背光應(yīng)用LED電源管理方法

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】背光應(yīng)用LED電源管理方法大多數(shù)便攜式電子設(shè)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(qū)動(dòng)電路由輸出電壓隨時(shí)間變化的電池供電。因此，的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)包括電池類型、LCD特性、系統(tǒng)功耗要求和效率、LED驅(qū)動(dòng)器IC及其外部器件、PCB布局和器件布局、LED驅(qū)動(dòng)器可能產(chǎn)生的噪聲，以及移動(dòng)電話應(yīng)用中的RE抑制電路等內(nèi)容。

目前使用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(dāng)電池放電時(shí)，電壓下降到3.2V，因此驅(qū)動(dòng)器電路必須工作在這一輸入電壓范圍內(nèi)。LED輸人功率的變化會(huì)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(qū)動(dòng)電路來控制LED陣列的每個(gè)LED，以使其保持恒定電流。當(dāng)設(shè)各工作在低溫條件下或者電池電壓很低時(shí)，也必須如此。

1.LED驅(qū)動(dòng)IC

如何實(shí)現(xiàn)LCD平板顯示屏背光源驅(qū)動(dòng)電路的高性能，是當(dāng)前便攜電子設(shè)備設(shè)計(jì)面臨的重要挑戰(zhàn)。在大多數(shù)背光設(shè)計(jì)中，白光LED沿LCD一側(cè)均勻間隔排列。LED的數(shù)量與LCD尺寸成正比。有些LCD已經(jīng)集成了以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的LED。一般情況下，較大尺寸的LCD要求采用串聯(lián)LED拓?fù)錁?gòu)造、某些情況下甚至要求多個(gè)LED串并聯(lián)。串聯(lián)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(gè)面板上具有相同的亮度。串聯(lián)拓?fù)錁?gòu)造的好處是驅(qū)動(dòng)器與LCD的連線少，這通?？梢酝ㄟ^采用小尺寸、低成本的撓性PCB來實(shí)現(xiàn)。

用于背光的小尺寸白光LED一般在通過20mA電流時(shí)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(duì)驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓開展升壓。在LCD設(shè)計(jì)中提高LED的電壓有兩種方法：采用電荷泵拓?fù)錁?gòu)造或電感升壓變換器。串聯(lián)拓?fù)渫ǔ２捎秒姼猩龎候?qū)動(dòng)器，而并聯(lián)LED拓?fù)鋭t上般采用分?jǐn)?shù)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(shí)現(xiàn)，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(qū)動(dòng)8個(gè)串聯(lián)的白光LED電路如圖1所示。

圖1采用電感升壓轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)8個(gè)串聯(lián)的白光LED電路

采用分?jǐn)?shù)電荷泵驅(qū)動(dòng)3個(gè)并聯(lián)白光LED的電路如圖2所示。由于所要求的外部器件數(shù)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?jǐn)?shù)倍壓電荷泵支持兩種工作模式，并能根據(jù)電池輸入電壓和LED正向電壓自動(dòng)開展模式選擇。一般情況下，當(dāng)電池電壓超過3.6y時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路工作在“1倍壓模式”，電源通過導(dǎo)通晶體管直接連接到輸出。這種線性模式的效率且噪聲。

圖2采用分?jǐn)?shù)電荷泵驅(qū)動(dòng)3個(gè)并聯(lián)白光LED的電路

3.6V時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路從1倍壓模式轉(zhuǎn)換到1.5倍壓模式，同時(shí)將輸出電壓5倍。分?jǐn)?shù)電荷泵采用具有兩個(gè)泵電容（見圖2中的C1和C2）的開關(guān)配置，這兩個(gè)電容將能量傳輸給負(fù)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(duì)于三個(gè)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

①LDO選擇。由于移動(dòng)電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)產(chǎn)品都是以電池為電源的，隨著使用時(shí)間的增長，電源電壓會(huì)逐漸下降，故LCD驅(qū)動(dòng)IC需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)通常由－個(gè)LD0提供一個(gè)穩(wěn)定的2.8V或3.0V電壓。LCD將安裝在移動(dòng)電話的上方，與移動(dòng)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。

②白光LED。按背光源的設(shè)計(jì)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(dòng)電話LCD為例，目前都使用的是3～4個(gè)白光LED，隨著LED的亮度增加和移動(dòng)電話制造商要求降低成本和功耗，LCD都會(huì)選用2個(gè)高亮度白光LED（1200～2000mcd），PDA和智能移動(dòng)電話由于LCD屏較大會(huì)按需要使用4～8個(gè)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(gè)等級(jí)，T為720～1000mcd，S為500～720mcd，都適用于移動(dòng)電話LCD背光源的應(yīng)用。

3.LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

白光LED的驅(qū)動(dòng)需要供應(yīng)恒定的電壓或恒定的電流，而移動(dòng)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(duì)移動(dòng)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?jǐn)?shù)倍壓二種，倍壓電荷泵的效率約90％，分?jǐn)?shù)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(duì)LED驅(qū)動(dòng)的方法分為并聯(lián)恒壓驅(qū)動(dòng)、單個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)和串聯(lián)恒流驅(qū)動(dòng)。電感式升壓器都是恒流輸出，輸出電壓較高，且對(duì)LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)。

采用AAT3110倍壓升壓的電容式電荷泵驅(qū)動(dòng)LED的應(yīng)用電路如圖3所示，電路為5V恒壓輸出，電流為120mA，采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)LED電路構(gòu)造。

圖3AAT3110電荷泵的應(yīng)用電路

采用AAT3114驅(qū)動(dòng)LED的應(yīng)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(gè)恒流驅(qū)動(dòng)LED，具有32級(jí)調(diào)光功能。AAT3134將輸出DAC模塊分成二塊，其輸出可分別驅(qū)動(dòng)雙屏顯示的LCD模塊。

圖4AAAT3114電荷泵的應(yīng)用電路

NCP5009是帶光敏傳感器的背光LED驅(qū)動(dòng)升壓變換器，適用于自動(dòng)調(diào)光的移動(dòng)電話LCD。NCP5009的應(yīng)用電路如圖5所示。NCP5007是可恒流驅(qū)動(dòng)5個(gè)串聯(lián)LED、PWM調(diào)光的背光LED驅(qū)動(dòng)升壓器，其應(yīng)用電路如圖6所示。

圖5NCP5009的應(yīng)用電路

圖6NCP5007的應(yīng)用電路

新型的電荷泵輸出端都內(nèi)置了MOSFET，可動(dòng)態(tài)地調(diào)整負(fù)載內(nèi)阻，省去了為平衡由于LED內(nèi)阻不一致需要外加的勻流電阻。開關(guān)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(duì)射頻干擾也小。

電容器選擇陶瓷電容器