適合于低壓便攜設(shè)備背光或閃光應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器方案

1、適合于低壓便攜設(shè)備背光或閃光應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器方案An LED Driver Scheme Suitable for the Backlit or Flashing Application of Low-voltage Portable Equipment安森美半導(dǎo)體 On Semicondutor摘要：本文分析了適合于低壓便攜設(shè)備背光或閃光應(yīng)用的LED 驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，介紹了安森美半導(dǎo)體各類驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：低壓便攜設(shè)備 LED 驅(qū)動(dòng)器Abstract: The article analyzes an LED driver topology scheme suitable f

2、or the backlit or flashing application of low-voltage portable equipment and in the meantime introduces typical application circuit of different kinds of ON Semiconductor drivers. Keywords: Low voltage portable equipment, LED, Driver中圖分類號(hào)TN383+.1 TN344 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)：1561-0349（2010）11-1 綜述白光LED廣泛用于小型液晶

3、顯示器(LCD)面板、鍵盤(pán)背光及指示器應(yīng)用。高亮度LED則用于手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的閃光光源。這些應(yīng)用需要優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)器解決方案，能夠延長(zhǎng)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(jiàn)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)。例如，電感型方案總能效最佳；電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容，占用的電路板面積和高度極?。痪€性方案非常適合色彩指示器以及簡(jiǎn)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(jiàn)圖1)，滿足用戶不同的應(yīng)用需求。圖1 低壓便攜設(shè)備應(yīng)用的不同LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例：(a)線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例； (b) 電感升壓型拓

4、撲結(jié)構(gòu)示例； (c)電荷泵型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例二極管改為空心通直線，電阻改為長(zhǎng)方形，電容為平行直線，各圖邊的文字刪除，分別改為(a)， (b) ，(c) 放在各圖的下方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，有單模、雙模、三模或四模電荷泵方案等，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(wú)鉛封裝的高能效LED驅(qū)動(dòng)器，帶有I2C接口，內(nèi)

5、置漸進(jìn)調(diào)光功能，特別設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)等便攜產(chǎn)品中的RGB LED裝飾光和增強(qiáng)型LCD背光。NCP5623實(shí)現(xiàn)94%峰值能效和低于1A的待機(jī)電流，將便攜設(shè)備電池工作時(shí)間延至最長(zhǎng)。對(duì)典型應(yīng)用而言，該器件除了具備極小型IC封裝的優(yōu)勢(shì)之外，兼具僅需4個(gè)無(wú)源元件就能工作的特點(diǎn)。該器件還具備短路和過(guò)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能效四模(Quad

6、-Mode)自適應(yīng)分?jǐn)?shù)型(fractional) LED驅(qū)動(dòng)器，能以25mA電流驅(qū)動(dòng)多達(dá)4顆LED(見(jiàn)圖1)，能效高達(dá)92%。這種四模驅(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，能效高10%，且無(wú)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)器適合在低壓便攜設(shè)備小尺寸LCD背光、LED閃光應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)白光LED。圖2 CAT4002B應(yīng)用電路圖。二極管改為空心通直線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20mA到50mA之間的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT413

7、9、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010，以及提供更大輸出電流的CAT4240(250mA)、NCP5050(600mA)和NCP1422(800mA)等。這些電感升壓型驅(qū)動(dòng)器適合在低壓便攜設(shè)備背光和閃光應(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個(gè)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25mA的固定或可調(diào)節(jié)輸出電流和低于1A的極低關(guān)閉電流，而且沒(méi)有開(kāi)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)

8、計(jì)集成低電壓LED和簡(jiǎn)單LED驅(qū)動(dòng)器的背光電路。這些驅(qū)動(dòng)器電路簡(jiǎn)單，幫助延長(zhǎng)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)便攜產(chǎn)品及低成本手機(jī)市場(chǎng)提供一種簡(jiǎn)單的方案。2 專門用于相機(jī)閃光的LED驅(qū)動(dòng)器方案在相機(jī)閃光應(yīng)用中，除了可以使用NCP5005和CAT4134電感升壓型驅(qū)動(dòng)器外，還可以使用NCP5680和CAT3224這樣的電荷泵型驅(qū)動(dòng)器，從而支持高于百萬(wàn)像素相機(jī)閃光，以及替代氙氣閃光，并配合纖薄設(shè)計(jì)。其中，NCP5680和CAT3224均是基于超級(jí)電容的LED驅(qū)動(dòng)器，分別可提供10A和4A的大閃光電流。實(shí)際上，如今的500萬(wàn)像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

9、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)電池提供的能量高出近400%。以安森美半導(dǎo)體的NCP5680為例，這器件配合電池管理一顆超級(jí)電容器來(lái)驅(qū)動(dòng)LED閃光至充分亮度，提供高達(dá)10A的大峰值電流。NCP5680中的集成驅(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、音頻、視頻、無(wú)線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻(RF)放大，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間而不放棄纖薄型設(shè)計(jì)。NCP5680集成了超級(jí)電容充電、浪涌電流管理和LED電流控制所需的全部電路，節(jié)省設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)時(shí)間、電路板空間及元器件成本。CAT3224則是業(yè)界首款4A單芯片超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器(見(jiàn)圖3)，集

10、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、電流放電和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能以3顆外部電阻作簡(jiǎn)易編程，能圖3 業(yè)界首款單芯片4A超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器CAT3224應(yīng)用電路圖二極管改為空心通直線，電阻改為長(zhǎng)方形，電容邊的刪除吸收高達(dá)4A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，使該器件成為采用LED替代氙氣燈的應(yīng)用的極佳選擇。3 其它新穎LED驅(qū)動(dòng)/控制器在低壓便攜設(shè)備應(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

11、，NCP5890是一款獨(dú)特的照明管理集成電路(LMIC)，以3mmx3mmx的極小型封裝集成了液晶顯示器(LCD)背光、裝飾光控制和環(huán)境光感測(cè)功能。眾所周知，當(dāng)今的便攜電子產(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)更先進(jìn)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這樣的更簡(jiǎn)單單芯片硅解決方案，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)。這款照明管理IC具有30V輸出電壓，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED，實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD屏幕的均衡背光

12、。此外，該器件控制三組白光LED或RGB LED，在鍵盤(pán)或底盤(pán)上營(yíng)造出裝飾光圖案，與背光形成獨(dú)特的組合。該驅(qū)動(dòng)器還根據(jù)環(huán)境光的亮度來(lái)調(diào)節(jié)背光電流，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。NCP5890是緊湊型智能手機(jī)等應(yīng)用的專用解決方案。圖4 針對(duì)扣式電池優(yōu)化的CAT3661 LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用電路圖二極管改為空心通直線，電阻改為長(zhǎng)方形如今，越來(lái)越多的創(chuàng)新型便攜設(shè)備采用扣式電池(coin cell)供電，如醫(yī)療應(yīng)用中的血糖儀、數(shù)字體溫計(jì)、血壓計(jì)、呼吸分析儀和生理監(jiān)測(cè)儀等。由于這種電池的獨(dú)特特性以及需要長(zhǎng)工作壽命，這些緊湊型應(yīng)用需要定制的LED驅(qū)動(dòng)器，不僅要管理背光，還要監(jiān)測(cè)電池電量。在這類應(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 2V單LED驅(qū)動(dòng)器。該器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)，能效高達(dá)92%，靜態(tài)電流低至約150A，提供可調(diào)節(jié)的低電池電量檢測(cè)功能，以及強(qiáng)固的LED故障監(jiān)測(cè)、軟啟動(dòng)和短路限制等保護(hù)功能，采用低高度的3x3mm TQFN-16封裝，非常適合這些便攜設(shè)備應(yīng)用。4 結(jié)束語(yǔ)安森美半導(dǎo)體身為應(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，運(yùn)用公司在低壓和高壓技術(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。本文著重介