能夠兼顧顯示和成本的創(chuàng)新LED省電方案介紹 - 全文

　　近年來因能源短缺，節(jié)能議題日趨受到重視，目前的照明設(shè)備為達到低功率消耗、壽命長、無污染、啟動時間短等需求，已經(jīng)大量採用高亮度的發(fā)光二極體（LED）取代傳統(tǒng)的照明光源。LED驅(qū)動器則提供恆定電流控制，使得LED維持穩(wěn)定的發(fā)光亮度與飽和的色彩頻譜，為了符合工業(yè)與節(jié)能標準的顯示螢?zāi)幌到y(tǒng)設(shè)計，LED驅(qū)動器必須具備自動省電特性。

　　降低LED驅(qū)動器　功耗損失為當務(wù)之急

　　LED于訊息螢?zāi)?、交通號誌及部分影像螢?zāi)粦?yīng)用上，只有部分時間和區(qū)域會被驅(qū)動器點亮（圖1），汽車測速或限速顯示裝置的黑色區(qū)域是LED熄滅部分；紅色及白色則為LED被點亮部分。若是在LED熄滅的區(qū)域，LED驅(qū)動器還維持在正常運作，只是在不點亮LED的狀態(tài)下，長時間下來，整面螢?zāi)坏墓β氏膶岣?，且?qū)動器壽命減短，無法達到省電的效果。為了達到省電功能，當車輛經(jīng)過特定路段，LED測速裝置會自動點亮并告知駕駛員車速，經(jīng)過一段時間，若無車子通過，測速裝置會自動熄滅，LED不會消耗電流，驅(qū)動器即自動進入睡眠模式，如具有省電模式的LED驅(qū)動器，在進入睡眠模式后，僅消耗0.1毫瓦以下的功率，可使整面螢?zāi)坏钠骄墓β蚀鬄榻档?。而降低?qū)動器的散熱功率也能提升整體的電源效率，方法包括降低電源電流（IDD）、電源電壓（VDD）、LED電壓（VLED）及輸出端耐受電壓（VDS）等。透過下列公式運算可得知驅(qū)動器的散熱功率：

　　圖1　汽車測速或限速顯示裝置

　　PSD＝PDN+PDM PSD：系統(tǒng)上全部驅(qū)動器的散熱功率 PDN：系統(tǒng)上正在運作的驅(qū)動器散熱功率其中，PDN=（IDD×VDD）+IOUT×Duty×VDSx16）×N，而N為正在運作的驅(qū)動器總數(shù)量；PDM：系統(tǒng)上沒有運作的驅(qū)動器散熱功率，其中，PDM＝IDD×VDD×M，而M為沒有運作的驅(qū)動器總數(shù)量。

　　此外，可透過下列運算式得知驅(qū)動器功率損失： PDRVLOSS＝PALLDRV - PUSEDRV PDRVLOSS：未使用到的驅(qū)動器功率損失 PALLDRV：所有驅(qū)動器的功率消耗 PUSEDRV：正在點亮的驅(qū)動器功率消耗然而，下列數(shù)種方法可達到降低功率損失的效果，但相對須付出成本或影響整面螢?zāi)坏娘@示品質(zhì)。其中，產(chǎn)業(yè)界已開發(fā)出兩種方式：強制性休眠模式（Sleep Mode）及零節(jié)能省電模式（0-Power Mode）的LED驅(qū)動器，可達到上述省電的需求，且不會有其他負面影響。

　　傳統(tǒng)LED驅(qū)動器　省電方式有諸多缺陷

　　傳統(tǒng)LED驅(qū)動器省電方式包括低操作電壓和R-EXT接腳浮接，其運作塬理如下：

　　?低操作電壓

　　將整面螢?zāi)簧系尿?qū)動器操作在允許的最低額定電壓以下，如3伏特，透過關(guān)係式P＝I×V可知，當供應(yīng)電壓降低，功率消耗亦跟著降低，以達到省電目的。但此方法受到應(yīng)用條件的限制，當VDD與VLED共用時，若使用藍光或綠光LED，就需要比較高的電壓（圖2）。

　　圖2　當VDD與VLED共用時的省電方式

　　?R-EXT接腳浮接

　　R-EXT腳位浮接后（圖3），將關(guān)閉驅(qū)動器內(nèi)部的電流調(diào)整器，大約會有50%的省電效果，然而，此方式也會增加系統(tǒng)設(shè)計成本和復(fù)雜度，且某些IC浮接后可能出現(xiàn)異常。

　　圖3　當R-EXT接腳浮接時的省電方式

　　嶄新LED驅(qū)動器兼具省電/低成本/穩(wěn)定/簡化設(shè)計優(yōu)勢

　　現(xiàn)階段的LED驅(qū)動器省電方案包含高亮度LED使用、強制性休眠模式及0-Power模式，其運作原理如下：

　　?高亮度LED的使用

　　高亮度LED的效率高于傳統(tǒng)型LED數(shù)倍，在相同亮度表現(xiàn)下，驅(qū)動器提供較小的恆定電流給高亮度LED，所以驅(qū)動器的額定最大輸出電流降低，額定消耗電流也跟著降低。

　　?強制性休眠模式

　　透過外部命令使驅(qū)動器進入休眠狀態(tài)或回復(fù)到正常狀態(tài)，驅(qū)動器在休眠狀態(tài)時，僅維持數(shù)位電路運作，大部分類比電路關(guān)閉，驅(qū)動器約有0.1毫瓦以下的功率消耗，達到99%的省電效率。

　　驅(qū)動器進入休眠模式時，驅(qū)動器絕大部分的類比電路與少部分的數(shù)位電路進入省電模式，消耗電流降低到塬來的1%，為了系統(tǒng)應(yīng)用上的彈性，驅(qū)動器仍保留串列輸入與輸出的傳輸介面。

　　以現(xiàn)今廠商所開發(fā)的LED驅(qū)動器來看，若驅(qū)動器處于休眠狀態(tài)，對于其他命令的輸入，驅(qū)動器不會有所回應(yīng)，如強制錯誤偵測命令、過熱旗幟命令、設(shè)定暫存器命令、0-Power模式命令及類比輸出暫存器栓鎖命令，所以當有下一組訊號輸入（IC輸入端--CLK、SDI、LE、OE）時，時鐘訊號會將移位暫存器的資料依序在串列輸出端推出。換言之，當控制訊號是分別控制不同驅(qū)動器的時候，即可以控制部分的驅(qū)動器進入休眠模式，而另一部分的驅(qū)動器仍可正常維持運作。而當下達LE+（7×CLK）的命令時，驅(qū)動器即能回到正常啟動狀態(tài)，并將類比輸出暫存器（Output Latch）清除。驅(qū)動器會在LE的負緣觸發(fā)后經(jīng)過數(shù)毫秒才穩(wěn)定，控制器方可送訊號進驅(qū)動器來驅(qū)動LED。

　　?零節(jié)能省電模式

　　當整面螢?zāi)粏与娫春?，?qū)動器可透過設(shè)定狀態(tài)暫存器進入0-Power模式。若輸出端暫存器在資料栓鎖后皆為低電位時（圖4），代表驅(qū)動器不驅(qū)動任何的LED負載，將自動進入休眠狀態(tài)，且類比電路關(guān)閉，與強制性休眠命令同樣有99%的省電效率。數(shù)位電路只接受叫醒命令與設(shè)定暫存器命令，并保留串列輸入和輸出的介面，對其他命令不會有所回應(yīng)。若要回到正常模式，只要寫入任一個以上的高電位資料至輸出端暫存器（圖5），資料栓鎖后，驅(qū)動器將自動回到正常模式，并會在資料栓鎖觸發(fā)后經(jīng)過數(shù)毫秒才穩(wěn)定，控制器才可送訊號進驅(qū)動器來驅(qū)動LED。