1. LED的工作原理

在设计驱动电路之前，了解LED的工作原理至关重要。LED的亮度主要取决于其正向电压（VF)和正向电流（IF）。电流-电压特性曲线如图1所示。其中， VF 表示正向压降，而 IF 是正向电流。

一旦施加的正向电压超过阈值水平（也称为开启电压，在这种情况下约为 1.7 V）， IF 可以被认为几乎与 VF如图所示，LED的最大正向电流可达1A，而典型的正向电压范围约为2V至4V。

图 1. VF 和 IF 之间的关系

LED 的正向压降变化范围相对较大（超过 1 V）。从上图的 VF-IF 曲线可以看出，即使 LED 的正向压降发生微小变化， VF 可能会导致很大的变化 IF，进而导致亮度出现显著波动。因此，LED的发光特性通常被描述为电流而非电压的函数。

然而，在典型的整流电路中，输出电压会随着主电源电压的变化而波动。这意味着使用恒压源无法确保LED亮度的恒定，并且可能对LED性能产生负面影响。因此，LED驱动器通常设计为恒流源。

2. LED驱动技术

从LED的工作原理可知，为了保持最佳亮度，LED必须采用恒流源驱动。驱动器的作用不仅在于确保这种恒流特性，还在于实现低功耗。

为了满足这些要求，常用的电流控制方法包括：

调整限流电阻的值来调节电流。

改变限流电阻两端的参考电压来控制电流。

采用PWM（脉冲宽度调制）实现电流调节。

LED驱动器采用的技术与开关电源非常相似。本质上，LED驱动器是一种功率转换电路，但其输出是 恒流 而不是恒定电压。在任何条件下，电路都必须提供稳定的平均电流，且纹波电流保持在指定范围内。

（1）限流法

图2显示了采用限流方法的最简单电路。

图2. 限流方法的最简单电路

如图所示 图3这是传统的电路配置。市电电压经过降压、整流和滤波，然后串联电阻进行限流，以保持LED稳定工作并提供基本保护。

然而，这种方法的致命缺点是电阻器中耗散的功率 R 直接降低了系统效率。加上变压器损耗，整个系统的效率仅为 50%排放此外，当电源电压在±10%范围内波动时，流过LED的电流可能会变化 25％或更多，并且输送到LED的功率可能会改变超过 30%排放.

电阻限流的主要优点是 简单、低成本、无电磁干扰 (EMI)但它的缺点也很明显：LED亮度会随着温度的变化而变化。 VF，效率很低，而且散热成为一个严重的问题。

图3. 传统电阻限流电路

关于限流的方法网上也有一篇比较直白的文章可以参考： https://www.ourpcb.com/current-limiting-resistor.html

有关恒流 LED 背光驱动的更多信息，请参阅： https://www.orientdisplay.com/wp-content/uploads/2018/07/OrientDisplay-Backlight-Constant-Current-Driver.pdf

（2）电压调节法

如图所示 图4该电路基于图3，并增加了一个集成稳压器（MC7809）。这使得输出电压基本稳定在9 V，从而允许限流电阻 R 做得非常小，这可以防止LED两端的电压不稳定。

然而，该电路的效率仍然很低。由于 MC7809 和电阻 R1 两端的压降仍然很大，因此整体效率仅为 40%排放为了既能实现LED的稳定工作，又能提高效率，应采用低功耗限流元器件和电路，以提高系统性能。

线性电压调节方法具有以下优点： 结构简单，外围元件少，效率中等，成本相对较低.

图4 电压调节方法

（3）PWM方式

PWM（脉冲宽度调制）通过调节驱动电流脉冲的占空比来控制LED亮度。这种调光技术使用简单的数字脉冲反复打开和关闭LED驱动器。通过提供不同宽度的数字脉冲，可以调制输出电流，从而改变白光LED的亮度。

该驱动电路的显著特点是能量通过电感传输至负载。通常，PWM控制信号用于控制MOSFET晶体管的导通和关断。通过改变PWM信号的占空比和电感的充放电时间，可以调节输入和输出电压之间的比率。

这种类型的常见电路拓扑包括 降压、升压和降压-升压转换器.PWM方法的优点是 高效稳定的性能但它的缺点包括 可听噪音、成本更高、设计更复杂.

图5.采用PWM方法的LED驱动电路

如图所示 图5，PWM信号通过晶体管VQ1的基极连接到P沟道MOSFET的栅极。P沟道MOSFET的栅极由简单的NPN晶体管放大电路驱动，改善了MOSFET的导通过程，降低了驱动电路的功耗。

如果 MOSFET 由电路直接驱动，MOSFET 的快速导通和关断可能会导致漏源电压振荡。这可能导致 射频干扰（RFI） 并且在某些情况下，MOSFET 会暴露在过高的电压下，从而导致击穿和损坏。

为了解决这个问题，在驱动MOSFET的栅极和驱动电路输出之间串联一个无感电阻。当PWM信号为高电平时，晶体管VQ1导通，将MOSFET栅极电压拉低至源极电压以下。结果，MOSFET导通，LED亮起。相反，当PWM信号为低电平时，VQ1截止，MOSFET截止，LED熄灭。

3. LED驱动IC解决方案

LED背光驱动器IC主要用于LCD显示屏（电视、笔记本电脑、手机、车载屏幕等），为LED模块提供恒流或恒压。其目的是确保均匀的亮度、高效率和长使用寿命。常见的驱动器拓扑包括： 升压、降压、降压-升压和多通道恒流驱动器以下列出LED背光驱动IC的几个有代表性的类别：

（1）德州仪器（TI）

TPS61169：单通道升压恒流驱动器，适用于小尺寸LCD（例如手机）。

LP8556：支持 I²C 控制、多通道输出（最多 6 通道）以及 PWM/模拟调光。广泛应用于笔记本电脑和车载显示屏。

（2）安森美半导体（现onsemi）

NCP3170/NCP3170B：高效降压驱动器，适用于中小尺寸屏幕。

NCV7685：16通道恒流驱动器，常用于汽车背光和仪表板，具有高可靠性和诊断功能。

(3).意法半导体（ST）

STLED524：带 I²C 接口的多通道 LED 背光驱动器。

L5973D：适用于中功率 LED 背光系统的升压 DC-DC 转换器。

(4). 瑞萨电子

ISL98611：集成升压和正/负电荷泵输出，专为智能手机电源和背光驱动而设计。

ISL97900：具有高精度电流匹配的多通道LED背光驱动器。

(5). 中国制造商

聚积科技（MBI系列）：例如MBI5030，专注于大显示屏和背光驱动器，广泛应用于电视和广告面板。

晶门科技：已推出适用于手机和中小型显示屏的LED背光驱动解决方案。

结语

小尺寸屏幕 （手机、平板电脑）：TI TPS/LP系列、Renesas ISL系列。

中大型屏幕 （笔记本电脑、显示器、电视）：多通道恒流驱动器，如TI LP8556、ST STLED524、Macroblock MBI系列。

汽车和工业应用：要求可靠性和多通道控制，通常使用安森美NCV系列。

4. LED背光驱动IC比较表

生产厂家

型号

频道

驱动方式

控制接口

典型应用

TI（德州仪器）

TPS61169

单通道

升压恒流

PWM/模拟

手机、小型显示器

TI

LP8556

6 channels

多通道恒流升压

I²C + PWM

笔记本电脑、汽车显示器

onsemi（原安森美半导体）

NCP3170

单通道

降压恒流

PWM

中小型屏幕

安塞米

NCV7685

16 channels

恒流

SPI/I²C

汽车背光、仪表盘

ST（意法半导体）

STLED524

6 channels

多通道恒流

I²C

显示器、电视

ST

L5973D

单通道

升压DC-DC恒流

PWM/模拟

中功率背光

瑞萨科技

ISL98611

3通道+电源输出

升压+电荷泵

I²C

智能手机，平板电脑

瑞萨科技

ISL97900

多通道

恒流

I²C

笔记本电脑、平板电脑

聚积科技(明微电子)

MBI5030

16 channels

恒流

SPI

电视、大型广告显示屏

晶门科技

SSD系列（例如SSD2805）

6–8 个通道

多通道恒流

I²C

手机、中小型显示器

5. LED背光驱动IC关键参数对比

生产厂家

型号

输入电压范围

输出通道

最大电流（每通道）

高效与舒适性

小包装

典型应用

TI

TPS61169

2.7-18伏

1

1.2A

〜90％

SOT-23

手机、小型显示器

TI

LP8556

2.7-5.5伏

6

30毫安

〜90％

超薄型四方扁平无引线 (WQFN)

笔记本电脑、汽车显示器

安塞米

NCP3170

4.5-18伏

1

3A

〜90％

SOIC-8

中小型屏幕

安塞米

NCV7685

6-40伏

16

75毫安

〜85％

技术支持

汽车背光、仪表盘

ST

STLED524

2.7-5.5伏

6

30毫安

~85–90％

QFN

笔记本电脑、显示器

ST

L5973D

4-36伏

1

2A

〜90％

HSOP-8

工业/中功率背光

瑞萨科技

ISL98611

2.5-5.5伏

3+电源轨

30毫安

〜90％

WLCSP

智能手机，平板电脑

瑞萨科技

ISL97900

2.5-5.5伏

6

25毫安

〜90％

QFN

笔记本电脑、平板电脑

宏块

MBI5030

3-5.5伏

16

80毫安

〜85％

SSOP/QFN

大型电视、广告牌

晶门科技

SSD2805

2.7-5.5伏

6-8

25毫安

〜85％

QFN

手机、中小型显示器

关键比较点

1. 通道数

o 小屏幕 → 单通道（例如，TPS61169）

o 中型屏幕/汽车 → 6通道（例如LP8556、STLED524）

o 大屏幕/电视 → 16通道或更多（例如NCV7685，MBI5030）

2. 驱动方式

o 升压（升压） → 常见于智能手机和平板电脑，用于将低电源电压提升至更高水平，以驱动串联的多个 LED。

o 降压 → 更适合驱动较少 LED 的高压电源。

o 多通道恒流 → 保证亮度均匀性，非常适合大屏幕背光。

3. 控制接口

o PWM → 操作简单，广泛应用于移动设备。

o I²C → 更加灵活，允许调节电流、电压和调光曲线。

o SPI → 高速、多通道，非常适合电视和广告显示器。

6. LED背光驱动IC推荐应用场景

小尺寸屏幕（智能手机/平板电脑） → 单通道升压驱动器，例如 德州仪器 TPS61169, 瑞萨ISL98611

中型屏幕（笔记本电脑/车载显示屏） → 6通道多通道恒流驱动器，例如， 德州仪器 LP8556, ST LED524, 瑞萨ISL97900

大尺寸屏幕（显示器/电视） → 16通道或更高恒流驱动器，例如 聚积MBI5030

特殊场景（汽车/广告展示） → 高可靠性多通道驱动器，例如 安森美 NCV7685, 聚积MBI系列