1. LEDの動作原理
駆動回路を設計する前に、LEDの動作原理を理解することが重要です。LEDの明るさは主に順方向電圧（VF）および順方向電流（IF）。電流-電圧特性曲線を図1に示す。ここで、 VF は順方向電圧降下を表し、 IF 順方向電流です。
印加された順方向電圧が閾値レベル（ターンオン電圧とも呼ばれ、この場合は約1.7V）を超えると、 IF ほぼ比例すると考えられる VF図に示すように、LEDの最大順方向電流は1Aに達する可能性がありますが、標準的な順方向電圧の範囲は約2V～4Vです。
図1. VFとIFの関係
LEDの順方向電圧降下は比較的広い範囲（1V以上）で変動します。上に示したVF-IF曲線から、わずかな変化でも VF 大きな変動を引き起こす可能性がある IFその結果、明るさに大きな変動が生じます。そのため、LEDの発光特性は一般的に電圧ではなく電流の関数として表されます。
しかし、一般的な整流回路では、出力電圧は主電源電圧の変動に応じて変動します。つまり、定電圧源を使用するとLEDの明るさを一定に保つことができず、LEDの性能に悪影響を与える可能性があります。そのため、LEDドライバは通常、定電流源として動作するように設計されます。
2. LED駆動技術
LEDの動作原理から、最適な輝度を維持するためには、LEDを定電流源で駆動する必要があることは明らかです。ドライバの役割は、この定電流特性を確保するだけでなく、低消費電力を実現することです。
これらの要件を満たすために一般的に使用される電流制御方法は次のとおりです。
- 電流制限抵抗器の値を調整して電流を制御します。
- 電流制限抵抗器の両端の基準電圧を変化させて電流を制御します。
- PWM (パルス幅変調) を使用して電流制御を実現します。
LEDドライバに採用されている技術は、スイッチング電源に使用されている技術と非常に似ています。本質的には、LEDドライバは電力変換回路の一種ですが、その出力は 定電流 定電圧ではなく、あらゆる状況において、回路は安定した平均電流を供給し、リップル電流を規定の範囲内に抑える必要があります。
（１）電流制限方式
図 2 は、電流制限方式を使用する最も単純な回路を示しています。
図2. 電流制限方式の最も単純な回路
に示すように 図3これは従来の回路構成です。主電源電圧は降圧、整流、フィルタリングされ、その後、直列抵抗器によって電流制限が行われ、LEDの安定した動作と基本的な保護が実現されます。
しかし、この方法の致命的な欠点は、抵抗器で消費される電力が R システム効率を直接的に低下させます。変圧器の損失と合わせると、システム全体の効率は約 50%さらに、供給電圧が±10％以内で変動すると、LEDを流れる電流は 25％以上LEDに供給される電力は、 30%.
抵抗電流制限の主な利点は、 シンプルさ、低コスト、電磁干渉（EMI）がないしかし、その欠点は大きく、LEDの明るさは、 VF効率が非常に低く、放熱が深刻な問題となります。
図3. 従来の抵抗電流制限回路
電流制限方法については、オンラインでわかりやすい記事も参照できます。 https://www.ourpcb.com/current-limiting-resistor.html
定電流 LED バックライト駆動の詳細については、以下を参照してください。 https://www.orientdisplay.com/wp-content/uploads/2018/07/OrientDisplay-Backlight-Constant-Current-Driver.pdf
（2）電圧調整方式
に示すように 図4この回路は図3をベースに、内蔵電圧レギュレータ（MC7809）を追加したものです。これにより出力電圧は9Vでほぼ安定し、電流制限抵抗が R 非常に小さく作られているため、LED の両端の電圧が不安定になるのを防ぎます。
しかし、この回路の効率は依然として低い。MC7809と抵抗R1の両端の電圧降下が依然として大きいため、全体の効率は約 40%安定した LED 動作と高い効率を両立するには、低電力電流制限部品と回路を使用してシステム性能を向上させる必要があります。
線形電圧調整法には次のような利点がある。 シンプルな構造、外部部品が少ない、中程度の効率、比較的低コスト.
図4 電圧調整方法
（３）PWM方式
PWM（パルス幅変調）は、駆動電流パルスのデューティサイクルを調整することでLEDの明るさを制御します。この調光技術は、単純なデジタルパルスを用いてLEDドライバのオン/オフを繰り返し切り替えます。幅の異なるデジタルパルスを供給することで出力電流を変調し、白色LEDの明るさを変化させることができます。
この駆動回路の特徴は、エネルギーがインダクタを介して負荷に伝達されることです。通常、PWM制御信号はMOSFETトランジスタのオン/オフを切り替えるために使用されます。PWM信号のデューティサイクルとインダクタの充放電時間を変化させることで、入力電圧と出力電圧の比を調整できます。
このタイプの一般的な回路トポロジーには以下が含まれる。 降圧、昇圧、および昇降圧コンバータPWM方式の利点は 高効率と安定した性能しかし、欠点としては 可聴ノイズ、高コスト、より複雑な設計.
図5. PWM方式を用いたLED駆動回路
に示すように 図5PWM信号はトランジスタVQ1のベースを介してPチャネルMOSFETのゲートに接続されます。PチャネルMOSFETのゲートは、単純なNPNトランジスタ増幅回路によって駆動されます。これにより、MOSFETの導通プロセスが改善され、駆動回路の消費電力が削減されます。
MOSFETを回路で直接駆動する場合、MOSFETの急速なオン・オフによりドレイン・ソース間電圧に振動が生じる可能性があります。これにより、 無線周波数干渉 (RFI) 場合によっては、MOSFET に過度に高い電圧がかかり、故障や損傷が発生する可能性があります。
この問題を解決するために、駆動されるMOSFETのゲートとドライバ回路の出力の間に無誘導抵抗を直列に挿入します。PWM信号がハイレベルのとき、トランジスタVQ1が導通し、MOSFETのゲート電圧がソース電圧より低くなります。その結果、MOSFETがオンになり、LEDが点灯します。一方、PWM信号がローレベルのとき、VQ1は遮断され、MOSFETがオフになり、LEDは消灯します。
3. LEDドライバICソリューション
LEDバックライトドライバICは、主に液晶ディスプレイ（テレビ、ノートパソコン、携帯電話、車載ディスプレイなど）において、LEDモジュールに定電流または定電圧を供給するために使用されます。その目的は、均一な輝度、高効率、長寿命を実現することです。一般的なドライバトポロジには以下のものがあります。 昇圧（ステップアップ）、降圧（ステップダウン）、昇降圧、およびマルチチャンネル定電流ドライバ以下は、LEDバックライトドライバICの代表的なカテゴリです。
（1）テキサス・インスツルメンツ（TI）
- TPS61169: 小型 LCD (携帯電話など) に適したシングル チャネル ブースト定電流ドライバ。
- LP8556I²C制御、マルチチャンネル出力（最大6チャンネル）、PWM/アナログ調光に対応。ノートパソコンや車載ディスプレイに広く使用されています。
（2）オン・セミコンダクター（現オンセミコンダクター）
- NCP3170 / NCP3170B: 小型から中型のスクリーンに適した高効率のバックドライバ。
- NCV7685: 16 チャンネル定電流ドライバ。自動車のバックライトやダッシュボードによく使用され、高い信頼性と診断機能を備えています。
(3). STマイクロエレクトロニクス（ST）
- STLED524: I²C インターフェースを備えたマルチチャネル LED バックライト ドライバー。
- L5973D: 中出力 LED バックライト システム用の昇圧 DC-DC コンバータ。
(4）ルネサスエレクトロニクス
- ISL98611: スマートフォンの電源とバックライトの駆動用に設計されたブーストおよび正/負のチャージポンプ出力を統合しています。
- ISL97900: 高精度の電流マッチングを備えたマルチチャンネル LED バックライト ドライバー。
(5）中国メーカー
- マクロブロック（MBIシリーズ）たとえば、MBI5030 は大型ディスプレイおよびバックライト ドライバーに特化しており、テレビや広告パネルで広く使用されています。
- ソロモン・システック: 携帯電話や中小型ディスプレイ向けの LED バックライト ドライバー ソリューションをリリースしました。
- 製品概要
- 小型画面 (携帯電話、タブレット): TI TPS/LP シリーズ、Renesas ISL シリーズ。
- 中～大型スクリーン (ラップトップ、モニター、テレビ): TI LP8556、ST STLED524、Macroblock MBI シリーズなどのマルチチャネル定電流ドライバ。
- 自動車および産業用途: 信頼性とマルチチャネル制御が求められます。通常は、オンセミ NCV シリーズを使用します。
4. LEDバックライトドライバICの比較表
| メーカー | モデル | チャネル | 駆動方法 | 制御インタフェース | 代表的なアプリケーション |
| TI（Texas Instruments） | TPS61169 | シングルチャンネル | 定電流ブースト | PWM / アナログ | 携帯電話、小型ディスプレイ |
| TI | LP8556 | 6チャンネル | ブースト付きマルチチャンネル定電流 | I²C + PWM | ノートパソコン、車載ディスプレイ |
| onsemi（旧ONセミコンダクター） | NCP3170 | シングルチャンネル | 降圧定電流 | PWM | 小型から中型の画面 |
| オンセミ | NCV7685 | 16チャンネル | 定電流 | SPI / I²C | 自動車用バックライト、ダッシュボード |
| ST（STマイクロエレクトロニクス） | STLED524 | 6チャンネル | マルチチャンネル定電流 | I²C | モニター、テレビ |
| ST | L5973D | シングルチャンネル | 昇圧DC-DC定電流 | PWM / アナログ | 中出力バックライト |
| ルネサス | ISL98611 | 3チャンネル+電源出力 | ブースト+チャージポンプ | I²C | スマートフォン、タブレット |
| ルネサス | ISL97900 | マルチチャネル | 定電流 | I²C | ノートパソコン、タブレット |
| マクロブロック (明微電子) | MBI5030 | 16チャンネル | 定電流 | SPI | テレビ、大型広告ディスプレイ |
| Solomon Systech (晶门科技) | SSDシリーズ（例：SSD2805） | 6～8チャンネル | マルチチャンネル定電流 | I²C | 携帯電話、小型から中型のディスプレイ |
5. LEDバックライトドライバICの主要パラメータ比較
| メーカー | モデル | 入力電圧範囲 | 出力チャンネル | 最大電流（チャネルあたり） | 効率化 | パッケージ | 代表的なアプリケーション |
| TI | TPS61169 | 2.7〜18 V | 1 | 1.2 A | 〜90％で | 今日-23 | 携帯電話、小型ディスプレイ |
| TI | LP8556 | 2.7〜5.5 V | 6 | 30ミリアンペア | 〜90％で | WQFN | ノートパソコン、車載ディスプレイ |
| オンセミ | NCP3170 | 4.5〜18 V | 1 | 3 A | 〜90％で | SEC-8 | 小型から中型の画面 |
| オンセミ | NCV7685 | 6〜40 V | 16 | 75ミリアンペア | 〜85％で | TSSOP | 自動車用バックライト、ダッシュボード |
| ST | STLED524 | 2.7〜5.5 V | 6 | 30ミリアンペア | 約85～90% | QFN | ノートパソコン、モニター |
| ST | L5973D | 4〜36 V | 1 | 2 A | 〜90％で | HSOP-8 | 産業用/中出力バックライト |
| ルネサス | ISL98611 | 2.5〜5.5 V | 3本以上の電源レール | 30ミリアンペア | 〜90％で | WLCSP | スマートフォン、タブレット |
| ルネサス | ISL97900 | 2.5〜5.5 V | 6 | 25ミリアンペア | 〜90％で | QFN | ノートパソコン、タブレット |
| マクロブロック | MBI5030 | 3〜5.5 V | 16 | 80ミリアンペア | 〜85％で | SSOP/QFN | 大型テレビ、広告パネル |
| ソロモン・システック | SSD2805 | 2.7〜5.5 V | 6-8 | 25ミリアンペア | 〜85％で | QFN | 携帯電話、小型から中型のディスプレイ |
主な比較ポイント
1. チャネル数
o 小さな画面 → シングルチャネル（例：TPS61169）
o 中型スクリーン / 自動車 → 6チャンネル（例：LP8556、STLED524）
o 大型スクリーン/テレビ → 16チャネル以上（例：NCV7685、MBI5030）
2. 駆動方法
o ブースト（ステップアップ） → スマートフォンやタブレットでよく使用され、低い電源電圧を高いレベルまで上げて複数の LED を直列に駆動するために使用されます。
o バック（ステップダウン） → より少ない数の LED を駆動する高電圧電源に適しています。
o マルチチャンネル定電流 → 明るさの均一性を確保し、大画面のバックライトに最適です。
3. 制御インタフェース
o PWM → シンプルで、モバイルデバイスで広く使用されています。
o I²C → より柔軟で、電流、電圧、調光曲線を調整できます。
o SPI → 高速・多チャンネルなのでテレビや広告ディスプレイに最適です。
6. LEDバックライトドライバICの推奨アプリケーションシナリオ
- 小型画面（スマートフォン/タブレット） → シングルチャネルブーストドライバ、例： TI TPS61169, ルネサスISL98611
- 中型画面（ノートパソコン/車載ディスプレイ） → 6チャンネルマルチチャンネル定電流ドライバ、例： TI LP8556, ST STLED524, ルネサスISL97900
- 大型スクリーン（モニター・テレビ） → 16チャンネル以上の定電流ドライバ、例： マクロブロックMBI5030
- 特殊シナリオ（自動車/広告ディスプレイ） → 高信頼性マルチチャンネルドライバ、例： オンセミ NCV7685, マクロブロックMBIシリーズ