便攜式LED驅(qū)動(dòng)器的選擇與三種拓樸設(shè)計(jì)

高亮度LED則用于手機(jī)和數(shù)位相機(jī)的閃光光源。這些應(yīng)用需要最佳化的驅(qū)動(dòng)器解決方案,能夠延長電池使用時(shí)間、減小印制電路板(PCB)面積及高度。在這些應(yīng)用領(lǐng)域,常見的LED驅(qū)動(dòng)器方案涉及線性、電感型或電荷泵型不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),各有其特點(diǎn)。白光LED廣泛用于小型液晶顯示器(LCD)面板、鍵盤背光以及指示器應(yīng)用。例如,電感型方案總效能最佳;電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容,?用的電路板面積和高度極小;線性方案非常適合色彩指示器以及簡單的背光應(yīng)用。安森美半導(dǎo)體提供所有這三種類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)器方案(參見圖1),滿足用戶不同的應(yīng)用需求。

　　圖1：低壓可攜式裝置應(yīng)用的不同LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例

　　在電荷泵型方案方面,安森美半導(dǎo)體提供支持不同調(diào)光類型的產(chǎn)品,如單模、雙模、三?；蛩哪ｋ姾杀梅桨傅?如CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603等。以NCP5623為例,這是一款采用2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12無鉛封裝的高效能LED驅(qū)動(dòng)器,帶有I2C接口,內(nèi)置漸進(jìn)調(diào)光功能,特別設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)等可攜式產(chǎn)品中的RGB LED裝飾光和增強(qiáng)型LCD背光。NCP5623實(shí)現(xiàn)94%峰值效能和低于1微安的待機(jī)電流,將可攜式裝置電池工作時(shí)間延至最長。對(duì)典型應(yīng)用而言,該組件除了具備極小型IC封裝的優(yōu)勢之外,兼具僅需4個(gè)被動(dòng)組件就能工作的特點(diǎn)。該組件還具備短路和過電壓保護(hù)功能,在LED失效時(shí)保護(hù)系統(tǒng)。

　　值得一提的是,安森美半導(dǎo)體還提供多款四模電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器,如CAT3636、CAT3637、CAT3604V、CAT3643、CAT3644、CAT3647、CAT3648和NCP5604A/B等。以CAT3648為例,這是安森美半導(dǎo)體的一款擁有專利的高效能四模(Quad-Mode™)自適應(yīng)分?jǐn)?shù)型(fractional) LED驅(qū)動(dòng)器,能以25 mA電流驅(qū)動(dòng)多達(dá)4顆LED(見圖1),效能高達(dá)92%。此種四模驅(qū)動(dòng)器提供1x、1.33x、1.5x和2x四種模式,與提供1x、1.5x和2x三種模式的大多數(shù)電荷泵型驅(qū)動(dòng)器相比,效能高10%,且無需額外電容,將LED驅(qū)動(dòng)器性能提升到新的水平。這些驅(qū)動(dòng)器適合在低電壓可攜式裝置小尺寸LCD背光、LED閃光應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)白光LED。

　　在電感升壓型方案方面,安森美半導(dǎo)體提供采用PWM調(diào)光方式的不同產(chǎn)品,如輸出電流在20 mA到50 mA之間的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010,以及提供更大輸出電流的CAT4240(250 mA)、NCP5050(600 mA)和NCP1422(800 mA)等。這些電感升壓型驅(qū)動(dòng)器適合在低電壓可攜式裝置背光和閃光應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)白光LED。

　　在線性背光驅(qū)動(dòng)器方案方面,安森美半導(dǎo)體提供2到4個(gè)通道的多款單模LED驅(qū)動(dòng)器,如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅(qū)動(dòng)器提供32級(jí)調(diào)光控制,提供25 mA的固定或可調(diào)節(jié)輸出電流和低于1 μA的極低關(guān)閉電流,而且沒有開關(guān)電源噪聲問題。這些單模LED驅(qū)動(dòng)器通常作為系統(tǒng)級(jí)方式的一部分,用于設(shè)計(jì)整合低電壓LED和簡單LED驅(qū)動(dòng)器的背光電路。這些驅(qū)動(dòng)器電路簡單,幫助延長電池使用時(shí)間、降低成本(如節(jié)省外部電容)及降低噪聲,為入門級(jí)可攜式產(chǎn)品及低成本手機(jī)市場提供一種簡單的方案。

　　圖2：CAT4002B應(yīng)用電路圖

　　專門用于相機(jī)閃光的LED驅(qū)動(dòng)器方案

　　值得一提的是,在相機(jī)閃光應(yīng)用中,除了可以使用NCP5005和CAT4134這樣的電感升壓型驅(qū)動(dòng)器,還可以使用NCP5680和CAT3224這樣的電荷泵型驅(qū)動(dòng)器,從而支持高百萬像素相機(jī)閃光,以及替代氙氣閃光,配合纖薄設(shè)計(jì)。其中,NCP5680和CAT3224均是以超級(jí)電容為基礎(chǔ)的LED驅(qū)動(dòng)器,分別可提供10 A和4 A的大閃光電流。

　　實(shí)際上,如今的500萬畫素或更高分辨率的相機(jī)為了在弱光下拍得高分辨率的照片,需要高亮度的閃光。當(dāng)今的白光LED能夠提供這個(gè)等級(jí)的光能,但需要比相機(jī)電池能提供的能量高出近400%。以安森美半導(dǎo)體的NCP5680為例,此組件配合電池管理一顆超級(jí)電容來驅(qū)動(dòng)LED閃光至充分亮度,提供達(dá)10 A的大峰值電流。NCP5680中的整合驅(qū)動(dòng)器還管理超級(jí)電容,處理其它峰值功率功能,如變焦、自動(dòng)對(duì)焦、音訊、視訊、無線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻(RF)放大,延長電池使用時(shí)間而不放棄纖薄型設(shè)計(jì)。NCP5680整合了超級(jí)電容充電、涌入電流管理和LED電流控制所需的全部電路,節(jié)省設(shè)計(jì)人員的開發(fā)時(shí)間、電路板空間及元器件成本。

　　圖3：業(yè)界首款單芯片4 A超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器CAT3224應(yīng)用電路圖

　　CAT3224則是業(yè)界首款4 A單芯片超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器(見圖3),整合了雙模1x/2x電荷泵,提供三項(xiàng)關(guān)鍵功能：精密的超級(jí)電容充電控制、電流放電至LED閃光的管理,以及為LED手電筒模式提供?流。這三種模式的工作電流能以3顆外部電阻來簡易設(shè)定,能吸收達(dá)4 A的LED閃光脈波電流。超級(jí)電容技術(shù)的高峰值電流優(yōu)勢,結(jié)合CAT3224簡單的并列邏輯接口,使此組件成為采用LED替代氙氣燈應(yīng)用的極佳選擇。

　　其它新穎LED驅(qū)動(dòng)/控制器

　　在低電壓可攜式裝置應(yīng)用方面,除了上述LED驅(qū)動(dòng)器,安森美半導(dǎo)體還提供其它一些新穎的產(chǎn)品,如NCP5890和CAT3661。其中,NCP5890是一款獨(dú)特的照明管理集成電路(LMIC),在3 mm x 3 mm x 0.5 mm的極小型封裝中整合了液晶顯示器(LCD)背光、裝飾光控制和環(huán)境光感測功能。

　　眾所周知,當(dāng)今的可攜式電子產(chǎn)品很流行較大的LCD屏幕和LED照明效果。為了滿足所有這些照明要求,硬件設(shè)計(jì)人員通常需要采用數(shù)個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器。由于電路板空間有限,要實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的照明效果,通常需要大量的軟件編程和微控制器(MCU)資源。安森美半導(dǎo)體提供NCP5890這種更簡單的單芯片硅解決方案,具有多種以指令控制實(shí)現(xiàn)的照明效果,幫助硬件設(shè)計(jì)工程師滿足他們特定的照明和電源設(shè)計(jì)目標(biāo)。此款照明管理IC具有30 V輸出電壓能力,驅(qū)動(dòng)串行LED,實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD屏幕的均衡背光。此外,此組件控制三組白光 LED或RGB LED,在鍵盤或底盤上營造出裝飾光圖案,與背光形成獨(dú)特的組合。此驅(qū)動(dòng)器還根據(jù)環(huán)境光的亮度來調(diào)節(jié)背光電流,從而延長電池使用時(shí)間。NCP5890是緊湊型智能型手機(jī)等應(yīng)用的專用解決方案。

　　圖4：針對(duì)扣式電池最佳化的CAT3661 LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用電路圖

　　如今,越來越多的創(chuàng)新型可攜式裝置采用扣式電池(coin cell)供電,如醫(yī)療應(yīng)用中的血糖儀、數(shù)字體溫計(jì)、血氧計(jì)、呼吸分析儀和生理監(jiān)測儀等。由于這種電池的獨(dú)特功能以及需要長工作壽命,這些緊湊型應(yīng)用需要訂制的LED驅(qū)動(dòng)器,不僅要管理背光,還要監(jiān)測電池電量。在此類應(yīng)用中,可以采用安森美半導(dǎo)體計(jì)劃于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V單LED驅(qū)動(dòng)器。此組件同樣采用安森美半導(dǎo)體專利的四模(Quad Mode)電荷泵架構(gòu),效能高達(dá)92%,靜態(tài)電流低至約150 μA,提供可調(diào)節(jié)的低電池電量檢測功能,以及強(qiáng)固的LED故障監(jiān)測、軟?動(dòng)和短路限制等保護(hù)功能,采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封裝,非常適合這些可攜式裝置應(yīng)用。