选择最合适LED驱动器 满足多元化应用

2008-05-19 04:19:27来源: 国际电子商情
  随着 LED正从手机背光走向更多元化应用,在为大量模拟和电源管理芯片厂商带来商机的同时,也对LED驱动器带来了更严格的要求,如更高效率,更高集成度,更小封装和更大电流。如何为不同应用选择最合适的LED驱动器呢?启攀微电子、飞兆半导体、美国国家半导体、Leadis和Zetex等LED供应商都给出了专业的意见。

  LED应用从手机背光走向更多元化

  目前手机按键与面板背光仍是LED驱动IC的主要应用市场,但手机相机闪光灯、车灯和消费类电子产品背光(MP3播放器、PDA、游戏机、数字相机、LCD TV)市场增长迅速,而通用照明则是更长远也是更广阔的市场。

吕成昌,市场总监,上海启攀微电子

  LED背光也在从小尺寸显示屏向中大尺寸发展。上海启攀微电子市场总监吕成昌表示,2005~2007年,LED背光在手持多媒体设备中得到了广泛应用,从2008年开始中小屏(4~10英寸)将大比例使用LED背光,而10-17寸屏(主要为显示器和笔记本电脑等)也将开始全面导入。随着LED耗电降低、寿命长、无汞环保等特点被进一步地认知,LED发光效率不断提高及成本下降,LED背光在中大屏LCD TV上的广泛应用也将会到来。

吴志民
亚太区电源管理产品市场营销经理
美国国家半导体

  美国国家半导体亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民也指出,由于LED背光灯的功耗较低,而且可以令画面色彩更为亮丽,因此越来越多笔记本电脑及液晶电视放弃采用CCFL,改用LED背光,CCFL最终会被市场淘汰。吴志民还补充说,小屏显示器的背光技术也有突破性的发展。由于画面清晰的智能手机大受市场欢迎,因此国半LP5520红绿蓝光LED驱动器的市场需求也大增。这款芯片除了可以在广阔的温度范围内输出真正的白光之外,还可利用内置校准存储器及外置温度传感器调整红绿蓝LED的驱动电流,确保在任何亮度或温度之下,白光平衡都能达到完美的效果。

黄广贤
亚太区技术营销部总监
飞兆半导体

  飞兆半导体亚太区技术营销部总监黄广贤则认为,触摸控制也将推动LED背光应用。苹果iPhone首开电容触摸式控制之先河,许多手机厂商随之效仿,也纷纷采用触摸屏或电容式触摸键盘。双功能性控制键就是这种界面技术的受益者,数字键区可以摇身一变为MP3播放器或网络浏览的控制键。但黄广贤解释说,这带来了一个新挑战,每一个控制均分别需要独立的背光照明,而采用单独的白光LED串无法完全满足键区照明需求。此外,不同的应用可能需要不同的背光颜色。最终结果很可能是分别独立控制的12个三色LED的背光。对半导体公司而言,挑战在于提供能够完成这一任务并仍然保持较小封装尺寸的驱动器,飞兆正在开发能够满足这一新兴市场要求的LED驱动器。

Donato Montanar
副总裁
Leadis

  除了背光外,由于照相手机普及,闪光LED驱动器市场也在不断增长。立迪思(Leadis)公司负责LED驱动器及电源管理芯片的副总裁杜胜涛表示,2008年相机闪光灯市场将是我们专注的一个市场。由于视频在用户生活中的重要性日益上升,相机闪光灯LED驱动器面临的新挑战是所谓的闪光或视频模式,驱动器必须维持闪光灯每次能亮几秒钟。这需要采用效率极高的LED驱动器,也是我们的技术和IP所在。

Manson Chan
技术营销总监
Zetex公司

  LED的另一应用热点是通用照明系统及汽车灯光系统,预计未来几年这方面的市场需求将会有可观的增长。Zetex公司技术营销总监Manson Chan介绍说,通用照明当前是热门话题,其中的一个推动因素是高亮度(HB)LED技术的发展。例如每瓦100流明的高效率LED,已于2007年末开始出货。同时,单裸片高亮度LED也已上市了。这些LED满足许多通用照明应用的需求,可以代替白炽灯泡和紧凑型荧光灯。亮度、能效和长寿命,使得LED成为通用照明的理想光源。MR16 LED替换灯泡2007年开始成为热门应用,即LED取代广泛用于商业与家庭环境的传统卤钨灯。除了MR16,LED路灯也开始在市场上出现。有些新款轿车采用了LED前灯。Manson Chan总结说:“实际上,LED应用是无限的”。

  LED驱动器发展方向:更高集成和更高效率

  随着应用从手机背光走向更多元化扩展,对LED驱动技术也带来了新的需求。启攀的吕成昌介绍说,随着LED背光应用从小、中小、中到大屏TFT-LCD,LED驱动技术方向为:调光方式的提升;丰富的接口技术的引入;LED的亮度和灰度的可调节(高亮度和高清晰屏将会得到应用);动态背光控制技术的进一步发展;以及对环境光亮度的自适应调节和控制技术等。而对于LED 显示应用,LED驱动技术发展方向为:可编程的电流增益控制,能做到LED的动态亮度调节、IC通道间和模块LED的均匀性调整、对温度的补偿;在LED的校正和错误侦测方面,LED的开/短路的检测,实时的错误信息的反馈系统、LED像素点的校正功能、灰度的调节功能;视频显示的刷新率方面,要能支持快速的数据传输速率30M。

  而目前专注于便携背光应用的Leadis则更多从器件本身来表述未来的技术变化。Leadis的杜胜涛表示,我们认为LED驱动器发展趋势是更小封装、更小占位面积和更高效率。另一个重要趋势与电池规格的变化有关,未来电池工作电压将降至2.3V,这将需要效率更高的驱动器。

  飞兆的黄广贤也强调说,趋势就是LED驱动器的效率越来越高。飞兆最近新推出了FAN5617和FAN5645。通过飞兆专有的单线接口TinyWire来控制,FAN5617不需要时钟便可以每秒1Mb的速度传输数据,从而对LED的亮度进行编程控制。这种电荷泵DC/DC转换器有三种工作模式:分别是整个输入电压范围2.7V到5.5V的1倍、1.5倍和2倍。这种内置电荷泵具有自适应特性,无需LED预挑选(匹配),并提供高输出效率。FAN5617能够提供高达90mA的总输出电流,每个通道30mA。FAN5645是单线可编程LED驱动器,可为闪烁LED指示器提供灵活紧凑的解决方案。该器件可记录闪光模式并无限期播放,无需系统处理器的持续控制。相比系统处理器mA级的功耗,FAN5645的耗电量相当小(典型值33μA),能够显著节省电能及延长电池寿命。飞兆的新产品可以大大提高轻负荷条件下的效率,并在满负荷条件下提供出色的效率。

  Zetex的Manson Chan则指出,在通用照明领域,提高电流将是发展趋势,同时LED驱动器必须高度集成,但是,难以同时实现这两点。Zetex理解这些要求,并推出了同时满足这两个要求的驱动器。例如,最近推出的高电压60V、1A LED驱动器,采用微型SOT23封装,最多可以驱动15个1A LED。这款IC只需要3个外部元件,最高效率可达95%。这是目前市场上最小的60V、1A驱动器IC。Zetex不久将推出一款1.5A的高度集成驱动器ZXLD1320,满足主要LED供应商最近推出的高电流LED的要求。

  为不同应用选择LED驱动器:效率为先

  由于LED应用市场巨大,大量的模拟和电源管理芯片涌入这一市场。如何为不同的应用选择最恰当的LED驱动器呢?多家受访的LED供应商表示,成本、集成度和效率关键几点,其中效率是最重要的。对于如何选择合适LED驱动器,以下是几家受访厂商的观点。

  启攀微电子:三大系列满足移动多媒体设备背光需求

  启攀微电子市场总监吕成昌:针对中小屏LED背光,启攀微电子已规模量产的LED背光驱动产品有三个系列,电感串联型、电荷泵并联型和低压降恒流型。该类产品已得到了国内和部分国际的移动多媒体设备厂家的认可,2007年的销售量约3,000万片。通过不断的技术积累,经大量的市场和用户需求调研后,再进行技术创新:1.针对电感串联型产品,由于开关节点和电感等容易产生噪声辐射及EMI,启攀公司提出了特有的开关管驱动技术,降低了开关过程对外的噪声辐射,将EMI干扰控制在可接受的范围内;2.针对电荷泵并联型产品,在如何提高电流的匹配度方面,启攀提出了专利技术-Auto Mirror即便在LED的Vf相差较大时,可提供0.5%的高精度电流匹配,依然可获得优越的性能;3.启攀公司贴近市场,为用户提供全面的解决方案和PCB的布局指导。

  飞兆:先进工艺满足LED驱动器矛盾需求

  飞兆半导体亚太区技术营销部总监黄广贤:LED驱动器有两种截然不同的配置结构,串联LED和并联LED。串行配置中存在的一大问题是如何为6个或更多串联的白光LED供电,这种应用的典型驱动器可提供30V到40V的电压。驱动器中FET的击穿电压必须高于这个值,但不幸的是,这通常意味着整个IC必须以40V工艺制造,从而使到芯片尺寸过大,成本亦因而高昂。飞兆已开发出在单个芯片上把用于控制逻辑的低压工艺和用于开关FET的高压工艺整合在一起的技术,因此能够提供足够的电压来驱动8个串联LED,同时仍保持很小的芯片尺寸,实现极富竞争力的价格。

  LED驱动器的最大市场是电池供电产品,比如手机和MP3播放器。为这些产品选择LED驱动器时,效率是首要考虑因素之一。电感式升压调节器可提供最大效率,最佳应用是将电压提升到VF的两倍。因此,最高效的驱动器应该有多个通道,每个通道备有两个LED串。电荷泵的效率极低,因为LED的VF 可能远小于升压调节器的输出电压。多余的能量就在电流调节器中浪费了。如果电路设计不允许采用多个通道,退而求其次,可以选择电感式升压方案驱动LED串,也可以实现不错的效率。

  国半:LED驱动器领头羊提供网上模拟测试工具

  国半亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民:我们的LED驱动器全球销量第一,市场占有率高达14%,无论客户采用什么设计,都可以从中找到一款适用的驱动器芯片,满足独特的设计要求。除了传统的电感升压白光LED驱动器及开关电容白光LED驱动器之外,最近还推出多款全新的LED驱动器:LP5520——红绿蓝光背光驱动器;LP3943/4 ——装饰灯管理单元;LM3430+LM3431适用于20英寸大屏幕TFT显示器的高对比度背光系统解决方案;LM3401/2/4/5A——输入电压范围极广的高电流降压LED驱动器。

  此外,我们也刚刚推出业界第一套适用于LED电路设计的网上模拟测试工具。这套称为 LED Webench 的模拟测试软件包含相关的设计工具,可以协助客户挑选元件,计算测试结果,以及分析波形。设计上,目前有多种不同方法可以驱动LED。其中一个方法是先确定LED的配置,然后利用国半Webench设计工具确定具体设计。任何人只要有一台可以上网的PC,便可随时利用Webench设计工具进行设计。只要输入LED配置及电压范围,这套工具便可为用户挑选最适用的一款国半驱动器。用户甚至可以在网上进行模拟测试,比较不同配置的优劣,然后再决定选用哪一个LED驱动方案。

  LED背光系统涉及多种不同的复杂技术,例如,怎样才可减少驱动器数目?如何确保每一串LED的驱动电流都大小均匀?以及如何提高光暗的对比度?由于美国国家半导体能充分利用高电压工艺技术的优点,因此像LM3432这类驱动器可以利用高达80V的输入电压驱动一串LED,而且每颗LM3432芯片可以驱动高达6串共120个白光LED。厂商客户无需担心不同LED灯的颜色与亮度能否保持一致,因为我们保证无论在任何温度下,每一串LED灯的驱动电流都大小一致,偏差不会超过+/-2%。此外,LM3432芯片还采用已注册专利的快速调光技术,确保我们的厂商客户可以将对比度提高至4000:1。

  一般照明系统的应用环境都极为复杂,而且不同环境的差异也很大,因此芯片商必须为这类应用提供输入电压范围较为广阔的解决方案。美国国家半导体的LM3404HV降压LED驱动器可以驱动高达18个串联一起的3W LED。

  Leadis:无需要使用电感,降低成本和空间

  Leadis副总裁杜胜涛:我们目前专注于便携背光应用,特别是需要2.8英寸以上屏的地方。我们LED驱动器的关键优势是效率非常高,也就是可以延长电池寿命。例如,在采用6个LED背光的手机中,我们可以比同类产品最多节省2小时的电池时间。我们将于春节后推出的新产品线主攻中低档手机(2.4英寸以下屏)。这是创新性的产品,效率在同类产品中率先达到了98%。

  背光与闪光市场中出现的新技术,旨在实现不需要片上电感的高效率解决方案。电感成本高,而且占用的电路板空间也很大。因此,我们看到客户开始在设计中抛弃基于电感的驱动器,尤其是在尺寸非常小的手机中。Leadis的LED驱动器非常独特,效率很高,但又不需要在电路板上使用电感。

  选择什么样的LED驱动器,首先取决于最终应用。如果最终应用是成本驱动型的,那么成本就是头号指标。成本不是指LED驱动器本身的成本,而是指系统成本,这是更重要的。例如,电感比电容昂贵,因此基于电感的方案的系统成本就高于基于电荷泵的系统成本。如果最终应用强调性能,那么效率(也就是电池寿命)就是关键考虑。

  Zetex:优秀LED驱动器的标准是高效可靠

  Zetex技术营销总监Manson Chan:我们供应多种LED驱动器产品,从工作电压低至0.8V的电筒LED驱动器、手持LCD背光驱动器,一直到电流高达1.5A的高功率高集成度LED驱动器。Zetex还提供采用小尺寸封装的60V高电压、高电流集成驱动器,以及灵活的LED控制器IC。这些产品覆盖从钥匙链LED电筒一直到通用照明的广泛应用,如MR16聚光灯,以及路灯等较大的照明设备。

  我们产品有多项竞争优势:1.效率高,ZXLD1350、ZXLD1360和ZXLD1362等产品的效率高达95%。2.封装小,我们多数LED驱动器都采用业界标准的SOT23封装,占位面积只有3×3mm。3.大电流驱动能力,我们现有集成LED驱动器采用SOT23封装,可提供高达1A的电流。近期推出的新款驱动器可以提供1.5A的恒电流,采用小型的3×4mm封装。4.易于使用,许多用户喜欢简单的电路结构,以减少开发时间和电路板空间。我们的全部驱动器仅需要少量外部元件。ZXSC380是最简单的一款,只需要一个电感。所有这些电路都不需要外部回路补偿,在整个工作范围内都非常稳定。

  良好的LED驱动器所应满足的要求非常简单,就是高效可靠。这听起来简单,但涉及许多考虑,尤其是在那些高功率LED应用方面。LED的预期寿命是3~5万小时,LED驱动器也要达到同样的预期寿命。每个LED照明设备设计师都知道,发热是最难解决的设计问题,所有的热量都需要“传导”出去。部分热量必然要传到驱动器。除了驱动器本身产生的热量以外,驱动器还需忍受LED产生的热量。因此,驱动器必须具有很高的效率,以最大限度地减少其自身产生的热量。同时,驱动器在多数情况下需要工作在高温环境之中。幸运的是,Zetex非常理解这些要求,我们所有的IC都能在这些环境中稳定可靠地工作,而且其寿命和LED一样长。

  选择良好的LED驱动器并不十分困难。首先要考虑所需的LED电流与输入电压范围,然后决定需要开关驱动器还是线性驱动器。在多数情况下,开关驱动器更好,它们具有较高的效率。其次,要考虑驱动器在预期电路配置中所能达到的效率,看它是否满足用户要求。在选择驱动器时应该注意,良好的效率是由某些工作条件所决定的。如果空间局促,则必须采用高度集成的小封装驱动器。高开关频率可以帮助缩小外部元件尺寸,从而缩小总体空间。简单地说,选用Zetex的LED驱动器就能满足要求。

关键字:驱动  触摸屏  效率  结构  电感  补偿  控制  封装

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/ZHZX/200805/article_840.html
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