2022年LED驱动基础知识.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思LED 驱动拓扑结构简介LED 依据料用可以分为照明、背光和显示 三大类别；大多数的LED 驱动电路 都属于下列拓扑类型：降压型、升压型、降压-升压型、 SEPIC 和反激式拓扑；为了实现更加高效的LED 照明,需要有新的拓扑结构来供应解决方案,从反激式拓扑结构转向谐振半桥拓扑结 构,可以充分发挥零电压 开关 拓扑结构（ ZVS ）的优势；除此之外仍有简易的限流电阻器或 线性稳压器来驱动 LED ,但是此类方法通常会铺张过多 功率 ；LED 照明应用的主要设计挑 战包括以

2、下几个方面：散热、高效率、低成本、调光无闪耀、大范畴调光、牢靠性、安全性和排除色偏； 这些挑战需要综合运用适当的电源系统拓扑架构、计才能解决；驱动电路拓扑结构和机械设表 1 LED 驱动常用拓扑结构图不管 LED 照明系统的输出功率有多大,LED 驱动器电路的挑选都将在很大程度上取决于输入电压范畴、LED 串本身的累积电压降、以及足以驱动 LED 所需的电流；这导致了多种不同的可行 LED 驱动器拓扑结构,如降压型、升压型、降压-升压型和 SEPIC 型、反激式拓扑、谐振半桥拓扑结构；每种拓扑结构都有其优点和缺点；LED 驱动电路相关的设计参数包括输入电压范畴、驱动的 LED 数量、LED 电

3、流、隔离、 EMI抑制以及效率等；总的看来 LED 照明设计需要考虑以下几方面的因素：输出功率：涉及 LED 正向电压范畴、电流及 LED 排列方式等电源： AC-DC 电源、 DC-DC 电源、直接采纳 AC 电源驱动功能要求：调光要求、调光方式（模拟、数字或多级）、照明掌握其他要求：能效、功率因数、尺寸、成本、故障处理（爱护特性）、要遵从的标准及可靠性等更多考虑因素：机械连接、安装、修理2.2 LED 照明驱动/替换、寿命周期、物流等细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳

4、总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思LED 照明符合节能环保的大趋势,前景比较明朗,虽然背光、显示技术进展多年,方案相对成熟,但在市场热度上不如照明,而且在很多相关消费电子市场（如手机背光） 竞争强度大,对成本要求高, 价格战频发, 利润空间受到较大限制；有人认为或许就在 2-3 年中,LED 照明技术将有突破性进展,市场会大规模启动；与此同时LED 照明的应用不断拓宽,新的市场不断涌现；或许大功率路灯、一般照明等市场起步比较慢,但你会发觉一些小功率的照明市场在快速进展,比如装饰照明、便携产品照明等等；美国能源部（

5、 DOE ）“ 能源之星 ” （ENERGYSTAR 美国能源部（ DOE ）“能源之星 ”（ENERGYSTAR）固态照明（ SSL ）规范：）固态照明（ SSL ）规范中规定任何功率等级皆须强制供应功率因数校正（PFC ）；这标准适用于一系列特定产品,如嵌灯、橱柜灯及台灯,其中,住宅应用的 LED 驱动器功率因数须大于 0.7 ,而商业应用中就须大于0.9; 但是,这标准属于自愿性标准；欧盟的 IEC61000-3-2 谐波含量标准中就规定了功率大于 25 W 的照明应用的总谐波失真性能,其最大限制相当于总谐波失真（THD ） 35% ,而功率因数（ PF ） 0.94 ；虽然不是全部国家

6、都肯定强制要求照明应用中改善功率因数,但某些应用可能有这方面的要求,如公用事业机构大力推动拥有高功率因数的产品在公用设施中的商业应用,此外,公用事业机构购入/爱护街灯时, 也可以依据他们的意愿来打算是否要求拥有高功率因数（通常 0.95+ ）；美国能源部能源之星近期发布了其集成 LED 灯（该灯通常要拧入 ANSI 标准化灯座,与当今市面上的大多数白炽灯类似）提议标准的修订草案 3,其中规定对于功率5W的灯泡,对最小功率因数不作要求,对于功率5W 的灯泡,功率因数必需 0.70；LED 照明系统拓扑架构挑选：LED 照明系统架构挑选取决于你的设计目标是低成本、高效率仍是最小 PCB 面积；一般

7、来说, 小于 25W 的 LED 照明系统不要求进行功率校正,因此可以实行简洁一些的拓扑架构,如 PSR 或 Buck 拓扑； 25W-100W的 LED 照明应用要求进行功率校正,因此一般采纳单级 PFC 、准谐振（ QR）PWM 或反激式拓扑； 100W 以上 LED 照明应用一般采纳效率更高的 LLC 拓扑和 PFC ；从效率角度来看, LLC 和 QR 性能更好 ;而 PSR 方案无需次级反馈,设计简洁,尺寸也比其它方案小；”就 DC-DC 解决方案而言,其中,标准降压型转换器是最简洁和最简洁实现的方案,升压型和降压 -升压型转换器次之,而 SEPIC 型转换器就最难实现,这是由于它采

8、纳了复杂的磁性设计原理,而且需要设计者拥有精湛的开关模式 电源设计 专长；终端产品的应用打算LED 的拓扑结构, 然后再依据 LED 的拓扑结构和输入电源再合理挑选 Buck 、Boost 、SEPIC（较少用）、或 Buck-Boost 结构； “一般来说, 25W 以下选用 Buck 的较多；更大功率的就倾向于挑选 Boost 结构；效率的话两者一般都可以做到 85% 以上,小功率的 LED 灯尽量采用集成度高的方案；大功率的方案要选用技术集成度高的产品；2.3 LED 背光 驱动细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 10

9、页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思LED 背光在手机、数码相机、PowerDVD等小尺寸屏上的应用已经特别成熟,近几年也不会有很高的年复合增长率；随着 LED 光通量 的提高、 成本的降低以及 LED 具有的绿色环保（ CCFL 背光含汞）、 色域 范畴广、可进行局部调光等特性,符合目前 LCD TV 高清节能的进展需求；因此背光的增长点将在笔记本、液晶电视等中大尺寸屏上的应用；图 3 LED 背光驱动系统的基本结构移动 手持等显示产品背光 LED 驱动 IC 的挑

10、选,按 LCD 的面积来设定需要 LED 点光源的个数 ;按 LED 的 N 串 N 并的点亮方式来挑选不同工作原理、不同输出才能的 LED 驱动IC;1.8 英寸 3.5 英寸手机用LCM 其 LED 点光源是 2 颗 4 颗 LED;3.5 英寸 8.0 英寸MP3 、MP4 、PDP 、GPS 、PND 、DPF 用 LCM 其 LED 点光源是 6 颗 28 颗 LED;12.1 英寸 15.4 英寸笔记本电脑用LCM 其 LED 点光源是 48 颗 60 颗、 60 颗 72 颗 LED; 手机有 RF 怕干扰,因此大多数不选用以电感 器为 电能 储存器的 DC/DCBoost; 没

11、有 RF 的消费 第 3 页,共 10 页 - - - - - - - - - 电子产品,大多项用DC/DCBoost ,因其能输出较高电压和有较高效率；常用LED 驱动 IC的有电荷泵 （Charge Pump ）、恒流源 （Constant current）、电感升压开关稳压器（DC/DC Boost ）；下面是移动手持显示产品背光驱动IC 的挑选表；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思表 2 移动手持显示产品背光驱动

12、 IC 的挑选2.4 LED 显示屏驱动LED 显示屏 作为一项高科技产品引起了人们的高度重视,采纳运算机掌握,将光、电融为一体的智能全彩显示屏已经在广泛领域得到应用；其像素点采纳 LED 发光二极管,将很多发光二极管以点阵方式排列起来,构成 LED 阵列,进而构成 LED 屏幕；通过不同的LED 驱动方式,可得到不同成效的图像；因此 LED 驱动芯片的优劣,对 LED 显示屏的显示质量起着重要的作用；LED 驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片；通用芯片一般用于 LED显示屏的低端产品,如户内的单、双色屏等；图 4 LED 显示屏系统的基本结构目前, LED 显示屏专用驱动芯片生产厂家主要有TO

13、SHIBA （东芝）、 TI（美国德州仪器公司）、 SONY （索尼）、 MBI （聚积科技 ）、SITI （点晶科技 ）等；在国内 LED 显示屏行业,这几家的芯片都有应用；由于 LED 是电流特性器件,即在饱和导通的前提下,其亮度随着电流大小的变化而变化,不随着其两端电压的变化而变化；专用芯片的最大特点是供应恒流源输出,保证 LED的稳固驱动,排除 LED 的闪耀现象；具有输出电流大、恒流等特点,适用于要求大电流、高画质的场合,如户外全彩屏、室内全彩屏等；LED 显示屏的驱动一般是多通道恒流源（目前多数为 16 通道）再加上灰度掌握等功能,IC 上不集成 DC/DC 等电源模块 ,而在背光

14、和照明驱动中,通道数会少一些,而且 DC/DC转换模块通常是 IC 的一部分； LED 显示屏特别注意屏的刷新速度和图像表现才能,高匹配度、高刷新率和高辨论率成为判定一个 LED 显示屏性能优劣的重要指标；这要求 LED 显示屏驱动 IC 通道间电流的高一样性、高速的通信接口 速率以及恒流响应速度；显示屏驱动的技术着重于 LED 灰阶线性度及快速的输出响应；背光厂就采纳多并多串的架构使得需要的操作电压高达 50V 60V ,这会使驱动 IC 所需要的工艺技术提高,在串高电压后每个 LED的 VF 的差异度便需要列入考虑,这对整体的电源效率及定电流（ConstantCurrent）掌握会有很大的

15、影响；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思下表为 LED 显示屏幕驱动关键指标；表 3 LED 显示屏幕驱动关键指标2.5 LED 汽车照明驱动对汽车应用来说,LED 有极大的吸引力,长寿命、抗震、高效、对光源良好的掌握能力,都是它的优势；当然,相对于白炽灯,LED 需要驱动电路,仍有汽车电气是靠酸铅蓄电池供电的,是机械驱动的沟通发电机充电,这类电池适合白炽灯

16、,不适用 LED ,因此,设计一种稳压性能良好而又低噪声的驱动电路是特别必要的；在 8V-18V 之间,峰值电压可达几十伏；此外,高亮度 大量的热量,使散热设计复杂化；汽车电源 的变化范畴是很大的,LED 驱动电流大,会在电阻上产生图五所示是现代汽车中的各种LED 照明应用；在汽车内部,有几种采纳各种类型LED的“标准内置 ”照明模块；有些是单个LED ,而像导航外表板背光照明等另一些应用就需要LED 阵列；在外部照明方面,LED 也得到了认可；现在超过 40% 的中心高位刹车灯已经采用红光 LED ；另外,奥迪（Audi ）2022 A8 采纳大电流 LED 阵列作为白天行车灯（DRL ）；

17、雷克萨斯（ Lexus ）600 轿车和奥迪 R8 包括前灯在内的全部外部“前向照明 ”都是由 LED 完成的；类似地,甚至更多中档汽车和很多摩托车也采纳了彩色 指示灯；LED 阵列作为刹车 /转向信号细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思图 5 LED 照明在现代汽车中的典型应用 下图为汽车照明驱动系统结构图 汽车内部、中间高位刹车灯、尾灯图 6 汽车照明驱动

18、系统结构图 下表为汽车照明驱动常用拓扑结构表格表 4 汽车照明驱动常用拓扑结构2.6 调光技术 -模拟、 PWM 和 TRIAC 调光 LED 调光解决方案及规范始终在不断变化,直到现在仍未固定下来,所以现在市场上 存在 PWM 、模拟及 可控硅 （TRAIC ）三种调光方案；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思PWM 和模拟方法是其中较简洁的,但需要构建调光

19、基础架构和新的调光 掌握器 ；模拟调光方案的缺点是, LED 电流的调剂范畴局限在某个最大值至该最大值的约 10% 之间（10:1调光范畴）；由于 LED 的色谱与电流有关,因此这种方法并不适合于某些应用；PWM 调光方案就是以某种快至足以掩盖视觉闪耀的速率（通常高于 100MHz ）在零电流和最大 LED电流之间进行切换； 该占空比转变了有效平均电流,从而可实现高达 3000:1 的调光范畴 （仅受限于最小占空比）；由于LED 电流要么处于最大值,要么被关断,所以该方法仍具有能够防止在电流变化时发生LED 色偏的优点, 而在采纳模拟调光时这种LED 色偏现象是很常见的；关于 TRIAC ,说

20、法不一：TRIAC 调光是业内特别热的一个话题,最初,TRIAC 调光器是为白炽灯而设计的,但大多数用户期望相同的 TRIAC 调光器也能对替代的 LED 灯进行调光；观点一：飞兆半导体公司高压 IC 产品德销经理 SangCheol Her 表示看好 TRIAC 调光方案的市场前景,可控硅（TRIAC ,2 线调光）将成为特别流行的解决方案,由于这种技术可以完全使用传统的系统而不需任何转变；而且,它仍能够扩展为 3 线调光,以防止显现与低功率因数值相关的缺陷；”观点二： Cytech 产品及设计部工程师徐瑞包认为调制方式的挑选不应当打算于 LED 的功率； 而应打算于终端产品的应用要求；比如

21、, 显示背光或者 LED 装饰灯可能会选用 PWM的调光方式,颜色一样性好,亮度级别高；但是对于一般的家用照明或者商业照明,模拟调光或者 TRIAC 也可以挑选,不过会产生色偏,并且调光的级别会很低；” Tony Arm strong也指出,最终用户所采纳的调光方法在很大程度上将由 LED 本身的最终用途来打算；例如,在 LED 用于给显示器供应背面照明的汽车信息消遣系统中,环境照明的亮度变化范畴是非常宽的,既有阳光充分时的无比光明,也有无月之夜的乌黑一片,可谓千差万别； 由于人眼对于环境照明条件的稍微变化极其敏锐,因此需要 3000:1 的宽调光范畴； 这将要求 LED 驱动器电路采纳 PW

22、M 调光方法；不过,他补充道：“在 LED 街灯中,由于这种灯经常要么处于接通状态要么处于关断状态,因而只需要一个有限的调光范畴即可；在这种场合中, 仅需采纳一种简洁的模拟调光法便能满意要求；”观点三： 安森美 半导体中国区高级应用经理郑宗前认为市场上TRIAC 调光器的应用方案应当只是过渡性的,长远来说,应当会用PWM 调光；主要的三点打算性因素为：1）用PWM 调光从零到最光,都不会有闪耀的现象；2）性能会更好；由于调光输出功率采纳了功率因数校正电路,这是协作全球对灯光采纳功率因数有强制性的要求,虽然一般从 25 W开头有这要求,但美国要求灯光从零瓦起已需强制性功率因数校正电路；如采纳 T

23、RAIC 调光将牺牲功率因数和增加了电路的复杂性；因此,采纳 PWM 调光可以供应最好性能的挑选,也是将来的趋势； 3）成本会更好； 用 PWM 调整占空比, 不需要太多额外的掌握电路成本；” 第 7 页,共 10 页 - - - - - - - - - 英飞凌科技有限公司电源治理业务部产品市场总监Alexander Sommer也表示看好 PWM 调光方案前景,他说：“与模拟调光方法相比,LED 的 PWM 调光方法有以下优点：1）效率更高;2 ）不管调光程度有多大,答应LED 始终在优化的和恒定的电流下工组;3）在整个调光范畴内 LED 颜色色调保持一样（颜色色调像流明 输出一样随LED

24、工作电流而变化）；”细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思为了在连续调光时实现无闪耀,大多数客户喜爱挑选PWM 调光,由于它可供应更大的调光范畴和更好的线性度；取决于你正在使用的调光频率,闪耀现象可以降到最小；模拟调光更简洁实现,由于它只需要一个 DC 电压就可以无闪耀地对 LED 进行调光；对于由多个LED 构成的大功率照明应用,确保每个LED 具有匀称的亮度且不产生任何闪耀也成为了主要的设计障碍,但 PWM 方法很简洁解

25、决调光时的闪耀问题；如前所述,小于 25W 的 LED 照明应用主要是替换标准白炽灯和卤素灯；在这一功率范畴上,最可能的一个应用就是替代由基于TRIAC （双向可控硅）的逐步削减入墙式调光器掌握的白炽灯或节能灯； 目前市场上有前沿和后沿削减调光器,这为整体兼容性带来了挑战,由于从 EMI 的角度来看TRIAC 调光是很差的；NCP6561 这样的 DCM PFC的单“对于要求正确性价比的非调光应用,使用像英飞凌级 PFC 反激拓扑是一个合适的挑选；”英飞凌科技有限公司电源治理业务部产品市场总监Alexander Sommer 认为, “ 25W及以上功率范畴 LED 照明应用面对更多的专业市场

26、；调光掌握方法的挑选将取决于它是替代型仍是新安装型；数字照明掌握（如 DALI 或无线 解决方案）答应对调光水平进行更精确的掌握、以及更多的功能,如日光下调光和占空比感应；替代型安装可能要求兼容旧的模拟 1-10V 调光掌握器； ”；第 3 章 Led 驱动技术进呈现状分析-专家观点观点一：目前 LED 驱动在室内照明上的难点主要在与市电兼容和散热方面目前 LED 驱动在室内照明上的难点,主要在与市电兼容和散热方面：在路灯方面主要是高低温牢靠性,在背光驱动方面主要是效率和电流稳固性；当然其他综合性能也很重要；-金宇杰（ 恩智浦 半导体大中华区多重市场产品部市场总监金宇杰）观点二：为了爱护 LE

27、D 照明的优势, LED 驱动必需牢靠、高效、安全（能够承担多种故障条件）、低成本,并且仍要能够易于实现；为了爱护 LED 照明的优势, LED 驱动必需牢靠、 高效、安全（能够承担多种故障条件）、低成本,并且仍要能够易于实现；另外,LED 灯具 设计中,物理设计也特别重要,特殊是在外形和适应性方面；另外,LED 灯具的散热才能也特别重要,需要良好地处理散热,保证 LED 及 LED 驱动器的高牢靠性；而针对不同的LED 照明应用,第一需要挑选恰当的驱动电路拓扑结构,如功率小于100 W 的中低功率LED 照明应用首选反激拓扑结构,而为了供应更高能效,谐振半桥双电感加单电容（HB LLC ）就

28、是首选的拓扑结构；此外,仍要注意产品目标市场的能效规范问题；如有需要,仍要考虑功率因数校正（PFC ）,供应相应的LED 驱动解决方案；安森美半导体供应各种高能效的方案,满意LED 灯具驱动设计所需；-蒋家亮：（安森美半导体亚太区电源治理部市场推广经理蒋家亮）观点三： LED 驱动器的进展面临两大技术障碍：散热和尺寸LED 驱动器的进展面临两大技术障碍：散热：LED 在工作时温度会上升,因此LED 应 第 8 页,共 10 页 - - - - - - - - - 用需要使用不会加重散热问题的高能效电源；尺寸：将电源顺当装入LED 灯座是一个连续细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - -

29、 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思的挑战； PI 的 LED 驱动器 IC 能效极高且高度集成,因此可使设计师轻松克服上述两方面的挑战； -PI 公司市场营销部副总裁 Doug Bailey 观点四： LED 驱动 IC 的技术难点是高恒流精度、艺、芯片内置 MOS 的散热；Vin 的宽电压范畴、晶圆片的高压工LED 驱动 IC 的技术难点是高恒流精度、Vin 的宽电压范畴、晶圆片的高压工艺、芯片内置 MOS 的散热；随着大批欧美闻名集成电路 公司有多年设计体会的海归人

30、员回国效忠,本土集成电路公司设计的电源芯片水平已完全接近国外同类水平,并具有很好的性价比和竞争才能 ;目前国外公司的 LED 驱动 IC 在耐压方面仍占有肯定的优势,本土 IC 仍需加倍努力；-华润矽威科技有限公司的市场部经理颜重光观点五：在图像和背光方面需要特别高的颜色一样性,这是我们讨论的重点,颜色的一样性是我们需要的结果,反之并不是必需要关怀电流误差；LED 驱动在不同的应用需求有很大的不同,我们是针对性的来讨论每一个 LED 应用领域,在图像和背光方面需要特别高的颜色一样性,这是我们讨论的重点,我们总是责备恒流精度和散热问题这是不对的；颜色的一样性是我们需要的结果,反之并不是必需要关怀

31、电流误差；在照明方面,长运通公司进展内置恒流技术的LED 封装 架构,分布式恒流技术结构,走出一条全新的创新之路,使得恒流问题不再是终端客户关怀的重点,虽然仍没有广泛的被业界承认,但是订单已经排到 20XX 年； -深圳市长运通集成电路设计有限公司 技术总监第 4 章： 19 家公司 2022 LED 驱动 IC 新品排列分析本章节整合了 20XX 年度部分优秀 LED 驱动 IC 厂商推出的新品, 并对各应用领域的新品进行了性能的分析和大致的比较；依据应用范畴将这些 LED 一般照明驱动 IC LED 闪光灯系列驱动 IC 显示屏系列驱动 IC 大中尺寸背光照明驱动 IC 中小尺寸背光照明驱

32、动 IC 这些厂家包括：TI 美国德州仪器公司 ADI 美国模拟器件公司IC 分成了以下几类：细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思NS 美国国家半导体公司 Linear 凌力尔特公司 Fairchild 飞兆半导体公司 Onsemi 安森美半导体 Supertex 美国超科公司 Maxim 美国美信集成产品公司 NXP 恩智浦半导体 MPS 美商茂力公司 Micrel 麦瑞半导体公司 Orient-Chip 灿瑞半导体 Diodes 美台二极体股份有限公司 Exar 公司 Austriamicrosystems 奥地利 微电子 Macroblock 台湾聚积科技公司 Anpec 台湾茂达电子公司 Richtek 立锜科技 杭州士兰微电子有限公司细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 10 页 - - - - - - - - -