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简介
高亮度(HB)LED(发光二极管）正迅速取代汽车、企业、家庭及许多消费性电子应用之白炽灯泡，这亦是为何高亮度 LED 之市场分析统计数字方面存在如此大的差异。即使各方预测有异，但一项清晰可辨的趋势是：高亮度 （HB）LED 市场正以惊人的速度蓬勃发展。根据法国 Yole Development 公司指出，LED 市场将在 2012 年达到 103 亿美元的规模，而高亮度与超高亮度的 LED 约占其中的 44.5 亿美元，这几乎是 2007 年市场规模7.83亿美元的5.5 倍（以封装的 LED为基准）。
支撑这股令人印象深刻的增长潜能为何？首先，LED 的发光效能是白炽灯泡的 10 倍，亦几乎是日光灯的两倍，因此其可大幅减少耗电量，但却能产生相同的亮度 （测量单位：流明），并同时降低热度。随着 LED 持续发展，利用电能产生流明的效能也会持续增加。再者，因应全球环保意识抬头，LED 无须处理、使用和丢弃在日光灯泡内所含的有毒汞蒸汽。第三，白炽灯泡使用每1,000个小时后即须更换，而日光灯泡的寿命也仅有10,000个小时，但 LED却拥有超过 10 万个小时的使用寿命。在各种应用层面上，LED 几乎能永久安装在设备上而无须更换，例如汽车的车身钣件或 HDTV 的 LCD 显示器，这是因汽车或 HDTV 使用寿命结束前都不必再更换 LED。此外，比起同类产品，LED 在体积上更小、更扁平，可大幅缩小外型尺寸，因此不管是车身内外或轻薄型消费性电子产品皆可使用。若配置红、绿和蓝色的 LED ，就能产生无限多种色彩，且LED 具有肉眼几乎察觉不到的点亮和开启／关闭速度，如此一来可大幅改善 HDTV 及其他显示器的背光照明。若无LED背光，LCD HDTV 便无法清晰呈现强烈对比和高分辨率效果。
至于如何将新一代 LED之优点发挥得淋漓尽致，则是照明系统设计人员最大的挑战之一。由于 LED通常要求精准及高效率的直流电源及调光方式，因此LED 驱动 IC之设计必须能符合广泛的多变需求。电源解决方案必须效果显著、功能健全、精巧简洁，并符合经济效益。目前 LED应用最显著的两个层面，为汽车应用及大型 HDTV LCD 显示器之背光照明。由于 LED在汽车应用上极具优势，因此亦逐渐应用在各式汽车照明方面，包括车头灯、仪表板／导航系统背光照明以及一般车内外照明。LCD HDTV 传统上使用的背光照明为 CCFL （冷阴极灯管），目前已由可独立调光丛集之高亮度 LED 数组取代，因此可精准调整局部画面，促使对比效果远高于传统采用 CCFL 背光照明的 HDTV。再者，由于 LED拥有局部调光与反应时间快速之特性，因此可立即调整亮度，同时消除 CCFL 背光照明 HDTV 固有的模糊残影现象。
汽车 LED照明
高亮度 LED具备体积小、使用寿命长、省电以及可快速开启等优点，已为现今的汽车广为采用。首次应用 LED的设备是第三煞车灯 （CHMSL），这些设备使用红色的 LED营造出细长的照明效果，不但装设简易且无须更换。
以往白炽灯泡是最经济实惠的照明来源，现今仍可见使用于许多汽车上，但随着照明的可用空间逐渐缩减、以及长时间使用寿命的需求提升，使色泽多变兼具流线设计的 LED正在许多应用上快速取代白炽灯泡。而白色 LED数组也随之取代汽车信息娱乐系统的传统 CCFL-LCD 背光照明，其提供更精准即可调整之背光方式，使用寿命亦比汽车更长，这种现象已经渐趋普遍。甚至，采用卤素／氙灯丝为主要设计的车头灯也逐渐发展为可透过电力“操控”的高电流 LED （请参阅图 1）。汽车设计采用 LED的优点具备几项正面意涵；第一，由于 LED使用寿命长达 10 万个小时以上（11 年半），远超过汽车的使用寿命，因此汽车制造商只要将 LED装入车内照明设备，便永久无须更换，另外，其亦使得应用造型可具备重大突破，因 LED 照明系统不需白炽灯泡所要求的深度及空间。
图1是 Lexus LS600h 的 LED 车头灯，其最近已可在市面上购得，而Audi R8 与 GM Escalade 亦提供类似配件。这些款式汽车的整体照明配置皆同；每个头灯总成共具备 5颗 LED，以达到最佳照明需求，包括大灯、远光灯、边灯、日间行车灯及方向灯等全采用 LED。大灯通常需要 35W～50Ｗ特的电源，虽然瓦数不多，但同样的电源可使 LED发出比卤素灯多 10 倍的亮度，而卤素灯却需要 500W才具备相同的亮度。远光灯需要的电源通常与大灯相同或更多，而边灯、日间行车灯与方向灯所需的电源较少。一般而言，每个灯源都须透过单一的 HB LED 驱动器使用，因采用多个 50W电力的设备，因此通常选用运用外部N信道MOSFET 的 LED 驱动控制器。由于可传送 200W以上的总电力至每个头灯总成，因此对于希望降低外部散热片之成本、缩小体积及重量汽车设计人员而言，研发可将热降至最低的高效能 LED 驱动器便成为当务之急。
汽车 LED 照明设计
为确保最佳效能和长时间的使用寿命，LED必须使用高性能的驱动电路。这些驱动电路必须能承受汽车供电总线的严苛操作条件，同时必须符合经济与空间效益，且为维护长时间的使用寿命，不得超过 LED的电流与温度限制。
车头灯设备共有5个灯源，每个灯源约需 50W LED 电流。LED 驱动控制器的设计必须能够从汽车总线的标称 12V （36V 瞬时电流的 9V～15V）电源端传送这些位准之电力。LED 驱动器必须能将电压提高至 60V，以驱动 14 个 1A LED （每个 LED 的顺向电压为 3.5V ～ 4V）。无论电池电压之变化为何，LED 驱动器仍须将稳定的电流传送至 LED 串，这点极为重要，因此，拥有定频，及采用电流模式的 LED 驱动器架构是最佳选择。相较于电压模式控制，电流模式控制可改善回路动态并提供周期对周期电流限制，以提供稳定的电流源。
若汽车总线的主电源端连接电池及交流发电机，则将受到每日操作时大量瞬时电压高低起伏的影响，当电池线松脱或刻意拔除并重新连接时，会产生 36V 的突波电压，此即最剧烈的负载突降。LED 驱动器必须调节瞬时情况下的 LED 电流与输出电压，避免瞬时电压损坏或干扰 LED 运作。
此外，LED 驱动控制器必须传送超过 90% 的功率，以减少使用外部散热片的机会，避免增加头灯的成本、体积及重量。
HDTV 背光照明
虽然看似无关，但汽车信息娱乐系统及导航显示器的 LED 背光照明，正趋动高调光比 HB LED 背光照明的运用。车内多变的环境亮度条件提高了对广泛调光比的需求，同时这也是 HDTV 应用产生最佳动态范围之色彩所需。
在消费性电子产品市场中，增长率最高的一项为平面 HDTV。当消费者需要尺寸更大的 HDTV及更高分辨率时，这项需求便很快从电浆 HDTV 转移到 LCD HDTV。根据 DisplaySearch 公司指出，等离子 HDTV 的销售量将在 2008 年达到颠峰，共计 240 亿美元，而 LCD HDTV 将在 2008 年享有 750 亿美元的市场规模，到 2010 年将增长至 930 亿美元。不过 LCD HDTV无论在快速移动的模糊现象或色彩复制准确性不高等方面都有严重缺失，换句话说，目前的 LCD HDTV 无法达到全黑效果，各种色彩的动态范围亦有改善空间，例如大部分的 LCD HDTV 仅能提供 450 和 650 cd/m2 的对比率，而这些 HDTV 的主要问题，是缺乏完整关闭或局部调整 CCFL 背光照明的能力。
相反地，采用 HB LED 背光照明技术，可透过LED 数组（52英寸 显示器最多具备 2,400 颗）区分成 240 个独立题调光丛集。每个丛集由 10 个 30mA ～ 50mA 的LED组成，其可透过单一针脚提供局部调光，此类设计之对比率远超过 （大于 4,000 cd/m2） CCFL 的设计方式。此外，若利用高调光比调整背光照明的 LED 丛集亮度，还可复制更多色彩的中间色调，让画面更为生动。
可完整关闭局部 LED的另一项优势，是减少动作模糊之现象。完全关闭各画格之间的 LED后，可大幅度消除快速移动物体的相关模糊影像，若要解决 CCFL 背光 LCD TV 出现的快速动作模糊现象， LED超快响应率便显得十分关键。
欲确保局部调光设计得以实行，能以广泛调光比独立调整之多信道 LED 驱动器不可或缺，所幸部分经验丰富的电源设计人员已预见此类装置的诞生。目前市面上的 LED 驱动器最高拥有 16 个独立信道，每个信道最多可驱动 10 颗电流范围为 20mA ～ 50mA 的 LED 。此外，还可透过单一针脚，以高达 5,000:1之比例为每个通道独立调光（请参阅图 2），其可操作于 35V 至 45V 的输入电压，并具备高达 92% 的功率，减少使用散热片的需求。最后，为提供非常低高度纤小解决方案，每个通道都需使用极小的外部组件，亦即芯片电感及小型的陶瓷输出电容。所有16个通道的导通二极管、电源开关和具备补偿之控制逻辑，都可紧缩至低高度的 QFN 封装中。
PWM 直接调光功能的专属设计可达到 5,000：1 的调光比。图 2 为 5000:1 的 PWM 调光波形，以及外观方正的 LED 电流波形。即使刚好在 2μs 的位置，20mA 的LED 电流也会以 100Hz PWM 的信号同步开启及关闭。PWM 频率越低，PWM 调光比即越高，但若使用 100Hz，则肉眼便无法察觉闪烁的速度。
结论
LED 照明设备正以惊人的速度在汽车与 LCD HDTV 方面迅速增长，由此也产生了对高电流 LED 设备之 LED 驱动 IC 的特定效能需求。在汽车方面，这些应用包括车头灯至车内照明；在 HDTV 方面，LED 则提供更精密的局部调光方式来大幅提高影像质量。此外，除了汽车和 HDTV 市场以外，在同样需要高效能的商业或企业环境中，亦到处可见 LED 应用。无论输入电压或 LED 顺向电压之变异为何，LED 驱动器都必须提供定电流，以确保一致性亮度，同时必须以最高效能运作，提供广泛调光比，而这些应用，必须是非常精小、且具备散热效益的解决方案设计。
