一種利用低漏失LDO實(shí)現低電壓的WLED驅動(dòng)方案

白光發(fā)光二極管(WLED)已受到廣泛應用，主因在于WLED可用于提供可攜式電子產(chǎn)品顯示器的背光。一般認為單一WLED需要4伏特的驅動(dòng)電壓，由于鋰電池提供3.6伏特的電壓，因此一般業(yè)界認定需要升壓轉換器(Step-up Converter)，才能以單顆鋰電池進(jìn)行WLED的供電，因此許多IC都可用于驅動(dòng)WLED，其中大部分需要外部電感或飛馳電容器(Flying Capacitor)，才能將電池電力提升到足夠的電壓。

由于WLED技術(shù)日漸成熟，因此正向電壓的需求逐漸減少，目前有許多LED的一般正向電壓(VF)範圍介于3.2～3.5伏特，最大範圍則介于 3.7～4伏特之間。資料表通常針對大約15～25毫安培的LED電流指明這類(lèi)電壓。本文探討較低電流的應用，以及這些應用如何影響WLED的正向電壓，文中也以德州儀器(TI)全新的LED驅動(dòng)器TPS75105為例，說(shuō)明如何以較小體積與較低成本有效驅動(dòng)這些較低電壓LED。

透過(guò)I-V曲線(xiàn) 辨析WLED應用正向電壓

WLED與其他標準p-n接面二極管類(lèi)似，必須有足夠的正向電壓才能導電。當電壓超過(guò)臨界值時(shí)，會(huì )以WLED的正向電壓提升正向電流。圖1顯示兩個(gè)WLED的一般I-V曲線(xiàn)。

圖1　一般WLED I-V曲線(xiàn)

判讀此圖相當容易。在一般二極管I-V曲線(xiàn)上，當電壓超過(guò)臨界值時(shí)，電流便會(huì )隨著(zhù)電壓急遽提升。圖1a顯示裝置的一般正向電壓經(jīng)指定為3.2伏特，正向電流為20毫安培，處理過(guò)程及溫度變化中最高出現3.7伏特。從中可看出應用需要升壓直流對直流(DC-DC)轉換器，才能以單顆鋰電池的3～4.2 伏特輸出驅動(dòng)WLED。然而，實(shí)際狀況并非如此。以5毫安培WLED電流應用為例，圖1a的曲線(xiàn)顯示驅動(dòng)5毫安培所需的正向電壓大約是2.9伏特，此遠低于資料表顯示的驅動(dòng)20毫安培所需一般電壓，因此，只須使用3.6伏特鋰電池即可驅動(dòng)2.9伏特輸出電壓，完全毋需升壓轉換器。

WLED的規格涵蓋批次間程序及製作變化的一般值及最大值，資料表提供的I-V曲線(xiàn)通常是元件符合一般規格的情況，雖然曲線(xiàn)形狀對于製作的各零件都有效，然而視個(gè)別裝置的不同測試條件，曲線(xiàn)會(huì )偏右或偏左。若使用前例中相同零件編號的其他LED，在一般測試條件(20毫安培正向電流)下測出的正向電壓為 3.7伏特(額定上限)，此電壓比一般裝置高出0.5伏特，這表示需要3.4伏特(2.9伏特加上0.5伏特)的最大正向電壓，才能以5毫安培驅動(dòng)此WLED。根據應用的截止電壓，毋須使用升壓轉換器，便能夠以5毫安培驅動(dòng)這個(gè)特殊WLED。藉由這項技巧可判斷任何應用的最大正向電壓。溫度變化影響LED特性

某些應用要求WLED在極端溫度的較嚴峻環(huán)境下運作，溫度變化會(huì )影響LED特性，但是對于低電流與高電流的影響并不十分強烈。圖2中來(lái)自一般WLED資料表的圖形顯示正向電壓與溫度兩者之間的關(guān)系。

圖2　正向電壓與溫度之間的關(guān)係（日亞NSSW100CT）

此圖顯示溫度的關(guān)聯(lián)性隨著(zhù)電流與正向電壓的增加而更為顯著(zhù)。此外，一旦溫度升高，正向電壓便會(huì )降低。5毫安培曲線(xiàn)顯示，從室溫(25℃)變化至額定上限溫度(85℃)時(shí)，正向電壓大約降低0.1伏特，判斷所需的正向電壓時(shí)，應將此納入考量，不過(guò)其中的影響不甚明顯。若特定應用要求在極寒冷的環(huán)境下驅動(dòng)LED，則正向電壓增加時(shí)，會(huì )降低低輸入電壓的亮度。

實(shí)現極小型LED驅動(dòng)器　解決方案

一般驅動(dòng)多重WLED的方法是將這些WLED串聯(lián)，然后以電感升壓轉換器或電荷泵浦驅動(dòng)串聯(lián)串列，對于需要較高正向電壓的較高WLED電流而言，此為絕佳的方法。然而，如前所述，并不是所有的WLED驅動(dòng)器應用都需要升壓轉換器，低電流WLED應用的較簡(jiǎn)易且較低成本驅動(dòng)器為極小型TPS75105 LED驅動(dòng)器IC。

TPS75105屬于線(xiàn)性電源，包含極低的28毫伏特漏失電壓，適用于驅動(dòng)分為個(gè)別兩組的四個(gè)平行WLED，此裝置在個(gè)別啟動(dòng)的兩組中提供四個(gè)2%相符電流路徑，採用極小型9球1.5平方毫米晶圓級晶方尺寸封裝(WCSP)，毋需任何外部元件，即可使用預設電流輸出，因此體積縮小為1.5平方毫米。圖 3顯示TPS75105的應用電路。

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