手機白光LED驅動(dòng)電路解決方案分析
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要將傳統的氙氣閃光燈放置到尺寸相當緊湊的手機內對設計工程師來(lái)說(shuō)極具挑戰性，因為除了粗大的閃光用高壓電容外，還必須加上燈泡以及相關(guān)的變壓器與電子線(xiàn)路，而傳統的閃光燈也不適用于視頻拍攝的用途。慶幸的是，LED制造商已經(jīng)著(zhù)手通過(guò)采用如氮化銦鎵（InGaN）等新材料來(lái)提升功率LED的光輸出。
圖1：基于NCP5005的電感式LED驅動(dòng)電路
另一方面，半導體制造技術(shù)的創(chuàng )新以及封裝方式的改進(jìn)也提高了能夠產(chǎn)生的流明數以及光電轉換效率。要產(chǎn)生最高的光輸出，這些功率LED可能需要400mA或更高，且脈沖寬度在50到200ms的電流輸出能力。但是對視頻應用來(lái)說(shuō)，則需要較小的電流，但時(shí)間卻不僅限于單一脈沖。除了尺寸的限制以及人體工學(xué)的考慮外，這些相機模塊通常會(huì )集成在屏幕的后方或上方，以便使用者可以利用LCD作為抓取圖像的取景器，這在折疊式手機上特別常見(jiàn)。成像器件與鏡頭機構可能還必須能夠旋轉，以便手機可以在視頻會(huì )議模式下作為面對面溝通的工具，這在3G網(wǎng)絡(luò )的電話(huà)設計上預計將更加普遍，因為有足夠的帶寬可以運用在視頻會(huì )議上。
在討論這些趨勢時(shí)我們可以明顯地看出，屏幕顯示的質(zhì)量與分辨率變得越來(lái)越高，同時(shí)尺寸也越來(lái)越大，特別是具備豐富多媒體功能的手機，預計未來(lái)將有越來(lái)越多的內容，如流視頻或廣播視頻、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽與電子郵件、拍照與相片查看，以及游戲和信息獲取服務(wù)等。因此，當手機在沒(méi)有通話(huà)時(shí)屏幕使用將更為頻繁，但是如果手機的電池續航能力不夠，這些功能都將受到限制。因此，高效率的系統電源管理，包括屏幕與按鍵的背光電源管理就變得相當重要，而諸如相機閃光燈等以往只有在高端手機中才能看到的功能也將逐漸成為標準配置。
這些也將對白光LED背光驅動(dòng)電路的設計帶來(lái)挑戰：更大的屏幕代表了有更多的區域需要背光，因此必須提升驅動(dòng)器件的整體效率；由于空間有限，所以必須在單一封裝中集成更多的功能；由于考慮的不僅是大小，厚度也必須縮減，特別是滑蓋與折疊式造型的產(chǎn)品。
驅動(dòng)電路方案
手機中白光LED驅動(dòng)電路經(jīng)常使用兩種架構：LED以串聯(lián)方式連接的電感升壓轉換電路；每顆LED都通過(guò)穩定的電流源驅動(dòng)的電荷泵驅動(dòng)器。電感解決方案可以帶來(lái)最佳的整體效率，而電荷泵方式由于使用小型陶瓷電容作為能量轉換器件，因此體積最小。圖1和圖2分別給出了兩種驅動(dòng)架構的典型應用電路。當前，功率LED的效率不斷地得到提高，降低了背光LED的功耗，因此可以用更少的LED提供更高的光輸出。這意味著(zhù)兩、三年前需要4顆LED提供背光的1.5寸屏幕，現在只需兩顆功耗只有一半的LED就能夠得到相同的性能。
為了滿(mǎn)足這個(gè)需求，就需要一顆能夠驅動(dòng)兩個(gè)LED的新產(chǎn)品，并能以相當低的電流支持屏幕背光的低功耗待機運行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，NCP5602/12系列電荷泵LED驅動(dòng)器件設計成可以支持超低電流的ICON模式，同時(shí)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的單線(xiàn)式或傳統的I2C串行總線(xiàn)提供兩顆LED的普通背光功能。除了支持最新的輕薄封裝趨勢外，這些產(chǎn)品也在設計上采用新的極薄型LLGA微封裝技術(shù)（2#215;2#215;0.55mm）來(lái)支持超薄應用。此外，部分改進(jìn)的LED材料與設計擁有更低的正向電壓（由3.6V降低到3.1V），因此對電感解決方案來(lái)說(shuō)，相同的功率可以驅動(dòng)更多的LED。而更復雜的LED驅動(dòng)器件，如NCP5604A/B就擁有更多的電壓轉換模式選擇，提供更優(yōu)化的功率轉換，同時(shí)集成電流源的功率耗損也更低，在手機電源所使用的鋰離子電池的大部分工作時(shí)間內達到85％的轉換效率（PLED/Pin）。
LED閃光燈已經(jīng)成為照相手機必備的配置，為此安森美開(kāi)發(fā)出了NCP5608多重模式電荷泵LED驅動(dòng)器，能夠驅動(dòng)4顆LED用于主屏幕與子屏幕的背光，以及可以提供用于驅動(dòng)1W功率LED的高達400mA的高電流輸出。這些功能在設計上共用一個(gè)高效率的電荷泵轉換電路，以便將外接電容的數目降到最低。
圖2：基于NCP5604A的電荷泵LED驅動(dòng)電路
由于空間有限，特別是新型超薄直板手機以及翻蓋手機，因此這款器件采用4#215;4#215;0.75mm的QFN封裝。為了將控制驅動(dòng)器所需的連線(xiàn)數降到最低，該器件采用了兩線(xiàn)I2C數據總線(xiàn)作為控制配置接口。在驅動(dòng)閃光燈LED上提供有4個(gè)專(zhuān)用通道，讓引腳能夠以并聯(lián)方式驅動(dòng)一個(gè)高功率LED，或用來(lái)驅動(dòng)數個(gè)以較低電流工作的閃光燈LED。
應用展望
當許多新興的多媒體與數據服務(wù)變得越來(lái)越普遍，手機設計工程師也將持續面臨需要集成更多功能（例如更大的屏幕、百萬(wàn)像素成像器件、視頻處理以及應用協(xié)處理器等）的挑戰，同時(shí)還得滿(mǎn)足移動(dòng)手機用戶(hù)對待機與通話(huà)時(shí)間的要求，以及使用者對更長(cháng)的視頻播放、游戲與網(wǎng)絡(luò )瀏覽的期望，這些都將需要更長(cháng)的顯示屏使用時(shí)間。幸運的是，高亮度LED效率以及創(chuàng )新性L(fǎng)ED驅動(dòng)器件的改進(jìn)將能夠幫助設計工程師滿(mǎn)足這些需求，同時(shí)還能符合消費者對重量與尺寸的期望。
事實(shí)上，背光不僅可以應用在屏幕與按鍵上，彩色RGB（紅綠藍） LED還可根據音樂(lè )、來(lái)電鈴聲等提供一些好玩的效果以及個(gè)性化設定，例如通過(guò)最新的來(lái)電識別功能，利用RGB LED在視覺(jué)上提示用戶(hù)是誰(shuí)打進(jìn)電話(huà)。我們可以發(fā)現，LED已經(jīng)由簡(jiǎn)單的背光功能演變成更多的功能。在按鍵上已經(jīng)開(kāi)始加入邊緣發(fā)光器件來(lái)協(xié)助按鍵背光的平均分配，同時(shí)還能降低手機的整體厚度以及產(chǎn)生背光所需的LED數量。未來(lái)，利用LED提供照明將在手機以及其他數字消費電子產(chǎn)品上可以看到更多的創(chuàng )新型應用。
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