低壓便攜設備LED驅(qū)動電路設計攻略 —電路圖天天讀（126）

　　本文著重介紹半導體采用不同拓撲結(jié)構(gòu)、用于低壓便攜設備背光或指示器應用的各種白光或RGB LED驅(qū)動器，并專門介紹了用于要求大電流能力的便攜設備閃光應用的驅(qū)動器，以及集成了多種功能的照明管理集成電路和針對扣式電池優(yōu)化了的 LED驅(qū)動器，方便工程師結(jié)合具體應用選擇適合的產(chǎn)品。

　　白光LED廣泛用于小型液晶顯示器（LCD）面板及鍵盤背光以及指示器應用。高亮度LED則用于手機和數(shù)碼相機的閃光光源。這些應用需要優(yōu)化的驅(qū)動器解決方案，能夠延長電池使用時間、減小印制電路板（PCB）面積及高度。在這些應用領域，常見的LED驅(qū)動器方案涉及線性、電感型或電荷泵型不同拓撲結(jié)構(gòu)，各有其特點。例如，電感型方案總能效最佳;電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容，占用的電路板面積和高度極小; 線性方案非常適合色彩指示器以及簡單的背光應用。所有這三種類型拓撲結(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動器方案（參見圖1），滿足用戶不同的應用需求。

　　圖1：低壓便攜設備應用的不同LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)示例

　　在電荷泵型方案方面，半導體提供支持不同調(diào)光類型的產(chǎn)品，如單模、雙模、三?；蛩哪ｋ姾杀梅桨傅?，如CAT3200、 NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、 NCP5603等。以NCP5623為例，這是一款采用 2.0 mm&TImes;2.0 mm&TImes;0.55 mm LLGA-12無鉛封裝的高能效LED驅(qū)動器，帶有I2C接口，內(nèi)置漸進調(diào)光功能，特別設計用于驅(qū)動手機等便攜產(chǎn)品中的RGB LED裝飾光和增強型LCD背光。NCP5623實現(xiàn)94%峰值能效和低于1微安的待機電流，將便攜設備電池工作時間延至最長。對典型應用而言，該器件除了具備極小型IC封裝的優(yōu)勢之外，兼具僅需4個無源元件就能工作的特點。該器件還具備短路和過壓保護功能，在LED失效時保護系統(tǒng)。

　　在電感升壓型方案方面，安森美半導體提供采用PWM調(diào)光方式的不同產(chǎn)品，如輸出電流在20 mA到50 mA之間的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010，以及提供更大輸出電流的CAT4240（250 mA）、NCP5050（600 mA）和NCP1422（800 mA）等。這些電感升壓型驅(qū)動器適合在低壓便攜設備背光和閃光應用中驅(qū)動白光LED。

　　在線性背光驅(qū)動器方案方面，安森美半導體提供2到4個通道的多款單模LED驅(qū)動器，如CAT4002A、CAT4002B、 CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅(qū)動器提供32級調(diào)光控制，提供25 mA的固定或可調(diào)節(jié)輸出電流和低于1 μA的極低關閉電流，而且沒有開關電源噪聲問題。這些單模LED驅(qū)動器通常作為系統(tǒng)級方式的一部分，用于設計集成低電壓LED和簡單LED驅(qū)動器的背光電路。這些驅(qū)動器電路簡單，幫助延長電池使用時間、降低成本（如節(jié)省外部電容）及降低噪聲，為入門級便攜產(chǎn)品及低成本手機市場提供一種簡單的方案。

　　圖2：CAT4002B應用電路圖。

　　專門用于相機閃光的LED驅(qū)動器方案

　　值得一提的是，在相機閃光應用中，除了可以使用NCP5005和CAT4134這樣的電感升壓型驅(qū)動器，還可以使用NCP5680和 CAT3224這樣的電荷泵型驅(qū)動器，從而支持高百萬像素相機閃光，以及替代氙氣閃光，配合纖薄設計。其中，NCP5680和CAT3224均是基于超級電容的LED驅(qū)動器，分別可提供10 A和4 A的大閃光電流。

　　實際上，如今的500萬像素或更高分辨率的相機為了在弱光下拍得高分辨率的照片，需要高亮度的閃光。當今的白光LED能夠提供這個等級的光能，但需要比相機電池能提供的能量高出近400%。以安森美半導體的NCP5680為例，這器件配合電池管理一顆超級電容來驅(qū)動LED閃光至充分亮度，提供達10 A的大峰值電流。NCP5680中的集成驅(qū)動器還管理超級電容，處理其它峰值功率功能，如變焦、自動對焦、音頻、視頻、無線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻 （RF）放大，延長電池使用時間而不放棄纖薄型設計。NCP5680集成了超級電容充電、浪涌電流管理和LED電流控制所需的全部電路，節(jié)省設計人員的開發(fā)時間、電路板空間及元器件成本。

　　圖3：業(yè)界首款單芯片4 A超級電容LED驅(qū)動器CAT3224應用電路圖。

　　CAT3224則是業(yè)界首款4 A單芯片超級電容LED驅(qū)動器（見圖3），集成了雙模1x/2x電荷泵，提供三項關鍵功能：精密的超級電容充電控制、電流放電至LED閃光的管理，以及為 LED手電筒模式提供恒流。這三種模式的工作電流能以3顆外部電阻作簡易編程，能吸收達4 A的LED閃光脈沖電流。超級電容技術的高峰值電流優(yōu)勢，結(jié)合CAT3224簡單的并行邏輯接口，使這器件成為采用LED替代氙氣燈的應用的極佳選擇。

　　其它新穎LED驅(qū)動/控制器

　　在低壓便攜設備應用方面，除了上述LED驅(qū)動器，安森美半導體還提供其它一些新穎的產(chǎn)品，如NCP5890和CAT3661。其中，NCP5890是一款獨特的照明管理集成電路（LMIC），以3 mm x 3 mm x 0.5 mm的極小型封裝中集成了液晶顯示器（LCD）背光、裝飾光控制和環(huán)境光感測功能。

　　眾所周知，當今的便攜電子產(chǎn)品很流行較大的LCD屏幕和LED照明效果。為了滿足所有這些照明要求，硬件設計人員通常需要采用數(shù)個LED驅(qū)動器。由于電路板空間有限，要實現(xiàn)更先進的照明效果，通常需要大量的軟件編程和微控制器（MCU）資源。安森美半導體提供NCP5890這樣的更簡單單芯片硅解決方案，具有多種以指令控制實現(xiàn)的照明效果，幫助硬件設計工程師滿足他們特定的照明和電源設計目標。這款照明管理IC具有30 V輸出電壓能力，驅(qū)動串聯(lián)LED，實現(xiàn)對LCD屏幕的均衡背光。此外，這器件控制三組白光 LED或RGB LED，在鍵盤或底盤上營造出裝飾光圖案，與背光形成獨特的組合。這驅(qū)動器還根據(jù)環(huán)境光的亮度來調(diào)節(jié)背光電流，從而延長電池使用時間。NCP5890是緊湊型智能手機等應用的專用解決方案。

　　圖4：針對扣式電池優(yōu)化的CAT3661 LED驅(qū)動器應用電路圖。

　　如今，越來越多的創(chuàng)新型便攜設備采用扣式電池（coin cell）供電，如醫(yī)療應用中的血糖儀、數(shù)字體溫計、血氧計、呼吸分析儀和生理監(jiān)測儀等。由于這種電池的獨特特性以及需要長工作壽命，這些緊湊型應用需要定制的LED驅(qū)動器，不僅要管理背光，還要監(jiān)測電池電量。在這類應用中，可以采用安森美半導體計劃于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V單LED驅(qū)動器。這器件同樣采用安森美半導體專利的四模（Quad Mode）電荷泵架構(gòu)，能效高達92%，靜態(tài)電流低至約150 μA，提供可調(diào)節(jié)的低電池電量檢測功能，以及強固的LED故障監(jiān)測、軟啟動和短路限制等保護功能，采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封裝，非常適合這些便攜設備應用。