LED驱动

用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时，需要对其进行恒流驱动，主要原因是：

 1. 避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性。

2. 获得预期的亮度要求，并保证各个LED亮度、色度的一致性.

根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点：

1．高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。

2．高效率 LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。

3．高功率因素 功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

4．驱动方式 现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。

5．浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。

6．保护功能 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。

7．防护方面 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。

8．驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。

9．要符合安规和电磁兼容的要求。

随着LED的应用日益广泛，LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。

       正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约2V)，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比。见表是当前主要超高亮LED的电气特性。由表可知，当前超高亮LED的最高IF可达1A，而VF通常为2～5V。

       由于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，光通量(φV)与IF的关系曲线，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，LED的正向压降变化范围比较大(最大可达1V以上)，而由上图中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化会引起较大的，IF变化，从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、寿命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驱动。

       LED的温度与光通量(φV)关系曲线，由下图可知光通量与温度成反比，85℃时的光通量是25℃时的一半，而一40℃时光输出是25℃时的1．8倍。温度的变化对LFD的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

由于受到LED功率水平的限制，通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求，因此，需要专门的驱动电路来点亮LED。

1. 阻容降压：利用电容在交流下的阻抗来限制输入电流，从而获得直流电平给LED供电。这种驱动方式结构简单，成本低廉，但是输入非隔离方案，有安全隐患。而且转换效率很低，无法做到恒流控制。

2. 隔离反激电路：利用反激电路，通过变压器在副边产生直流电平，

  再通过光耦将此电平的纹波反馈回原边，从而自激稳定。此类电路符合安规认定要求，而且输出恒流精度较好，转换效率较高。但由于需要光耦和副边恒流控制电路，导致系统复杂，体积大，成本高。

3. 原边方案：原边方案就是通过完全在交流原边控制输出的电源和电流，最精确可以做到5%的恒流精度，副边仅需简单的输出电路即可。原边主要依靠辅助边的反馈来控制输出电压，依靠限流电阻对原边电流的控制，同时乘以匝比来控制输出电流的精度。原边方案继承了隔离反激电路的种种优点，同时架构简单，可以做到小体积和低成本。

  原边的恒流精度问题：由于变压的生产精度难以控制，导致原边方案在使用低质量变压器时，输出电流漂移较大。所以，原边方案通过改进增加了副边恒流控制电路，这样虽然比普通的原边方案复杂了，但是对比反激方案，仍然可以省去光耦等，系统性价比最高。

LED在可携式产品中背光源的地位已经不可动摇，即便是在大尺寸LCD的背光源当中，LED也开始挑战CCFL（冷阴极萤光灯）的主流地位；而在照明领域，LED作为半导体照明最关键的部件，更是因为顶着节能、环保、长寿命、免维护等诸多光环而受到市场的追捧。驱动电路是LED（发光二极管）产品的重要组成部分，无论在照明、背光源还是显示板领域，驱动电路技术架构的选择都应与具体的应用相匹配。

LED是当前最畅销的产品之一，LED目前已发展为LED照明及LED显示屏两大类，广告显示屏使用的范围极为宽广，常应用交通，银行，舞台，酒店等场所。显示屏的色彩质量是大家关注的重点，LED驱动^[2]对LED显示屏色彩质量的影响是如何的呢？

全彩LED视频显示屏是能够以数百万种颜色显示影像和动画的显示屏。LED显示屏应用场景包括体育场、建筑外观、购物中心、电视演播室。大型LED显示屏被用于播放广告和资讯，重播体育赛事或音乐会。

不同类型的视频信源提供的视频输入信号经过处理后被送入LED显示屏。整个显示屏通常由若干个正方形或矩形的点阵组成，每个点阵又由若干个像素组成。每个像素由RGB(红、绿、蓝)led灯管组成，通过混合这些LED的灯光颜色，就可产生所需的像素信息。LED驱动器相当于被处理后的视频数据与RGBLED发出的彩色灯光之间的接口(图像就是由这些彩色光线构成的)。

从大型LED视频显示屏的目标应用考虑，我们很容易意识到画质所扮演的重要作用。这个概念包含几方面的内容：

原始图像的信号质量以及数据处理能力是取得良好画质的前提条件。

显示屏的大小、分辨率高低、像素间距和LED选择是决定人眼感受到的画质的关键参数。

需要选择一个适合的LED驱动器，能够把处理后的图像数据转换成所需的彩色和动画效果。

鉴于本文的目的是描述LED显示屏的LED驱动器解决方案，我们将在以下的章节重点介绍上面提到三方面内容的最后一点。

在彩色和动画方面，为取得优异的画质，需要整合多种不同的功能：高帧率、高刷新率、颜色还原精度等。不过，显示屏的质量不仅指图像本身，还指解决方案的整体质量，例如，抗干扰性和可靠性。因此，所有的彩色LED显示屏需要选择技术精密的LED驱动器：

良好的显色性取决于每个RGB(以及每个颜色)的有效亮度：有效亮度越高，显示的颜色越丰富。合理而精细地控制亮度需要利用PWM调光技术控制大量的亮度。

高帧率和高刷新率需要高速率地处理大量数据。LED驱动器可利用高频串口和灵活的数据格式管理功能满足这些要求。

一支或多支led灯管失效会影响像素颜色的精度，危及影像的整体视觉效果，影响系统的画质。让显示屏保持理想视觉效果需要一个可靠的LED失效条件检测方法。

意法半导体拥有各种显示器和数字标牌LED驱动器产品，其中STP1612PW05(见图2)是意法半导体为全彩LED视频显示屏专门研制的LED驱动器。这款产品是一个16通道LED驱动器，内置一个高频串行数据接口。每路通道的最大输出电流为60mA，可以通过一个外部电阻器调节输出电流，使用一个8位增益寄存器可以精确调节256级灰度。

在更低的电流下提高电流精度(通道之间典型值±1.5%)符合LED技术的发光效率改进要求。实际上，高能效LED的问世让显示屏制造商能够使用更低的电流LED驱动器取得相同的亮度。该产品为每路输出通道配备了独立的可调PWM亮度控制功能。众所周知的PWM调光功能在LED色彩保护方面的优势以及4096(12位)或65536(16位)级可调亮度，最终可使色差和画质得到明显改进。

此外，为进一步提升调光控制功能，该产品还采用了ScrambledPWM模式。PWM总周期基本上覆盖了很多刷新周期，效果就是像提高调光频率而保持调光分辨率不变，从而降低画面闪动。

STP1612PW05内置串行接口符合显示屏的高速数据速率和数据格式灵活性要求：数据发送时钟频率可高达30MHz，采用16x16位格式(若亮度选择4096级，数据格式为6x12位)或压缩度更高的256位格式。正如前文提到的，一个抗干扰性强且可靠的LED驱动器可大幅提升系统的总体质量。

当发现失效的LED灯管(开路或短路)时，STP1612PW05会把检测结果通过串行接口送到微控制器，从而避免相关像素的颜色变化或关闭，保护图像的一致性。

在一帧视频图像开始时所有的LED灯管同时导通，这会产生上升斜率很大的涌流，这意味着需要很大的输入电容，寄生通道会产生振荡，系统产生噪声。把四路连续输出组成一组(第1组OUT0、OUT1、OUT2和OUT3;第2组从OUT4到OUT7;按照这个顺序排列下去)，每组之间连续延时40ns，使输出通道的导通时间错开，这样可以大幅降低涌流。因为任何原因(线路断开)导致PWCLK时钟信号不存在(PWM计数器时钟信号，用于进行PWM调光控制)，这会让显示屏上的所有LED无限期地导通。

除影响图像正确显示外，这种意外事件还会烧毁或损坏LED灯管。STP1612PW05内置可以激活PWM时钟超时断开的保护功能：当PWCLK信号消失1秒以上时，信号发生器将被强制关闭。

实现目标亮度的LED正向电压与可设置的电流随着LED颜色不同而变化：在红光、绿光和蓝光三种颜色LED中，红光LED的正向电压最低，蓝光LED的驱动电流最低。因此，建议每种灯光颜色使用不同的驱动器。

每个LED显示屏点阵是由16个像素组成，每个像素是由4支彩色LED灯管(1支红的、1支蓝的、2支绿的)组成。16支相同颜色的LED由一颗STP1612PW05驱动。LED电源电压(VLED)的选择是在几个通常是对立的需求之间的一种平衡考量。VLED电压应该足够高，使LED能够保持正确的通态，但是应最大限度地降低LED驱动器的电流发生器的电压降，否则会引起无用的功耗，并导致芯片和系统过热。

全彩LED显示屏的色彩质量的是鉴定产品好坏最直观。LED显示屏技术在前段时间得到进一步的发展，这是非常鼓舞人心的事情，我国LED显示屏虽然占据全球的80%的市场，然而引领显示屏的发展并非在我国，为此，深圳LED厂家都是积极的做好LED技术的发展。