线性稳压器 - 一种LED照明驱动电路应用设计

线性稳压器/电流源方案在使用具备约3.3V较低前向电压的丛集式LED时，可选择线性稳压器来提供驱动电流。与切换式转换器比较，线性稳压器具备较低成本及较低的电磁干扰，因为线性稳压器只需在驱动晶片的周边加入几颗电阻，同时无需使用切换式元件，但这类解决方案的缺点是较窄的有效电池电压运作范围，图4显示了使用NUD4301低压降线性稳压器做为两颗LED驱动电路的情况，依标准0.2V压降以及3.3V的LED前向电压考虑，稳压器将在电池电压低于3.5V时离开稳压模式并进入饱和模式，这将造成稳压器输出电流大幅下滑同时LED亮度开始变暗，不过如果最低电池电压是在可接受的范围，那么线性稳压器还是小型LCD面板最具成本效益的背光解决方案。

 

图4：采用线性稳压器NUD4301做为推动小型LCD面板背光的两颗LED驱动电路

 

　　行动照明应用

　　临时照明手机所提供的LED照明功能普遍被认为是相当精妙的设计，这可以由许多手电筒现在都由数颗低功率LED组成，并透过20mA到60mA较低电流推动的趋势看出，这类照明可做为可携式手电筒，但它微弱的照明强度对支援黑暗环境下的摄影不足够，事实上必须要有一个或更多的高功率LED才能支援1公尺或更远的拍摄照明，阻碍工程师加入高功率LED的主要原因还是成本，目前量产的高功率LED主要仰赖全球5大制造商供应，不过在***与韩国制造商的功率LED产能逐渐开出后，预料单价将开始下滑，同时驱动电路的成本也会随量产而下降。

　　单颗高功率闪光灯驱动电路升压式转换器是支援高功率LED中最高达4.9V前向电压的必备条件，但就算是相同的LED晶片，前向电压在不同条件下也会有所不同，当LED温度上升时，前向电压可能会滑落到低于输入电池电压，因此就需要降压式转换器，技术上来说，升降压转换器是推动单颗高功率LED的最佳方案，不过这类驱动晶片通常成本较高，同时也需搭配会提高成本与体积的外部电感。升降压转换器的优点则在于较高的整体效率，主要原因是完全使用了电池的能量，同时能够提供超过1A甚至更高的超高输出电流，新推出的高电流充电泵驱动电路是升降压转换器的一种低成本替代方案，不过充电泵转换器的输出电流最高大约在700mA，主要还是受到较低效率以及能够由电池所提取的最大电流限制。

　　整合型照明管理晶片具备背光与闪光功能，部分甚至还具备RGB与其他影音功能的整合型照明管理晶片(LMIC)目前已出现在市场上，它包含了可能采用充电泵或电感式设计的升压转换器，每个输出则由可调式电流源提供，这种方案在掀盖式或滑盖式手机中特别有用，原因是它免除了由电源管理单元拉到电话另一面所需的长路径。NCP5608是一个可以提供整体高达500mA电流，配备8个输出的整合型充电泵驱动晶片，它的输出电流可以由处理器透过I2C连接埠来加以调整，同时也能够组成不同的LED组态来满足各种平台的需求，请参考图5。

 

 

　　目前移动电话与PDA中最常见的电池为锂离子或者锂高分子可充电电池，采用锂材料的可充电电池额定电压范围是3.6V~3.7V,工作电压则为4.2V~3.2V,为确保能够安全工作，这类型的锂电池只能够在1C的范围内充电或放电，这里C由电池的额定容量所决定，例如1,000mAh的电池最高放电电流为1A,移动电话通常使用的电池容量大约在650~1,000mAh之间。为改善电池的效能，采用不同阴极材料的新型锂离子电池已开始开发。在使用这类电池组时，设计工程师应该遵守电气规格限制并据此调整驱动电路。

　　在使用最高正向电压为3.4V~4V的LED时，由电池提供的输入电压必须等于或高于所需的驱动电压，因此需要一个具有稳定电流功能的升压式转换器来推动以串联或并联方式连接的LED.

　　电荷泵转换器目前广泛使用在LCD的背光驱动上，与采用电感式的升压式转换解决方案比较，电荷泵驱动电路由于具备较低的成本、较薄的厚度以及较低的噪声特性而成为较佳的选择，新推出的集成电路设计已经逐渐改善电荷泵驱动电路的效率，目前最高效率可超过93%,而平均效率则约为80%.电荷泵驱动电路通常采1x与2x模式运作，部分设备中则加入了1.33x与1.5x模式来改善效率，在这类解决方案中，LED采用并联方式连接，同时每个LED的电流由各自独立的匹配电流源提供，最佳的驱动芯片在相同电路中任两个LED电流间的匹配误差约为0.2%.

 

图6：具备内部开关与时间限制保护的4.5W功率闪光灯驱动电路

　　本文小结

　　大部分的功率闪光灯可能包含几个标准的LED或一颗高功率LED,目前拍照手机中高功率LED尚未普及的主要原因是单价较高。在部分高端移动电话中使用了两颗LED以便提供较高亮度的闪光灯来强化拍照手机的拍照效果。在拍照手机逐渐取代数码相机的趋势下，更高功率的闪光灯解决方案将越来越普及，从而为用户提供真正的拍照体验。