1前言

       近几年,业界开始大量采用LED替代CCFL和EL作为LCD的背光(背景光照明的简称),与CCFL、EL相比．LED具有如下优点：1)可使LCD色彩更逼真,采用LED背光町提供130％的NTSC色阶,而CCFL仅为70％。色阶的扩充使LCD影像色度更饱和、更逼真;可使LCD厚度更薄,在18英寸LCD模块中,LED背光厚度为4mm～6mm,CCFL为8mm～12nm;3)寿命长,可达5万小时;4）符合环保要求,LED不含汞,5）与EL背光相比,LED背光不会产生于扰。因此,LED背光广泛用于PC、TV、汽车音响、手机、通信设备、个人数字助理(PDA)和手表等领域,它已成为LCD背光市场的主导产品。

       2002年LED的市场需求量占背光市场总需求量的60％左右,目前,有绿、红、蓝和白色LED作为LCD的背光,由于价格因素,绿色LED居主流,约占LED背光产品的80％。它们的额定电流为2mA～20mA,亮度为600mcd。由于白色LED的成本较高,目前主要用于彩屏手机和彩屏PDA的背光以及汽车仪表的照明。

       2 白色LED的发光机理及特性

       2．1 发光机理

       单芯片白色LED是一种含InGaN活性层的CaN发光二极管,它主要有两种发光机理：一种是结合蓝色LED和黄磷,通过蓝光和磷发射的黄光的混合产生白光;另一种是通过紫外光LED和红、蓝、绿磷的组合产生白光。

       2．2 特性

       白色LED的主要特性有：正向压降为3．5 V;发光效率大于20lm／W,优于白炽灯泡,次于荧光灯(601m／W～100lm／W),2004年,发光效率可提高到60lm／w,接近荧光灯水平,从而可大量用于照明市场;光通量为231m;封装尺寸小。Nichia公司于2003年推出SMD型白色LED,型号为NSCW215,它是一种侧视SMD型白色LED,高度为0．8/1mm,电流为20mA时,亮度达600mcd。Toyoda Gosei公司推出SMD型白色LED,尺寸为3．2 mm×2．8 mm,型号为TG white,电流为20mA时,亮度达100mcd,发光效率为4．5 lm／W～5 lmW。citizen公司采用Nichia公司的白色LED裸片开发出迄今为止世界上最小的白色LED,其厚度为0．55 mm。Nichia公司的非SMD型白色LED的尺寸为11．2mm(宽)×7．2mm(长)×6mm(高),寿命长,达5万小时以上。白色LED在照明市场上的应用前景诱人,为此,世界各国LED厂商加紧开发大功率白色LED,如Nichia公司开发出大功率InGaN LED,功率达1 W～2 W,是现有LED的10倍。美国加州大学固态发光及显示中心计划在2007年前开发出发光效率为200lm／W的白色LED。

       3 白色LED驱动电路

       目前,白色LED主要用于彩屏手机和彩屏PDA,一个彩屏LCD的均匀背光需要3个～4个或更多的白色LED,智能手机可能需要6个或更多的白色LED。由于白色LED需求的增多。有力地推动了白色LED驱动器市场的增长。据Linear公司电源事业部产品营销经理Tony Armstrong估计："2003年手机出货量将超过4亿部。其中至少有60％～70％是彩屏手机,此外。还将有1 000部彩屏PDA,市场将有几亿块白色LED驱动器的需求",由于白色LED的正向压降为3．5 V,当单节锂电池相近,因此,需要一个升压转换器来解决白色LED的正向电压问题。目前,升压有两种解决方案：一是电荷泵方式(开关电容器),其优点是占用面积小,但效率低,国家半导体公司推出的白色LED驱动器采用这种开关电容,该公司认为,如果采用升压转换器,当驱动器处于断电状态时就会有漏电流;二是电感开关升压方式,其优点是效率高,但占用面积大。目前,大多数白色LED驱动器厂商都采用电感开关升压方式,如Catalyst公司的CAT32型白色LED驱动器,它工作在1．2MHz的固定频率上,它可增强低电压电池的电压,并自动调整驱动电流,最多可支持4个串联在一起的白色LED。该公司正在开发比CAT32更先进的白色LED驱动器,它可通过MPU对电流进行控制,并集成了无源元件,从而节约了成本。Linear公司推出片上集成肖特基二极管的白色LED驱动器,这样,驱动电路只需两个外部电容器、一个电阻器和一个电感器。而一般白色LED驱动器是集成MOSFET。

       白色LED驱动电路由白色LED驱动器和外围电路(包含晶体管、二极管、电感器、电容器和电阻器等)组成。驱动白色LED需要一个恒流源,电流一般为15mA～20mA。LED的亮度依赖于其正向电流,所以多个白色LED串联使用,可保证流过每个白色LED的电流都相同。正向编置的4个串联白色LED需14V电压,该电压通过升压稳压器来提升单节锂电池(2．7V～4．2V)故称工作电压来获得。图1给出一种单节锂电池(2．7V～4．2V)供电的高效率白色LED驱动电路。图1中的SP6682是一块标准的稳压充电泵电路。它含有一个内部500kHz振荡器,用以正常驱动充电泵电容器?使输人电压提高一倍。图1中的电路不采用电荷泵电容器,而将振荡器的输出加到引脚7上．并驱动Q1的导通和截止。Ql、L1、D1和C1构成一个升压稳压器,使C1两端的电压升高。当该电压超过4个串联的白色LED的正向压降之和时,电流开始启动。白色LED与电流检测电阻器R1串联,形成反馈回路闭合。要使R1两端的压降为最小,就可获得高效率。将R1两端的电压与SP6682的0．3V参数电压比较,可使该驱动电路的效率达87%。通常,市售的集成升压稳压器以1．24V带隙电压作为反馈参考电压,将使Rl两端产生1．24V的压降。从而使转换效率降低7％。SP6682的0．3V参考电压远低于1．24V,而效率的降低与参考电压成正比。MOSFET具有很小的导通电阻和很高的开关速度,这些参数优于其他集成开关。MOSFET的击穿电压会限制最大输出电压,通过调节该电压以驱动所需几个白色LED的系统。在SP6682的启动引脚6上加一个PWM信号,可使稳压器关闭和重新启动,以精确地控制白色LED的亮度。

                    
                                  图1 单节锂电池供电的高效率白色LED驱动电路
 

       双节锂电池(6V～8．4V)供电的白色LED驱动电路应当选择的白色LED驱动器,如图2所示。TI公司的TPS61042就是一块适合双节锂电池供电的白色LED驱动器,但TPS61042的输入电压仅为1．8V～6 V,只要巧妙地将TPS61042的输入电压与功率级分开,就能使TPS61042驱动白色LED。将系统3．3V电压接到驱动器的引脚VIN上,驱动器的功率级输入直接连接到双节锂电池上。通常,功率级可连接到低于可需输出电压的任何电压输出端。由于升压拓扑,功率级的输入电压必须低于输出电压,或者电感器和二极管直接将输入电压传送到输出端。引脚SW上的允许最大电压为28 V,限制了功率级的最大输入电压。图2的驱动电路表明,输入电压越高,效率也越高。所以,该驱动电路完全不受其输入电压范围的限制,并能有效地节约系统成本和板极空间,还提高了效率。

       对于单节1．5 V电池如何选择白色LED驱动电路。图3回答了这个问题。图3中的比为TI公司的SN74AUClGl4或Fairchild公司的NC7SPl4单栅施密特倒相器。在图3(a)中,接通电池电源时,肖特基二极管D1导通,施密特触发器非稳态多频振荡器开始振荡,当IC1的输出变为高电