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ＬＥＤ正成为中小型彩色显示器背光照照明应用的主流器件。ＬＥＤ的选择是决定显示子系统设计最佳性价比的关键因素。此外，ＬＥＤ驱动ＩＣ能与较低成本的ＬＥＤ协同工作，通过多种方法提升现有ＬＥＤ的性能。除亮度控制外，这些驱动ＩＣ还能实现精确的亮度匹配。或允许使用一系列具备不同ＶＦ特性的ＬＥＤ。本文介绍各种基于ＬＥＤ的背光照明设计方案选项，以及在考虑成本因素和各种设计方法利弊的前提下，如何优化系统性能。
1.LED驱动电路
设计人员为便携应用选择ＬＥＤ驱动电路时，一般考虑成本和性能因素。系统设计的一个约束条件是可用电池功率和电压，其它约束条件还包括功能特性，例如针对环境光线作出调整及建立ＬＥＤ的架构。
ＬＥＤ可根据不问参数进行筛分，包括正向电压及特定正向电流时的色度和亮度。举例说，白光ＬＥＤ的正向电压范围通常为３．５～４Ｖ，典型工作电流为１５～２０ｍＡ。当多个ＬＥＤ在一个背光照明设备应用时，这些ＬＥＤ通常都会进行匹配，以产生均匀的亮度。因此，ＬＥＤ制造商所提供经“差异筛选”或匹配的ＬＥＤ，在某个特定电压范围内其ＶＦ或其它参数都是匹配的。这些ＶＦ差异通常为３．５～３．６５Ｖ、３．６５～３．８Ｖ，以及３．８～４．０Ｖ，飞兆半异体最新产品的指定电压为３Ｖ。低ＶＦ ＬＥＤ小型显示器设备应用，至于较大的彩色显示器通常需要较高的亮度，一般采用中等至高ＶＦ值的ＬＥＤ。
一般来说，ＬＥＤ的ＶＦ值是系统设计的重要变数。因为由普通电池供电的便携产品如蜂窝电话所使用单一的锂离子电池，其电压范围为２．７～４．２Ｖ。如果将系统对电池工作电压的要求设计为不低于３Ｖ，设计人员就可以直接使用低至３Ｖ且未经稳压的电池电压来驱动ＬＥＤ。
其它经区配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，筛选工艺可测量在给定正向操作电流下的发光强度。
2.使用LED驱动IC优化设计
目前，市场上已有能够驱动多个ＬＥＤ的驱动ＩＣ，其功能包括电压提升以至驱动多个串联ＬＥＤ，以便与每列包含一人或多个ＬＥＤ的多例ＬＥＤ进行电流匹配。特定驱动ＩＣ可提供独立于ＬＥＤ ＶＦ的精确电流匹配，使用这类ＩＣ可省去ＶＦ差异筛选取的有关费用。另一项常用功能是亮度控制，有助于提供更多功能和改善电源管理。
3.多个LED的亮度匹配
将多个ＬＥＤ连接在一起使用时，正向电压和电流均必须匹配，整个组件才能产生一致的亮度。实现恒定电流最简单的方法，是将经过正向电压筛选的ＬＥＤ串联起来。筛选工作可由ＬＥＤ供应商进行，或在用户的制造场所完成。筛选过程能够按照设计人员的匹配要求建立已匹配产品的差异等级。
4.成本考虑
随着系统采用匹配ＬＥＤ的数量增加，有关成本也会因为所需的差异筛选工艺而相应增加。在这情况下，驱动ＩＣ提供了良好的解决方案。
最简单的驱动设计：串联
串联ＬＥＤ能确保供应至各个器件的电流一致。图１所示为驱动４个串联ＬＥＤ组件的典型驱动ＩＣ电路，它具有从ＬＥＤ到驱动电路的反馈功能和附加的调节电阻器，可以实现亮度调暗功能。
如果总体正向电压ＶＦ为１２Ｖ的４个ＬＥＤ与１６Ｖ驱动电路一起使用，就必须使用具有升压功能的简单ＬＥＤ驱动电路，以便为每个ＬＥＤ提供充足的电压。但由于经差异筛选ＬＥＤ的ＶＦ值存在一个变化范围，ＬＥＤ之间的压差会随之变化，有可能影响亮度的均匀性。
5.LED驱动IC选项
现有驱动ＩＣ还具有其它功能特点，包括软起动、短路保护，以及能将外围部件数减至最少的ＬＥＤ驱动电路。
6.并联设计选项
在并联设计中，多个ＬＥＤ由具备独立电流的驱动电路来驱动。并联设计基于低驱动电压，因此无需带电感的升压电路。此外，并联设计提供低电磁干扰、低噪声和高效率，且容错性较强。在串联设计中，一个ＬＥＤ发生故障就会导致整个背光照明子系统失效，而并联设计可避免这种个严重缺陷。
7.有源电流匹配并联设计
现有两种用于并联配置的驱动ＩＣ：一种是具匹配ＶＦ的ＬＥＤ驱动ＩＣ；另一种是利用未匹配ＶＦ的ＬＥＤ驱动ＩＣ。
（１）驱动匹配的ＬＥＤ
图２（ａ）中的电路使用具有内部匹配电流源的ＬＥＤ驱动ＩＣ，来驱动并联的匹配ＬＥＤ。驱动ＩＣ在现有的３．３～５．５Ｖ总线电压下运行，ＬＥＤ的电流通过单一的外部电阻器来调节。由于不需要ＤＣ－ＤＣ转换进行升压，故无需采用外部电感，因此电路的电磁干扰和纹波可达到最小。如果电源电压稳定且经过稳压处理，ＶＤＤＶＩＮ）和Ｖｃｏｎｔｒｏｌ便可连接在一起，且无需为每个ＬＥＤ配备额外的电流设置电阻器。如果有更高压的稳定电压，此电路还能为额外的串联ＬＥＤ提供匹配电流，但其电压必须至少为０．３Ｖ＋ＮＶＦ，如图２（ｂ）所示。
（２）驱动未匹配的ＬＥＤ
为了驱动未匹配的ＬＥＤ，并省去与差异筛选有关的成本，便需要使用可为每个ＬＥＤ捉供独立电流控制环路的ＩＣ。图３所示为驱动白光、蓝光或任何多色ＬＥＤ的电路；并使 用具有此项功能的ＩＣ来获得均匀亮度。ＬＥＤ可拥有广泛的ＶＦ分布，而驱动ＩＣ将均匀地匹配各电流以获得均匀亮度，并可在现有的３．３～５Ｖ总线电压下运行。
（３）高效电路
图４所示为另一种使用未匹配白光ＬＥＤ的电路，可在通常无外升压线路的设备中。这个电路的驱动ＩＣ具有内置电荷泵升压，直接用锂离子电池驱动多达４个并联ＬＥＤ，并获得均匀亮度。
电路中的驱动ＩＣ会测量所有ＬＥＤ的ＶＦ，选出最高ＶＦ的ＬＥＤ，并将Ｖｏｕｔ提升至驱动这个最大ＶＦ ＬＥＤ所需的最低电平。该ＩＣ可驱动白光或蓝光ＬＥＤ，并获得均匀亮度。该电路可为每个ＬＥＤ提供独立的电流控制环路，因而无需进行ＬＥＤ预选或差异筛选。
8.矩阵设计：先进的白光LED驱动电路
矩阵设计驱动ＩＣ可为多个串联电路提供独立控制。采用高级ＬＥＤ驱动芯片，如图５所示飞兆半导体的ＦＡＮ５６０８，就可使用未匹配的白光ＬＥＤ，而其升压电路具有智能感应功能，可将电压提升至恰好足够的水平，以驱动具有最高总体ＶＦ压降的白光ＬＥＤ串联组件。该串联驱动方案可以驱动两个独立的ＬＥＤ组件，各有四个串联ＬＥＤ，并具有独立的亮度控制功能。
每个串联信道具有独立的亮度控制，而且升压电路具有内置肖特基二极管，无需外部二极管，从而节省了电路板空间。内置升压电路的功效不低于９０％，有助延长电池寿命，且具有软件启动功能、低电磁干扰和极少纹波等特点。各信道独立的ＬＥＤ控制使设计更为灵活，并只需一个驱动器即可同时驱动ＬＣＤ和键盘。ＦＡＮ５６０８驱动ＩＣ带有内置ＤＡＣ，具有模拟感应功能，可让用户选择使用模拟，数字或ＰＷＭ方式控制亮度。该驱动ＩＣ集成了温度控制功能，可将ＬＥＤ使用寿命提高达５０％。
9.结语
ＬＥＤ背光照明应用有多种设计选项。根据应用的不同，设计选择范围包括从经差异筛选的低ＶＦ ＬＥＤ直接驱动，到采用驱动ＩＣ来驱动未匹配的ＬＥＤ。本文研究了各种配置的利弊和优势。现有的设计方案结合众多种类的ＬＥＤ和全线的驱动ＩＣ产品，能够优化系统成本、提高系统功效，以及通过有源亮度匹配和容错操作来达致更高性能。 | 
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