本文將為設計人員介紹各種基于LED的背光照明設計方案選項，以及提供在考慮成本因素和各種設計方法利弊的前提下，如何優化系統性能的指引。

LED正成為中小型彩色顯示器背光照明應用的主流器件。LED的選擇是決定顯示子系統設計最佳性價比的關鍵因素。此外，LED驅動IC，尤其是最新的產品，能與較低成本的LED協同工作，透過多種方法提升現有LED的性能 。除亮度控制外，這些驅動IC還能實現精確的亮度匹配， 或允許使用一系列具備不同VF特性的LED。

LED驅動電路

設計人員在決定便攜應用中LED驅動電路的最佳性價比時，可有幾種選擇，并取決于所設計系統的類型。某些系統側重于成本，某些注重性能，而大多數則講求必須達到成本和性能的平衡。系統設計的其中一個約束條件是可用電池功率和電壓，其它約束條件還包括功能特性，例如針對環境光線作出調整及建立LED的架構（串連、并連或矩陣）。

作為生產工藝的一部分，LED可根據不同參數進行篩分，包括正向電壓及特定正向電流時的色度和亮度。舉例說，白光LED的正向電壓范圍通常為3.5V 至4V，典型工作電流為15mA 至20mA。當多個LED在一個背光照明設備應用時，這些LED通常都會進行匹配，以產生均勻的亮度。因此，LED制造商所提供經“差異篩選”或匹配的LED，在某個特定電壓范圍內其VF或其它參數都是匹配的。這些VF 差異通常為3.5~3.65V、3.65 ~3.8V ，以及 3.8~4.0V。

一般來說，LED的VF值是系統設計的重要變數。因為由普通電池供電的便攜產品如蜂窩電話所使用單一的鋰離子電池，其電壓范圍為2.7 至 4.2 V。如果將系統對電池工作電壓的要求設計為不低于3V，設計人員就可以直接使用低至3V且未經穩壓的電池電壓來驅動LED。

其它經匹配的差異級別包括發光強度和色度。色度決定顯示的顏色，大多與執行設計所使用的半導體工藝有關。電氣工作條件對色度的影響很小。對于發光強度而言，篩選工藝可測量在給定正向操作電流下的發光強度。例如，QTLP601C-EB具有兩種發光強度差異級別：I1 的8-16 mcd和I2 的13-26 mcd ，以及三種主要波長差異級別：W1 的 465-470 nm、W2的470-475 nm及W3的475-480 nm。所有差異級別都是通過5 mA正向電流測試下建立的。差異篩選工序會增添額外成本 。

使用LED驅動IC優化設計

目前，市面上已有能夠驅動多個LED的驅動IC，所提供的功能包括電壓提升以至驅動多個串聯LED以便與每列包含一個或多個LED的多列LED進行電流匹配。特定驅動IC可提供獨立于LED VF的精確電流匹配，使用這類IC可省去VF差異篩選的有關費用。另一項常用功能是亮度控制，有助于提供更多功能和改善電源管理。LED會消耗5-20 mA的電流。由于系統中有多個LED，故顯示照明部分的功耗占據系統總功耗的重要部分。因此，亮度控制是一項重要功能，會直接影響功耗。較低亮度意味著顯示背光照明的功耗較低。

多個LED的亮度匹配

將多個LED連接在一起使用時，正向電壓和電流均必須匹配，整個組件才能產生一致的亮度。實現恒定電流最簡單的方法，便是將經過正向電壓篩選的LED串聯起來。篩選工作可由LED供應商進行，以享有若干成本優勢，又或可在用戶的制造場所完成，但會減少篩選的產量和增加組裝成本。篩選過程能夠按照設計人員的匹配要求建立已匹配產品的差異等級。

成本考慮

手持設備顯示器的照明通常需要4、6或8個LED驅動；顯示器越大，所需LED的數量越多。可攜式手持設備如PDA便需使用較多的LED。隨著系統采用匹配LED的數量增加，有關成本也會因為所需的差異篩選工藝而相應增加。在這情況下，驅動IC提供了良好的解決方案。驅動IC除能控制亮度外，還能全面地匹配亮度，因而可透過具成本效益的途徑提升系統性能。

最簡單的驅動設計：串聯

串聯LED能確保供應至各個器件的電流一致。由于LED的VF通常在3.3V或以上，現今普遍的方法是將電壓提升至12V以上水平，并驅動串聯LED以獲得一致的亮度。這就是采用基于電感的DC/DC設計，而不是電荷泵，因為后者不能有效地將電壓提升至所需的電平。圖1所示為驅動4個串聯LED組件的典型驅動IC電路，它具有從LED到驅動電路的反饋功能和附加的調節電阻器，可以實現亮度調暗功能。

如果總體正向電壓VF為12V的4個LED與16V驅動電路一起使用，就必須使用具有升壓功能的簡單LED驅動電路，以便為每個LED提供充足的電壓，這驅動電路可將鋰離子電池的2.7至4.2 v電壓范圍提升至16至17 v，用來驅動LED。這是傳統的解決方案。由于經差異篩選LED的VF值存在一個變化范圍，LED之間的壓差會隨之變化，有可能影響亮度的均勻性。

LED驅動IC選項

上面所述的亮度調暗是LED驅動IC的重要新增功能，可通過驅動電路為LED施加PWM調制脈沖，以獲得總功率的10~100%。此舉能節省功耗，同時也為最終產品提供用戶可調節的功能。如前所述，顯示器是損耗最多功率的子系統之一。例如，在16V電壓下電流為15~20 mA的白光LED，其功耗為240~320 mW。而LED驅動電路的亮度調暗功能可降低整個系統的功耗，延長電池壽命。

現有驅動IC還具有其它功能特點， 包括軟起動、短路保護，以及能將外圍部件數減至最少的LED驅動電路。

并聯設計選項

并聯驅動是下一步要實施的方案。在并聯設計中，多個LED由具備驅動器決定的獨立電流電平的驅動電路來驅動。并聯設計基于低驅動電壓，因此無需帶電感的升壓電路。此外，并聯設計提供低電磁干擾、低噪聲和高效率，因而能延長電池壽命。另一個重要優點是這種配置的容錯性較強。在串聯設計中，一個LED發生故障就會導致整個背光照明子系統失效，而并聯設計可避免這種個嚴重缺陷，提高系統的容錯性。

有源電流匹配并聯設計

現有兩種用于并聯配置的驅動IC：一種是具匹配VF的LED驅動IC；另一種是利用未匹配VF 的LED驅動IC。

驅動匹配的LED

圖2a中的電路使用具有內部匹配電流源的LED驅動IC，來驅動并聯的匹配LED。驅動IC在現有的3.3至5.5V總線電壓下運行，LED的電流通過單一的外部電阻器來調節。由于不需要DC/DC轉換進行升壓，故無需采用外部電感，因此電路的電磁干擾和紋波可達到最小。如果電源電壓穩定且經過穩壓處理，VDD （VIN） 和Vcontrol便可連接在一起。最重要的是，無需為每個LED配備額外的電流設置電阻器來提高效率。如果有更高壓的穩定電壓，此電路還能為額外的串聯LED提供匹配電流，但其電壓必須至少為0.3V +N*VF，如圖2b所示。

驅動未匹配LED

為了驅動未匹配的LED，并省去與差異篩選有關的成本，便需要使用可為每個LED提供獨立電流控制環路的IC。圖3所示為驅動白光、藍光或任何多色LED的電路，并使用具有此項功能的IC來獲得均勻亮度。LED可擁有廣泛的VF分布，而驅動IC將均勻地匹配各電流以獲得均勻的亮度，并可在現有的3.3至5V總線電壓下運行。這些電路具有數字化亮度控制功能，由微處理器驅動的PWM來實現，功效高（》90%），而且不產生電磁干擾和紋波。

高效電路

所示為另一種使用未匹配白光LED的電路，可在通常無外升壓線路的設備中，如移動電話使用。這個電路的驅動IC具有內置電荷泵升壓，直接用鋰離子電池驅動多達4個并聯LED，并獲得均勻亮度。

電路中的驅動IC會測量所有LED的VF，選出最高VF的LED，并將Vout提升至驅動這個最大VF LED所需的最低電平。該IC可驅動白光或藍光LED，并獲得均勻亮度。該電路可為每個LED提供獨立的電流控制環路，因而無需進行LED預選或差異篩選。這是真正的數字化亮度控制（0、6、12、18mA），具有內置DC/DC轉換的真正PWM控制，帶來低噪聲、低紋波和低電磁干擾。

矩陣設計：先進的白光LED驅動電路

矩陣設計驅動IC可為多個串聯電路提供獨立控制。采用高級LED驅動芯片，就可使用未匹配的白光LED，而其升壓電路具有智能感應功能，可將電壓提升至恰好足夠的水平，以驅動具有最高總體VF壓降的白光LED串聯組件。這種自適應輸出電壓功能可將電感的體積減至最小，以便節省成本和占位空間。由于升壓只提升至最低的電平，保證能滿足任何串聯信道所需的標稱電流，因此能實現高效率。這串聯驅動方案可以驅動兩個獨立的LED組件，各有四個串聯LED，并具有獨立的亮度控制功能。

每個串聯信道具有獨立的亮度控制，而且升壓電路具有內置肖特基二極管，無需外部二極管，從而節省了電路板空間。內置升壓電路的功效不低于90%，有助延長電池壽命，且具有軟件啟動功能、低電磁干擾和極少紋波等特點。各信道獨立的LED控制使設計更為靈活，并只需一個驅動器即可同時驅動LCD和鍵盤。舉例說，FAN5608驅動IC帶有內置數字/模轉換器（DAC），具有模擬感應功能，可讓用戶選擇使用模擬、數字或PWM方式控制亮度。該驅動IC集成了溫度控制功能，可將LED使用壽命提高達50%。

根據應用選擇合適的設計方案

LED背光照明應用有多種設計選項。視乎應用的不同，設計方案可以利用經差異篩選的低VF LED直接驅動，以至采用驅動IC來驅動未匹配的LED。現有的設計方案結合眾多種類的LED和全線的驅動IC產品，能夠優化系統成本、提高系統功效，以及通過有源亮度匹配和容錯操作來達致更高性能。
來源；國際led網