有關(guān)背光LED驅(qū)動的設(shè)計與分析

發(fā)光二極管(LED)技術(shù)廣泛用于為小尺寸液晶顯示器中的像素提供照明( LCDs)在電池供電的應(yīng)用中。由LED發(fā)出的白光通過偏振器傳輸?shù)絃CD，在那里可以阻擋或衰減光，并將其發(fā)送到RGB濾色器以產(chǎn)生彩色光。

圖1：背光LED驅(qū)動系統(tǒng)。圖1顯示了背光LED驅(qū)動器的系統(tǒng)級視圖，該驅(qū)動器由DC/DC轉(zhuǎn)換器和一個或多個調(diào)節(jié)電流源組成。此外，基于RGB-LED的背光需要基于溫度的反饋控制，這相當(dāng)于比基于白光LED的背光更高的成本。可以使用多少PCB面積?需要什么功能?系統(tǒng)消耗多少電量?回答這些問題可以指導(dǎo)設(shè)計人員選擇合適的背光LED驅(qū)動器。

用于LED背光的DC/DC轉(zhuǎn)換器

在具有單節(jié)鋰離子源的便攜式應(yīng)用中，電壓降的總和白色，綠色或藍(lán)色LED和電流源可以低于或高于電池電壓。這意味著，雖然紅色LED可以直接由單節(jié)鋰離子電池供電，但白色，藍(lán)色或綠色LED需要電池電壓有時會提升。

選擇一個時要考慮的第一個方面用于電池供電應(yīng)用的LED驅(qū)動器是IC驅(qū)動器與外部組件共占的總面積(圖2)。

圖2：典型PCB布局示例：電荷泵(左)，電感升壓(右)。

兩種升壓技術(shù)被廣泛使用：升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，也稱為感應(yīng)升壓，以及開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器，也稱為電荷泵。電荷泵實現(xiàn)僅需要四個陶瓷電容器和一個低功率電阻器，這通常會導(dǎo)致更小的解決方案尺寸。推薦用于這些應(yīng)用的電容值為0.47μF至1μF，額定電壓為10V(有助于直流偏置損耗)。這些電容器可以在許多電容器制造商的0402或0603外殼尺寸中找到?？?cè)芤撼叽缧∮?1mm 2 是相當(dāng)普遍的，并且還具有非常薄，小于1mm的優(yōu)點。根據(jù)LED驅(qū)動器封裝，電容器可以是解決方案中最高的元件與開關(guān)電容驅(qū)動器相比，基于電感升壓的LED驅(qū)動器往往具有更大的解決方案尺寸?；陔姼猩龎旱腖ED驅(qū)動器的典型解決方案尺寸接近板面積的30mm 2 。電感式驅(qū)動器通常需要兩個電容，一個在輸入端，另一個在輸出端，電容值為1μF至2.2μF，可提供0603和0805外殼尺寸。電感升壓需要一個可以處理峰值電感電流和輸出電壓的整流元件。在同步升壓中，可以將通過PFET集成到IC中。但是，這種集成通常會導(dǎo)致IC封裝的大小超過異步解決方案。在集成的高壓PFET或肖特基二極管的存在下，功率轉(zhuǎn)換效率也降低約10%。在異步拓?fù)渲?，傳遞元件由肖特基二極管組成。與開關(guān)電容器升壓相比，電感升壓的主要區(qū)域增加是電感器本身。具有6-8個LED的電流為15mA至20mA的應(yīng)用通常需要一個10μF至22μH的電感器，飽和電流在0.4A至0.5A之間。這些電感器可以在小于3.0mm x 3.0mm的占地面積中找到。電感器也是解決方案中最高的元件，高度范圍為0.8mm至1.2mm。

提高電池電壓的最簡單方法是使用升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器(圖3)。該方法的優(yōu)點在于在所有負(fù)載和輸入電壓條件下具有非常高的效率，因為輸入電壓可以升高到LED正向電壓和電流源凈空電壓的總和。如前所述，這顯著優(yōu)化了成本和PCB面積的效率。