LCD背光用白光LED驅動解決方案

LCD目前較常採用CCFL作為背光光源，但因CCFL背光驅動線路複雜，要求驅動電壓高，及演色性能力等等因素，再加上背光的光源是系統中耗電量最大的部分，所以在功率限制日趨嚴苛的情況下，目前已逐漸被產業討論將使用LED作為代替。

為滿足節能及環保的需求，針對不同應用與不同的功耗範圍，全球許多政府及能源機構的各種新的能耗標準也紛紛出爐。同時，更加嚴格的規範也在制定中。降低能耗成為一項無法回避的重要議題，所以對電源管理也提出了更高的要求。

LED控制正向電流方案

LED是由電流驅動的器件，其亮度與正向電流呈比例關係。有兩種方法可以控制正向電流。

第一種方法是採用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提供的電壓。但這種方法，有一些缺點，例如：LED正向電壓的任何變化都會導致LED電流的變化。

假設固定電壓為3.6V、電流為20mA，當電壓變為4.0V時，溫度或製造變化會引起的特定壓變，那麼電流將可能降低到14mA。所以正向電壓出現較大變化時，會導致更大的正向電流變化，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的電流變化，因此，可產生固定的LED亮度。利用固定電流只需要調整通過電流檢測電阻器的電壓，而不用調整電源的輸出電壓。

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。而在驅動並聯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。

由於攜帶型應用中，電池的使用壽命是整體應用重要關鍵。所以LED驅動器必須達到高效性。不過，LED驅動器的效率測量與典型電源的效率測量是有些不同。典型電源效率測量的定義，是輸出功率除以輸入功率。

而對於LED驅動器來說，輸出功率並非是相關參數，反而預期LED亮度所需要的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驅動元件必須提供過壓保護功能。無論負載是多少，都可產生固定電流。但如果負載電阻增大，相對的電源的輸出電壓也必須隨之增加。當電源檢測到過大的負載電阻，或負載斷開的話，那麼輸出電壓可能會超出IC，或其他元件的最大使用電壓範圍。

這樣的話，在驅動器裡就必須提供過壓保護。例如：可以利用將Zener二極體與LED並聯，這樣的方式可將輸出電壓限制在Zener二極體擊穿電壓和電源 內。當出現過壓時，輸出電壓會提高到Zener二極體擊穿點，並通過Zener二極體，然後再到接地的電流檢測電阻器，所以在Zener二極體與LED並 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。當過壓的情況出現時，LED驅動器可以降低功耗，並延長電池使用壽命。

PWM調光

許多攜帶型LCD背光應用都需要有限度地調節亮度。在這一部份可以採用兩種調光方式，就是類比或 PWM的方法。採用類比調光，就像大家所熟悉的，在LED上增加50％的電流，這樣就可以提高50％的亮度。

但這種方法是有缺點的，那就是會出現LED顏色偏移，並需要採用類比控制信號，因此，這種模式一般來說使用率的人並不多。而利用PWM調節亮度的關鍵是， 為確保使用者的眼睛看不到PWM脈衝現象，PWM信號的頻率必須高於100Hz，最大PWM頻率是取決於電源啟動與回應時間。

負載斷開

負載斷開是LED驅動電源中一個經常被忽視的功能，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的，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體與輸入電壓相連接。因為輸入電壓仍然與LED連接的情況下，總使電源已經失效，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不運作的期間，電源是在失效的情況 下，但是輸出電容仍然與LED連接。

如果沒有負載斷開的話，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迴圈開始時，都會出現放電的現象，一次電源必須在每個PWM迴圈開始時，將輸出電容器充電，所以，會在每個PWM迴圈出現時，會產生突波脈衝。

突入的電流會造成系統效率降低，並在輸入匯流排上出現暫態電壓。而如果具有負載斷開功能的話，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進行亮度調整的迴圈間，輸出電容器都是充滿的。

目前，全球各大業者正在積極開發結構更加完整、背光效率更高的白光LED驅動電路。所以由於行動電話繼續朝著多功能智慧化的方向發展，因此，預計發光二極 體驅動器的需求量會持續增加。例如：目前普通的移動電話一般只採用2至4顆發光二極體驅動器，但功能更加豐富的雙螢幕照相手機需要7～9顆發光二極體驅動 器，才可滿足燈光方面的要求。

Supertex第二代高電壓LED驅動晶片HV9911

Supertex 第二代高電壓LED驅動晶片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燈等產品背光設計的應用。HV9911是閉合 環路的開關模式LED驅動器IC設計，並有一個負載調節運算跨導放大器，用於LED電流和對脈寬調整調光有良好暫態反應。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的工作範圍和一個內部調節器用於低電壓和高電壓應用。HV9911採用16PIN SOIC封裝，並且零件符合RoHS要求，在價格方面在1000個單位時每個1.15美元。

Datasheet或相關資：http://www.supertex.com/feature_flexfamily2.html

NS小型白色發光二極體驅動器

　 國家半導體（NS）型號為LM2751的小型白光LED驅動器，可 在2.8伏至5.5伏間的輸入電壓範圍內，提供4.5伏及5.0伏穩壓輸出的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）的輸出電流，並無需加設電感器，但需另加4陶瓷電容器。

　 LM2751適用於白色發光二極體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的應用。LM2751晶片可以利用固定頻率進行預先穩壓，穩壓輸出的準確度極高，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的雜訊可以減至最少，且其開關頻率可以預測。

　 並可選擇設定，725kHz、300kHz、37kHz或9.5kHz等的開關頻率。LM2751晶片採用10PIN LLP無後拉封裝，國家半導體同時提供符合RoHS規範的封裝可，採購單位1,000顆時，單顆價為1.10美元。

　 Datasheet或相關資：http://www.national.com/ds.cgi/LM/LM2751.pdf

Linear白色發光二極體驅動晶片LT3486

　 Linear Technology的雙通道升壓LT3486，恆定電流驅動16顆白光LED（每通道8顆串列LED），除可提供PWM調光，亦可保持LED於固定發光顏色。適合可攜式產品與汽車的顯示螢幕背光應用等產品。

　 LT3486由PWM驅動器之工作週期控制來進行調光，達到1000：1調光範圍，並利用電流模式及固定頻率保持來均勻的LED亮度。LT3486的兩個獨立轉換器，能由2.5V～24V的輸入電壓，驅動不對稱的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。其他特性尚包括內部軟啟動、突波電流限制及開路LED保護等。LT3486EDHC採用DFN-16封裝技術，LT3486EFE則採用TSSOP-16E封裝。

　 Datasheet或相關資：http://linear.com.cn/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1003,C1042,C1031,C1061,P10673,D8756

沛亨並聯式白光LED的驅動晶片AIC1848

　 沛亨半導體針對手機、PDA、數位相機等可攜式電 子產品小體積且高效能的電源需求，所推出的並聯式白光LED的驅動晶片－AIC1848。AIC1848採用兩倍電荷泵（2X Charge-Pump）提供穩定的5V輸出電壓，並以定電壓的方式驅動並聯多顆白光LED，操作頻率高達1.8MHz。

　 AIC1848 僅需使用三顆陶瓷電容，並不需使用電感，節省更多的設計空間。此外，AIC1848更內建過電流（OCP）及熱關機（Thermal Shutdown）的功能，使白光LED驅動電路具備更可靠並且更穩定的工作系統，提供可攜式系統設計人員並聯式白光LED最具競爭力的電源解決方案。

　 Datasheet或相關資：http://www.analog.com.tw/download.asp?Folder=pdf&File=DS-1848P-01.pdf

可驅動8個LED－東芝白光驅動晶片TB62752AFUG

　 東芝最大可推動8個白光LED的高效 率、高精度、高耐壓、低消費電力的LED驅動晶片TB62752AFUG，TB62752AFUG採用了BiCD製程技術，內建了過電壓保護的功能 （OVP），最大耐壓電壓為40V，在出現過高電壓的情況下，立即切斷內部電路，以保護晶片、白光LED及應用產品的安全，整體電源轉換效率高達80％以 上，電流誤差值為5％左右。

　 TB62752AFUG並採用了高互換性PIN角的設計。可提供可攜式電玩、行動電話、數位相機等內建液晶面板背光驅動能力。TB62752AFUG已於2005年年底量產，採用SOT23-6的封裝技術，月產能規模將到500萬顆，初期樣品供應價格為105日圓。

　 Datasheet或相關資：http://www.semicon.toshiba.co.jp/openb2b/websearch/productDetails.jsp?partKey=TB62752AFUG

BCD Semi白光LED驅動器AP3008

　 BCD串聯式升壓式的白光LED驅動器 AP3008，能滿足LCD背光均勻、低成本，高性能，恆流的等要求，從價格上能滿足客戶低成本的要求。AP3008為電流模式的升壓式DC-DC變換 器，由1.25V的基準、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，具有寬的工作電壓範圍。最低工作電壓可至2.5V，最高工作電壓可至15V。過壓保 護（OVP）電路檢測PWM脈衝輸出的峰值電壓。當PWM脈衝的峰值電壓高於內部設置的閥值電壓時，過壓保護（OVP）電路動作並使PWM開關電路 Shutdown。若使電路重新工作，可在Shutdown pin或Vin pin施加由低到高的信號即可。

　 AP3008的基準電壓 不是直接採用1.25V，而是經電阻分壓後取其95mV，這是一種減少損耗的措施。另由於AP3008採用的高頻36V Bipoler製程，在耐壓上遠高於一些CMOS製程的升壓DC/DC變換器。AP3008在輸入3.2V時，它可以驅動4個白色LED，輸出電流最大可 達20mA；在輸入5V時，它可以驅動6個白色LED，輸出電流最大可達20mA。AP3008採用SOT23-5和TSOT23-5封裝，可使IC的高 度小於1.1mm和0.9mm。

　 Datasheet或相關資：http://www.bcdsemi.com/ASP/productpic/20059131616172497.2%20050912.pdf

奧地利微電子（Austriamicrosystems）白光LED驅動晶片AS3691

　 奧地利 微電子（austriamicrosystems）白光LED驅動晶片AS3691，能讓設計人員僅透過外部電阻就能設定每個LED通道的運作電流，而 LED的亮度則可由四個獨立脈衝寬度調節輸入元件控制。每顆AS3691晶片中皆整合了四個獨立運作的電流元件，因此能選擇同時驅動四個白光LED，可各 自輸入400mA的電流，或是僅驅動一個白光LED輸入1.6安培的電流。AS3691的線性驅動器能避免電感升壓器所衍生的種種問題，例如電磁幹擾或攸 關LCD螢幕品質的影像閃爍等問題。為提昇應用的功率效益，該元件每個通道都含有一個回饋輸出端，能簡單調整一或多個外部電源，將整體消耗功率降至最低。 AS3691電流精準度達0.5％，相當適用於採用RGB背光的液晶螢幕等精密的色彩管理應用。此外，AS3691還能搭配各種彩色LED設定，如 RGGB或RGBA。其電流輸入元件支援15V電壓範圍，允許極高的LED電源電壓，且最高電壓值僅受整個產品的最高消耗功率所限制。AS3691採用小 型QFN4×4封裝，將整體功耗控制在最小範圍內。

　 Datasheet或相關資：http://www.austriamicrosystems.com/03products/products_detail/AS3691/request_product_AS3691_datasheet.htm

Catalyst Semiconductor高效白光LED驅動晶片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顯示提供一致無 閃爍現象的背光照明。CAT3691取代了傳統高亮度背光所需的電感升壓電路，從而簡化了系統設計。由於輸出電流大，CAT3608還可用於驅動主副螢幕 手機顯示，或主顯示幕加低功率相機閃光。每路LED的獨立控制實現了主顯示幕的4個LED和副顯示幕的2個LED的PWM變暗和待機模式。為了降低電池消 耗，該元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，該元件還帶有靈活的數位介面。其低雜訊、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佔用。CAT3691針對鋰電池系統進行了優化，可以最大限度保證功率傳輸，效率高達 90％。該元件還具備CAT3691的效率、低雜訊和雙顯示能力，非常適於手機、智慧型電話、PDA和數位相機中的白光LED驅動。

　 Datasheet或相關資：http://www.catsemi.com/documents/3614.pdf

Vishay SiP12401高效率白光LED驅動器

　 針對高效率白光LED驅動應用， Vishay推出了兩款白光LED驅動器SiP12401，能讓手機和數位相機等攜帶型電子設備中的LCD顯示幕白光LED背光等應用中提供高效的可控亮 度，效率達80％。SiP12401升壓控制器晶片使用雙芯鎳氫或鹼性以及鋰離子電池來驅動串聯的白光LED，無需使用鎮流電阻。該元件支援範圍介於 1.8V～5.0V的輸入電壓。採用具有內部頻率補償的電壓模式PWM設計，以幫助減少整體元件數從而實現更小、更輕的終端產品設計。為延長電池使用時 間，SiP12401和的轉換頻率為600kHz的PWM模式分別可實現80％和75％的高典型效率。LED電流可在外部加以調節，以實現對強度的類比控 制。邏輯控制關斷的待機電流僅為1微安。

　 Datasheet或相關資：http://www.vishay.com/docs/73193/73193.pdf

Maxim 480mA白光LED倍壓晶片

　 Maxim的MAX1576白光LED倍壓晶片，可提供480mA白光LED 1x/1.5x/2x電荷泵，用於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，具有恆定電流調節以實現統一的光強度。能夠以30mA的電流驅動每個主組（LED1-LED4）LED，用於背光。閃光 燈組LED（LED5-LED8）是單獨控制的，並能夠以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 式和超低壓差的電流調節器，MAX1576能夠在1節鋰電池的整個電壓範圍內實現高效率。1MHz的固定頻率開關僅需使用非常小的外部元件，調節方案優化 於確保低EMI和低輸入紋波。MAX1576使用兩個外部電阻設置主LED和閃光燈LED的最大（100％）電流。使用四個控制引腳通過串列控制或每組2 位元元邏輯控制用於LED 亮度控制。ENM1和ENM2可將主LED的電流設置為最大電流的10％、30％或100％。ENF1和ENF2可將閃光燈LED的電流設置為最大電流的 20％、40％或100％。另外，將每一對控制引腳連接到一起可實現單線、串列脈衝亮度控制。封裝方面，MAX1576採用24引腳薄型QFN封裝技術。

　 Datasheet或相關資：http://www.maxim-ic.com.cn/pdfserv/en/ds/MAX1576.pdf

安森美高亮度白光LED驅動晶片NCP5603

　 安森美半導體（ON Semiconductor）所推出的高亮度白光LED驅動晶片-NCP5603，是針對手機相機與其他可攜式消費性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，並免除電源轉換時需要大型笨重電感器的問題，採用DFN-10封裝供貨，大 小僅3mm×3mm×0.9mm，其佔用面積相當有限，非常適用於厚度較薄的可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 入提供給負載穩定的電壓輸出，具備1X、1.5X與2X自動運作模式讓運作效率可達到90％，使得它特別適用於需要較長電池使用時間的低成本低耗電應用中 高電流LED驅動，由於這顆元件能夠容忍高達350mA的高輸出電流脈衝，因此可用來推動功率達1W的高亮度LED，帶來更高的相機閃光燈效率與更佳的畫 質，元件同時還擁有PWM/EN輸入接腳，適合用來作為點亮控制用途。此外，由於NCP5603不需外部電感來儲存能量，因此還能夠做為低成本小型升壓式 直流─直流轉換器，提供給手機、MP3播放機或數位相機等空間受限應用音頻放大器偏壓的4.5V或5V固定電壓輸出。

　 Datasheet或相關資：http://www.onsemi.com/pub/Collateral/NCP5603-D.PD

Arques白光LED驅動晶片支援兩個LCD背光及Flash LED

　 Arques Technology的AQ913X系列，與AQ914X系列白光LED驅動器，可利用雙通道、雙增益的charge pump來調節電流，適用於小尺寸LCD顯示器的LED背光源應用。這些元件可驅動可編程輸出電流高達120mA的並聯白光LED；可操作在 2.7V～6.0V的鋰離子電池輸入電壓範圍中，並帶有欠壓鎖定功能。新元件還具備650kHz的固定頻率。在典型的折疊照相手機應用中，AQ9133B 可以驅動LCD背光，包括主螢幕和副螢幕，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的驅動可以提供預閃模式和高亮曝光模式，預閃模式下，手機的主螢幕可維持亮度。

　 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，提高電池的使用效率。輸出可支援到兩通道共6個WLED，每個LED pin最大容許電流可達50mA。

　 Datasheet或相關資：http://www.arquestech.com/Datasheet/Product_brief_final_USA-122804.pdf