待機調(diào)光模式的電荷泵背光LED驅(qū)動
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小尺寸的LCD顯示模塊早已成為手持式數(shù)碼產(chǎn)品的重要組成部分，隨著消費者對視覺方面要求的提高，LCD顯示模塊的設(shè)計變得越來越重要。如何在1.8寸至2.8寸的LCD屏上顯示更多的信息并提高顯示質(zhì)量達到更好的視覺效果，成為眾多手持式數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計者的重點之一。除了提高LCD屏的分辨率、減小延遲時間以及在軟件上提升之外，LCD屏的背光設(shè)計也扮演著重要角色。
傳統(tǒng)設(shè)計中，小尺寸彩色LCD屏一般采用白色LED作為背光源。1.8寸至2.8寸的LCD屏多采用1至4顆白色LED。為達到好的顯示效果，要求白色LED亮度一致，明暗可調(diào);為保護手持式設(shè)備，要求在某些LED斷路時有保護功能，且不能影響正常的LED工作;為延長手持式設(shè)備的待機時間，要求LED驅(qū)動IC的靜態(tài)電流很小，工作效率很高。另外，手持式設(shè)備集成了很多功能模塊，必須減小各模塊之間的干擾從而保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這對白色LED驅(qū)動IC也不例外。
BCD推出的AP3605是一款性能優(yōu)良的LED驅(qū)動IC，非常適合于單節(jié)鋰電池供電，適用于多數(shù)小尺寸LCD背光設(shè)計，性價比很高。下面分別介紹AP3605的性能、應(yīng)用方案及特點。
一、AP3605簡介
AP3605是電荷泵升壓模式帶恒流源的白光LED驅(qū)動芯片，僅通過兩個1uF的陶瓷電容，AP3605實現(xiàn)了1.5倍升壓，在單節(jié)鋰電工作范圍內(nèi)完全能驅(qū)動4顆白色LED，比之2倍升壓模式的IC大大提高了效率。
AP3605具有4路恒流源，保證了并聯(lián)的4顆LED電流相等，亮度一致;通過一個外接電阻來設(shè)置恒流源的電流。AP3605支持PWM調(diào)光，調(diào)光頻率可以高達50KHz。高達1MHz的工作頻率使得AP3605僅需要1uF的輸入輸出及升壓電容，并大大減小了輸出電壓紋波。
AP3605的供電電壓為2.7V至5.5V，專為單節(jié)鋰電供電設(shè)計，其內(nèi)置的軟啟動功能大大降低了啟動時的浪涌電流，可保護鋰電池，延長電池壽命。
AP3605采用QFN-3*3-16封裝，圖1為其內(nèi)部功能框圖。
二、AP3605背光典型應(yīng)用電路
圖2即是由AP3605設(shè)計的典型白光LED驅(qū)動電路，由單節(jié)鋰電池供電，除AP3605外，僅由低成本的5個外圍器件組成。
1、輸入、輸出和升壓電容：
推薦Cin、Cout、C1和C2使用X7R或X5R的陶瓷電容。由于AP3605的工作頻率高達1MHz，1uF的電容就足以保證AP3605輸出80mA電流來驅(qū)動4個LED。如果所需輸出電流更小，可以使用0.68uF或0.47uF的升壓電容(C1和C2)。
為減小輸出紋波，建議在設(shè)計PCB板時，應(yīng)優(yōu)先保證Cout緊靠AP3605對應(yīng)的管腳，其次是保證C1、C2和Cin緊靠對應(yīng)的管腳。
2、電阻RISET
RISET用來設(shè)定LED的電流，通過公式ILED=36.9/RISET可設(shè)定每路LED的電流。為了精確設(shè)定電流，建議使用1%或更高精度的電阻。
3、白光LED
AP3605最多可驅(qū)動4顆白光LED，采用共陰極連接方式，客戶可根據(jù)屏幕大小選擇1至4個LED作為背光。當某幾路LED不需要時，只需要將其對應(yīng)的管腳懸空即可。
三、AP3605作為白光LED驅(qū)動IC的重要性能
1、電流匹配
電流匹配是并聯(lián)式LED驅(qū)動IC的重要性能。LED屬于電流驅(qū)動型器件，LED的亮度同其正向電流成正比，而同樣電流下其正向壓降差異較大，因此為了保證亮度均勻，最好采用恒流驅(qū)動。
如圖1所示，AP3605內(nèi)部帶有四路恒流源，用以驅(qū)動四路LED，當LED的正向壓降在3V至4V之間變化時，AP3605能保證不超過±3%的電流偏差，其電流匹配特性不受LED正向壓降的影響，適用于多種型號的白光LED，很好的實現(xiàn)了LED亮度的一致。
2、高達50KHz的PWM調(diào)光頻率
PWM調(diào)光是應(yīng)用最為廣泛的調(diào)光方式，通過調(diào)節(jié)LED亮滅的時間比例來調(diào)節(jié)亮度，由于調(diào)光頻率一般都在200Hz或以上，因此人眼感覺不到LED的亮滅，只能感覺到亮度在發(fā)生變化。在手持式數(shù)碼產(chǎn)品中經(jīng)常采用的PWM調(diào)光頻率為1KHz至10KHz。
采用PWM調(diào)光，不容易造成偏色，有著較好的顯示效果。但常用的調(diào)光頻率正好處在人耳能聽到的音頻范圍，容易產(chǎn)生噪音。另外，低頻率的PWM調(diào)光信號有時會導致CSTN屏的“水波紋”現(xiàn)象，因此最好能提高PWM的調(diào)光頻率。
AP3605通過內(nèi)部的Standby模塊實現(xiàn)了高達50KHz的調(diào)光頻率。而且不會引起浪涌電流。如圖3所示，當EN腳變低時，電荷泵的輸出Vout延遲約1.7ms再關(guān)斷，但恒流源會跟隨EN信號馬上關(guān)斷，LED電流變?yōu)?;而當EN信號為高時，恒流源會跟隨EN信號馬上打開，由于Vout仍正常工作，LED電流立即變?yōu)?0mA。因此當PWM的調(diào)光頻率高于1KHz時，AP3605能通過EN信號直接快速的調(diào)節(jié)LED電流，從而實現(xiàn)高頻率PWM調(diào)光。
AP3605的待機調(diào)光模式有如下三個優(yōu)點：
1)高達50KHz的PWM調(diào)光頻率，避免了音頻噪音。
2)僅開關(guān)恒流源，LED電流平穩(wěn)。
3)LED電流能快速跟隨PWM信號，LED電流大小同PWM占空比成正比，便于亮度的線性調(diào)節(jié)。
3、電源干擾減小
如圖1所示，AP3605內(nèi)部電荷泵和Vin之間有一個LDO模塊，該模塊調(diào)節(jié)電荷泵的輸入電壓，使得電荷泵始終工作在1.5倍模式，減小了輸出電壓紋波和LED的電流紋波。
另外，LDO模塊還起到低通濾波的作用，有效的避免了電荷泵和輸入電源之間的相互干擾。多數(shù)手持式設(shè)備的背光驅(qū)動電路是由鋰電池直接供電的，而電池同時也為射頻直接供電，在設(shè)計不好的系統(tǒng)中，背光驅(qū)動電路的開關(guān)噪聲會通過電源間接影響射頻部分。AP3605內(nèi)置的LDO模塊能有效的隔離開關(guān)噪聲，最大程度的避免背光驅(qū)動電路對射頻部分的影響。
4、過溫度保護
AP3605內(nèi)置過溫保護模塊。如果某些誤操作引起AP3605內(nèi)部節(jié)溫升高到約160攝氏度時，AP3605會過溫關(guān)斷，以保護AP3605免受燒壞。在過溫關(guān)斷狀態(tài)，AP3605僅消耗不到1uA的電流。當操作正常使得AP3605內(nèi)部節(jié)溫下降到140攝氏度左右時，AP3605會自動重新啟動，進入正常工作模式。
四、總結(jié)
為方便客戶使用，BCD提供全面地技術(shù)支持，包括AP3605的數(shù)據(jù)手冊、應(yīng)用文檔、演示板、樣品以及針對具體客戶應(yīng)用的支持。作為白光LED驅(qū)動芯片，AP3605能完全滿足1.8至2.8寸LCD屏的背光需要，并以其較高的性價比贏得了很多客戶。
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