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[導(dǎo)讀]本文介紹幾種白光LED的驅(qū)動(dòng)方案。

    摘要:白光LED具有使用簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn),其用量在最近幾年呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì),在例攜式產(chǎn)品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。本文介紹幾種白光LED的驅(qū)動(dòng)方案。

    關(guān)鍵詞:白光LED 便攜式產(chǎn)品 DC-DC轉(zhuǎn)換器

1 概述

LED為電流驅(qū)動(dòng)器件,光輸出強(qiáng)度由流過(guò)二極管的電流決定。圖1是由電壓源和限流電阻構(gòu)成的一種簡(jiǎn)單偏置電路,流過(guò)LED的電流由下式確定:IDIODE=(VCC-VF)/[RLIM+RDS(ON)]這種方式成本較低,但不同的二極管VF(正向電壓)的參數(shù)一致。圖2、圖3表示25℃時(shí)LED的正向電壓(典型值)與導(dǎo)通電流關(guān)系曲線。從電流指標(biāo)可以看出:對(duì)于GaAsP二極管,VF可以上升到2.7V(+40%);對(duì)于InGaN二極管,VF可以上程式到4.2V(+20%)。如果系統(tǒng)中需要多個(gè)LED,如蜂窩電話(huà)背板顯示器采用8個(gè)LED,則按照?qǐng)D1的設(shè)計(jì)方案將需要多個(gè)限流電阻,占用較大的線路板面積。

    如果將Vcc增大到VF的10倍以上可以減少VF變化的影響,但耗電較大,不符合電池供電產(chǎn)品的需求。對(duì)于采用單片Li+電池供電的系統(tǒng),Li+電池電壓的變化范圍為4.2~3V。如果LED的偏置電路只是簡(jiǎn)單的由Li+電池和限流電阻提供,輸出亮度將會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。合理的方案應(yīng)該是采用電流偏置電路。

2 電流偏置電路

電流偏置電路實(shí)際上是用1個(gè)電流源為L(zhǎng)ED提供偏置。如果電流源具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍,這種偏置方式將不受VF變化的影響。圖4為電流偏置方案的原理框圖。該電路將圖1中的限流電阻用電流源替代。光輸出強(qiáng)度與電源和正向電壓無(wú)關(guān),只要有足夠的電源電壓為電流源和LED提供偏置即可。圖4中Q1為使能控制開(kāi)關(guān)。

MAX1916等專(zhuān)用LED驅(qū)動(dòng)芯片提供了一種先進(jìn)的LED電流偏置電路。MAX1916在微型SOT23封裝內(nèi)集成了3組電流源,流過(guò)RSET的電流鏡像到3個(gè)輸出端,如圖5所示。電路中幾個(gè)相同的MOSFET具有相的柵-源電源,因此,它們的溝道電流相同,電流的大小由鏡電流ISET決定。MAX1916的電流最大失配度為±5%,“鏡像系數(shù)”為200A/A。也就是說(shuō),當(dāng)ISET為50μA時(shí),每個(gè)輸出端的電流為10(1±0.05)mA(最大)。SET端由內(nèi)部偏置在1.25V。ISET由下式?jīng)Q定:

ISET=(Vcc-1.25V)/RSET

IOUT=200ISET,每路電流之間偏差為±5%。輸出端飽和電壓:

    VOUT(SAT)=RD-S·IOUT

MAX1916的漏源電阻在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保證不高于50Ω,一個(gè)工作電流為2mA的GaAsP二極管保證正常工作所需要的最低電壓是:VF+100mV,2.71V的輸入電壓能夠?qū)aAsP LED工作電壓保護(hù)到2.7V。為了獲得更低的壓差和更高的輸出電流,可以將MAX1916的三路輸出并聯(lián)構(gòu)成“鏡像系數(shù)”為600的電流源,如圖6所示,并聯(lián)后的漏源電阻為50/3=16.67Ω(最大值)。這種連接方式允許單個(gè)白光LED在3V供電時(shí)電流達(dá)到20mA以上,滿(mǎn)足目前便攜式蜂窩電話(huà)等產(chǎn)品的背光要求。用于設(shè)置端電流的電壓源可以由帶載能力較強(qiáng)的主電源單獨(dú)提供,例如,在蜂窩電話(huà)中,VSET可以由射頻(RF)電路的低噪聲+2.8V電源提供。如果直接由單節(jié)Li+電池供電,MAX1916適用于驅(qū)動(dòng)正向電壓較低的GaAsP LED,而對(duì)于正向電壓較高的InGaN白光LED則需采用其它驅(qū)動(dòng)方案。因?yàn)長(zhǎng)i+電池供電時(shí),隨著電池的放電,輸入電壓可能無(wú)法滿(mǎn)足LED所要求的偏置電壓。

3 電荷泵升壓轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)白光LED

對(duì)于正向電壓在3.5~4.2V(在20mA條件下)的白光LED通常需要升壓轉(zhuǎn)換器,可以用電荷泵(如MAX682~MAX684)與MAX1916共同構(gòu)成這種LED的驅(qū)動(dòng)電路,如圖7所示。MAX682~MAX684能夠?qū)?.7V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為5.05V輸出,輸出電流能夠分別達(dá)到250mA、100mA、50mA。利用MAX684的關(guān)斷控制引腳或MAX1916的使能控制引腳可以關(guān)閉LED。圖7電路中,MAX684在關(guān)斷模式下,電源電流降至22μA;RSET=43kΩ時(shí),LED電流為22mA;

    圖8是利用電荷泵構(gòu)成LED電流控制電路,反饋調(diào)節(jié)電壓的典型值為1.235V,Ipk=1.235/R SENSE,選用24Ω的檢流電阻能夠?yàn)槎O管提供50mA電流。電荷泵工作時(shí),輸出電壓上升至LED的開(kāi)啟電壓,LED開(kāi)始導(dǎo)通。白光LED的典型正向電壓為3.5(1±0.1)V,加上反饋調(diào)節(jié)電壓,MAX1759輸出端提供的偏置電壓為4.735V。該電路輸出電壓的紋波在40mV以?xún)?nèi),不會(huì)導(dǎo)致LED輸出產(chǎn)生明顯變化,通常人眼覺(jué)察不到。另外,圖8電路在關(guān)斷狀態(tài)下輸入與輸出之間沒(méi)直流通路。

4 基于電感的白光LED控制

MAX1848將升壓轉(zhuǎn)換器與電流控制電路集成在6引腳SOT23封裝內(nèi),利用電流檢測(cè)驅(qū)動(dòng)3組LED,每組LED包括3個(gè)串行連接的LED,如圖9所示。輸入電壓范圍為2.6~5.5V。MAX1848利用電壓反饋結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)流過(guò)LED的電流,較小的檢流電阻(5Ω)有利于節(jié)省功耗、保持較高的轉(zhuǎn)換效率。模擬控制器用于控制所有LED的亮度。典型應(yīng)用中:L1=33μH,CCOMP=150nF,COUT=1.0μF,RSENSE=5Ω。LED電流由控制電壓確定:IOUT=VCTRL/13.33RSENSE。

    LED的亮度可以通過(guò)CTRL引腳的DAC調(diào)節(jié)或電位器分壓電路調(diào)節(jié),電壓控制范圍為+250mV~+5.5V,將控制引腳接地可實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。負(fù)載功率為800mW時(shí)電路轉(zhuǎn)換效率達(dá)88%。

5 結(jié)論

MAX1916內(nèi)部配置為3路可調(diào)電流源結(jié)構(gòu),可控制多種LED;直接采用單節(jié)Li+電池供電可驅(qū)動(dòng)紅光、綠光或黃光GaAsP LED;配合電荷泵升壓轉(zhuǎn)換器,MAX1916還可用于驅(qū)動(dòng)白光InGaN LED。對(duì)于有更高功率要求的應(yīng)用,需采用基于電感的MAX1848,外部只需要極少的元件,輸出功率為800mW時(shí)轉(zhuǎn)換效率達(dá)88%。

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