線(xiàn)性匹配獨立電流源與傳統白光 LED 驅動(dòng)器解決方案之間的對比

　　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(pán)照明和黑白液晶顯示(LCD) 背光照明。在世紀之交，LED 技術(shù)的進(jìn)步實(shí)現了手機鍵盤(pán)的藍白光LED 照明。白光LED (WLED) 只不過(guò)就是帶有特殊涂層的藍光LED，從而產(chǎn)生白色光波長(cháng)。由于WLED 可以在LCD 顯示器上發(fā)射全色光譜，所以WLED 現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(pán)、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(lái)實(shí)現手機應用所需的發(fā)光度或亮度。這些電壓一般都高于電池電源，并且需要有驅動(dòng)器IC對LED電源電壓進(jìn)行升壓。由于WLED 所需的電流很高，所以它們通常消耗了移動(dòng)手持終端中大部分的電池電量。為了降低功耗并延長(cháng)電池使用壽命，WLED 工藝技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)成本的降低帶來(lái)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(lái)實(shí)現這些WLED?！　?/P>

　　2 TPS7510x：一款線(xiàn)性匹配獨立電流源

　　與傳統的固定模式和混合模式充電泵和電感升壓轉換器拓撲結構相比，TPS7510x 的LDO 線(xiàn)性調節器拓撲結構（如圖1 所示）具有更多優(yōu)點(diǎn)。對于大多數應用而言，TPS7510x 是一款上述解決方案的高效替代解決方案。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(shí)現了更多的成本節約。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?！　?/P>

　　　圖1 線(xiàn)性匹配電流源(TPS7510x)　　

　　組件數量減少的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現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(gè)優(yōu)點(diǎn)是近乎所有的輸入電流（99%）將用于驅動(dòng)LED；電流不會(huì )在充電泵電容器或升壓電感器上發(fā)生損耗。這一節能架構使電池放電壽命的平均效率提高了87% 以上。對于一個(gè)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%?！　?/P>

　　LDO 拓撲結構最大的一個(gè)缺點(diǎn)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(3mA–10mA) 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(gè)主要缺點(diǎn)。另外一個(gè)被充分證明的缺點(diǎn)就是線(xiàn)性解決方案的局限性，線(xiàn)性解決方案只能應用于并聯(lián)LED 結構。串聯(lián)結構會(huì )導致標準單節鋰離子電池應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 結構?！　?/P>

　　3 固定升壓充電泵

　　對于使用一個(gè)固定升壓充電泵（見(jiàn)圖2）的應用而言，其輸出將被升壓至一個(gè)固定電壓，同時(shí)LED 電流經(jīng)過(guò)調節流過(guò)每一個(gè)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(huì )很低（電池放電的平均效率為43%）。充電泵一個(gè)比較重要的優(yōu)點(diǎn)在于其降低了LED 正向電壓對電源電壓（數伏電源軌以?xún)龋┑囊蕾?lài)程度。盡管充電泵能產(chǎn)生足夠高的電壓來(lái)驅動(dòng)串聯(lián)的多個(gè)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 結構?！　?/P>

　　圖2 固定升壓充電泵(REG710)

　　在此類(lèi)型的應用中，TPS7510x 不但實(shí)現了效率提升，而且還通過(guò)減少整體部件的數量實(shí)現了成本節約，但是卻局限于低于電源電壓的正向電壓?！　?/P>

　　4 混合模式充電泵

　　對于使用一個(gè)混合模式充電泵（如圖3 所示）的應用而言，其輸出電壓經(jīng)過(guò)調節，使每一個(gè)LED 上流過(guò)一個(gè)恒定電流。由于這一類(lèi)型解決方案所使用的拓撲結構，這些IC 的LED 電流源能實(shí)現很好的匹配。但是由于正向電壓的不匹配，實(shí)際的匹配程度會(huì )有所降低。這些電路的效率非常高（電池放電時(shí)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(gè)或兩個(gè)開(kāi)關(guān)電容器，以及用于保持穩定性的輸入和輸出電容器。正如前面所述，TPS7510x 減少了組件數量，從而減小了解決方案的尺寸，同時(shí)降低了成本。相對于混合模式充電泵解決方案，線(xiàn)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(wú)論LED 正向電壓如何變化，TPS7510x 都可實(shí)現完美匹配?！　?/P>

　　5 電感升壓　　

　　對于使用（大部分情況下用于驅動(dòng)一個(gè)串聯(lián)LED 串）一個(gè)電感升壓轉換器（如圖4 所示）的應用而言，流經(jīng)LED 串上每一個(gè)LED 的電流為同等大?。ɡ硐腚娏髌ヅ洌?。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(gè)LED 驅動(dòng)線(xiàn)路可選用的應用中（如翻蓋手機的背光照明LCD 模塊），電感升壓轉換器一般（有時(shí)為唯一可選）為最佳解決方案。

　　圖4 電感升壓(TPS61061)　　

　　在由電感開(kāi)關(guān)引起電磁干擾(EMI) 的其他應用中會(huì )出問(wèn)題，線(xiàn)性TPS7510x 就是一款高效且噪聲極低的解決方案。另外，通過(guò)除去電感、輸出電容器或反饋電阻器實(shí)現的成本節省更具現實(shí)意義。

　　隨著(zhù)白光LED 在移動(dòng)手持終端更廣范圍內的應用，驅動(dòng)這些LED 不會(huì )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(zhù)這些器件應用的增長(cháng)而增長(cháng)，而且還隨著(zhù)這些應用而不斷演變。最近問(wèn)世的更高亮度和更高效率的LED 可以通過(guò)更低的電流來(lái)驅動(dòng)，這也開(kāi)創(chuàng )了使用線(xiàn)性電流源的新型解決方案。該解決方案實(shí)現了最低的成本、最少的組件數量以及最小的外形尺寸，是移動(dòng)手持終端應用的理想選擇。