新型照明及顯示電源技術(shù)特征及應用(圖)

多年來(lái)，消費市場(chǎng)對于移動(dòng)或便攜式設備和其它各類(lèi)電子系統的需求旺盛，促使照明及顯示電源有了日新月異的發(fā)展并且獲得了廣泛應用。就目前照明及顯示電源而言，其分類(lèi)目錄為：?jiǎn)伟坠釲ED及照相機氙閃光燈；單白光LED背光驅動(dòng)；OLED及TFT顯示器；CCFL(冷陰極熒光燈)背光源；RGB LED驅動(dòng)器等。值此本文將對照明解決方案中的白光LED驅動(dòng)電路、RGB LED驅動(dòng)器、CCFL背光電源轉換器、照相閃光燈充電器典型產(chǎn)品的技術(shù)特征與應用乍作分析介紹。

　　1、1×/5×7通道電荷泵白光LED驅動(dòng)完全背光解決方案

　　APS4070是一款應用于完全背光方案的電付泵白光LED驅動(dòng)，可以司時(shí)支持工屏，副屏和鍵盤(pán)背光驅動(dòng)。通過(guò)串行總線(xiàn)接口可以方便的調繁各部分的電流，靈活驅動(dòng)所有LED。上電時(shí)數據載入寄存器，關(guān)斷時(shí)自動(dòng)保存。芯片復位時(shí)，寄存器中的數據設定LED驅動(dòng)電流。極低的33μA LSB電流可在非反射LCD顯示中允許涓流通過(guò)LED。APS4070門(mén)動(dòng)在1×和1.5×模式之間切換以在全部負載范圍獲得高效率。圖0(a)多ApsS4070典型應用電路。

　　1.1主要特征：完個(gè)背光解決方案；分三組縱獨立控制，分別包括4個(gè)主LED，2個(gè)從LED，和一個(gè)鍵盤(pán)LED；高驅動(dòng)電流能力，4個(gè)工LED和2個(gè)從LED為31mA，鍵盤(pán)LED為60mA；內置6位DAC精確沒(méi)定電流；輸入電壓范圍為2.7V至5.5V； 接口；關(guān)斷模式時(shí)數據保存；1×和1.5×自動(dòng)切換模式；電流源壓差低.典型值為200mV；極低的LSB電流31μA；低噪音的恒定開(kāi)關(guān)頻率；1.8MHz的開(kāi)關(guān)頻率兼容小尺寸外部器件；節能模式時(shí)，靜態(tài)工作電流僅為1μA；過(guò)溫保護；軟啟動(dòng)以減少輸入浪涌電流；小型16引腳3mmx3mmQFN封裝。

　　1.2應用領(lǐng)域：可在手機和智能電話(huà)、各種手持設備、各種白光LED背光應用、數碼相機、數碼攝像機、掌上電腦及個(gè)人媒體播放中心設備上使用。圖0(b)為APS4070在智能手機上應用示意圖。

　　2、單白光LED驅動(dòng)電路

　　2.1技術(shù)支持

　　*串聯(lián)/并聯(lián)LED配置-拓撲結構驅動(dòng)。

　　電感式升壓轉換器為L(cháng)ED串聯(lián)序列提供必需的高電壓。對一個(gè)LED串聯(lián)序列，只需要一個(gè)電流穩壓器和兩個(gè)連接點(diǎn)。

　　充電泵一般用于驅動(dòng)并聯(lián)LED，但除非每個(gè)LED都有固定電流，否則每個(gè)支路都需要一個(gè)限流電阻。這通常是由預封裝在彩色LED顯示模塊中的LED配置決定的。

　　*電感或充電泵驅動(dòng)器

　　一般來(lái)說(shuō)充電泵解決方案只需要少量電容和限流電阻，這是一種規模相當小且簡(jiǎn)單的解決方案，但在會(huì )使電源功效降低而超過(guò)電池的放電電壓范圍，從而降低電池的壽命。電感方案需要一個(gè)電感器，通常還需要一個(gè)二極管；這種方案會(huì )在一定程度上增加設計的復雜度，但能夠提供最高的電源轉換效率并有助于延長(cháng)電池壽命。

　　*電流穩壓器
避免由不同的前向電壓(Vf) LED組成的串聯(lián)LED或并聯(lián)LED的亮度變化。

　　*過(guò)壓保護(OVP)
當個(gè)別LED損壞而造成的串聯(lián)LED開(kāi)路時(shí)，避免電感驅動(dòng)器損壞。

　　*減低亮度
LED驅動(dòng)器一般具有通過(guò)數字或(和)模擬機制調整LED亮度的特點(diǎn)。

　　*關(guān)機過(guò)程中的負載回路-當驅動(dòng)器失效時(shí)，消除由串聯(lián)LED到地之間的漏電流，從而節省電池能量。

　　2.2具備數字和PWM灰階控制能力的恒流LED驅動(dòng)器TPS61061

　　集成的白光LED驅動(dòng)器，其同步開(kāi)關(guān)消除了外部二極管，使得超小WLCSP封裝成為可能，WLED驅動(dòng)器的TPS6106x產(chǎn)品系列在板級空間上可與電荷泵解決方案匹敵，而且功效最高。該同步LED驅動(dòng)器采用芯片級封裝.

　　2.21具備數字和PWM灰階控制能力的恒流LED驅動(dòng)器TPS61061

　　主要特點(diǎn)為：LED驅動(dòng)器集成了過(guò)壓保護裝置；2.7V至6V的輸入電壓范圍；TPS67060最大支持3個(gè)LED；TPS61061最大支持4個(gè)LED；TPS61062最大支持5個(gè)LED；PWM亮度控制使能；流經(jīng)LED電流(1LED)的數字亮度控制；1-MHz固定轉換頻率；內置400mA功率的MOSFET(場(chǎng)效應管)轉換開(kāi)關(guān)；斷電期間關(guān)斷LED；工作狀態(tài)下所使用的小輸出電容可低至220nF。圖1(a)為T(mén)PS61061為4個(gè)單白光LED供電示意圖

　　2.22應用范圍：可在微型電話(huà)、PDA(個(gè)人數字助理)、pocket C(微型電腦)、smart phones(智能電話(huà))、數碼靜態(tài)相機以及3.3V至5V的負載點(diǎn)模塊設備上使用。

　　2.3 PWM亮度控制單白光LED電流源充電泵TPS60230，TPS60231

　　2.31主要特點(diǎn)：溫度影響下的穩態(tài)電流輸出誤差小于0.4%；TPS60230可驅動(dòng)最多5個(gè)25mA的LED；TPS60231可S動(dòng)最多3個(gè)25mA的LED；通過(guò)PWM控制信號控制LED亮度；通過(guò)1x和1．5x模式下的部分轉換 以獲得高效率；1-MHz轉換頻率；2.7V至6.5V的工作輸入電壓范圍；內置軟啟動(dòng)限制瞬態(tài)涌入電流；低輸入紋波及低EMI(電磁干擾)；電流過(guò)載保護及高溫保護；通過(guò)滯后效應以達到低壓關(guān)斷；采用極小的3mmx3mmQFN封裝。圖1(b)為T(mén)PS60230為4個(gè)單白光LED供電。

　　2.32應用范圍：可在蜂窩電話(huà)、智能電話(huà)、PDA、微型電腦、數碼相機和便攜式攝像機彩色顯示屏中的單白光LED背光設備；關(guān)鍵背光設備等領(lǐng)域使用。
3、RGB LED驅動(dòng)器-帶電校正和PWM灰度調節的16通道LED驅動(dòng)器TCL5940

　　3.1技術(shù)支持

　　*點(diǎn)陣校正-提供統一LED亮度，提供靈活控制輸出電流的能力。
　　*灰度級別-等效已有的灰度級別，給每個(gè)LED提供增強的彩色光譜。
　　*輸出電壓監控-在穩流輸出終端的監控電壓，以檢測LED故障和短路。
　　*LED開(kāi)路檢測-在某個(gè)輸出終端上的標示LED的損壞或斷開(kāi)。
　　*溫度錯誤標記-標示溫度超標狀況。
　　*看門(mén)狗定時(shí)器-當掃描信號中止后關(guān)掉輸出。
　　*過(guò)溫關(guān)機-接頭溫度超過(guò)門(mén)限后關(guān)掉輸出。

　　TLC5940是用于高端錄像顯示屏的LED驅動(dòng)器。其特點(diǎn)是每個(gè)通道均帶有可單獨調節的 4096級灰度脈寬調制(PWM)亮度控制以及64級點(diǎn)校正功能，每通道驅動(dòng)能力為120 mA，內置EEPROM存儲器。TLC5940采用HTSSOP、PDIP或小型QFN封裝。

　　3.2 TLC5940主要特點(diǎn)

　　為16通道；12bit( 4096灰階)PWM灰度調節；6-bit(64級)像點(diǎn)修正；3.0V至5.5V電壓輸入范圍；120mA恒流每通道；30-MHz轉換率；芯片間精確度為2.7％(典型)；通道間精確度為1%(典型)；集成EEPROM器件。圖2為T(mén)LC5940和相應控制器的串行連接以構建LED顯示系統的基本模型.

　　3.3應用范圍：

　　可在單色、多色、真彩色LED顯示器；LED招牌、廣告牌背光顯示設備上應用。

　　4、CCFL背光電源轉換器

　　CCFL背光源控制器的CCFL背光源控制器是專(zhuān)門(mén)針對LCD顯示器的常用光源一CCFL(冷陰極熒光燈)而優(yōu)化的專(zhuān)用電源轉換器IC。這些IC可與磁性變壓器或壓電變壓器一道工作，以生成用于實(shí)現最佳熒光燈控制所需的AC電壓。

　　4.1技術(shù)支持

　　*輸入電壓-背光源以電池或穩壓電源為工作電源。了解背光電源可用的輸入電壓很重要，這樣便于選擇最好的1C和功率轉換拓撲結構來(lái)產(chǎn)生點(diǎn)亮熒光燈所需的輸出功率。
　　*熒光燈特性(輸出功率)-常見(jiàn)的CCFL熒光燈需要250至1000VAC(2至10mA)的工作電壓。輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系決定了最佳IC和電源拓撲結構的選擇。
　　*電源拓撲結構-器件以不同的方式來(lái)控制變壓器。有的時(shí)候輸入/輸出的關(guān)系會(huì )限定采用某種拓撲結構。不同的拓撲結構也具有不同的功率轉換效率。
　　*變壓器類(lèi)型-在有些應用中，為實(shí)現更小的外形尺寸和更高的效率而采用了壓電變壓器。
　　*控制選項-單或雙熒光燈控制以及調光控制。

　　4.2特點(diǎn)

　　針對CCFL的完整電源控制；磁或壓電變壓器控制；熒光燈和變壓器開(kāi)路保護；用于高效率和寬調光范圍的脈沖式調光控制；四種不同的電源拓撲結構：半橋式、回掃型、羅耶(Royer)型、推挽型。

　　4.3典型產(chǎn)品-高效移相全橋CCFL控制器TPS68000

　　主要特點(diǎn)：輸入電壓范圍為8VA30V；集成了門(mén)驅動(dòng)的全橋技術(shù)，用于4-NMOS轉換；同步恒定工作頻率；可編程相位延遲用于控制從操作的運行頻率；光-電壓穩壓以及光-電流穩流；模擬調光及脈沖調光；多控制器件下的可調節分置式脈沖調光；啟動(dòng)或出錯狀態(tài)下可程序化的校正電壓時(shí)長(cháng)；開(kāi)燈保護和短路保護；內置高溫保護；低電壓鎖定模式；封裝模式為30引腳TSSOP封裝。圖3為T(mén)PS68000單燈示例電路。

　　應用范圍：可在桌面監視器和LCD電視的CCFL背光電源供應與筆記本電腦的CCFL背光電源供應使用。

5、照相閃光燈充電器

　　5.1技術(shù)支持

　　*變壓器-轉換器的輸出電壓是通過(guò)調節反向變壓器的比率設置的，轉換頻率由向變壓器的首要電感決定，這兩個(gè)要素以及必須的二級電壓比率是選擇變壓器重要條件。

　　*閃(Flash)電容器-閃電容器在相機閃光應用中是必須的。為了處理閃光時(shí)的洶涌電流，閃電容器的電感通常很低，不能達到相機閃光應用級別的電容器在這類(lèi)應用會(huì )降低使用壽命。

　　*IGBT-選擇用于觸發(fā)閃光管IGBT時(shí)，需要照相閃光級別的IGBT。有幾個(gè)IGBT經(jīng)受住閃光產(chǎn)生的電壓和電涌，但是，由于被定位于持續的職責，它們通常來(lái)自于非常大的封裝中。照相閃光級別的IGBT跟上面說(shuō)的IGBT有相同的級別但是可以放在小的封裝中．因為它的負載是瞬間的電涌而不是持續的。

　　*閃光管-選擇閃光管基于幾個(gè)系統級別的考慮，例如：預期的發(fā)光頻譜、物理尺寸、裝備方法、觸發(fā)方法、需要的燈光能源、閃光頻率、閃光電壓、封裝材料和管子的表面材料?？蛻?hù)根據自己的特殊需求選擇所需的燈。

　　*觸發(fā)變壓器-燈選定以后就可以選擇觸發(fā)變壓器了，每種燈需要相應的觸發(fā)變壓器來(lái)觸發(fā)一次閃光。

　　*效率-轉換器的效率受到高電壓二極管恢復時(shí)間的極大影響，二極管的恢復時(shí)間越快，效率越高。

　　5.2集成照相閃光燈電容充電器 IGBT驅動(dòng)器TPS65552A

　　TPS65552A為閃光充電器可提供從電池輸入、電容連續放電到霓虹燈的完全解決方案。設備包括：一個(gè)集成電源開(kāi)關(guān)、IGBT驅動(dòng)器和充電所需的控制邏輯塊。

　　5.21主要特點(diǎn)為：減少組件的高集成度解決方案；集成IGBT驅動(dòng)器；高效化程序化后可提供0.95A至1.8A的峰值電流；輸入電壓為1.8V至12V；最優(yōu)化控制回路以達到更快的充電時(shí)間；主側感應所有的觸發(fā)；封裝模式為10 引腳MSOP及16引腳QFN封裝。圖4為T(mén)PS6552應用實(shí)例示意圖。

　　5.22應用范圍：可在數字靜態(tài)相機(DSC)、高級膠片相機、攝像手機與攝像PDA上使用。

　　6、LCD及OLED顯示器的偏壓電源

　　6.1可用于OLED，TFT，CCD的正、負相800mA轉換門(mén)限的DC-DC增壓轉換器TPS65130

　　6.11主要特點(diǎn)：最高+15V、最低-15V的雙路可調輸出電壓；TPS65130的增壓和倒相轉換采用800mA的典型轉換門(mén)限；TPS65131的增壓和倒相轉換采用2A的典型轉換門(mén)限；低負載電流下高效的節能模式；獨立的使能輸入端可以控制電源開(kāi)啟、關(guān)閉的順序；用于外部PFET(P溝道場(chǎng)效應晶體管)的控制輸出以達到完全免電池供電；2.7V至5.5V的輸入電壓范圍；最小至1.25-MHz的恒定PWM控制頻率；雙路輸出的過(guò)壓保護；封裝模式小型化的4mmx4mm24引腳QFN封裝模式(RGE)。圖5為T(mén)PS65130典型應用電路。

　　6.12應用范圍：可在小至中型的OLED顯示器、(TFT)LCD以及CCD偏壓電源、PDA、微型電腦、智能電話(huà)、數碼相機及便攜式攝像機等設備上使用。

　　6.2 用于LCD器件的28V，85％寓效增壓轉換器TPS61045

　　6.21主要特點(diǎn)：輸入電壓范圍為1. 8V至6.0V；輸出電壓范圍為最高至28V，數字化調整；輸出電流20mA；靜態(tài)工作電流為0.04mA{典型}；轉換頻率1 MHz(最高)；封裝形式為3mmx3mmOFN封裝。圖6為數字調節輸出電壓的典型應用示意圖。

　　6.22應用范圍：簡(jiǎn)化中介媒質(zhì)結構因素的LCD偏壓電源供應與PDA、蜂窩電話(huà)、智能電話(huà)中的QLED顯示電源供應。