大多數便攜式電子設各的小尺寸彩色LCD顯示器都采用白光LED作為背光源。這些LED驅動電路由輸出電壓隨時間變化的電池供電。因此，最佳的LED驅動電路設計包括電池類型、LCD特性、系統(tǒng)功耗要求和效率、LED驅動器IC及其外部器件、PCB布局和器件布局、LED驅動器可能產生的噪聲，以及移動電話應用中的RE抑制電路等內容。
目前使用最廣泛的電池是鋰離子電池。這種電池的滿電量電壓為4.2V，但當電池放電時，電壓下降到3.2V，因此驅動器電路必須工作在這一輸入電壓范圍內。LED輸人功率的變化會影響LED的亮度和效率。LED的光輸出與其電流成正比，因此為保持亮度不變，就需要專用驅動電路來控制LED陣列的每個LED，以使其保持恒定電流。當設各工作在低溫條件下或者電池電壓很低時，也必須如此。
1．LED驅動IC
如何實現LCD平板顯示屏背光源驅動電路的高性能，是當前便攜電子設備設計面臨的重要挑戰(zhàn)。在大多數背光設計中，白光LED沿LCD一側均勻間隔排列。LED的數量與LCD尺寸成正比。有些LCD已經集成了以串聯或并聯方式連接的LED。一般情況下，較大尺寸的LCD要求采用串聯LED拓撲結構、某些情況下甚至要求多個LED串并聯。串聯配置有益于確保一行中的所有LED都保持相同電流，而使這些LED在整個面板上具有相同的亮度。串聯拓撲結構的好處是驅動器與LCD的連線最少，這通?？梢酝ㄟ^采用小尺寸、低成本的撓性PCB來實現。
用于背光的小尺寸白光LED一般在通過20mA電流時的正向電壓為3.4V。這些LED所要求的電壓可能比電池能提供的電壓高，因此必須對驅動器的輸入電壓進行升壓。在LCD設計中提高LED的電壓有兩種方法：采用電荷泵拓撲結構或電感升壓變換器。串聯拓撲通常采用電感升壓驅動器，而并聯LED 拓撲則上般采用分數電荷泵。LCD配置和總體系統(tǒng)需求通常確定了是采用電荷泵還是電感升壓變換器。電荷泵往往更加容易實現，并且可以確保噪聲更低，而電感升壓變換器則具有更高的效率。采用電感升壓變換器驅動8個串聯的白光LED電路如圖1所示。
圖1 采用電感升壓轉換器驅動8個串聯的白光LED電路
采用分數電荷泵驅動3個并聯白光LED的電路如圖2所示。由于所要求的外部器件數很少，PCB占板面積也很小，因此電荷泵方案具有優(yōu)勢。1倍壓、1.5分數倍壓電荷泵支持兩種工作模式，并能根據電池輸入電壓和LED正向電壓自動進行模式選擇。一般情況下，當電池電壓超過3．6y時，驅動電路工作在“1倍壓模式”，電源通過導通晶體管直接連接到輸出。這種線性模式的效率最高且噪聲最低。
圖2 采用分數電荷泵驅動3個并聯白光LED的電路
3.6V時，驅動電路從1倍壓模式轉換到1.5倍壓模式，同時將輸出電壓5倍。分數電荷泵采用具有兩個泵電容（見圖2中的C1和C2）的開關配置，這兩個電容將能量傳輸給負載。在模式切換期間，輸入電流增加到1.5倍，從而加快了電池放電的速度。如對于三個通過⒛mA電流的LED來說，1倍壓模式下的電源電流約為60mA，1.5倍壓模式下的電源電流則上升到90mA左右。
2．器件的選擇
?、貺DO選擇。由于移動電話、PDA、數碼相機和視屏游戲機消費產品都是以電池為電源的，隨著使用時間的增長，電源電壓會逐漸下降，故LCD驅動IC需要一個穩(wěn)定的工作電壓，因此設計電路時通常由－個LD0提供一個穩(wěn)定的2.8V或3.0V電壓。LCD將安裝在移動電話的上方，與移動電話的射頻靠得很近，為了防止干擾，必須選用低噪聲的LD0，如LP2985、AAT3215。
?、诎坠釲ED。按背光源的設計要求，需要正向電壓（UF）和正向電流（IF）小、亮度高（500～1800mcd）的白光LED。以移動電話 LCD為例，目前都使用的是3～4個白光LED，隨著LED的亮度增加和移動電話制造商要求降低成本和功耗，LCD都會選用2個高亮度白光LED （1200～2000mcd），PDA和智能移動電話由于LCD屏較大會按需要使用4～8個白光LED。NACW215／NSCW335和EL99－21／215UCW／TR8是自帶反射鏡的白光LED，EL系列的亮度分為T、S、R三個等級，T為720～1000mcd，S為500～720mcd，都適用于移動電話LCD背光源的應用。
3．LED驅動電路的設計
白光LED的驅動需要供給恒定的電壓或恒定的電流，而移動電話電源一開始工作后，其電壓就開始往下降，因而需要升壓變換器升壓、穩(wěn)壓。為了減少升壓器件的工作頻率對移動電話射頻電路的影響，一般選用由電容器傳遞電能的電荷泵。
電容式電荷泵的效率按其升壓方法分倍壓和分數倍壓二種，倍壓電荷泵的效率約90％，分數倍壓電荷泵的效率約93％～95％。而電感式升壓器的效率約83％～85％。電容式電荷泵按其輸出分為恒壓輸出、恒流輸出，按其對LED驅動的方法分為并聯恒壓驅動、單個恒流驅動和串聯恒流驅動。電感式升壓器都是恒流輸出，輸出電壓較高，且對LED串聯驅動。
采用AAT3110倍壓升壓的電容式電荷泵驅動LED的應用電路如圖3所示，電路為5V恒壓輸出，最大電流為120mA，采用并聯驅動LED電路結構。
圖3 AAT3 110電荷泵的應用電路
采用AAT3114驅動LED的應用電路如圖4所示，電路有4～6路IF流輸出，每路能輸出20mA的電流，單個恒流驅動LED，具有32級調光功能。AAT3134將輸出DAC模塊分成二塊，其輸出可分別驅動雙屏顯示的LCD模塊。
圖4 A AAT3114電荷泵的應用電路
NCP5009是帶光敏傳感器的背光LED驅動升壓變換器，適用于自動調光的高檔移動電話LCD。NCP5009的應用電路如圖5所示。NCP5007是可恒流驅動5個串聯LED、PWM調光的背光LED驅動升壓器，其應用電路如圖6所示。
圖5 NCP5009的應用電路
圖6 NCP5007的應用電路
新型的電荷泵輸出端都內置了MOSFET，可動態(tài)地調整負載內阻，省去了為平衡由于LED內阻不一致需要外加的勻流電阻。開關工作頻率高的電容式電荷泵，其所需的濾波電容器容量小，相對射頻干擾也小。
電容器最好選擇陶瓷電容器，因為陶瓷電容器無極性并具有較低的等效串聯電阻（ESR），其典型值小于100mΩ。陶瓷電容器的等效串聯電阻值、電介質材料的優(yōu)劣、電容值的大小對輸出紋波有重大影響。X7R電容器的電介質是最好的，成本略高；X5R電容器的電介質居中上，可以選用；Y5V的電介質較差，不推薦選用。
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