超低压差LED驱动让LED显示屏节能32.8%

刘博士：我今天的演讲主题是低功耗LED显示屏驱动。首先给大家介绍下得倍电子，然后介绍下LED显示屏特点及存在的问题，低压差LED驱动技术及方案、最后分析低压差LED驱动节能降耗的效果。

得倍电子是一家集成电路设计公司，提供包括电源管理、LED显示驱动、照明驱动等智能电源产品。得倍电子是由留美、留德学者与国内航天集成电路资深专家于2004年创立。公司总裁乔红瑗先生1983年毕业于清华大学，是一位集成电路行业资深专家。他不光在设计、在工厂管理、半导体工艺技术、可靠性、公司管理方面都有丰富的经验，同时也参与了台湾一家公司的创立，1996年，凭借在航太领域的突出贡献，获颁航天奖。下面介绍下得倍电子的发展历程。

•2004年成立于上海
•2005年被工信部认定为集成电路设计企业
•2005年11月SLIC电路通过功能测试
•2006年获国家科技部创新基金
•2007年上海信息委电子发展基金的资助
•2008年乔红瑗先生被选为<<上海信息化>>理事
•2009年上海浦东新区科委认定为企业研发中心
上海半导体照明行业协会理事单位

公司从成立开始就很重视知识产权，目前已经申请了9项专利，还有两项专利正在申请。一项是DBLED（Driver Buit-in LED），另外一项是用于照明的无电解电容AC LED驱动。得倍电子获得的集成电路设计版权有20多项。

得倍电子在LED显示驱动、照明驱动和AC-DC方面有一系列产品。

现在介绍下LED显示屏的市场状况。LED显示屏国内市场规模大约200亿，全球规模约400亿，预期未来5年年增长率仍会超过30%。LED显示屏的两大驱动力：LED芯片成本降低
；LED发光效率提高。这两打驱动力整合起来就叫做LED领域的Haitz定律。另外就是节能环保的概念驱动LED得到广泛使用。

LED显示屏为什么能够得到广泛使用，我的总结是以下几点：
1.可延展性：LCD屏做的越大，生产线设备投入越高。而LED显示屏尺寸的增大是很容易的，就像搭积木一样。分辨率也方便根据用户需求实现。
2.全彩：灯泡，霓虹灯等都是单色的，LED实现了RGB三原色的组合。
3.可靠性高：LED是固体照明，可靠性高，不像霓虹灯管，灯泡之类的需要真空管的。
4.寿命长：LED芯片理论寿命可以达到10万小时，实际使用寿命在3万小时以上
5.环境友好：LED本身是节能无污染的产品

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LED目前遇到最大的问题是散热，显示屏也是一样。显示屏的功耗很大，相当一部分能源浪费在发热上。发热会带来以下几个问题：
1.波长漂移：波长漂移会让颜色校正出现问题，LED在低温和高温时，波长漂移是比较大。根据实验数据，温度每变化一度，波长变化0.2-0.3nm。
2.输出亮度降低：每摄氏度温度变化导致1%输出亮度的变化，其中红灯受影响最显著。

上图是试验数据，从红灯的曲线可以看出，从-40度180%的亮度，到120度的亮度不到50%，也就是说，红灯的亮度降低近三分之二。相对而言，蓝灯和绿灯亮度都温度影响没那么强，特别是蓝灯。当温度升高时就出现一个问题，不同颜色的LED发出的亮度是不一样的，

3． 温升导致LED寿命缩短：根据美国一家试验室数据，结温从63C升高到74C, LED寿命从36,000小时降低到16,000小时。
4． 过多散热部件导致系统成本升高
5． 浪费能量，提高了使用者成本

那么热量从哪里来的呢？从电源供电到LED灯，到LED驱动，再到可调电阻，发热部分包括LED灯、LED驱动、LED连接线。我们以5V供电为例：

电源电压：5V,
LED：LED G/B Vfwd=3.2V，LED R Vfwd=2V

1.LED发光效率约20%，LED发热占总发热50%
2.控制器及连接线等占总发热量约5%
3.驱动压降：1.8V(G/B) or 3V(R)压降，驱动部分发热占总发热的45%以上。

LED灯的发热需要提高LED的发光效率，控制器和连接线的发热较少，改善空间不大。驱动部分发热改善空间很大，也是我们期待改善的部分。现在有的企业在研究低电压供电，目的就是希望把电压降下来，但是低电压供电的问题在哪里呢？就是在低电压供电下，LED驱动IC能否稳定的可控的工作。针对上面描述的这些问题，我们得倍电子推出了一款专用于大屏幕LED低压差、高精度16位恒流驱动芯片D5026A。D5026A最大的特点就是压差非常低。

下图是台湾一家公司的5026驱动芯片与得倍电子D5026A的对比。在输出驱动电流典型值 IOUT=20mA 的状况下，台湾公司的5026驱动芯片VOUT约为500mV，而D5026A的VOUT约为50 mV，为台湾公司5026芯片的10%。也就是说，在芯片发热部分，得倍D5026A的发热只有台湾公司5026驱动芯片的10%。

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得倍电子D5026A在3.3V或5V电压下电流输出可控范围是2-90 mA，而台湾公司5026输出电流在3.3V下可控的范围是2-45 mA，5V电压下可控的范围是5-90 mA。对于20 mA下的压降来看，D5026A是50 mV，对比公司是500 mV。

D5026A采用专利技术（专利号：201020624548.0）设计的超低压差恒流输出使得供电电压低至几十毫伏（20mA)。由此可使得系统供电电压降至LED二极管的最小导通电压，最大限度降低LED显示屏能耗。

D5026A有下面一些特点：

1.D5026A采用专利技术设计的超低压差恒流输出使得供电电压可以很低，从而可节电达30%以上，驱动芯片发热减少90%以上。
2.D5026A 采用内置逻辑修调技术，可使得芯片输出电流绝对值高度一致，从而发货时不必分类，保障各批次间芯片永远可以直接互换。所有批次间电流基准值偏差小于0.5%.
3.零温度补偿系数设计使得芯片在-40度到+85度间输出电流变化极小
4.所有端口采用施密特输入设计使得芯片抗干扰能力大大加强。

D5026A独特的超低压降特性，可以采用低电压的驱动方案，下图所示，即驱动绿、蓝LED时电源电压+3.8V，驱动红色LED时电源电压+2.5V。如果LED一致性好的话，蓝灯和绿灯的电压可以低到3.4V，更加节能，红灯部分可以提供更低的电压，比如2.5V。

那么对于LED显示屏制作商来讲，使用得倍电子D5026A方案使得系统发热量减小30%以上，可以简化LED显示屏的散热设计，并且可以实现灯驱合一，即驱动电路和LED板一体化。对于LED显示屏使用者来讲，因为节电30%，功耗的降低也会降低使用成本。同时，因为发热减少，可以延长使用周期。

以3m´4m P10显示屏为例，普通16路5V工作电压，普通LED驱动最大功耗为5.88KW。D5026A用3.8V驱动G、B，2.5V驱动R，D5026A最大功耗为3.95KW，直接减少功耗1.93KW，使用D5026A后不仅立刻节电32.8%，而且大大降低了系统的发热，降低散热成本，节约使用成本，从而提高了系统可靠性和使用寿命。

那么有朋友可能有疑问，使用了D5026A还能够使用其他厂商芯片吗？D5026A和现有同类型产品是完全兼容的。下面是D5026A的特点：

•单路驱动电流范围：2～90mA
•超低压差：30mV ( IOUT=10 mA )
•高恒流精度：最大偏差，非典型值，不分类
between channel <±2%
between IC <±3%
所有批次电流基准值偏差<0.5%
• 温度系数：小于50PPM （-40℃～+85℃）
• 高达25MHz时钟频率
• 工作电压范围：3.3V-5.5V
• 抗静电能力：大于4KV
• 工作温度范围：-40℃～+85℃

超低压差设计的D5026A 16位LED恒流驱动芯片为大家设计LED显示屏时提供了一个超节能的方案，我们刚才用数据分析了节能的效果。我们希望，大家采用我们的IC后，DBIC的产品驱动LED显示屏走的更高，更远，有着更光明的前途。谢谢大家！

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