技术前沿：LED驱动与显示

AIOT大数据认为，LED显示主流研究方向主要在Mini LED、Micro LED等方面，与传统LED显示屏产品相比较，Mini LED和Micro LED存在着成本、价格、封装、防护、运输、安装、维护等一系列的优势，能够很好地解决传统 LED 显示存在的问题。

1）宽色域、色彩鲜艳：MiniLED 的色彩鲜艳度可以和 OLED 相媲美,可以实现 RGB 三原色的无缺失显示，并且可以覆盖较宽的色域。
2）对比度更优：MiniLED 背光可以将对比度提高到 100 万:1，通过配合复杂算法实现分区控制亮和暗或者关闭，改善传统背光没有分区点亮和变暗的功能的缺陷。
3）亮度、显示器厚度、黑边问题均有改善：MiniLED 相较标准 LCD 面板，可以实现高亮度下散热均匀，提供更高的亮度，有效控制局部黑边问题的同时减小显示器的厚度。

但要真正做好这一切，还得从最基础的LED驱动原理与实现开始。

什么是LED芯片？

LED简史

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识。1962年，通用电气公司的尼克•何伦亚克(NickHolonyakJr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。

LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，即固体封装，所以能起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

AIOT大数据认为，最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命、低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。

LED芯片原理

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-N结的材料决定的。

LED芯片发光原理

led芯片内部结构图

LED芯片的分类

MB芯片定义与特点

定义：Metal Bonding(金属粘着)芯片，该芯片属于UEC的专利产品。
特点：

采用高散热系数的材料 —— Si作为衬底，散热容易。

通过金属层来接合(wafer bonding)磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收。

导电的Si衬底取代GaAs衬底，具备良好的热传导能力(导热系数相差3~4倍)，更适应于高驱动电流领域。

底部金属反射层，有利于光度的提升及散热。

尺寸可加大，应用于High power领域，eg：42mil MB。

GB芯片定义和特点

定义：Glue Bonding(粘着结合)芯片，该芯片属于UEC的专利产品。
特点：

透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底，其出光功率是传统AS(Absorbable structure)芯片的2倍以上，蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底。

芯片四面发光，具有出色的Pattern图。

亮度方面，其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil)。

双电极结构，其耐高电流方面要稍差于TS单电极芯片。

TS芯片定义和特点

定义：transparent structure(透明衬底)芯片，该芯片属于HP的专利产品。
特点：

芯片工艺制作复杂，远高于AS LED。

信赖性卓越。

透明的GaP衬底，不吸收光，亮度高。

应用广泛。

AS芯片定义和特点

定义：Absorbable structure (吸收衬底)芯片，经过近四十年的发展努力，台湾LED光电业界对于该类型芯片的研发、生产、销售处于成熟的阶段，各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平，差距不大。
大陆芯片制造业起步较晚，其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距，在这里我们所谈的AS芯片，特指UEC的AS芯片，eg：712SOL-VR， 709SOL-VR， 712SYM-VR，709SYM-VR等。
特点：

四元芯片，采用MOVPE工艺制备，亮度相对于常规芯片要亮。

信赖性优良。

应用广泛。

LED芯片材料磊晶种类

LPE：Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP

VPE：Vapor Phase Epitaxy(气相磊晶法) GaAsP/GaAs

MOVPE：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有机金属气相磊晶法) AlGaInP、GaN

SH：GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(单异型结构)GaAlAs/GaAs

DH：GaAlAs/GaAs Double Heterostructure(双异型结构) GaAlAs/GaAs

DDH：GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure(双异型结构) GaAlAs/GaAlAs

LED芯片组成及发光

LED晶片的组成：主要有砷(AS)铝(AL)镓(Ga)铟(IN)磷(P)氮(N)锶(Si)这几种元素中的若干种组成。
LED晶片的分类：

按发光亮度分

一般亮度：R、H、G、Y、E等

高亮度：VG、VY、SR等

超高亮度：UG、UY、UR、UYS、URF、UE等

不可见光(红外线)：R、SIR、VIR、HIR

红外线接收管：PT

光电管：PD

按组成元素分

二元晶片(磷、镓)：H、G等

三元晶片(磷、镓、砷)：SR、HR、UR等

四元晶片(磷、铝、镓、铟)：SRF、HRF、URF、VY、HY、UY、UYS、UE、HE、UG

主流LED驱动方式及LED驱动电源选择技巧

LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是3伏左右的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。AIOT大数据认为，国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。

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。目前主流的几种LED驱动方式有如下几种：

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。

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。目前已逐渐为原边方案取代。

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，目前已成为主流驱动。

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。

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，在一段时间内并存。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。

LED驱动连接的四种方式

LED是一种固体半导体光源，它的发光原理主要是由于电子发生了跃迁，作为一种具有色彩丰富的光源，不仅因为体积小、亮度高、寿命长、电压低、安全性高、响应速度快，同时输出亮度可调节范围宽等优点。因此在日常生活当中应用很广泛，应用于广告牌、各种电子产品、各种设备、手持式设备等。

现在很多LED产品采用恒流驱动方式来驱动LED，LED连接方式也根据实际电路需要设计不同的连接方式，一般有串联、并联、混联以及阵列四种形式。

一、串联方式

这种串联连接的方式电路比较简单，首尾连接在一起，LED工作时流过的电流一致很好，由于LED属于电流型器件，因此基本可以保证每个LED的发光强度一致。采取这种LED连接方式的电路简单、连接方便。但是也有一个致命的缺点，那就是当其中一个LED发生开路故障时，将造成整个LED灯串的熄灭，影响了使用的可靠性，这就需要保证每个LED的质量过硬，这样可靠性也就相应的提高。

值得注意的是：如果采用LED恒压驱动电源来驱动LED，那么当某一个LED短路时候就会导致电路电流增大，当达到一定值时候LED就会损坏，从而导致后面的LED全部损坏，但是如果采用LED恒流驱动电源来驱动LED，当某一个LED发生短路时候电流基本保持不变，对后面的LED没有影响。不管哪一种方式驱动，一旦某个LED发生开路时候，整个电路都不会被点亮。

二、并联方式

并联方式特点是LED首尾并联连接，工作时每个LED上承受的电压相等。但是电流不一定相等，即使是同一种型号、同一种规格批次的LED也是如此，这是由于生产制造工艺等原因导致。因此，每个LED电流分配的不均可能使电流过大的LED寿命相对于其他的LED有损下降，久而久之容易烧坏。这种并联连接方式电路较为简单，但是可靠性也不高，特别LED数量较多情况下发生故障可能性更高。

值得注意的是：并联连接的方式所需要的电压较低，但是由于每个LED的正向压降不一样，导致每只LED的亮度不同，另外如果一只LED短路，那么整个电路会短路，其余LED都不能正常工作对于某一个LED断路，如果使用恒流驱动，则分配到余下的LED的电流会增大，进而可能导致余下的LED损坏，但是采用恒压驱动就不会影响整个LED电路的正常工作。

三、混联方式

混联就是采用串联和并联方式混合，先将几只LED串联，然后并联在一起接在LED驱动电源两端，在LED基本一致性情况下，采用这样的连接方式使得所有支路的电压基本相等，每一支路上流过的电流也基本一致。

值得注意的是：采用混联方式主要是应用在LED数量较多情况下，因为这种方式保证每分支中的LED故障最多只影响本分支的正常发光，比单纯的串联、并联形式提高了可靠性。目前很多大功率的LED灯具普遍采用的是这种方式，达到很实用的效果。

四、阵列方式

阵列方式主要构成形式是：分支以3个LED为一组，分别接入驱动器输出的Ua，Ub，Uc输出端。当一分支中的3个LED都正常时，3个LED同时发光；一旦其中有一个或两个LED失效开路时，可以保证至少有一个LED的正常工作。这样一来就能够大大地提高了每组LED发光的可靠性，也就能够提高整个LED发光的总体可靠性。采用这种方式需要多组输入电源，目的是为了提高LED 工作的可靠性，降低整体电路故障发生率。

LED的接线方式；串联，并联和串并联比较

电路的接线方式决定了电路正常工作所需的电压和电流。下方两条电路使用了五个160-1445-1-ND 2 LED。这是一个2V 20mA LED。如您所见，操作每条电路所需的电压和电流之间存在显著差异。

各并联元件具有相同的电压，但电流存在波动。

各串联元件具有相同的电流，但电压存在波动。

一般说来，大多数LED照明都使用串并联组合。

理想情况下，出于可靠性和照明连续性考虑，最好将一个LED灯条串联至恒流驱动器。而较长的LED灯条通常无法使用串联电路，因为驱动LED灯条需要非常高的电压，而且如果LED灯条中的一个LED烧坏，那么整个灯条都将熄灭。但如果采用组合式串并联接线，则只有灯条的一部分熄灭，剩余部分仍会发光。

AIOT大数据认为，当一个LED或多个LED烧坏、损坏或从采用组合恒流电路的LED灯条中断路时，剩余的LED也可能会损坏，因为对于其余的LED而言，原总固定电流可能过高。这是恒压驱动更易于使用且通常优先用于串并联组合电路的另一个原因。

LED恒流驱动器与恒压驱动器的比较

就LED灯珠、灯带或模块而言，一种保证其亮度一致性的办法就是使用专业的LED驱动器。共有两种类型的驱动器：

恒压驱动器 ——此类驱动器具有固定的电压输出，这取决于LED的额定电压。其输出电压是固定的。驱动器的电流输出将具有最大额定值。如果电路实际的电流需求未超出其电流额定值范围，即可正常工作。

恒流驱动器 ——此类驱动器具有固定的电流输出，这取决于LED所需的电流。电压输出是可变的。电压将随着使用的LED数量的变化而变化。需确保实际电压在额定电压范围内。

LED驱动器可以采用板装形式，也可以采用外部/内部(外接)式。在某些情况下，也可以使用交流/直流电源，具体取决于所使用的LED。了解所需的电压及电流规格，请查看相关LED的规格书。

以下是对恒流和恒压应用的典型用途的补充说明。

恒流驱动器通常能延长LED的预期寿命并改善光照连续性，特别是当需要调光时。LED是一种非线性物料，因此很难保持一致性。电压的小幅增加会导致电流呈指数级增加，如果调节不当，有时会损坏LED。

此外，恒流电路中也不易出现热逸溃，这提高了LED长时间工作的可靠性。热逸溃是指，元件的内部或外部产生的热量本身引起偏置，使正向电阻下降（降低电压差），并使通过设备的电流上升。虽然恒压驱动器是以电压为参数进行调节的，但LED的电压降本身可能会随着LED的打开或温度升高而出现波动。恒流驱动器在纯串联电路中较为常见，但也可用于一些串并联组合电路。

AIOT大数据认为，在组合恒流电路中，当有一个或多个LED烧毁、损坏或从灯带上移除时，可能会损坏剩余的LED，因为固定电流对于剩余的LED而言可能过高。

恒压驱动器更常见于多色显示器，以及带有内置电阻或其他限流装置的串并联组合LED灯带中。可寻址LED通常也需要使用恒压驱动器，因为这类产品通常会在每个LED中配置一个恒流驱动芯片。相比较而言，恒压驱动器操作起来更方便，因为只要驱动器的电流等于或高于LED使用时的总电流，你就可以在电路中随意添加或移除LED。

尽管建议在LED照明时使用LED驱动，但业界普遍用此类工业电源来“驱动”LED照明。尽管这些电源具有非常紧密的电压输出允差，但它们可能无法提供特定的LED照明所需的参数规格，如THD（总谐波失真）和纹波规格。较专门的LED驱动器，工业电源产品输出可能会有一些THD（总谐波失真）和纹波，但由于规格书中一般不会明确指出，因此无从得知。

LED驱动电源的结构、特点与分类

一、什么是LED驱动电源

LED驱动电源其实说白了就是电源的一种，只不过是一种特定的电源，这种电源以电压或者电流来驱动LED发光。因此LED驱动电源输入部分一般包含几个部分：工频市电、低压直流、高压直流、低压高频交流等；而输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED驱动电源核心元件包括输入滤波器件、开关控制器、电感、MOS开关管、反馈电阻、输出滤波器件等。另外有些驱动电源还有输入过压/欠压保护开路保护、过流保护等。

二、LED驱动电源特点

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散热非常重要。电源的效率高，那么它的耗损功率也就小，在灯具内部的发热量就小，灯具的温升也会小有利于延缓LED的光衰；

3、高功率因素：功率因素是电网对负载的要求。一般70W以下的用电器，没有硬性指标。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，但是晚上照明量大，同类负载太过于集中，会对电网产生较严重的污染。对于30W~40W的LED驱动电源，或许在以后会对功率因素方面有一定的指标要求；

4、驱动方式：目前一般有两种驱动方式：①一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；②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；

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就显得很重要。有些安装在户外的LED，比如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。所以LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入、保护LED不会被损坏的能力。

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：对于安装在户外或者复杂的环境的灯具，电源结构需要有防水、防潮耐高温等要求；

8、安规：LED驱动电源产品需要符合安规标准和电磁兼容的要求；

9、其他：例如LED驱动电源需要与LED寿命相匹配等。

三、LED驱动电源分类

1、按驱动方式分为恒流式和恒压式

1）恒流式：恒流式电路特点是输出电流恒定，输出电压随着负载电阻大小变化而变化，恒流式电源驱动LED是较为理想的方案并且不怕负载短路，LED亮度一致性较好。缺点：成本昂贵、禁止负载完全开路、LED数量不宜过多，因为电源都有最大承受电流以及电压。

2）恒压式：恒压式驱动电路特点是输出电压恒定，输出电流随着负载电阻大小变化而变化，电压不会很高。缺点：禁止负载完全短路、电压波动会影响LED亮度。

2、按电路结构分为电容降压、变压器降压、电阻降压、RCC降压、PWM控制式

1）电容降压：采用电容降压方式的LED电源容易容易受电网电压波动的影响，冲击电流过大，电源效率低，但是结构简单

2）变压器降压：这种方式转换效率低下，可靠性不高，变压器笨重

3）电阻降压：这种方式与电容降压方式差不多，只不过电阻需要消耗更大的电能，因此电源效率也是比较低下；

4）RCC降压式：这种方式应用的就多一点，不仅因为它的稳压范围宽，同时它的电源利用效率也能达到70%多，但是它的负载电压纹波较大；

5）PWM控制式：采用PWM这种方式就不得不提一下了，因为就现在而言PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的，这种LED驱动电源输出电压或电流都很稳定，电源转换效率也能达到80%，甚至90%以上，值得注意的是，这种电源还可以附加多重保护电路。

3、按输入输出是否隔离可分为隔离式和非隔离式

1）隔离式：隔离是为了安全起见，通过变压器将输入输出进行隔离。常见拓扑类型有正激式、反激式、半桥式、全桥式和推挽式等。正激式和反激式拓扑多用于小功率场合，器件少而简单易行，其中反激式的输入电压范围宽，常与PFC结合在一起,其应用更加广泛是反激式隔离驱动。

2）非隔离式：隔离型驱动器一般由电池、蓄电池、稳压电源供电，主要用于便携式电子产品、矿灯、汽车等用电设备。

常见LED驱动电源

LED电源有很多种类，各类电源的质量、价格差异非常大，这也是影响产品质量及价格的重要因素之一。LED驱动电源通常可以分为三大类，一是开关恒流源，二是线性IC电源，三是阻容降压电源。

1、开关恒流源

采用变压器将高压变为低压，并进行整流滤波，以便输出稳定的低压直流电。开关恒流源又分隔离式电源和非隔离式电源，隔离是指输出高低电压隔离，安全性非常高，所以对外壳绝缘性要求不高。非隔离安全性稍差，但成本也相对低，传统节能灯就是采用非隔离电源，采用绝缘塑料外壳防护。

开关电源的安全性相对较高（一般是输出低压），性能稳定，缺点是电路复杂、价格较高。开关电源技术成熟，性能稳定，是目前LED照明的主流电源。

2、线性IC电源

采用一个IC或多个IC来分配电压，电子元器件种类少，功率因数、电源效率非常高，不需要电解电容，寿命长，成本低。缺点是输出高压非隔离，有频闪，要求外壳做好防触电隔离保护。

市面上宣称无（去）电解电容，超长寿命的，均是采用线性IC电源。IC驱电源具有高可靠性，高效率低成本优势，是未来理想的LED驱动电源。

3、阻容降压电源

采用一个电容通过其充放电来提供驱动电流，电路简单，成本低，但性能差，稳定性差，在电网电压波动时极容易烧坏LED，同时输出高压非隔离，要求绝缘防护外壳。功率因数低，寿命短，一般只适于经济型小功率产品（5W以内）。

功率高的产品，输出电流大，电容不能提供大电流，否则容易烧坏。另外，国家对高功率灯具的功率因数有要求，即7W以上的功率因数要求大于0.7，但是阻容降压电源远远达不到（一般在0.2-0.3之间），所以高功率产品不宜采用阻容降压电源。市场上，要求不高的低端型的产品，几乎全部是采用阻容降压电源，还有一些高功率的便宜的低端产品，也是采用阻容降压电源。

LED开关电源与驱动电源的区别

概括地说，LED驱动也是开关电源的一种，只是它有几点特殊性，也是这类开关电源的共性，所以习惯上把它分类称为LED驱动了。

AIOT大数据认为，这几点特殊性是：

它的电压输出是3.2的倍数，就是说电压输出的形式为3.2V、6.4V、9.6V、12.8V，但最多一般不超过25.6V。因为超过这个数后，在开启LED的时候，会因产品的一致性不好而发生瞬间烧毁最后导通的那只LED的可能性。而且这个电压也不是恒定的，是随负载的变化而变化，以达到恒流的目的。

它的输出电流是恒定的，理想的电路是无论LED的特性曲线怎么变化，驱动电源的电流保持不变。但限于元件精度，还是会有少量的变化的，而这个变化也是判断驱动电路是否优秀的重要参数，LED的导通与电压的函数是一个非线性的“三段”关系，所以保持恒流非常重要。

它的启动是软启动。由于LED的一致性非常差，并且在导通时内部PN结的活性发生瞬间变化，所以LED的驱动一般设计为软启动，来避开这个缺陷。

它的电路要求最简单，因为很多时候，要求电路装在一个很小的空间里，以配合LED照明的方便性，所以电路应尽可能的简单，这样也能节约成本、减少能耗。

它一般不要求隔离，因为很多产品是类似于普通照明灯一样的结构，安全方面可与照明灯相仿就是。但这第一条是一个“选读项”，大家在了解的时候不要有误解，因为有的驱动还是需要隔离的，这个特点只适用于我们目前流行的电路，而不一定适合以后的电路发展需要。

综上所述，可以认为：软启动、恒流、阶跃电压、电路简单是它的特点。

这里再指出一点：

很多人片面的强调恒流，但却闭口不提电压，是不对的。因为恒流的概念与电压无关，比如一个电源，如果仅仅是30V输出的恒流，那么当你开路的时候，它的电压就是30V了；这时你如果接上LED，那么这个直接用PN结工作的元件，会在最精确电路的反应之前烧掉的。

因为任何电路都需要有反应时间，而电路里的工作器件就是半导体。PN结在电源给出取样信号后才能反应过来，而LED的PN结直接就开始工作了，所以它的“反应”比电路中“众多的PN结配合”来得快，提前烧掉！当然也有特殊场合下用这种驱动的，但这种LED的驱动不允许输出端开路的。准确的说是“不允许输出端开路后再接上LED”。

10个可能导致LED驱动失效的原因

基本上可以说LED驱动器的主要作用是将输入的交流电压源转换为输出电压可随LED Vf（正向导通压降变化的电流源。做为LED照明中的关键部件，LED驱动器的品质直接影响到整体灯具的可靠性及稳定性。本文从LED驱动等相关技术及客户应用经验出发，整理分析灯具设计及应用中诸多的失效情况。

1、未考虑LED灯珠Vf变化范围

LED灯具负载端，一般由若干数量的LED串并 联组成，其工作电压Vo＝Vf＊Ns，其中Ns表示LED串联数量。LED的Vf随温度变动而变动，一般情况下，在恒定电流时，高温时Vf变低，低温时Vf变高。因此，高温时LED灯具负载工作电压对应为VoL，低温时LED灯具负载工作电压对应为VoH。在选用LED驱动器时需考虑驱动器输出电压范围大于VoL～VoH。

如果选用的LED驱动器最大输出电压低于VoH，可能导致低温时灯具的最大功率达不到实际所需功率，如果选用的LED驱动器最低电压高于VoL，则高温时可能驱动器输出超出工作范围，工作不稳定，灯具会有闪烁等情况。

但综合成本及效率考虑，不能一味追求LED驱动器超宽输出电压范围：因为驱动器电压只在某一个区间时，驱动器效率才是最高的。超过范围后效率、功率因数（PF）都会变差，同时驱动器输出电压范围设计太宽，则导致成本升高，效率无法优化。

2、未考虑功率余量及降额要求

一般情况下，LED驱动器的标称功率是指额定环境、额定电压情况下测得的数据。考虑到不同客户会有不同的应用，多数LED驱动器供应商会在自家的产品规格书上提供功率降额曲线（常见的有负载vs环境温度降额曲线及负载vs输入电压降额曲线）。

图1 负载vs环境温度的功率降额曲线

如图1所示，红色曲线表示LED驱动器在输 入120Vac情况下，其负载随环境温度变化的功率降额曲线。当环境温度低于50℃时，驱动器允许100％满载，当环境温度高达70℃时，驱动器只能降额到60％的负载，当环境温度在50－70℃之间变化时，驱动器负载随温度上升而线性下降。

蓝色曲线则表示LED驱动器在输入230Vac或 277Vac情况下，其负载随环境温度变化的功率降额曲线，其原理类同。

图2 负载vs输入电压的功率降额曲线

如图2所示，蓝色曲线表示LED驱动器在环境温度55℃时，其输出功率随输入电压变化的降额曲线。当输入电压为140Vac时，驱动器的负载允许100％满载，随着输入电压下调；若输出功率不变，输入电流将上升，导致输入端损耗加大，效率降低，器件温度上升，个别温度点将可能超标，甚至可能导致器件失效。

因此，如图2当输入电压小于140Vac时，要求驱动器的输出负载随输入电压减小而线性减小。看懂如上降额曲线及相应要求后，选用LED驱动器时就应该根据实际使用时的环境温度情况及输入电压情况，综合考虑及选择，并适当留出降额余量。

3、不了解LED的工作特性

曾有客户要求灯具输入功率为固定值，固定5％误差，只能针对每盏灯去调节输出电流达到指定功率。由于不同工作环境温度，及点灯时间不同，每一盏灯的功率还是会有较大差异。

客户提出这样的要求，虽然有其市场推广及商务因数的考虑。但是，LED的伏安特性决定LED驱动器为恒定电流源，其输出电压随LED负载串联电压Vo变化而变化，在驱动器整机效率基本不变的情况下，其输入功率随Vo变化。

同时，LED驱动器在热平衡后整体效率会有所上升，在相同输出功率的条件下，相比于开机时刻，输入功率会下降。

所以，LED驱动器的应用者在拟定需求时，应先了解LED的工作特性，避免提出一些不符合工作特性原理的指标，同时避免出现远超实际需求的指标，避免质量过剩和成本浪费。

4、测试中失败

曾经有客户采购过很多品牌的LED驱动器，但是所有样品都在测试过程中失效。后来到现场分析后发现，客户采用自偶调压器直接给LED驱动器供电进行测试，上电后将调压器从0Vac逐渐上调到LED驱动器额定工作电压。

这样的测试操作，很容易使得LED驱动器在很小的输入电压时就启动并带载工作，而此种情况会导致输入电流远远大于额定值，内部输入端相关器件，如保险丝、整流桥、热敏电阻等因电流超标或过热而失效，导致驱动器失效。

因此正确的测试方法是将调压器调到LED驱动器额定工作电压区间，再接上驱动器上电测试。

当然，从技术上改善设计也可以规避此种测试误操作导致的失效问题：在驱动器输入端设置启动电压限制电路及输入欠压保护电路。当输入未达到驱动器设定的启动电压时，驱动器不工作；当输入电压降低到输入欠压保护点时，驱动器进入保护状态。

因此，即使客户测试过程中依然采用自偶调压器的操作步骤，驱动器具备自我保护功能而不至于失效。但是客户在测试之前一定要仔细了解所购的LED驱动器产品是否具备这项保护功能（考虑到LED驱动器的实际应用环境，目前多数LED驱动器不具有此项保护功能）。

5、不同负载，测试结果不同

LED驱动器带LED灯测试时，结果正常，带电子负载测试时，结果就可能异常。通常这种现象有以下原因：

（1）驱动器的输出瞬间电压或功率超出电子负载仪的工作范围。（尤其在CV模式下，最大测试功率不应超过负载最大功率的70％，否则加载时负载可能会瞬间过功率保护，导致驱动器无法正常工作或加载。）

（2）所用电子负载仪的特性不适用于测恒流源，出现负载电压档位跳变，导致驱动器无法正常工作或加载。

（3）因为电子负载仪的输入内部都会有一个大的电容，测试就相当于在驱动器输出并联了一个大电容，可能导致驱动器的电流采样工作出现不稳定。

因为LED驱动器设计就是为了符合LED灯具工作特性的，最接近实际与真实应用的测试方式应该是用LED灯珠作为负载，串上电流表及电压表来测试。

6、常发生的一下状况会导致损坏

将AC接到了驱动器的DC输出端，导致驱动器失效；

将AC接到了DC／DC驱动器的输入或输出，导致驱动器失效；

将恒流输出端与调光线接到了一起，导致驱 动器失效；

将相线接到了地线上，导致驱动器无输出及 外壳带电；

7、相线接错

通常户外工程应用都是3相四线制，以国标为例，每个相线与零线间的额定工作电压是220Vac，相线与相线间的电压是380Vac。如果施工工人将驱动器输入端接到两根相线上，则通电后，LED驱动器输入电压超标导致产品失效。

图3 零线开路图

如图3所示，V1表示第一相电压，V2表示第二相电压，R1及R2分别表示正常安装到线路中的LED驱动器。当线路上零线（N）如图断开时，两个支路上的驱动器R1，R2相当于串联后接到380Vac电压上。因为输入内阻差异，当其中一个驱动器充电到启动时，内阻变小，电压可能大部分加到另外一个驱动器上，导致其过压损坏失效。因此建议同一配电支路上，开关或断路器要一起断，不能只断开零线。配电保险丝不要放在零线上，线路上要避免零线接触不良。

8、电网波动范围超出合理范围

当同一个变压器电网支路配线太长，支路中有大型动力设备时，在大型设备启停时，电网电压会剧烈波动，甚至导致电网不稳。当电网瞬时电压超过310Vac时有可能损坏驱动器（即使有防雷装置也无效，因为防雷装置是应对几十uS级别的脉冲尖峰，而电网波动可能达到几十mS，甚至几百mS）。因此，路灯照明支路电网上有大型电力机械时要特别注意，最好监测下电网波动幅度，或单独电网变压器供电。

9、线路频繁跳闸

同一支路上的灯接得太多，导致某一相电上的负载过载，及各相之间功率分布不均，从而致使线路频繁跳闸。

10、驱动器散热

当驱动器安装在非通风环境下，应该尽量将驱动器外壳与灯具外壳接触，条件允许的话，在外壳与灯壳的接触面上涂导热胶或贴导热垫，提高驱动器的散热性能，从而保证驱动器的寿命及可靠性。

综上所述LED驱动器在实际应用中有很多细节需要注意，很多问题都需要提前分析、调整，避免不必要的失效与损失！

LED驱动电源都有哪些参数？

LED驱动电源你了解多少？

■输入电压范围

使用者看到电源上的标示输入电压范围是85-265VAC而实际使用时候则是100-240VAC，其实在安规认证时，便会进行所谓加严±10%测试（IEC60950加严+6%-10%），所以电源供应器规格书定义的电压范围在使用上是不会有问题；而电源上标示则是满足安规规范，且确保使用者能正确输入电源。

■功率因数（PFC）

PFC（Power Factor Correction）功率因素校正，主要为改善电源供应器输入端有效功率与视在功率的比值。一般不含PFC线路的机型，其输入端的功率因子只有0.4~0.6，而具有主动式PFC线路则可以达0.95以上，其相关式如下：

视在功率=输入电压×输入电流（VA）

有效功率=输入电压×输入电流×功率因素（W）

以环保的观点：电力公司发电厂必须产生大于视在功率的电能，其发电机组才可以稳定供给市场电能需求，而电能的实际使用则是有效功率。如果功率因子为0.5，表示发电机组发出大于2VA电力，才能安全供给电能1W的需求，其能源运作效益差。反之，若功率因素改善为0.95，则电力公司发电机组只要发出大于1.06VA电力，供给电能1W的需求便无问题，能源的运作效益较佳。

■保护功能

过电压/过电流/过载/过温度故障保护是指电源供应器因输入电源，负载，环境，冷却电路或装置失效等内外条件的变化而威胁到电源的安全，导致电源不能正常工作时，电源的相关电路功能被激活而发生的保护动作。

OVP:过压保护（Over Voltage Protection）。开关电源电路的一个特性，在输出端出现不正常的高电压时保护开关电源和负载。

欠压保护：当被保护线路的电源电压低于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通。

OCP:过流保护（Over Current Protection）。在直流开关电源电路中，为了保护调整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是，当输出电流超过某一值时，调整管处于反向偏置状态，从而截止，自动切断电路电流。

短路保护Short Circuit Protection:在短路时限制开关电源的输出电流到一个安全值以保护开关电源不受损坏。

OTP:过热保护电路（Over Temperature Protection。直流开关电源中开关稳压器的高集成化和轻量小体积，使其单位体积内的功率密度大大提高，因此如果电源装置内部的元器件对其工作环境温度的要求没有相应提高，必然会使电路性能变坏，元器件过早失效。因此在大功率直流开关电源中应该设过热保护电路。

保护（动作）有以下几种方式:

1. 重启（断开电源后再次接通，电源则恢复正常。分自动和手动两种）；

2. 打嗝（hiccup：间断式输出）；

3. Fold back limiting（在负载接近短路时，能线性地降低输出电流至正常值的方法）；

4. 限流（Constant current lim或称恒流，可限制输出电流不因负载的过载或短路而无限增长。即使负载出现短路状况也不会导致设备停机和电源损坏）。

5. 宕机过电流/过载/过电压/过温度故障，通常指输出电流/功率/（或输入）电压及散热器温度超过电源的额定值以上的保护阈值时危险状态。

■浪涌电流

交换式电源供应器在输入电源送电的瞬间会出现一短暂（1/2~1电源周期，EX：60Hz电源1/120~1/60秒）的大电流（依产品设计约为20~60A，请参考产品规格书），产品开机之后便恢复正常电流输入，每次都在电源输入端送电的瞬间才会出现，此为正常现象，并不会造成电源供应器的损坏。但不建议持续对电源供应器开机/关机。另应注意，如果使用多台电源供应器同时间开机时，有可能会造成系统配电的保护开关跳脱动作，建议多台电源供应器间延时开机，或采用电源产品的遥控功能进行产品的顺序延时开机。

■输出电压精度

输出电压精度是指实际输出电压与额定输出电压的差值，这个误差是由线路稳定度和负载稳定度的叠加值。通常该参数在+/-1%线路稳定度是指当输入电压在允许范围的最大值和最小值之间变化时，输出电压偏离额定电压的百分比。负载稳定度是指当输出负载电流在允许范围的最大值和最小值之间变化时，输出电压偏离额定电压的百分比。

为什么用恒流电源驱动LED灯具？

LED的寿命是指发生光衰的时间，恒流驱动由于控制住了LED的电流，确保了LED芯片的结温不会过高，防止了半导体芯片，封装材料，荧光材料的异常老化。LED的发光强度就不会过快降低（即光衰）。采用其他类型的电源因不能控制LED的电流恒定，因其温升不易得到控制，导致了光衰的发生。

LED的发光强度与电流大小成正比，因此，LED驱动电源需要具有恒流输出特性，以保证LED在使用过程中能获得稳定的发光强度和厂家保证的长寿命。恒流电源为了保证恒流驱动LED,则LED必须串联，才能保证电路内的每一个LED的电流都相等且恒定。当LED灯组的功率需求越来越大时，LED串联数就越来越多，电压需求正比于串联数，结果电压就越来越高，安全就易出问题，制造和使用要求会更严格，这就会给电源带来成本升高和使用的困难。因此大功率LED的驱动就出现了低压驱动的要求。

CV+CC的电源是可以工作在恒压，也可以工作在恒流上。

■IP等级

效率Efficiency:用百分比表示的总输出功率对有源输入功率的比率。即：效率=输出功率/输入功率*100%。

额定功率：指电源的最大输出功率（电压V和电流A的乘积）。

EMC:电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS(电磁耐受性)两部门，所谓EMI电磁干扰，为开关电源传导或辐射的有害能量。而EMS指开关电源在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

纹波：由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成分，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。

输出纹波和噪声Ripple and Noise,Output:在规定的带宽内，开关电源输出交流电压的幅度，通常用毫伏级的峰峰值或RMS值表示。

总谐波失真：Total Harmonic Distortion,简称THD。是指用信号源输入时，输出信号（谐波及其倍频成分）比输入信号多出的额外谐波部分，通常用百分数来表示。一般说来，1000Hz频率处的总谐波失真最小，因此不少产品均以该频率的失真作为它的指标。所以测试总谐波失真时，是发出1000Hz的声音来检测，这一个值越小越好。

过冲（Over shoot）和下冲（Under shoot）:过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压—对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误。

工作环境温度Temperature,Operating Ambient:开关电源可以合理的电气指标和稳定性工作的温度范围。除非规定如此，否则不要认为开关电源在整个的温度范围内都可以输出满功率，也不是说开关电源在整个工作温度范围内都能保持同样的电气指标。

PWM：脉冲宽度调制（Pluse Width Modulation）:一种开关电源使用的电压调整方法，指仅通过改变脉冲序列的宽度控制输出。

工程师十年总结：LED驱动设计经典问题解答

通过十多年对LED设计的潜心研究和学习。本人收集了LED应用设计中一些经典性的基础问题分享给大家。其中涉及到内容有单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率异同分析，LED的结温原理及结温升高会对LED产生的影响问题，静电破坏的原理以及列举一些类型的LED容易受静电破坏导致失 效，探讨LED路灯防雷能用一个压敏电阻的问题，解读设计高品质LED驱动电路的方法和选择和设计LED驱动电源时要考虑哪些因素等问题。

问：单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率有什么异同?

答：针对某一个特定的LED，加上规定的正向偏置，如加上IF=20mA正向电流后(对应的VF≈3.4V)，测得的辐射光通量Φ=1.2lm，则这个 LED的流明效率为η=1.2lm×1000/3.4V×20mA=1200/68≈17.6lm/W。显然，对单个LED，如施加的电功率 Pe=VF×IF，那么在这个功率下测得的辐射光通量折算为每瓦的流明值即为单个LED的流明效率。

但是，作为一个灯具，不论LED PN结上实际加上的功率VF×IF是多少，灯具的电功率总是灯具输入端口送入的电功率，它包括电源部分(如稳压器、稳流源、交流整流成直流电源部分等)所消耗的功率。灯具中，驱动电路的存在使它的流明效率比测试单个LED的流明效率要下降。电路损耗越大，流明效率越低，因此，寻找一种高效率的LED驱动电 路就显得极为重要。

问：什么是LED的结温?结温升高会对LED造成什么影响?

答：LED基本结构是一个半导体的PN结。当电流流过LED器件时，PN结的温度将上升，严格意义上说，就把PN结区的温度定义为LED的结温。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。

当PN结的温度(例如环境温度)升高时，PN结内部的杂质电离加快，本征激发加速。当本征激发产生的复合载流子的浓度远远超过杂质浓度时，本征载流子的数量增大的影响较之迁移率减小的半导体电阻率变化的影响更为严重，导致内量子效率下降，温度升高又导致电阻率下降，使同样IF下，VF降低。如果不用恒流源 驱动LED，则VF降将促使IF指数式增加，这个过程将使LED PN结上温升更加快，最终温升超过最大结温，导致LED PN结失效，这是一个正反馈的恶性过程。

PN结上温度升高，使半导体PN结中处于激发态的电子/空穴复合时从高能级向低能级跃迁时发射出光子的过程发生退化。这是由于PN结上温度升高时，半导体 晶格的振幅增大，使振动的能量也发生增加，当它超过一定值时，电子/空穴从激发态跃迁到基态时会与晶格原子(或离子)交换能量，于是成为无光子辐射的跃 迁，LED的光学性能退化。

另外，PN结上温度升高还会引起杂质半导体中电离杂质离子所形成的晶格场使离子能级裂变，能级分裂受PN结温度的影响，这就意味着由于温度影响晶格振动， 使其晶格场的对称性发生变化，从而引起能级分裂，导致电子跃迁时产生的光谱发生变化，这就是LED发光波长随PN 结温升而变化的原因。

综上所述，LEN PN结上的温升会引起它的电学、光学和热学性能的变化，过高的温升还会引起LED封装材料(例如环氧、荧光粉等)物理性能的变化，严重时会导致LED失效，所以降低PN结温升，是应用LED的重要关键所在。

问：什么是静电破坏?哪些类型的LED容易受静电破坏导致失效?

答：静电实际上是由电荷累积构成。人们在日常生活中，特别在干燥天气环境中，当用手去触摸门窗类物品时会感觉“触电”，这就是门窗类物品静电积累到一定程 度时对人体的“放电”。对于羊毛织品、尼龙化纤物品，静电积累起来的电压可高达一万多伏特，电压十分高，但静电功率不大，不会威胁生命，然而对于某些电子器件却可以致命，造成器件失效。

LED中用GN基构成的器件，由于是宽禁带半导体材料，它的电阻率较高，对于InGaN/AlGaN/GaN的双异质结蓝色光LED，其InGaN的有源 层的厚度一般只有几十纳米，再由于这种LED的两个正、负电极在芯片同一面上，之间距离很小，若两端静电电荷累积到一定值时，这一静电电压会将PN击穿， 使其漏电增大，严重时PN结击穿短路，LED失效。

正因为存在静电威胁，对于上述结构的LED芯片和器件在加工过程中对加工厂地、机器、工具、仪器，包括员工服装均要采取防静电措施，确保不损伤LED。另外，在芯片和器件的包装上也要采用防静电材料。

问：LED路灯防雷能用一个压敏电阻吗

答：关于路灯的防雷设计并非是一个简单的问题。首先要了解你的路灯系统方案全貌架构，如采用AC--》开关电源--》恒流源 --》LED光源的方案，那么，你应该首先考虑开关电源的防雷，雷击的侵入往往是由AC电线导入的，先被侵害的主体应该是开关电源，经开关电源输出 的直流电压理论上是一干净的电源，至此雷击对恒流源的影响已经很小了。LED路灯一般是买现成的开关电源来配套，因此你在选用时特别选购能防雷击的开关电 源，即在开关电源的输入端已设置防雷击电路。

问：隔离型与非隔离型驱动方案各有何优缺点?应用中如何选择?

答：所谓隔离，是指输入与输出间没有直接的电气连接关系，从安全的要求讲，一般要求输入/输出间耐压在3KV以上。目前的隔离型方案多是以变压器作为隔离元件的AC/DC的反激式(Flyback)电路方案，因此相对电路较复杂、成本较高。而非隔离型基本是采用功率电感的DC/DC的升压(Boost)或 降压(Buck)电路，相对电路较简单，因而成本也相对较低。

由于电路上差异较大，大多数的芯片都不具备同时实现两种方案的可能。从恒流精度上看，隔离型可以做到±5%以内，而非隔离型则很难做到。

目前在以市电为输入电源的LED灯具中(特别是驱动与光源一体的灯具)，本着安全第一的原则，基本已不需再采用非隔离型方案。但也有例外，LED日光灯管 由于受到结构和空间的制约，仍还用非隔离型方案。在低压供电的LED灯具中，以效率和成本优先的原则，非隔离型方案是最佳的选择。

问：LED被静电击穿的原理和过程是怎么样的?会有何影响?

答：LED属于半导体类元件，它的PN结是直接裸露在外头的，很容易接触静电。当LED两个电极上极性不同的电荷积累(产生电荷或者转移过来的电荷)到一 定的程度，又得不到及时释放，电荷能量一旦超过LED芯片最大承受值时，电荷将以极短的瞬间(纳秒级别)在LED两个电极层之间进行放电，产生功率焦耳的热量，在导电层之间局部(往往是电阻值最小、电极周边的)会形成1400℃以上的高温，高温将会把导电层之间熔融成一些小孔，从而造成漏电、暗亮、死灯、电性飘移等现象。

这个击穿LED的静电能量它并非就是一个高压，学术的讲是一个能量，它取决于电荷的量和的时间长短这两个核心系数。放电刹那的时间越短威力越大，电荷越多威力也越大。静电击穿LED是个非常复杂的过程，因此，测试LED抗静电时的模拟设计也是一项很复杂、很严谨的测试。

被静电击损后的LED如果是比较严重的往往是死灯、漏电。轻微的静电损伤，LED一般没有什么异常，但此时，该LED已经有一定的隐患，当它受到二次静电损伤时，那就会出现暗亮、死灯、漏电增大啦。

问：如何设计高品质LED驱动电路?

答：LED光源是一种长寿命光源，理论寿命可达50000($4.1464)小时，但应用电路设计不合理、电路元器件选用不当、LED光源散热不好，都会影响它的使用寿命。特别是在应用电路里，作为AC/DC整流桥的输出滤波器的电解电容器，它的使用寿命在5000小时以下，这就成了制造长寿命LED灯具技术的拦路虎，设计 生产可在应用电路里省去电解电容器的新一代LED驱动IC是可行的解决方案。

此外，对新一代LED驱动IC的设计必须打破传统的DC/DC拓扑结构设计理念，如采用恒功率、不采用磁滞控制的降压型而采用定频定电流控制、解决使用卤 素灯电子变压器所产生的灯源闪烁和多灯并联不亮问题等等;还必须解决LED驱动IC在多种应用电路中能过EMC、安规、CE、UL等认证;应用电路应力求 简洁、使用元器件少;隔离与非隔离的应用历来是商家在安全与效率之争焦点;提高PWM控制器的占空比等等。

问：选择和设计LED驱动电源时要考虑哪些因素?

答：LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压 直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。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。虽然功率小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：一种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。此方式，组合很灵活，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，但是灵活性差，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，在一段时间内并存。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.防护灯具外安装型，电源结构要防水。

LED驱动芯片

LED驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片两种

所谓的通用芯片，其芯片本身并非专门为LED而设计，而是一些具有LED显示屏部分逻辑功能的逻辑芯片（如串2并移位寄存器）。

而专用芯片是指按照LED发光特性而设计专门用于LED显示屏的驱动芯片。LED是电流特性器件，即在饱和导通的前提下，其亮度随着电流的变化而变化，而不是靠调节其两端的电压而变化。因此专用芯片一个最大的特点就是提供恒流源。恒流源可以保证LED的稳定驱动，消除LED的闪烁现象，是LED显示屏显示高品质画面的前提。有些专用芯片还针对不同行业的要求增加了一些特殊的功能，如具备LED错误侦测、电流增益控制和电流校正等。

驱动IC的演进

上个世纪90年代，LED显示屏应用以单双色为主，采用的是恒压驱动IC。1997年，我国出现了首款LED显示屏专用驱动控制芯片9701，从16级灰度跨越至8192级灰度，实现了视频的所见即所得。随后，针对LED发光特性，恒流驱动成为全彩LED显示屏驱动的首选，同时集成度更高的16通道驱动替代了8通道驱动。20世纪90年代末，日本Toshiba、美国Allegro和Ti等公司相继推出16通道的LED恒流驱动芯片，21世纪初，中国台系企业的驱动芯片也相继量产和使用。如今，为了解决小间距LED显示屏PCB布线的问题，一些驱动IC厂家又推出了高集成的48通道的LED恒流驱动芯片。

驱动IC的性能指标

在LED显示屏的性能指标中，刷新率和灰度等级以及图像表现力是最为重要的指标之一。这要求LED显示屏驱动IC通道间电流的高一致性、高速的通信接口速率以及恒流响应速度。过去，刷新率、灰阶以及利用率三方面是一种此消彼长的关系，要保证其中之一或其中之二的指标能够较为优异，就要适当牺牲剩下的一直两个指标。为此，很多LED显示屏在实际应用中很难两全其美，要么是刷新不够，高速摄像器材拍摄下容易出现黑线条，要么是灰度不够，色彩明暗亮度不一致。随着驱动IC厂商技术的进步，目前已经在三高问题上有所突破，已经能够解决好这些问题。

在LED全彩显示屏的应用中，为了保证用户长时间用眼的舒适度，低亮高灰成为考验驱动IC性能的一个尤为主要的标准。

LED 驱动芯片的发展趋势

①线性恒流方案带来高度集成化的 LED 智能应用

线性恒流驱动是根据 LED 特性所开发的一种更简单、直接的全新驱动方式，可以省去部分磁性元件，减低了电磁兼容性的隐患，在稳定性、寿命方面要优于传统驱动方式；在智能照明领域，线性恒流驱动方案在集成电路设计时就带有智能调光端口，可以实现智能调光，更具备发展优势。

②LED 显示屏小间距趋势下，驱动芯片高度集成化发展

在 LED 显示屏小间距化趋势下，随着灯珠间距的缩小，单位面积使用的灯珠数目呈指数增长，LED 屏上需要放置更多的 LED 显示驱动芯片。驱动芯片要突破尺寸缩小、电流显示均匀性好、芯片输出电流通道间相互串扰小、可靠性高等一系列难题，在集成更多数量晶体管提升 IC 性能的同时，需将多个功能模块封装在同一个 IC 里从而实现功能的多样化，形成高度集成化的驱动 IC 产品。

③LED 新应用场景不断拓展，驱动芯片发展多样化

随着 LED 技术不断进步，催生了下游的新兴需求，LED 的智能化显示功能可以应用到多种场景和电子产品中，包括汽车氛围灯、LED 透明广告屏，以及智能音箱、智能闹钟等各种电子产品的阵列显示中。而且，随着 LED 显示屏小间距化发展，LED 显示将实现电视领域的商用，并进一步进入可穿戴设备、显示器、手机、扩增实境/虚拟实境（AR/VR）等消费电子领域。LED 的应用场景不断拓展，LED 驱动芯片企业需要持续进行研发投入，多样化发展，以满足不同产品的应用需求。

④国产化替代程度进一步提高，并将逐步实现优势技术输出

LED 驱动集成电路行业发展日趋成熟，国内整体技术水平已逐步赶上，国内驱动 IC 企业在国际上竞争力显著提高，尤其是在高性价比方面有较大优势，逐步实现 LED 驱动 IC 领域的国产化替代，完成 LED 驱动领域的自主可控进程，并在国家“一带一路”战略的带动下，实现优势技术与产品的对外输出，进一步提高国产 LED 驱动芯片在全球的竞争话语权。

常用LED驱动芯片

LED驱动芯片，也叫led驱动电路，它实际上是个PWM控制芯片，在组成电路正常工作后，通过后面电流检测电阻上检测LED的电流而得到的电压反馈到芯片，控制内部的PWM占空比，以适应LED自身特性变化而引起的电流、电压波动，使LED得到的电流保持恒定。

LED驱动器原理和作用

LED驱动器是指驱动LED发光或LED模块组件正常工作的电源调整电子器件。由于LED PN结的导通特性决定，它能适应的电源的电压和电流变动范围十分狭窄，稍许偏离就可能无法点亮LED或者发光效率严重降低，或者缩短使用寿命甚至烧毁芯片。现行的工频电源和常见的电池电源均不适合直接供给LED，LED驱动器就是这种可以驱使LED在Z佳电压或电流状态下工作的电子组件。

1、LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。设计一款好的电源必须要综合考虑效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。

2、由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，LED驱动电源（也叫驱动器）就是在应用过程中对其进行稳定工作状态的保护。

常见的几款经典LED驱动芯片介绍

目前，芯片设计行业越来越多的厂家加入了LED设计，设计出众多型号，在此从性能价格比方面详细的谈谈，怎样选择自己合适的IC，哪些ICZ合适自己准备设计的产品。

为IC设计企业了解市场需要什么样的IC，应该制定什么价位中合适。价格随时会变动只能为参考值。质量和价格是决定是否采用的因数，符合产品设计质量参数要求很重要！价格更重要！

1、美国CATALYST公司-CAT4201

这个IC驱动1-7颗1W LED。效率可达92%，6-28V电压输入范围降压型驱动应用设计。比前面两款ICZ大的优势是封装SOT23大小，线路简介，符合目前多数小体积灯杯设计使用要求。

大阻值范围电流调节，可以电位器宽阻值范围调节亮度，比如设计台灯等产品需要这样时。

2、美国国家半导体 LM3404

LM3404和LM3402的线路一样，不同的是电流可以达到1A，驱动1-15pcsLED性价比较高。

上面所列IC规格都是内置MOS管，内置MOS管可以简化线路设计，小体积，降低设计综合成本，故障率也会降低。因其目前IC工艺制成、成本等原因大于1A以上的LED驱动IC需要外置MOS管。在我们日常产品设计中经常会遇到大电流设计，比如5W、10W等更高功率的设计要求，那只能选择外置MOS管的IC才可以。接下来会综合成本推荐几款IC，为广大的工程师朋友选型方便。

3、褒贬不一的LED驱动芯片IC-AMC7150

在当时AMC7150还是不错的，我想了想还是提提，它有个很重要的因数就是价格，有不到2元的市场价格，是你采用它的理由。AMC7150目前有几十家可以直接替换的IC型号，价格战会无法避免。

在设计参数要求不高的低压4-25V产品中可以选择它，基本驱动能力在3W以下应用设计。比如1W串3颗或3W 1颗LED设计是稳定的。

4、欧洲Zetex公司-ZXLD1350

这颗IC目前市场反应良好，也是SOT23小体积封装，输入7-30V电压降压恒流驱动1-7psc LED，线路简洁实用。设计时Rs要紧靠IC避免供电电压大幅度不动，这样会影响恒流效果。

总体电子物料成本要略高于前款IC。

5、杭州士兰微电子-SB42511

目前士兰半导体推出新款IC，主要是针对驱动24V驱动6颗LED市场。价格要高于AMC7153优惠于欧美市场IC，适合设计1-6颗LED，输入6-25V输入电压，SOP8封装形式，主要针对目前低端射灯市场。

6、美国美信集成产品公司 MAX16802

MAX16802A/B是高亮度（HB） LED驱动器控制IC，内部包含了设计一个宽输入范围LED驱动器所需的全部电路，适合通用照明和显示应用。适用于低输入电压（10。8V DC至24V DC） LED驱动器。需要精密调节LED电流时，可利用片上的误差放大器以及精度为1%的基准。通过低频PWM亮度调节可实现较宽的亮度调节范围。

MAX16802 具有输入欠压锁定（UVLO）特性，可设置输入启动电压，并可确保在电源跌落时正常工作。MAX16802具有较高滞回电压的内部自举欠压锁定电路，从而简化了离线式LED驱动器的设计。MAX16802内部没有这个自举电路，可直接由+12V电压提供偏置电源。内部微调的262kHz固定开关频率允许优化选择磁性元件和滤波元件，从而实现紧凑、高性价比的LED驱动器。

MAX16802A的Z大占空比为50%，MAX16802B的Z大占空比为75%。这些器件均采用8引脚μMAX?封装，可工作在-40°C至+85°C温度范围。

个人建议200-500Hz PWM灰度频率调节，1-6pcs LED串接Z大50W产品设计，大约价格1。4美金左右。

7、美国美信集成产品公司 MAX16819/MAX16820

MAX16819/MAX16820工作于4。5V至28V输入电压范围，并且有一个5V/10mA片上稳压器。输出电流由高边电流检测电阻调节，专用PWM输入（DIM）可实现宽范围的脉冲式亮度调节。

MAX16819/MAX16820非常适合需要宽输入电压范围的应用。高边电流检测和内置电流设置电路可使外部元件的数量Z少，并可提供±5%精度的LED电流。在负载切换和PWM亮度调节过程中，滞回控制算法保证了优异的输入电源YZ和快速响应。MAX16819具有30%的电感纹波电流，而MAX16820具有10%的纹波电流。这些器件可工作于高达2MHz的开关频率，从而允许使用小型元件。

MAX16819/MAX16820可工作于-40°C至+125°C汽车级温度范围，可提供3mm x 3mm x 0。8mm，6引脚TDFN封装。

个人建议200-500Hz PWM灰度频率调节，1-6pcs LED串接Z大25W产品设计，推荐大约价格0。5美金左右。

8、美国美信集成产品公司 MAX16818

MAX16818脉宽调制（PWM）型LED驱动控制器采用紧凑封装，可在使用Z少外部元件的情况下提供较大输出电流。MAX16818非常适合于同步和非同步降压（buck）拓扑，以及boost、buck-boost、SEPIC和buck LED驱动器架构。可以实现高达20A/μs的快速LED瞬态电流以及30kHz的亮度调节频率。

该器件采用平均电流模式控制，通过优化利用具有Z佳电荷和导通电阻特性的MOSFET，甚至在输出LED电流高达30A时也能使对外部散热器的需求降到Z低。真差分检测技术可以精确控制LED电流。通过外部PWM信号可以方便的实现宽范围亮度调节。内部稳压器配合简单的外部偏压器件，可以使器件工作在较宽的4。75V至5。5V或7V至28V输入电压范围。开关频率范围较宽，可高达1。5MHz，允许使用小尺寸的电感和电容。

9、美国国家半导体 LM3401

LM3401是国半推出的外置MOS大功率LED驱动器，可以设计3A以内的驱动电流，输入电压Z高35V，可以串接10多颗LED。

10、国家半导体 LM3402

LM3402市场反映不错，输入电压范围涵盖整个汽车应用领域，内置MOS管Z多可以15颗LED，1-3颗LED是感觉有些贵，5颗以上时性价比很不错。目前接触到的客户工程师评价很高，接受领域比较广线路简洁实用，是国半众多LED驱动IC中间佼佼者。

LED显示屏

一．LED显示屏的分类

二．LED显示屏的基本构成

1、异步屏：

一般由显示单元板（模组）、条屏卡、开关电源、HUB板（可选）组成。通过串口线与计算机连接，进行显示文字的更改，之后可以脱开计算机工作。

2、同步屏：

同步屏系统比较复杂，系统可大可小，一般由计算机、DVI显卡、数据发送卡、同步数据接收卡、HUB板、网线、LED显示屏等组成。系统始终需要联机计算机工作，将计算机上的图像文字显示在LED大屏幕上。

三．LED显示屏涉及的名词概念

1、像素：

是LED显示屏的最小成像单元。俗称“点”或“像素点”。

上图所示由2红2绿组成1个显示像素点

2、显示模块：

由若干个显示像素组成的，结构上独立的组成LED显示屏的最小单元。

室内屏用的是8x8的显示模块，即每个显示模块有64个像素

室外屏使用的是单个的灯珠，通常由1-3个相同或不同颜色的灯珠组成模块的一个像素点。

如上面右图的室外屏模组就是由2个红色灯珠组成1个显示像素点

3、显示模组：

由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED显示屏的独立单元。简单说就是为便于组装和显示，出厂的半成品通常是以显示模组形式提供的，将多个显示模块加显示驱动做在一起。室内屏俗称“单元板”；室外屏俗称“模组”，再将若干个模组加上机箱、风扇、电源等构在一起成为“箱体”，多用于大型的全彩屏。

室内屏单元板通常有64x32（64列32行、由32个模块组成）、64x16
（64列16行、由16个模块组成）等。下图是一个64x16的单元板：

室外屏模组通常有64x32、32x32、32x16、16x16、16x8多种

上图为16x8(2红)的室外屏模组。加了防水结构用于全户外，我们可以看到塑料壳体，最右侧是它的整个结构刨图：显示板上插的是灯珠、背板上是显示驱动电路，这是分体结构的，也有的是将显示板和显示驱动电路做在一块电路板上的整体结构的，下面的两个图我们可以看到区别。面板、后壳其实是一个塑料罩壳，面板上对应灯珠位置开有孔，以使灯珠漏出头，后壳上有用于安装的螺丝孔或磁柱，使模块便于组装。模块的前面灌有显示屏专用的防水胶。

LED显示屏电源与功率的计算

1、点间距计算方法：

每个像素点到每一个相邻像素点之间的中心距离；

每个像素点可以是一颗LED灯[如：PH10(1R)]、

两颗LED灯 [如：PH16(2R)]、三颗led灯[如：PH16(2R1G1B)],

P16的点间距为：16MM; P20的点间距为：20MM; P12的点间距为：12MM

2、长度和高度计算方法

点间距×点数=长/高

如：PH16长度=16点×1.6㎝=25.6㎝ 高度=8点×1.6㎝=12.8㎝

PH10长度=32点×1.0㎝=32㎝ 高度=16点×1.0㎝=16㎝；

3、屏体使用模组数计算方法

总面积÷模组长度÷模组高度=使用模组数

如：10个平方的PH16户外单色led显示屏使用模组数等于：
10平方米÷0.256米÷0.128米=305.17678≈305个

更加精确的计算方法：长度使用模组数×高度使用模组数=使用模组总数
如：长5米、高2米的PH16单色led显示屏使用模组数：
长使用模组数=5米÷0.256米=19.53125≈20个
高使用模组数=2米÷0.128米=15.625≈16个
使用模组总数目=20个×16个=320个

4、LED显示屏可视距离的计算方法

RGB颜色混合距离三色混合成为单一颜色的距离：

LED全彩屏视距=像素点间距(mm)×500/1000

最小的观看距离能显示平滑图像的距离：

LED显示屏可视距离=像素点间距(mm) ×1000/1000

最合适的观看距离观看者能看到高度清晰画面的距离：

LED显示屏最佳视距=像素点间距(mm) ×3000/1000

最远的观看距离：

LED显示屏最远视距=屏幕高度（米）×30（倍）

5、LED显示屏扫描方式计算方法

扫描方式：在一定的显示区域内，同时点亮的行数与整个区域行数的比例。
室内单双色一般为1/16扫描，
室内全彩一般是1/8 扫描，

室外单双色一般是1/4扫描，

室外全彩一般是静态扫描。

目前市场上LED显示屏的驱动方式有静态扫描和动态扫描两种,静态扫描又分为静态实像素和静态虚拟，动态扫描也分为动态实像和动态虚拟；驱动器件一般用国产HC595，台湾MBI5026，日本东芝TB62726，一般有 1/2 扫，1/4扫，1/8扫，1/16扫。

举列说明：

一个常用的全彩模组像素为 16*8 （2R1G1B）,如果用MBI5026 驱动，模组总共使用的是：
16*8*（2+1+1）=512 ，MBI5026 为 16位芯片，512/16=32
（1）如果用32 个MBI5026芯片，是静态虚拟
（2）如果用16个MBI5026芯片，是动态1/2扫虚拟
（3）如果用8个MBI5026芯片，是动态 1/4扫虚拟

如果板子上两个红灯串连
（4）用24个MBI5026芯片，是静态实像素
（5）用12个MBI5026芯片，是动态1/2扫实像素
（6）用6个MBI5026芯片，是动态1/4扫实像素

在LED单元板，扫描方式有1/16，1/8，1/4，1/2，静态。如果区分呢？
一个最简单的办法就是数一下单元板的LED的数目和74HC595的数量。
计算方法：LED的数目除以74HC595的数目再除以8 =几分之一扫描
实像素与虚拟是相对应的:简单来说，
实像素屏就是指构成显示屏的红绿蓝三种发光管中的每一种发光管最终只参与一个像素的成像使用，以获得足够的亮度。
虚拟像素是利用软件算法控制每种颜色的发光管最终参与到多个相邻像素的成像当中，从而使得用较少的灯管实现较大的分辨率，能够使显示分辨率提高四倍。

6、LED显示屏电源个数计算方法

电源是30A和40A；单色是8块单元板1个40A的电源，双色是6块单元板1个电源；

如果全彩的单元板就好按全亮时的最大功率来算。

a、一个电源能带几张单元板的个数=电源的电压*电源的电流/单元板的横向像素点数/单元板的纵向像素点数/0.1/2 例如：半户外P10：5V40A的电源可带：5*40/(32*16*0.1/0.5)=7.8 取大8个;

b.根据屏体总功率求出所需电源个数=平均总功率/一个电源的功率（电源电压*电源电流） 例如：一个条屏的长用12个P10模组，高用3个P10模组总共：36个模组 那么所需电源个数=32*16*0.1*36*0.5/5/40=4.6 取大（5个电源）

7、LED显示屏功率计算方法

功率的公式是P=UI

P代表功率，U代表电压，I代表电流，通常我们所用的电源电压是5V，电源是30A和40A；单色是8块单元板1个40A的电源，双色是6块单元板 1个电源；户外屏的功率参照网站上“产品参数”里，那边都很明确的，

下面将举1个例子

某单位要做9个平方米的户内5.0双色的电子屏，计算最大需要多少 功率。先要算出40A的电源个数=9（0.244*0.488）/6=12.5=13只电源(要整数，以大为标准)那么很简单，最大功率P=13 只*40A*5V=2600W。

单灯的功率=一颗灯功率5V*20mA=0.1W

LED显示屏单元板的功率=单灯的功率*分辨率（横向像素点数*纵向像素点数）/2

屏体的最大功率=屏体的分辨率*每分辨率灯数*0.1

屏体的平均功率=屏体的分辨率*每分辨率灯数*0.1/2

屏体的实际功率=屏体的分辨率*每分辨率灯数*0.1/扫描数（4扫，2扫，16扫，8扫，静态）

8、LED显示屏亮度计算方法

亮度 ：屏体整体亮度由单颗灯的亮度整合起来。

举例如下：

3906点的P16户外全彩屏2R1PG1B(1/4扫描)，大连路美管芯，其中红管发光亮度为 800mcd，绿管发光亮度为2300mcd，蓝管发光亮度为350mcd，由此可计算一个平方理论亮度为 （800*2+2300+350）*3906/1000/4=4150cd

在明确亮度及点密度的要求条件下，如何计算机单管的亮度？

计算方法如下：（以两红、一绿、一蓝为例）
红色LED 灯亮度：亮度（CD）/M2÷点数/M2×0.3÷2
绿色LED 灯亮度：亮度（CD）/M2÷点数/M2×0.6
蓝色LED 灯亮度：亮度（CD）/M2÷点数/M2×0.1
例如：每平米2500 点密度，2R1G1B，每平米亮度要求为5000 CD/M2，则：
红色LED 灯亮度为：5000÷2500×0.3÷2=0.3
绿色LED 灯亮度为：5000÷2500×0.6÷2=1.2
蓝色LED 灯亮度为：5000÷2500×0.1=0.2
每像素点的亮度为：0.3×2+1.2+0.2=2.0 CD

9、LED显示屏分辨率的计算方法

LED显示屏每平方分辨率=1/像素间距(单位化为M）/像素间距（单位化为M）例如：P16 每平方分辨率=1/0.016/0.016=3906 DOT(点）

10、LED显示屏的视角要根据选用的LED灯珠而定

如室内表贴灯：SMD0603/0805 ：H：160度 V：120度

SMD3528 视角：H：140度 V：120度

室外插灯DIP：dip346/546 : H:110度 V：50度

LED各发光管波长范围:

红色: 625-630nm

黄绿色: 568-572nm

纯绿色: 520-530nm

蓝色: 460-470nm

黄色: 585-590nmled显示屏计算方法|led电子显示屏功率计算|led电源计算方法

一般亮度要求如下：

（1） 室内：>800CD/M2

（2） 半室内：>2000CD/M2

（3） 户外（坐南朝北）：>4000CD/M2

（4） 户外（坐北朝南）：>8000CD/M2

11、红绿蓝在白色构成方面的亮度要求？

红、绿、蓝在白色的成色方面贡献是不一样的。其根本原因是由于人类眼睛的视网 膜对于不同波长的光感觉不同而造成的。经过大量的实验检验得到以下大约比例，供参

考设计：

简单红绿蓝亮度比为：3：6：1

精确红绿蓝亮度比为：3.0：5.9：1.1

显示屏一般的长宽比例是多少？

图文屏：根据显示的内容确定；

视频屏：一般为4：3 或接近4：3；理想的比例为16：9。

12、显示屏的安装要求？

供电要求：供电接线点应在屏体尺寸之内

220V 市电供电，火线零线接地线；

380V 市电供电，三火线一零线接地线；

千瓦以上显示屏应加降压启动设备。

通讯要求：通讯距离是以通讯线长为定义。

要以所安装显示屏的型号所用通讯线长度标准来安装通讯线。

通讯线禁止与电源线在同一线管内走线。

安装要求：显示屏安装左右水平，不准许后倾

吊装要加装上下调节杆

壁挂安装前要装前倾脱落钩

落地安装要加定位支撑螺栓。

在LED行业中,点数(即像素点)与点间距对应关系如下:

PH4=62500点 PH4.7=44300点

PH6=27800点 PH8 =15625点

PH10=10000点 PH11.5=7500点

PH12=6400点 PH12.5=6400点

PH16=3906点 PH20=2500点

PH25=1600点 PH31.25=1024点

PH37.5=711点 PH40=625点

PH45=495点 P50=400点

MiniLED、MicroLED显示驱动技术升级

当LED显示器进入到MicroLED 和MiniLED的时候，无法使用传统的LED显示器驱动方式。主要的原因是可用的位置问题，一般来说传统的LED显示器一颗驱动IC最多可以驱动600个像素，且因为LED显示器通常都是使用在120吋以上的面积，所以IC大小不会造成问题，但如果同样的像素进到Notebook或是手机的大小，同样大小的IC及数量会放不进去Notebook或是手机的装置中，所以MicroLED和 MiniLED需要不同的驱动方式。

一般显示器的驱动模式大致上可以分为两类型，第一种类型为被动式矩阵(Passive Matrix)，通常被动式的意思就是只有在被扫描到的像素有电流或电压作用时才会有发光的现象，其余没有被扫描到的时间则呈现不作动的状态，由于这样的方式在每一祯画面转换的时间内只有作用了其中一列的时间，因此若要在单独一个面板上达到高分辨率和高亮度的要求，则会非常难以达成，而且只要有其中一个像素有短路的问题很容易造成讯号的串扰。

另外也有设计是多一个晶体管做为开关来避免组件的问题造成讯号干扰，而无论哪一种方式都还是以被动式的形式来做动，目前这样驱动方式由于电路设计上较为简易，加上成本也较为低廉，因此大多使用于低分辨率的应用领域，如运动型的穿戴手环。若有高解析面板的需求也可以使用多片低分辨率的模块来做组合，如大型展示屏幕等。

驱动模式的另一种类型为主动式矩阵(Active Matrix)，主动式顾名思义就是它可以在一祯的画面时间内藉由画素本身的储存装置持续地维持住现有的电压或电流状态，而在储存装置设计上又可以再被分为两种不同的模式，一种称之为模拟式的调变驱动方式(Analog Driving)，其架构通常是用类似DRAM 的方式来做设计，而其大多是藉由调整实际的电流或电压的大小来达成不同灰阶变化，这样的方式也普遍被使用在现有的LCD 及OLED 等显示器上面，其像素的晶体管设计组成也通常是1T1C 或2T1C 等等电压或电流源的驱动架构存在，由于是采用电容的方式来储存，所以也存在着漏电及讯号串扰的问题，但比起被动式的驱动要小很多，模拟式的驱动方式通常在高分辨率下还是存在着薄膜晶体管制程上及发光组件本身所造成的均匀度问题，因此也有如7T1C 或5T2C 等较为复杂的电流源架构来解决其均匀度问题。

还有一种则称之为数字式的调变驱动(Digital Driving)，其架构是以SRAM 的方式来做设计，其像素的设计是以6T 为基础架构来提供电压或电流源，在这设计中由于没有电容的因素，所以讯号串扰和漏电所造成画质不佳的问题较不易发生，其不同的灰度表现则是藉由快速的切换开关也就是0 与1 的变化来产生，这样的数字式驱动方法大多使用在微型显示器中，其模式通常可避免在高分辨率的情况下因制程因素而造成晶体管本身的差异，进而能维持一个较佳的整体均匀度表现，这样的驱动也需要建立在可快速切换CMOS 变化的基材，例如拥有相比于a-Si TFT 或LTPS TFT 等有较高电子迁移率的硅基CMOS 背板电路。

微型显示器大多是使用在投影的环境中，所以其面板的也多小于1寸也有一些是为了特殊需求而设计在1寸之间，主要也是考虑到硅晶圆的有效利用率，其面板的分辨率要求也至少是要qHD 甚至是FHD 或4K，PPI 的要求也都大于2000 到6000 以上，也就是说像素的尺寸都会小于10um 甚至5um，因此大多都是以硅半导体的制程参数来设计背板电路，才能达成高分辨率和高PPI 的要求，以达到在投影后的影像依然可维持一个良好的观看效果，而当像素尺寸小到一定程度及分辨率要求很高时，也都会尽量采用数字驱动的方式来设计以符合前述所提到的均匀度问题，在灰阶调整上一般会使用脉冲宽度调制(PWM)来产生不同灰度。

PWM 的方式主要是使用分布在时间间隔上的脉冲段，透过改变开启和关闭的持续时间来产生不同灰阶变化，该技术也可以被称为占空比调制。由于LED 是电流驱动为主的组件，因此在Micro-LED 微型显示器上的设计上也多都会搭配独立固定电流源的设计方式在每个独立的像素上来驱动，以达到亮度均匀及波长稳定的要求，另外若是采用转移独立不同颜色Micro-LED 技术的话，则需要考虑到搭配不同RGB 的操作电压，也因此也都必须在像素内部中设计独立的电压供应控制电路。

目前使用硅基背板电路的Micro-LED 微型显示器已经可以展现其各种优异的特性，并且由于高亮度、耗电量低的优点也可实现在增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、微型投影机和抬头显示器(HUD)等产品上，也由于高均匀度的表现有机会成为于工业上使用的关键组件，如无光罩型的曝光机，或者是3D 打印机等产品上，未来在亮度和功率上的提升后更可以使用于传播讯号用的通讯组件(VLC)以及智能型车头灯等的市场上。

来源：柔浩电子

Mini/Micro RGB LED的痛点与LED驱动IC解决方案

痛点一 ，低集成度、分立式行列架构。

AIOT大数据认为， IC集成度的提高促进了电子设备的智能化、微型化，并获得了更高性能、更多功能、更少能耗等特征。手机从"板砖"式的摩托罗拉到今日的华Mate20，性能"天翻地覆"，重量和体积更是"日新月异"，元器件数量大幅减少，成本大幅降低，都是大幅度提高IC集成度的贡献。

反观当今通常的LED显示屏，尽管像素间距已从数10mm发展到亚毫米的Mini LED时代，并且正向更小尺寸的Micro LED推进。但在行和列驱动IC方面，仅是在列驱动中增加了存储器和PWM及消鬼影等，而将行开关的通道数量从2通道提升到8通道和消行鬼影等集成度小幅提高。为了降成本和解决PCB上元器件过密及布线难度，采用了大幅增加扫描行数这种有损性 能的方法来弥补。

但是，模组上过多的IC数量会产生以下几种不良后果。

　　1、增加了模组PCB的电路设计和布线难度和PCB复杂度;

　　2、增加了BOM的混乱度;

　　3、增大贴片机的负荷，降低制造效率;

　　4、降低产品可靠度;

　　5、复杂的BOM增加了采购和库存管理压力和成本。

为解决该痛点，日月成2015年7月发布SUM608X系列高集成行列一体式驱动IC的首款产品。该产品是行业内第一颗高性能行列一体式512像素(单颗直接驱动512颗全彩像素),可以使模组使用的行列驱动IC减少约75%，即仅使用原分立方案25%左右的IC。同时，将BOM中行列IC品类减少50%，数量减少75%。SMT贴片量仅为原方案的1/4。近4 年的市场应用, 已形成pitch=0.3mm以上共阳和共阴两大类,适合Micro LED/Mini LED/小间距LED等多种应用的系列驱动产品。

痛点二，行线与列线干扰的异步控制。

LED像素是分别跨接在列线和行线之间的,行线和列线上存在的寄生电容电感等元件是影响LED显示品质的重要根源。通过对连接到LED正负端的行线和列线调节可以消除或减弱这些寄生元代的干扰和破坏,但调节却不能实时完成，这是因为必须绕由"遥远"的接收卡处理，既增加了调试难度，又间接地增加了成本，调节效能还得不到保证。

2015年7月上市的行列一体高集成驱动IC-SUM608X系列，通过在IC内部集成列驱动和行扫描以及相应的调节机制，解决了行列协同问题，提升了LED显示品质，减少了调试难度，也降低使用和维护成本。

痛点三，过多的发热量损害显示品质和产品可靠性。

显示屏的无效功耗转化的热量导致LED结温和屏内温度升高，而高温会严重损害显示品质和产品可靠性。

热量主要来源于无效的功率损耗,包括过高的电压以及电力浪费。且Mini或Micro LED的像素密度快速亦高倍率增加，使得热量的传导和消散更加困难和复杂, 更加速了温度上升。例如P2.5和P0.9375，像素密度增长就超过了7倍。

而LED的亮度和波长对温度又极其敏感，且寿命也随着温度的升高迅速下降。

同时，7x24小时、夜间不断电以及贴近屏体的应用越来越多，都对屏体的温度提出更高要求。

日月成2016年推出的创新型IdleStop动态节能技术，首创动+黑+静组合的三重节能驱动技术，将LED显示产品的节能效率提升到新高度。通过大幅减少无效功率， 不仅节省了能耗，更有效降低了发热量，使LED显示屏的温度更低。

支持三重节能的驱动IC有SUM2035、SUM2135、SUM2037、SUM2137、SUM6082DS、SUM6086、SUM6086M。

内含黑色低功耗和低拐点电压静态节能的双重节能的驱动IC有SUM2033、SUM2131、SUM2036、SUM2136、SUM6082L、SUM6082N、SUM6086L、SUM6086N。

痛点四，过多的模组I/O连接线，降低可靠性，增加EMI。

当前无论是软连接还是硬连接的LED显示模组，其输入输出的数据和控制等连接线多达20多根，若自带校正数据存储或故障侦测，模组还需额外增加更多根的连接线。

但是，连接线根数越多，则故障率越高，可靠性越低，EMC也越高，材料成本越高，制造效率越低，安装维护越复杂。

日月成2015年推出智能模组管理IC-SUM6060，创新的收线功能，在使用校正数据存储和侦测功能的条件下，仍可减少60%~70%的I/O连接线根数。该IC 内置模组故障侦测与报告、校正数据存储、使用时间记录以及用户自定义存储等先进功能。

2018年9月又发布新一代模组智能管理和控制IC- SUM6062，让I/O的根数更少, 具有更高的工作频率 、更大的数据带宽和更低的EMI，同时具备更智能的模组控制和管理功能。让模组和箱体更简捷，更可靠，更智能，同时保留上代产品的全部功能。

痛点五，图像品质的“近视化”和真实化。

LED显示屏是由"远高亮"应用发展而来， 而当今的Mini或MicroLED显示屏的需要则是更近、更柔和更真实还原自然色彩，显示的图像品质要优于LCD 和DLP，色彩与色域要超越IMAX的电影表现。

所以，Mini或Micro LED显示屏在解决了LED自有的(鬼影、高反差等)显示问题后，还需解决近距离观看和直接接近使用(近视化)的亮度体验和细节观赏等问题。

日月成驱动IC，提供高精度线性电流增益调节，为LED显示屏提供精准的亮度和色坐标设定，并可实现宽范围的亮度和色坐标选择。宽亮域调节不损失灰度，同时提供16bit~10bit共7级灰阶输出供客户选择，以及最小150µA的精准微小恒流及其宽范围的恒流驱动输出，为低亮度高灰阶显示提供驱动保障。

相较于LCD和DLP显示通常的8bit和需要努力争取的 10bit和12bit灰度而言，对LED则轻松许多，众所周知，LED是具有12bit~16bit这种高灰阶bit优势的。所以，LCD等显示方法因灰度等级不够而不得不追求的诸如HDR等补偿技巧在LED显示上实现很容易。

驱动IC如何帮助小间距LED显示器实现HDR？

驱动IC为要角 MicroLED实现高对比度；MicroLED显示器的一大特色为能够做到更高对比度、高显色的性能表现，而符合HDR10则可以确保显示器呈现更多颜色和细节。在小点间距LED显示器若要做到高对比度表现，则对于驱动IC的规格有更严格的要求。

标准动态范围(Standard Dynamic Range, SDR)是现行影像的播放标准，很不幸地SDR的规格并无法忠实呈现人眼所能看到的每一种颜色。所以有了高动态范围(High Dynamic Range, HRD)规格的产生。

早在2014年的消费电子展(Consumer Electronics Show, CES)会上，杜比实验室(Dolby Laboratories)就展出了Dolby Vision技术规格。但因Dolby Vision为封闭规格，且每生产一台Dolby Vision兼容的电视就必须付出3美元的专利费。于是三星(Samsung)、索尼(Sony)、乐金(LG)等家电大厂都希望能有一个比Dolby更开放的平台，节约支付给Dolby专利费，又毋须增加一个提交认证的流程来削弱对于自身产品的控制权， 因此他们开始开发自己的对于HDR影音的方案，最终进化成一个标准--HDR10(表1)。

图1为一相同的小点间距LED显示器，左侧以14-bit Gamma显示SDR画面，右侧以16-bit Gamma显示HDR画面，两者的视觉刷新率皆是3840Hz(4KHz)。简而言之，将SDR与HDR放在一起比较，HDR可以让你看到更多颜色和细节。

图1 SDR vs.HD

图2 HDR规格与驱动IC规格转化

将HDR的基本要求转换成小点间距LED显示器驱动IC的规格要求，将可得到如图2所示。下文中，自分辨率开始，顺时针方向逐一解说。

分辨率

在相同的显示面积中，越高的分辨率即代表更高的像素密度或更小的点间距。在传统的驱动架构中，如图3所示的P0.992的小点间距LED显示器，可分为三大部份：①是定电流驱动IC；②是电源切换开关；③是其他逻辑IC。从图3中可以发现电路板的布局已经相当紧凑，若要再进一层次提高分辨率，明显地，我们需要新的驱动架构，并且封装尺寸也须要随之缩小或采用WLCSP或COB等不同封形式。

图3 点间距P0.992 LED显示器灯板

为了解决上述问题，所以有了将定电流，电源开关和逻辑IC整合在一起的高整合型的驱动IC，图4则是使用高整合型的驱动IC的P0.9375 LED显示器灯板。显而易见的，在电路布局上与传统驱动架构宽松许多。且将封装从一般的SSOP或QFN类型改为下方出脚的BGA，以争取在有限面积下有更多的出脚数，以驱动更多的LED。此类型的IC约可支持到最小P0.55点间距的小点间距LED显示器。

图4 点间距P0.9375 LED显示器灯板

视觉刷新率与换帧率

主动驱动(Passive Matrix, PM)架构，利用视觉暂留达成连续画面效果。当换帧率提高，对于视觉刷新率的要求也会提高，需要更快的频率协助完成。然而Gamma Table的灰阶数与视觉刷新率呈反比，相同的灰阶频率下，越高灰阶数的视觉刷新率越低。在下一段落中，再深入探讨论灰阶频率这个主题。

动态范围与对比度

HDR10的对比表现少则20,000：1；多则高达100,000：1，受限于灰阶频率的快慢，行扫数与PWM灰阶数呈反比，32行扫下，最高PWM Resolution是14-bit。此时理论对比值仅16,383：1，未能满足HDR10要求。新世代的小点间距LED显示器专用的驱动IC应采用内振灰阶频率设计，一举突破传统PCB布局上时钟频率33MHz的限制，至少将PWM Resolution提高至16-bit，此时的理论对比度是65,535：1。

色域空间与LED波长

在CIE1931坐标图上画出BT.709、BT.2020，可以得到图5。SDR定义的色域空间为BT.709(REC.709)，占了CIE1931色域空间的35.6%；HDR定义的色域空间为BT.2020(REC.2020)，占了CIE1931色域空间的75.8%， 即BT.2020定义的色域空间为212.9%的BT.709。将BT.2020在R/G/B三原色的波长拿出来看，分别为红光630nm、绿光532nm、蓝光467nm，对于目前LED磊晶技术，因绿光波长的半宽波长离散度较大，目前的显示设备不容易达成BT.2020。转换至LED驱动IC，就显得小电流(通常小于500μA)精度控制的重要性，因为LED波长会随着电流大小漂移，定电流误差量多要求小于±1.5%。

图5 BT.709/BT.2020在CIE1931的覆盖范围

讯号灰阶与PWM Resolution

由于人眼对光的感受并非线性，所以视讯源输入到显示设备输出需要透过Gamma Table转换。过往视讯源仅8-bit时，14-bit PWM足敷使用，但当视讯源提升至10-bit，甚至12-bit时，就需求更高的PWM Resolution，才能将细节显示得更清楚。图6即为14-bit和16-bit PWM Resolution的比较，可以清楚得看出，16-bit PWM Resolution在低灰度部份能够显示更多细节。

图6 14-bit与16-bit PWM Resolution比较

以小点间距LED显示器为例，Micro/MiniLED相较于传统3-in-1 SMD LED，在HDR10表现又有何胜出之处？LED结构可分为水平正装(Face-Up)，Substrate在LED晶粒下方，P极/N极的Bonding Pad都在上方，须要打线与载板的Pad连接，传统的SMD 3-in-1多使用这一类LED晶粒。垂直(Vertical)，红光晶粒多属这一类，P极与N极的Bonding Pad呈垂直排列，一端直接与载板接合，另一端则靠打线与载板相连。水平倒装(Face-Down/Flip-Chip)，P极/N极的Bonding Pad都在下方，直接与基板接合，不需要打线。若晶粒尺寸大于100×100μm且Substrate在LED晶粒上方即定义为MiniLED，晶粒尺寸小于100×100μm且没有Substrate即定义为MicroLED。

以下为Micro/MiniLED相较于传统3-in-1 SMD LED的优势所在：

1、点间距微缩，分辨率提高

传统的3-in-1 SMD LED封装体微缩有其极限，且在SMT制程中有容易抛料与漏料的问题。当分辨率提高，单位面积内的像素密度也提高，代表要贴的LED点数也越多，使用传统SMT机台Pick-n-Place加工方式，假设1片P1.5的灯板打件需要40分钟，点间距微缩成P0.75时，就需要160分钟。可以巨量转移的Flip-Chip形式的Micro/MiniLED就是很好的解决方案。目前巨量转移的效率最低即有200K UPH，单机台在5天内就可完成4K显示器的转移。

2、更佳的发光效率

以5×9mil的Face-Up LED为例，Bonding Pad大小为75×75um，发光面仅剩下60%；晶粒尺寸缩小至4×6mil，发光面只有25%。但Flip-Chip形式的Micro/MiniLED发光面完全不会受到Bonding Pad遮蔽，所以缩小LED尺寸，提高发光效率，Micro/MiniLED是唯一的选择。

3、更好的对比度

以图7中P0.75的小点间距LED显示器为例，最低亮度为0.15nits，最大亮度为3820nits，对比度达25,500：1，满足HDR10的基本要求。虽然此小点间距LED显示器已采用聚积科技的MBI5359，能完整呈现16-bit PWM Resolution，但受限于LED的响应时间，无法达到理论值的65,535：1，但其表现已远胜一般小点间距LED显示器的6/ 7,000：1。

图7 P0.75 MiniLED Display

4、Cross-talk与Coupling

Micro/MiniLED为Flipchip，没有打线与载板，所以寄生电容亦较3-in-1 SMD LED小许多，所以Passive Matrix下Cross-Talk与Coupling也较轻微(图8)。

图8 常见之Cross-Talk 与Coupling测试图案 by P0.75 MiniLED Display

5、色域表现

波长的要求对于LED磊晶是相当大的挑战，尤其是绿光LED的波长半高宽离散度较大，此P0.75 MiniLED Display现阶段仅能达到84% BT.2020，或150% BT.709若要更高可能需要求助QD之类的Color Conversion技术。

驱动IC助MicroLED达到HDR10要求

谈论到MicroLED，现今多把注意力集中在巨量转移技术开发上，其中包含转移的速度与良率。目前薄膜转移、电磁吸引、流体装配与雷射转移等都有厂商在开发。但转移后的良率现在只能依赖光学检测仪器(AOI)检查晶粒是否缺漏、晶粒是否破损、晶粒上件位置是否正确。即使以上的答案皆是YES，也无法保证MicroLED能够正常点亮，因为AOI不能检查电气是否有正确对接。此时，具有错误检测功能的驱动IC显得相当重要，利用错误检测功能可以检查LED是否开路或短路，并回报侦测结果。更甚者，LED失效预测功能，可以提供修复未来短期内即将失效的LED，避免灯面封胶后出现坏点，却难以修复的憾事发生，此项功能已获得美国与台湾发明专利。

MicroLED被视为次世代显示器的终极解决方案，目前业界多把重心放在提升巨量转移良率与效率上。但要达到次世代显示器HDR10要求，从上游磊晶到下游驱动IC皆要密切配合。而MiniLED在室内小点间距产品先行，市场上两大巨头Sony和Samsung分别以MicroLED与MiniLED技术推出CLEDIS与THE WALL两项重量级产品。聚积科技也展出P0.75mm的MiniLED箱体，并与特定对象合作，预计2018年底前推出产品面市，相信不久将来，Micro/MiniLED的世代即将到来。

来源：聚积科技

（容来源网格公开资料 ）