負(fù)電荷泵白光LED驅(qū)動器的設(shè)計

第第頁負(fù)電荷泵白光led驅(qū)動器的設(shè)計當(dāng)前許多便攜式消費類產(chǎn)品，例如手機、pda、mp3播放器、筆記本等都帶有顯示屏，雖然不同的應(yīng)用對于顯示屏的種類以及大小會有所不同，但對于廣闊設(shè)計人員來說，都需要為其設(shè)計背光。白光被認(rèn)為是小型手持設(shè)備彩色的抱負(fù)背光源。

驅(qū)動白光led的最容易辦法是采納源通過一個鎮(zhèn)流驅(qū)動led（1所示）。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是挑選電壓源的余地很大，調(diào)整器與led之間只需要一個銜接端點。但缺點也同樣顯然：其一，效率低下，這主要是因為鎮(zhèn)流電阻的損耗造成的；其二，led的穩(wěn)流能力差，控制不精確，因為溫漂以及l(fā)ed的不匹配造成的led正向電壓的變幻，將使終于的led電流產(chǎn)生較大變幻，從而影響背光亮度的控制。

因此，抱負(fù)的白光led驅(qū)動方式是采納恒流驅(qū)動，它能避開白光led因為溫漂造成的電流波動，或者因為led不匹配造成的亮度不均，可以產(chǎn)生一個可控的led正向電流。此時驅(qū)動器不需要輸出穩(wěn)定電壓，只需控制流過led的電流恒定，即可實現(xiàn)可控的亮度控制。

常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較

led的發(fā)光強度與流過led的電流有關(guān)，電流越大，光強越高。常見數(shù)碼相機和蜂窩電話中普通需要2至3個led作為背光，而pda中則普通需要3至6個led背光?？梢酝ㄟ^并聯(lián)或者串聯(lián)的方式驅(qū)動led，這兩種方式各有優(yōu)缺點：串聯(lián)計劃中l(wèi)ed電流全都，電路控制容易，但需要較高的驅(qū)動電壓；并聯(lián)計劃的電路較為容易，所需的驅(qū)動電壓也較低，但led數(shù)目較多時，需要多個控制通道，同時電流的全都性也較差。

led驅(qū)動器從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上分，主要可以分為基于的dc/dc驅(qū)動器以及基于的電荷泵驅(qū)動器，固然也有少數(shù)led驅(qū)動器采納線性穩(wěn)壓器的驅(qū)動架構(gòu)。因為基于電感的驅(qū)動器能夠提供比較寬范圍的輸出電壓，效率高，因此在無數(shù)設(shè)計中均采納基于電感的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)驅(qū)動多個串聯(lián)led。而基于電容的電荷泵驅(qū)動器省去了所需的外部電感，具有體積小、設(shè)計容易、成本低的特點，也比較受歡迎。因為基于電荷泵的led驅(qū)動器只能產(chǎn)生輸入電壓的倍數(shù)(如：1.5倍、2倍)，有限的驅(qū)動電壓使基于電荷泵的led驅(qū)動器常用于并聯(lián)驅(qū)動多個led。至于采納線性穩(wěn)壓器的led驅(qū)動架構(gòu)，因為效率較低，并且只能工作于降壓條件下，因此應(yīng)用范圍較為受限，無法用于采納單節(jié)li+電池供電的手持設(shè)備。本文主要研究基于電感的dc/dc驅(qū)動器和基于電容的電荷泵驅(qū)動器這兩種頻繁的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

為適應(yīng)便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用需求，maxim提供了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的led驅(qū)動器，包括基于電感的led驅(qū)動器，以max1553-max1554為代表，還包括max1561、max1582等器件；以及基于電容的電荷泵驅(qū)動器，以max1570為代表，其他產(chǎn)品還有max1575、max1576等。

max1553-max1554是一款高效、40v升壓轉(zhuǎn)換器，可用于驅(qū)動2-10只串聯(lián)白光led，為蜂窩電話、pda和其它手持設(shè)備提供高效率的背光顯示。該升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)置40v、低rdson的n溝道開關(guān)，大大提高了轉(zhuǎn)換效率并有效延伸電池壽命。該器件具有模擬/兩種模式的亮度調(diào)整辦法，自立的使能輸入還可用于開/關(guān)控制。軟啟動功能可以有效抑制啟動過程的浪涌電流。器件還具有可調(diào)整的過壓庇護電路，當(dāng)檢測到輸出過壓時，可關(guān)斷內(nèi)部mosfet，從而降低輸出電壓。圖2為max1553典型工作電路。

max1570分?jǐn)?shù)型電荷泵能夠以恒定電流驅(qū)動多達(dá)5只白色led，來獲得勻稱的亮度。max1570利用1倍/1.5倍分?jǐn)?shù)型電荷泵和低壓差電流調(diào)整器，在囫圇li+電池供電電壓范圍內(nèi)保持最高的效率。max1570工作在1mhz固定頻率，允許選用小巧的外部元件。經(jīng)過優(yōu)化的電流調(diào)整結(jié)構(gòu)保證低emi和低輸入紋波。器件可以利用一個外部電阻設(shè)置滿量程led電流，兩個數(shù)字輸入控制開/關(guān)或挑選三級亮度中的一級。器件還可采納脈寬調(diào)制(pwm)信號調(diào)整led的亮度。max1570典型工作電路見圖3。

從圖2和圖3中，可以看出基于電感的led驅(qū)動器與基于電容的電荷泵型led驅(qū)動器相比，電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；功率電感的選取對電路性能的影響較大，對無數(shù)設(shè)計人員來說是一個難點；此外電感體積也較大，比較占用電路板空間?；陔娙莸碾姾杀眯蚻ed驅(qū)動器僅需少數(shù)幾個電容，設(shè)計較為容易，節(jié)約了電路板空間。然而，基于電感的led驅(qū)動器與電荷泵型led驅(qū)動器相比，在效率方面有較顯然的優(yōu)勢，max1553在led工作電流范圍以內(nèi)基本可以保持80%左右的效率（見圖4a），且效率隨電流變幻波動較小，而max1570電荷泵型led驅(qū)動器的效率在led的工作電流范圍內(nèi)有較大波動，且輕載時的效率將低于80%（見圖4b）。

可見，基于電容的電荷泵型led驅(qū)動器雖然具有設(shè)計容易，節(jié)約電路板空間等優(yōu)點，但它相對低的效率卻往往限制了器件的運用，尤其對于效率敏感的應(yīng)用，例如手持設(shè)備中的手機、pda等產(chǎn)品，人們往往希翼電池有足夠長的供電時光。針對這一需求，maxim推出了新型負(fù)電荷泵led驅(qū)動器，與傳統(tǒng)的正電荷泵led驅(qū)動器相比，該器件的效率提高了12%，大大降低了驅(qū)動計劃的功耗。

高效率的新型負(fù)電荷泵led驅(qū)動器

max8647能以恒定電流驅(qū)動6個白光led或2組rbgled，適合于顯示屏背光或消遣照明等應(yīng)用。通過負(fù)電荷泵和自適應(yīng)超低壓差電流調(diào)整器，這些器件可在1節(jié)li+電池的囫圇輸入電壓范圍內(nèi)、甚至在led正向電壓存在較大失配時仍然保持極高的效率。圖5給出了max8647典型應(yīng)用及內(nèi)部原理框圖。

傳統(tǒng)正電荷泵型led驅(qū)動器的電荷泵位于輸入電源(通常是電池)與所有l(wèi)ed之間，當(dāng)輸入電源下降到一定的值，導(dǎo)致隨意一個led正向壓降不足時，正電荷泵打開，此時vf較低的那些led將消耗更多的功率。以圖3中的led5和led6為例，假設(shè)led5的正向壓降vf5>vf6。當(dāng)vin下降到低于vf5+0.15v（電流調(diào)整器正常穩(wěn)流的正向壓降），囫圇電荷泵將切換到1.5倍模式，使vout提高到vin的1.5倍，保證led5的徹低導(dǎo)通，但因為傳統(tǒng)的正電荷泵架構(gòu)的電荷泵串聯(lián)于vin和led之間，無法動態(tài)切換各路led的輸出，那些vf較低的led所對應(yīng)的調(diào)整器回路將消耗額外的功耗（例如led6，其他路同理），從而降低了囫圇驅(qū)動器的效率。

max8647這一新型負(fù)電荷泵消退了輸入電源與led之間的線路阻抗，器件所具有的自適應(yīng)切換技術(shù)可對每個led舉行動態(tài)切換，對各路led實現(xiàn)自立的供電、調(diào)光和穩(wěn)流。當(dāng)某路led正向壓降不夠時，器件內(nèi)部負(fù)電荷泵啟動，將neg的電壓穩(wěn)定到不超過vin?5v的電壓上，同時自立地將該路led的電流回路從gnd切換到neg，而不是將所有l(wèi)ed的電流回路同時切換過來。例如，圖5中的led5和led6，同樣假設(shè)led5的vf5>vf6。當(dāng)vin較高時，負(fù)電荷泵關(guān)閉。隨著能量的消耗，當(dāng)vin降低到led5上的正向壓降不足時，器件啟動負(fù)電荷泵，led5領(lǐng)先將led的電流回路切換到neg上，而led6仍然保持本來狀態(tài)，從而使囫圇led驅(qū)動器的效率得到提高。這一獨特的拓?fù)浣Y(jié)果可顯著提高電池壽命，使效率提巍峨約12%。圖6顯示了max8647與傳統(tǒng)電荷泵型led驅(qū)動器效率的對照關(guān)系。

此外，max8647還帶有i2c串行接口，可舉行自立的主屏或子屏背光開啟/關(guān)閉以及亮度控制；電流可在24ma至0.1ma范圍內(nèi)以偽對數(shù)形式分32級舉行設(shè)置；具有溫度降額功能，保證設(shè)定為24ma滿幅輸出電流時的平安，當(dāng)環(huán)境溫度高于+60℃時，器件以2.5%/℃降低電流，以庇護