線(xiàn)性匹配獨立電流源和傳統白光LED驅動(dòng)器解決方案

　　1 引言

　　早先的手機用廉價(jià)的彩色發(fā)光二極管(LED)作為鍵盤(pán)照明和單色液晶顯示器(LCD)背光源。隨著(zhù)LED技術(shù)的不斷發(fā)展，手機鍵盤(pán)照明采用藍色和白色發(fā)光二極管。白光LED(WLED)是藍光LED加特殊熒光粉來(lái)達到產(chǎn)生白光的效果。由于WLED可以使LCD顯示器顯示全彩色光譜，因此，WLED是目前手機中占主導地位的背光源。除了全彩LCD背光源，WLED還可用于鍵盤(pán)、軌跡球和控制按鈕照明、照相機閃光燈和手電筒。

　　第一代WLED需要較高的正向電壓(>4.2 V)和正向電流(>20 mA)，以實(shí)現手機應用必需的光度或亮度。這些電壓通常高于電池電壓，并需要驅動(dòng)IC來(lái)提升LED電源電壓。由于WLED需要大電流，因此往往是手機主要的耗電項。出于降低功耗并提高電池壽命的目的，采用更先進(jìn)的WLED工藝技術(shù)，降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)更廉價(jià)的WLED，只需較小電流即可實(shí)現理想的亮度。由于這類(lèi)WLED的正向電流已經(jīng)很小(10 mA)，因此工作時(shí)所需的正向電壓也低。

　　2 TPS7510x線(xiàn)性匹配獨立電流源

　　TPS7510x本身固有的LDO線(xiàn)性穩壓器拓撲(圖1)優(yōu)于傳統的同定模式、混合模式電荷泵以及電感升壓型轉換器拓撲。在許多應用中，TPS7510x可以替代上述設計方案。在所有可供選擇的設計方案中，TPS7510x能減少或省去許多外部元件，成本明顯降低。這樣不僅限制了物料成本，而且降低了額外元件造成的其他制造成本。

　　減少元件數量的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可減小解決方案的尺寸。由于TPS7510x無(wú)需外部元件，因此解決方案的整體尺寸減小到與IC大小差不多的尺寸，即1.44 mm2(WCSP封裝)。TPS7510x的第3個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，幾乎所有的輸入電流(99％)都能驅動(dòng)LED；電荷泵電容或升壓電感不消耗電流。這種省電架構可將電池放電周期內的平均效率提高至87％。電池額定電壓3.6 V時(shí)，該解決方案的效率通常大于99％。
　　而LDO拓撲最大的劣勢在于LED的正向電壓被限制在輸入電壓減去壓降(典型值30 mV，最大值100 mV)。由于如今可采用多個(gè)白光LED，其正向電壓通常等于或小于3 V，正向電流等于或小于移動(dòng)解決方案中的LED電流(3 mA～10 mA)，因此這種限制已不再是主要弊端。線(xiàn)性解決方案第二個(gè)已被證實(shí)的局限是，只能用于并聯(lián)LED配置。采用串聯(lián)配置時(shí)標準單節鋰離子電池應用則需大的正向電壓。TPS7510x解決方案僅限于并聯(lián)LED配置。

　　3 固定升壓型電荷泵

　　在需要固定升壓型電荷泵的應用中(圖2)，輸出電壓提高到一個(gè)固定值且LED電流通過(guò)個(gè)別電阻調節。這種方案由于采用低成本電荷泵因而價(jià)格相對低廉，但LED電流匹配性和效率較差(在電池放電周期內平均效率為43％)。電荷泵的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是減小LED正向電壓對電源電壓(通常正向電壓比電源電壓要稍小)的依賴(lài)程度。但是，由于電荷泵產(chǎn)生的電壓大到足以驅動(dòng)多個(gè)串聯(lián)LED，效率低且成本高，因此這種解決方案僅限于并聯(lián)配置。

　　TPS7510x針對上述應用提供了一個(gè)高效升壓解決方案，減少了元件數量，降低了成本，但這僅限于正向電壓低于電源電壓的情況。

　　4 固定模式電荷泵

　　在混合模式電荷泵應用中(圖3)，通過(guò)調節輸出電壓使流經(jīng)每個(gè)LED的電流保持恒定。這些IC的LED電流源匹配良好，這是由該解決方案的拓撲決定的。但是，由于正向電壓不匹配，因此實(shí)際匹配情況并非理想。這些電路的效率為中等水平(電池放電周期內的平均效率為70％)，允許正向電壓大于電源電壓。

　　在這些應用中TPS7510x可明顯降低成本，提高效率。充電泵電路通常需連接一只或兩只開(kāi)關(guān)電容以及輸入和輸出電容才能穩定工作。如上所述，采用TPS7510x可減少元件數，減小解決方案尺寸并降低成本。相對于混合模式電荷泵解決方案而言，線(xiàn)性解決方案的缺點(diǎn)是LED正向電壓(凈空電壓)受限。然而，在LED電壓相同的情況下，混合模式電荷泵解決方案卻能很好的協(xié)同工作；不論LED正向電壓如何變化，TPS7510x均能匹配良好。

　　5 電感型升壓轉換器

　　在電感型升壓轉換器應用(最常見(jiàn)的是用于驅動(dòng)串聯(lián)LED)中，如圖4所示，流過(guò)每一串聯(lián)LED的電流相等(理想的電流匹配)。對于電荷泵解決方案，允許使用正向電壓大于電源電壓的LED。在某些應用如翻蓋式手機的背光LCD模組中，只有一個(gè)LCD驅動(dòng)線(xiàn)，電感型升壓轉換器則是最佳(有時(shí)甚至是唯一可行)的解決方案。

　　在某些應用中，感應式交換機可產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，引發(fā)新問(wèn)題，此時(shí)可選用用高效、超低噪聲的線(xiàn)性TPS7510x。還可省去電感、輸出電容或反饋電阻，降低成本，性?xún)r(jià)比高。

　　6 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)白光LED在手機中廣泛應用，驅動(dòng)這些LED不再局限于單一的高電壓、大電流的解決方案。器件的廣泛應用也推動(dòng)了解決方案的多樣化。而最近問(wèn)世的亮度更高、效率更高的白光LED只需較小電流就能驅動(dòng)，從而研發(fā)出一個(gè)采用線(xiàn)性電流源的新解決方案。該方案成本最低、元件數最少、尺寸最小，非常適合手機應用。