白光LED從幾年前發明之後應用日益普及，由於白光LED比普遍使用的白熾燈泡更接近自然光，同時比螢光管更容易使用，因此在各種照明應用──如閃光燈與掌上型電子設備的顯示背光領域，逐漸擁有越來越大的市場佔有率。但是白光LED本身也擁有一些使用上的技術問題。

白光LED常見技術問題

在使用白光LED時最明顯的問題是它們的匹配效果較差，例如一個普通的白光LED在20mA電流流過時，前向電壓（Vf）規格的範圍最小為3.0V，通常為3.5V，最大為4.0V，因此相當明顯地，採用定電壓源並不是一個良好的解決方案，雖然要達相同亮度的最佳方法是以同樣的電流推動每一個LED，但是這樣做的成本卻相當昂貴，因此大部份的應用都採用簡單的固定偏壓以及鎮流電阻，如(圖一)。

《圖一　使用5V固定偏壓與75Ω鎮流電阻來達到大約相同的白光LED亮度匹配》

採用像圖一這樣的電路設計時，通常可以得到不錯的亮度匹配效果，但是，有量產經驗的人就知道，每次生產線出來的產品會有相當類似的特性，但不同批的產品卻可能有較大的差異，白光LED也是一樣，在量產時最困擾的問題是必須要對每一批進貨的LED加以檢測，然後再選用不同的鎮流電阻，如果LED的供貨來源不只一家的話，那麼問題就更加嚴重。

不同廠牌白光LED測試實驗

要解釋這個情況，我們從三家不同製造商購買三種不同的白光LED，然後經過圖一的電路加以測試，A品牌購自業界領先的白光LED製造商，這些LED採用小型塑膠封裝供貨，B品牌則由業界二線白光LED製造商取得，並以捲帶式包裝供貨，C品牌則由小型的製造商生產，直接在普通的電子零件販售處購買，LED為分別獨立包裝，測試得到的結果可列在(表一)。

《表一　白光LED測試實驗結果列表》 註釋:為了評估採用圖一電路生產的效果，我們由三家不同的製造商購得三種不同的LED，然後測量它們的電流，請注意品牌間的匹配情況相當地糟，在表中可以看出平均標準誤差高達3.27mA。

由(表一)中標準誤差（Stdev）欄位中我們可以看出，每個品牌產品本身的匹配效果基本上還不錯，事實上品牌A與品牌B擁有相當好的匹配特性，而分別獨立包裝的C品牌LED之間也與預期一樣在匹配上較差，表中品牌產品本身的優值（figure-of-merit）0.54mA是由標準誤差的平均值所取得。

從表一中的平均值（Avg）欄位我們可以看出，品牌與品牌間的匹配相當地差，品牌A所耗用的電流最高，平均為24.6mA，品牌B則最低，平均為18.3mA，如果我們將品牌與品牌間的優值3.27mA是由平均值的標準誤差所取得。

白光LED電流誤差解決方案

如前面所說，解決方案最主要的目的是要穩定分別獨立的LED電流，或者是最少一個LED的電流，以便提供更好的分批進料或不同品牌零件之間在整個生產過程中的匹配效果，但是這些解決方案通常需要相當昂貴的晶片，不過如果成本的考量比匹配的精確度還要重要的話，那麼採用價廉的低壓降（Low-Dropout；LDO）線性穩壓器將能夠提供足夠的效果，避免在需要在每一批新的LED生產組裝時調整鎮流電阻，(圖二)為如何使用透過採用價廉的LDO元件可以自動調整偏壓，大幅改善分批進料或不同品牌白光LED 之間特性差異所造成的亮度匹配問題。在這裡LDO會對其中一個LED的前向電壓自動調整偏壓。

《圖二　LDO作為採用半電流半電壓穩壓模式的電路》

為了證明(圖二)的電路所帶來的好處，我們將先前用來測試的三種不同品牌LED使用(圖二)的電路再一次加以測試，測試結果可見(表二)，雖然品牌本身的匹配會有些微的犧牲（0.77mA較高於表一的0.54mA），但是不同品牌間的匹配則有340％的改善（0.96mA與表一的3.27mA比較）。

《表二　採用電路解決方案後的白光LED測試結果》 註釋:為了評估(圖二)電路的匹配表現，我們採用與前面相同的三種不同品牌白光LED再一次進行測試，請注意不同品牌間的匹配效果擁有大幅的改善，例如表中的0.96mA平均標準誤差與表一的3.27mA比較。

(圖二)中的LDO元件必須是可外部可調的形式，如擁有1.25V回饋臨界點（Vset）的MAX8863，同時加入一個小型SOT-23包裝LDO元件所帶來的體積與成本，將會因為LDO本身擁有待機控制接腳，因此可以省去圖一中的N通道FET來做為開關或PWM亮度調整控制而有所補償。

(圖三)為將(圖二)電路針對每顆LED流過15mA電流加以修改的結果，因為這是大部份採用表面黏著式LED作為背光應用的便攜式產品規格，MAX8863可以在15mA下推動高達八顆LED，同時在不同批號或不同品牌時都能提供良好的亮度匹配效果。此外由於LED的前向電壓以及橫跨鎮流電阻上的電壓在15mA時會更低，因此所需的最低輸入電壓也可以降低。

《圖三　將(圖二)電路針對每顆LED流過15mA電流加以修改的結果》

結語

採用LDO還擁有其他的好處，例如LED短路保護，更寬廣的輸入電壓範圍以及如果與其他電路共用5V電源時更好的PSRR值等，同時品牌A的LED再也不會發生溫度過高的情況，將可以有效降低功率消耗過大所帶來的問題。

（作者任職於Maxim Integrated Products）