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LED驅(qū)動電路設(shè)計

發(fā)布時間:2011-09-29 來源:安森美

中心議題:

  • LED驅(qū)動電路設(shè)計

解決方案:

  • LED驅(qū)動設(shè)計的新要求
  • 基于NCP5005的電感式LED驅(qū)動電路
  • 驅(qū)動電路方案


在狀態(tài)指示以及信息顯示屏上LED已經(jīng)被廣泛使用,我們已經(jīng)可以選用藍(lán)光以及廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備的白光產(chǎn)品。例如,白光LED被認(rèn)為是彩色顯示設(shè)備的理想背光照明,但在為這些新型LED設(shè)計電源時,我們必須注意其本身的特性。本文對手機(jī)白光LED驅(qū)動電路分析和解決。

推動移動電話顯示由單色轉(zhuǎn)換為彩色的一個主要趨勢是拍攝功能的集成。最初這些成像器件的分辨率相當(dāng)有限,同時圖像質(zhì)量也不佳。但隨著技術(shù)的發(fā)展,分辨率由30萬像素的VGA等級進(jìn)展到100至200萬級像素,并快速朝向300萬像素以上的分辨率級邁進(jìn)。在成像器件、處理器與軟件不斷得到改進(jìn)后,消費者現(xiàn)在希望得到更多的數(shù)碼相機(jī)功能,例如低照明情況下需要的閃光燈,甚至是自動對焦等。在這樣的分辨率下,良好的畫質(zhì)輸出以及圖片與視頻分享變得更加實用,這些更高密度的CMOS成像器件需要從目標(biāo)獲得更多的反射光,因此進(jìn)一步推動了集成閃光功能的需求。

LED驅(qū)動設(shè)計的新要求

LED在具體的使時,要注意驅(qū)動電路的選用。LED 驅(qū)動電路除了要滿足安全要求外,另外的基本功能應(yīng)有兩個方面:一是盡可能保持恒流特性,尤其在電源電壓發(fā)生±15%的變動時,仍應(yīng)能保持輸出電流在±10%的范圍內(nèi)變動。   二是驅(qū)動電路應(yīng)保持較低的自身功耗,這樣才能使LED 的系統(tǒng)效率保持在較高水平。根據(jù)能量來源的不同,LED驅(qū)動電路總體上可分為兩類,一是AC/ DC轉(zhuǎn)換,能量來自交流市電,二是DC/ DC轉(zhuǎn)換,能量來自干電池、可充電電池、蓄電池等。根據(jù)LED驅(qū)動原理的不同,又可以分為線性驅(qū)動電路和開關(guān)驅(qū)動電路。

要將傳統(tǒng)的氙氣閃光燈放置到尺寸相當(dāng)緊湊的手機(jī)內(nèi)對設(shè)計工程師來說極具挑戰(zhàn)性,因為除了粗大的閃光用高壓電容外,還必須加上燈泡以及相關(guān)的變壓器與電子線路,而傳統(tǒng)的閃光燈也不適用于視頻拍攝的用途。慶幸的是,LED制造商已經(jīng)著手通過采用如氮化銦鎵(InGaN)等新材料來提升功率LED的光輸出。

基于NCP5005的電感式LED驅(qū)動電路

                   基于NCP5005的電感式LED驅(qū)動電路
                                      圖1:基于NCP5005的電感式LED驅(qū)動電路。

另一方面,半導(dǎo)體制造技術(shù)的創(chuàng)新以及封裝方式的改進(jìn)也提高了能夠產(chǎn)生的流明數(shù)以及光電轉(zhuǎn)換效率。要產(chǎn)生最高的光輸出,這些功率LED可能需要 400mA或更高,且脈沖寬度在50到200ms的電流輸出能力。但是對視頻應(yīng)用來說,則需要較小的電流,但時間卻不僅限于單一脈沖。除了尺寸的限制以及人體工學(xué)的考慮外,這些相機(jī)模塊通常會集成在屏幕的后方或上方,以便使用者可以利用LCD作為抓取圖像的取景器,這在折疊式手機(jī)上特別常見。成像器件與鏡頭機(jī)構(gòu)可能還必須能夠旋轉(zhuǎn),以便手機(jī)可以在視頻會議模式下作為面對面溝通的工具,這在3G網(wǎng)絡(luò)的電話設(shè)計上預(yù)計將更加普遍,因為有足夠的帶寬可以運用在視頻會議上。

在討論這些趨勢時我們可以明顯地看出,屏幕顯示的質(zhì)量與分辨率變得越來越高,同時尺寸也越來越大,特別是具備豐富多媒體功能的手機(jī),預(yù)計未來將有越來越多的內(nèi)容,如流視頻或廣播視頻、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽與電子郵件、拍照與相片查看,以及游戲和信息獲取服務(wù)等。因此,當(dāng)手機(jī)在沒有通話時屏幕使用將更為頻繁,但是如果手機(jī)的電池續(xù)航能力不夠,這些功能都將受到限制。因此,高效率的系統(tǒng)電源管理,包括屏幕與按鍵的背光電源管理就變得相當(dāng)重要,而諸如相機(jī)閃光燈等以往只有在高端手機(jī)中才能看到的功能也將逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)配置。

這些也將對白光LED背光驅(qū)動電路的設(shè)計帶來挑戰(zhàn):更大的屏幕代表了有更多的區(qū)域需要背光,因此必須提升驅(qū)動器件的整體效率;由于空間有限,所以必須在單一封裝中集成更多的功能;由于考慮的不僅是大小,厚度也必須縮減,特別是滑蓋與折疊式造型的產(chǎn)品。

驅(qū)動電路方案

手機(jī)中白光LED驅(qū)動電路經(jīng)常使用兩種架構(gòu):LED以串聯(lián)方式連接的電感升壓轉(zhuǎn)換電路;每顆LED都通過穩(wěn)定的電流源驅(qū)動的電荷泵驅(qū)動器。電感解決方案可以帶來最佳的整體效率,而電荷泵方式由于使用小型陶瓷電容作為能量轉(zhuǎn)換器件,因此體積最小。圖1和圖2分別給出了兩種驅(qū)動架構(gòu)的典型應(yīng)用電路。當(dāng)前,功率LED的效率不斷地得到提高,降低了背光LED的功耗,因此可以用更少的 LED提供更高的光輸出。這意味著兩、三年前需要4顆LED提供背光的1.5寸屏幕,現(xiàn)在只需兩顆功耗只有一半的LED就能夠得到相同的性能。


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