如何加強背光照明

如今，大部分便攜式設備尤其是移動(dòng)電話(huà)中的鍵盤(pán)背光照明以及其他裝飾燈都傾向于采用個(gè)性的設計方式。然而，顯示屏的背光和鍵盤(pán)的背光在要求上是不同的，而且這分別會(huì )影響到相關(guān)LED的驅動(dòng)方法。

現在大部分的便攜式電子產(chǎn)品，如移動(dòng)電話(huà)、個(gè)人電子手帳、導航系統等，都擁有一個(gè)需要背光照明的小型LCD顯示屏作為用戶(hù)界面。人們用這些設備來(lái)觀(guān)看高分辨率的相片、影片和上網(wǎng)瀏覽的時(shí)間亦越來(lái)越長(cháng)。這樣，人們對具備媒體存儲能力的高質(zhì)亮顯示屏的需求變得越來(lái)越強烈，對背光LED和驅動(dòng)器技術(shù)的挑戰也就越大?，F今，雖然白光照明LED主導了市場(chǎng)，但新涌現的紅綠藍(RGB)背光可改良顯示屏上的色彩飽和度，因此前景無(wú)限。

LED和鋰離子電池的改變將會(huì )影響背光驅動(dòng)電路的設計。并且，在便攜式設備上增加LED的數目會(huì )造成LED驅動(dòng)設計上的挑戰。最常見(jiàn)的挑戰包括電源效率、控制界面/可編程能力、方案的大小尺寸、電磁干擾(EMI)和系統成本等。

亮度控制

背光照明LED的亮度控制可經(jīng)由脈沖寬度調變(PWM)或恒流控制來(lái)實(shí)現。PWM亮度控制需動(dòng)用一個(gè)恒流驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)LED，但需要調節開(kāi)/關(guān)時(shí)間才能達到所需的光度。因此PWM控制比直接的恒流控制更加復雜。

恒流控制的好處是沒(méi)有了連續的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此進(jìn)行亮度調校時(shí)，由LED色譜位移而引致的EMI較低。LED制造商將LED按照“群集電流”來(lái)分組，并確保LED的表現不會(huì )降低。當群集電流改變時(shí)，LED的亮度變化會(huì )多于設定的規格，因此肉眼能分辨出背光照明LED之間的不同亮度。當使用很低的電流時(shí)，上述情況尤其明顯。

如果使用PWM來(lái)控制亮度，那亮度調節便會(huì )在整個(gè)范圍內呈線(xiàn)性，而且被調節時(shí)不會(huì )產(chǎn)生顏色上的變化。不過(guò)，PWM的變換會(huì )產(chǎn)生電磁干擾和可聽(tīng)得到的噪聲。該噪聲是由陶瓷電容器的壓電效應所產(chǎn)生。為了免除這可聽(tīng)噪聲，PWM的頻率必須高至人耳收聽(tīng)不到的水平，如20kHz。另外一個(gè)方法便是使用很低的頻率，令應用中的電容器和電路板不會(huì )產(chǎn)生共鳴，并保證不會(huì )產(chǎn)生出可聽(tīng)到的“啪啪”聲(如250Hz)。通過(guò)減慢PWM控制的上升/下降沿可有助削減電磁干擾的強度。

背光照明驅動(dòng)器的拓撲

驅動(dòng)器拓撲可以分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種。當每一個(gè)LED均需要做個(gè)別控制時(shí)，會(huì )使用并聯(lián)驅動(dòng)。在背光照明的應用中，所有LED的亮度應該是一致的。但如果使用并聯(lián)驅動(dòng)器，LED電流之間可能會(huì )出現輕微的失配。幸而，配合最新的驅動(dòng)器后，這種電流失配就變得微不足道了。因為這些LED的典型亮度容差一般比輸出電流中的失配大很多。

當背光照明LED串聯(lián)在一起時(shí)，相同的電流會(huì )流通所有LED，使得LED電流間出現百分百的匹配。此外，采用串聯(lián)驅動(dòng)后無(wú)須為每個(gè)LED進(jìn)行個(gè)別的驅動(dòng)器布線(xiàn)，所以PCB布線(xiàn)變得更容易。由于驅動(dòng)器輸出的正向電壓已考慮到了數個(gè)LED，因此串聯(lián)驅動(dòng)法比并聯(lián)驅動(dòng)法稍勝一籌。串聯(lián)驅動(dòng)需要高壓的升壓轉換器(如20V)來(lái)從鋰離子電池中提取足夠的電壓以驅動(dòng)數個(gè)串聯(lián)LED。

驅動(dòng)LED的最普遍方法是用低邊驅動(dòng)器輸出，LED輸出腳可作為一個(gè)恒流下沉(constantcurrentsink)。在這情況下，LED輸出和電源電壓需要獨立的布線(xiàn)。如采用高邊驅動(dòng)器輸出，那LED的輸出腳便成為電流源，同時(shí)只有LED接腳要布線(xiàn)，LED陰極則直接接地。通常，在PCB處都有一個(gè)接地面，因此無(wú)須進(jìn)行獨立的布線(xiàn)。圖1所示為不同驅動(dòng)方法。


圖1并聯(lián)高壓側和串聯(lián)低壓側驅動(dòng)

白光LED和電池技術(shù)

便攜式設備一般都用一枚鋰離子電池來(lái)工作，其電壓視所需的電荷介乎2.8～4.3V之間。白光LED正向電壓一般為3.5V，這是單一的鋰離子電池通常不能驅動(dòng)的，因此需要采用升壓式DC/DC轉換器。轉換器可以是電容式(電荷泵)或電感式(磁力升壓)。由于電荷泵的體積較小，一般都會(huì )用在并聯(lián)LED驅動(dòng)器上。至于磁力升壓轉換器，一般都會(huì )用于高壓的串聯(lián)驅動(dòng)器內，原因是電荷泵技術(shù)所能達到的輸出電壓還不夠高。轉換器輸出電壓的調節可以通過(guò)LED正向電壓的感應來(lái)自動(dòng)(適配性)履行，或者用戶(hù)可根據LED正向電壓的規格來(lái)設定一個(gè)恒壓。

未來(lái)，新型鋰離子電池和LED技術(shù)將會(huì )為L(cháng)ED驅動(dòng)帶來(lái)新的挑戰。配合最新的化學(xué)成果，電池電壓的范圍將擴大到2.3～4.7V，而典型的白光LED正向電壓將會(huì )下降至2.9V。與此同時(shí)，輸出驅動(dòng)器的飽和電壓都會(huì )隨著(zhù)下降。當采用并聯(lián)驅動(dòng)時(shí)，要高效地驅動(dòng)一個(gè)2.9V的LED，就需要動(dòng)用一個(gè)升降壓轉換器。圖2所示為由電池、驅動(dòng)器和LED技術(shù)的進(jìn)步所帶來(lái)的效果。


圖2電池和白光LED正向電壓的技術(shù)進(jìn)展