線性匹配獨立電流源與傳統(tǒng)白光LED驅(qū)動器解決方案之間的對比
1 背景
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/84846.htm早期的手機均具有較便宜的彩色發(fā)光二極管(LED),用于鍵盤照明和黑白液晶顯示(LCD)背光照明。在世紀之交,LED技術的進步實現(xiàn)了手機鍵盤的藍白光LED照明。白光LED(WLED)只不過就是帶有特殊涂層的藍光LED,從而產(chǎn)生白色光波長。由于WLED可以在LCD顯示器上發(fā)射全色光譜,所以WLED現(xiàn)在為手機中主要的照明顏色。除了全色LCD背光照明以外,WLED還可用于鍵盤、軌跡球及控制按鈕照明、相機快閃和閃光燈。
第一代WLED需要更高的正向電壓(>4.2V)和電流(>20mA)來實現(xiàn)手機應用所需的發(fā)光度或亮度。這些電壓一般都高于電池電源,并且需要有驅(qū)動器IC對LED電源電壓進行升壓。由于WLED所需的電流很高,所以它們通常消耗了移動手持終端中大部分的電池電量。為了降低功耗并延長電池使用壽命,WLED工藝技術的進步和生產(chǎn)成本的降低帶來了更為便宜的WLED,這種WLED只需更少的電流就可產(chǎn)生所需的發(fā)光度。在電流更低(<10mA)的情況下,可以以更低的正向電壓來實現(xiàn)這些WLED。
2 TPS7510x:一款線性匹配獨立電流源
與傳統(tǒng)的固定模式和混合模式充電泵和電感升壓轉換器拓撲結構相比,TPS7510x的LDO線性調(diào)節(jié)器拓撲結構(如圖1所示)具有更多優(yōu)點。對于大多數(shù)應用而言,TPS7510x是一款上述解決方案的高效替代解決方案。由于減少或省去了許多外部部件,與其它任何替代解決方案相比,TPS7510x實現(xiàn)了更多的成本節(jié)約。這不但減少了材料清單成本,而且還降低了放置更多組件所需的額外生產(chǎn)成本。
組件數(shù)量減少的另一個優(yōu)點是實現(xiàn)解決方案尺寸的縮小。由于TPS7510x并不需要外部組件,因此整套解決方案的尺寸剛好降至IC尺寸的大小,對于采用WCSP封裝的IC尺寸而言為1.44mm2。TPS7510x的第三個優(yōu)點是近乎所有的輸入電流(99%)將用于驅(qū)動LED;電流不會在充電泵電容器或升壓電感器上發(fā)生損耗。這一節(jié)能架構使電池放電壽命的平均效率提高了87%以上。對于一個額定電壓為3.6V的電池而言,該解決方案的效率一般都高于99%。
LDO拓撲結構最大的一個缺點就是LED的正向電壓局限于輸入電壓與壓降之差(一般為30mV,最大值為100mV)。由于現(xiàn)在有許多白光LED可供選擇,手機解決方案中使用的LED電流電平(3mA–10mA)產(chǎn)生的正向電壓一般為3V或更低,因此這一局限性不再是這一解決方案的一個主要缺點。另外一個被充分證明的缺點就是線性解決方案的局限性,線性解決方案只能應用于并聯(lián)LED結構。串聯(lián)結構會導致標準單節(jié)鋰離子電池應用對正向電壓提出太高的要求。因此,TPS7510x解決方案只能用于并聯(lián)LED結構。
3 固定升壓充電泵
對于使用一個固定升壓充電泵(見圖2)的應用而言,其輸出將被升壓至一個固定電壓,同時LED電流經(jīng)過調(diào)節(jié)流過每一個電阻器。由于充電泵器件較低的成本,這種方法的成本相對較低,但是LED電流匹配和效率可能會很低(電池放電的平均效率為43%)。充電泵一個比較重要的優(yōu)點在于其降低了LED正向電壓對電源電壓(數(shù)伏電源軌以內(nèi))的依賴程度。盡管充電泵能產(chǎn)生足夠高的電壓來驅(qū)動串聯(lián)的多個LED,但是其效率非常低且成本高昂,因此這一解決方案一般只限用于并聯(lián)LED結構。
在此類型的應用中,TPS7510x不但實現(xiàn)了效率提升,而且還通過減少整體部件的數(shù)量實現(xiàn)了成本節(jié)約,但是卻局限于低于電源電壓的正向電壓。
4 混合模式充電泵
對于使用一個混合模式充電泵(如圖3所示)的應用而言,其輸出電壓經(jīng)過調(diào)節(jié),使每一個LED上流過一個恒定電流。由于這一類型解決方案所使用的拓撲結構,這些IC的LED電流源能實現(xiàn)很好的匹配。但是由于正向電壓的不匹配,實際的匹配程度會有所降低。這些電路的效率非常高(電池放電時平均效率為70%),并且允許正向電壓高于輸入電壓。
在這些應用中,TPS7510x在成本和效率方面有了極大的改善。充電泵電路一般都需要配置一個或兩個開關電容器,以及用于保持穩(wěn)定性的輸入和輸出電容器。正如前面所述,TPS7510x減少了組件數(shù)量,從而減小了解決方案的尺寸,同時降低了成本。相對于混合模式充電泵解決方案,線性解決方案的劣勢在于LED正向電壓(凈空電壓)的局限性。然而,混合模式充電泵解決方案可以和相同LED電壓很好地匹配;無論LED正向電壓如何變化,TPS7510x都可實現(xiàn)完美匹配。
5 電感升壓
對于使用(大部分情況下用于驅(qū)動一個串聯(lián)LED串)一個電感升壓轉換器(如圖4所示)的應用而言,流經(jīng)LED串上每一個LED的電流為同等大小(理想電流匹配)。在使用充電泵解決方案的情況下,可以使用正向電壓高于電源電壓的LED。在僅有一個LED驅(qū)動線路可選用的應用中(如翻蓋手機的背光照明LCD模塊),電感升壓轉換器一般(有時為唯一可選)為最佳解決方案。
在由電感開關引起電磁干擾(EMI)的其他應用中會出問題,線性TPS7510x就是一款高效且噪聲極低的解決方案。另外,通過除去電感、輸出電容器或反饋電阻器實現(xiàn)的成本節(jié)省更具現(xiàn)實意義。
隨著白光LED在移動手持終端更廣范圍內(nèi)的應用,驅(qū)動這些LED不會再僅僅局限于一款高電壓、高電流解決方案。如今,這些解決方案不僅隨著這些器件應用的增長而增長,而且還隨著這些應用而不斷演變。最近問世的更高亮度和更高效率的LED可以通過更低的電流來驅(qū)動,這也開創(chuàng)了使用線性電流源的新型解決方案。該解決方案實現(xiàn)了最低的成本、最少的組件數(shù)量以及最小的外形尺寸,是移動手持終端應用的理想選擇。
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