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便携产品背光显示的LED驱动方案


中心议题:

  • 便携产品背光显示的LED驱动方案

解决方案:

  • Step-UP DC/DC开关电源实现LED驱动
  • 电容式电荷泵驱动模式
  • 低边LED驱动
  • LDO做系统背光


LED自问世以来,就得到人们的极大关注,LED驱动器件和驱动方式不断更新以便更加有效地驱动LED为人类照明。从早期的DC/DC开关电源到电荷泵,以及追求成本的低边驱动和LDO,人们在不同的应用情况下选用不同的驱动线路,作为市场关注的热点,便携产品的显示背光是LED背光应用的主要市场,下文将针对便携产品的背光显示,介绍当前几种常见的LED驱动方案。

1. Step-UP DC/DC开关电源实现LED驱动

该方案主要的特点在于:输入电压较低,甚至低至0.7V(单节干电池),从技术发展的角度看,串联型驱动出现的比较早,技术上也比较成熟,效率较高。典型的应用线路如图1所示。


图1:Step-UP DC/DC 开关电源实现LED驱动的典型应用线路。

对于这种应用方式,早期的驱动芯片主要采用电流反馈方式,按照VFB/Rb来确定LED的电流,DC/DC反馈电压VFB一般在1.2V左右,这限制了有效效率的进一步提升,本身DC/DC的效率在80%左右,在这种应用情况下,实际效率降低的更多,而随着技术的提高,降低VFB电压到0.1V 以内,可以将有效效率提升到85%以上,尤其在驱动2-3颗灯的应用状态下。该方案的优缺点如下:

优点:技术成熟,成本相对较低,通过一些新的技术革新,例如图1所示的过压保护功能,或者采用电压电流反馈共同作用,可以得到较高的亮度一致性以及较高的安全系数,尤其以大尺寸屏幕显示的背光应用居多。由于需要较多的LED实现屏幕背光,因而亮度的一致性和均匀性是必须面对的挑战。

缺点:本身电感的应用,限制了线路的尺寸以及高度,并且带来工程设计人员不愿意面对的问题-EMI处理,尤其在靠近射频部分,需要针对干扰做专门的处理,否则会导致射频接收灵敏度降低,甚至带来音频部分的干扰,例如音频输出电流干扰声。另外,在这种应用情况下,如果一个LED发生故障就会导致整串LED失效,这是人们不愿意看到的结果。
12下一页> 关键字:背光显示 LED驱动 LDO 电荷泵 开关电源  本文链接:http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80015456
2. 电容式电荷泵驱动模式

这是一种比较新的驱动方式。简单来说电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升,采用电容器来贮存能量。因工作于较高频率,可使用小型陶瓷电容器(1μF),占用空间最小,使用成本较低。电荷泵有两种工作模式,恒压模式,恒流模式。

1)恒压模式电荷泵。
圣邦微电子的SGM3110就是采用恒压模式的电荷泵,由于恒压模式电荷泵的工作特性,本身具有高开关频率以及大峰值的瞬态电流,因而需要工程师在PCB布板部分额外注意,一般要求外围的电容尽可能靠近器件本身,外围布线要尽量短,本身需要周围的PCB地尽可能大,外围电容也要尽量直接接到SGM3110的地上,如果布线限制,则可以通过大的PCB过孔以及多个过孔来实现良好接地。

效率计算方法:η=Iout*Vout/Iin*Vin

由于器件本身存在开关损耗以及电容漏电,因而实际效率要比该值低一些,这跟生产厂家的工艺技术有关。采用这种LED驱动模式的优点在于,可以简化外围线路、降低产品成本。尤其在小尺寸屏的情况下,1-2个LED做屏幕背光;或者用做闪光灯驱动,在100mS内达到250mA电流的输出;或者是简单的DC/DC 5V升压简化版本,替代电感DC/DC升压,降低成本以及产品EMI问题。缺点在于只有简单的两倍升压模式,效率较低,大多数时间效率低于70%,实际利用效率更低,其中有相当一部分消耗在限流电阻上。在驱动多个LED的时候,背光一致性完全依赖于LED以及限流电阻的精度。

2)恒流模式电荷泵。为了进一步提升LED驱动的效率,圣邦微电子在2008年第二季度推出带有1X、1.5X、2X升压的恒流模式电荷泵SGM3123,对于恒流模式的电荷泵来讲,通过内部的逻辑控制来实现对每一路LED实现均流,使LED的亮度保持相等,与此同时,尽可能地提高LED的驱动效率。

在这种应用中,通过电流镜像控制技术使LED的亮度一致性得到保持,每一路的LED电流误差不超过2%,并且1X、1.5X升压模式使驱动LED的效率得到兼顾,LED在大部分工作时间内,驱动效率可以保证在80%以上。典型应用线路如图2所示。


图2:恒流模式电荷泵SGM3123的典型应用线路。

利用不同的阻值来设置LED输出电流:ILED=Gain*VIset/RIset。不同厂家Gain系数不同。人们在对电荷泵技术革新的同时,也发现利用它驱动LED相对于DC/DC的一系列优点,降低成本,缩小驱动板的尺寸,避免EMI干扰。

3.低边LED驱动

对于成本及性能的追求,也存在着一系列其他的驱动方式例如低边LED驱动。相比较恒流模式的电荷泵,仅缺少电荷泵升压,对于电流的恒流处理部分则相同。成本与电流模式电荷泵比相对较低。缺点在于,纯线性处理,当电池电压降到较低,例如3.6V,在突发大负载的情况下:手机接打电话或者拍照,MP3播放音乐,MP4播放影片,会造成电压波动,电压会下降0.1~0.2V,那么在系统电压会瞬间降到3.4V甚至更低,不能保证LED的正常亮度,存在屏幕亮度明显变化的缺陷。

4. LDO做系统背光

成本的压力促使采用更低成本的LDO来做系统背光。用LDO作LED驱动与上述方案比较,除了成本较低,无论是电压模式电荷泵SGM3110驱动3个以上LED会存在亮度不均匀的缺点,还有低边驱动电压不稳导致亮度变化的缺点都存在。

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