LED技術(shù)全攻略-工程師必備手冊

目錄

一、LED發(fā)展史

二、LED的分類

三、LED驅(qū)動技術(shù)原理

四、LED驅(qū)動設(shè)計技巧

五、LED驅(qū)動設(shè)計參照案例及選型指導(dǎo)

六、LED散熱處理方案

七、LED產(chǎn)業(yè)鏈廠商大全

八、設(shè)計參照資料索引

LED發(fā)展史

1907年HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀測到電致發(fā)光現(xiàn)象。由于其發(fā)出的黃

光太暗，不適合實際應(yīng)用；更難處在于碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應(yīng)，研究被摒棄

了。

二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃

磷發(fā)光。再一次因發(fā)光暗淡而停止。

1936年,GeorgeDestiau出版了一種有關(guān)硫化鋅粉末發(fā)射光的匯報。伴隨電流的應(yīng)用和一泛

的認識，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個術(shù)語。二十世紀50年代，英國科學家在電致發(fā)光的

試驗中使用半導(dǎo)體碑化卷發(fā)明了第一種具有現(xiàn)代意義的LED、并于60年代面世。聽說在初

期試驗中，LED需要放置在液化氮里，更需要深入的操作與突破以便能高效率的在室溫下

工作。第一種商用LED僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。

60年代末，在珅化鉉基體上使用磷化物發(fā)明了第一種可見的紅光LED。磷化錢的變化使得

LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。

到70年代中期，磷化錫被使用作為發(fā)光光源，隨即就發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化

鏤蕊片（一種紅色另一種是綠色）可以發(fā)出黃色光。就在此時，俄國科學家運用金剛沙制

造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的

光。

80年代初期到中期對神化鉉磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，

接著就是黃色，最終為綠色。到20世紀90年代初期、采用錮鋁磷化錠生產(chǎn)出了桔紇、

橙、黃和綠光的LED。第一種有歷史意義的藍光LED也出目前90年代初期，再一次運用

金鋼砂一初期的半導(dǎo)體光源的障礙物。依當今的技術(shù)原則去衡量，它與俄國此前的黃光

LED同樣源暗淡。

90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氨化線LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強度的綠光和藍光錮氮

錢Led。超亮度藍光蕊片是白光LED的關(guān)鍵，在這個發(fā)光蕊片上抹上熒光磷，然后熒光磷

通過吸取來自蕊片上的藍色光源再轉(zhuǎn)化為白光。就是運用這種技術(shù)制造出任何可見顏色的

光。今天在LED市場上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。有科學思想

的讀者到目前也許會意識到LED的發(fā)展經(jīng)歷了一種漫長而波折的歷史過程。實際上，近來

開發(fā)的LED不僅能發(fā)射出純紫外光并且能發(fā)射出真實的“黑色”紫外光。那么LED發(fā)展史

到低能走多遠，不得而知。也許某天就能開發(fā)出能發(fā)X射線的LED。初期的LED只能應(yīng)

用于指示燈、初期的計算器顯示屏和數(shù)碼手表。而目前開始出目前超亮度的領(lǐng)

域。將會在接下的一段時間繼續(xù)下去。

LED的分類

常見LED的分類

1.按發(fā)光管發(fā)光顏色提成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、原則綠和純綠）、

藍光等。此外，有的發(fā)光二極管中包括二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極

管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述多種顏色的發(fā)光二極管還可提

成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管不

適合做指示燈用。

2.按發(fā)光管出光面特性分為圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝

用微型管等。

圓形燈按直徑分為（P2mm、（p4.4mm、（p5mm、tp8mm、tplOmm及（p20mm等。國

外一般把（P3mm的發(fā)光二極管記作T-l；把（p5mm的記作T-1（3/4）；把

(p4.4mm的記作T-1(1/4)[6-8]<>

由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布狀況。從發(fā)光強度角分布圖來分有

三類：

1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。

半值角為5。?20?；蚋。哂泻芨叩闹赶蛐?，可作局部照明光源用，或與光檢

出器聯(lián)用以構(gòu)成自動檢測系統(tǒng)。

2源則型。一般作指示燈用，其半值角為20。?45。。

3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45。?90?；蚋?，散射劑的量

較大。

3.按發(fā)光二極管的構(gòu)造分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶鎏底座環(huán)氧封

裝及玻璃封裝等構(gòu)造。

4.按發(fā)光強度和工作電流分有一?般亮度的LED（發(fā)光強度不不小于iOmcd）；

超高亮度的LED（發(fā)光強度不小于lOOmcd）；把發(fā)光強度在10-lOOmed間的

叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流

LED的工作電流在2mA如下（亮度與一般發(fā)光管相似）。

白光LED簡介

白光LED的合成途徑大體上有2條路可以走，第一條是RGB，也就是紅光

LED十綠光LED十藍光LED，LED走RGB合成白光的這種措施重要的問題是綠

光的轉(zhuǎn)換效率底，目前紅綠藍LED轉(zhuǎn)換效率分別到達30%，10%和25%，白光

流明效率可以到達601m/w。

通過深入提高藍綠光LED的流明效率，則白光流明效率可到達2（）01m/wo由于

合成白光所規(guī)定的色溫和顯色指數(shù)不一樣，對合成白光的各色LED流明效率有

不一樣的。伴隨白光LED的深配色、白平衡：

入發(fā)展，人們但愿用作照明光源的白光LED的光譜、色品坐標、顯色性及有關(guān)

色溫等均能滿足國際CIE和我國的有關(guān)原則，否則應(yīng)認為不合格。我們對有關(guān)

色溫80004000K白光LED的光色特性及其與正向電流的關(guān)系進行了總結(jié)。長

期以來，低色溫（＜40（X）K）、高顯色性的白光LED按照目前主流方案InGaN藍

色LED芯片和ce“激活的稀土石榴石黃色熒光體組合的方案實現(xiàn)難度大，成為

人們攻關(guān)的難題。由干黃色熒光體的發(fā)射光譜中缺乏紅成分。故目前大多數(shù)匯

報限于有關(guān)5000K以上的高色溫白光LED的工作。

盡管白光LED已經(jīng)有商品，但缺乏低色溫白光LED05000K以上的高色溫商

品，顯色性差，難以滿足市場，目前，由藍色芯片和熒光體組合的低色溫白光

LED的匯報很少。因此，無論從學術(shù)上研究，還是應(yīng)用需要，發(fā)展低色溫

（V4000K）高顯色性白光LED具有重要意義。

第二條路是LED+不一樣色光熒光粉：第一種措施是用紫外或紫光LED+RGB

熒光粉來合成LED，這種工作原理和日光燈是類似的，不過比日光燈的性能要

優(yōu)越，其中紫光LED的轉(zhuǎn)換系數(shù)可達80%，各色熒光粉的量子轉(zhuǎn)換效率可以到

達90%，尚有一種措施是用藍光LED+紅綠熒光粉，藍光LED效率60%，熒光

粉效率70%；尚有是藍光LED+黃色熒光粉來構(gòu)成白光。

兩種途徑相比較之下，RGB三色LED合成白光綜合性能好，在高顯色指數(shù)

下，流明效率有也許高到2001m/w，要處理的重要技術(shù)難題是提高綠光LED的

電光轉(zhuǎn)換效率，目前只有13%左右，同步成本高。

R、G、B三基色構(gòu)成

白色是紅綠藍二基色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色

的亮度為21%，藍色的亮度為10%時，混色后人眼感覺到的是純白色。包

LED紅綠藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法到達全色譜的效果，而控制

原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配色。當為全彩色LED顯示屏

進行配色前，為了到達最佳亮度和最低的成本，應(yīng)盡量選擇三原色發(fā)光強度成

大體為3:6:1比例的LED器件構(gòu)成像素。白平衡規(guī)定三種原色在相似的調(diào)配值

下合成的仍舊為純粹的白色。

原色、基色：

原色指能合成多種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍，色度圖中的

三個頂點為理想的原色波長。假如原色有偏差，則可合成顏色的區(qū)域會減小，

光譜表中的三角形會縮小，從視覺角度來看，色彩不僅會有偏差，豐富程度減

少，見下圖。

LED發(fā)出的紅、綠、藍光線根據(jù)其不一樣波長特性可大體分為紫紅、純紅、橙

紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等，橙紅、黃綠、

藍紫色較純紅、純綠'純藍價格上廉價諸多。三個原色中綠色最為重要，由于

綠色占據(jù)了白色中69%的亮度，且處在色彩橫向排列表的中心。因此在權(quán)衡顏

色的純度和價格兩者之間的關(guān)系時，綠色是著重考慮的對象。

大功率LED封裝構(gòu)造

伴隨半導(dǎo)體材料和封裝工藝的提高,LED的光通量和出光效率逐漸提高,從而使

固體光源成為也許,已廣泛應(yīng)用于交通燈、汽車照明、廣告牌等特殊照明領(lǐng)域，

并且逐漸向一般照明領(lǐng)域過渡,被公認為有望取代白熾燈、熒光燈的第四代光

源。

不一樣應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ED光源提出更高規(guī)定,除了對LED出光效率、光色有不一

樣的規(guī)定,并且對出光角度、光強分布有不一樣的規(guī)定。這不僅需要上游芯片廠

開發(fā)新半導(dǎo)體材料,提高芯片制作工藝,設(shè)計出滿足規(guī)定的芯片，并且對下游封裝

廠提出更高規(guī)定,設(shè)計出滿足一定光強分的封裝構(gòu)造,提高LED外部的光運用

率。

日前封裝多種多樣，封裝將伴隨此后的發(fā)展，不停改善和迎合實際需要，為

LED此后在各個領(lǐng)域應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

LED驅(qū)動技術(shù)原理

超高亮LED的特性

下圖為正向壓降(VF)和正向電流的(1F)關(guān)系曲線，由曲線可知，當正向電壓超過

某個閾值(約2V)，即一般所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認為，IF與VF成正

比。見表是目前重要超高亮LED的電氣特性。由表可知，目前超高亮LED的

最高IF可達1A，而VF一般為2?4V。

由于LED的光特性一般都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量((pV)

與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動可以更好地控制亮度。此外，LED的

正向壓降變化范圍比較大(最大可達IV以上)，而由上圖中的VF-IF曲線可知，

VF的微小變化會引起較大的，IF變化，從而引起亮度的較大變化。因此，央用

恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光

衰。因此，超高亮LED一般采用恒流源驅(qū)動。

下圖是LED的溫度與光通量(q)V)關(guān)系曲線，由下圖可知光通量與溫度成反比，

85℃時的光通量是25℃時的二分之一，而一40七時光輸出是25℃時的1?8

倍。溫度的變化對LFD的波長也有一定的影響?因此，良好的散熱是LED保

持恒定亮度的保證。

下圖是LED的溫度與光通量關(guān)系曲線。

一般LED驅(qū)動電路簡介

由于受到LED功率水平的限制，一般需同步驅(qū)動多種LED以滿足亮度需求，

因此，需要專門的驅(qū)動電路來點亮LED。下面簡要簡介LED概念型驅(qū)動電

路。

阻限流電路

如下圖所示，電阻限流驅(qū)動電路是最簡樸的驅(qū)劫電路，限流電阻按下式計算。

式中：

Vin為電路的輸入電壓：

VF為IED的正向電流；

VF為LED在正向電流為，IF時的壓降：

VD為防反二極管的壓降(可選)；

y為每串LED的數(shù)目；

x為并聯(lián)LED的串數(shù)。

由上圖可得LED的線性化數(shù)學模型為

式中：

Vo為單個LED的開通壓降；

Rs為單個LED的線性化等效串聯(lián)電阻。

則上式限流電阻的計算可寫為

當電阻選定后，電阻限流電路的IF與VF的關(guān)系為

由上式可知電阻限流電路簡樸，不過，在輸入電壓波動時，通過LED的

電流也會跟隨變化，因此調(diào)整性能差。此外，由于電阻R的接人損失的

功率為xRIF，因此效率低。

線性調(diào)整器簡介

線性調(diào)整器的父鍵是運用工作于線性區(qū)的功率三極管或MOSFFET作為

一動態(tài)可調(diào)電阻來控制負載。線性調(diào)整器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。

下圖a所示為并聯(lián)型線性調(diào)整器又稱為分流調(diào)整器(圖中僅畫出了一種

LED，實際上負載可以是多種LED串聯(lián)，下同)，它與LED并聯(lián)，當輸

人電壓增大或者LED減少時，通過度流調(diào)整器的電流將會增大，這將會

增大限流電阻上的壓降，以使通過LED的電流保持恒定。

由于分流調(diào)整器需要串聯(lián)一種電阻，因此效率不高，并且在輸入電15變

化范圍比較寬的狀況下很難做到恒定的調(diào)整。

下圖b所示為串聯(lián)型調(diào)整器，當輸入電壓增大時，調(diào)整動態(tài)電阻增大，

以保持LED上的電壓(電流)恒定。

由于功率三極管或MOSFET管均有一種飽和導(dǎo)通電壓，因此，輸入的最

小電壓必須不小于該飽和電壓與負載電壓之和，電路才能對的地工作。

開關(guān)調(diào)整器簡介

上述驅(qū)動技術(shù)不僅受輸入電壓范圍的限制，并且效率低。在用于低功率

的一般LED驅(qū)動時，由于電流只有幾種mA，因此損耗不明顯，當用作

電流有幾百mA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動時，功率電路的損耗就成了

比較嚴重的問題。開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，可以到達

90%以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的

驅(qū)動，只是為

了滿足LED的恒流驅(qū)動，采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進行反

饋控制。

下圖(a)為采用Buck變換器的LED驅(qū)動電路，與老式的Buek變換器不一

樣，開關(guān)管S移到電感L的背面，使得S源極接地，從而以便了S的驅(qū)

動，LED與L巨聯(lián)，而續(xù)流二極管D與該串聯(lián)電路反并聯(lián)，該驅(qū)動電路

不僅簡樸并且不需要輸出濾波電容，減少了成本。不過，Buck變換器是

降壓變換器，不合用于輸入電壓低或者多種LED串聯(lián)的場所。

上圖(b)為采用Boost變換器的LED驅(qū)動電路，通過電感儲能將輸出電壓

泵至比輸入電壓更高的期望值，實目前低輸入電壓下對LED的驅(qū)動。長

處是這樣的驅(qū)動IC輸出可以并聯(lián)使用，有效的提高單顆LED功率。

上圖(c)為采用Buck—Boost變換器的LED驅(qū)動電路。與Buek電路相

似，該電路s的源極可以直接接地，從而以便了S的驅(qū)動。Boost和

Buck-Boosl變換器雖然比Buck變換器多一種電容，不過，它們都可以提

高輸出電壓的絕對值，因此，在輸入電壓低，并且需要驅(qū)動多種LED時

應(yīng)用較多。

PWM調(diào)光知識簡介

在手機及其他消費類電子產(chǎn)品中，白光LED越來越多地被使用作為顯示

屏的背光源。近來，許多產(chǎn)品設(shè)計者但愿白光LED的光亮度在不一樣的

應(yīng)用場所可以作對應(yīng)的變化。這就意味著，白光LED的驅(qū)動器應(yīng)可以支

持LED光亮度的調(diào)整功能。目前調(diào)光技術(shù)重要有三種：PWM調(diào)光、模

擬調(diào)光、以及數(shù)字調(diào)光。市場上諸多驅(qū)動器都可以支持其中的一種或多

種調(diào)光技術(shù)。本文

將簡介這三種調(diào)光技術(shù)的各自特點，產(chǎn)品設(shè)計者可以根據(jù)詳細的規(guī)定選

擇對應(yīng)的技術(shù)。

PWMDimming｛脈寬調(diào)制)調(diào)光方式——這是一種運用簡樸的數(shù)字脈沖，

反復(fù)開關(guān)白光LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄

不一樣的數(shù)字式脈沖，即可簡樸地實現(xiàn)變化輸出電流，從而調(diào)整白光

LED的亮度。PWM調(diào)光的長處在于可以提供高質(zhì)量的白光，以及應(yīng)用

簡樸，效率高!例如在手機的系統(tǒng)中，運用一種專用PWM接口可以簡

樸的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號，該信號通過一種電阻，連接到驅(qū)動器

的EN接口。多數(shù)廠商的驅(qū)動器都支持PWM調(diào)光。

不過，PWM調(diào)光有其劣勢。重要反應(yīng)在：PWM調(diào)光很輕易使得白光

LED的驅(qū)動電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲(audiblenoise，或者

microphonicnoise)。這個噪聲是怎樣產(chǎn)生？一般白光LED驅(qū)動器都屬

于開關(guān)電源器件(buck'boost'chargepump等)，其開關(guān)頻率都在

1MHz左右，因此在驅(qū)劫器的經(jīng)典應(yīng)用中是不會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。

不過當驅(qū)動器進行PWM

調(diào)光的時候，假如PWM信號的頻率恰好落在200Hz到20kHz之間，白

光LED驅(qū)動器周圍的電感和輸出電容就會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。因此

設(shè)計時要防止使用20kHz如下低頻段。

我們都懂得，一種低頻的開關(guān)信號作用于一般的繞線電感(wirewinding

coil)，會使得電感中的線圈之間互相產(chǎn)生機械振動，該機械振動的頻率

恰好落在上述頻率，電感發(fā)出的噪音就可以被人耳聽見。電感產(chǎn)生了一

部分噪聲，另一部分來自輸出電容。目前越來越多的手機設(shè)計者采用陶

姿電容作為驅(qū)動器的輸出電容。陶鎏電容具有壓電特性，這就意味著：

當一種低頻電壓紋波信號作用于輸出電容，電容就會發(fā)出吱吱的蜂鳴

聲。當PWM信號為低時，白光LED驅(qū)動器停止工作，輸出電容通過白

光LED和下端的電阻進行放電。因此在PWM調(diào)光時，輸出電容不可防

止的產(chǎn)生很大的紋波?？傊瑸榱朔乐筆WM調(diào)光時可聽得見的噪聲，

白光LED驅(qū)動器應(yīng)當可以提供超過人耳可聽見范圍的調(diào)光頻率！

相對于PWM調(diào)光，假如可以變化RS的電阻值，同樣可以變化流過白光

LED的電流，從而變化LED的光亮度。我們稱這種技術(shù)為模擬調(diào)光。

模擬調(diào)光最大的優(yōu)勢是它防止了由于調(diào)光時所產(chǎn)生的噪聲。在采用模擬

調(diào)光的技術(shù)時，LED的正向?qū)▔航禃殡SLED電流的減小而減少，使

得白光LED的能耗也有所減少。不過區(qū)別于PWM調(diào)光技術(shù)，在模擬調(diào)

光時白光LED驅(qū)動器一直處在工作模式,，并且驅(qū)動器的電能轉(zhuǎn)換效率伴

隨輸出電流減小而急速下降。因此，采用模擬調(diào)光技術(shù)往往會增大整個

系統(tǒng)的能耗。

模擬調(diào)光技術(shù)尚有個缺陷在于發(fā)光質(zhì)量。由于它直接變化白光LED的電

流，使得白光LED的白光質(zhì)量也發(fā)生了變化！

除了PWM調(diào)光，模擬調(diào)光，目前有些產(chǎn)商的驅(qū)動器支持數(shù)字調(diào)光。具

有數(shù)字調(diào)光技術(shù)的白光LED驅(qū)動器會有后應(yīng)的數(shù)字接口。該數(shù)字接口可

以是SMB、I2C、或者是單線式數(shù)字接口。系統(tǒng)設(shè)計者只要根據(jù)詳細的

通信協(xié)議，給驅(qū)動器一串數(shù)字信號，就可以使得白光LED的光亮發(fā)生變

化。

LED驅(qū)動設(shè)計技巧

LED串并聯(lián)驅(qū)動方式參照設(shè)計

LED因其VF值特性原因做不到相似，伴隨溫度及電流大小也有些VF值

也會發(fā)生變化：一般不適合并聯(lián)設(shè)計。不過有些狀況又不得不并聯(lián)處理

多顆LED驅(qū)動成本問題，這些設(shè)計可認為大家做些參照。

注意需要VF值分檔，同檔VF值的LED盡量使用在同一產(chǎn)品上面，產(chǎn)

品可以保證誤差電流在1mA之內(nèi)、LED相對工作恒流狀態(tài)。

下圖采用集成三極管可以保持每路LED電流一致，這些三極管在相似溫度環(huán)境

下、相似工藝條件生產(chǎn)出來的P值同樣，可以保證每路電流基本同樣。恒流部

分在規(guī)定不是很高的條件下可以這樣設(shè)計，穩(wěn)定的電壓或穩(wěn)定的PWM伏值驅(qū)

動穩(wěn)壓后的三極管偏壓，做到基本恒流。

下圖采用精度較高的IC做恒流參照源，R可以設(shè)定IC輸出電流，一經(jīng)確定R

阻值可以使用固定電阻替代。多三極管集成器件的使用可以減少IC的使用數(shù)

量，從而減低設(shè)計產(chǎn)品成本。

線性大功率LED恒流輸出可以并聯(lián)使用，在產(chǎn)品設(shè)計中我們往往找不到較大電

流的驅(qū)動IC，一般2A以上就很少見，標稱2A的IC也不一定可以極限使用。

不小于1A的IC工藝成本的原因MOS管都是外置，外置MOS管線路復(fù)雜，可

靠性減低。并聯(lián)使用是有效的設(shè)計措施。

下圖采用DD312并聯(lián)參照設(shè)計直接驅(qū)動3顆6WLED。使能PWM控制信號需

要合適的隔離，免互相干擾和驅(qū)劫能力問題。EN使能電壓要符合規(guī)格書規(guī)定，

不要電壓太高損壞EN腳。一般IC耐壓是指負載和電源，沒有注明鼓勵電壓請

不要不小于5V設(shè)計。

像這種檢測在LED的一端LED恒流驅(qū)動IC也可以并聯(lián)設(shè)計驅(qū)動，實際上IC

是單獨工作的，最終在并流一起。DC-DC方式是工作在較高的頻率上，需要注

意的是PCB布板時防止交叉設(shè)計，各自濾波、旁路電容要緊靠IC附近，負載

電流最終會和即可。

當然可以2并，也可以3并或多并聯(lián)設(shè)計，不過要提醒多試之！

LED驅(qū)動設(shè)計參照案例及選型指導(dǎo)

大功率LED溫度保護參照設(shè)計

最佳的溫度保護居里點溫度應(yīng)當是80-90C。最高環(huán)境溫度，夏天40C，在夏日光暴曬

50℃，50C為最高環(huán)境溫度，一般大功率LED結(jié)溫度在120C是可以承受的，芯片到鋁基

板的熱阻，規(guī)格書一般推薦10」5℃，那LED基板要保證在120-15=105℃。保留溫差取

50--105℃中間值77.5℃，一般電子元器件工作溫度在85℃是可靠的，77℃是符合這個原

則。

提議77℃開始啟動保護，85℃前大幅度的減低電流，9(yC徹底完畢產(chǎn)品溫度保護功能。選

者居里點在85℃左右的熱敏電阻可以設(shè)計出理想電路。

下圖用點晶企業(yè)DD311和DD312做參照設(shè)計。

手機LED應(yīng)用設(shè)計

德州儀器的TPS61150/1產(chǎn)品是一款具有雙穩(wěn)壓電流輸出的白光LED驅(qū)動器，

可以驅(qū)動翻蓋手機中用于主顯示屏與副顯示屏LCD背光照明的白光LED。同

步，該器件的雙通道輸出也可驅(qū)動顯示屏與鍵區(qū)的背光照明，其在單個較大顯

示屏上可驅(qū)動多達12個白光LED。PS61150/1無需外部有源電源組件的支持，

即可實現(xiàn)較高的效率與設(shè)計靈活性。

美信MAX1553/MAX1554高效率,升壓到40V為2到10白色LED的轉(zhuǎn)換器驅(qū)

動。應(yīng)用于小LCD屏和按鍵區(qū)域背光照明。MAX1553/MAX1554可以以恒定

電流驅(qū)動串聯(lián)的白色LED，為蜂窩電話、PDA及其他手持設(shè)備提供高效的顯示

屏背光驅(qū)動。這款升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包括一種0V、低RDSON的N溝道

MOSFET開關(guān)，可提高效率、延長電池壽命。MAX1553限流為480mA，可驅(qū)

劫2至6只白色LED；MAX1554限流為970mA，可驅(qū)動多達10只白色

LED。一種模擬/PWMDualModeTM輸入提供了兩種簡便的亮度調(diào)整方式，單

獨的使能輸入提供開/失控制。軟啟動可減少啟動過程中的浪涌電流。

MAX1553/MAX1554采用節(jié)省空間的8弓|腳TDFN3mmx3mm封裝。

美信MAX1576480mA白色LEDlx/1.5x/2x電荷泵式從背光照亮到攝影機閃光

燈應(yīng)用。

MAX1576電荷泵可以以高達480mA的總電流驅(qū)動兩組、每組四個LED。對于

閃爍狀態(tài)的LED組，容許每個LED電流到達100mA的電流。每組LED具有

獨立的電流設(shè)置、脈沖亮度調(diào)整和2線亮度控制。運用自適應(yīng)開關(guān)，在單節(jié)鋰

電池的整個放電過程中平均效率可以到達83%。

對于使用LED閃光燈的數(shù)碼攝影機，MAX1576是理想選擇。

LM27964有I2C的獨立控制的，多按鍵區(qū)域背光指示應(yīng)用IC。LM27964芯片

還內(nèi)置I!C兼容接口，采用鋰電池供電，其輸入電壓為2.7?5.5V。這三款白光發(fā)

光二極管驅(qū)動器采用雙增益構(gòu)造,可讓穩(wěn)壓器因狀況選擇合適的輸入/輸出電壓增

益，合用于移動電話、個人數(shù)字助理、便攜式電子游戲機及MP3媒體播放器。

LP3954電話LED指示包括展覽背光、RGB、按鍵區(qū)和攝影機閃光等應(yīng)用。

LP3954背光發(fā)光二極管驅(qū)動器可以控制手持式電子產(chǎn)品發(fā)出的多種不一樣的燈

光，最合用于移動電話、數(shù)碼相機、電子游戲機及MP3播放機。

LP3954的燈光管理單元采用小巧的microSMD封裝，內(nèi)含兩個背光驅(qū)動器、

一種雙組裝紅綠藍光發(fā)光二極管控制器、一種閃燈發(fā)光二極管驅(qū)動器及一種

A/D轉(zhuǎn)換器，以上電路所有集成在這顆單芯片之內(nèi)。在這些內(nèi)置的電路之中，

高度集成的磁力升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器負責驅(qū)動高電流負載，其長處是合用于電池

電壓范圍，并且效率極高。

LP3954芯片是專門管理便攜式系統(tǒng)燈光的管理單元，可以驅(qū)動兩組各自獨立控

制的白光發(fā)光二極管背光系統(tǒng)，分別為主及副顯示屏幕提供背光。部分便攜式

系統(tǒng)也許只有一個加大的顯示屏幕，在這種狀況下，各單元可以匯集一起，一

同驅(qū)劫高達6個發(fā)光二極管。此外，這兩個背光驅(qū)動器除了可以調(diào)整所有發(fā)光

二極管，以保證亮度均勻之外，還設(shè)有自動調(diào)整光暗的功能。

飛兆半導(dǎo)體FAN5611/12/13/14PDA/MP3等低端LED背光源應(yīng)用IC。FAN5613

是FAIRCHILD企業(yè)生產(chǎn)的低壓差白色LED驅(qū)動器，能并聯(lián)驅(qū)動4個白色

LED。重要特點:E差不不小于300mV；4個并聯(lián)的LED電流匹配，差值

<±3%；無需外圍元件來匹配4個LED的均流；每個LED最大電流可達

40mA；有EN端可實現(xiàn)關(guān)閉，關(guān)閉狀態(tài)時耗電vlpA；并且可輸入PWM信號實

現(xiàn)LED的亮度調(diào)整；小尺寸8管腳SC-70封裝；工作溫度-40?+85℃。飛兆半

導(dǎo)體FAN5609三態(tài)泵式背光源驅(qū)動(4x20mA)80mAPDA、DSC、MP3Players

FAN5609驅(qū)動器怎樣在LED之間提供電流匹配,而無需使用限流電阻。唯一缺

陷是每個LED都需要連接到驅(qū)動器。并非所有并聯(lián)LED驅(qū)動器都需要升壓電

路。白光LED需要的正向電壓相對較高。最新的技術(shù)趨勢是將該電壓減少-低

于3V。

LED大屏幕參照設(shè)計

LED顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：

1.1990年此前LED顯示屏的成長形成時期。首先，受LED材料器件的限制，

LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另首先，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊

控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的LED顯示屏在國外應(yīng)用較廣，

國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點

4級調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。

2.1990-1995年，這一階段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代，全

球信息產(chǎn)業(yè)高速增K，信息技術(shù)各個領(lǐng)域不停突破，LED顯示屏在LED材料

和控制技術(shù)方面也不停出現(xiàn)新的成果。藍色LED晶片研制成功，全彩色LED

顯示屏進入市場；電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)

域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級實現(xiàn)16級灰度和64級灰度調(diào)灰，顯

示屏的動態(tài)顯示效果大大提高。這一階段，LED顯示屏在我國發(fā)展速非常迅

速，從初期的幾空企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元，

產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域波及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣

告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，尤其是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引起了LED顯

示屏市場的大幅增長。LED顯示屏平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，

LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。

3.1995年以來，LED同示屏的發(fā)展進入一種總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的

時期。1995年以來，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)

品價格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、原則化等方面出現(xiàn)了一系

列新的問題，有關(guān)部門對LED顯示屏的發(fā)展予以重視并進行了合適的規(guī)范和引

導(dǎo)，目前這方面的工作正在逐漸深化。

LED屏幕現(xiàn)實狀況

年度銷售億元以上企業(yè)

?上海三思科技發(fā)展有限企業(yè)

?南京洛普股份有限企業(yè)

?南京漢德森電子有限企業(yè)

?北京利亞得電子科技有限企業(yè)

?北京世紀澄通電子有限企業(yè)

?惠州德賽光電科技有限企業(yè)

?京東方智能顯示技術(shù)有限企業(yè)

?深圳市銳拓顯示技術(shù)有限企業(yè)

?深圳市藍普科技有限企業(yè)

?深圳市普耐光電科技有限企業(yè)

?深圳聯(lián)創(chuàng)健和光電有限企業(yè)

年，行業(yè)內(nèi)的骨干企業(yè)在不停發(fā)展和提高?；葜莸沦悾寒a(chǎn)能提高，成為國

LED顯示屏產(chǎn)品出口的重要加工基地；北京世紀澄通:基礎(chǔ)建設(shè)，形成LED

顯示屏專業(yè)加工生產(chǎn)能力，躍升行業(yè)前列；深圳銳拓、深圳藍普、深圳鈞

多利集團等企業(yè):在LED器件、顯示產(chǎn)品等方面綜合發(fā)展，成為了業(yè)內(nèi)頗具

規(guī)模的LED顯示應(yīng)用產(chǎn)品供應(yīng)商；上海信茂完畢了轉(zhuǎn)制和構(gòu)造調(diào)整，為未

來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；西安青松、南京洛普、同州電子、南京漢德森等企業(yè)：

在LED

顯示屏業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，拓展其他顯示產(chǎn)品或系統(tǒng)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，形成了持續(xù)

發(fā)展的基礎(chǔ)。

16位恒流IC的由來：雙色屏重要是以顯示文字為主，單片機掃描比較以便，由于LED數(shù)

量的增長，為了節(jié)省資源，引用74HC595移位掃描。為了更適合LED的應(yīng)用在此基礎(chǔ)上

整合了恒流電流設(shè)定功能，更符合需求及成本需要又封裝出16位器件，被目前全彩屏

廣泛采用。

目前全球有80%的LED大屏幕生產(chǎn)在中國大陸，LED大屏幕驅(qū)動主流IC重要有聚積、點

晶、東芝、TI等。此外尚有些廠家的IC和用74HC595生產(chǎn)的LED屏幕企業(yè)，這部分恒流

IC每年在大陸的銷售額大概在3億多元。

根據(jù)IC數(shù)量結(jié)合不一樣的掃描方式，大概計算出LED這部分大屏幕產(chǎn)值在150億元左

右。重要的代表IC有如下幾款：

聚積MBI5026、點晶DM13C、東芝TB62726、德州儀器TLC5921。

LED的控制系統(tǒng)一般由主控箱、掃描板和顯控裝置三大部分構(gòu)成。主控箱從計算機的顯示

卡中獲取一屏象素的各色亮度數(shù)據(jù)，然后重新分派給若干塊掃描板，每塊掃描板負責控制

LED屏上的若干行（列），而每一行（列）上LED的顯控信號則用串行的方式傳送。目前有兩

種串行傳送顯示控制信號的方式：一種是掃描板上集中控制各象素點灰度，掃描板未來自

控制箱的各行象素的亮度值進行分解（即脈寬調(diào)制），然后將各行LED的開通信號以脈沖形

式（點亮為1，不亮為0）按行用串行方式傳播到對應(yīng)的LED上，控制其與否點亮。這種方

式使用器件較少，但串行傳播的數(shù)據(jù)量較大，由于在一種反復(fù)點亮的周期內(nèi)，每個象素在

16級灰度下需要16個脈沖，在256級灰度下需要256個脈沖，由于器件工作頻率限制，

一般只能使LED屏做到16級灰度。

另一種措施是掃描板串行傳播的內(nèi)容不是每個LED的開關(guān)信號而是一種8位二進制的亮度

值。每個LED均有一種自己的脈寬調(diào)制器來控制點亮時間。這樣，在一種反復(fù)點亮的周期

內(nèi)，每個象素點在16級灰度下只需要4個脈沖，256級灰度下只需8個脈沖，大大減少了

串行傳播頻率。用故種分散控制LED灰度的措施可以很以便地實現(xiàn)256級灰度控制。

一般LED大屏幕低頻怎么會閃爍，是由于，LED自身不具有余輝效應(yīng)的特

性，因此采用老式的恒流源脈沖調(diào)寬控制灰度的LED屏的刷新率必須不小于

120Hz才能實現(xiàn)無閃爍的圖像顯示。這樣就需要對灰度數(shù)據(jù)較低的輸八幀頻的

圖像信號進行增頻刷新，其成果導(dǎo)致刷新數(shù)據(jù)出現(xiàn)了極大冗余度，井增長了

LED驅(qū)動板的硬件開銷。

目前市場上多采用南京德普達科技實業(yè)有限企業(yè)和深圳靈星雨科技發(fā)展有限企業(yè)控制系統(tǒng)

較多。詳細資料可以到上述企業(yè)網(wǎng)站查看或征詢。

異形屏幕和級聯(lián)式燈飾控制設(shè)計方式

異形屏幕靈活的點間距和靈活的設(shè)計越來越多的受到廣泛的采用，能把它制作成我們心目

中任意想像的形狀，大可以裝飾幾十層樓整棟大廈，小的可以顯示金字招牌?？梢员茏尨皯?、

樓臺等不需要裝飾的任何地方；遠距離觀看，例如海岸、江河對岸觀看；大型燈飾廣場裝

飾等。較成熟的控制方式目前有北京中慶微電子企業(yè)和常州銀港數(shù)據(jù)系統(tǒng)企業(yè)等控制方式

產(chǎn)品。

目前可以支持這種設(shè)計的IC有如下幾款：

北京中慶微電子企業(yè)ZQL9712

該芯片是專門為LED驅(qū)動應(yīng)用設(shè)計的芯片。采用了先進的CMOS工藝，具有低功耗的

長處。ZQL9712芯產(chǎn)可以應(yīng)用于LED顯示系統(tǒng)，特比適合多離散點的級連應(yīng)用。

ZQL9712提供了3個大電流驅(qū)動輸出，驅(qū)動電流最大為30mA。

ZQL9712芯片包括串行移位寄存器和輸出寄存器。經(jīng)串行移位寄存器，串移輸入轉(zhuǎn)為

3bii并

行輸出，并把該輸出作為輸出寄存器的輸入。串移寄存器和輸出寄存器由不一樣的時鐘信

號控制，并且都是在時鐘信號的上升沿有效。ZQL9712將控制信號驅(qū)動后輸出，該輸

出可作為后級電路的輸入信號。

杭州士蘭微電子企業(yè)SC16722

SC16722是專門為LED驅(qū)動設(shè)計的芯片，采用先進的CMOS工藝，具有低功耗的長

姒。電路所有的輸入和輸出均有內(nèi)部線路保護功能，以減少由干靜電感應(yīng)應(yīng)而損壞器牛的

也許性，具有高抗噪音和驅(qū)動負載的能力。

常州銀港數(shù)據(jù)系統(tǒng)企業(yè)SD600

SD600是一款先進的單芯片LED調(diào)光控制芯片，使用兩根線實現(xiàn)控制電路的同

步通信，使芯片的級聯(lián)愈加以便與靈活。SD600支持3路PWM調(diào)光，灰度等

級為256，采用高速同步通信接口，數(shù)據(jù)速率高達10Mbps，SOP10封裝，最多

能控制2048個像素。

深圳彩拓科技有限企業(yè)LPD6803

LPD680是專門為LED燈光系統(tǒng)設(shè)計的驅(qū)動芯片，CMOS工藝，提供三路恒流

和灰度輸出，尤其適合離散的多灰階全彩燈光系統(tǒng)。

臺灣點晶科技股份有限企業(yè)DM4I2

DM412是一顆具脈波寬度調(diào)制（PWM）輸出及使能控制的LED驅(qū)動芯片，專為

LED照明，裝飾，大屏顯示等應(yīng)用而設(shè)計。每一輸出通道皆可輸出高達16比特

（65,536級）灰階的可調(diào)線性電流。芯片內(nèi)含移位緩存器,數(shù)據(jù)鎖存,三通道恒流

驅(qū)動器（電流值可由相對應(yīng)的二個外掛

電阻調(diào)控）,以及做PWM功能之用的內(nèi)建震蕩器。數(shù)據(jù)，時鐘，與鎖存訊號輸出端

均內(nèi)建緩

沖，支持長串接應(yīng)用。內(nèi)建LED開路偵測功能可協(xié)助使用者找出LED開路的

詳細位置，無

需加上任何外圍組件。獨特的「輸出端極性反轉(zhuǎn)功能」使DM412亦能用做

「PWM訊號產(chǎn)生

器」，可與大功率LED驅(qū)動器（DD311/2/3）搭配，以實現(xiàn)大功率LED之65.536

級灰階的顏

色變化。

芯片特色

最大直流輸出：200mA（由三個外掛電阻分別控制）

最大輸出承受電壓：17V

最大串行輸入時鐘頻率：20MHz

淺性可調(diào)電流輸出：65,536級PWM灰階

數(shù)據(jù)/時鐘/鎖存訊號輸出端均內(nèi)建緩沖，支持長串接應(yīng)用

具PWM自由運行能力（內(nèi)置振蕩器可達17.5MHz，產(chǎn)生畫面刷新率達267Hz）

鎖存信號輸入方式可設(shè)定為自動/手動鎖存

LED開路偵測功能

輸出端極性反轉(zhuǎn)功能

芯片工作電壓：3.3V-5.5V

應(yīng)用

LED裝飾與照明、戶內(nèi)/夕卜LED視頻/訊息顯示屏、PWM信號產(chǎn)生器

封裝

SOP16,SSOP16,TSSOP16（帶散熱片）

高壓驅(qū)動部分選型

Supertex是LED高壓恒流驅(qū)動的領(lǐng)導(dǎo)者，是目前推出最多的高壓LED恒流直驅(qū)

IC企業(yè)之一，

有不停推出新品及改善版本出現(xiàn)，滿足市場不停增長的需求。HV9910是目前

市場上高壓部

分使用最多的IC之一。

這款靈活簡樸的LED驅(qū)動器IC效率超過93%，可減少有關(guān)元件的數(shù)量，從而

減少了系統(tǒng)成

本。HV9910可將調(diào)整過的85V至265Vac或8V至450Vdc電壓源轉(zhuǎn)換為一種

恒流源，從而為

串連或并聯(lián)的高亮LED提供電源。

HV9910應(yīng)用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調(diào)制（PWM）措施，采用了一種小電

感和一種外部開

關(guān)來最小化LED驅(qū)動器的損耗。不一樣于老式的PWM控制措施，該驅(qū)動器使

用了一種簡樸的開

/關(guān)控制來調(diào)整LED的電流，因而簡化了控制電路的設(shè)計。

該驅(qū)動器具有內(nèi)置的減少亮度控制，能協(xié)同外部衰減范圍在。至100%的PWM

信號工作，也

可以運用其衰減引腳二外接的任意可在0至最大值之間調(diào)整的線性控制電壓來

實現(xiàn)亮度控

制。HV9910合用于LED常規(guī)或裝飾燈、替代總燈的LED以及其他高壓交/直

流輸入的應(yīng)用。

如下是目前Supertex企業(yè)產(chǎn)品線：

Supertex企業(yè)以設(shè)計高壓IC為主，缺陷是有些IC設(shè)計的保護功能不完善；灰

度體現(xiàn)欠佳；

串連LED個數(shù)有限；線路設(shè)計布線相對復(fù)雜，走線規(guī)定嚴格；一般應(yīng)用于射

燈、MR16高壓

燈杯、洗墻燈等灰度體現(xiàn)不是很高的場所。

在老式的措施中，針對每一LED均配置了專用的脈寬調(diào)制(PWM)控制器以控制

至多種LED的輸

出，并通過控制器將輸出電壓轉(zhuǎn)換為供應(yīng)LED的電流。電壓控制脈寬調(diào)制控制

器常用于此用

途。電流感應(yīng)電阻與LED串聯(lián)配置，將電壓值反饋給控制器。因此，控制器實

際上是工作于

電壓模式，并保持恒定的取樣電壓值，從而保持恒定的電流。該經(jīng)典電路配置

如圖所示。

深圳泉芯科技與上海華潤矽威科有生產(chǎn)間接替代產(chǎn)品，因其國內(nèi)目前沒有600V

高壓CMSIC

生產(chǎn)制程，巧妙的低壓CMOS工藝設(shè)計，工藝簡樸性能價格比高。IC供電采用

電阻降壓獲得，

效率會低些，外置高壓MOS管，會有同樣的效果。

QX9910可以間接取代HV9910

改善后的QX9920封裝更小，性能、成本也有所改善，可以直接做到MR16燈

杯里面。

上海華潤矽威科PT4107也是一款類似的IC，穩(wěn)壓二極管也做在IC里面并增長

些功能性能價格比高。

PT4107就是一款針對這一市場趨勢開發(fā)，針對高功率LED照明，輸入電壓既

可為老式的110V/220V交流電壓又可為18V以上到數(shù)百伏直流電壓的PWM恒

流控制器。它以獨特的電路構(gòu)造，采用峰值電流檢測為大功率LED提供恒定的

供電電流。此