低壓便攜設(shè)備背光或閃光應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案

為低電壓便攜式設(shè)備背光或閃光應(yīng)用選擇合適的發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)器方案是設(shè)計(jì)人員面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)榧纫紤]延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，又要減小印制電路板(PCB)面積及高度。目前，小型液晶顯示器(LCD)面板及鍵盤背光以及指示器應(yīng)用大多采用白光LED和RGB三色LED;手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中的閃光光源通常使用高亮度LED。因此，這些應(yīng)用需要優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)器解決方案，使用低電壓便攜式LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

安森美半導(dǎo)體身為全球高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商，提供涵蓋電感型、電荷泵型、線性等不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的低壓便攜設(shè)備背光或閃光方案。這些方案中，電感型方案可提供最佳的整體能效，電荷泵型方案使用低高度陶瓷電容作為能量轉(zhuǎn)移機(jī)制，占用的電路板面積和高度極小，線性驅(qū)動(dòng)方案則是彩色指示器以及簡(jiǎn)單背光應(yīng)用的理想選擇。這些方案可用于滿足不同應(yīng)用需求。

1)電感升壓及降壓型方案

在電感升壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，安森美半導(dǎo)體提供采用PWM和/或單線式調(diào)光方式的不同產(chǎn)品，適合在低電壓便攜式設(shè)備背光和閃光應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)白光LED。這些產(chǎn)品包括：輸出電流為20 mA的CAT37、CAT32、CAT4238、CAT4252、CAT4253、CAT4157、CAT4158和CAT4258，輸出電流為40 mA的CAT4137和NCP5005，輸出電流為50 mA的CAT4139，以及更大輸出電流的CAT4240(250 mA)、NCP1422(800 mA)和CAT4131(1.5 A/0.3 A)等。

圖1：電感升壓型方案示例

以NCP5005為例，它是一款緊湊型高效率背光LED升壓驅(qū)動(dòng)器，提供高達(dá)22 V電壓，可為L(zhǎng)CD背光控制、鍵盤背光等應(yīng)用的2至5個(gè)串聯(lián)白光LED供電。其能效高達(dá)90%，關(guān)機(jī)電流1 μA，工作輸入電壓范圍為2.7 V至5.5 V。它內(nèi)置短路和過(guò)壓保護(hù)及欠壓切斷功能。其電流可自動(dòng)匹配LCD，所有引腳均為ESD保護(hù)，低EMI輻射。

而在電感降壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，安森美半導(dǎo)體提供輸出電流高達(dá)1 A的NCP1529白光LED驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)用于手電筒/閃光等應(yīng)用。

2)電荷泵型方案

安森美半導(dǎo)體專利的四模(Quad-Mode®)自適應(yīng)分?jǐn)?shù)電荷泵的能效比市場(chǎng)上常規(guī)的三模電荷泵高出提供10%，并減小多達(dá)65%的封裝，將LED驅(qū)動(dòng)器的性能提升到了新的水平。Quad-Mode LED驅(qū)動(dòng)器通常可為基于電感的LED驅(qū)動(dòng)器提供高能效，同時(shí)消除較厚的電感和有害的EMI干擾。

大多數(shù)電荷泵LED驅(qū)動(dòng)器可提供對(duì)應(yīng)于輸出電壓與輸入電壓比的三種操作模式：1倍、1.5倍和2倍;而四模架構(gòu)增加了1.33倍的第四種操作模式，不需要額外的電容和電感。它比三模式電荷泵效率提高了10%以上。

圖2：電荷泵型方案示例

安森美半導(dǎo)體提供總輸出電流10 mA至192 mA的多種產(chǎn)品，涵蓋NCP1840、CAT3661、NCP5612、CAT3647、CAT3200、CAT3200H、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3636、CAT3637、CAT3649、CAT3604A、CAT3604V、CAT3614、CAT3644、CAT3648、NCP5623B/C和CAT3643等;還有更大輸出電流的產(chǎn)品NCP5603(200 mA DC，350 mA脈沖)、CAT3612(300 mA)和CAT3224(4閃光燈，400 mA電筒)等。

圖3：四模比三模效率提升10%以上

以多通道LED驅(qū)動(dòng)器NCP1840為例，該器件能夠幫助用戶創(chuàng)建任何照明圖形，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)多達(dá)8顆LED。由于處理器不再需要直接控制各個(gè)獨(dú)立LED，采用NCP1840可簡(jiǎn)化通常由其系統(tǒng)設(shè)計(jì)中處理器來(lái)完成的工作;通過(guò)統(tǒng)一控制各個(gè)LED亮度及閃爍率的串行接口寫入寄存器或讀取寄存器，能夠方便地進(jìn)行電流及調(diào)光程度編程。LED亮度程度能以對(duì)數(shù)而非線性形式控制，從而使肉眼觀看也沒(méi)有亮度失真。NCP1840采用高能效、低噪聲四模電荷泵，能夠延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，非常適合便攜式應(yīng)用。

圖4：NCP1840典型應(yīng)用電路

3)線性驅(qū)動(dòng)方案

安森美半導(dǎo)體還提供多款2至4通道單模線性背光LED驅(qū)動(dòng)器，如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅(qū)動(dòng)器通過(guò)1線EZDim接口提供32級(jí)調(diào)光控制，具有25 mA固定(B型)或可調(diào)(A型)輸出電流和低于1 μA的極低關(guān)斷電流，沒(méi)有開關(guān)電源噪聲問(wèn)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)集成低電壓LED和簡(jiǎn)單LED驅(qū)動(dòng)器的背光電路。這些采用薄型微型封裝的驅(qū)動(dòng)器電路簡(jiǎn)單，可延長(zhǎng)電池使用時(shí)間、降低成本(如省去外部電容)及降低噪聲，為入門級(jí)便攜式產(chǎn)品，如手機(jī)、相機(jī)和攝像機(jī)、便攜式游戲及便攜式醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)提供了簡(jiǎn)單的解決方案。

圖5：線性LED驅(qū)動(dòng)器方案示例

圖6：32級(jí)EZDim調(diào)光控制

圖7：CAT4003B線性背光驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用電路

4)相機(jī)閃光專用LED驅(qū)動(dòng)器方案

LED越來(lái)越多地應(yīng)用于拍照手機(jī)、智能手機(jī)和氙氣燈泡替代，且光輸出能力不斷提供，從而滿足更高的性能需求。安森美半導(dǎo)體的CAT3612、CAT4131、CAT4134和CAT3224都是這類驅(qū)動(dòng)方案。這些器件分別采用電荷泵、電感升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以提供不同的閃光電流和亮度。

圖8：不同閃光電流和亮度的專用LED驅(qū)動(dòng)器

以CAT4134為例，這是一款大功率電感升壓型雙通道驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，提供2路匹配的LED電流。輸出電流級(jí)別通過(guò)2個(gè)電阻之一RSET或RFLASH來(lái)控制。當(dāng)FLASH輸入引腳為低(電影模式)，電阻RFLASH設(shè)置LED電流。每個(gè)通道驅(qū)動(dòng)2或3個(gè)白色串聯(lián)LED，并提供1個(gè)可調(diào)節(jié)電流以控制其亮度。支持輸入電壓低至3V，使得器件適合于鋰離子電池的應(yīng)用。

高頻低噪聲操作使該器件可與小型外部電感和陶瓷電容一起使用，同時(shí)提供極佳的能效。當(dāng)器件不使用時(shí)，可通過(guò)關(guān)斷引腳將器件設(shè)置為“零”靜態(tài)模式。CAT4134除了具有軟啟動(dòng)和電流限制功能，還具有熱關(guān)閉保護(hù)功能。過(guò)壓專用引腳(OVP)允許用戶限制最大LED供電電壓。

圖9：CAT4134專用LED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用電路圖

電荷泵型驅(qū)動(dòng)器CAT3224也適合相機(jī)閃光應(yīng)用，從而支持高百萬(wàn)像素相機(jī)閃光，以及替代氙氣閃光，配合纖薄設(shè)計(jì)。CAT3224是業(yè)界首款4 A單芯片超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器，集成了雙模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L(zhǎng)ED手電筒模式提供恒流。這三種模式的工作電流均可以3個(gè)外部電阻來(lái)簡(jiǎn)易編程，提供達(dá)4 A的LED閃光脈沖電流。超級(jí)電容技術(shù)的高峰值電流優(yōu)勢(shì)，結(jié)合CAT3224簡(jiǎn)單的并行邏輯接口，使該器件非常適用于采用LED替代氙氣燈的應(yīng)用。

圖10：CAT3224 LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用電路圖

5)多功能和RGB驅(qū)動(dòng)器

安森美半導(dǎo)體還提供各種多功能LED驅(qū)動(dòng)器(如LV5219LG、LV5231CS、LV5207LP和LV5216CS)和RGB照明驅(qū)動(dòng)器(如LV5213LP、LV5217LP、LV5223GR、LV5226CS和LV5230LG)，前者具有LED電流可編程、主LED自動(dòng)亮度控制、外部亮度控制等功能，適用于7至16個(gè)LED通道的閃光燈/手電筒、RGB照明、主液晶屏背光、輔助液晶屏背光等應(yīng)用。后者主要用于支持彩色照明設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)備豐富的照明色彩。

總結(jié)

作為應(yīng)用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體利用其在低電壓和高壓技術(shù)以及在電源管理方案方面的專長(zhǎng)，提供全面的LED驅(qū)動(dòng)或控制解決方案，其中就包括應(yīng)用于便攜式設(shè)備背光或閃光應(yīng)用的豐富LED驅(qū)動(dòng)器。這些方案在集成更多功能的同時(shí)，采用越來(lái)越小的封裝，實(shí)現(xiàn)越來(lái)越低的功耗，有助于工程團(tuán)隊(duì)和原設(shè)備制造商(OEM)高性價(jià)比地利用LED照明來(lái)體現(xiàn)產(chǎn)品的與眾不同，并加快上市時(shí)間。