利用LDO改善白光LED的匹配度

白光LED與熒光燈相比具有使用簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)，與白熾燈相比可以提供真正的白色光，因此，其用量在最近幾年呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，在手持式產(chǎn)品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中針對(duì)白光LED也存在一些有待解決的技術(shù)問(wèn)題。
　　選用白光LED最明顯的問(wèn)題是產(chǎn)品的匹配性差，按照白光LED的典型規(guī)格，電流為20mA時(shí)正向電壓的最小值為3.0V、典型值為3.5V、最大值為4.0V。顯然，穩(wěn)壓源不是合理的解決方案。當(dāng)然，利用相同的電流驅(qū)動(dòng)每只LED可以獲得均勻亮度，但成本很高。在許多應(yīng)用中只是簡(jiǎn)單地用一個(gè)固定偏置電壓和鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)LED，如圖1所示。
　　按照?qǐng)D1設(shè)計(jì)電路通常可以得到相當(dāng)好的亮度匹配。但對(duì)于大批量生產(chǎn)的用戶，同一批次的產(chǎn)品具有相當(dāng)一致的特征指標(biāo)，但批次之間一致性較差。這就需要對(duì)每一批新的LED進(jìn)行測(cè)試、為其配置鎮(zhèn)流電阻。如果存在多個(gè)LED供貨商問(wèn)題將更加嚴(yán)重。為詳細(xì)描述上述問(wèn)題，選用三個(gè)廠商的LED（分別用A、B、C表示）按照?qǐng)D1所示電路作了以下測(cè)試，標(biāo)號(hào)為A的LED選自一級(jí)白光LED供貨商，標(biāo)號(hào)為B的LED選自二級(jí)白光LED供貨商，標(biāo)號(hào)為C的LED是從電子配套市場(chǎng)購(gòu)買的廉價(jià)LED。測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1 不同廠商LED的測(cè)試結(jié)果

　　從表1可以看出，同一廠商的LED匹配性較好，特別是來(lái)自規(guī)模較大的供貨廠家的產(chǎn)品（A、B兩種LED），三家廠商LED電流的平均均方誤差為0.54。不同廠商的白光LED在采用相同偏置電壓、相同的鎮(zhèn)流電阻時(shí)電流差別較大，均方誤差為3.27mA。單獨(dú)調(diào)節(jié)每只LED的電流或至少對(duì)其中一只LED的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)可以提高不同廠商或同一廠商不同批次LED的一致性，但這需要相當(dāng)昂貴的芯片。在對(duì)成本要求苛刻的產(chǎn)品中，可以利用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）改善LED的一致性，無(wú)需選擇阻值不同的鎮(zhèn)流電阻，具體電路如圖2所示。圖中LDO工作在穩(wěn)壓-穩(wěn)流模式下，根據(jù)一只LED的正向電壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)偏置電壓。
　　為考核圖2電路性能，將上述A、B、C三種LED按照?qǐng)D2電路連接進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2。從表2可以計(jì)算出，相同廠商LED電流的一致性略有下降（圖2所得結(jié)果為0.77mA，圖1所得結(jié)果為0.54mA），但不同廠商的LED電流的一致性得到了較大改善，均方誤差由3.27mA降低至0.96mA。

表2 利用圖2電路測(cè)試三種不同廠商LED的結(jié)果

　　圖2電路需選擇帶有外部電壓調(diào)節(jié)引腳的LDO，如MAX8863，其反饋門限為1.25V（Vset）。選用SOT23封裝的LDO可提高系統(tǒng)的性價(jià)比，因?yàn)槎鄶?shù)SOT23封裝的LDO帶有關(guān)斷控制，從而省去了圖1電路中控制LED通/斷的N溝道MOSFET。另外，LDO還具有較寬的輸入電壓范圍，當(dāng)與其他電路共用同一+5V電源時(shí)可以提供較高的電源抑制比（PSRR）。
　　圖3電路是對(duì)圖2電路的修正，每只LED的電流為15mA，適合便攜產(chǎn)品的背光源要求。MAX8863可以驅(qū)動(dòng)8只LED，每只LED電流為15mA。當(dāng)LED正向電壓較低，或鎮(zhèn)流電阻的電流低于15mA時(shí)，所允許的輸入電壓更低。