LED背光驱动从哪几个方面进行研究分析的？

LED背光驱动从哪几个方面进行研究分析的？

LED背光驱动研究现状分析

在研究白光LED背光驱动技术之前首先了解，目前技术下制造出的白光LED的基本特性。

众所周知，白光并不是单一色彩的光，它是由很多颜色的光混合形成的，通常至少需要两种颜色的光混合，所以白光LED的形成也至少需要两种发射不同颜色光线的LED构成，传统的一种白光LED是利用二波长的蓝色LED芯片加上YGa黄色荧光粉实现的。其工作原理是利用蓝色LED芯片产生的蓝光去照射黄色荧光粉，从而产生与蓝光互补的黄光，互补的黄光、蓝光利用透镜原理可以混合，从而可以得到所需要的白光。结合LED的特性以及白光的特性，下面总结出白光LED的特性，在了解白光LED特性的基础上才能够设计白光LED驱动电路，下面将白光LED的主要特性总结为六点：

(1)不同电流不同温度时会出现色度偏差的问题。不同颜色的LED在不同的温度和不同的电流时发光强度和发光效率是不一样的，在一种电流一种温度下保证两种颜色完全互补产生白光，但是当电流以及温度变化时，随着发光强度和发光效率的变化，两种颜色光线的互补关系就会发生变化，从而导致出现色度偏差的问题，使得白光LED无法获得高的演色性。

(2)白光LED具有一个显著的基本特性，其发光的多少与通过其中的电流量成线性关系，因此，通过控制流过白光LED正向电流的大小就可以获得所需要的发光量。

(3)单只白光LED的光线相当微弱，完全不足以作为光源来使用，所以白光LED在作为背光源应用时，通常需要很多只配合使用才能达到所需亮度。

(4)普通LED是具有PN结结构的半导体器件，只能在一个方向导电，提供正确的偏置条件才可以正常工作，而且PN结结构本身具有势垒电势，正常工作时加在LED上的偏置电压必须要超过PN结的势垒电势(约为1.2V)，白光LED相对于普通 LED来说，势垒电势更高，所以正常工作时需要在白光LED上施加更高的正向偏置电压(约为3.4V)。

(5)流过LED的电流与加在其两端的电压是一种非线性的关系，所以驱动白光LED时通过线性改变加在两端的电压线性改变流过其中的电流是无法实现的。

(6)因为硅材料的特性以及生产工艺方面具有差异，即使是两只同样型号的LED，它们的内阻和势垒电势也不会完全一样，这导致并联使用的两只LED在正常工作时两端的压降不一样，而且LED势垒电势随温度降低而减小也更加剧了这一现象，因此电源变换器在驱动并联连接的LED时容易导致LED的电流亮度不一致，应用时需要非常注意。

白光LED背光源对背光驱动电路的设计要求很多，背光源驱动电路的选择是非常重要的，其决定了背光源可以使用多长时间，而且对白光LED的很多光电参数也具有非常重要的影响，包括白光LED的功耗大小、亮度高低以及亮度对比度以及颜色多少等，同时也决定了白光LED的使用条件。

在对白光LED的特性了解之后，根据其特性设计出优越的驱动电路。白光LED的一条特性，要求驱动器要使白光LED工作电流下，例如大功率的白光LED就需要大功率的驱动芯片来驱动，而且驱动芯片应该具有温度保护功能，当温度过高或过低，白光LED不能正常工作或发出正常光线时，驱动芯片可以将白光LED关掉。根据白光LED的第二条特性，就可以合理设置驱动芯片的调光功能，通过改变驱动器的输出电流或输出电压，可以获得所需要的发光亮度。第三条特性，要求多只白光LED在应用时可以选择不同的连接方式，串联连接、并联连接以及串联并联混合连接的方式。串联连接的LED流过相同的电流，所以多只LED发出的光亮度的匹配性很高，但是当很多只LED串联使用时，结合白光LED的第四条特性，会需要更高的正向偏置电压，驱动器必须保证可以提供足够高的输出电压。并联连接的LED对输出电压的要求不会很高，但是对输出电流的要求会很高，而且白光LED的第六条特性，并联连接的LED势垒电压不一样导致光亮度匹配性不是很好，在进行电路设计时需要在电路的匹配性以及版图的匹配性方面多注意。而且出现多路并联LED通路时，就会使输出负载电流过高，超出驱动器的驱动范围。针对串联驱动和并联驱动的特点，大多数驱动器在驱动很多个白光LED时，采用串并联混合连接的方式，这样输出电压不会过高，而且输出电流也不会过高，但是设计电路时，必须同时考虑串联连接和并联连接带来的所有问题。针对第五条特性，在调光时，驱动器通过设置线性电压获得线性电流从而获得线性变化的调光亮度是没有办法达到的，调光*好是通过改变流过LED的电流来实现。

下面介绍目前两种基本的驱动电路，按照驱动方式来划分，LED电源具有恒流式和稳压式两大类，稳压式和恒流式驱动LED电源

顾名思义，恒流式驱动电源的特点是可以输出恒定的电流，但是其直流电压输出却会随着负载大小的不同在一定范围内变化；恒流式驱动电源具有较大的可承受电流及电压限制；恒流输出时，LED的使用数量决定了直流输出电压的大小，因此在使用中需要控制LED的串联并联数量；因为LED为电流驱动器件，所以使用恒流式驱动电源来驱动LED可以获得很理想的驱动特性，但是其      缺点是价格相对较高；负载完全开路在恒流驱动电源中是要禁止的，因为负载完全开路的情况相当于负载无穷大，恒流输出将导致输出电压无限上升，控制器的输出反馈电压也将非常大，损耗集成电路内部器件；但是可以允许负载短路的情况，此时即输出电压为零。

稳压式驱动LED电源可以输出恒定的电压，其输出的电流的大小会随着负载的变化而改变，而且其电源转换效率比恒流式驱动电源高。与恒流式驱动电源相反，负载完全短路在稳压式驱动LED电源中是需要禁止的，因为输出电压恒定，当短路时负载为零，导致输出电流急剧升高，电源的发热量也随之剧烈升高，损坏电路；但是负载开路的情况可以允许。恒压式驱动器还需要在LED下面设置合适的限流电阻。

当今恒流式驱动LED电源的典型电路结构是采用PWM控制式的开关电源结构。采用PWM控制方式设计的LED驱动电源可以输出相对很稳定的电压和电流，所以其驱动特性比较理想，而且其电源转换效率很高，可高达90%，这种电路结构可以设计很完善的保护电路模块，因此其电源可靠性比较高。

LED背光主要研究思路和研究方法

研究思路是针对当前技术下白光LED特性以及典型驱动电路架构的介绍，设计本芯片的架构以及确定LED连接方式，研究方法主要是设计电路，并结合Hspice等EDA工具对设计的电路进行仿真验证。在该部分仅简单介绍芯片架构的选择，芯片架构的具体阐述以及电路的详细介绍与仿真验证在后面章节中详细介绍。

(1)本芯片应用于大型LCD背光源的驱动，所以需要的白光LED的个数比较多，低输入电压的设计要求输出电压不能达到特别高，所以LED采用串并联结合的连接方式。

(2)LCD背光源要求驱动电路可以对LED进行调光，改变电流是相当容易的调光方式，同时因为环境温度及生产工艺会影响白光LED电流和电压的关系，所以工作在电压模式下容易导致白光LED的电流失控，因此，在该芯片中选择恒流式方法来驱动白光LED，考虑到恒流式驱动电路禁止输出负载开路的特点，在控制器稳压式驱动设计上，采用了LED开路保护电路。

(3)考虑到PWM控制式的开关电源结构的优势，该芯片选择PWM开关电源架构来设计整体电路。
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