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如何選擇基于手機(jī)的高性能白光LED驅(qū)動(dòng)器

作者: 時(shí)間:2011-08-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

前言

目前彩屏背光主要采用(WLED),WLED 驅(qū)動(dòng)器的功能就是要向WLED 提供恒定電流,減少電池電壓變化時(shí)所引起LED 亮度的變化以及不同LED 之間的亮度不匹配。這樣的WLED 隨著時(shí)間的不同,不同的架構(gòu)先后在中得到了大規(guī)模的應(yīng)用。從2003~2005 年,在中流行使用的是電感升壓型WLED ;2005~2007 年大規(guī)模使用的是分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED ;到2007 年初嶄露頭角、2008 年逐步流行的低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器,經(jīng)歷了一系列的發(fā)展歷程。如何選擇合適的WLED 驅(qū)動(dòng)器?下面將逐步分析,以便從WLED 驅(qū)動(dòng)器演變的過程中去尋找合適架構(gòu)的LED 驅(qū)動(dòng)器。

串聯(lián)電感升壓型WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)

如圖1 所示,串聯(lián)電感升壓型WLED 驅(qū)動(dòng)器比較方便的通過一個(gè)電阻就設(shè)定了一串WLED的工作電流。但是它的最大問題在于:由于使用了電感來進(jìn)行升壓(boost),電感是通過把電能轉(zhuǎn)換成磁能來儲(chǔ)存能量的,在工作過程中,不停的進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)換、這樣就可能產(chǎn)生電磁輻射和電磁干擾,從而影響手機(jī)中的射頻模塊工作。例如:手機(jī)的接受靈敏度指標(biāo)可能在背光模塊工作時(shí)受到影響而下降,這樣在基站信號不強(qiáng)的區(qū)域,背光模塊的工作可能會(huì)導(dǎo)致通話質(zhì)量的下降,導(dǎo)致用戶對手機(jī)品質(zhì)的抱怨。

圖1:串聯(lián)電感升壓型LED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用圖

圖1:串聯(lián)電感升壓型LED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用圖

分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)

2005 年開始,手機(jī)中逐步流行分?jǐn)?shù)電荷泵WLED 驅(qū)動(dòng)器,其基本架構(gòu)如圖2:
圖2.分?jǐn)?shù)電荷泵WLED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用圖

圖2:分?jǐn)?shù)電荷泵WLED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用圖

通常這種分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器都是多模式的,可以自動(dòng)根據(jù)WLED 的正向?qū)▔航担╒F)和電源電壓,來自動(dòng)決定驅(qū)動(dòng)器所需要的工作模式,比如,當(dāng)WLED 的VF為3.3V時(shí),電池電壓在3.8V 以上,通過內(nèi)部的模式判斷電路,驅(qū)動(dòng)器可以停留在1X 工作模式下,當(dāng)電池電壓下降到不足以維持WLED 的設(shè)定電流時(shí),通過電荷泵達(dá)到升壓增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的目的。

這種分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器的好處在于:消除了電感,減少了對手機(jī)射頻電路的干擾,用廉價(jià)的電容儲(chǔ)能來代替電感儲(chǔ)能,外圍元件的成本也進(jìn)一步降低。這種芯片的封裝一般為QFN3mm×3mm 16L 的封裝。

分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器的工作有一個(gè)特點(diǎn):在理想情況下,輸出80mA 的驅(qū)動(dòng)電流時(shí),當(dāng)工作在1X 模式下,電源消耗電流的為80mA(考慮到芯片內(nèi)部其他電路的消耗,電流一般小于81mA);當(dāng)工作在1.5X 模式下,電源消耗的電流突變?yōu)?20mA(考慮到芯片內(nèi)部其他電路的消耗以及開關(guān)損耗,電流一般在123mA 左右),當(dāng)工作在2X 模式下,電源消耗的電流突變?yōu)?60mA。因此,從分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器的效率曲線上,通常會(huì)看到一個(gè)或者兩個(gè)突變點(diǎn)。因此,對于分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器,如何盡可能降低模式切換時(shí)所對應(yīng)的電源電壓,延長驅(qū)動(dòng)器在1X 模式下的工作時(shí)間,才是提升整體效率的關(guān)鍵。例如:圖3 所示的分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器,在電源電壓低于3.75V 時(shí)就要退出1X 工作模式,因此,它最終所表現(xiàn)出來的整體效率和一個(gè)電源電壓低到3.5V 才退出1X 模式的電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器整體效率會(huì)有很大的差別。


圖3.分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED驅(qū)動(dòng)器效率折線圖

圖3:分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED驅(qū)動(dòng)器效率折線圖

圖4.分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED驅(qū)動(dòng)器電源電流和工作模式關(guān)系

圖4:分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED驅(qū)動(dòng)器電源電流和工作模式關(guān)系

低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)

隨之發(fā)光LED 的工藝改進(jìn),WLED 的正向?qū)▔航翟谙陆?。圖5 為2006 年一款Nichia公司NSSW100CT WLED 的I-V 曲線,從圖中可以看出提供20mA 電流的WLED VF 僅為3.2V左右。目前,基本上手機(jī)中普遍用到的WLED 的正向?qū)▔航狄话阍?.0~3.2V 之間。


如何選擇基于手機(jī)的高性能白光LED驅(qū)動(dòng)器


圖5:Nichia WLED I-V曲線

隨著WLED 的VF 持續(xù)下降,驅(qū)動(dòng)WLED 是否還需要升壓?結(jié)合鋰離子電池的特性和實(shí)際應(yīng)用的情況來分析這個(gè)問題。
目前手機(jī)使用的電池都是鋰離子電池,鋰離子電池的特點(diǎn)為額定電壓3.6V,充滿電后為4.2V。在手機(jī)工作時(shí),電池不斷放電,電池電壓不斷下降,電池放電的電流不同,電壓下降的曲線速率也不同,一般來說,在電池電壓3.5V~4.2V 之間集中了90%的電池能量(如圖6)。

圖6.電池能量分布概圖

圖6:電池能量分布概圖

結(jié)合這種實(shí)際情況,一般手機(jī)的工作設(shè)置為當(dāng)鋰離子電池放電到一定程度時(shí),會(huì)通過軟件的設(shè)置為不能通話或者強(qiáng)行關(guān)機(jī)。深度放電對鋰離子電池的壽命會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷,因此關(guān)機(jī)電壓一般設(shè)置為3.5V 左右。而這時(shí),如果考慮到WLED 的VF 在3.0V~3.2V之間,實(shí)際上驅(qū)動(dòng)WLED 可以不再需要升壓。



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