移動電話與PDA應(yīng)用中LED照明驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)

本文主要討論了廣泛應(yīng)用在移動電話與pda等便攜式設(shè)備中的led以及相關(guān)驅(qū)動電路，除將焦點(diǎn)投注在最新的led應(yīng)用外，我們也檢視白光led的發(fā)展，并將針對lcd背光、裝飾用照明和指示及拍照手機(jī)上閃光燈等驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)與最新功能提供圖解說明。 led如何改善移動電話與pda中的燈光效果和性能 由于具備高照明效率、長效性與小體積，led已成為便攜式設(shè)備，如移動電話與pda等的必然選擇，約0.1w的低功耗白光led目前正廣泛應(yīng)用在lcd顯示面板的背光與鍵盤照明上，當(dāng)然也可通過連接多顆led帶來較高的亮度作為臨時照明或閃光燈等應(yīng)用，而可達(dá)1w的高功率led則應(yīng)用在配備兩百萬像素，甚至更高分辨率的拍照手機(jī)中來支持黑暗環(huán)境中的拍照功能。除白光led外，rgb(紅、綠、藍(lán))光led也經(jīng)常被用來強(qiáng)化移動電話的質(zhì)感，通過三種色彩精確適當(dāng)?shù)鼗旌停瑀gb led可創(chuàng)造出豐富多樣的色彩。 在指示應(yīng)用上，當(dāng)有來電或信息時可以讓彩色led閃爍，或利用色彩來顯示發(fā)話者的身份，例如自行定義的群組，如朋友、家人或業(yè)務(wù)往來的來電，這項(xiàng)功能不僅為移動電話帶來個性化，同時在非常吵雜的環(huán)境中也相當(dāng)有用。為進(jìn)一步強(qiáng)化使用者的影音感受，rgb led也同時用來產(chǎn)生許多吸引人的發(fā)光效果，其中一個例子是將rgb的發(fā)光動作與響鈴的旋律或mp3音樂加以同步，另外一個rgb發(fā)光的有趣應(yīng)用則是日本松下公司的“feel talk”功能，由于rgb led被安排在移動電話的機(jī)殼下方，因此可以依使用者的心情顯示不同的色彩。 led效能的改善和電氣特性 在大量資金投注led開發(fā)后，白光led的照明效率比起剛發(fā)明時有了大幅度的改善，目前市場上最佳的白光led照明效率可以達(dá)到100lm/w，相當(dāng)接近日光燈管，而一些領(lǐng)先公司也嘗試在藍(lán)光led上使用不同的涂敷物質(zhì)，并推出更佳發(fā)光效率的設(shè)計(jì)方案，因此提供面板背光所需的led數(shù)目將持續(xù)下滑，目前移動電話上標(biāo)準(zhǔn)lcd面板所需的背光led大約為2~4顆，而pda或智能型手機(jī)上lcd面板的背光則需要6~10顆。在進(jìn)一步討論led背光與閃光燈的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)與新功能前，先回顧一下移動電話與pda中廣泛使用的led以及電池的電氣特性。 依不同制造商所采用技術(shù)的差異，led的正向電壓(vf)大約在2.7~4v之間，通常高功率led擁有高達(dá)4.9v的較高正向電壓，因此led驅(qū)動電路就必須提供足夠的正電壓以便讓led以正向偏壓的方式發(fā)光。當(dāng)采用多顆led來提供背光時，在驅(qū)動電路設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮正向電壓間的差距，為了得到相同的照明強(qiáng)度，也就是讓不同的led發(fā)出相同的色彩，設(shè)計(jì)工程師必須確保流經(jīng)每顆led的正向電流能夠相同，低功率led通常采用20ma的正向電流，最大約為25ma，目前市場上的高功率led則能以高達(dá)1.5a的脈沖電流來驅(qū)動。 電池的電氣特性 目前移動電話與pda中最常見的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6v~3.7v，工作電壓則為4.2v~3.2v，為確保能夠安全工作，這類型的鋰電池只能夠在1c的范圍內(nèi)充電或放電，這里c由電池的額定容量所決定，例如1,000mah的電池最高放電電流為1a，移動電話通常使用的電池容量大約在650~1,000mah之間。為改善電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開始開發(fā)。在使用這類電池組時，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該遵守電氣規(guī)格限制并據(jù)此調(diào)整驅(qū)動電路。 在使用最高正向電壓為3.4v～4v的led時，由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅(qū)動電壓，因此需要一個具有穩(wěn)定電流功能的升壓式轉(zhuǎn)換器來推動以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的led。 電荷泵轉(zhuǎn)換器目前廣泛使用在lcd的背光驅(qū)動上，與采用電感式的升壓式轉(zhuǎn)換解決方案比較，電荷泵驅(qū)動電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸改善電荷泵驅(qū)動電路的效率，目前最高效率可超過93%，而平均效率則約為80%。電荷泵驅(qū)動電路通常采1x與2x模式運(yùn)作，部分設(shè)備中則加入了1.33x與1.5x模式來改善效率，在這類解決方案中，led采用并聯(lián)方式連接，同時每個led的電流由各自獨(dú)立的匹配電流源提供，最佳的驅(qū)動芯片在相同電路中任兩個led電流間的匹配誤差約