升壓的負電荷泵白光LED驅動(dòng)器的設置

概述

　　當前許多便攜式消費類(lèi)電子產(chǎn)品，例如手機、PDA、MP3播放器、筆記本等都帶有顯示屏，雖然不同的應用對于顯示屏的種類(lèi)以及大小會(huì )有所不同，但對于廣大設計人員來(lái)說(shuō)，都需要為其設計背光電路。白光LED被認為是小型手持設備彩色顯示器的理想背光源。

　　驅動(dòng)白光LED的最簡(jiǎn)單方法是采用電壓源通過(guò)一個(gè)鎮流電阻驅動(dòng)LED（如圖1所示）。這種驅動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是選擇電壓源的余地很大，調節器與LED之間只需要一個(gè)連接端點(diǎn)。但缺點(diǎn)也同樣明顯：其一，效率低下，這主要是由于鎮流電阻的損耗造成的；其二，LED電流的穩流能力差，控制不精確，由于溫漂以及LED的不匹配造成的LED正向電壓的變化，將使最終的LED電流產(chǎn)生較大變化，從而影響背光亮度的控制。

因此，理想的白光LED驅動(dòng)方式是采用恒流驅動(dòng)，它能避免白光LED由于溫漂造成的電流波動(dòng)，或者由于LED不匹配造成的亮度不均，可以產(chǎn)生一個(gè)可控的LED正向電流。此時(shí)驅動(dòng)器不需要輸出穩定電壓，只需控制流過(guò)LED的電流恒定，即可實(shí)現可控的亮度控制。

常見(jiàn)拓撲結構比較

　　LED的發(fā)光強度與流過(guò)LED的電流有關(guān)，電流越大，光強越高。常見(jiàn)數碼相機和蜂窩電話(huà)中一般需要2至3個(gè)LED作為背光，而PDA中則一般需要3至6個(gè)LED背光?？梢酝ㄟ^(guò)并聯(lián)或者串聯(lián)的方式驅動(dòng)LED，這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：串聯(lián)方案中LED電流一致，電路控制簡(jiǎn)單，但需要較高的驅動(dòng)電壓；并聯(lián)方案的電路較為簡(jiǎn)單，所需的驅動(dòng)電壓也較低，但LED數目較多時(shí)，需要多個(gè)控制通道，同時(shí)電流的一致性也較差。

　　LED驅動(dòng)器從拓撲結構上分，主要可以分為基于電感的DC/DC驅動(dòng)器以及基于電容的電荷泵驅動(dòng)器，當然也有少數LED驅動(dòng)器采用線(xiàn)性穩壓器的驅動(dòng)架構。由于基于電感的驅動(dòng)器能夠提供比較寬范圍的輸出電壓，效率高，因此在很多設計中均采用基于電感的驅動(dòng)器結構驅動(dòng)多個(gè)串聯(lián)LED。而基于電容的電荷泵驅動(dòng)器省去了所需的外部電感，具有體積小、設計簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，也比較受歡迎。由于基于電荷泵的LED驅動(dòng)器只能產(chǎn)生輸入電壓的倍數(如：1.5倍、2倍)，有限的驅動(dòng)電壓使基于電荷泵的LED驅動(dòng)器常用于并聯(lián)驅動(dòng)多個(gè)LED。至于采用線(xiàn)性穩壓器的LED驅動(dòng)架構，由于效率較低，并且只能工作于降壓條件下，因此應用范圍較為受限，無(wú)法用于采用單節Li+電池供電的手持設備。本文主要討論基于電感的DC/DC驅動(dòng)器和基于電容的電荷泵驅動(dòng)器這兩種常見(jiàn)的拓撲結構。

　　為適應便攜式產(chǎn)品的應用需求，MAXIM提供了多種拓撲結構的LED驅動(dòng)器，包括基于電感的LED驅動(dòng)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動(dòng)器，以MAX1570為代表，其他產(chǎn)品還有MAX1575、MAX1576等。

MAX1553-MAX1554是一款高效、40V升壓轉換器，可用于驅動(dòng)2-10只串聯(lián)白光LED，為蜂窩電話(huà)、PDA和其它手持設備提供高效率的背光顯示。該升壓轉換器內置40V、低RDSON的N溝道MOSFET開(kāi)關(guān)，大大提高了轉換效率并有效延長(cháng)電池壽命。該器件具有模擬/PWM兩種模式的亮度調節方法，獨立的使能輸入還可用于開(kāi)/關(guān)控制。軟啟動(dòng)功能可以有效抑制啟動(dòng)過(guò)程的浪涌電流。器件還具有可調節的過(guò)壓保護電路，當檢測到輸出過(guò)壓時(shí)，可關(guān)斷內部MOSFET，從而降低輸出電壓。圖2為MAX1553典型工作電路。

　　MAX1570分數型電荷泵能夠以恒定電流驅動(dòng)多達5只白色LED，來(lái)獲得均勻的亮度。MAX1570利用1倍/1.5倍分數型電荷泵和低壓差電流調節器，在整個(gè)Li+電池供電電壓范圍內保持最高的效率。MAX1570工作在1MHz固定頻率，允許選用小巧的外部元件。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的電流調節結構保證低EMI和低輸入紋波。器件可以利用一個(gè)外部電阻設置滿(mǎn)量程LED電流，兩個(gè)數字輸入控制開(kāi)/關(guān)或選擇三級亮度中的一級。器件還可采用脈寬調制(PWM)信號調節LED的亮度。MAX1570典型工作電路見(jiàn)圖3。

　　從圖2和圖3中，可以看出基于電感的LED驅動(dòng)器與基于電容的電荷泵型LED驅動(dòng)器相比，電路結構較為復雜；功率電感的選取對電路性能的影響較大，對很多設計人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn)；此外電感體積也較大，比較占用電路板空間?；陔娙莸碾姾杀眯蚅ED驅動(dòng)器僅需少數幾個(gè)電容，設計較為簡(jiǎn)單，節省了電路板空間。然而，基于電感的LED驅動(dòng)器與電荷泵型LED驅動(dòng)器相比，在效率方面有較明顯的優(yōu)勢，MAX1553在LED工作電流范圍以?xún)然究梢员３?0%左右的效率（見(jiàn)圖4a），且效率隨電流變化波動(dòng)較小，而MAX1570電荷泵型LED驅動(dòng)器的效率在LED的工作電流范圍內有較大波動(dòng)，且輕載時(shí)的效率將低于80%（見(jiàn)圖4b）。

可見(jiàn)，基于電容的電荷泵型LED驅動(dòng)器雖然具有設計簡(jiǎn)單，節省電路板空間等優(yōu)點(diǎn)，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用，例如手持設備中的手機、PDA等產(chǎn)品，人們往往希望電池有足夠長(cháng)的供電時(shí)間。針對這一需求，MAXIM推出了新型負電荷泵LED驅動(dòng)器，與傳統的正電荷泵LED驅動(dòng)器相比，該器件的效率提高了12%，大大降低了驅動(dòng)方案的功耗。