面向微型LED的更小驅(qū)動器——延長電池壽命并減小電路空間

隨著技術(shù)的進(jìn)步，led正變得更小、更亮且功效更高。為了讓led產(chǎn)生想要的亮度，需要由led驅(qū)動電路提供恒定的電流。當(dāng)今大多數(shù)蜂窩電話采用微型白色led及很小的led驅(qū)動器，從而在整個(gè)彩色lcd顯示屏上產(chǎn)生精確和均勻一致的亮度。電池壽命主要由lcd的亮度決定，當(dāng)電話處于通話狀態(tài)時(shí)，lcd所耗功率大約占總功率預(yù)算的1/3。led本身和調(diào)節(jié)電流的驅(qū)動電路都會消耗功率。在微型led驅(qū)動器應(yīng)用中，除了電池壽命之外，電路板的空間也是一個(gè)重要的考慮，從而使得led驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇變得比以往任何時(shí)候更為重要。 led驅(qū)動器拓?fù)洌嚎臻g因素 在手持設(shè)備中最流行的電池是鋰離子電池，電池電壓的范圍從滿充電時(shí)的4.2v下降到放電狀態(tài)的大約3.3v。在背光應(yīng)用中，白光led在電流為20ma時(shí)通常展示出大約3.4v的正向電壓(vf)，但是，該電壓會隨著型號和溫度而變化。為了避免低電池電壓工作期間led出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，有必要引入升壓電路。兩種流行的升壓驅(qū)動器的架構(gòu)分別是開關(guān)電容型和電感升壓型驅(qū)動器。 開關(guān)電容電荷泵并行地驅(qū)動led，該電路通常需要采用4個(gè)0403型封裝的1μf的陶瓷小電容，它提供了當(dāng)今最為緊湊的解決方案，并且不需要電感器。圖1所示為采用2.5×2.5mm qfn封裝的三通道電荷泵驅(qū)動器的例子，用一個(gè)外部電阻來設(shè)置led電流。除了三個(gè)led之外，所有需要的元器件都可以安裝在不到1平方厘米的電路板面積之內(nèi)。 比較而言，電感升壓型led驅(qū)動器則采用一個(gè)電感來提升電壓并以串聯(lián)方式驅(qū)動led。這類驅(qū)動器的主要好處在于流經(jīng)led的電流一樣，從而產(chǎn)生理想的亮度匹配；缺點(diǎn)在于線繞電感器的形狀大，具體大小取決于電感值和額定電流。例如，在背光應(yīng)用中，額定電流為200ma的22μh電感的高度為1~2mm，而占位面積為2×2mm~4×4mm。電感的高度越低，其表面積就越大。根據(jù)不同的led驅(qū)動器類型，可能還需要外部肖特基二極管。假設(shè)一個(gè)封裝為sot23的驅(qū)動器采用一個(gè)外部肖特基二極管，則除了三個(gè)led之外，總的電路板面積還約需1.5mm2。 比較所需要的電路板資源可見，電路板面積節(jié)省了1/3；如果把電感升壓方案替換為電荷泵方案，就可以節(jié)省更多的電路板面積。對兩種拓?fù)涞倪x擇常常由lcd led的配置來規(guī)定，這些led要么采用串聯(lián)方式配置，要么采取并聯(lián)方式配置。具有串聯(lián)led配置的lcd僅僅需要兩個(gè)與led連接的端口，而并聯(lián)led配置的lcd所需要的端口數(shù)則多達(dá)led的數(shù)量，還要再加一個(gè)公共接點(diǎn)。故對于較大面板的lcd，人們寧愿采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)以將連接點(diǎn)的數(shù)量減到最少。 圖1：catalyst三通道電荷泵led驅(qū)動器外形圖。 延長電池壽命 圖2所示為鋰離子電池電壓放電的例子。此例中，780mah的典型手機(jī)電池被用來向工作電流為20ma的led連續(xù)供電。電池放電時(shí)間顯示在水平軸上，結(jié)果得到的總的持續(xù)時(shí)間稍微超過9個(gè)小時(shí)。如果把這個(gè)電荷泵驅(qū)動器與基于電感的解決方案比較，所測得的電池壽命(取決于電感升壓驅(qū)動器ic)僅僅有百分之幾的微小差異。 圖2：鋰離子電池電壓放電曲線(led vf為3.3v)。 在電池電壓足以直接為led直接供電的時(shí)候，電荷泵驅(qū)動器就工作在1x模式；當(dāng)電池電壓下降到與led vf接近的時(shí)候，驅(qū)動器自動轉(zhuǎn)換到1.33x電荷泵模式，此時(shí)，輸出電壓在內(nèi)部被提升到輸入電壓的1.33倍。圖2所示為驅(qū)動4個(gè)vf為3.3v、工作電流為20ma的led時(shí)的整個(gè)電池壽命期間的電池電壓和電流工作曲線。在1x模式，輸入電流大約為80ma，在1.33x模式增加到110ma。在1x模式，輸入電流基本上等于總的led電流(忽略1到2ma的靜態(tài)電流)。在1.33x模式，輸入電流大約為輸出電流的1.33倍；而在1.5x模式，輸入電流是輸出電流的1.5倍。在電荷泵模式中，輸入電流越大，電池消耗得越快。對于鋰電池應(yīng)用，在驅(qū)動器保持在1.33x模式且不進(jìn)入1.5x模式時(shí)，電池電壓可以下降到3v。 電荷泵led驅(qū)動器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是其能夠盡可能長時(shí)間地保持在1x