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1、白光LED及驱动原理多年来，发光二极管；已经广泛使用在状态指示以及信息显示屏上，现在我们更可以在常见的红、绿及黄光之外，选用蓝光以及广泛应用于便携式设备的白光产品。举例来说，白光被认为是彩色显示设备的理想背光照明，但在为这些新型设计电源时，我们必须注意其本身的特性。这篇文章将介绍旧款与新型的特性以及驱动它们所需的电源效能要求。点亮的最简单方式是通过串联电阻在上加上电压源，只要工作电压维持不变，便会发出固定亮度的光线，不过亮度事实上会随着环境温度的上升而减弱，我们可以通过控制电阻值来改变发光强度。以直径的标准来说，图显示了正向电压与正向电流间的关系，请注意两端的压降会随着正向电流的升高而上升，假
2、设正向电流的单颗绿色在固定下工作，那么串联电阻就等于（V欧姆，一般正向电压为，见图2这类常见的发光二极管采用砷、镓、磷等材料组合生产，在设计上相当容易处理，同时也广泛为设计工程师所熟悉，它们拥有许多优势：发光色彩，也就是发光波长在正向电流、工作电压与环境温度变化时基本上能够维持相当的稳定度，标准的绿光发光波长大约为，误差值只有约，因此将这类加以并联并不会产生问题（请参见图3），色彩差异非常小，正向电压的正常变动对发光强度造成的差异也不高，我们通常可以忽略同一家制造商以及同一批产品间的任何差异。正向电压在正向电流到达前差异并不大，这个变动值对红光来说大约为0对其他色彩则为，请参考图1对正向电流低
3、于的情况下，蓝光或白光的正向电压要低上许多，因此可以直接由锂离子电池或颗镍氢电池以低成本方式供电，因此控制标准工作的电路成本相当低。如果的工作电压高于最高正向电压要求，那么就不需要升压转换器或复杂且昂贵的电流源，事实上只要应用上能够接受当电池电量降低时发光强度也会减弱的情况，那么也可以直接由锂离子电池或颗镍氢电池推动。能够发出蓝光的在很长一段时间都没有被开发出来，因此设计工程师只能利用现有的红、绿与黄光，早期的组件事实上并不是真正的蓝光，而是采用蓝色涂布材料包覆的发光体，第一颗真正的蓝光在几年前采用纯碳化硅材料开发，但发光效率却不佳，新一代的组件则采用新的氮化镓基底物质，并达到了第一代版本几倍
4、的发光效率，目前应用在蓝光上的材料称为氮化铟镓，发光波长在到的范围，可以提供氮化镓倍的发光强度。真正的白光事实上却没有实现，这类组件由于白色并不在发光频谱上，所以产生很困难，也因此我们将白色视为几种波长的混和，所以在制造白光时就必须采取某些技巧，将蓝光基底材料，以会因蓝光激发而发出黄光的转换材料覆盖，所得到蓝光与黄光混和，对眼睛来说就会被认为是白光色彩，如图所示。由于白光是由多个波长混和而成，因此我们无法对白光定义特定的波长，因此白光的色彩就由色彩坐标定义，这些轴的值以号文件的指示计算，白光的性能指标通常会标示出正向电流增加时这些色彩坐标的变化，请参考图，不幸的是，采用技术的并不像标准红、绿与
5、黄色型式的产品那么容易处理。的主要发光波长，也就是色彩会随着正向电流的变化而改变，如图6例如白光会因转换材料不同，产生色彩偏移，以及蓝色发光随正向电压变化而造成波长的改变，这些色彩变化可以由图中看出，其中与轴的变化就代表了色彩的改变，如前面所提，白光并没有特定波长。正向电压在正向电流到达时会大幅变化，变化的范围大约为0部分材料变化甚至更大，因此由电池放电所造成的工作电压变化会改变色彩，原因是工作电压造成正向电流的变化。在正向电流的情况下，正向电压大约为，这个数字因制造商而定，范围大约由到。电流电压特性同时也在不同的间存在不小的差异，由电池电压直接驱动相当困难,原因是大部分电池放电后的状态可能会
6、低于正向电压的最低要求。目前便携式与使用电池供电的设备大多采用白光作为背光照明，特别是手机、等的彩色显示屏幕需要白色的背光来取得接近原始色彩的色彩还原，在大部分情况下，单颗白光并不能满足需求，因此需要让数颗以并联方式工作。图显示了数颗随机选择白光的电流电压曲线图，将的电压加到这些上，请参考上方虚线，会产生到的正向电流，从而产生白光色彩的不同变化，请参考图。在这个区域内轴的变化特别强烈，带来被照明显示色彩重现的失真，本身同时还拥有不同的发光强度，因此造成不均匀的照明。另一个问题是所需的最低电源电压，要让工作必须要有高于以上的电压，低于这个位准，部分可能会完全不亮。锂离子电池在完全充电后可以提供大
7、约的电压输出，而在短暂时间工作后则会下降到标准的约为5这个电压在电池继续放电后会进一步下滑到，所以如果白光直接由电池供电，将会发生以下的问题。首先，当电池完全充电后，所有发光二极管都能够提供照明，但却有不同的发光强度与色彩输出，当电池电压下滑到标准位准时，发光强度会降低，同时白色色彩上的差异也会越来越大，因此设计工程师必须考虑电池的电压值以及的正向电压来计算串联电阻值，在完全放电的电池中，部分甚至完全不发光。电源的目的是提供足够高的输出电压，并将相同电流大小提供给并联连接的，如图中,如果所有并联连接的白光都流过相同的电流，那么将会拥有相同的色彩坐标，美信公司针对这个应用提供了具备电流控制功能的
8、充电泵产品1以图中所描述的颗并联组态电路为例，充电泵采用将输入电压提升倍的型式，早期的充电泵通常仅将输入电压加倍，但这项新技术可以提供更佳的效率，将输入电压提升到恰好足够工作的要求。连接到接脚的电阻可以确保所有的电流相等，内部电路则将电压维持在，因此流经任何的电流为Q/如果部分需要较少的电流，那么我们还可以并联个以上的，因为可以提供多达的电流输出，可以参考的资料得到进一步的范例和电路图。如果系统可以提供高于二极管正向电压的电压源，那么白光就能够简单地工作，举例来说，数码相机通常包含一个的电源，在这个情况下我们并不需要升压功能，因为内含的电源电压就拥有推动的足够余裕空间。以图中的电路来说，我们应
9、该选择匹配的电流源，作为范例，可以驱动多达颗并联的，请见图9工作原理相当简单，电阻控制了流经所连接的电流，这个方式占用相当少的电路板空间，在小型接脚包装芯片以及几颗旁路电容外，只需一颗外加电阻，这颗芯片可以带来间的卓越电流匹配度，这个组态提供了完全相等的色彩位置，因此可以让每颗发出相同型态的白光。部分便携式设备可以依照环境照明情况控制光输出强度，其它则通过在短暂待机时间后由软件控制降低发光强度，这两种工作都需要能够被控制，而这样的明暗控制功能都应该对以相同的方式操控正向电流以避免造成色彩坐标的偏移，这个一致性可以通过采用一个控制流经电阻电流的小型数字模拟转换器来达成。具备分辨率的转换器，例如配
10、备兼容接口的或配备兼容接口的可以带来阶的发光强度控制功能，请参考图0所发出的白色光会因亮度改变而变化，因为正向电流会影响色彩坐标，不过这并不会成为问题，因为相同的正向电流会让电路中的每个二极管都发出相同的亮光。一个不会影响色彩坐标的亮度控制方式称为脉宽调制(，可以由具备激活或关闭功能的大部分电源组件来达成，例如在组件因接脚拉到低电位而关闭时,会让流经的漏电流降到仅pA因此不会发光，将接脚拉到高电位会让预设的正向电流流经E如果我们将脉宽调制信号加到接脚上，那么亮度就会与这个信号的有效占空比成正比。由于每个拥有相同的正向电流，因此色彩坐标并不会移动，不过我们的眼睛可能会察觉到有效周期率的变化而认为
11、亮度改变，高于的频率能够避开眼睛的可察觉范围，因此对亮度控制应用来说，到的切换频率是一个相当好的选择，更高的频率可能会成问题，原因是色彩坐标会在切换的短暂时间内造成色彩坐标的偏移。信号也可以由微处理器的输出入接脚或外围来提供，亮度变化步阶则依应用在这个目的的计数缓存器宽度而定。除了以上所提的充电泵组件外，我们也可以采用具备电流控制功能的升压式转换器，例如开关式电压转换器可以产生高达的输出电压，足够用来驱动多达颗串联的，请见图1这个作法可能是最简单的方式，由于串联连接的一定拥有完全相同的电流，而电流的大小则由以及加到接脚上的电压决定。可以依以上所提的方法之一来实现亮度控制的功能，流经的正向电流正比于加到接脚的电压，由于在加到上电压低于时会进入关机模式，因此我们也可以利用它来实现亮度控制的功能。结论对白光来说，如果我们可以确保它们的正向电流相等，那么就能够保证它们发出一致的白光输出，要控制这些，我们可以选用控制电流源或升压转换器搭配电流控制的组合，采用充电泵或开关式升压转换器，我们可以通过几个标准产品来实现这样的组合。
