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    1. 发布时间:2017-06-27   分类目录:新闻中心|    调整大小 : 16px  14px  12px

       

      1 、引言

      LED 正成为背光照明的主流器件 。一般背光源设计中有多个LED, 所以要考虑各个LED 亮度的一致性 。在实际应用中, 可根据向电压(Vf) 对LED 器件进行” 差异筛选”.LED 的Vf 值是背光设计的重要变数。将多个LED 连接在一起使用时, 各管电流均必须匹配, 整个组件才能产生一致的亮度。

      LED 的亮度决定于流过它的电流。实现恒定电流最简单的方法, 是将多个LED 串联起来。这样不用差异筛选 , 串联LED 就能确保流过各个LED 的电流相同。但是串联时的总体正向电压为多个LED 的Vf 之和 , 需要使用带电感的具有升压功能的LED 驱动电路 , 使得成本增加。而且, 一个LED 发生故障就会使整个背光源失效。此外 , 串联驱动方法有较强的电磁干扰, 对通讯产品尤其不利。

      将多个LED 并联的设计方法, 无需带电感的升压电路 , 电磁干扰较小 , 容错性较强。但为了保证亮度的均匀性, 必须对LED 进行差异筛选 。随着所用LED 数量的增加 , 成本也会因差异筛选而增加。即使经过差异筛选, LED 的Vf 值仍会存在一个变化范围, 影响亮度的均匀性。

      本文重点讨论在LED 并联设计中, 如何提高亮度的均匀性。

      2  、LED 背光源电路模型

      将三个LED 并联构成背光源 , 其总电流由三极管电路控制, 如图1 所示 。亮度均匀性的NLED 被定义为:

       

       

      式中,Imax 和Imin 为各个LED 电流的最大值和最小值;

       

       

      图1 LED 背光源的驱动电路

      图中, D1, D2, D3 为发光二极管, T1 为NPN 型三极管, R1 , R2 , R3 的阻值可根据总电流I 的设计要求进行调节, I/O 或DAC 为控制端口。

      理想发光二极管的正向电压为:

       

       

      实际上, 寄生电阻对Vf 影响很大:

       

       

      式中: I 为正向电流; n 为理想因子; k 为玻尔兹曼常数(1.38×10- 23 J /K) ; T 为温度( 298K 或25℃) ;q 为电子电量( 1.602×10- 19 C) ;Is 为饱和电流; R 为寄生电阻;本文以西铁成公司的发光二极管为例, 其特性参数如表1 所示。

      表1 发光二极管特性参数

       

       

      依据式( 2) , 使用对分法[2]计算出在不同正向电压下,三种LED 的正向电流, 如图2 所示。

       

       

      图2 不同LED的正向电压与电流的关系。

      由图2 可以看出 , 在相同的电压下, 不同LED 的电流不同 , 即亮度不同。LED 都有其额定电流 , 西铁城LED 的额定电流为20mA, 所以本文给出了20mA以内的数据。

      3 、偏置电阻对LED 背光源亮度均匀性的影响

      在实际设计中, 利用外加偏置电阻, 即在每个LED 处串联一个电阻来改善LED 背光源的亮度均匀性 。本文讨论两个LED 并联, 加偏置电阻R4=R5的情况 , 如图3 所示。

       

       

      图3 加偏置电阻的电路图

      计算机利用对分法算出了在总电流为15mA,外加偏置电阻(R)为R4=R5=0 , 22 , 47 , 68 , 100 , 150, 200 (Ω) 时 , D1 和D2 的电流( I1 和I2)  、亮度均匀性( Uni) 、正向电压(V5)  、以及偏置电阻带来的功耗(P)。

      计算结果如表2 及图4、图5 所示。

      表2 不同偏置电阻的计算结果

       

       

       

       

      图4 偏置电阻对亮度均匀性的影响。

       

       

      图5 偏置电阻对功耗及供电电压的影响。

      由表2 和图4 、5 可以看出, 外加偏置电阻可以显着提高亮度的均匀性, 但电路的功耗会相应增加 ,对LED 正向电压的要求会增大。例如  , 外加150Ω偏置电阻时, 其耗散功率为17mW, V5 为3.104V 。

      对于锂电池而言, 一般工作电压范围为3.0~4.2V,再考虑三极管的偏置电压, 因此 , 外加150Ω 偏置电阻是不能接受的。设计中要根据具体的供电电压来确定偏置电阻的值。

      4 、LED 的发光亮度对亮度均匀性的影响

      根据式(2) , 也可以通过改变LED 的发光亮度来改善LED 背光源的亮度均匀性 , 即通过改变系统的总电流来改善亮度的均匀性。本文讨论两个LED并联 , 且外加68Ω偏置电阻的情况, 结果如表3 及图6 所示 。

       

       

       

       

      图6 由外加偏置电阻改变系统总电流对亮度均匀性的影响

      由表3 和图6 可以看出, 外加68Ω 偏置电阻使亮度降低, 可以适当提高亮度的均匀性。在实际设计中, 可利用本文所述方法进行模拟计算。

      5 、结论

      本文讨论了偏置电阻、和发光亮度对LED 亮度均匀性的影响。随着偏置电阻值的增加 、亮度的减小,LED 背光源的亮度均匀性会提高。实际设计中要兼顾偏置电阻的功耗、发光亮度和供电电压等的要求。

        

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