基于白色LED驱动器的串联与并联驱动方式解析

随着像手机，PDA、DSC、GPS等数码及便携式产品的迅猛发展，以及液晶显示器的制造技术的日臻完善。彩色的LCD显示屏越来越成为数码及便携式产品的重要部件。彩屏的手机，PDA等也越来越受人们的喜欢和青睐。彩色LCD显示屏要尽显色彩则需要用白色光作为背光。小型彩色LCD显示屏采用白色的LED作背光源是最理想的，这是由于它有电路简单，占空间小，效率高，价格低及寿命长的特点。而白色LED的正向压降VF比一般的有色LED高，VF=3∽4V。白色LED背光电源一般有数个白色的LED组成，如手机，数码相机一般仅需2到4个白色LED，而PDA则根据其显示屏的面积，需要3到6个。对背光源的要求是：要满足背光的亮度要求并且亮度均匀(不允许有某一部分较亮，另一部分较暗的情况)，亮度可以方便的调节。然而便携式电子产品（如PDA，GPS，数码相机，新一代手机等）的电池电压一般低于3-4.2V，因此需要一个升压式电源来驱动白色LED。

白色LED驱动器基本上有两种驱动方式：

1) 采用升压式电荷泵驱动电路，由于它的输出电压小于两倍的输入电压（一般输出电压+5V），所以它驱动LED的方式是并联的，如图1-a所示；

2) 采用升压式DC/DC变换器电路来驱动，由于它的输出电压从13V到28V（甚至更高），因此它驱动LED的方式是串联的，如图1-b所示。采用串联方式使流过每一个LED的电流都一样。则发光的均匀性好；而采用并联方式受正向压降VF的离散性的影响，在定压供电时容易造成每个LED的电流不等而造成发光的均匀性差。虽然可以采用调节限流电阻来调节亮度。但这十分麻烦。有些厂家开发了驱动并联的LED的IC，由于IC内有控制各并联的LED间电流均恒。能满足LED亮度均匀的要求。但由于IC电路复杂，成本较高。

1-a 并联LED驱动

1-b 串联 LED 驱动

随着便携式有彩色LCD显示屏的产品的发展及产量的猛增，使新型白色LED驱动器如雨后春笋般上市。品种之多及数量之大使白色LED驱动器已形成电源IC中的一个重要分支。现在便携式产品也越来越便宜，竟争越来越激烈。因此对于手机，PDA，DSC等厂家来，Cost down的压力也较大。因此BCD公司应市场的需求，近来推出了一种低成本，高性能，恒流的，串联型的升压式的白光LED驱动器-AP3008。从功能、性能上能满足LCD背光均匀等要求，从价格上能满足客户低成本的要求。是目前白色LED驱动器中性价比较高的产品。

串联LED的特点是每一个LED的电流ILED都是一样的，因此采用高质量的，同一批号的LED时，其发光是较均匀的。这里以BCD公司2005年8月份推出的AP3008为例来说明其工作原理。并介绍其应用电路。

图 2 AP3008 内部结构框图

AP3008的内部结构框图如图2所示。AP3008为电流模式的升压式DC-DC变换器。它由1.25V的基准，误差放大器，1.2MHZ振荡器和斜波发生器，电流取样放大电路，PWM比较器，R/S触发器，输出驱动及功率开关管，过压保护（OVP）等组成。

AP3008内置了欠压锁定（UVLO）电路，使电路工作更可靠。具有宽的工作电压范围。最低工作电压可至2.5V，最高工作电压可至15V。

AP3008内置了误差放大器频率补偿网络，电流环路的斜率补偿电路，使电路工作更稳定，外围器件更少，用户使用非常方便。

过压保护（OVP）电路检测PWM脉冲输出的峰值电压。当PWM脉冲的峰值电压高于内部设置的阀值电压时，过压保护(OVP)电路动作并使PWM开关电路 Shutdown。若使电路重新工作，可在Shutdown pin或Vin pin施加由低到高的信号即可。这种通过IC内部监测PWM脉冲的峰值电压来达到OVP保护的方法优于外部回授输出电压跟IC内部设定值比较的方法。内置 OVP功能不仅可少布一条回授线。还可确保反馈信号免受干扰。

误差放大器同相端参考电压为95mv，可有效地减小LED电流取样电阻的损耗，提高输出效率。

流过LED的电流ILED与检测电流电阻R1及基准电压95mv有关。它们的关系式是：

ILED=95mv/R1

ILED的电流大小一般为5 ∽ 20mA，相应的电阻R1为19∽4.7Ω。

这里特别要提出的是它的基准电压不是直接采用1.25V，而是经电阻分压后取其95mv，这是一种减少损耗的措施。由图1-b可看出流过LED的电流 ILEDX95mv是电阻上的损耗（R1上的反馈电压为95mv），由1.25v减少到95mv(差了13倍)，即在R1上的损耗上减小了13倍。提高了转换效率。

另由于AP3008采用的高频36V Bipoler工艺，在耐压上远高于一些CMOS工艺制程制成的升压DC/DC变换器。

图 3

图 4

AP3008的应用电路如图3所示。该电路的一个特点是在输入3.2V时，它可以驱动4个白色LED，输出电流最大可达20mA；在输入5V时，它可以驱动6个白色LED，输出电流最大可达20mA，其转换效率如图4所示，在ILED=15mA时，效率可达83%。

减小占用印制版空间的措施

新型便携式电子产品要求尺寸小，轻而薄，由白色LED驱动器组成的背光电路也要满足这些要求，AP3008在设计上采用提高振荡器频率到1.2MHZ，使电感器可以采用1mm低剖面高度的贴片式元件，输入电容，输出电容可分别采用1uF和0.22uF的电容;另该产品采用 SOT23-5和TSOT23-5封装，可使IC的高度小于1.1mm和0.9mm;可使AP 3008升压电路所占空间和PCB板面积大大减小。