基于低壓差線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器的手機背光解決方案

對于串聯(lián)LED背光，需要根據串聯(lián)LED的個(gè)數，把鋰電池電壓升壓到不同的電壓。對于OLED背光，一般要求把鋰電池升壓到12V。這兩種應用都需要升壓芯片進(jìn)行背光驅動(dòng)。Sipex公司的SP6690最多可以驅動(dòng)8顆串聯(lián)的LED(圖1a)。目前升壓驅動(dòng)芯片的效率在75%到85%之間，并且可以保證發(fā)光亮度一致，但要求使用一個(gè)儲能電感，因此會(huì )帶來(lái)一定的電磁干擾問(wèn)題。

對于并聯(lián)LED背光應用，Sipex公司的SP6683電荷泵最大可以輸出300mA驅動(dòng)電流，以驅動(dòng)到10顆并聯(lián)的LED(圖1b)。Sipex的電荷泵驅動(dòng)芯片是恒流LED驅動(dòng)，可以工作在1倍模式和1.5倍模式，在1倍模式下的最高效率可達92%，在1.5倍模式下的效率為60%~70%。電荷泵的工作原理是以很高的開(kāi)關(guān)頻率對電容充放電來(lái)實(shí)現電能轉化，根據輸入電壓自動(dòng)切換降壓和升壓模式，因此它無(wú)需外加電感，而是通過(guò)電容來(lái)存儲能量。

隨著(zhù)LED技術(shù)不斷進(jìn)步，LED導通壓降在不斷下降。Sipex公司低壓差線(xiàn)性LED驅動(dòng)SP761x系列由于無(wú)需升壓，所以外圍電路非常簡(jiǎn)單，不需要電感和電容，僅需一個(gè)電阻來(lái)設置LED流過(guò)的電流。如圖2a和圖2b所示的SP7611A和SP7612應用電路，可分別驅動(dòng)4顆LED和3顆LED，SP7614A則可以驅動(dòng)2顆LED。

圖1：(a) SP6690的背光應用電路圖；(b) SP6683的背光應用電路圖。

下面以SP7611A為例，介紹低壓差線(xiàn)性LED驅動(dòng)芯片SP761x系列的應用。Sipex的低壓差線(xiàn)性LED驅動(dòng)芯片與傳統LED驅動(dòng)芯片不同，它們不需要對手機的聚合物鋰電池電壓進(jìn)行升壓來(lái)點(diǎn)亮LED，而是一種基于降壓的恒流LED驅動(dòng)芯片。如圖2a所示，SP7611A是灌電流的LED驅動(dòng)芯片，流過(guò)LED的電流和設置電阻R_set上的電流成比例，同時(shí)流過(guò)LED上的電流還和LED正向導通壓降V_f以及LED的陰極電壓有關(guān)。因此，Sipex低壓差線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器應用的一個(gè)重要條件就是LED的導通壓降不可以太高，一般推薦使用導通壓降小于或者等于3.2V的LED。

SP761x系列的最大優(yōu)點(diǎn)在于應用簡(jiǎn)單，外圍電路只需一個(gè)用來(lái)設置電流的電阻。當LED陰極到地的電壓V_LED≤300mV時(shí)，流過(guò)LED的電流為：

I_LED＝200(V_CONTROL－VCTRL)／R_set

圖2：(a) SP7611A的背光應用電路圖；(b) SP7612/12A的背光應用電路圖；(c) 通過(guò)兩個(gè)GPIO端口和兩個(gè)電阻調節背光亮度的示意圖。

當LED陰極到地的電壓V_LED≥500mV時(shí)，流過(guò)LED的電流為：

I_LED＝435(V_CONTROL－VCTRL)／R_set

其中200、435是電流的放大倍數。從此可看出，LED電流等于流過(guò)R_set的電流乘以一個(gè)放大倍數，而這個(gè)放大倍數與LED的導通壓降有關(guān)(如圖3所示)。

圖3：LED電流的放大倍數跟LED的導通壓降的關(guān)系曲線(xiàn)圖。

在手機背光應用中需要調節亮度，SP761x系列的LED驅動(dòng)器可以通過(guò)多種方式來(lái)調節亮度：

1. 模擬調節。如圖2a所示，可以調節給定電壓V_CONTROL或者電流設置電阻R_set的大小來(lái)調節LED電流，達到控制亮度的目的。

2. 數字調節。在電壓V_CONTROL和電流設置電阻給定的情況下，可以通過(guò)管腳CTRL輸入PWM信號來(lái)調節亮度。PWM信號可以通過(guò)手機平臺的GPIO口輸出，由軟件設置PWM的占空比以達到控制亮度的目的。這個(gè)PWM信號的最高頻率可達1MHz，但考慮到目前LED的響應速度不會(huì )超過(guò)10kHz，所以推薦頻率為500Hz~1.5kHz。

表1：GPIO端口的設置表。

3. 通過(guò)兩個(gè)GPIO端口和兩個(gè)電阻，分成6個(gè)檔次來(lái)調節背光亮度，如圖3c所示。GPIO端口可以參照表1來(lái)設置，其中R1大于R2，具體阻值可以根據實(shí)際應用情況來(lái)設置。

效率也是手機背光應用中比較重要的一個(gè)參數。背光效率最準確的算法應該是用消耗在LED上的能量除以輸入能量。由于SP761x系列低壓差線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)芯片的工作漏電流非常小(uA級)，所以流過(guò)所有LED的輸出電流可以近似等于輸入電流，總體效率等于LED的導通壓降V_f與輸入電壓(即電池電壓V_battery)的比值。

Eff＝100V_f／V_battery

推薦LED的導通壓降小于或等于3.2V，取V_f=3.2V，則效率如表2所示。當電池電壓小于3.6V時(shí)，整體背光效率高于90%；當電池電壓為4.2V，最低效率也有76%。目前手機用鋰電池的工作范圍在3.4V到4.2V之間。

大約有20%的電池能量集中在4.2~4.0V之間，70%的能量集中在4.0~3.5V之間，剩余的10%左右的電池能量集中在3.5V電壓以下區間，因此電池電壓從4.0~3.5V區間的效率最重要。SP761x系列的效率為80%~91.4%，且電池電壓越接近LED的導通壓降，其效率越高。

與升壓驅動(dòng)芯片和電荷泵芯片相比，低壓差線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)芯片SP761x系列的效率并不遜色，并且在電池電壓降低的情況下具有更好的性能。在電池電壓降低的情況下，SP761x系列的背光效率反而升高，而升壓驅動(dòng)和電荷泵驅動(dòng)芯片此時(shí)的背光效率將下降。雖然目前升壓驅動(dòng)芯片和電荷泵驅動(dòng)芯片可以達到90%以上的效率，但是整體背光效率在75%~85%之間，且需要電感或者電容等儲能元件。

低壓差線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)SP761x系列是共陽(yáng)極的恒流LED驅動(dòng)芯片，無(wú)須儲能元件，外圍簡(jiǎn)單，僅需要一個(gè)電流設置電阻，就可以通過(guò)模擬或數字方式調節背光亮度。它最高具有90%以上的效率，整體背光效率可達85%左右。此外，Sipex針對低壓差線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)這個(gè)市場(chǎng)，將繼續推出共陰極的驅動(dòng)芯片來(lái)豐富這個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)。