白光LED驱动器的选择策略和设计实例

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1、白光LED驱动器的选择策略和设计实例德州仪器本文针对如何选择正确的白光LED驱动器，介绍了电感式驱动器和电荷泵驱动器、它们的局限以及如何权衡考虑。作者还讨论了如何评估白光LED驱动器的典型特性，并提供了外部元器件选择指导以及实际的设计范例和布局考虑。今日的许多便携式消费电子产品都有显示屏幕，例如移动电话、PDA和MP3播放机等，虽然屏幕的种类和大小通常是根据应用决定，但设计工程师必须负责为它设计电源和背光电路。白光LED是便携式消费电子产品目前最常采用的背光方案选择。驱动白光LED的主要目标是产生正向电流通过器件，这可采用恒压源或恒流源来实现。图1

2、是成本最低的解决方案，它将白光LED串联一个镇流电阻(RB)，再于电路的两端加上恒压源。然而这种方法有其缺点，镇流电阻会限制通过的电流，白光LED的非线性V-I曲线也让这种方法的稳流能力非常差；此外，只要外加电压或白光LED的正向电压(VF)有任何变动，白光LED的电流都会改变。当额定正向电压为3.6V时，会有20mA电流通过图1的白光LED，若温度或工艺改变让此电压变为4.0V(仍在正常的3V至4V容差范围内)，正向电流就会下降至14mA；换言之，正向电压只要改变11%，正向电流就会出现30%的大幅度变动。这种白光LED电流的极端改变会影响显示器

3、亮度，这是许多应用无法接受的。比较理想的白光LED驱动方式是采用恒流源，它能避免白光LED正向电压改变而造成的电流变动，即使用可控制的恒定正向电流，就能提供可控制的恒定显示亮度。恒流源的产生非常简单，控制器不需将电源输出稳压，而是如图2所示，直接针对电流感测电阻的两端电压进行稳压，此时通过白光LED的电流是由电源供应的参考电压值和电流感测电阻值来决定。绝大多数显示器都需要多个白光LED，若设计人员要灵活地驱动多个白光LED，他们应将所有白光LED串联，确保每颗白光LED的电流都相同。若要以并联方式推动白光LED，每个白光LED都必须串联一个镇流电阻

4、，避免通过它们的电流出现差异，但是这些电阻也会浪费功率，降低电路效率。电感式驱动器和电荷泵驱动器的比较所有专为驱动白光LED而设计的IC都提供恒定电流，其中绝大多数是基于电感或电荷泵的解决方案，这两种解决方案各有其优缺点。电荷泵解决方案或称为开关电容解决方案，利用分立电容将电源从输入端传送至输出端，整个过程不需使用任何电感，所以是受欢迎的解决方案。电荷泵电源的体积很小，设计也很简单，选择元件时通常只需根据元件规格从中挑选适当的电容。电荷泵解决方案的主要缺点是它只能提供有限的输出电压范围，绝大多数电荷泵IC的转换比率最多只能达到输入电压的两倍，这表示

5、输出电压不可能高于输入电压的两倍，因此若想利用电荷泵驱动一个以上的白光LED，就必须采用并联驱动的方式。利用只能对输出电压进行稳压的电荷泵驱动多个白光LED时，必须使用镇流电阻来防止电流分配不平均，但这些电阻会减少电池的寿命。电感式解决方案体积小、效率高，适合为绝大多数消费类产品提供更长的电池使用时间。本文将会证明，设计人员可以调整电感式转换器的效率，以便在体积和效率之间取得最佳平衡。由于大多数电感式解决方案都是采用升压转换器(图2)，它们最多能驱动六个或七个串联的白光LED，这种做法有其优点，因为许多显示器内置的白光LED都采用串联模式；就算并未

6、将白光LED内置于显示器屏幕中，大多数工程师还是会将它们串联在一起。背光驱动器和白光LED通常会在不同的电路板上，因此必须将电源从一块电路板连接至另一块电路板。驱动五个并联的白光LED共需使用连接器的六个管脚，驱动串联在一起的五个白光LED只需要两个管脚。白光LED驱动器的特性许多应用的屏幕需要背光调整功能，例如PDA等产品的使用者就能调整屏幕亮度，以适应周围环境，还有许多产品的处理器会在系统闲置一段时间后，自动降低或切断背光电源。调光功能的实现方法可分为两种：模拟和PWM。采用模拟调光技术时，只需将白光LED的电流降至最大值的一半，就能让屏幕亮度

7、减少50%。这种方法的缺点包括：白光LED色移；需要模拟控制信号。PWM调光技术在减少的电流占空周期内提供完整电流给白光LED，例如要将亮度减半，只需在50%的占空周期内提供完整电流。PWM信号频率通常会超过100Hz，以确保这个脉冲电流不会被眼睛察觉，PWM频率的最大值需视电源的启动和反应时间而定；为了得到最大灵活性，同时让整合更容易，白光LED驱动器最高应能接受50kHz的PWM频率。调光信号通常来自系统处理器的GPIO接脚。在出现开路故障的情况下，恒定电流的白光LED驱动器需要过电压保护。如上所述，白光LED和驱动器通常在不同的电路板上，因此

8、连接器的管脚松脱就会造成开路故障，另一个可能性则是白光LED出现造成开路。无论是那一种情形，驱动器为了提供恒定电流，都会增