升壓的負(fù)電荷泵白光LED驅(qū)動(dòng)器的設(shè)置
概述
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/168224.htm當(dāng)前許多便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品,例如手機(jī)、PDA、MP3播放器、筆記本等都帶有顯示屏,雖然不同的應(yīng)用對(duì)于顯示屏的種類以及大小會(huì)有所不同,但對(duì)于廣大設(shè)計(jì)人員來說,都需要為其設(shè)計(jì)背光電路。白光LED被認(rèn)為是小型手持設(shè)備彩色顯示器的理想背光源。
驅(qū)動(dòng)白光LED的最簡單方法是采用電壓源通過一個(gè)鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)LED(如圖1所示)。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是選擇電壓源的余地很大,調(diào)節(jié)器與LED之間只需要一個(gè)連接端點(diǎn)。但缺點(diǎn)也同樣明顯:其一,效率低下,這主要是由于鎮(zhèn)流電阻的損耗造成的;其二,LED電流的穩(wěn)流能力差,控制不精確,由于溫漂以及LED的不匹配造成的LED正向電壓的變化,將使最終的LED電流產(chǎn)生較大變化,從而影響背光亮度的控制。
因此,理想的白光LED驅(qū)動(dòng)方式是采用恒流驅(qū)動(dòng),它能避免白光LED由于溫漂造成的電流波動(dòng),或者由于LED不匹配造成的亮度不均,可以產(chǎn)生一個(gè)可控的LED正向電流。此時(shí)驅(qū)動(dòng)器不需要輸出穩(wěn)定電壓,只需控制流過LED的電流恒定,即可實(shí)現(xiàn)可控的亮度控制。
常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較
LED的發(fā)光強(qiáng)度與流過LED的電流有關(guān),電流越大,光強(qiáng)越高。常見數(shù)碼相機(jī)和蜂窩電話中一般需要2至3個(gè)LED作為背光,而PDA中則一般需要3至6個(gè)LED背光??梢酝ㄟ^并聯(lián)或者串聯(lián)的方式驅(qū)動(dòng)LED,這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn):串聯(lián)方案中LED電流一致,電路控制簡單,但需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓;并聯(lián)方案的電路較為簡單,所需的驅(qū)動(dòng)電壓也較低,但LED數(shù)目較多時(shí),需要多個(gè)控制通道,同時(shí)電流的一致性也較差。
LED驅(qū)動(dòng)器從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上分,主要可以分為基于電感的DC/DC驅(qū)動(dòng)器以及基于電容的電荷泵驅(qū)動(dòng)器,當(dāng)然也有少數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器采用線性穩(wěn)壓器的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)。由于基于電感的驅(qū)動(dòng)器能夠提供比較寬范圍的輸出電壓,效率高,因此在很多設(shè)計(jì)中均采用基于電感的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)多個(gè)串聯(lián)LED。而基于電容的電荷泵驅(qū)動(dòng)器省去了所需的外部電感,具有體積小、設(shè)計(jì)簡單、成本低的特點(diǎn),也比較受歡迎。由于基于電荷泵的LED驅(qū)動(dòng)器只能產(chǎn)生輸入電壓的倍數(shù)(如:1.5倍、2倍),有限的驅(qū)動(dòng)電壓使基于電荷泵的LED驅(qū)動(dòng)器常用于并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED。至于采用線性穩(wěn)壓器的LED驅(qū)動(dòng)架構(gòu),由于效率較低,并且只能工作于降壓條件下,因此應(yīng)用范圍較為受限,無法用于采用單節(jié)Li+電池供電的手持設(shè)備。本文主要討論基于電感的DC/DC驅(qū)動(dòng)器和基于電容的電荷泵驅(qū)動(dòng)器這兩種常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
為適應(yīng)便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用需求,MAXIM提供了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)器,包括基于電感的LED驅(qū)動(dòng)器,以MAX1553-MAX1554為代表,還包括MAX1561、MAX1582等器件;以及基于電容的電荷泵驅(qū)動(dòng)器,以MAX1570為代表,其他產(chǎn)品還有MAX1575、MAX1576等。
MAX1553-MAX1554是一款高效、40V升壓轉(zhuǎn)換器,可用于驅(qū)動(dòng)2-10只串聯(lián)白光LED,為蜂窩電話、PDA和其它手持設(shè)備提供高效率的背光顯示。該升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)置40V、低RDSON的N溝道MOSFET開關(guān),大大提高了轉(zhuǎn)換效率并有效延長電池壽命。該器件具有模擬/PWM兩種模式的亮度調(diào)節(jié)方法,獨(dú)立的使能輸入還可用于開/關(guān)控制。軟啟動(dòng)功能可以有效抑制啟動(dòng)過程的浪涌電流。器件還具有可調(diào)節(jié)的過壓保護(hù)電路,當(dāng)檢測(cè)到輸出過壓時(shí),可關(guān)斷內(nèi)部MOSFET,從而降低輸出電壓。圖2為MAX1553典型工作電路。
MAX1570分?jǐn)?shù)型電荷泵能夠以恒定電流驅(qū)動(dòng)多達(dá)5只白色LED,來獲得均勻的亮度。MAX1570利用1倍/1.5倍分?jǐn)?shù)型電荷泵和低壓差電流調(diào)節(jié)器,在整個(gè)Li+電池供電電壓范圍內(nèi)保持最高的效率。MAX1570工作在1MHz固定頻率,允許選用小巧的外部元件。經(jīng)過優(yōu)化的電流調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)保證低EMI和低輸入紋波。器件可以利用一個(gè)外部電阻設(shè)置滿量程LED電流,兩個(gè)數(shù)字輸入控制開/關(guān)或選擇三級(jí)亮度中的一級(jí)。器件還可采用脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)調(diào)節(jié)LED的亮度。MAX1570典型工作電路見圖3。
從圖2和圖3中,可以看出基于電感的LED驅(qū)動(dòng)器與基于電容的電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器相比,電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜;功率電感的選取對(duì)電路性能的影響較大,對(duì)很多設(shè)計(jì)人員來說是一個(gè)難點(diǎn);此外電感體積也較大,比較占用電路板空間。基于電容的電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器僅需少數(shù)幾個(gè)電容,設(shè)計(jì)較為簡單,節(jié)省了電路板空間。然而,基于電感的LED驅(qū)動(dòng)器與電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器相比,在效率方面有較明顯的優(yōu)勢(shì),MAX1553在LED工作電流范圍以內(nèi)基本可以保持80%左右的效率(見圖4a),且效率隨電流變化波動(dòng)較小,而MAX1570電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器的效率在LED的工作電流范圍內(nèi)有較大波動(dòng),且輕載時(shí)的效率將低于80%(見圖4b)。
可見,基于電容的電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器雖然具有設(shè)計(jì)簡單,節(jié)省電路板空間等優(yōu)點(diǎn),但它相對(duì)低的效率卻往往限制了器件的運(yùn)用,尤其對(duì)于效率敏感的應(yīng)用,例如手持設(shè)備中的手機(jī)、PDA等產(chǎn)品,人們往往希望電池有足夠長的供電時(shí)間。針對(duì)這一需求,MAXIM推出了新型負(fù)電荷泵LED驅(qū)動(dòng)器,與傳統(tǒng)的正電荷泵LED驅(qū)動(dòng)器相比,該器件的效率提高了12%,大大降低了驅(qū)動(dòng)方案的功耗。
評(píng)論