中心議題：

• LED亮度控製
• 白光LED和電池技術
• 背光照明驅動器的拓撲
• RGB-LED背光照明
• 鍵盤背光照明和其他裝飾燈光

rujin，dabufenbianxieshishebeiyouqishiyidongdianhuazhongdejianpanbeiguangzhaomingyijiqitazhuangshidengdouqingxiangyucaiyonggexingdeshejifangshi。raner

，xianshipingdebeiguanghejianpandebeiguangzaiyaoqiushangshibutongde，erqiezhefenbiehuiyingxiangdaoxiangguanLED的驅動方法。

現在大部分的便攜式電子產品
，如移動電話
、個人電子手帳、導航係統等

，都擁有一個需要背光照明的小型LCD顯示屏作為用戶界麵。人們用這些設備來觀看高分辨率的相片、影片和上網瀏覽的時間亦越來越長。這樣，人們對具備媒體存儲能力的高質亮顯示屏的需求變得越來越強烈
，對背光LED和驅動器技術的挑戰也就越大。現今，雖然白光照明LED主導了市場

，但新湧現的紅綠藍(RGB)背光可改良顯示屏上的色彩飽和度，因此前景無限。

LED和鋰離子電池的改變將會影響背光驅動電路的設計。並且
，在便攜式設備上增加LED的數目會造成LED驅動設計上的挑戰。最常見的挑戰包括電源效率、控製界麵/可編程能力、方案的大小尺寸
、電磁幹擾(EMI)和係統成本等。

亮度控製

背光照明LED的亮度控製可經由脈衝寬度調變(PWM)或恒流控製來實現。PWM亮度控製需動用一個恒流驅動器來驅動LED，但需要調節開/關時間才能達到所需的光度。因此PWM控製比直接的恒流控製更加複雜。

恒流控製的好處是沒有了連續的開關動作，因此進行亮度調校時，由LED色譜位移而引致的EMI較低。LED製造商將LED按照“群集電流”來分組
，並確保LED的表現不會降低。當群集電流改變時
，LED的亮度變化會多於設定的規格
，因此肉眼能分辨出背光照明LED之間的不同亮度。當使用很低的電流時，上述情況尤其明顯。

如果使用PWM來控製亮度
，那亮度調節便會在整個範圍內呈線性，而且被調節時不會產生顏色上的變化。不過，PWM的變換會產生電磁幹擾和可聽得到的噪聲。該噪聲是由陶瓷電容器的壓電效應所產生。為了免除這可聽噪聲，PWM的頻率必須高至人耳收聽不到的水平，如20kHz。另外一個方法便是使用很低的頻率，令應用中的電容器和電路板不會產生共鳴，並保證不會產生出可聽到的“啪啪”聲(如250Hz)。通過減慢PWM控製的上升/下降沿可有助削減電磁幹擾的強度。

背光照明驅動器的拓撲

驅動器拓撲可以分為並聯和串聯兩種。當每一個LED均需要做個別控製時
，會使用並聯驅動。在背光照明的應用中，所有LED的亮度應該是一致的。但如果使用並聯驅動器
，LED電流之間可能會出現輕微的失配。幸而，配合最新的驅動器後，這種電流失配就變得微不足道了。因為這些LED的典型亮度容差一般比輸出電流中的失配大很多。

當背光照明LED串聯在一起時，相同的電流會流通所有LED，使得LED電流間出現百分百的匹配。此外，采用串聯驅動後無須為每個LED進行個別的驅動器布線，所以PCB布線變得更容易。由於驅動器輸出的正向電壓已考慮到了數個LED，因此串聯驅動法比並聯驅動法稍勝一籌。串聯驅動需要高壓的升壓轉換器(如20V)來從鋰離子電池中提取足夠的電壓以驅動數個串聯LED。

驅動LED的最普遍方法是用低邊驅動器輸出
，LED輸出腳可作為一個恒流下沉(constantcurrentsink)。在這情況下，LED輸出和電源電壓需要獨立的布線。如采用高邊驅動器輸出
，那LED的輸出腳便成為電流源，同時隻有LED接腳要布線，LED陰極則直接接地。通常，在PCB處都有一個接地麵
，因此無須進行獨立的布線。圖1所示為不同驅動方法。


圖1並聯高壓側和串聯低壓側驅動[page]

白光LED和電池技術

便攜式設備一般都用一枚鋰離子電池來工作，其電壓視所需的電荷介乎2.8～4.3V之間。白光LED正向電壓一般為3.5V，這是單一的鋰離子電池通常不能驅動的

，因此需要采用升壓式DC/DC轉換器。轉換器可以是電容式(電荷泵)或電感式(磁力升壓)。由於電荷泵的體積較小


，一般都會用在並聯LED驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)。至(zhi)於(yu)磁(ci)力(li)升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)

，一(yi)般(ban)都(dou)會(hui)用(yong)於(yu)高(gao)壓(ya)的(de)串(chuan)聯(lian)驅(qu)動(dong)器(qi)內(nei)
，原(yuan)因(yin)是(shi)電(dian)荷(he)泵(beng)技(ji)術(shu)所(suo)能(neng)達(da)到(dao)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)還(hai)不(bu)夠(gou)高(gao)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)調(tiao)節(jie)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)LED正向電壓的感應來自動(適配性)履行

，或者用戶可根據LED正向電壓的規格來設定一個恒壓。

未來，新型鋰離子電池和LED技術將會為LED驅動帶來新的挑戰。配合最新的化學成果，電池電壓的範圍將擴大到2.3～4.7V，而典型的白光LED正向電壓將會下降至2.9V。與此同時，輸出驅動器的飽和電壓都會隨著下降。當采用並聯驅動時，要高效地驅動一個2.9V的LED，就需要動用一個升降壓轉換器。圖2所示為由電池、驅動器和LED技術的進步所帶來的效果。


圖2電池和白光LED正向電壓的技術進展

RGBLED背光照明

一般而言，小型LCD顯示屏背光照明都是用一組白光LED來實現的。可是
，使用白光LED的問題是其光譜對光複製並不是很理想。原因是白光LED其實就是在藍光LED麵上加上一層黃色磷光劑。這樣便造成光譜有兩個波峰，一個在藍色而另一個在黃色。圖3給出一個典型的白光LED與RGBLED光譜比較。

圖3典型白光LED與RGBLED光譜的比較

LCD顯示屏會劃分為三個主色區格：紅
、lvhelan
，secaishiyouzhesanzhongzhusehunhelaidingyi。yaobashihedeyanseguolvdaomeiyigesege，nabianxuyaoshiyongyanseguolvqi。yanseguolvqihuilangfeidabufendeguangxuenengliang，jishizaiguolvhouyeyiyang，yincichuanguoLCD後的色譜並不理想。如此一來，采用白光LED背光照明可以在LCD屏麵上產生出最多75%的NTSC(美國國家電視標準委員會)色彩(傳統LCD顯示屏上的紅色端邊處的限製尤甚)。然而

，當使用RGBLED來做LCD顯示屏的背光照明時，色彩複製可以覆蓋100%的NTSC色彩
，從而令到顏色更光亮、畫質更高。假如配合優化的顏色過濾器，那所浪費的能耗可比白光LED背光照明來得更少。圖4所示為一個LCD顯示屏的結構。



圖4LCD顯示屏的構造[page]

使用RGB背光時，當LED溫度改變時

，驅動器必須更正紅、lvhelansanzhusejiandeliangdupingheng

，yifangchuxianbaidianweiyi。ciwai，haixubaozhengqudongqizairenhecaozuowenduxiaweichiguangdezhengqueqiangdu。erzaibuchangfangmian
，keyiyongbihuanhuokaihuanxingshi。ruoshiyongbihuanbuchang，bianxucaiyongganguangqilaiceliangbaidianheqiqiangdu。xiangfandi

，rushiyongkaihuanbuchang
，nawendubianxushixianliangduchulai，bingtongguoyuxiandingyihaodebuchangquxianlaitiaojieliangdudepingheng。

美國國家半導體的LP5520就是RGB背光照明驅動器的一個例子
，它是一個開環補償式LED驅動器。圖5所示為開環顏色補償的原理。其中
，溫度補償曲線是用現實應用中的RGBLED來量度的，這些曲線被編程在芯片內部的EEPROM存儲器中。該芯片被集成到LCD顯示模塊上，而模塊的製造商會在生產時為補償曲線編程。此外，RGBLED背光亦可用作優化顏色過濾器。


圖5開環顏色補償的操作原理

鍵盤背光照明和其他裝飾燈光

與yu顯xian示shi屏ping背bei光guang照zhao明ming比bi較jiao，鍵jian盤pan背bei光guang照zhao明ming擁yong有you一yi些xie特te別bie的de要yao求qiu。鍵jian盤pan背bei光guang照zhao明ming所suo要yao求qiu的de顏yan色se不bu一yi定ding需xu要yao白bai色se，可ke以yi是shi其qi他ta任ren何he顏yan色se。時shi下xia
，便bian攜xie式shi設she備bei中zhong的de鍵jian盤pan照zhao明ming和he其qi他ta裝zhuang飾shi燈deng的de設she計ji趨qu向xiang是shi產chan生sheng更geng多duo的de燈deng光guang效xiao果guo。顯xian示shi屏ping的de背bei光guang控kong製zhi通tong常chang都dou是shi采cai用yong淡dan入ru/淡出的開/關方式，但裝飾燈的控製則比較複雜。通過采用RGBLED作鍵盤的背光照明，隻要簡單地改變紅、綠和藍LED間jian的de亮liang度du平ping衡heng，便bian可ke改gai變bian顏yan色se和he設she備bei的de整zheng個ge外wai觀guan。這zhe樣yang，設she計ji人ren員yuan便bian可ke憑ping借jie軟ruan件jian控kong製zhi來lai為wei便bian攜xie式shi電dian話hua或huo其qi他ta便bian攜xie式shi設she備bei加jia添tian獨du特te的de個ge性xing。

對dui於yu一yi些xie複fu雜za的de照zhao明ming次ci序xu，諸zhu如ru不bu同tong顏yan色se間jian的de漸jian變bian，除chu了le需xu有you一yi個ge簡jian單dan的de生sheng效xiao控kong製zhi接jie腳jiao外wai
，還hai需xu用yong到dao一yi個ge比bi較jiao精jing密mi的de控kong製zhi方fang法fa。在zai這zhe方fang麵mian，I2C控製總線便被廣泛應用到各式便攜式設備上

，原因是它隻需通過兩條電線便可為控製LED驅動器提供很大的靈活性。再者
，LED控製不會應用I2C的所有頻寬
，因為實時控製LED的亮度會產生出一定程度的I2C傳輸量。

新LED驅動器，例如美國國家半導體的LP5521，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)加(jia)入(ru)內(nei)部(bu)存(cun)儲(chu)器(qi)和(he)執(zhi)行(xing)核(he)心(xin)來(lai)為(wei)有(you)次(ci)序(xu)的(de)照(zhao)明(ming)提(ti)供(gong)最(zui)低(di)限(xian)度(du)的(de)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)。照(zhao)明(ming)次(ci)序(xu)在(zai)通(tong)電(dian)後(hou)會(hui)寫(xie)入(ru)一(yi)個(ge)內(nei)部(bu)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)
，之(zhi)後(hou)外(wai)部(bu)的(de)觸(chu)發(fa)器(qi)接(jie)腳(jiao)或(huo)I2C寫(xie)入(ru)會(hui)用(yong)來(lai)啟(qi)動(dong)這(zhe)個(ge)照(zhao)明(ming)次(ci)序(xu)。當(dang)照(zhao)明(ming)次(ci)序(xu)在(zai)運(yun)行(xing)時(shi)
，無(wu)須(xu)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)。例(li)如(ru)當(dang)電(dian)話(hua)處(chu)於(yu)備(bei)用(yong)狀(zhuang)態(tai)時(shi)，應(ying)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)可(ke)以(yi)進(jin)入(ru)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)

，但(dan)LED仍可履行複雜的照明次序。這些次序可包括時延、上下走動


、閃爍、回轉和觸發信號的收/發。

為了進一步減低功耗，最新的LED驅動器均擁有一個自動節能操作模式。其中的DC/DC轉換器隻有鋰離子電池的電壓不足以提供給LED時才會被啟動。此外，當照明次序於內部運行時，驅動器還可在LED不活躍時關閉所有不需要的功能，此舉可顯著減低電流的平均消耗量。

配合微小的LED驅動器，可創製出分區化照明方案，也就是說將LED驅動器放到LED的附近。這樣，進行PCB布(bu)線(xian)就(jiu)更(geng)容(rong)易(yi)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)減(jian)輕(qing)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)問(wen)題(ti)。針(zhen)對(dui)分(fen)區(qu)方(fang)案(an)的(de)驅(qu)動(dong)器(qi)會(hui)設(she)有(you)外(wai)部(bu)的(de)控(kong)製(zhi)接(jie)腳(jiao)，以(yi)用(yong)來(lai)同(tong)步(bu)化(hua)多(duo)個(ge)驅(qu)動(dong)器(qi)
，從(cong)而(er)造(zao)出(chu)有(you)趣(qu)的(de)燈(deng)光(guang)效(xiao)果(guo)。

對於驅動背光照明LED而言，這裏有幾種驅動器拓撲，具體選擇要視應用而定。毫無疑問

，即將出現的全新鋰離子電池技術和更低正向電壓的白光LED必會為驅動器的設計帶來新的挑戰。

用做LCD顯示屏背光照明的RGBLED一般都會應用在高檔的便攜式電話或其他設備上，這些應用均要求高素質的畫麵和顏色複製。此外，配合適當的驅動器、LED和顏色過濾器
，采用RGB背光照明比白光LED更省電。

可編程性是時下最先進的鍵盤背光照明驅動器的一個主要功能，除了較易控製外，還能節省係統能耗。此外，可編程LED驅動器還可為個人化的便攜式電話創造出更多有趣的燈光效果。