新型照明及顯示電源技術(shù)特征及應(yīng)用(圖)

多年來，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)于移動(dòng)或便攜式設(shè)備和其它各類電子系統(tǒng)的需求旺盛，促使照明及顯示電源有了日新月異的發(fā)展并且獲得了廣泛應(yīng)用。就目前照明及顯示電源而言，其分類目錄為：?jiǎn)伟坠釲ED及照相機(jī)氙閃光燈；單白光LED背光驅(qū)動(dòng)；OLED及TFT顯示器；CCFL(冷陰極熒光燈)背光源；RGB LED驅(qū)動(dòng)器等。值此本文將對(duì)照明解決方案中的白光LED驅(qū)動(dòng)電路、RGB LED驅(qū)動(dòng)器、CCFL背光電源轉(zhuǎn)換器、照相閃光燈充電器典型產(chǎn)品的技術(shù)特征與應(yīng)用乍作分析介紹。

　　1、1×/5×7通道電荷泵白光LED驅(qū)動(dòng)完全背光解決方案

　　APS4070是一款應(yīng)用于完全背光方案的電付泵白光LED驅(qū)動(dòng)，可以司時(shí)支持工屏，副屏和鍵盤背光驅(qū)動(dòng)。通過串行總線接口可以方便的調(diào)繁各部分的電流，靈活驅(qū)動(dòng)所有LED。上電時(shí)數(shù)據(jù)載入寄存器，關(guān)斷時(shí)自動(dòng)保存。芯片復(fù)位時(shí)，寄存器中的數(shù)據(jù)設(shè)定LED驅(qū)動(dòng)電流。極低的33μA LSB電流可在非反射LCD顯示中允許涓流通過LED。APS4070門動(dòng)在1×和1.5×模式之間切換以在全部負(fù)載范圍獲得高效率。圖0(a)多ApsS4070典型應(yīng)用電路。

　　1.1主要特征：完個(gè)背光解決方案；分三組縱獨(dú)立控制，分別包括4個(gè)主LED，2個(gè)從LED，和一個(gè)鍵盤LED；高驅(qū)動(dòng)電流能力，4個(gè)工LED和2個(gè)從LED為31mA，鍵盤LED為60mA；內(nèi)置6位DAC精確沒定電流；輸入電壓范圍為2.7V至5.5V； 接口；關(guān)斷模式時(shí)數(shù)據(jù)保存；1×和1.5×自動(dòng)切換模式；電流源壓差低.典型值為200mV；極低的LSB電流31μA；低噪音的恒定開關(guān)頻率；1.8MHz的開關(guān)頻率兼容小尺寸外部器件；節(jié)能模式時(shí)，靜態(tài)工作電流僅為1μA；過溫保護(hù)；軟啟動(dòng)以減少輸入浪涌電流；小型16引腳3mmx3mmQFN封裝。

　　1.2應(yīng)用領(lǐng)域：可在手機(jī)和智能電話、各種手持設(shè)備、各種白光LED背光應(yīng)用、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、掌上電腦及個(gè)人媒體播放中心設(shè)備上使用。圖0(b)為APS4070在智能手機(jī)上應(yīng)用示意圖。

　　2、單白光LED驅(qū)動(dòng)電路

　　2.1技術(shù)支持

　　*串聯(lián)/并聯(lián)LED配置-拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。

　　電感式升壓轉(zhuǎn)換器為L(zhǎng)ED串聯(lián)序列提供必需的高電壓。對(duì)一個(gè)LED串聯(lián)序列，只需要一個(gè)電流穩(wěn)壓器和兩個(gè)連接點(diǎn)。

　　充電泵一般用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián)LED，但除非每個(gè)LED都有固定電流，否則每個(gè)支路都需要一個(gè)限流電阻。這通常是由預(yù)封裝在彩色LED顯示模塊中的LED配置決定的。

　　*電感或充電泵驅(qū)動(dòng)器

　　一般來說充電泵解決方案只需要少量電容和限流電阻，這是一種規(guī)模相當(dāng)小且簡(jiǎn)單的解決方案，但在會(huì)使電源功效降低而超過電池的放電電壓范圍，從而降低電池的壽命。電感方案需要一個(gè)電感器，通常還需要一個(gè)二極管；這種方案會(huì)在一定程度上增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，但能夠提供最高的電源轉(zhuǎn)換效率并有助于延長(zhǎng)電池壽命。

　　*電流穩(wěn)壓器
避免由不同的前向電壓(Vf) LED組成的串聯(lián)LED或并聯(lián)LED的亮度變化。

　　*過壓保護(hù)(OVP)
當(dāng)個(gè)別LED損壞而造成的串聯(lián)LED開路時(shí)，避免電感驅(qū)動(dòng)器損壞。

　　*減低亮度
LED驅(qū)動(dòng)器一般具有通過數(shù)字或(和)模擬機(jī)制調(diào)整LED亮度的特點(diǎn)。

　　*關(guān)機(jī)過程中的負(fù)載回路-當(dāng)驅(qū)動(dòng)器失效時(shí)，消除由串聯(lián)LED到地之間的漏電流，從而節(jié)省電池能量。

　　2.2具備數(shù)字和PWM灰階控制能力的恒流LED驅(qū)動(dòng)器TPS61061

　　集成的白光LED驅(qū)動(dòng)器，其同步開關(guān)消除了外部二極管，使得超小WLCSP封裝成為可能，WLED驅(qū)動(dòng)器的TPS6106x產(chǎn)品系列在板級(jí)空間上可與電荷泵解決方案匹敵，而且功效最高。該同步LED驅(qū)動(dòng)器采用芯片級(jí)封裝.

　　2.21具備數(shù)字和PWM灰階控制能力的恒流LED驅(qū)動(dòng)器TPS61061

　　主要特點(diǎn)為：LED驅(qū)動(dòng)器集成了過壓保護(hù)裝置；2.7V至6V的輸入電壓范圍；TPS67060最大支持3個(gè)LED；TPS61061最大支持4個(gè)LED；TPS61062最大支持5個(gè)LED；PWM亮度控制使能；流經(jīng)LED電流(1LED)的數(shù)字亮度控制；1-MHz固定轉(zhuǎn)換頻率；內(nèi)置400mA功率的MOSFET(場(chǎng)效應(yīng)管)轉(zhuǎn)換開關(guān)；斷電期間關(guān)斷LED；工作狀態(tài)下所使用的小輸出電容可低至220nF。圖1(a)為TPS61061為4個(gè)單白光LED供電示意圖

　　2.22應(yīng)用范圍：可在微型電話、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、pocket C(微型電腦)、smart phones(智能電話)、數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)以及3.3V至5V的負(fù)載點(diǎn)模塊設(shè)備上使用。

　　2.3 PWM亮度控制單白光LED電流源充電泵TPS60230，TPS60231

　　2.31主要特點(diǎn)：溫度影響下的穩(wěn)態(tài)電流輸出誤差小于0.4%；TPS60230可驅(qū)動(dòng)最多5個(gè)25mA的LED；TPS60231可S動(dòng)最多3個(gè)25mA的LED；通過PWM控制信號(hào)控制LED亮度；通過1x和1．5x模式下的部分轉(zhuǎn)換 以獲得高效率；1-MHz轉(zhuǎn)換頻率；2.7V至6.5V的工作輸入電壓范圍；內(nèi)置軟啟動(dòng)限制瞬態(tài)涌入電流；低輸入紋波及低EMI(電磁干擾)；電流過載保護(hù)及高溫保護(hù)；通過滯后效應(yīng)以達(dá)到低壓關(guān)斷；采用極小的3mmx3mmQFN封裝。圖1(b)為TPS60230為4個(gè)單白光LED供電。

　　2.32應(yīng)用范圍：可在蜂窩電話、智能電話、PDA、微型電腦、數(shù)碼相機(jī)和便攜式攝像機(jī)彩色顯示屏中的單白光LED背光設(shè)備；關(guān)鍵背光設(shè)備等領(lǐng)域使用。
3、RGB LED驅(qū)動(dòng)器-帶電校正和PWM灰度調(diào)節(jié)的16通道LED驅(qū)動(dòng)器TCL5940

　　3.1技術(shù)支持

　　*點(diǎn)陣校正-提供統(tǒng)一LED亮度，提供靈活控制輸出電流的能力。
　　*灰度級(jí)別-等效已有的灰度級(jí)別，給每個(gè)LED提供增強(qiáng)的彩色光譜。
　　*輸出電壓監(jiān)控-在穩(wěn)流輸出終端的監(jiān)控電壓，以檢測(cè)LED故障和短路。
　　*LED開路檢測(cè)-在某個(gè)輸出終端上的標(biāo)示LED的損壞或斷開。
　　*溫度錯(cuò)誤標(biāo)記-標(biāo)示溫度超標(biāo)狀況。
　　*看門狗定時(shí)器-當(dāng)掃描信號(hào)中止后關(guān)掉輸出。
　　*過溫關(guān)機(jī)-接頭溫度超過門限后關(guān)掉輸出。

　　TLC5940是用于高端錄像顯示屏的LED驅(qū)動(dòng)器。其特點(diǎn)是每個(gè)通道均帶有可單獨(dú)調(diào)節(jié)的 4096級(jí)灰度脈寬調(diào)制(PWM)亮度控制以及64級(jí)點(diǎn)校正功能，每通道驅(qū)動(dòng)能力為120 mA，內(nèi)置EEPROM存儲(chǔ)器。TLC5940采用HTSSOP、PDIP或小型QFN封裝。

　　3.2 TLC5940主要特點(diǎn)

　　為16通道；12bit( 4096灰階)PWM灰度調(diào)節(jié)；6-bit(64級(jí))像點(diǎn)修正；3.0V至5.5V電壓輸入范圍；120mA恒流每通道；30-MHz轉(zhuǎn)換率；芯片間精確度為2.7％(典型)；通道間精確度為1%(典型)；集成EEPROM器件。圖2為TLC5940和相應(yīng)控制器的串行連接以構(gòu)建LED顯示系統(tǒng)的基本模型.

　　3.3應(yīng)用范圍：

　　可在單色、多色、真彩色LED顯示器；LED招牌、廣告牌背光顯示設(shè)備上應(yīng)用。

　　4、CCFL背光電源轉(zhuǎn)換器

　　CCFL背光源控制器的CCFL背光源控制器是專門針對(duì)LCD顯示器的常用光源一CCFL(冷陰極熒光燈)而優(yōu)化的專用電源轉(zhuǎn)換器IC。這些IC可與磁性變壓器或壓電變壓器一道工作，以生成用于實(shí)現(xiàn)最佳熒光燈控制所需的AC電壓。

　　4.1技術(shù)支持

　　*輸入電壓-背光源以電池或穩(wěn)壓電源為工作電源。了解背光電源可用的輸入電壓很重要，這樣便于選擇最好的1C和功率轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來產(chǎn)生點(diǎn)亮熒光燈所需的輸出功率。
　　*熒光燈特性(輸出功率)-常見的CCFL熒光燈需要250至1000VAC(2至10mA)的工作電壓。輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系決定了最佳IC和電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇。
　　*電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-器件以不同的方式來控制變壓器。有的時(shí)候輸入/輸出的關(guān)系會(huì)限定采用某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也具有不同的功率轉(zhuǎn)換效率。
　　*變壓器類型-在有些應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸和更高的效率而采用了壓電變壓器。
　　*控制選項(xiàng)-單或雙熒光燈控制以及調(diào)光控制。

　　4.2特點(diǎn)

　　針對(duì)CCFL的完整電源控制；磁或壓電變壓器控制；熒光燈和變壓器開路保護(hù)；用于高效率和寬調(diào)光范圍的脈沖式調(diào)光控制；四種不同的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：半橋式、回掃型、羅耶(Royer)型、推挽型。

　　4.3典型產(chǎn)品-高效移相全橋CCFL控制器TPS68000

　　主要特點(diǎn)：輸入電壓范圍為8VA30V；集成了門驅(qū)動(dòng)的全橋技術(shù)，用于4-NMOS轉(zhuǎn)換；同步恒定工作頻率；可編程相位延遲用于控制從操作的運(yùn)行頻率；光-電壓穩(wěn)壓以及光-電流穩(wěn)流；模擬調(diào)光及脈沖調(diào)光；多控制器件下的可調(diào)節(jié)分置式脈沖調(diào)光；啟動(dòng)或出錯(cuò)狀態(tài)下可程序化的校正電壓時(shí)長(zhǎng)；開燈保護(hù)和短路保護(hù)；內(nèi)置高溫保護(hù)；低電壓鎖定模式；封裝模式為30引腳TSSOP封裝。圖3為TPS68000單燈示例電路。

　　應(yīng)用范圍：可在桌面監(jiān)視器和LCD電視的CCFL背光電源供應(yīng)與筆記本電腦的CCFL背光電源供應(yīng)使用。

5、照相閃光燈充電器

　　5.1技術(shù)支持

　　*變壓器-轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是通過調(diào)節(jié)反向變壓器的比率設(shè)置的，轉(zhuǎn)換頻率由向變壓器的首要電感決定，這兩個(gè)要素以及必須的二級(jí)電壓比率是選擇變壓器重要條件。

　　*閃(Flash)電容器-閃電容器在相機(jī)閃光應(yīng)用中是必須的。為了處理閃光時(shí)的洶涌電流，閃電容器的電感通常很低，不能達(dá)到相機(jī)閃光應(yīng)用級(jí)別的電容器在這類應(yīng)用會(huì)降低使用壽命。

　　*IGBT-選擇用于觸發(fā)閃光管IGBT時(shí)，需要照相閃光級(jí)別的IGBT。有幾個(gè)IGBT經(jīng)受住閃光產(chǎn)生的電壓和電涌，但是，由于被定位于持續(xù)的職責(zé)，它們通常來自于非常大的封裝中。照相閃光級(jí)別的IGBT跟上面說的IGBT有相同的級(jí)別但是可以放在小的封裝中．因?yàn)樗呢?fù)載是瞬間的電涌而不是持續(xù)的。

　　*閃光管-選擇閃光管基于幾個(gè)系統(tǒng)級(jí)別的考慮，例如：預(yù)期的發(fā)光頻譜、物理尺寸、裝備方法、觸發(fā)方法、需要的燈光能源、閃光頻率、閃光電壓、封裝材料和管子的表面材料。客戶根據(jù)自己的特殊需求選擇所需的燈。

　　*觸發(fā)變壓器-燈選定以后就可以選擇觸發(fā)變壓器了，每種燈需要相應(yīng)的觸發(fā)變壓器來觸發(fā)一次閃光。

　　*效率-轉(zhuǎn)換器的效率受到高電壓二極管恢復(fù)時(shí)間的極大影響，二極管的恢復(fù)時(shí)間越快，效率越高。

　　5.2集成照相閃光燈電容充電器 IGBT驅(qū)動(dòng)器TPS65552A

　　TPS65552A為閃光充電器可提供從電池輸入、電容連續(xù)放電到霓虹燈的完全解決方案。設(shè)備包括：一個(gè)集成電源開關(guān)、IGBT驅(qū)動(dòng)器和充電所需的控制邏輯塊。

　　5.21主要特點(diǎn)為：減少組件的高集成度解決方案；集成IGBT驅(qū)動(dòng)器；高效化程序化后可提供0.95A至1.8A的峰值電流；輸入電壓為1.8V至12V；最優(yōu)化控制回路以達(dá)到更快的充電時(shí)間；主側(cè)感應(yīng)所有的觸發(fā)；封裝模式為10 引腳MSOP及16引腳QFN封裝。圖4為TPS6552應(yīng)用實(shí)例示意圖。

　　5.22應(yīng)用范圍：可在數(shù)字靜態(tài)相機(jī)(DSC)、高級(jí)膠片相機(jī)、攝像手機(jī)與攝像PDA上使用。

　　6、LCD及OLED顯示器的偏壓電源

　　6.1可用于OLED，TFT，CCD的正、負(fù)相800mA轉(zhuǎn)換門限的DC-DC增壓轉(zhuǎn)換器TPS65130

　　6.11主要特點(diǎn)：最高+15V、最低-15V的雙路可調(diào)輸出電壓；TPS65130的增壓和倒相轉(zhuǎn)換采用800mA的典型轉(zhuǎn)換門限；TPS65131的增壓和倒相轉(zhuǎn)換采用2A的典型轉(zhuǎn)換門限；低負(fù)載電流下高效的節(jié)能模式；獨(dú)立的使能輸入端可以控制電源開啟、關(guān)閉的順序；用于外部PFET(P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的控制輸出以達(dá)到完全免電池供電；2.7V至5.5V的輸入電壓范圍；最小至1.25-MHz的恒定PWM控制頻率；雙路輸出的過壓保護(hù)；封裝模式小型化的4mmx4mm24引腳QFN封裝模式(RGE)。圖5為TPS65130典型應(yīng)用電路。

　　6.12應(yīng)用范圍：可在小至中型的OLED顯示器、(TFT)LCD以及CCD偏壓電源、PDA、微型電腦、智能電話、數(shù)碼相機(jī)及便攜式攝像機(jī)等設(shè)備上使用。

　　6.2 用于LCD器件的28V，85％寓效增壓轉(zhuǎn)換器TPS61045

　　6.21主要特點(diǎn)：輸入電壓范圍為1. 8V至6.0V；輸出電壓范圍為最高至28V，數(shù)字化調(diào)整；輸出電流20mA；靜態(tài)工作電流為0.04mA{典型}；轉(zhuǎn)換頻率1 MHz(最高)；封裝形式為3mmx3mmOFN封裝。圖6為數(shù)字調(diào)節(jié)輸出電壓的典型應(yīng)用示意圖。

　　6.22應(yīng)用范圍：簡(jiǎn)化中介媒質(zhì)結(jié)構(gòu)因素的LCD偏壓電源供應(yīng)與PDA、蜂窩電話、智能電話中的QLED顯示電源供應(yīng)。