白光LED被普遍用作便攜式設(shè)備LCD的背光光源，原因是它們的復(fù)雜程度低、成本低且尺寸小于CCFL背光光源。PDA、移動(dòng)電話和數(shù)碼相機(jī)等便攜式設(shè)備已逐步過渡到彩色LCD顯示屏，因此，越來越多的產(chǎn)品需要背光光源。白光LED已成為一種通用的照明光源。單色顯示器可以使用電致發(fā)光背光燈或彩色LED作為背光光源，而彩色顯示器則需要白光燈源，以正確顯示色彩。目前提供白光燈源的方法主要有兩種：白光LED和CCFL。CCFL在筆記本電腦中已經(jīng)應(yīng)用了很多年，但是考慮到光源尺寸、復(fù)雜性及成本優(yōu)勢(shì)，白光LED成為小型手持設(shè)備的首選光源。     白光LED只需較低的直流電壓（3~4V），因此，可以采用簡單的基于電感或電容的電路供電。相反，CCFL則需要很高的交流電壓（有效值為200~500V），成本高、體積小，需采用基于變壓器的電路。紅光和綠光LED的正向壓降為1.8~2,4V（典型值），一些常用電池即可提供足夠高的電壓，直接驅(qū)動(dòng)這些LED。然而，白光LED的正向壓降為3~4V（典型值），通常需要一個(gè)獨(dú)立電源供電。光強(qiáng)與流過白光LED的電流有關(guān)，電流越大光強(qiáng)越高，滿亮度輸出時(shí)電流大約為20mA。數(shù)碼相機(jī)和移動(dòng)電話一般需要2~3只白光LED作為背光光源，PDA一般需要3~6只白光LED作為背光光源?？梢酝ㄟ^并聯(lián)或串聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)白光LED。并聯(lián)方式的缺點(diǎn)是白光LED的電流及亮度不能自動(dòng)匹配。串聯(lián)方向可保持固有的匹配特性，但需要更高的供電電壓。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

無論是并聯(lián)方式還是串聯(lián)方式，大多數(shù)手持設(shè)備的電池電壓都不足以驅(qū)動(dòng)白光LED，所以需要升壓式變換器。電荷泵式變換器利用小電容實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，尺寸最小，成本最低。但是，電荷泵式變換器只能產(chǎn)生輸入電壓倍數(shù)的電壓（如1.5×模式、2×模式）。因此，串聯(lián)白光LED通常需要基于電感的變換器。利用基于電感的變換器，可實(shí)現(xiàn)更高的升壓比，而且能夠在較寬的輸入至輸出電壓范圍內(nèi)保持高效。     在絕大多數(shù)應(yīng)用中，單只白光LED是不夠的，需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)幾只白光LED。因此，必須采用具有亮度控制電路的驅(qū)動(dòng)器，以確保它們的強(qiáng)度和色彩一致，即使是在電池放電或其他條件變化時(shí)，也能保證各白光LED的發(fā)光亮度一致。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

在這些LED上加載3.3V電壓（上端虛線所示）時(shí)會(huì)產(chǎn)生2~5mA的正向電流，導(dǎo)致發(fā)出不同亮度的白光。該區(qū)域中縱坐標(biāo)變化很劇烈，會(huì)導(dǎo)致顯示色彩的不真實(shí)。同樣，白光LED也具有不同的光強(qiáng)，這會(huì)產(chǎn)生不均勻的亮度。另外一個(gè)問題是所需的最小供電電壓，白光LED要求用高于3V的電壓驅(qū)動(dòng)，若低于該電壓，幾只白光LED可能會(huì)完全變暗。     圖1顯示了不同白光LED的電流—電壓特性之間有相當(dāng)大的差異，甚至是從同一產(chǎn)品批次中隨機(jī)挑選的幾只白光LED也是如此。因此，用恒定的3.3V電壓驅(qū)動(dòng)這樣幾只并聯(lián)的白光LED會(huì)導(dǎo)致不同亮度的白光（上端虛線所示）。Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

1、  驅(qū)動(dòng)并聯(lián)白光LED     鋰離子電池在完全充滿電時(shí)可以提供4.2V的輸出電壓，但在很短的一段工作時(shí)間內(nèi)就會(huì)下降到標(biāo)稱的3.5V。由于電池放電，其輸出電壓會(huì)進(jìn)一步下降到3.0V。如果白光LED直接由電池驅(qū)動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生如下問題。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

首先，當(dāng)電池充滿電時(shí)，所有的二極管都被點(diǎn)亮，但會(huì)具有不同的光強(qiáng)和色彩。當(dāng)電池電壓下降至其標(biāo)稱電壓時(shí)，光強(qiáng)減弱，并且白光間的差異變得更大。因此，設(shè)計(jì)中必須考慮電池電壓和二極管正向電壓的數(shù)值，而且需要計(jì)算串聯(lián)電阻的阻值。隨著電池徹底放電，部分白光LED將會(huì)完全熄滅。圖2所示是驅(qū)動(dòng)并聯(lián)白光LED的三種電路，其采用的驅(qū)動(dòng)并聯(lián)白光LED的方法是：Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

①     利用現(xiàn)有電源獨(dú)立調(diào)節(jié)流過每只白光LED的電流。Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

②     只調(diào)節(jié)電源電壓，依靠白光LED的一致性和串聯(lián)電阻使電流匹配。 ③     調(diào)節(jié)流過其中一只白光LED的電流，依靠白光LED的一致性和串聯(lián)電阻使其余的白光LED電流配。        獨(dú)立調(diào)節(jié)流過每只白光LED的電流     若有一個(gè)足夠高的電壓來驅(qū)動(dòng)白光LED正向?qū)?，那么，只需設(shè)計(jì)電流控制電路，即可提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)滿亮度下的所有白光LED。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

假設(shè)電流設(shè)置在所要求的白光LED最大亮度電流與最大額定電流之間，為了保持顯示器亮度一致，電流匹配必須有較好的匹配度。典型的電流匹配度為0.3%，設(shè)定電流精度為±10%。每路輸出的壓差小于410mV，以保持20mA電流。這樣，只需4.2V電壓即可驅(qū)動(dòng)3.8V的LED。白光LED的引腳電流設(shè)為流入SET引腳電流的230倍。為給SET引腳提供偏置電流，把電阻RSET連接到SET引腳，利用大于1.215V的電壓為SET引腳提供偏置電壓。MAX1916采用SOT-23封裝，提供0.3%的電流匹配度。圖4所示電路有多種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)白光LED亮度的方法。   Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

  方法一：用D/A變換器驅(qū)動(dòng)RSET，如圖4（a）所示。白光LED電流是D/A變換器輸出電壓減去SET引腳偏置電壓的函數(shù)。D/A變換器可以選用SOT-23封裝的低成本集成電路MAX5360~MAX5365。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

方法二：利用控制器的I/O引腳控制多個(gè)電阻，可組成一個(gè)簡易的亮度調(diào)節(jié)器，如圖4（b）所示。將控制引腳在高態(tài)（ON）和低態(tài)（OFF）之間切換，以得到所要求的SET引腳電流。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

方法三：利用邏輯電平PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)EN引腳，如圖4（c）所示。許多處理器的端口都能提供占空比為0~100%的低頻PWM信號(hào)。MAX1916的EN引腳的響應(yīng)時(shí)間允許PWM運(yùn)行在高達(dá)2kHz左右的頻率下。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

低成本的MAX1574/MAX1575/MAX1576 電荷泵控制器結(jié)合了升壓電源和電流調(diào)節(jié)功能，這些器件具有較高的輸出電流、很好的電流匹配度以及較高的工作效率，并可提供自適應(yīng)模式切換和過壓保護(hù)，可驅(qū)動(dòng)8只白光LED。     自適應(yīng)切換電路對(duì)輸入電壓進(jìn)行檢測(cè)，并確定效率最高的升壓比（例如，1×模式、1.5×模式或2×模式）。利用一串脈沖碼，通過Dual ModeTM使能引腳，可以調(diào)節(jié)亮度（相當(dāng)于設(shè)置電流的百分比）。  Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

1MHz的開關(guān)頻率允許電荷泵使用小尺寸陶瓷電容。圖6所示的MAX1576電荷泵電路能夠以高達(dá)480mA的總電流驅(qū)動(dòng)兩組（每組四只白光LED）白光LED。對(duì)于閃爍狀態(tài)的白光LED組，允許每只白光LED的電流達(dá)到100mA。每組白光LED具有獨(dú)立的電流設(shè)置、脈沖亮度調(diào)節(jié)和2線亮度控制功能。利用自適應(yīng)開關(guān)，在單節(jié)鋰離子電池的整個(gè)放電過程中平均效率可以達(dá)到83%。對(duì)于使白光LED閃光燈的數(shù)碼照明機(jī)，MAX1576是理想選擇。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

MAX1575是該系列產(chǎn)品的另一款芯片，能夠以高達(dá)120mA的總輸出電流驅(qū)動(dòng)兩組白光LED（四只主屏白光LED和兩只子屏白光LED）。    采用穩(wěn)壓輸出電源驅(qū)動(dòng)電路     采用穩(wěn)壓輸出電源驅(qū)動(dòng)電路與獨(dú)立調(diào)節(jié)流過每只白光LED的電流方法相似，使用穩(wěn)壓輸出電源的方法非常經(jīng)濟(jì)，但電流精度不如獨(dú)立調(diào)節(jié)流過每只白光LED的電流的方法。由于使用穩(wěn)壓輸出電源的方法不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流，所以流過每只白光LED的絕對(duì)電流必須保持在所要求的最大亮度電流與白光LED的最大額定電流之間。電流匹配度必須足夠好，以便保持亮度均勻。采用穩(wěn)壓輸出電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，流過白光LED的電流可由穩(wěn)壓電源的輸出電壓（VOUT）減去白光LED的正向電壓（VD）后除以R確定： I=（VOUT-VD）/R        Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

在相同電流下，白光LED的電壓并不相等。圖8所示為白光LED的電壓差與電流的函數(shù)關(guān)系。   針對(duì)白光LED正向電壓的匹配度對(duì)電流匹配度的影響，可利用式（2）計(jì)算白光LED電流的比值。I1與I2的比值為 I1/I2=R2（VOUT-VD1）/[R1（VOUT-VD2]      （2）假設(shè)R1=R2，式（2）可簡化為 I1/I2=（VOUT-VD1）/（VOUT-VD2）                 （3）     當(dāng)VOUT非常高時(shí)，式（3）趨于1。因較高的輸出電壓VOUT有助于得到較好的電流匹配度，電阻R必須與VOUT-VD成比例增大，以便保持恒定電流。較高的VOUT帶來電阻R消耗的功率增大。為此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要折中選擇電路效率和電流匹配度。     例如，以5V電源驅(qū)動(dòng)3.60V的白光LED，R上的電壓為1.40V。若換成3.42V的白光LED，由R上的電壓增加到接近1.58V，白光LED的電流增加13%。需要注意的是，此時(shí)白光LED的電壓僅有5%的變化。 ①     絕對(duì)精度。使用穩(wěn)壓輸出電源驅(qū)動(dòng)白光LED時(shí)電流的絕對(duì)誤差可用式（1）計(jì)算。對(duì)于所選擇的白光LED，利用VD與ID的關(guān)系曲線（見圖8）進(jìn)行計(jì)算。將所期望的工作電流I對(duì)應(yīng)的VD標(biāo)稱電壓及所選擇的VOUT代入式（1），可以解得電阻值R0得到電阻值R后，利用白光LED數(shù)據(jù)資料中最差條件下的VD求解式（1）。須考慮溫度變化對(duì)VD的影響。這樣能夠得出白光LED電流的范圍，電流范圍必須小于白光LED的最大額定值。 ②     亮度調(diào)節(jié)。在穩(wěn)壓輸出電源驅(qū)動(dòng)電路中，可通過改變VOUT調(diào)節(jié)白光LED的電流。在使用同一電源時(shí)，并不推薦這種方法?？晒┻x擇的是用MOSFET管與開關(guān)電阻并聯(lián)組成簡單的亮度調(diào)節(jié)器，如圖9所示。但是，當(dāng)需要多級(jí)亮度調(diào)節(jié)時(shí)，這種方法的成本將急劇增高。這時(shí)，應(yīng)考慮采用集成方案或串聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式。用MOSFET管控制與R1a~R3a并聯(lián)的電阻R1b~R3b，進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。 (3)采用穩(wěn)流輸出變換器     在用穩(wěn)流輸出變換器驅(qū)動(dòng)白光LED的電路中，流過其中一只白光LED的電流通過電阻R1檢測(cè)，并由變換器穩(wěn)定調(diào)節(jié)該電流。變換器的類型可以是基于電感的變換器，也可以是電荷泵或線性穩(wěn)壓器。白光LED的電流方程與式（1）相同，但條件不同，這里穩(wěn)定的是I1，而不VOUT，公式為 I1=VFEEDBACK/R1               （4）     由于只調(diào)節(jié)了一個(gè)電流，其余白光LED的正向壓差會(huì)導(dǎo)致電流誤差。圖10所示為改進(jìn)后增大R1的電路。因?yàn)殡娏鞅仨毐３趾愣?，將R1分為R1a和R1b。R1b控制電流，R1a控制輸出電壓，R2和R3設(shè)置為R1a+R1b。采用穩(wěn)流輸出變換器的電路的電流匹配通過增大R1a得到改進(jìn)。     圖11所示電路利用MAX1910/MAX1912電荷泵實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)。圖中增加了亮度調(diào)節(jié)電路，且所有白光LED共用一個(gè)檢測(cè)電阻，以便調(diào)節(jié)總電流。為提高效率，控制器提供1.5×模式和2×模式升壓選擇，可提供高達(dá)120mA的輸出電流，具體取決于輸入電壓。 2、  驅(qū)動(dòng)串聯(lián)白光LED    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

驅(qū)動(dòng)串聯(lián)白光LED時(shí)，由于流過每只白光LED的電流相同，可以獲得均勻的亮度。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓為各白光LED正向壓降之和，需要驅(qū)動(dòng)器輸出滿足LED串聯(lián)所需的驅(qū)動(dòng)電壓。這種串聯(lián)配置需要基于電感的變換器，以便在高壓時(shí)獲得高效率。在選擇這種類型的變換器時(shí)，必須考慮Lx引腳的額定輸出電壓。表1給出了幾款變換器Lx引腳的額定電壓及可以驅(qū)動(dòng)串聯(lián)白光LED的數(shù)量。Lx引腳的最大額定電壓與白光LED串聯(lián)后的最大電壓之間需要保留一定的安全裕量，以允許過壓關(guān)斷。    Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

例如，MAX8596Z是專為驅(qū)動(dòng)多達(dá)八只串聯(lián)白光LED而設(shè)計(jì)的開關(guān)變換器，其應(yīng)用電路如圖12所示。該器件具有2.6~5.5V的輸入電壓范圍，允許單節(jié)鋰離子電池或三節(jié)NiGd/NiMH電池進(jìn)行供電。MAX8596Z采用節(jié)省空間的8引腳TDFN封裝形式。由于它工作在高速1MHz PWM方式，因此，允許選用小巧的外部元件。MAX8596Z具有32~36V的過壓鎖存門限，當(dāng)出現(xiàn)白光LED開路時(shí)能夠有效地保護(hù)集成電路。另外，該器件還具有高溫降額功能，當(dāng)溫度超過+42℃時(shí)輸出電流降低，以便減少白光LED的功耗。     可用任意直流電壓或未經(jīng)濾波的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)CTRL引腳，調(diào)節(jié)白光LED的電流。采用0.24~1.72V的CTRL引腳電壓驅(qū)動(dòng)白光LED從最暗到滿亮度變化。超過1.72V時(shí)，輸出電流被鉗位在最大值?？梢圆捎?00Hz~200kHz的PWM信號(hào)調(diào)節(jié)白光LED的亮度。  Zau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

文章來源于：武漢艾能偉業(yè)科技有限公司m.prefer294.comZau武漢艾能光電電子商務(wù)網(wǎng)站

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