驅動電路是LED(發(fā)光二極管)產品的重要組成部分，其技術成熟度正隨著LED市場的擴張而逐步增強。無論在照明、背光源還是顯示板領域，驅動電路技術架構的選擇都應與具體的應用相匹配。
作為LCD(液晶顯示器)的背光源，LED在便攜產品中的地位不可動搖，即便是在大尺寸LCD的背光源當中，LED也開始挑戰(zhàn)CCFL(冷陰極熒光燈)的主流地位；而在照明領域，LED作為半導體照明最關鍵的部件，更是因為頂著節(jié)能、環(huán)保、長壽命、免維護等諸多光環(huán)而受到市場的追捧。然而人們可曾關注，在光彩奪目的“明星”身后，有多少“配角”在默默奉獻？LED驅動電路就是這樣一位“幕后英雄”。
驅動技術逐步升級
LED的發(fā)光機理是在它兩端加上正向電壓，使半導體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復合，放出過剩能量，從而引起光子的發(fā)射。LED驅動電路的主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源，同時按照LED器件的要求完成與LED的電壓和電流的匹配。以白光LED為例，白光LED需要大約3.6伏的供電電壓才能實現(xiàn)合適的亮度控制。然而，大多數(shù)便攜式電子產品都采用鋰離子電池作電源，它們在充滿電之后約為4.2伏，安全放完電后約為2.8伏，顯然白光LED不能由電池直接驅動，因而需要使用升壓電路在整個電池使用周期內不間斷地為LED穩(wěn)定供電。
此外，許多產品設計者希望LED的亮度在不同的應用場合能夠作相應的變化，這個任務也將交給驅動電路去完成。PWM(脈寬調制)技術是一種傳統(tǒng)的調光方式，它利用簡單的數(shù)字脈沖，反復開關LED驅動器，系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流，從而調節(jié)LED的亮度。該技術的優(yōu)點在于能夠提供高質量的白光，以及應用簡單，效率高，但一個致命的缺點是容易產生電磁干擾，有時甚至會產生人耳能聽見的噪聲。北京思旺電子技術有限公司首席執(zhí)行官裴石燕介紹了數(shù)字調光技術，利用該技術可以實時地控制LED亮度，并且避免了電磁干擾。
在完成“本職工作”的同時，某些廠商的LED驅動電路中還被集成了一些附加功能，比如音頻功放。華潤矽威科技(上海)有限公司總經理凌輝表示，目前已經有很多企業(yè)在從事PMU(電源管理單元)的設計，即盡可能多地把一些模擬功能集成在單芯片里，這樣的設計可以在節(jié)省PCB(印制電路板)空間、提高可靠性、降低成本等方面作出一些貢獻，但是否需要采取這種方式，最終還是取決于產品應用的需求。
系統(tǒng)需求決定設計方案
如前所述，升壓是LED驅動電路的重要任務，而電感升壓和電荷泵升壓是兩種不同的拓撲模式。“由于LED是由電流驅動的，而電感在進行電流轉換時效率最高，因此電感升壓方式最大的優(yōu)點就是效率高，如果設計得當可以超過90%；不過它的缺點也同樣明顯，就是電磁干擾很強，對手機等通信產品的系統(tǒng)要求就非常高。隨著電荷泵的出現(xiàn)，目前大多數(shù)手機都不再采用電感升壓方式。當然，采用電荷泵的升壓方式其效率將低于電感升壓。”凌輝簡要地列舉了兩種升壓方式的優(yōu)劣。
電荷泵和基于電感的轉換器工作在開關模式，會在輸入、輸出端產生電壓、電流紋波。
“有時，紋波和噪聲會耦合到其他敏感電路(如手機的射頻收發(fā)器)，影響產品性能。輸入紋波的影響相對而言更顯著，因為電池電源線在系統(tǒng)中是公用的，當開關頻率相同、驅動同樣的輸出負載、使用相同的輸入電容時，電荷泵架構和電感電路的輸入紋波在同一量級，增大輸入電容有助于降低輸入紋波。”Maxim公司便攜式通信設備電源產品線總監(jiān)TonyLai解釋，“輸出紋波也是一個考慮因素，特別是當引線較長時。長引線如同一個天線，能夠向電路引入更多的耦合噪聲，由于電感升壓電路只需要兩條引線，可能更適合這一應用。當驅動電路與LED的放置位置非常接近時，則推薦使用電荷泵。另外，電感升壓電路在電感與肖特基二極管的連接處有較高幅度的開關波形，如果在開關節(jié)點加一個小電容，減緩開關信號的上升/下降沿，將有助于降低電磁干擾，但同時會影響效率。”可見，最終的升壓方式和設計方案的選擇往往是根據(jù)系統(tǒng)的需求，在綜合考量各種技術指標之后達成的妥協(xié)。
提高效率是永恒主題
無論在照明應用還是背光應用領域，提高驅動電路的轉換效率都是產品設計者必須面對的問題。提高轉換效率，不僅有利于便攜式產品延長待機時間，同時也是解決LED散熱問題的重要手段。在照明領域，由于使用大功率LED，因此提高轉換效率就顯得尤為重要。
談到在提高效率方面的成果，裴石燕說：“思旺電子的電荷泵升壓模式可選擇兩種倍增因子：1倍和1.5倍。當電壓在3.8V和4.2V之間時，芯片自動選擇1倍模式，因為此電壓已足以驅動白光LED；而當電壓低于1.5V時，芯片將自動改用1.5倍模式，在這種模式下，即便電壓降至2.8V，LED仍舊能正常工作。這樣的混合模式在提高轉換效率的同時，也盡可能地延長了電池的使用壽命。”
杭州士蘭微電子股份有限公司研究所副所長吳建興表示，僅從技術角度而言，提高轉換效率并不復雜，但是器件本身要受外界條件約束，比如體積的限制，也就是說要在有限的空間內盡可能地提高效率，這是設計人員所面臨的挑戰(zhàn)。“就照明應用而言，提高LED器件本身的光電轉換效率會更有意義。”