白光LED(WLED)受到市場青睞的主要原因是因為這類組件能為便攜式電子產(chǎn)品的顯示器提供背光，而應(yīng)用中最常見的是需要4 V驅(qū)動電壓的單個WLED。單節(jié)鋰電池的平均電壓為3．6 V，因此業(yè)界一般認為需要在使用單節(jié)鋰電池驅(qū)動WLED的情況下使用升壓轉(zhuǎn)換器。大多數(shù)WLED驅(qū)動器都需要一個外部電感或飛電容來升高電壓，但隨著WLED技術(shù)不斷改進，其正向電壓(VF)的需求也隨之減少。目前大多數(shù)LED的VF典型值為3．2～3．5 V，最高為3．7～4 V，這意味著LED的電流為15～25 mA。探討了WLED的低電流應(yīng)用與對其正向電壓的影響，并介紹TI的新款LED驅(qū)動器TPS7510，該器件是適用低電壓LED的低成本、小尺寸方案。
2 LED正向電壓
WLED與其他標準p—n結(jié)二極管類似，只有對其施加足夠的正向電壓時才能導(dǎo)通。當外加電壓超過閾值時，正向電流隨WLED正向電壓的增加而增加。圖1給出2種WLED的典型I—V曲線。
由圖1可簡化分析，對于典型的二極管I—V曲線，電壓超過閾值，電流急劇上升。圖1(a)中器件的正向電壓典型值為3．2 V，此時正向電流為20 mA，在整個工藝和溫度范圍內(nèi)正向電壓最大值為3．7 V。因此可得出：應(yīng)用升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器才能使用最大輸出電壓為3～4．2 V的單節(jié)鋰離子電池正確驅(qū)動WLED，然而，事實未必如此。例如，對于WLED電流為5 mA的應(yīng)用就無需升壓轉(zhuǎn)換器。圖l(a)表明，驅(qū)動5 mA所需的正向電壓約2．9 V，遠遠低于數(shù)據(jù)資料中規(guī)定的驅(qū)動20 mA所需的典型電壓。采用3．6 V鋰電池驅(qū)動2．9 V輸出電壓無需升壓轉(zhuǎn)換器。
WLED的正向電壓典型值及最大值適用于不同批次和不同生產(chǎn)工藝的器件。數(shù)據(jù)資料中提供的I—V曲線通常適用于參數(shù)值低于典型值的器件。雖然I—V曲線適用于每款器件，但根據(jù)具體測試時器件的正向電壓曲線會向左或向右偏移。如果采用相同型號的另一個LED，典型測試條件下正向電壓測量值為3．7 V(最大額定值)，20 mA正向電流。該電壓要比典型器件的值的電壓高0．5 V，因此可得出驅(qū)動5 mA WLED需要3．4 V(2．9 V+O．5 V)的最大正向電壓。根據(jù)應(yīng)用中不同的截止電壓，無需升壓轉(zhuǎn)換器驅(qū)動這一特定的5mA WLED。利用該技術(shù)很容易確定任何應(yīng)用的最大正向電壓。
3 溫度變化的影響
有些應(yīng)用需要WLED在極端溫度的苛刻條件下工作。溫度變化會影響LED特性，但在低電流和大電流時的影響并不一樣。圖2為典型WLED數(shù)據(jù)資料中正向電壓隨溫度的變化曲線。
圖2表明．電流較大及正向電壓較高時，溫度對其影響較大。此外，正向電壓隨溫度的升高而下降。從5 mA曲線可以看出，從室溫(25℃)變?yōu)樽罡哳~定溫度(85℃)時正向電壓下降約O．1 V。在確定所需的正向電壓時應(yīng)考慮到這一點，但這一影響可忽略不計。如果某項應(yīng)用需在極低的溫度下驅(qū)動LED，低輸入電壓增加正向電壓會導(dǎo)致亮度的變暗。
4 超小型LED驅(qū)動解決方案
驅(qū)動多個WLED的典型解決方案之一是將WLED串聯(lián)，然后用感應(yīng)升壓轉(zhuǎn)換器或電荷泵驅(qū)動串聯(lián)WLED。該解決方案可以提供較大的WLED電流，需要較高的正向電壓。然而，正如先前討論的，并不是所有WLED驅(qū)動器應(yīng)用都需要升壓轉(zhuǎn)換器。對于低電流WLED驅(qū)動應(yīng)用則可采用更簡單、成本較低的超小型LED驅(qū)動器TPS75105。TPS75105線性電流源具有28 mV超低壓降，可驅(qū)動4個并聯(lián)WLED(2個WLED為一組，共2組)。該器件提供4個2％匹配電流路徑，用于2個單獨的WLED組。該器件采用超小型9焊球，1．5 mm2晶圓芯片級封裝(WCSP)，使用默認電流輸出時無需外部元件，因此可實現(xiàn)令人難以置信的超小型1．5 mm2解決方案。此外，TPS75105是TI提供的最廉價的WLED照明解決方案之一。TPS75105應(yīng)用電路如圖3所示。[!--empirenews.page--]
乍看起來，采用低壓降線性電路來驅(qū)動LED似乎不切實際，因為線性穩(wěn)壓器的效率低。然而，LD0的效率往往被誤解。LDO的效率完全基于輸入電壓與輸出電壓比，因此，驅(qū)動WLED的效率相當高。例如，3．6 V鋰離子電池驅(qū)動3VWLED時驅(qū)動效率為83％。圖4為鋰離子電池供電范圍內(nèi)WLED前向電壓取不同值時TPS75105的效率數(shù)據(jù)，依次為3．4 V、3．3 V、3．2 V、3．1 V、3．0 V、2．9 V。TPS75105的LED驅(qū)動效率可媲美于或優(yōu)于其他的WLED驅(qū)動解決方案。
圖5給出TPS7510x的LED驅(qū)動效率曲線與鋰離子電池放電曲線的疊加效果。整個放電范圍內(nèi)3種曲線的平均效率為80％，VLED=3．3 V時效率高達90％。
雖然這里集中討論低電流應(yīng)用，但如果輸入電壓允許，TPS75lOx也可為LED提供高達25 mA驅(qū)動電流。這些應(yīng)用也會因采用TPS7510x而實現(xiàn)超小尺寸。
5 結(jié)語
評估LED驅(qū)動器應(yīng)用時，應(yīng)特別考慮到應(yīng)用所需的電流。如果電流遠低于應(yīng)用中規(guī)定的WLED V。參數(shù)，應(yīng)參考WLED數(shù)據(jù)資料中的I—V曲線來確定實際應(yīng)用中的VF。這樣可以采用低壓降線性電流源，如TPS75105在不犧牲開關(guān)升壓轉(zhuǎn)換器效率的條件下實現(xiàn)超小解決方案尺寸和低成本。
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