1996年日亞化學(xué)的中村氏發(fā)表藍(lán)光LED之后，白光LED就被視為次世代照明光源最具發(fā)展?jié)摿Φ慕M件，因此有關(guān)白光LED的性能改善與商品化應(yīng)用，立即成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。目前白光LED已經(jīng)分別應(yīng)用在公共場(chǎng)所步道燈、汽車照明、交通號(hào)志、可攜式電子產(chǎn)品、液晶顯示器等領(lǐng)域。由于白光LED還具備豐富的三原色色溫與高發(fā)光效率，一般認(rèn)為非常適用于液晶顯示器的背光照明光源，因此各廠商陸續(xù)推出白光LED專用驅(qū)動(dòng)電路與相關(guān)組件，有鑒于此本文接著要探討各種白光LED專用驅(qū)動(dòng)電路的特性，與今后的發(fā)展動(dòng)向。

    定電流驅(qū)動(dòng)的理由 

    白光LED使用電流驅(qū)動(dòng)的理由主要兩項(xiàng)，分別是:

    1.白光LED的光度是以順向電流規(guī)范

    白光LED的順向電壓通常被規(guī)范成「20mA時(shí)，最小為3.0V，最大為4.0V」，換言之若單純施加一定的順向電壓時(shí)，順向電流會(huì)作大范圍的變化。

    圖1是從A、B兩家LED廠商的產(chǎn)品中隨機(jī)取樣三種白光LED，進(jìn)行順向電壓與順向電流特性檢測(cè)的結(jié)果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示若利用3.4V順向電壓驅(qū)動(dòng)上述六種白光LED時(shí)，順向電壓會(huì)在10mA～44mA范圍內(nèi)大幅變動(dòng)。

    由于白光LED的光度與色度是以定電流方式量測(cè)，為獲得預(yù)期的亮度與色度，所以通常是用定電流驅(qū)動(dòng)。
　
　　2.日亞NSCW455白光LED的電氣特性是以Iv=20mA 條件測(cè)試時(shí)可以預(yù)估光度與色度，因此建議以定電流方式驅(qū)動(dòng)。

    (a)白光LED的電氣與光學(xué)特性(Ta=250C ) 　
 
　　(b) 光度坐標(biāo)的等級(jí)(rank)(IF=20mA，Ta=250C)

    表1 實(shí)際白光LED的規(guī)格

    2.避免順向電流超越容許電流值

    有關(guān)白光LED的可靠性，基本上就是需設(shè)法避免順向電流超過(guò)白光LED的絕對(duì)最大設(shè)計(jì)值(定格值)。如圖2所示白光LED的定格最大順向電流為30mA，隨著周圍溫度的上升，容許順向電流則持續(xù)衰減，如果周圍溫度為500C的話，通常順向電流就不能超過(guò)20mA。此外利用定電壓的驅(qū)動(dòng)方式不易控制流入LED的電流值，因此無(wú)法維持LED的可靠性?！?

    白光LED的驅(qū)動(dòng)方法

    圖3是驅(qū)動(dòng)白光LED常用的四種電源電路；圖4是上述六種隨機(jī)(random)取樣白光LED，穩(wěn)定化后的Regulation精度特性。根據(jù)圖4的測(cè)試結(jié)果顯示，Regulator的負(fù)載特性出現(xiàn)在白光LED的VF角落(curve)上，也就是說(shuō)圖中的交叉點(diǎn)就是各白光LED的穩(wěn)定動(dòng)作點(diǎn)。

    a.使用電壓Regulator的驅(qū)動(dòng)方式

    圖3(a)的電路分別使用可以控制LED電流的電壓Regulator與Ballast電阻，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是電壓Regulator種類非常豐富，設(shè)計(jì)者可以選擇的自由度較多，而且與電壓Regulator、LED的接點(diǎn)只有一點(diǎn)；反面缺點(diǎn)是Ballast造成的電力損失會(huì)導(dǎo)致效率惡化，此外LED的順向電流也無(wú)法獲得精密控制。

    如圖4(a)所示隨機(jī)取樣六個(gè)白光LED的順向電流，從14.2mA到18.4mA分布范圍非常寬廣，因此A廠商的LED的(平均值)順向電流高達(dá)2.0mA比廠商A更高，藉此方式試圖使LED作高亮度發(fā)光；相較之下圖4(b)電路使用的Regulator，雖然具有小型、低成本等優(yōu)點(diǎn)，反面缺點(diǎn)是可能會(huì)有無(wú)法滿足性能與可靠性之虞，也就是說(shuō)本電路的實(shí)用性相對(duì)的比較容易遭受質(zhì)疑。

    b.使用定電流輸出的電壓Regulator驅(qū)動(dòng)方式

    圖3(b)的電路雖然可以使流入LED的所有電流穩(wěn)定化，不過(guò)為了匹配(matching)各LED的電氣特性，因此電路中特別設(shè)置一組Ballast電阻。

    圖中的MAX1910屬于定電流輸出型的電壓Regulator，雖然本電路使用同廠商、同批號(hào)(lot)的白光LED，獲得極佳的匹配性，不過(guò)若使用不同廠商與批號(hào)的LED時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)很大的特性差異分布。本電流Regulator使用類似圖3(a)的方式控制驅(qū)動(dòng)電流，不過(guò)它卻可以使Ballast電阻的消費(fèi)電力降低一半左右。

    根據(jù)圖4(b)的測(cè)試結(jié)果顯示，流入六個(gè)隨機(jī)取樣白光LED的電流，從15.4mA到19.6mA變化范圍非常大，因此A廠商與B廠商兩者的LED是以平均17.5mA的電流驅(qū)動(dòng)。本電路的缺點(diǎn)是Ballast電阻造成的電力損失有殘留之虞，而且又無(wú)法獲得LED電流的匹配性；不過(guò)整體而言本電路兼具動(dòng)作特性與簡(jiǎn)潔性，所以具有相當(dāng)程度的實(shí)用價(jià)值?！?nbsp;

    c.使用輸出型的Multi Pull電流Regulator驅(qū)動(dòng)方式

    圖3(c)的電路可以使流入LED的電流各自穩(wěn)定化，因此不需要使用Ballast電阻，電流的精度與匹配性Regulator，則由各自的電流Regulator支配。

    圖中的MAX1570 IC可以使上述電流regulation達(dá)成2%標(biāo)準(zhǔn)的電流精度，與0.3%標(biāo)準(zhǔn)的電流匹配性等目標(biāo)。

    由MAX1570 IC構(gòu)成的電流Regulator為低drop out type，因此它的動(dòng)作效率非常高。根據(jù)圖4(c)的測(cè)試結(jié)果顯示，使用圖3(c)的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，流入六個(gè)隨機(jī)取樣白光LED穩(wěn)定化的電流為17.5mA。

    雖然Regulator與LED之間需要四個(gè)連接端子，不過(guò)本電路不需要Ballast電阻，所以可以有效抑制封裝面積，因此非常適合應(yīng)用在封裝空間極為狹窄的小型液晶面板等領(lǐng)域，此外它的電路特性可以媲美接著要介紹的電路。

    d.使用升壓型電流Regulator驅(qū)動(dòng)方式

    圖3(d)的電路是利用可以使電流穩(wěn)定化的電感(inductor)，構(gòu)成所謂的高效率step up converter。本電路的最大特色是低feed back threshold電壓，可以降低電流檢測(cè)用電阻的電力損失，此外LED采用串聯(lián)方式連接，所以流入白光LED的電流即使是在各種要求下，都能夠與LED完全取得匹配。

    有關(guān)電流的精度，基本上取決于Regulator的feed back threshold精度，因此不會(huì)受到LED順向電壓的影響。

    由MAX1848與MAX1561 IC構(gòu)成的電流Regulator，它的效率(PLED/PIN)分別是:

    三個(gè)LED+MAX1848----------87%
    
    六個(gè)LED+MAX1561----------84%

    step up converter的另一優(yōu)點(diǎn)是Regulator與LED之間需要二個(gè)連接端子，而且LED的使用數(shù)量不會(huì)受到step up converter種類的影響，這意味著設(shè)計(jì)者擁有更大的選擇空間，因此step up converter廣泛應(yīng)用在各種尺寸液晶面板；電感外形高度、組件成本偏高，以及EMI輻射干擾則是電路的反面缺點(diǎn)。

    結(jié)語(yǔ)

    以上介紹白光LED常用的驅(qū)動(dòng)電路，并透過(guò)實(shí)驗(yàn)方式深入探討各電路實(shí)際動(dòng)作時(shí)的優(yōu)特性。由于LED的結(jié)構(gòu)限制，因此會(huì)有波長(zhǎng)與驅(qū)動(dòng)電流精度不易控制等困擾，隨著白光LED背光模塊應(yīng)用的需求不斷增加，如何改善上述波長(zhǎng)與電流精度問(wèn)題，同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電路的制作成本，成為相關(guān)業(yè)者必需克服的課題。