光LED，沒有需使用鎮流電阻。該組件支持范圍介于1.8V～5.0V之輸入電壓。采用具有內部頻率補償之電壓模式PWM設計，以幫助減少整體組件數從而實現更小、更輕之終端產品設計。為延長電池使用時間，SiP12401和轉換頻率為600kHz之PWM模式分別可實現80％和75％之高典型效率。LED電流可在外部加以調節，以實現對強度之模擬控制。邏輯控制之待機電流僅為1微安。

　　Maxim 480mA白光LED倍壓芯片MAX1576

　　Maxim之MAX1576白光LED倍壓芯片，可提供480mA白光LED1x/1.5x/2x電荷泵，用于背光和照相機閃光燈白光LED驅動。

　　MAX1576電荷泵可驅動多達8個白色LED，具有恒定電流調節以實現統一之光強度。能夠以30mA之電流驅動每個主組（LED1-LED4）LED，用于背光。閃光燈組LED（LED5-LED8）是單獨控制之，并能夠以100mA驅動每個LED（或者總共400mA）。通過使用自適應1x/1.5x/2x電荷泵模式和超低壓差之電流調節器，MAX1576能夠在1節鋰電池之整個電壓范圍內實現高效率。1MHz之固定頻率開關僅需使用非常小之外部組件。MAX1576使用兩個外部電阻設置主LED和閃光燈LED之 大（100％）電流。使用四個控制引腳,通過串行控制或每組2位元邏輯控制用于LED 亮度控制。ENM1和ENM2可將主LED之電流設置為 大電流之10％、30％或100％。ENF1和ENF2可將閃光燈LED之電流設置為 大電流之20％、40％或100％。另外，將每一對控制引腳連接到一起可實現單線、串行脈沖亮度控制。MAX1576采用24引腳薄型QFN封裝技術。

　　安森美高亮度白光LED驅動芯片NCP5603

　　安森美半導體（ON Semiconductor）所推出之高亮度白光LED驅動芯片NCP5603，是針對手機、相機與其它便攜式消費類電子產品中照明或閃光燈應用。NCP5603透過一個充電泵架構，搭配兩個外加陶瓷電容來提供電源轉換功能，并免除電源轉換時需要大型笨重電感器之問題，采用DFN-10封裝供貨，大小僅3mm?mm?.9mm，其占用面積相當有限，非常適用于厚度較薄之便攜式消費電子產品應用。新LED驅動器可藉由2.7V～5.5V電池電壓輸入提供給負載穩定之電壓輸出，具備1X、1.5X與2X自動運作模式，讓運作效率可達到90％，使得它特別適用于需要較長電池使用時間之低成本低耗電應用中高電流LED驅動，由于這顆組件能夠容忍高達350mA之高輸出電流脈沖，因此可用來推動功率達1W之高亮度LED，帶來更高之相機閃光燈效率與更佳之畫質，組件同時還擁有PWM/EN輸入接腳，適合用來作為點亮控制用途。此外，由于NCP5603不需外部電感來儲存能量，因此還能夠作為低成本小型升壓式直流─直流轉換器，提供給手機、MP3播放機或數碼相機等空間受限應用之4.5V或5V固定電壓輸出。

　　Arques白光LED驅動芯片支持兩個LCD背光及Flash LED

　　Arques Technology之AQ913X系列與AQ914X系列白光LED驅動器，可利用雙信道、雙增益之charge pump來調節電流，適用于小尺寸LCD顯示器之LED背光源應用。這些組件可驅動可編程輸出電流高達120mA之并聯白光LED；可操作在2.7V～6.0V之鋰離子電池輸入電壓范圍中，并帶有欠壓鎖定功能。新組件還具備650kHz之固定頻率。在典型之折疊照相手機應用中，AQ9133B可以驅動LCD背光，括主屏幕和副屏幕，同時按照持續點亮和瞬間高亮兩種模式來驅動Flash LED。對Flash LED之驅動可以提供預閃模式和高亮曝光模式，預閃模式下，手機之主屏幕可維持亮度。

　　AQ913X、AQ914X系列擁有Current Regulation Mode以及adaptive自動切換模式，電源電壓足夠時IC維持在LDO（1倍）模式減少輸入電流以提高效率，當LED電流不足時才自動切換至1.5倍（Charge pump）模式，提高電池之使用效率。輸出可支持到兩信道共6個WLED，每個LED pin 大容許電流可達50mA。