適合于低壓便攜設備背光或閃光應用的LED驅動器方案

1、適合于低壓便攜設備背光或閃光應用的LED驅動器方案An LED Driver Scheme Suitable for the Backlit or Flashing Application of Low-voltage Portable Equipment安森美半導體 On Semicondutor摘要：本文分析了適合于低壓便攜設備背光或閃光應用的LED 驅動器拓撲結構方案，介紹了安森美半導體各類驅動器的典型應用電路。關鍵詞：低壓便攜設備 LED 驅動器Abstract: The article analyzes an LED driver topology scheme suitable f

2、or the backlit or flashing application of low-voltage portable equipment and in the meantime introduces typical application circuit of different kinds of ON Semiconductor drivers. Keywords: Low voltage portable equipment, LED, Driver中圖分類號TN383+.1 TN344 文獻標識碼A 文章編號：1561-0349（2010）11-1 綜述白光LED廣泛用于小型液晶

3、顯示器(LCD)面板、鍵盤背光及指示器應用。高亮度LED則用于手機和數(shù)碼相機的閃光光源。這些應用需要優(yōu)化的驅動器解決方案，能夠延長電池使用時間、減小印制電路板(PCB)面積及高度。在這些應用領域，常見的LED驅動器方案涉及線性、電感型或電荷泵型不同拓撲結構，各有其特點。例如，電感型方案總能效最佳；電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容，占用的電路板面積和高度極?。痪€性方案非常適合色彩指示器以及簡單的背光應用。安森美半導體提供所有這三種類型拓撲結構的LED驅動器方案(參見圖1)，滿足用戶不同的應用需求。圖1 低壓便攜設備應用的不同LED驅動器拓撲結構示例：(a)線性拓撲結構示例； (b) 電感升壓型拓

4、撲結構示例； (c)電荷泵型拓撲結構示例二極管改為空心通直線，電阻改為長方形，電容為平行直線，各圖邊的文字刪除，分別改為(a)， (b) ，(c) 放在各圖的下方在電荷泵型方案方面，安森美半導體提供支持不同調(diào)光類型的產(chǎn)品，有單模、雙模、三模或四模電荷泵方案等，如CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603等。以NCP5623為例，這是一款采用2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12無鉛封裝的高能效LED驅動器，帶有I2C接口，內(nèi)

5、置漸進調(diào)光功能，特別設計用于驅動手機等便攜產(chǎn)品中的RGB LED裝飾光和增強型LCD背光。NCP5623實現(xiàn)94%峰值能效和低于1A的待機電流，將便攜設備電池工作時間延至最長。對典型應用而言，該器件除了具備極小型IC封裝的優(yōu)勢之外，兼具僅需4個無源元件就能工作的特點。該器件還具備短路和過壓保護功能，在LED失效時保護系統(tǒng)。值得一提的是，安森美半導體還提供多款四模電荷泵型LED驅動器，如CAT3636、CAT3637、CAT3604V、CAT3643、CAT3644、CAT3647、CAT3648和NCP5604A/B等。以CAT3648為例，這是安森美半導體的一款擁有專利的高能效四模(Quad

6、-Mode)自適應分數(shù)型(fractional) LED驅動器，能以25mA電流驅動多達4顆LED(見圖1)，能效高達92%。這種四模驅動器提供1x、1.33x、1.5x和2x四種模式，與提供1x、1.5x和2x三種模式的大多數(shù)電荷泵型驅動器相比，能效高10%，且無需額外電容，將LED驅動器性能提升到新的水平。這些驅動器適合在低壓便攜設備小尺寸LCD背光、LED閃光應用中驅動白光LED。圖2 CAT4002B應用電路圖。二極管改為空心通直線在電感升壓型方案方面，安森美半導體提供采用PWM調(diào)光方式的不同產(chǎn)品，如輸出電流在20mA到50mA之間的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT413

7、9、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010，以及提供更大輸出電流的CAT4240(250mA)、NCP5050(600mA)和NCP1422(800mA)等。這些電感升壓型驅動器適合在低壓便攜設備背光和閃光應用中驅動白光LED。在線性背光驅動器方案方面，安森美半導體提供2個到4個通道的多款單模LED驅動器，如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅動器提供32級調(diào)光控制，提供25mA的固定或可調(diào)節(jié)輸出電流和低于1A的極低關閉電流，而且沒有開關電源噪聲問題。這些單模LED驅動器通常作為系統(tǒng)級方式的一部分，用于設

8、計集成低電壓LED和簡單LED驅動器的背光電路。這些驅動器電路簡單，幫助延長電池使用時間、降低成本(如節(jié)省外部電容)及降低噪聲，為入門級便攜產(chǎn)品及低成本手機市場提供一種簡單的方案。2 專門用于相機閃光的LED驅動器方案在相機閃光應用中，除了可以使用NCP5005和CAT4134電感升壓型驅動器外，還可以使用NCP5680和CAT3224這樣的電荷泵型驅動器，從而支持高于百萬像素相機閃光，以及替代氙氣閃光，并配合纖薄設計。其中，NCP5680和CAT3224均是基于超級電容的LED驅動器，分別可提供10A和4A的大閃光電流。實際上，如今的500萬像素或更高分辨率的相機為了在弱光下拍得高分辨率的照

9、片，需要高亮度的閃光。當今的白光LED能夠提供這個等級的光能，但需要比相機電池提供的能量高出近400%。以安森美半導體的NCP5680為例，這器件配合電池管理一顆超級電容器來驅動LED閃光至充分亮度，提供高達10A的大峰值電流。NCP5680中的集成驅動器還管理超級電容，處理其它峰值功率功能，如變焦、自動對焦、音頻、視頻、無線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻(RF)放大，延長電池使用時間而不放棄纖薄型設計。NCP5680集成了超級電容充電、浪涌電流管理和LED電流控制所需的全部電路，節(jié)省設計人員的開發(fā)時間、電路板空間及元器件成本。CAT3224則是業(yè)界首款4A單芯片超級電容LED驅動器(見圖3)，集

10、成了雙模1x/2x電荷泵，提供三項關鍵功能：精密的超級電容充電控制、電流放電和LED閃光的管理、以及為LED手電筒模式提供恒流。這三種模式的工作電流能以3顆外部電阻作簡易編程，能圖3 業(yè)界首款單芯片4A超級電容LED驅動器CAT3224應用電路圖二極管改為空心通直線，電阻改為長方形，電容邊的刪除吸收高達4A的LED閃光脈沖電流。超級電容技術的高峰值電流優(yōu)勢，結合CAT3224簡單的并行邏輯接口，使該器件成為采用LED替代氙氣燈的應用的極佳選擇。3 其它新穎LED驅動/控制器在低壓便攜設備應用方面，除了上述LED驅動器，安森美半導體還提供其它一些新穎的產(chǎn)品，如NCP5890和CAT3661。其中

11、，NCP5890是一款獨特的照明管理集成電路(LMIC)，以3mmx3mmx的極小型封裝集成了液晶顯示器(LCD)背光、裝飾光控制和環(huán)境光感測功能。眾所周知，當今的便攜電子產(chǎn)品很流行較大的LCD屏幕和LED照明效果。為了滿足所有這些照明要求，硬件設計人員通常需要采用數(shù)個LED驅動器。由于電路板空間有限，要實現(xiàn)更先進的照明效果，通常需要大量的軟件編程和微控制器(MCU)資源。安森美半導體提供NCP5890這樣的更簡單單芯片硅解決方案，具有多種以指令控制實現(xiàn)的照明效果，幫助硬件設計工程師滿足他們特定的照明和電源設計目標。這款照明管理IC具有30V輸出電壓，驅動串聯(lián)LED，實現(xiàn)對LCD屏幕的均衡背光

12、。此外，該器件控制三組白光LED或RGB LED，在鍵盤或底盤上營造出裝飾光圖案，與背光形成獨特的組合。該驅動器還根據(jù)環(huán)境光的亮度來調(diào)節(jié)背光電流，從而延長電池使用時間。NCP5890是緊湊型智能手機等應用的專用解決方案。圖4 針對扣式電池優(yōu)化的CAT3661 LED驅動器應用電路圖二極管改為空心通直線，電阻改為長方形如今，越來越多的創(chuàng)新型便攜設備采用扣式電池(coin cell)供電，如醫(yī)療應用中的血糖儀、數(shù)字體溫計、血壓計、呼吸分析儀和生理監(jiān)測儀等。由于這種電池的獨特特性以及需要長工作壽命，這些緊湊型應用需要定制的LED驅動器，不僅要管理背光，還要監(jiān)測電池電量。在這類應用中，可以采用安森美半導體計劃于2010年下半年推出的CAT3661 2V單LED驅動器。該器件同樣采用安森美半導體專利的四模(Quad Mode)電荷泵架構，能效高達92%，靜態(tài)電流低至約150A，提供可調(diào)節(jié)的低電池電量檢測功能，以及強固的LED故障監(jiān)測、軟啟動和短路限制等保護功能，采用低高度的3x3mm TQFN-16封裝，非常適合這些便攜設備應用。4 結束語安森美半導體身為應用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、高能效硅方案供應商，運用公司在低壓和高壓技術，以及在電源管理方案方面的專長，提供全面的LED驅動或控制解決方案。本文著重介