《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LED背光與照明中面臨的挑戰(zhàn)與主要解決方案

2011-04-27

  由于在背光和照明等相關(guān)應(yīng)用中的迅猛發(fā)展,,以節(jié)能、環(huán)保和長壽命為賣點的led技術(shù)正在重新回到熱點技術(shù)的行列中來,。盡管業(yè)界還需要克服一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)來完善現(xiàn)有的技術(shù),不過主要的半導(dǎo)體廠商都已紛紛推出了各具特色的解決方案,。

  面臨眾多挑戰(zhàn)

  對于許多剛剛接觸LED技術(shù)的工程師來說,,如何減少其在系統(tǒng)中的占用空間以及盡可能的提高亮度是他們選擇LED方案供應(yīng)商時首先碰到的問題。不過由于LED技術(shù)還處于起步階段,,供應(yīng)商們還需要克服眾多挑戰(zhàn),。

  Cypress的EZ-Color產(chǎn)品營銷經(jīng)理Shone Tran認為,對于所有的大功率LED設(shè)計來說,,器件分選(Binning),、溫度、色準以及信號通訊可能是半導(dǎo)體方案供應(yīng)商們正在面臨的四項主要難題,。不過具體到不同的細分市場還是有一些細微的區(qū)別,。比如色準、溫度和信號通訊是LED背光中最需要迫切解決的問題,,而在汽車照明中,,溫度和色準控制技術(shù)的重要性要更高一些,至于通用照明,,無論是方面都還需要進一步的完善,。

  Tran關(guān)于細分市場要求不同的看法與安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理部市場推廣經(jīng)理蔣家亮的意見不謀而合。不同的是,,后者認為成本問題才是LED背光和通用照明中最重要的因素,。至于汽車照明,他指出:“已有的方案還必須在可靠性上(比如能否經(jīng)受嚴酷的環(huán)境溫度)不斷加強,。”

  蔣家亮表示,,LED技術(shù)要想在通用照明領(lǐng)域取得更多進展,就必須考慮如何更方便地替換現(xiàn)有的鹵素燈和聚光照明燈等傳統(tǒng)光源,。“比如將LED和轉(zhuǎn)換電路組裝到小型的燈具當中,。”而歐司朗光電半導(dǎo)體的LED市場總監(jiān)Timon Rupp也持有同樣的看法。歐司朗光電半導(dǎo)體目前主要關(guān)注的還是汽車和通用照明市場,。其與照明大廠歐司朗的親密關(guān)系令其對終端需求的體會比其他供應(yīng)商更深,。“LED技術(shù)正努力在通用照明領(lǐng)域同傳統(tǒng)光源展開競爭。”Rupp表示,,“半導(dǎo)體供應(yīng)商遇到的最主要的挑戰(zhàn)是如何在系統(tǒng)集成方面取得突破,,比如提供更容易令消費者從傳統(tǒng)光源轉(zhuǎn)向這種新興技術(shù)的所謂‘交鑰匙’或者‘即插即用’的解決方案。”

  與其他受訪者相比,,美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理吳志民的意見要具體一些,。“在驅(qū)動多個LED燈串的背光方案中,燈串間的電流匹配是主要挑戰(zhàn),。而無論LCD電視還是汽車應(yīng)用,,都對對比度提出了較高的要求。”吳志民說。另外,,他還指出,,由于LED在通用照明領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛,供應(yīng)商還必須有能力提供擁有全范圍輸入電壓的各種驅(qū)動器,。

  由于在背光和照明等相關(guān)應(yīng)用中的迅猛發(fā)展,,以節(jié)能、環(huán)保和長壽命為賣點的led技術(shù)正在重新回到熱點技術(shù)的行列中來,。盡管業(yè)界還需要克服一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)來完善現(xiàn)有的技術(shù),,不過主要的半導(dǎo)體廠商都已紛紛推出了各具特色的解決方案。

  面臨眾多挑戰(zhàn)

  對于許多剛剛接觸LED技術(shù)的工程師來說,,如何減少其在系統(tǒng)中的占用空間以及盡可能的提高亮度是他們選擇LED方案供應(yīng)商時首先碰到的問題,。不過由于LED技術(shù)還處于起步階段,供應(yīng)商們還需要克服眾多挑戰(zhàn),。

  Cypress的EZ-Color產(chǎn)品營銷經(jīng)理Shone Tran認為,,對于所有的大功率LED設(shè)計來說,器件分選(Binning),、溫度,、色準以及信號通訊可能是半導(dǎo)體方案供應(yīng)商們正在面臨的四項主要難題。不過具體到不同的細分市場還是有一些細微的區(qū)別,。比如色準,、溫度和信號通訊是LED背光中最需要迫切解決的問題,而在汽車照明中,,溫度和色準控制技術(shù)的重要性要更高一些,,至于通用照明,無論是方面都還需要進一步的完善,。

  Tran關(guān)于細分市場要求不同的看法與安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理部市場推廣經(jīng)理蔣家亮的意見不謀而合,。不同的是,后者認為成本問題才是LED背光和通用照明中最重要的因素,。至于汽車照明,他指出:“已有的方案還必須在可靠性上(比如能否經(jīng)受嚴酷的環(huán)境溫度)不斷加強,。”

  蔣家亮表示,,LED技術(shù)要想在通用照明領(lǐng)域取得更多進展,就必須考慮如何更方便地替換現(xiàn)有的鹵素燈和聚光照明燈等傳統(tǒng)光源,。“比如將LED和轉(zhuǎn)換電路組裝到小型的燈具當中,。”而歐司朗光電半導(dǎo)體的LED市場總監(jiān)Timon Rupp也持有同樣的看法。歐司朗光電半導(dǎo)體目前主要關(guān)注的還是汽車和通用照明市場,。其與照明大廠歐司朗的親密關(guān)系令其對終端需求的體會比其他供應(yīng)商更深,。“LED技術(shù)正努力在通用照明領(lǐng)域同傳統(tǒng)光源展開競爭。”Rupp表示,“半導(dǎo)體供應(yīng)商遇到的最主要的挑戰(zhàn)是如何在系統(tǒng)集成方面取得突破,,比如提供更容易令消費者從傳統(tǒng)光源轉(zhuǎn)向這種新興技術(shù)的所謂‘交鑰匙’或者‘即插即用’的解決方案,。”

  與其他受訪者相比,美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理吳志民的意見要具體一些,。“在驅(qū)動多個LED燈串的背光方案中,,燈串間的電流匹配是主要挑戰(zhàn)。而無論LCD電視還是汽車應(yīng)用,,都對對比度提出了較高的要求,。”吳志民說。另外,,他還指出,,由于LED在通用照明領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛,供應(yīng)商還必須有能力提供擁有全范圍輸入電壓的各種驅(qū)動器,。

  “白光LED驅(qū)動器必須能夠為特定的LED配置提供足夠的電流和電壓,,并采用可滿足輸入電壓范圍以及所需的輸出電壓和電流要求的轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)。”Linear電源產(chǎn)品組產(chǎn)品市場經(jīng)理Tony Armstrong表示,。他指出,,一款絕佳的LED驅(qū)動器必須擁有下列特點中的部分或者全部內(nèi)容:寬輸出電壓范圍;高效轉(zhuǎn)換,;嚴格調(diào)節(jié)的LED電流匹配,;低噪聲、恒定頻率操作,;獨立的電流和調(diào)光控制,;外形緊湊、占板面積小,、外部元件極少,。

  主要解決方案

  EZ-Color是Cypress于去年夏天專門針對高亮度(HB)LED智能照明系統(tǒng)推出的一款基于閃存的可編程LED驅(qū)動器。它最多可控制16個HB-LED(CY8CLED16),,這比同類型的競爭產(chǎn)品要多出4~5個,。為了盡可能加快設(shè)計人員的開發(fā)進度,該公司還同時提供了兩款名為PSoC Express和PSoC Designer的設(shè)計工具,。分別面向此前沒有任何嵌入式設(shè)計經(jīng)驗的入門級用戶以及嵌入式設(shè)計專家使用,。同時提供的評估套件(CY3261A-RGB)還提供一個交互式圖形界面,可透過CIE圖表,,或者是直接控制單個HB-LED進行快速顏色混合,。EZ-Color還有分別可控制4個和8個LED的CY8CLED04與CY8CLED08可供選擇。據(jù)悉,,基于EZ-Color HB-LED驅(qū)動器,,該公司還在開發(fā)一款光反饋解決方案,,其中將采用顏色傳感器來進行閉環(huán)的顏色準確度補償。

  針對高端手機閃光燈應(yīng)用,,歐司朗光電半導(dǎo)體開發(fā)了CERAMOS和OSLUX產(chǎn)品線,。該公司同時還提供面向汽車前燈(OSTAR Headlamp)和通用照明的產(chǎn)品(OSTAR Lighting)。特別要介紹的是這款通過了汽車安規(guī)驗證并已開始提供樣片的OSTAR Headlamp,。它并沒有采用透鏡,,但通過一個改進的轉(zhuǎn)換器以及Thinfilm技術(shù)上的提升,其在工作電流為700mA的情況下獲得了620lm和12W的峰值亮度和功耗,,高達500lm的亮度典型值也是上代產(chǎn)品的兩倍,,這比目前已有的任何一款LED亮度都高。緊湊的封裝形式令其能夠同小型光學器件連接在一起,,從而節(jié)省空間并賦予設(shè)計師更多自有發(fā)揮的空間,。該公司將于2008年底開始量產(chǎn)這款產(chǎn)品。

  美國國半不久前剛剛發(fā)布了一款型號為LM3433的DC/DC同步降壓恒流穩(wěn)壓器,,它能夠為投影儀和背投電視的大功率HB-LED提供穩(wěn)定的負電流,。由于允許多個LED陽極直接連接到接地點,這使得電路散熱能力大大提高,。此外,,超過40kHz的PWM調(diào)光控制頻率還促成了數(shù)字色溫控制、干擾清除,、場序照明以及亮度控制等技術(shù)的實現(xiàn),。由于采用固定導(dǎo)通時間,該器件也無需加接輸出電容,。該公司還將很快上市一款面向汽車以及LCD TV背光應(yīng)用,、集成了升壓控制器的3通道恒流LED驅(qū)動器LM3431。它能夠為3個LED燈串(每串最多可有10個LED)提供高精度的恒定電流,。最大輸出電流為150mA,,在適當擴展后還能夠驅(qū)動6個LED燈串。為了減少壓降提高效率,,LM3431還采用了陰極反饋穩(wěn)壓控制電路,。采用PWM調(diào)光方式,最大調(diào)光頻率25kHz,,此時的對比度為100:1,,而進一步降低調(diào)光頻率后,對比度更可超過1,000:1,。

  LED的應(yīng)用多種多樣,,供應(yīng)商需要提供各種不同的電路拓撲結(jié)構(gòu)使得其在特定應(yīng)用中達到最優(yōu)的方案成本與性能,?;谶@樣一個思路,,安森美在其LED驅(qū)動器中采用了提高轉(zhuǎn)換頻率、采用低損耗拓撲結(jié)構(gòu),、電荷泵等方法,。比如利用其在充電器解決方案中的經(jīng)驗所推出的NCP1216,可方便地用于構(gòu)建帶有安全隔離或不帶有安全隔離功能的解決方案,。作為一款PWM控制器,,能夠配合一個外置MOSFET用于從10瓦到數(shù)十瓦的某些背光應(yīng)用。此外,,內(nèi)置了一個MOSFET的NXP101X系列由于緊湊的封裝非常適用于聚光照明等較小型應(yīng)用,。而低壓直流-直流開關(guān)穩(wěn)壓器NCP3065則可用于LED燈的簡單降壓或升壓配置。此外,,如果同時需要PFC和電源轉(zhuǎn)換,,單段式PFC控制器NCP1651也是一個較好的選擇。

  Linear也是LED驅(qū)動器市場的主要供應(yīng)商,。LT3595是該公司最新推出一款高性能LED驅(qū)動器,,面向大尺寸TFT-LCD背光應(yīng)用,16個獨立通道最多可驅(qū)動160個(16×10)50mA LED,。每個通道的調(diào)光可通過一個單獨的PWM引腳來實現(xiàn),,調(diào)光范圍5,000:1,16個通道間的電路匹配度為8%,。LT3595還具備開路檢測和熱保護等功能,。由于所有的電源開關(guān)、肖特基二極管和補償元件都被集成進來,,轉(zhuǎn)換器電路板面積和元件成本都被大大降低,。

  LTC3212是Linear專門面向便攜式顯示和照明應(yīng)用中的RGB LED而推出的另外一款新品。能以高達25mA的電流來驅(qū)動3個LED(輸入電壓2.7V~5.5V),。由于僅需3個小電容器和1~3個編程電阻器即可構(gòu)成一款纖巧完整的RGB或白光LED電流控制器和電源解決方案,,這令其特別適合于小型的電池供電設(shè)備。其多模工作方式的充電泵可執(zhí)行低噪聲,、恒定頻率操作,,以最大限度地抑制紋波。設(shè)計師可利用3個單獨的電阻器來設(shè)置的LED電流源,,進而控制LED的調(diào)光操作和亮度,。當全部3個RGB LED均被設(shè)置為ON時,白光模式將對紅光,、綠光和藍光LED電流比進行優(yōu)化,,從而實現(xiàn)最佳的白色光。

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