線性匹配獨立電流源與傳統(tǒng)白光 LED 驅(qū)動器解決方案之間的對比

1、 線性匹配獨立電流源與傳統(tǒng)白光 led 驅(qū)動器解決方案之間的對比摘要wled 解決方案集成了白光 led 工藝的優(yōu)點以及創(chuàng)新型節(jié)能方案（例如：環(huán)境光控照明），從而可以在更廣范圍內(nèi)應(yīng)用，并獲得了比過去任何時候都更高的效率?，F(xiàn)有的絕大多數(shù) wled 驅(qū)動器解決方案仍然要和電壓升壓驅(qū)動器解決方案搭配使用；但是，隨著 wled 應(yīng)用及技術(shù)的多樣化，wled 驅(qū)動器解決方案的選擇空間也越來越廣。線性匹配電流源就是這樣的一個新型解決方案。德州儀器 (ti) 推出的低壓降 (ldo) 線性 wled 驅(qū)動器 tps7510x 就可以用于驅(qū)動 wled。本應(yīng)用手冊將對這一新型技術(shù)與現(xiàn)有的升壓解決方案進行比較。

2、1 背景早期的手機均具有較便宜的彩色發(fā)光二極管 (led)，用于鍵盤照明和黑白液晶顯示(lcd) 背光照明。在世紀(jì)之交，led 技術(shù)的進步實現(xiàn)了手機鍵盤的藍白光 led 照明。白光 led (wled) 只不過就是帶有特殊涂層的藍光 led，從而產(chǎn)生白色光波長。由于 wled 可以在 lcd 顯示器上發(fā)射全色光譜，所以 wled 現(xiàn)在為手機中主要的照明顏色。除了全色 lcd 背光照明以外，wled 還可用于鍵盤、軌跡球及控制按鈕照明、相機快閃和閃光燈。第一代 wled 需要更高的正向電壓 (4.2v) 和電流 (20ma) 來實現(xiàn)手機應(yīng)用所需的發(fā)光度或亮度。這些電壓一般都高于電池電源，并且需要

3、有驅(qū)動器ic對led電源電壓進行升壓。由于 wled 所需的電流很高，所以它們通常消耗了移動手持終端中大部分的電池電量。為了降低功耗并延長電池使用壽命，wled 工藝技術(shù)的進步和生產(chǎn)成本的降低帶來了更為便宜的 wled，這種 wled 只需更少的電流就可產(chǎn)生所需的發(fā)光度。在電流更低（10ma）的情況下，可以以更低的正向電壓來實現(xiàn)這些 wled。2 tps7510x：一款線性匹配獨立電流源與傳統(tǒng)的固定模式和混合模式充電泵和電感升壓轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)相比，tps7510x 的 ldo 線性調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)（如圖 1 所示）具有更多優(yōu)點。對于大多數(shù)應(yīng)用而言，tps7510x 是一款上述解決方案的高效替代解

4、決方案。由于減少或省去了許多外部部件，與其它任何替代解決方案相比，tps7510x 實現(xiàn)了更多的成本節(jié)約。這不但減少了材料清單成本，而且還降低了放置更多組件所需的額外生產(chǎn)成本。圖 1 線性匹配電流源 (tps7510x)組件數(shù)量減少的另一個優(yōu)點是實現(xiàn)解決方案尺寸的縮小。由于 tps7510x 并不需要外部組件，因此整套解決方案的尺寸剛好降至 ic 尺寸的大小，對于采用 wcsp 封裝的 ic 尺寸而言為 1.44mm2。tps7510x 的第三個優(yōu)點是近乎所有的輸入電流（99%）將用于驅(qū)動 led；電流不會在充電泵電容器或升壓電感器上發(fā)生損耗。這一節(jié)能架構(gòu)使電池放電壽命的平均效率提高了 87%

5、 以上。對于一個額定電壓為 3.6v 的電池而言，該解決方案的效率一般都高于 99%。ldo 拓撲結(jié)構(gòu)最大的一個缺點就是 led 的正向電壓局限于輸入電壓與壓降之差（一般為 30mv，最大值為 100mv）。由于現(xiàn)在有許多白光 led 可供選擇，手機解決方案中使用的 led 電流電平 (3ma10ma) 產(chǎn)生的正向電壓一般為 3v 或更低，因此這一局限性不再是這一解決方案的一個主要缺點。另外一個被充分證明的缺點就是線性解決方案的局限性，線性解決方案只能應(yīng)用于并聯(lián) led 結(jié)構(gòu)。串聯(lián)結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)單節(jié)鋰離子電池應(yīng)用對正向電壓提出太高的要求。因此，tps7510x 解決方案只能用于并聯(lián) led 結(jié)

6、構(gòu)。3 固定升壓充電泵對于使用一個固定升壓充電泵（見圖 2）的應(yīng)用而言，其輸出將被升壓至一個固定電壓，同時 led 電流經(jīng)過調(diào)節(jié)流過每一個電阻器。由于充電泵器件較低的成本，這種方法的成本相對較低，但是 led 電流匹配和效率可能會很低（電池放電的平均效率為 43%）。充電泵一個比較重要的優(yōu)點在于其降低了 led 正向電壓對電源電壓（數(shù)伏電源軌以內(nèi)）的依賴程度。盡管充電泵能產(chǎn)生足夠高的電壓來驅(qū)動串聯(lián)的多個 led，但是其效率非常低且成本高昂，因此這一解決方案一般只限用于并聯(lián) led 結(jié)構(gòu)。圖 2 固定升壓充電泵 (reg710)在此類型的應(yīng)用中，tps7510x 不但實現(xiàn)了效率提升，而且還通過減

7、少整體部件的數(shù)量實現(xiàn)了成本節(jié)約，但是卻局限于低于電源電壓的正向電壓。4 混合模式充電泵對于使用一個混合模式充電泵（如圖 3 所示）的應(yīng)用而言，其輸出電壓經(jīng)過調(diào)節(jié)，使每一個 led 上流過一個恒定電流。由于這一類型解決方案所使用的拓撲結(jié)構(gòu)，這些 ic 的 led 電流源能實現(xiàn)很好的匹配。但是由于正向電壓的不匹配，實際的匹配程度會有所降低。這些電路的效率非常高（電池放電時平均效率為 70%），并且允許正向電壓高于輸入電壓。圖 3 混合模式充電泵 (tps60231)在這些應(yīng)用中，tps7510x 在成本和效率方面有了極大的改善。充電泵電路一般都需要配置一個或兩個開關(guān)電容器，以及用于保持穩(wěn)定性的輸入

8、和輸出電容器。正如前面所述，tps7510x 減少了組件數(shù)量，從而減小了解決方案的尺寸，同時降低了成本。相對于混合模式充電泵解決方案，線性解決方案的劣勢在于 led 正向電壓（凈空電壓）的局限性。然而，混合模式充電泵解決方案可以和相同 led 電壓很好地匹配；無論 led 正向電壓如何變化，tps7510x 都可實現(xiàn)完美匹配。5 電感升壓對于使用（大部分情況下用于驅(qū)動一個串聯(lián) led 串）一個電感升壓轉(zhuǎn)換器（如圖 4 所示）的應(yīng)用而言，流經(jīng) led 串上每一個 led 的電流為同等大小（理想電流匹配）。在使用充電泵解決方案的情況下，可以使用正向電壓高于電源電壓的 led。在僅有一個 led 驅(qū)

9、動線路可選用的應(yīng)用中（如翻蓋手機的背光照明 lcd 模塊），電感升壓轉(zhuǎn)換器一般（有時為唯一可選）為最佳解決方案。圖 4 電感升壓 (tps61061)在由電感開關(guān)引起電磁干擾 (emi) 的其他應(yīng)用中會出問題，線性 tps7510x 就是一款高效且噪聲極低的解決方案。另外，通過除去電感、輸出電容器或反饋電阻器實現(xiàn)的成本節(jié)省更具現(xiàn)實意義。隨著白光 led 在移動手持終端更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用，驅(qū)動這些 led 不會再僅僅局限于一款高電壓、高電流解決方案。如今，這些解決方案不僅隨著這些器件應(yīng)用的增長而增長，而且還隨著這些應(yīng)用而不斷演變。最近問世的更高亮度和更高效率的 led 可以通過更低的電流來驅(qū)動，這也開創(chuàng)了使用線性電流源的新型解決方案。該解決方案實現(xiàn)了最低的