如何解决白光LED的匹配性问题.docx

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1、如何解决白光LED的匹配性问题LED (Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P

2、-N结的材料决定的。自从几年前发明了白光LED以来，白光LED的应用得到了稳步发展。与荧光灯相比具有使用简单、成本低的优势，与白炽灯相比可以提供更接近于白色的光，因此，其用量在最近几年呈现出稳步上升的趋势，在手持式产品中被广泛用作闪光灯、显示器背光等。当然，在实际应用中针对白光LED也存在一些有待解决的技术问题。选用白光LED最明显的问题是产品的匹配性差，按照白光LED的典型规格,电流为20mA时正向电压的最小值为3.0V、典型值为3. 5V、最大值为4. 0V.显然，稳压源不是合理的解决方案。利用相同的电流驱动每只LED可以获得均匀亮度，但成本很高。在许多应用中只是简单地用一个固定偏置电压和

3、镇流电阻驱动LED,如图L20mAZLED4.75V t5.25V夕 犯1ll彩 &f/ 犯s0.54表1：为了评估图1电路的生产能力，我们对三种不同厂商提供的白光LED进行了测试。从测试结果看，不同商标的LED一致性较差，比标准平均电流偏差 3. 27mA.从表1可以看出，同一厂商的LED匹配性较好，特别是来自规模较大的供货厂家的产品。正如所预期的那样，来自供应商C的不同包装的LED 一致性较差。三家厂商LED电流的平均均方误差为0. 54mA.从表1的“平均值”列可以看出，不同厂商提供的LED一致性较差，A商提供的LED吸取电流最大，B厂商提供的LED吸取电流最小。不同厂商的白光LED在采

4、用相同偏置电压、相同的镇流电阻时电流差别较大，均方误差为3. 27mA.单独调节每只LED的电流或至少对其中一只LED的电流进行调节可以提高不同厂商或同一厂商不同批次LED的一致性，但这需要相当昂贵的芯片。在对成本要求苛刻的产品中，可以利用低压差线性稳压器改善LED的一致性，无需选择阻值不同的镇流电阻，具体电路如图2所示。图中LD0工作在稳压-稳流模式下，根据一只LED的正向电压的变化自动调节偏置电压。V5V(4 75V to 6.5V)IN OUTviyiMMA63GND SETup to 6LEDs at 20mALEDSHDNIT?乡 2xf” S-土 -a-09OOH (X PWM图2

5、：添加一片低成本的LDO,得到可自动调节的偏置电压，有效改善不同批次、不同厂商白光LED的匹配度。为考核图2电路性能，我们将上述A、B、C三种LED按照图2电路连接进行了测试，测试结果如表2.从表2可以计算出：相同厂商LED电流的一致性略有下降，但不同厂商的LED电流的一致性得到了较大改善，均方误差由3.27mA降低至0. 96mA. LED Current (mA)3 Random LEDsAvgStdevA20.920.920320.70.35B20.021.020.420.50.50C20.418.917.11894.45Stdev of AvgsAvg of Stdevs0.77表2：

6、为了评估图2电路的性能，我们对相同的三组白光LED进行了测试,从表2可以看出，不同厂商提供LED一致性得到了改善，由表1所示偏离标准值 3. 27mA 降至 0. 96mA.图2电路需选择带有外部电压调节引脚的LDO,如MAX8863,其反馈门限为1. 25V.选用S0T23封装的LDO可提高系统的性价比，因为多数S0T23封装的LDO带有关断控制，从而省去了图1电路中控制LED通/断或PWM亮度调节的N沟道MOSFET.另外，LDO还具有较宽的输入电压范围，当与其它电路共用同一5V电源时可以提供较高的电源抑制比此外，由厂商A提供的LED不会运行在“热”状态下，无需过多考虑散热问题。图3电路是

7、对图2电路的修正，每只LED的电流为15mA,适合便携产品的背光源要求。MAX8863可以驱动8只LED,每只LED电流为15mA.当LED正向电压较低、或镇流电阻的电流低于15mA时，所允许的输入电压更低。LDO是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下lOOmV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO （低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP.这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右；与之相比，使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。负输出LDO使用NPN作为它的传递设备，其运行模式与正输出LDO的PNP设备类似。Vin 5V(4.5V to 6.5V)IN OUTM1IAiMA8863GND SETup to 8 LEDs at 15mALEDSHDN0n0ff or PWM=一LL88S828S8图 3:MAX8863 LDO 可驱动 8 只 LED,同批次的LED可提供较好的亮度匹配。每只LED电流为15mA.对不同厂商、不