LED驅(qū)動(dòng)器IC的需求顯著增長(zhǎng)，成為眾多最終應(yīng)用必不可少的器件

背景

去年對(duì)于 LED 的應(yīng)用相當(dāng)關(guān)鍵。目前，LED 已經(jīng)成為很多模擬 IC 廠商的主流業(yè)務(wù)之一。在過去的12個(gè)月，LED 本身達(dá)到了幾項(xiàng)重要指標(biāo)，從而使 LED驅(qū)動(dòng)器 IC 的需求顯著增長(zhǎng)，成為眾多最終應(yīng)用必不可少的器件。

通過觀察促使 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 需求從早期增長(zhǎng)階段逐步上升并進(jìn)入加速增長(zhǎng)階段的幾個(gè)推動(dòng)因素，我們可以毫無疑問地?cái)喽?LED 將很快成為主流光源。其中背后的四大市場(chǎng)推動(dòng)力為汽車照明系統(tǒng)、增長(zhǎng)的 LED 光輸出能力、LED 一直具有的性價(jià)比，以及 LED 作為白熾燈替代品的潛在用途。

奧迪 (Audi) 是首家在其車輛中使用 LED 前燈的汽車制造商。其總成包括兩個(gè)由兩個(gè) LED 陣列組成并起主要作用的近光前燈，而每個(gè)陣列上各有4 個(gè)有源元件。前燈透鏡后有另外 3 個(gè) LED 陣列，每個(gè)上面各有兩個(gè) LED 芯片，它們的工作是控制明/暗邊界和前燈照射范圍。對(duì)于遠(yuǎn)光前燈，有 4 個(gè) LED 陣列靠近近光燈陣列?？偝上戮壐浇幸慌庞?24 個(gè) LED 組成的日間行駛燈。1A 電流條件下，每個(gè) LED 陣列光通量可達(dá) 600 流明。該總成曾首次作為2008 款R8 豪華型跑車的可選功能提供。而大眾 (VW)、雷克薩斯 (Lexus) 和凱迪拉克 (Cadillac) 等其它汽車制造商也很快在當(dāng)年車款中使用各自的 LED 前燈。

大功率、高亮度 LED 光輸出在實(shí)驗(yàn)室中已突破100 流明/W，一些制造商甚至宣稱其峰值輸出可達(dá)120 流明/W。這表明 LED 在節(jié)能方面已超過 80 流明/W 的 CCFL?？梢赃M(jìn)一步預(yù)計(jì)，到 2012 年，LED的輸出將有望達(dá)到 150 流明/W。與此同時(shí)，當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)“綠色”節(jié)能產(chǎn)品十分關(guān)注，LED 照明系統(tǒng)因不含任何有害物質(zhì)而備受青睞，因?yàn)?CCFL 燈管內(nèi)含有毒的汞蒸汽。

這一點(diǎn)對(duì)美國(guó)而言非常重要，因?yàn)楦鶕?jù)美國(guó)能源部 (DOE) 的報(bào)告，美國(guó)全年發(fā)電量的 22% 被用于照明。廣泛采用 LED 照明替代方法可使用電量減半，從而顯著減少溫室氣體排放。為進(jìn)一步說明，讓我們來看一下美國(guó)每年約4萬億kw的總用電量 (來源：World Book of Facts)。如表 1 所示，化石燃料顯然是最大的發(fā)電來源。

化石燃料的消耗直接影響溫室氣體總量，因此我們對(duì)化石燃料的需求越少，全球溫室效應(yīng)造成的影響就越小。無論是媒、天然氣還是石油，其影響都是一樣。按照這個(gè)觀點(diǎn)，到 2027 年，LED 照明可每年減少相當(dāng)于 5 億桶石油的能源消耗，并減少二氧化碳的排放。

LED 光源的成本正逐年迅速下降。Polybrite (一家整合 LED 技術(shù)的照明產(chǎn)品領(lǐng)先廠商) 聲稱，僅在過去一年，一個(gè)白光二極管的價(jià)格就從超過 7美元下降至 1.50美元左右。其中一些白光二極管用了 LED燈泡，并大大增加降低了成本。Polybrite 進(jìn)一步預(yù)測(cè)，LED 燈泡價(jià)格將在 2009 年降低到消費(fèi)者能接受的水平，從而取代白熾燈泡。

表1：美國(guó)的各種發(fā)電來源

另外，Cree (北美一家生產(chǎn)用于各種中至大功率LED 芯片的廠商) 聲稱已設(shè)計(jì)出一種發(fā)光芯片，可使LED 燈泡發(fā)出相當(dāng)于美國(guó)家庭常用的 75 W 白熾燈泡的亮度。

綠色 LED 照明解決方案很明顯，任何與節(jié)能或能量收集相關(guān)的產(chǎn)品都具有市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力，免受目前市場(chǎng)環(huán)境的影響。LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 將促進(jìn)新一代低功耗照明廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療儀器、筆記本電腦和辦公照明等領(lǐng)域。凌力爾特公司具有可滿足 LED 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)需求的豐富產(chǎn)品，在這一領(lǐng)域的最新創(chuàng)新產(chǎn)品包括LT3595(A)、LT3513 和LT3755。

LT3595(A) LED 驅(qū)動(dòng)器 IC是一款降壓模式 LED驅(qū)動(dòng)器，有 16 個(gè)單獨(dú)的通道，每個(gè)可以從高達(dá) 45V的輸入驅(qū)動(dòng)一串由多達(dá) 10 個(gè) 50mA 的 LED 組成的LED 串。每個(gè)通道都可用來驅(qū)動(dòng)由 10 個(gè) LED 組成的 LED 組，以提供局部調(diào)光。這樣，每個(gè) LT3595A都可以驅(qū)動(dòng)多達(dá) 160 個(gè) 50mA 的白光 LED。一個(gè)46 英寸的 LCD TV 需要約 10 個(gè) LT3595A (每個(gè)HDTV)。其 16 個(gè)通道中的每一個(gè)都可以獨(dú)立控制，并具有單獨(dú)的PWM輸入，這具有高達(dá)5000:1 的 PWM 調(diào)光比。

每個(gè)通道僅需要一個(gè)纖巧的片狀電感器和一個(gè)甚至更加纖巧的陶瓷輸出電容器。唯一所需的其他組件是單個(gè)輸入電容器和電流設(shè)置電阻，如圖 1 所示。所有16個(gè)通道的箝位二極管、電源開關(guān)和具補(bǔ)償功能的控制邏輯電路均被壓縮在LT3595 相對(duì)較小的56引腳、5mm x 9mm QFN封裝之中。大多數(shù)電池供電型便攜式產(chǎn)品都有一個(gè)或多個(gè)屏幕，為用戶顯示圖形信息。然而，TFT-LCD 面板 (甚至是 OLED 面板) 的供電系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)者的特別注意。為了給 TFT-LCD 面板正確供電， DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須能夠按照正確的上電和斷電順序，提供 3個(gè)獨(dú)立輸出電壓：AVDD、VON 和VOFF。凌力爾特公司充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并為此特別開發(fā)出專用的單片DC/DC 轉(zhuǎn)換器。最新發(fā)布的 LT3513 轉(zhuǎn)換器具有 5個(gè)獨(dú)立控制的穩(wěn)壓器，可滿足 TFT-LCD 面板內(nèi)所有必要的電壓軌。

LT3513 的降壓型穩(wěn)壓器能為邏輯電壓軌提供高達(dá) 1.2A 的連續(xù)輸出電流。通過 LDO 控制器和外部 NPN MOSFET 可產(chǎn)生較低電壓的二次邏輯電源。一個(gè)大功率升壓型轉(zhuǎn)換器 (ISW = 1.5A)、一個(gè)低功耗升壓型轉(zhuǎn)換器 (ISW = 250mA) 和一個(gè)負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器 (ISW = 250mA) 可提供 LED 面板通常所需的 3 個(gè)獨(dú)立輸出電壓：AVDD、VON 和VOFF。一個(gè)集成的高端PNP提供VON信號(hào)的延遲接通，同時(shí)，如果4個(gè)輸出的任何一個(gè)比它們的編程輸出電壓低10% 以上，PanelProtect 電路就禁止VON，從而保護(hù)TFT-LCD 顯示屏。其它特點(diǎn)包括集成肖特基二極管、用于AVDD的PGOOD引腳和用于降壓型穩(wěn)壓器的電感器電流檢測(cè)。

LT3755/-1 是一款 60V 高壓側(cè)電流檢測(cè)DC/DC 控制器，適用于驅(qū)動(dòng)從4.5V～40V輸入電壓范圍的大電流LED。L T 3 7 5 6/- 1采用相同設(shè)計(jì)，但 輸 出 電 壓 可 達(dá)100V，輸入電壓從6V～ 100V。兩個(gè) “-1” 型號(hào)的器件都具有外部同步能力，而標(biāo)準(zhǔn)單元用 Open LED 狀態(tài)指示器替代了引腳的功能。這兩款產(chǎn)品廣泛適用于汽車、工業(yè)和建筑照明等應(yīng)用。

LT3756/-1解決方案更適用于 48V 電壓軌等要求輸入電壓高于 40V 的應(yīng)用。這兩個(gè)器件采用外部 N溝道 MOSFET，可以用標(biāo)稱 12V 輸入驅(qū)動(dòng)多達(dá) 14 個(gè)1A 的白光 LED，從而提供超過 50W 的功率。這些器件集成了高壓側(cè)電流檢測(cè)，能夠用于升壓、降壓、降壓-升壓或 SEPIC 和反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。LT3755/-1和 LT3756/-1可在升壓模式下實(shí)現(xiàn)高于 94% 的效率，無需任何外部散熱器。頻率調(diào)節(jié)引腳允許用戶在 100kHz～1MHz 范圍內(nèi)對(duì)頻率編程，從而優(yōu)化了效率，同時(shí)最大限度地減小外部元件的尺寸并降低成本。LT3755/-1和 LT3756/-1 采用 3mm x 3mmQFN 封裝或耐熱增強(qiáng)型 MSOP-16E 封裝，可組成非常緊湊的大功率LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案。

LT3755/-1和 LT3756/-1采用 True Color PWM調(diào)光，以高達(dá) 3000:1 的調(diào)光比實(shí)現(xiàn)恒定的 LED 色彩。就非極苛刻的調(diào)光要求而言，CTRL 引腳可以用來提供 10:1 的模擬調(diào)光比。其固定頻率、電流模式架構(gòu)允許在寬電源和輸出電壓范圍穩(wěn)定工作。FB 引腳接地參考電壓可用作幾個(gè) LED 保護(hù)功能的輸入，使該轉(zhuǎn)換器可以作為恒壓源工作。

結(jié)論

顯然，LED 光源已成為廣泛應(yīng)用中應(yīng)對(duì)最新一代綠色照明要求的主流之選。然而，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者仍需通過 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 來滿足其具體設(shè)計(jì)所需的性能。因此，LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 必須能為采用轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各種不同類型的 LED 配置提供充足的電流和電壓，以滿足輸入電壓范圍和所需的輸出電壓及電流要求，并同時(shí)符合綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。