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| 浅谈白光LED控制器驱动技术 |
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【作者： 高仕】2005年07月19日 星期二
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彩色液晶显示器结构
(图一)是穿透式彩色液晶显示器的结构，由图一(a)可知液晶显示器正下方是背光照明模块，背光照明模块侧面则设有三个白光LED；图一(b)是液晶显示器的剖面图，由图可知设于导光板侧边的白光LED，产生的光线在导光板内反射同时均匀射入液晶显示器，接着通过液晶显示器内部的红、蓝、绿cell形成彩色影像。
LED的驱动方式
简易驱动方法
如(图二)所示它是将白光LED并联驱动，因此白光LED的亮度取因负载电阻RL的阻抗值限制LED的顺向电流IF。这种驱动方式的白光LED顺向电压VF非常散乱，假设负载电阻RL完全相同，各LED会产生辉度散乱不均现象。图一(a)的三个LED辉度都不相同的话，会造成背光照明模块无法获得均匀的光线，形成所谓的「mura」现象。换句话说只要使用电气特性相同的LED，理论上就不会有mura的困扰，然而实际上并无法要求LED厂商提供电气特性完全相同的LED，此外LED并联时也无法配合各LED的特性，逐一挑选特定的负载电阻RL。
辉度维持一定的驱动方法
图二电路的问题是一定的负载电阻RL，造成LED的顺向电压VF的不均，进而导致LED的顺向电流IF也产生散乱不均。为了使各LED的电流相同，可以改用(图三)的简易并串联方式，如此一来即使顺向电压VF散乱不均，不过流入各LED的电流ILED完全相同，因此可以获得辉度相当均匀的光线。
假设图三所示的三灯串行电路的各LED顺向电压VF为3.6V，LED驱动电路整体的驱动电压VLED等于10.8V，换言之为获得必要的辉度，每个LED最低限度必需施加3.6V以上的驱动电压，LED串联时驱动电压则呈比例增加。可携式电子产品一般使用干电池或是锂离子电池，为了驱动三灯串行电路，必需将三个锂离子电池或是八个干电池串联，如此一来除了重量大幅增加之外加上空间上的限制，因此实际上几乎不可行。
(图四)是由NJM2360 switching regulator IC构成的白光LED驱动电路，图中的负载电阻RL的阻抗值，可以使流入INVIN端子的电压VREF变成1.25V，换句话说决定白光LED的ILED可由下式求得：
此处假设流入各LED的电流ILED为15mA，负载电阻的阻抗值RL则变成830Ω。假设LED的顺向电压为3.V，三灯串行电路的驱动电压VLED等于：
| 《图四 利用switching regulator IC驱动白光LED电路》 |
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白光LED点灯时需要15mA的电流IF，不过周围很黑暗的环境时，往往不需作全开驱动，此时可控制驱动电流抑制LED的亮度，进而降低LED的耗电量，这对使用电池的可携式电子产品而言，乃是非常重要的节约电流技术。有关驱动电流控制技术常用的方法是利用PWM信号作控制，该方法经常被应用在其它领域，例如马达控制或是声音信号处理等等。由于PWM信号可使switching regulator作ON/OFF，因此它除了可使LED的辉度稳定化之外，同时还可以确保电池长时间的动作特性。由(图五)可知周围温度一旦超过，白光LED的容许顺向电流会大幅降低，在此情况下如果施加大电流，很容易造成白光LED老化，为了减缓白光LED的老化速度，所以必需利用周围温度调整基准电压VREF，藉此减少电流的供给。
根据以上的说明可归纳下列结论──
- ●白光LED的电压VF非常高。
- ●电压VF本身具有波动值。
- ●衡时全开点灯会使白光LED的耗电量增加。
- ●电源电压变动会影响白光LED的辉度。
为了使白光LED能稳定点灯，且不受电压VF本身波动值以及电源电压变动的影响，所以必需使用专门的白光LED驱动器。
白光LED驱动电路
基本驱动电路
如(图六)所示，一般switching regulator是设法使feed back电压VFB，与内部基准电压VREF相等进而控制电压，因此决定白光LED亮度的电流ILED可由(公式一)求得。如果将周围的亮度也列入辉度控制电路时，如图六的白光LED驱动电路就变成(图七)所示的结构。图七的电路与图六的电路最大差异点，是图七的电路增加设置photo transistorTR1、电阻R1,R2与voltage follower的OP增幅器（演算增幅器）IC1，此时流入TR1输出电压VSENS与白光LED的电流ILED可用下式表示：
此处假设时，则式(1)变成下式。
换句话说利用上式驱逐白光LED的场合，必需作下列调整作业：
- ●为获得周围亮度必需调整照度传感器（sensor）的输出电压VSENS。
- ●利用输出电压VSENS调整白光LED的亮度。
| 《图六 switching regulator构成的基本LED驱动电路》 |
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利用PWM信号使switching regulator作ON/OFF的辉度控制电路
上述图七的驱动电路是在feed back电压进行辉度控制，相较之下图八是利用PWM信号使switching regulator作ON/OFF控制辉度。图中的EN端子是可使switching regulator作ON/OFF的端子，如果对EN端子施加PWM信号，白光LED会以某种速度作ON/OFF，进而获得控制辉度的预期效应，这种情况必需设置可使photo transistor TR1的输出转换成数字值的A-D转换器（converter），以及可从数字值产生PWM信号的电路。
利用PWM信号控制白光LED ON/OFF的场合，流入白光LED的平均电流ILED(avg)可用下式表示：
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