淺談待機(jī)調(diào)光模式的電荷泵背光驅(qū)動(dòng)IC

LCD液晶投影機(jī)是液晶顯示技術(shù)和投影技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了液晶的電光效應(yīng)，通過(guò)電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產(chǎn)生不同灰度層次及多達(dá)1670萬(wàn)種色彩的靚麗圖像。LCD投影機(jī)的主要成像器件是液晶板。LCD投影機(jī)的體積取決于液晶板的大小，液晶板越小，投影機(jī)的體積也就越小。根據(jù)電光效應(yīng)，液晶材料可分為活性液晶和非活性液晶兩類，其中活性液晶具有較高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶，人們可通過(guò)相關(guān)控制系統(tǒng)來(lái)控制液晶板的亮度和顏色。與液晶顯示器相同，LCD投影機(jī)采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影機(jī)的光源是專用大功率燈泡，發(fā)光能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于利用熒光發(fā)光的CRT投影機(jī)，所以LCD投影機(jī)的亮度和色彩飽和度都高于CRT投影機(jī)。LCD投影機(jī)的像元是液晶板上的液晶單元，液晶板一旦選定，分辨率就基本確定了，所以LCD投影機(jī)調(diào)節(jié)分辨率的功能要比CRT投影機(jī)差。

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(fèi)者對(duì)視覺(jué)方面要求的提高，LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)變得越來(lái)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(dá)到更好的視覺(jué)效果，成為眾多手持式數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的重點(diǎn)之一。除了提高LCD屏的分辨率、減小延遲時(shí)間以及在軟件上提升之外，LCD屏的背光設(shè)計(jì)也扮演著重要角色。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dá)到好的顯示效果，要求白色LED亮度一致，明暗可調(diào);為保護(hù)手持式設(shè)備，要求在某些LED斷路時(shí)有保護(hù)功能，且不能影響正常的LED工作;為延長(zhǎng)手持式設(shè)備的待機(jī)時(shí)間，要求LED驅(qū)動(dòng)IC的靜態(tài)電流很小，工作效率很高。

BCD推出的AP3605是一款性能優(yōu)良的LED驅(qū)動(dòng)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(jì)，性價(jià)比很高。

一、AP3605簡(jiǎn)介

AP3605是電荷泵升壓模式帶恒流源的白光LED驅(qū)動(dòng)芯片，僅通過(guò)兩個(gè)1uF的陶瓷電容，AP3605實(shí)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(dòng)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(guò)一個(gè)外接電阻來(lái)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(dá)50KHz。高達(dá)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(jì)的典型白光LED驅(qū)動(dòng)電路，由單節(jié)鋰電池供電，除AP3605外，僅由低成本的5個(gè)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(dá)1MHz，1uF的電容就足以保證AP3605輸出80mA電流來(lái)驅(qū)動(dòng)4個(gè)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(jì)PCB板時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證Cout緊靠AP3605對(duì)應(yīng)的管腳，其次是保證C1、C2和Cin緊靠對(duì)應(yīng)的管腳。

2、電阻RISET

RISET用來(lái)設(shè)定LED的電流，通過(guò)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(dòng)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(gè)LED作為背光。當(dāng)某幾路LED不需要時(shí)，只需要將其對(duì)應(yīng)的管腳懸空即可。[!--empirenews.page--]

三、AP3605作為白光LED驅(qū)動(dòng)IC的重要性能

1、電流匹配

如圖1所示，AP3605內(nèi)部帶有四路恒流源，用以驅(qū)動(dòng)四路LED，當(dāng)LED的正向壓降在3V至4V之間變化時(shí)，AP3605能保證不超過(guò)±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(hào)的白光LED，很好的實(shí)現(xiàn)了LED亮度的一致。

2、高達(dá)50KHz的PWM調(diào)光頻率

脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

PWM調(diào)光是應(yīng)用最為廣泛的調(diào)光方式，通過(guò)調(diào)節(jié)LED亮滅的時(shí)間比例來(lái)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(jué)不到LED的亮滅，只能感覺(jué)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。

AP3605通過(guò)內(nèi)部的Standby模塊實(shí)現(xiàn)了高達(dá)50KHz的調(diào)光頻率。而且不會(huì)引起浪涌電流。如圖3所示，當(dāng)EN腳變低時(shí)，電荷泵的輸出Vout延遲約1.7ms再關(guān)斷，但恒流源會(huì)跟隨EN信號(hào)馬上關(guān)斷，LED電流變?yōu)?;而當(dāng)EN信號(hào)為高時(shí)，恒流源會(huì)跟隨EN信號(hào)馬上打開(kāi)，由于Vout仍正常工作，LED電流立即變?yōu)?0mA。因此當(dāng)PWM的調(diào)光頻率高于1KHz時(shí)，AP3605能通過(guò)EN信號(hào)直接快速的調(diào)節(jié)LED電流，從而實(shí)現(xiàn)高頻率PWM調(diào)光。

AP3605的待機(jī)調(diào)光模式有如下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1)高達(dá)50KHz的PWM調(diào)光頻率，避免了音頻噪音。

2)僅開(kāi)關(guān)恒流源，LED電流平穩(wěn)。

3)LED電流能快速跟隨PWM信號(hào)，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(gè)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(dòng)電路是由鋰電池直接供電的，而電池同時(shí)也為射頻直接供電，在設(shè)計(jì)不好的系統(tǒng)中，背光驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)噪聲會(huì)通過(guò)電源間接影響射頻部分。

4、過(guò)溫度保護(hù)

AP3605內(nèi)置過(guò)溫保護(hù)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(shí)，AP3605會(huì)過(guò)溫關(guān)斷，以保護(hù)AP3605免受燒壞。在過(guò)溫關(guān)斷狀態(tài)，AP3605僅消耗不到1uA的電流。當(dāng)操作正常使得AP3605內(nèi)部節(jié)溫下降到140攝氏度左右時(shí)，AP3605會(huì)自動(dòng)重新啟動(dòng)，進(jìn)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(cè)、應(yīng)用文檔、演示板、樣品以及針對(duì)具體客戶應(yīng)用的支持。作為白光LED驅(qū)動(dòng)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(jià)比贏得了很多客戶。